2022 Fiscal Year Research-status Report
iPS細胞とハイスループット測定によるヒト脳シナプス可塑性の直接解析
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22K07319
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
田端 俊英 富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (80303270)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | シナプス / 可塑性 / ニューロン / ヒト / iPS細胞 / シナプス・オーガナイザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はヒト由来iPS細胞を中枢ニューロンに分化させた培養細胞どうしでシナプスを形成させ、主として電気生理学的な手法でそのシナプス可塑性の特性を明らかにし、マウスなど他の動物種と異なるシナプス可塑性の特性がヒト中枢ニューロンにかるかどうかを明らかにすることを目指している。
初年度は研究の基礎となる2つの方法論を完成させ、さらにヒト特有のシナプスの性質の一端を示唆する結果を得た。一つは上記の方法によって得たヒト中枢シナプス標本のシナプス形成・成熟過程をシナプス・オーガナイザー分子（PTPdelta）のマイクロエクソン選択パターンを指標として詳細に分析し、ヒト胎児の脳波の周波数に近い双極電流パルスを培地に通電することとで、成熟したシナプスを形成することに成功した。また、最終的に成熟した段階のマイクロエクソン選択パターンを解析すると、マウスの成熟中枢シナプスのマイクロエクソン選択パターンと異なっていることが明らかになった。ヒトではマイクロエクソンの選択パターンの違いは発達障害等につながることが知られており、ヒトとマウスのマイクロエクソン選択パターンの相違はヒト特有の学習機能の解明につながる可能性がある。もう一つは人工シナプス測定システムの確立である。このシステムでは、培養ニューロンの樹状突起にイオン泳動でグルタミン酸等を局所投与し、当該ニューロンからパッチクランプ電位固定記憶を行い、シナプス後電流の振幅の変化を長時間にわたり測定できるようにするものである。倒立顕微鏡に自作の大型固定式ステージを装着し、投与電極と記録電極を同等のマイクロマニピュレーターで操作できるようにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ヒト由来シナプスの形成過程のトランスクリプト分析によって、当初想定していた以上にヒト特有のシナプス形成の分子機序の種特異性が示唆されるデータを得ることができた。また、マウス培養ニューロンをトレーニング標本として、人工シナプスを用いたシナプス可塑性電気生理学的測定系を構築することができた。これらを踏まえて、次年度以降、ヒトと他の動物種の中枢シナプス可塑性の特性に相違があるか否か精密な解析が可能になったと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に明らかになったPTPdeltaのマイクロエクソン選択パターンをはじめとして、シナプス関連分子のmRNA発現パターンにヒト中枢シナプスに特異的な特性があるか解析する。また初年度に完成した人工シナプスを用いた実験系にperforated-patchテクニックを組みあわせることにより、細胞質分子の流失を最小化することで、より安定的に記録できるようにし、この方法を用いて、シナプス可塑性の特性をヒトとマウスの中枢ニューロンで比較していく。
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