Molecular Mechanism of sustained plasticity at axon terminals through acquisition of input recognition

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19360
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 46:Neuroscience and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Kawaguchi Shin-ya 京都大学, 理学研究科, 教授 (00378530)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: シナプス / 膜電位イメージング / 軸索 / 樹状突起 / パッチクランプ / Ca2+チャネル / シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

This project has aimed to shed light on the dynamic behaviors and mechanisms of synaptic outputs from axon terminals through activity-dependent modification of all-or-none type of high fidelity information transfer in neuronal axons based on action potential conduction. Our studies on inhibitory interneurons and Purkinje cells in the cerebellum have shown that synaptic outputs dynamically change in size through altered action potential conduction pattern and/or transient modification of Ca2+ channel states in a manner dependent on neuronal activity and/or intra-cellular signaling pathway. In addition, unexpectedly, development of fluorescent imaging technique for membrane potential has enabled us to identify a novel supra-linear amplification of dendritic voltage fluctuation at distal dendrite in hippocampal pyramidal neurons.

Free Research Field

神経生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

個々の神経細胞における情報処理は、脳神経系での情報処理の最も根幹をなす重要な要素であるが、技術的限界のためにあいまいな理解のままであった。本研究では、その困難を乗り越える技術的な発展を蛍光イメージングと精細な電気生理学実験を駆使して実現し、神経細胞のユニークな情報演算および修飾メカニズムを複数同定することに成功した。
こうした学術的成果は、現代社会が抱える様々な神経系のはたらきの不調の理解やその対処法を模索するための基礎的な知見を整備する意義があり、また得られた技術的な進展が今後の脳神経系の基礎および応用面で広範な波及効果を発揮する可能性を有している。