2012 Fiscal Year Annual Research Report
大脳領野間機能的シナプス結合の系統的光マッピングと領野間シナプス可塑性の研究
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23300148
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| Research Institution | National Institute for Basic Biology |
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Principal Investigator |
松崎 政紀 基礎生物学研究所, 光脳回路研究部門, 教授 (50353438)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡田 尚巳 独立行政法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所遺伝子疾患治療研究部, 室長 (00326828)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 脳・神経 / 神経科学 / 高性能レーザー |
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| Research Abstract |
大脳においては局所領域内での神経活動だけではなく、複数の領野にわたって信号を受け渡しし、多数の神経細胞が協調的にかつ持続的に活動している。そこでげっ歯類において、光刺激マッピング法と広域神経活動光計測を組み合わせることで、１）大脳領野間の機能的シナプス結合を系統的に明らかにし、高次・低次領野間の結合様式を解明し、異感覚情報の統合領野を同定する。２）単一細胞レベルでの領野間シナプス結合様式と、３）領野間シナプス結合可塑性の性質、を明らかにすることを目的とする。本年度は、大脳皮質第5層でChR2を発現する遺伝子導入マウスと、アデノ随伴ウイルス（AAV）を用いてChR2を大脳皮質全層に発現させたマウスを用いて、光刺激マッピングを行い、ふたつの前肢運動野での長距離シナプス結合において、高次運動野深層から一次運動野深層へ、一次運動野浅層から高次運動野全層に投射するパターンを見出した(Hira et al., Front. Neural Circuits 2013)。AAVを用いてカルシウム感受性蛍光タンパク質を発現させると、発現細胞の遠位の軸索においても2光子カルシウムイメージングが行えることを見出した。そこでAAVを運動野に導入することで運動野から投射している後頭頂葉（PPC）での軸索活動を捉えることができた。PPCは異種の感覚入力が統合される領域であり、この領域の細胞で前肢運動課題遂行中で活動するものを2光子イメージングによって見出した。また大脳皮質広域にわたってカルシウム感受性蛍光タンパク質を発現させるために大脳皮質全体で遺伝子発現可能な組換えマウスを導入した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
AAVによるチャネルロドプシン2（ChR2）の導入とこれを用いた光刺激マッピングを達成し、ふたつの前肢運動野での長距離シナプス結合パターンを明らかにできた。さらにAAVを用いてカルシウム濃度感受性蛍光タンパク質を発現させると、発現細胞の遠位の軸索においても2光子カルシウムイメージングが行えることを見出したことは大きな進展である。当初の目標のひとつである運動野と頭頂葉のシナプス結合様式も見出しつつある。また大脳皮質広域にわたってカルシウム感受性蛍光タンパク質を発現させるために、大脳皮質全体で遺伝子発現可能なCreマウスとこのマウスにおいて遺伝子発現させるための各種AAV,遺伝子導入マウスの導入も終えることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
高次・一次運動野間のシナプス結合様式が明らかになったので、これに可塑性があるかどうか明らかにするため、運動学習中にこれらを繋ぐ軸索活動に変化が起こるかどうか、またこの軸索をChR2によって頻回光刺激したときに投射先の細胞活動が変化するか調べる。またPPCと運動野とのシナプス結合を明らかにするとともに、これらを繋ぐ軸索活動に可塑的変化が変化が起こるかどうか調べていく。さらにより広域にわたるシナプス結合様式を系統的に調べるために、大脳皮質全体で遺伝子発現可能なCreマウスを用いて、ChR2、カルシウム濃度感受性蛍光タンパク質を多領域にわたり発現させ広域でのシナプス結合を2光子イメージング、光刺激マッピングによって明らかにする予定である。
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