2019 Fiscal Year Annual Research Report
小脳登上線維のスクラップ＆ビルド過程における機能変化の直接記録による解析
Publicly Offered Research
| Project Area | Dynamic regulation of brain function by Scrap & Build system |
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| Project/Area Number |
19H04750
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
川口 真也 京都大学, 理学研究科, 教授 (00378530)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | シナプス / 登上線維 / 軸索終末 / パッチクランプ / プルキンエ細胞 / 刈り込み / 小脳 / Caチャネル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シナプスのスクラップ＆ビルドは、記憶・学習など動物の適応行動を実現する神経回路の基盤と考えられる。その中枢神経系におけるモデルとして、小脳登上線維からプルキンエ細胞への過剰投射を1本に選別する刈り込み過程が精力的に解析されてきた。しかし、そのシナプスのスクラップ＆ビルド過程において、最も劇的な形態変化を示す登上線維でいかなる機能変化が起こり軸索・シナプス前部の縮退が実現するのかについては、ほとんど理解が進んでいない。これは、軸索・シナプス前部が1ミクロン程の微小構造であるため、直接的な機能計測が困難であることが主因である。そこで本研究では、小脳登上線維から直接パッチクランプ記録する離れ業を利用し、登上線維のスクラップ＆ビルド過程におけるシナプス前部の機能変化を明らかにすることを目指す。
本年度の研究により、小脳スライス標本の登上線維軸索を顕微鏡下で探索して直接パッチプランプ記録を行い、種々の電位依存性チャネル電流計測やシナプス小胞のエキソサイトーシスを細胞膜容量の増加として電気生理学的に測定することに成功した。さらに、シナプス後プルキンエ細胞の同時記録にも低確率ながらも成功し、シナプス前部機能計測と同時にシナプス後部応答を得て、両者を比較することも可能になった。これにより、シナプス前登上線維とシナプス後プルキンエ細胞を同時に蛍光標識できるようになり、両者の形態を機能と合わせて調べることが出来るため、シナプスの発達状況と機能特性の相互関係を検討する上で重要な技術ステップが達成された。したがって、登上線維の基本的な機能を計測することで発達に応じた登上線維のスクラップアンドビルド過程を精細に解析するための基盤を整えることができた。
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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
小脳スライス標本を用いて、登上線維からの直接パッチクランプ記録に成功し、膜電位依存性のNa、K、Ca電流を計測し、さらにシナプス前膜容量の脱分極による増大の計測にも成功しており、シナプス前機能の詳細な解析が進んでいる。また、成功確率は低いものの、シナプス後プルキンエ細胞との同時記録を行うことにも成功し、シナプス前・後部の双方を蛍光色素で染めて形態観察しながら、シナプス前部と後部の機能解析を出来るようになりつつある。
したがって、得られる形態についての情報とシナプス機能との情報を照合することにより、シナプス刈り込みに関連した機能変化について、精細な解析を進める基盤が整ってきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
登上線維とプルキンエ細胞の同時パッチクランプ記録による機能解析と形態観察を進め、動物の発達に伴うシナプス前部・後部の機能変化がいかに起こるかを生理学的に解析する。とくに、シナプス前部の電位依存性Caチャネル電流密度と放出可能なシナプス小胞プールのサイズ、およびシナプス後受容体応答の感受性の相互関係に着目し、放出確率の変化とシナプスの連続活性化に伴う短期可塑性の関係を明らかにする。
このようにして、シナプスのスクラップ＆ビルドが進行する際の、分子レベルでの機序について理解を深化させる。
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