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新しい光技術による大脳シナプス可塑性誘発法の系統的研究

研究課題

研究課題/領域番号 09J05575
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 神経科学一般
研究機関東京大学

研究代表者

葉山 達也  東京大学, 大学院・医学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2009 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2009年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード脳・神経 / シナプス可塑性 / 光刺激 / 樹状突起スパイン
研究概要

大脳皮質錐体細胞の興奮性シナプスを形成する後シナプス部位の多くはスパインと呼ばれる棘状構造を形成している。スパインはシナプス活動依存的な形態可塑性を示すことが知られており、記憶などの脳機能と関連する部位として考えられている。本研究の目的は、スパインの形態をシナプス機能の指標とし、ケイジド化合物などを用いた新しい光技術によるシナプス可塑性の系統的操作法を開発し、大脳機能のシナプス基盤をより直接的に解明することである。
これまでの我々の研究から、ラット海馬スライス培養標本において、ケイジドグルタミン酸とケイジドGABAの2色光刺激法を用いることで、単一スパインレベルでのスパインの収縮及び除去の誘発が可能となった。この時、スパイン増大は刺激スパインに限局するのに対して、スパイン収縮は周囲のスパインにも拡散する事が判明した。また、隣接するスパインのそれぞれに増大・収縮刺激を同時に加えると、スパイン増大は収縮に打ち勝つことが出来ることが示された(局所シナプス競合)。これらは、空間分解能に優れた光刺激だからこそ解明できた現象である。
さらに、これらの現象の分子基盤の解明に成功した。スパイン形態はアクチン細胞骨格により制御されており、アクチンの脱重合因子であるコフィリンが局所シナプス競合において、重要な役割を担っていることが示された。コフィリンの活性はリン酸化状態により制御されており、脱リン酸化コフィリンは拡散性のスパイン収縮因子であることが示された。それに対して、スパイン増大時にはリン酸化コフィリンが増大したスパインに集積することが明らかとなった。
以上をまとめると、新規の光技術により、局所シナプス競合という新規の現象を世界に先駆けて見出すことに成功した。また、その分子基盤の解明にも成功した。これらの結果は、大脳機能の分子・細胞基盤の解明に非常に重要な役割を果たすものと考えられる。

報告書

(3件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2012 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Spatial distributions of GABA receptors and local inhibition of Ca^<2+> transients studied with GABA uncaging in the dendrites of CA1 pyramidal neurons2011

    • 著者名/発表者名
      Yuya Kanemoto, Masanori Matsuzaki, Susumu Morita, Tatsuya Hayama, Jun Noguchi, Naoko Senda, Atsuya Momotake, Tatsuo Arai, Haruo Kasai
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 6 号: 7 ページ: e22652-e22652

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0022652

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Learning rules and persistence of dendritic spines.2010

    • 著者名/発表者名
      H.Kasai., et al.
    • 雑誌名

      European Journal of Neuroscience

      巻: 32 ページ: 241-249

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two photon uncaging of gamma-aminobutyric acid probes on neurons in intact brain tissue.2010

    • 著者名/発表者名
      Matsuzaki, M., et al.
    • 雑誌名

      Nature Chemical Biology 6

      ページ: 255-257

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Competitive synaptic plasticity of dendritic spines in hippocampal CA1 pyramidal neurons2012

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Hayama, Jun Noguchi, G.C.R.Ellis-Davies, Haruo Kasai
    • 学会等名
      東京大学グローバルCOE生体シグナルを基盤とする統合生命学第5回リトリート
    • 発表場所
      八ヶ岳ロイヤルホテル(山梨県北杜市)
    • 年月日
      2012-03-03
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] GABA dependence of locally competitive learning rules of dendritic spines revealed with two-color uncaging of glutamate and GABA2011

    • 著者名/発表者名
      T.Hayama., et al.
    • 学会等名
      東京大学グローバルCOE生体シグナルを基盤とする統合生命学 第4回リトリート
    • 発表場所
      八ヶ岳ロイヤルホテル(山梨県 北杜市)
    • 年月日
      2011-03-05
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] GABA dependence of locally competitive learning rules of dendritic spines revealed with two-color uncaging of glutamate and GABA2010

    • 著者名/発表者名
      T.Hayama., et al.
    • 学会等名
      40th annual meeting of Society for Neuroscience
    • 発表場所
      San Diego Convention Center. (USA)
    • 年月日
      2010-11-17
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] GABA-dependent shrinkage of dendritic spines with two-color uncaging of glutamate and GABA2010

    • 著者名/発表者名
      T.Hayama., et al.
    • 学会等名
      Neuro2010(第33回日本神経科学大会)
    • 発表場所
      神戸コンベンションセンター(兵庫県 神戸市)
    • 年月日
      2010-09-04
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Shrinkage of dendritic spines with optical stimulation of identified spines2010

    • 著者名/発表者名
      Hayama, T., et al.
    • 学会等名
      東京大学グローバルCOE「生体シグナルを基盤とする統合生命学」国際シンポジウム2010
    • 発表場所
      東京(東京大学工学部2号館)
    • 年月日
      2010-03-05
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Development of caged GABA for two-photon uncaging2009

    • 著者名/発表者名
      ELLIS-DAVIES.G., et al.
    • 学会等名
      39th Annual Meeting of Society for Neuroscience
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2009-10-19
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Enlargement and shrinkage of dendritic spines with two-photon uncaging of identified spines2009

    • 著者名/発表者名
      Hayama, T., et al.
    • 学会等名
      36th International congress of physiological sciences
    • 発表場所
      京都(京都国際会館)
    • 年月日
      2009-07-31
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2024-03-26  

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