光学的計測と全胚遺伝子導入法を用いた初期胚中枢神経系における新規脱分極波の解析

• 研究課題/領域番号: 14704074
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 神経科学一般
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (70251501)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 29,120千円 (直接経費: 22,400千円、間接経費: 6,720千円); 2004年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2003年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円); 2002年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円)
• キーワード: depolarization wave / 光学計測 / 膜電位感受性色素 / 鶏胚 / gap junction / NMDA receptor / ラット胚 / 学計測

研究概要

ニューロン電位活動の光学的多領域同時計測法を用いた脊椎動物中枢神経系の機能発生・機能形成・機能構築過程についての解析の過程で、脳神経・脊髄神経などの刺激によって、標本内の広範囲にわたって伝播する脱分極波(depolarization wave)が誘発されることを見いだした。このdepolarization waveは、これまでの報告には全く例がない数々の新しい特性を備えており、限局した領域の特定のニューロン群/シナプスに関して想定されていた従来のactivity-dependent developmental regulationとは異なった働きをもつ重要な発生シグナルとして機能しているものと考えられた。
本年度は、主としてラット胚を対象に解析を行い、depolarization waveの時空間発現パターンと、depolarization waveの伝播メカニズムについて、鶏胚とは異なる独自の特性が見られるかどうかを調べた。
(1)depolarization waveは、ラット胚でも脳幹、脊髄、中脳、小脳、間脳、大脳など、中枢神経系のほぼ全領域にわたって広範に伝播することが示された。しかし、鶏胚では孵卵8日の発生段階で、小脳領域に著明なwaveが観察されたのに対し、ラット胚では、ほぼ同じ発生段階に相当する胎生16日において、小脳領域でのwaveの発現はそれほど顕著ではなかった。この相違は、神経細胞の形態学的な分化・発生過程の違いに起因するものと考えられる。
(2)ラット胚におけるdepolarization waveは、NMDA receptorとGABA-A receptorのblockerに対する感受性が最も大きく、その他にも、non-NMDA receptor、nichotinic-Ach receptor、glycine receptorなど、いくつかの神経伝達物質/受容体が協調的に働いていることが明らかとなった。また、waveはgap junction blockerによっても著明に抑制され、鶏胚と同じくgap junctionとchemical synapseの双方が絡み合ったdual networkによって伝播することが示唆された。gap junctionを構成するconnexinのsubtypeを調べるために、connexin immunohistochemistryを行ったところ、connexin 26とconnexin 32が、胎生16日の脳幹で著明に発現していることが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Functional representation of the finger and face in the human somatosensory cortex : Intraoperative intrinsic optical imaging. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 雑誌名: NeuroImage (in press)
  • NAID: 130007039125
• [雑誌論文] Optical mapping of the functional organization of the rat trigeminal nucleus : Spatial and temporal dynamics of sensory information transfer during embryogenesis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Momose-Sato et al.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 24 ページ: 1366-1376
• [雑誌論文] Optical survey of neural circuit formation in the embryonic chick vagal pathway. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 19 ページ: 1217-1225
  • NAID: 130005446923
• [雑誌論文] Optical mapping reveals developmental dynamics of Mg^<2+>-/APV-sensitive components of glossopharyngeal glutamatergic EPSPs in the embryonic chick NTS. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 92 ページ: 2538-2547
• [雑誌論文] Optical detection of neural function in the chick visual pathway in the early stages of embryogenesis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa et al.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 20 ページ: 1133-1144
• [雑誌論文] Optical detection of convergent projections in the embryonic chick NTS. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 371 ページ: 97-101
• [雑誌論文] 神経興奮と神経回路網の形成 (2004)
  • 著者名/発表者名: 佐藤容子
  • 雑誌名: Clinical Neuroscience 22 ページ: 1214-1214
• [図書] Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function (2005)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 出版者: The Human Press Inc (in press)
• [図書] Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 総ページ数: 25
  • 出版者: Research Signpost
• [文献書誌] Momose-Sato, Y.et al.: "Optical analysis of large-scale depolarization waves in the embryonic brain : a dual network of gap junctions and chemical synapses."Journal of Neurophysiology. 89. 600-614 (2003)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y.et al.: "Depolarization waves in the embryonic CNS triggered by multiple sensory inputs and spontaneous activity : Optical imaging with a voltage-sensitive dye."Neuroscience. 116. 407-423 (2003)
• [文献書誌] Sato, K., Momose-Sato, Y.: "Optical detection of developmental origin of synaptic function in the embryonic chick vestibulocochlear nuclei."Journal of Neurophysiology. 89. 2315-3224 (2003)
• [文献書誌] Miyakawa, N.et al.: "Optical analysis of acute spontaneous epileptiform discharges in the in vivo rat vivo rat cerebral cortex."NeuroImage. 18. 622-632 (2003)
• [文献書誌] Sasaki, S.et al.: "Postnatal changes in intrinsic optical responses to peripheral nerve stimulation in the in vivo rat spinal cord."NeuroImage. 20. 2126-2134 (2003)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y.et al.: "Optical mapping of the functional organization organization of the rat trigeminal nucleus : Spatial and temporal dynamics of sensory information transfer during embryogenesis."Journal of Neuroscience. (in press). (2004)
• [文献書誌] Sato, K.et al.: "Optical survey of neural circuit formation in the embryonic chick vagal pathway."European Journal of Neuroscience. (in press). (2004)
• [文献書誌] Miyakawa, N.et al.: "Keio University International Symposia for Life Sciences and Medicine Vol.11,The Neural Basis of Early Vision."Springer-Verlag. 5 (2003)
• [文献書誌] Sato, K.et al.: "Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function."The Humana Press Inc(in press). (2004)
• [文献書誌] Sato, K. et al.: "Intraoperative intrinsic optical imaging of neuronal activity from subdivisions of the human primary somatosensory cortex"Cerebral Cortex. 12. 269-280 (2002)
• [文献書誌] Sato, K. et al.: "Optical approaches to functional organization of glossopharyngeal and vagal motor nuclei in the embryonic chick hindbrain"Journal of Neurophysiology. 88. 383-393 (2002)
• [文献書誌] Sato, K. et al.: "Developmental organization of the glossopharyngeal nucleus in the embryonic chick brainstem slice as revealed by optical sectioning recording"Neuroscience Letters. 327. 157-160 (2002)
• [文献書誌] Sasaki, S. et al.: "Optical imaging of intrinsic signals induced by peripheral nerve stimulation in the in vivo rat spinal cord"NeuroImage. 17. 1240-1255 (2002)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y et al.: "Optical analysis of large-scale depolarization waves in the embryonic brain : a dual network of gap junctions and chemical synapses"Journal of Neurophysiology. 18. 600-614 (2003)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y. et al.: "Depolarization waves in the embryonic CNS triggered by multiple sensory inputs and spontaneous activity : optical imaging with a voltage-sensitive dye"Neuroscience. 116. 406-423 (2003)
• [文献書誌] Miyakawa, N. et al.: "Optical analysis of acute spontaneous epileptiform discharges in the in vivo rat cerebral cortex"NeuroImage. (in press). (2003)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y. et al.: "Recent Research Developments in Membrane Biology"Research Signpost (in press). (2003)
• [文献書誌] Sato, K. et al.: "Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function"The Humana Press Inc (in press). (2003)