SW-R発生時の記憶再生を支える細胞選択的な活動メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 17H07086
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物系薬学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 石川 智愛 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (20804587)
• 研究期間 (年度): 2017-08-25 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: sharp waves/ripples / シナプス入力 / スパイン / シークエンス入力 / 海馬 / クラスター入力 / 樹状突起スパイン / 記憶再生 / 機能的スパインイメージング / 海馬CA1野神経細胞 / 記憶の再生 / 海馬CA1野 / 大規模スパインカルシウムイメージング / SW-R

研究成果の概要

海馬においてsharp waves/ripples(SW-R)発生時に繰り返し観察されるシークエンス発火が記憶の固定を担うといわれている。しかし、シークエンス発火が下流の細胞においてどのように受容されているのかは未解明である。そこで、SW-Rに参加する細胞としない細胞のシナプス入力を大規模に可視化し、参加する細胞は参加しない細胞に比べ、SW-R時に多数のシナプス入力を受けることを発見した。さらに、このシナプス入力はシークエンス構造を持ち、空間的に近接したスパインに収束することを見出した。空間的に近接した入力は非線形演算を誘導することから、この入力様式が細胞選択的な発火に関与する可能性がある。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、SW-Rに参加するか否かを明確に分け、シナプス入力の時空間パターンを比較し、SW-Rに参加する細胞は近接したスパインが繰り返しシークエンス入力を受け取ることを見出した。この結果は、記憶再生時の細胞選択的な発火メカニズムに「シークエンス構造をもつシナプス入力」が関与しうること示唆した点で意義深い。また、シークエンス入力の存在を初めて捉えた知見でもあり、今後、樹状突起の演算様式のより詳細な解明につながることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Central Histamine Boosts Perirhinal Cortex Activity and Restores Forgotten Object Memories (2019)
  • 著者名/発表者名: Nomura H, Mizuta H, Norimoto H, Masuda F, Miura Y, Kubo A, Kojima H, Ashizuka A, Matsukawa N, Baraki Z, Hitora-Imamura N, Nakayama D, Ishikawa T, Okada M, Orita K, Saito R, Yamauchi N, Sano Y, Kusuhara H, Minami M, Takahashi H, Ikegaya Y
  • 雑誌名: Biological Psychiatry 巻: 印刷中 号: 3 ページ: 230-239
  • DOI: 10.1016/j.biopsych.2018.11.009
  • NAID: 120006876277
  • 査読あり
• [雑誌論文] GABAergic inhibition reduces the impact of synaptic excitation on somatic excitation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Chiaki、Okamoto Kazuki、Mochizuki Yasuhiro、Urakubo Hidetoshi、Funayama Kenta、Ishikawa Tomoe、Kashima Tetsuhiko、Ouchi Ayako、Szymanska Agnieszka F.、Ishii Shin、Ikegaya Yuji
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: - ページ: 00-00
  • DOI: 10.1016/j.neures.2018.09.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hippocampal ripples down-regulate synapses (2018)
  • 著者名/発表者名: Norimoto Hiroaki、Makino Kenichi、Gao Mengxuan、Shikano Yu、Okamoto Kazuki、Ishikawa Tomoe、Sasaki Takuya、Hioki Hiroyuki、Fujisawa Shigeyoshi、Ikegaya Yuji
  • 雑誌名: Science 巻: 359 号: 6383 ページ: 1524-1527
  • DOI: 10.1126/science.aao0702
  • 査読あり
• [学会発表] 髄膜リンパ管が脳機能に与える影響の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松岡将司、満倉靖恵、石川智愛、安井正人
  • 学会等名: 第92回日本薬理学会年会
• [学会発表] Water intoxication induces systemic reactions, including closure of paravascular space, in vivo. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T., Unekawa, M., Tomita, Y., Nakahara, J., Yasui, M.
  • 学会等名: 6th International Conference on Glial Biology in Medicine
  • 国際学会
• [学会発表] Real-time in vivo observation of the volume changes in astrocytes and perivascular spaces during water intoxication. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T., Unekawa, M., Tomita, Y., Yasui, M.
  • 学会等名: 11th FENS Forum of Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] 水中毒が全身の生理パラメータおよびparavascular spaceに与える影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川智愛、畝川美悠紀、冨田裕、中原仁、安井正人
  • 学会等名: 先端モデル動物支援プラットフォーム若手支援技術講習会2018
• [学会発表] CA1 pyramidal neurons receive spatially clustered synaptic inputs during sharp waves/ripples EX vivo (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T., Ikegaya, Y.
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Central histamine reactivates weak memory engrams and restores apparently forgotten object memories in mice and humans (2017)
  • 著者名/発表者名: Nomura, H., Mizuta, H., Norimoto, H., Masuda, F., Miura, Y., Kojima, H., Ashizuka, A., Matsukawa, N., Baraki, Z., Hitora-Imamura, N., Nakayama, D., Ishikawa, T., Saito, R., Sano, Y., Kusuhara, H., Minami, M., Takahashi, H., Ikegaya, Y.
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Sharp Wave発生時における空間的に局在したシナプス入力 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川智愛、池谷裕二
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] ヒスタミンH3受容体逆アゴニストは、思い出せなくなった物体記憶を回復させる (2017)
  • 著者名/発表者名: 野村洋、水田弘人、乘本裕明、増田文貴、三浦友樹、小島寛人、芦塚あおい、松河理子、Zohal Baraki、人羅（今村）菜津子、中山大輔、石川智愛、齋藤瞭毅、佐野大和、楠原洋之、南雅文、高橋英彦、池谷裕二
  • 学会等名: 第39回日本生物学的精神医学会・第47回日本神経精神薬理学会 合同年会