アストロサイトの密度変化とシナプス投射位置および情報伝達との相関解析

• 研究課題/領域番号: 17K08328
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 薬理系薬学
• 研究機関: 福岡大学
• 研究代表者: 桂林 秀太郎 福岡大学, 薬学部, 准教授 (50435145)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 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: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: シナプス伝達 / グリア細胞 / アストロサイト / サイレントシナプス / 細胞情報伝達学

研究成果の概要

脳における主要なグリア細胞であるアストロサイトは、シナプスの形成と成熟に関与しており、ニューロン間の持続可能なシナプス伝達に貢献しています。本研究により、アストロサイトの密度が高いほど、神経細胞（ニューロン）における興奮性シナプス伝達は高くなることが分かりました。また、形態学的に同定されたグルタミン酸作動性シナプスの全体的な数は変化しませんでしたが、伝達物質を放出できる機能的シナプス（アクティブシナプス）の割合は増加しました。つまり、ニューロンを取り巻くアストロサイトの高密度化は、シナプス前の非サイレンシングを介して興奮性シナプス伝達を強化することが明らかとなりました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脳高次機能を有する高等動物ほど、脳内のグリア細胞の数が多いといわれています。その多数を占めるアストロサイトが欠如すると、神経回路の架け橋である『シナプス』の数は激減し、伝達物質放出機能も低下します。研究代表者はこれまでに、アストロサイトの液性因子は重要であるが、アストロサイトの占有面積とシナプス機能には相関関係はないことを報告しました。
この成果を更に発展させるため、本研究ではアストロサイトの“密度”に着目し、アストロサイトとニューロンの混成比の違いによるシナプス機能（情報伝達）とシナプス形態（形成秩序）を解析し、アストロサイト密度と高次機能の相関関係を明らかにしました。

研究成果

• [国際共同研究] University of Iowa(米国)
• [国際共同研究] University of Iowa(米国)
• [雑誌論文] Effect of Yokukansan and Yokukansankachimpihange on Aggressive Behavior, 5-HT Receptors and Arginine Vasopressin Expression in Social Isolation-Reared Mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Iba H, Watanabe T, Matsuzawa K, Saimiya M, Tanaka M, Moriyama H, Kubota K, Katsurabayashi S, Iwasaki K
  • 雑誌名: Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ＆ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ 巻: 42 号: 12 ページ: 2009-2015
  • DOI: 10.1248/bpb.b19-00499
  • NAID: 130007754660
  • ISSN: 0918-6158, 1347-5215
  • 年月日: 2019-12-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Lactobacillus paracasei A221‐fermented ginseng on impaired spatial memory in a rat model with cerebral ischemia and β‐amyloid injection (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaki Nagao, Satoshi Yamano, Naoki Imagawa, Kentaro Igami, Toshitsugu Miyazaki, Hisatomi Ito, Takuya Watanabe, Kaori Kubota, Shutaro Katsurabayashi, Katsunori Iwasaki
  • 雑誌名: Traditional & Kampo Medicine 巻: 6 号: 2 ページ: 96-104
  • DOI: 10.1002/tkm2.1220
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hippocampal neurons in direct contact with astrocytes exposed to amyloid β25-35 exhibit reduced excitatory synaptic transmission (2019)
  • 著者名/発表者名: Kohei Oyabu, Hiroki Kiyota, Kaori Kubota, Takuya Watanabe, Shutaro Katsurabayashi, Katsunori Iwasaki
  • 雑誌名: IBRO Reports 巻: 7 ページ: 34-41
  • DOI: 10.1016/j.ibror.2019.07.1719
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 神経突起萎縮やシナプス減少を呈する新規神経変性モデル培養標本の構築 (2019)
  • 著者名/発表者名: 窪田香織、桂林秀太郎
  • 雑誌名: Research 巻: 24 ページ: 87-89
• [雑誌論文] Pioneer Factor NeuroD1 Rearranges Transcriptional and Epigenetic Profiles to Execute Microglia-Neuron Conversion. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuda T, Irie T, Katsurabayashi S, Hayashi Y, Nagai T, Hamazaki N, Adefuin AMD, Miura F, Ito T, Kimura H, Shirahige K, Takeda T, Iwasaki K, Imamura T, Nakashima K.
  • 雑誌名: Neuron 巻: 101 (3) 号: 3 ページ: 472-485
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.12.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dependence and Homeostasis of Membrane Impedance on Cell Morphology in Cultured Hippocampal Neurons. (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumura R, Yamamoto H, Hayakawa T, Katsurabayashi S, Niwano M, Hirano-Iwata A.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 (1) 号: 1 ページ: 9905-9905
  • DOI: 10.1038/s41598-018-28232-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Astrocytes with previous chronic exposure to amyloid beta-peptide fragment 1–40 suppress excitatory synaptic transmission. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawano H, Oyabu K, Yamamoto H, Eto K, Adaniya Y, Kubota K, Watanabe T, Hirano-Iwata A, Nabekura J, Katsurabayasi S, Iwasaki K.
  • 雑誌名: J Neurochemistry 巻: 143 号: 6 ページ: 624-634
  • DOI: 10.1111/jnc.14247
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Traditional Japanese Herbal Medicine Hachimijiogan Elicits Neurite Outgrowth Effects in PC12 Cells and Improves Cognitive in AD Model Rats via Phosphorylation of CREB. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kubota K, Fukue H, Sato H, Hashimoto K, Fujikane A, Moriyama H, Watanabe T, Katsurabayashi S, Kainuma M, Iwasaki K.
  • 雑誌名: Front Pharmacol. 巻: 21 ページ: 850-850
  • DOI: 10.3389/fphar.2017.00850
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Glial assembly for regenerative medicine and brain transplant (2020)
  • 著者名/発表者名: Shutaro Katsurabayashi, Kohei Oyabu, Kotomi Takeda, Kaori Kubota, Takuya Watanabe, Katsunori Iwasaki
  • 学会等名: 2nd Mini-Symposium on The Blood-Brain Barrier from Basic to Clinical Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 構成論的に神経ネットワークを作る～人工脳を作るための細胞レシピ～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 桂林 秀太郎
  • 学会等名: 第20回ブレインサイエンス研究会
• [学会発表] Excitatory synaptic transmission in hippocampal neurons is reduced by direct contact with astrocytes exposed to amyloid β25-35 (2019)
  • 著者名/発表者名: Oyabu K, Kiyota H, Kubota K, Watanabe T, Katsurabayashi S, Iwasaki K
  • 学会等名: The 6th Congress of Asian College of Neuropsychopharmacology
  • 国際学会
• [学会発表] The direct contact of astrocytes to neuron is critical for lowering excitatory synaptic transmission after the exposure of amyloid β-protein 25-35 onto astrocytes (2019)
  • 著者名/発表者名: Oyabu K, Kiyota H, Kubota K, Watanabe T, Katsurabayashi S, Iwasaki K
  • 学会等名: Society for Neuroscience meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Excitatory synaptic transmission is modulated by the density of surrounding astrocytes (2019)
  • 著者名/発表者名: Kohei Oyabu, Shutaro Katsurabayashi, Katsunori Iwasaki
  • 学会等名: The 7th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
  • 国際学会
• [学会発表] Excitatory synaptic transmission is reduced by astrocytes previously exposed to amyloid β peptide fragment 1-40 (2019)
  • 著者名/発表者名: Oyabu K, Kawano H, Yamamoto H, Eto K, Adaniya Y, Kubota K, Watanabe T, Hirano-Iwata A, Nabekura J, Katsurabayashi S, Iwasaki K
  • 学会等名: The 9th Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • 国際学会
• [学会発表] アストロサイトと単一ニューンの比率変化が及ぼすシナプス伝達変化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大藪康平、武田琴水、渡辺拓也、窪田香織、桂林秀太郎、岩崎克典
  • 学会等名: 第19回ブレインサイエンス研究会
• [学会発表] ニューロン／アストロサイト混成比とシナプス伝達 (2018)
  • 著者名/発表者名: 桂林 秀太郎、大藪 康平、武田 琴水、渡辺 拓也、窪田 香織、岩崎 克典
  • 学会等名: 第27回神経行動薬理若手研究者の集い
• [学会発表] 人工脳を作るための細胞レシピ～構成論的に神経ネットワークを作る試み～ (2018)
  • 著者名/発表者名: 桂林 秀太郎
  • 学会等名: 福岡大学 学際シンポジウム
  • 招待講演