シナプス安定性に関する微細形態解析

• 研究課題/領域番号: 18K06499
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分46020:神経形態学関連
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 岩崎 広英 群馬大学, 大学院医学系研究科, 教授 (30342752)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: シナプス / 光学顕微鏡 / 電子顕微鏡 / 光-電子相関顕微鏡法 / スパイン / 二光子顕微鏡 / テニューリン / 光―電子相関法

研究成果の概要

本研究課題は、シナプスの安定化をもたらす分子的基盤の解明を目ざした。まず、大脳皮質錐体細胞の樹状突起スパインを二光子顕微鏡で経時的にin vivoイメージングし、安定して維持されるスパインと新たに出現したスパインを同定した。次に同じ樹状突起を電子顕微鏡で観察して樹状突起スパインの三次元再構築像を得た。その結果、安定スパインと新生スパインとではネックの長さはほぼ同じであるが、安定スパインではスパインヘッドが大きく、形態も複雑であった。さらにシナプス安定化の分子メカニズムの解明のため、シナプス誘導に関わる膜タンパク質であるテニューリンのシナプス形成過程における役割について明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脳が長期にわたり安定に記憶を保持するためにはシナプスが長期にわたって安定的に維持される必要がある。一方、新しいことを学習したり外界の変化に応じて柔軟に対応したりするためにはシナプスが可塑的である必要がある。本研究課題では、安定して維持されるスパインの形がどのようなものであるかを明らかにした。スパインの安定性は自閉症などの発達障害や精神疾患とも関連しており、スパインを安定に維持させるしくみの解明や、どのような分子がスパインの安定化に関わっているのかが明らかになれば、発達障害や精神疾患の病因・病態の理解につながるものと期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Geometry and the Organizational Principle of Spine Synapses along a Dendrite (2020)
  • 著者名/発表者名: Parajuli Laxmi Kumar、Urakubo Hidetoshi、Takahashi-Nakazato Ai、Ogelman Roberto、Iwasaki Hirohide、Koike Masato、Kwon Hyung-Bae、Ishii Shin、Oh Won Chan、Fukazawa Yugo、Okabe Shigeo
  • 雑誌名: eneuro 巻: 7 号: 6 ページ: 0248-20
  • DOI: 10.1523/eneuro.0248-20.2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive Profiling of Gene Expression in the Cerebral Cortex and Striatum of BTBRTF/ArtRbrc Mice Compared to C57BL/6J Mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Mizuno Shota、Hirota Jun-na、Ishii Chiaki、Iwasaki Hirohide、Sano Yoshitake、Furuichi Teiichi
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 14 ページ: 1-24
  • DOI: 10.3389/fncel.2020.595607
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultrastructural Observation of Glutamatergic Synapses by Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy (FIB/SEM) (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahashi-Nakazato Ai、Parajuli Laxmi Kumar、Iwasaki Hirohide、Tanaka Shinji、Okabe Shigeo
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1941 ページ: 17-27
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-9077-1_2
  • ISBN: 9781493990764, 9781493990771
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-infrared deep brain stimulation via upconversion nanoparticle-mediated optogenetics. (2018)
  • 著者名/発表者名: Chen S, Weitemier AZ, Zeng X, He L, Wang X, Tao Y, Huang AJY, Hashimotodani Y, Kano M, Iwasaki H, Parajuli LK, Okabe S, Teh DBL, All AH, Tsutsui-Kimura I, Tanaka KF, Liu X, McHugh TJ.
  • 雑誌名: Science 巻: 359 号: 6376 ページ: 679-684
  • DOI: 10.1126/science.aaq1144
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 中枢神経系の神経回路解析のための光-電子相関顕微鏡法によるアプローチ (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩﨑広英
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] The roles of teneurin-2 in neuron (2020)
  • 著者名/発表者名: Sotaro Ichinose, Hirohide Iwasaki
  • 学会等名: 第43回 日本神経科学会大会
• [学会発表] 走査型電子顕微鏡による樹状突起スパインの三次元再構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩崎広英
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会
  • 招待講演
• [備考] 群馬大学大学院医学系研究科機能形態学分野
  • URL: https://connectome.med.gunma-u.ac.jp/