| 研究課題/領域番号 |
21K06393
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分46010:神経科学一般関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
田中 洋光 京都大学, 理学研究科, 助教 (30705447)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 全反射顕微鏡 / Neurexin / シナプス小胞 / エンドサイトーシス / シナプス形成 / シナプス伝達 / 全反射蛍光顕微鏡 / 海馬神経細胞 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
中枢神経系における情報伝達は、シナプスと呼ばれる1umに満たない接合部位を介して行われる。シナプス前終末では、活動電位が到達後1 ms以内に、シナプス小胞内の神経伝達物質が開口放出され、その後小胞が取り込まれて再構成される機構があると考えられている。しかしながら、この超高速の現象には未だ不明な点が多い。特に、複種類報告されている取り込みは、従来の実験系では同一の生細胞で個別に可視化できておらず、本当に全て実在するのかは明らかでない。本研究では、単一シナプスレベルでシナプス小胞の動態を、リアルタイムかつ高頻度、高シグナルノイズ比で可視化し操作できる新たな実験系を構築し、その全体像を明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
シナプスにおける神経情報伝達は、活動電位の到達直後にシナプス前終末から行われ、高頻度の活動電位にも対応する。この情報出力を可能にするために、シナプス前終末にはタンパク質が密に集積した「アクティブゾーン」と呼ばれる細胞膜領域があり、シナプス小胞を効率的に開口放出して再構成する仕組みがあると考えられている。しかしながら、アクティブゾーン周辺でどのようにシナプス小胞が放出して取り込まれ、機能的な小胞が再構成されるのかは未だ明らかでない。研究代表者はこれまで、神経伝達物質受容体の動態やシナプス小胞の開口放出を、全反射顕微鏡を用いて高時空間分解能でライブイメージングできる独自の実験系を構築してきた。
2022年度では、その実験系を用いてラットの海馬神経細胞に、pH感受性GFPであるSEPを融合させた小胞構成膜タンパク質Synaptophysinを、遺伝子導入により発現させた。そして活動電位を誘発する電場刺激を細胞に加えて、シナプス前終末からシナプス小胞を放出させて、エンドサイトーシスされたSynaptophysinをライブイメージングした。解析の結果、即時可能なシナプス小胞の大半を放出させるような刺激では、バルク型エンドサイトーシスとクラスリン依存型エンドサイトーシスが主に駆動され、数個程度の小胞を放出させるような刺激では、超高速型のエンドサイトーシスが駆動されることが明らかとなった。後者は温度依存性でもあり、準生体温下では駆動される一方、室温下では駆動されなかった。また、各型のエンドサイトーシスで取り込まれたSynaptophysinの位置や輝度分布を解析し、エンドサイトーシスの特徴を初めて抽出できた。これにより、高速の情報出力が実現される神経情報伝達機構の解明に貢献した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の目的通り、各型のエンドサイトーシスを可視化してその特徴を抽出できた。本研究の成果は、日本神経科学学会において口頭発表し、海外でも講演した。近日中に論文投稿する状況から、おおむね順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究により個々のシナプスにおいて、シナプス小胞の取り込み形態や場所は一様ではなく、刺激ごとに異なることが明らかになりつつある。そこで今後は、繰り返し刺激による機能的な小胞の再構成の動態について研究する。また、本実験系の定量性が高い点を利用して、SEP1分子由来の輝度を元に、各型のエンドサイトーシスの取込量を比較する。
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