| 研究課題/領域番号 |
21K06398
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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 | 東京慈恵会医科大学 |
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研究代表者 |
中村 行宏 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (40460696)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | シナプス前終末 / カルシウム / シナプス伝達 / Held萼状シナプス / カルシウムイメージング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
シナプス前終末における細胞内Ca濃度の上昇は、通常活動電位によって活性化した電位依存性Caチャネルを介したCa流入によって生じ、神経伝達物質の開口放出を誘導する。しかし申請者はこれまでのCaイメージング実験の過程で、脳幹のHeld萼状シナプスの巨大前終末では、活動電位の発生とは同期しないCa濃度の上昇がしばしば起きることに偶然気付いた。Ca sparkと名付けたこの現象は、伝達物質の放出とも無関係のようであり、その発生のしくみや機能は分かっていない。本研究ではCa sparkの発生機序や生理学的意義を解明し、中枢神経シナプス前終末における新しいCa制御機構についての知見を得る。
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| 研究実績の概要 |
脳幹聴覚伝導路上の萼状シナプスの巨大シナプス前終末において、活動電位非依存的に発生する一過性の上昇を‘Caスパーク’と呼ぶ。CMOSカメラを用いたCaイメージングによって、Caスパークは聴覚獲得前の生後１週齢のシナプス前終末ではほとんど観察されないことが昨年度の研究によって明らかになっていた。そこで本年度は生後２週齢（以降）のシナプスに
焦点を絞って研究を進めた。
ガラスパッチ電極よりシナプス前終末に高親和性の蛍光Ca感受性色素Calbryteを注入し、新たに導入した共焦点レーザー顕微鏡を用いてシナプス前終末内におけるCaスパークの発生部位を調べた。Caスパークは、主にシナプス前終末の枝分かれして膨大した先端部（swellings）で発生し、軸索や軸索と接続する細い幹（stalk）ではほとんど観察されなかった。電位依存性カルシウムチャネルCaV2.1阻害剤omega-Agatoxinを投与したところ、Caスパークの振幅は微減したが、発生頻度には影響しなかった。電位依存性カルシウムチャネルを介したCaイオン流入はCaスパーク発生の主因ではないと考えられる。さらにCaイメージングと同時に後シナプスの台形体核神経細胞からシナプス後電流を記録したところ、Caスパークの発生は微小シナプス電流と同期する様子は認められなかった。Caスパークはシナプス伝達には直接関与しない生理現象である可能性が示された。
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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
昨年度のコロナ禍による研究機器納入や実験進捗の遅延をほぼ回復し、およそ計画当初のスケジュールに沿って進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまではシナプス前末端へ直接パッチクランプしたガラス電極からCa感受性蛍光色素を導入していたが、技術的に困難な実験であり効率はよくなかった。そこでHeld萼状シナプスの巨大シナプス前終末に遺伝的にコードされたCaセンサータンパク質GCaMP6fを発現した動物の作成をすすめている。この動物を用いることにより、Caイメージングに際してシナプス前終末へパッチクランプ必要がなくなり、実験効率の向上が期待できる。シナプス前終末の膜電位を記録しないため、通常のシナプスでは自発発火によるCa上昇と発火によらないCa sparkを識別できない。しかし、脳幹スライス中のHeld萼状シナプスのin situ標本では巨大シナプス前終末に自発発火が生じないことが知られており、Caイメージングによって観察されるCa濃度上昇はすべてCa sparkであるとみなせる。Ca sparkの発生機序を調べる最終年度の薬理学的・分子生物学的実験ではこの動物を使用していきたい。
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