光遺伝学を用いた嗅球新生顆粒細胞の活動依存的な回路への組み込み機構の解明

• 研究課題/領域番号: 26640004
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 神経生理学・神経科学一般
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 成塚 裕美 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (00511388)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2014年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014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: 嗅球 / 神経新生

研究実績の概要

本研究では、「新生顆粒細胞が投射ニューロンの活動に依存して回路に組み込まれるか」という仮説に関して、申請者が新たに発見した顆粒細胞の特徴的な構造であるperisomatic-targeting spineと光遺伝学を利用することで検証し、新生顆粒細胞の回路への活動依存的な組み込み様式を明らかにするための研究を進めた。
仮説を検証する実験の手順は、①投射ニューロンにチャネルロドプシンを発現させる、②新生顆粒細胞をGFPで標識する、③投射ニューロンを光刺激により活性化する、④新生顆粒細胞が投射ニューロンにコンタクトさせるperisomatic-targeting spine スパインの解析、となる。今年度は、学習に伴う投射ニューロンの活動に依存した新生顆粒細胞の組み込みを検証する為に、③のステップにおいて単純な光刺激ではなく、学習を伴う光刺激を用いた。匂い刺激の代わりに、光刺激による嗅球投射ニューロンの活性化を用いて報酬との関連学習をマウスに行わせ、免疫染色によりperisomatic-targeting spineスパインを可視化した。これによりチャネルロドプシン陽性の投射ニューロンにコンタクトするperisomatic-targeting spineの観察が可能になった。
これまで、嗅球投射ニューロンを活性化する学習では、匂い分子と報酬を組み合わせた関連学習が用いられてきた。この方法は簡便である一方、匂い分子の不安定性やその濃度変化の為に、繰り返し安定した投射ニューロンの活動を惹起することは困難であった。本研究では、チャネルロドプシンを発現させた投射ニューロンを光刺激する事により、投射ニューロンを再現性良く活性化する学習を行い、その後に嗅球切片の観察が可能であることが示された。