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本研究は、神経終末の活動を高速画像処理によって強化した光学顕微鏡によって直接捉え、その動的な特性を調べ、さらに、分子機構を解明することを目的とする。すでに、神経終末の電気活動に伴う生理反応として伝達物質放出のためのエキソサイトーシスと急速フィロポディア発芽の現象をとらえているので、これらのメカニズムを調べた。細胞内におけるCaイオン濃度との関連を調べる目的で、Fura2によるCaイメージングと高分解能DIC観察を同一標本で同時に行う装置を開発した。クロマフィン細胞の突起とその終末部においてCa波は刺激部位から末梢方向に伝播した。これに続いて細胞間接着部において沢山のエキソサイトーシス反応が見られた。この反応の現れた部位のCa濃度変化は刺激部位よりも小さなものであった。標本の厚みや顆粒分布等に特別な偏りが無かったので、エキソサイトーシスの頻度は細胞内Caイオン濃度だけでなく細胞膜の膜融合特性によっても制御されていることが分かる。さらに、このCaイメージングとビデオによるエキソサイトーシスの同時観察によって、プレ側の信号がポスト側の細胞に実際に信号として伝達していくのが観察された。これによって、クロマフィン細胞の突起終末と隣接細胞間に形成される接着構造が実際にシナプス同様に働くことが示された。従って、シナプス類似構造におけるエキソサイトーシスの可視化が初めて成功したことが証明された。さらに、顆粒の膜融合の分子機構を知るために、単離クロマフィン顆粒において、インフルエンザビールスの接着蛋白の効果を調べた。溶液のpHの低下では顆粒に対する効果が現われず、1μMのCaイオン存在下で強い接着効果が見られた。しかし、顆粒同志の膜融合を示す画像イメージは得られず、強い接着だけでは膜融合に至らないことと、顆粒と細胞膜間に特別な膜融合機構があることが示唆された。
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