自律神経系に見られる分散型制御システムの生理学的および工学的研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04454035
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 片山 芳文 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (20014144)
• 研究分担者: 三原 智 久留米大学, 医学部, 助手 (40166103) ; 辰巳 仁史 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助手 (20171720) ; 平井 恵二 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助教授 (70156628)
• キーワード: 自律神経系 / 腸神経系 / 神経回路 / 分散型制御システム / 神経伝達 / 細胞内情報伝達 / ニューロン / シナプス

研究概要

1.腸神経系における神経回路構成を知る目的で単一ニューロンの入・出力経路の広がりを電気生理学的方法で調ベ、モルモットの回腸では下向性の神経投射経路の方が長い事が分かった。腸管を中枢神経から完全に離しても腸運動はかなりの程度に保存される。動物の形態形成は腸管を中心に行われ、腸管独自の機能は原型に近いものが維持されていると考えられる。したがって、腸管の機能は本来自律的であり、内在する腸神経系の活動も自律的であろう。このような観点から次年度以降さらに考察をすすめたい。
2.モルモットの腸神経系において神経伝達物質あるいはモジュレータとして作用する生理活性物質の他に、ATPやL-DOPAが多彩な神経作用を発現することを本研究で明らかにした。サブスタンスPやその関連物質を含むタヒキニンはカリウムチャネルを閉じることにより、腸ニューロンを興奮させることが知られているが、その細胞内情報ネットワークにGTP結合蛋白が介在し、この蛋白の機能が百日咳毒素によって阻害されることが分かった。さらにこのカリウムチャネルはカルシウム依存性であり、サブスタンスPはカルシウム依存性カリウムチャネルが活性化する過程に作用して、最終的にはカリウムチャネルを閉じると結論された。
3.映像倍率約10、000倍になるビデオ強化型高倍率微分干渉顕微鏡のシステムを完成した。この顕微鏡を利用して、培養ニューロンの神経突起先瑞に形成される成長錐を観察した。成長錐に高濃度カリウムを作用させるとその形状に変化が起こり、フィロポディアの形成が起こった。フィロポディアは約1μm/秒で伸展し、刺激を中止すると退縮した。伸展した状態では、先端はブラウン運動を示した。このブラウン運動が神経突起の成長とニューロン間でのシナプス形成にどのように関わっているかは神経回路形成のメカニズムの基本に関連するものと思われる。

研究成果

• [文献書誌] Morita,K.and Katayama,Y.: "Substance Pinhibits activation of calcium-dependent potassium conductances in guinea-pig myenteric neurones." Journal of Physiology(London). 447. 293-308 (1992)
• [文献書誌] Noda,Y.,Hirai,K.and Katayama,Y.: "Facilitatory and inhibitory effects of methionine-enkephalin on the motility of the quinea-pig small intestine" Japanese Journal of Physiology. 42. S130- (1992)
• [文献書誌] Hirai,K. and Katayama,Y.: "Intracellular mechanisms of facilitatory and inhibitory effects of L-DOPA on the cholinergic transmission in the quinea-pig Meissner's plexus." Society for Neuroscience (USA) Abstracts. 18. 792- (1992)
• [文献書誌] Morita,K.,Kamiji,T. and Katayama,Y.: "Actions of ATP on synaptic transmission in the myenteric plexus of the quinea-pig ileum." Society for Neuroscience (USA) Abstracts. 18. 1000- (1992)
• [文献書誌] Mihara,S.: "Intracellular recordings from neurones of the submucous plexus." Progress in Neurobiology.
• [文献書誌] Tatsumi,H. and Katayama,Y.: "Elongation of growth cone filopodia observed with video-enhanced differential interference contrast microscopy." Japanese Journal of Physiology.