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生体内においてニューロン種およびニューロン部位選択的なシナプス形成が行われ、それが秩序だった神経系構築に重要な役割を果すと考えられている。本研究では小脳培養系におけるシナプス形成の細胞部位選択性を調べることにより、秩序だった神経回路網の形成機構を解析することを試みている。ラットより小脳ニューロンの培養を行い、以下の実験を行った。まず、顆粒細胞にルシファーイエロー、プルキン工細胞にはテキサスレッドという2種類の異なる色の蛍光色素を細胞内注入し、電気生理学的に興奮性シナプスの存在を確認した後、蛍光顕微鏡で形態を観察したところ、顆粒細胞軸索の膨大部がプルキン工細胞の樹状突起に接している部位が認められた。次にシナプス前末端内のシナプス小胞タンパクであるシナプトフィシンに対する抗体を用いた間接蛍光抗体法による染色を行い、上記の膨大部に相当する構造がシナプス終末であることを確認した。また走査電子顕微鏡による観察では、1μmくらいの軸索膨大部がプルキン工細胞上に接しているのが認められた。ところで、間接蛍光抗体法による染色および走査電子顕微鏡による観察により、培養プルキン工細胞はシナプス入力を樹状突起のみではなく細胞体上でも受けていることが明かとなった。顆粒細胞・プルキン工細胞間のシナプスはすべて樹状突起上に存在していたので、プルキン工細胞体上にシナプスを形成しているニューロンは抑制性の介在ニューロンではないかと推測した。そこでプルキン工細胞と抑制性ニューロンとの同時記録および細胞内染色を行ったところ、抑制性介在ニューロンの半数以上がプルキン工細胞の細胞体へと軸索を延ばし、そこでシナプスを形成しているらしいという結果が得られた。このように、培養系においても小脳ニューロンは細胞部位選択的なシナプス形成をするようだということが明らかになってきた。
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