ナノ光学技術による神経成長円錐の動態とシナプス形成過程の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08044257
• 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: 古川 哲史 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助手 (80251552) ; 辰巳 仁史 名古屋大学, 医学部, 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) ; MCCAIG C.D. アバディーン大学, 医学部, 準教授 ; TSUJI S. ピュール&マリー, キュリー大学・神経科学研究所, 教授
• キーワード: 神経細胞 / 神経成長円錐 / 神経伝達物質 / カルシウム / 神経成長因子 / 電場 / 光学技術 / ホールセルパッチクランプ

研究概要

本研究はホールセルパッチクランプ等の電気生理学的手法とビデオ強化型微分干渉顕微鏡、カルシウムイオン濃度の光学的測定、レーザー光ピンセットなどの先端的光学技術を組み合わせて、培養神経の神経突起先端部に形成される神経成長円錐の構造と機能に関する解析を行うものである。本年度の研究経過と得られた新知見は次の通りである。
幼若ラットの脊髄後根神経節から単離・培養した神経細胞の神経成長円錐から、細胞の興奮と同時にカルシウム依存性にグルタメートが放出されることを明らかにした。このために、グルタメート受容体を持つ海馬細胞を幼若ラット脳から急性分離してセンサーとした。海馬細胞からホールセルパッチクランプ電流を記録しながら後根神経節細胞の神経成長円錐に接触させて同細胞を興奮させると、海馬細胞から内向き電流が記録された。この内向き電流について、電気生理学・薬理学的検討を行い、更にFura-2を用いた細胞内カルシウムイオン濃度の光学的測定を実施した結果、上述の結論を得た。
この時に、海馬細胞から記録された内向き電流はω-agatoxinによって消失し、ω-cono toxinによってかなり抑制された。従って神経成長円錐に分布するカルシウムチャネルはP、N型(更にQ型も)と考えられる。これらのカルシウムチャネル遮断剤に対する抗体で処理した金コロイド粒子を利用して、神経成長円錐部におけるカルシウムチャネルの存在を電子顕微鏡で可視化する試みを開始した。
アフリカツメガエルの脊髄から伸びる神経突起の方向が電場によって影響される仕組みを検討し、神経成長円錐の方向転換が神経成長因子によって増強されることを発見した。生体内の電位勾配と神経成長因子は発生初期の運動神経の伸展を左右する要因として互いに作用していると考えられ、更に神経伝達物質放出が増すと神経突起の屈曲を促進するようである。上述のようにシナプスを形成する前に神経成長円錐は伝達物質が放出する機構を備えていることは極めて重要なことと思われる。

研究成果

• [文献書誌] Hirai,K.,Katayama,Y.and Misu,Y.: "L-DOPA induces concentration-dependent facilitation and inhibition of presynaptic acetylcholine relrase in the guinea-pig submucous plexus." Brain Res.718. 105-111 (1996)
• [文献書誌] Mosita,K.and Katayama,Y.: "Tetraethylammonium-sensitive calcium-sensitive pottasium current in a subclass of the bullfrog dorsal root ganglion cells." Neuroscience Letters. 215. 193-196 (1996)
• [文献書誌] Furukawa,T.,Yamane,T.,Terai,T.,Katayama,Y.and Hiraoka,M.: "Functional linkage of the cardiac ATP-sensitive K^+ channel to the actin cytoskeleton." Pflugers Arch.431. 504-512 (1996)
• [文献書誌] Stewart R.,Allan,D.W.and McCaig,C.D.: "Lectins implicate specific carbohydrate domains in electric field stimulated nerve growth and guidance" J.Neurobiol.30. 425-437 (1996)
• [文献書誌] Britland,S.and McCaig,C.D.: "The response of cultured Xenopus neurites to simultaneous electrical and adhesive guidance cues." Exp.Cell Res.226. 31-38 (1996)
• [文献書誌] Soeda,H.,Tatsumi,H.and Katayama,Y.: "Neurotransmitter release from growth cones of rat dorsal root ganglion neurons in culture." Neuroscience. (in Press). (1997)