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大脳皮質錐体細胞の興奮性シナプスを形成する後シナプス部位の多くはスパインと呼ばれる棘状の構造を形成している。このスパインはシナプスの活動依存的な形態可塑性を示すことが知られており、記憶や学習などの脳機能と関連する部位として考えられている。本研究の目的は、大脳機能のシナプス基盤をより直接的に解明するため、樹状突起スパインの形態をシナプス機能の指標とし、ケイジド化合物などを用いた新しい光技術によるシナプス可塑性の系統的操作法を開発することである。
これまで、光刺激によるスパイン増大の誘発法は確立されてきた。しかし、スパイン収縮及び除去の誘発に関しては電気刺激による報告があるのみで、グルタミン酸アンケイジング法では収縮が誘発し難い状況が続いてきた。スパイン収縮誘発時における電気刺激とケイジドグルタミン酸光刺激の決定的な違いとして、抑制性入力の有無が考えられる。さらには、ケイジドグルタミン酸はそれ自体でGABA受容体の阻害作用を有することが知られている。そこで、ケイジドグルタミン酸光刺激と同時にケイジドGABAによるGABA光刺激を用いることを考えた。近年、新しいケイジドGABAの開発が進み、最適励起波長の違いからケイジドグルタミン酸とケイジドGABAをそれぞれ異なる波長の光で独立に刺激することが可能となっている。このようなグルタミン酸とGABAの2色光刺激法を用いて、グルタミン酸光刺激・GABA光刺激・活動電位を組み合わせることで、スパインの収縮及び除去が誘発されることが明らかとなった。つまり、スパインの収縮及び除去はGABA依存的であることが明らかとなってきた。以上のことより、当初の予定であったスパイン収縮の光刺激による誘発法を確立することに成功した。今後は、この現象についての詳細の解明に取り組む予定である。
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