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本研究では、シナプス可塑性と細胞収縮を題材にして行った。
海馬、大脳皮質におけるシナプス可塑性を制御するシグナル伝達ネットワークは、入力からCa^<2+>上昇までとCa^<2+>上昇から下流のシグナル伝達ネットワークに大別され、本年度はこれらを統合するシナプス可塑性シミュレーションモデルの構築に成功した。このモデルを用いて現在の分子経路ではスパイクタイミング依存性シナプス可塑性が再現できないことを見出した。このモデルを用いてNMDA受容体のアロステリック仮説を考えると、さまざまな実験結果を統一的に再現できることを見出した。現在この仮説を実験により詳細に検討している。また、このシミュレーションモデルと小脳プルキンエ細胞のCa^<2+>上昇において作成したIP_3とIP_3受容体のシミュレーションモデルを統合することにより入力からCa^<2+>上昇までのシミュレーションモデルを構築して、小脳のプルキンエ細胞が自分自身でパラメータをセルフチューニングして可塑性を制御している可能性を検討した。
申請者らはすでにミオシン軽鎖リン酸化のシミュレーションモデルから、ミオシン軽鎖リン酸化の持続相に必要な未知のシグナル伝達経路の存在を予測していた。本年度は、未知の経路探索を行うと同時に双安定性の分子メカニズムを解き明かすことを目標とした。実験により未知の経路を構成する分子の探索を行い、Ca^<2+>-independent phospholipase A_2(iPLA_2)を同定した。また、ミオシン軽鎖リン酸化の持続相は刺激であるトロンビン濃度に対してall or noneの閾値現象を見出すことを見出した。閾値現象は単安定あるいは双安定なシステムにより実現可能であるが、hysteresisの有無で双安定かどうか判断可能である。現在hysteresisについて検討している。
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