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哺乳類中枢神経系の単一シナプスの機能と形態の動態を明らかにして、その制御機構を解明することをめざした。中枢神経系内の個々のシナプスレベルでの多様性の実状は明らかになっていない。シナプスを形成する一対の培養神経細胞に異なる波長の蛍光色素を導入し、高解像度のレーザー顕微鏡によるシナプス前後部両者の形態観察と電気生理学計測を組み合わせ、各シナプス応答の多様性とその機能および形態制御を解析した。まず、細胞種の同定が容易な小脳の顆粒細胞とプルキンエ細胞間のシナプスに注目した。顆粒細胞には蛍光蛋白質のGFPを発現させ、またシナプス後プルキンエ細胞にはAlexa594をガラス電極より注入し、シナプスを形成している一対の神経細胞を可視化した。軸索での活動電位発生をテトロドトキシンで抑えた状況で、顆粒細胞シナプス前終末付近を局所電気刺激することにより、少数シナプスで発生したシナプス電流を記録した。そして、シナプス応答の特性とシナプス形態の解析を行った。同じ刺激を何回も繰り返してシナプス応答を多数回記録して、シナプス応答のユニットを求めた。そうしたところ、単一シナプス小胞により引き起こされたと考えられる単位シナプス応答の大きさおよび時間経過が、シナプスごとでかなりばらつくことが判明した。各シナプス応答の特徴とシナプスの位置・形態との相関を調べた。また、海馬の興奮性シナプスに関しても同様の解析を行った。小脳と海馬の興奮性シナプスの比較により、海馬ではシナプス応答の大きさとシナプス後部のスパイン構造の大きさに相関が認められたが、小脳の顆粒細胞・プルキンエ細胞間シナプスではそうした相関が認められないこと等が明らかになった。
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