| 研究課題/領域番号 |
18H02527
|
|---|
| 研究機関 | 京都大学 |
|---|
研究代表者 |
川口 真也 京都大学, 理学研究科, 教授 (00378530)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| キーワード | シナプス可塑性 / 軸索 / IP3受容体 / 活動電位 / 伝達物質放出 / 小脳 / プルキンエ細胞 / イメージング |
|---|
| 研究実績の概要 |
動物の記憶・学習を実現する神経回路の機能変化の実体は、未だに良く分かっていない。本研究では、動物の運動制御を担う小脳に焦点をあて、申請者が独自開発を続けている学習の細胞基盤であるシナプス可塑性を検出する蛍光プローブと細胞膜電位の蛍光イメージングを組み合わせる。そして、シナプス可塑性がいかに個々の神経細胞の情報処理を変化させ、それが神経回路レベルでどのような演算変化を生み出すかを明らかにすることを目指す。最終的に、記憶のメカニズムを分子・細胞レベルから神経回路レベルまで階層縦断的に理解することが本研究の目的である。
本年度の研究から、独自開発してきた膜電位感受性蛍光タンパク質による神経活動の高速蛍光イメージングと高度なパッチクランプ記録を組み合わせて、小脳プルキンエ細胞の情報出力部位である軸索・終末の新規長期可塑性の機能解析と分子メカニズムの解析を行った。そして、軸索での長期可塑性が神経細胞における古典的な情報処理のメカニズムに関して、斬新な枠組みを提示する新規のユニークな可塑性であることが明らかになり、その分子的な理解も深化した。こうして得られた分子レベルの知見に基づいて、新規の軸索での長期可塑性を操作する手法を探索することが可能になり、その成功は小脳神経回路で運動学習にいかに寄与するかについて明らかにする方法論の確立となるため、引き続き研究を推進している。なお、現時点までに得られた結果について、論文公刊の準備を進めている。
一方、細胞膜電位イメージングを局所レーザー照射によるケージドグルタミン酸の光活性化技術と組み合わせて海馬神経細胞に適用し、樹状突起における膜電位伝播に関して、これまで考えてこられなかった新規の調節メカニズムを明らかにすることに成功した。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
これまでの研究で明らかになったプルキンエ細胞の軸索・終末部で起こる長期可塑性は、神経細胞における情報処理の方向性に関して、新概念を提示する画期的な現象と考えている。その分子機構や機能的役割の理解も順調に進んでおり、それは運動学習の場と考えられる小脳神経回路における適応的な情報処理機構の理解に、新しい枠組みを加える形で役立つと期待している。
小脳長期抑圧を可視化する蛍光プローブ分子については、改良したAAVベクターによりスライス培養標本でも長期抑圧の可視化に成功しており、動物個体への遺伝子導入も成功しつつある段階である。
加えて、本研究から派生して、一般的な記憶の場としてよく知られる海馬の細胞における画期的な情報処理メカニズムを、新規の膜電位イメージング技術により見出すことに成功しつつあり、本研究課題が当初想定の方向性に限らず、幅広く予想を超えた新知見をもたらしつつある状況である。
したがって、研究計画はおおむね順調に進展している。
|
| 今後の研究の推進方策 |
昨年度までに見出した軸索終末での長期可塑性を操作するための分子技術を確立する。具体的には、可塑性誘導に伴って軸索部で変化するイオンチャネルの局在変化を操作し、その影響を膜電位イメージング及び直接パッチクランプ記録により評価することを計画している。また、軸索で新規可塑性が起こることにより、神経細胞自体の情報の流れがいかに変化し、それにより小脳神経回路としての動態にいかなる影響が出るかについても、検討する計画である。
一方、その妥当性の証拠集めが最終段階にある長期抑圧を検出する蛍光イメージングプローブに関しては、スライス培養や動物個体に適用し、小脳における記憶生成過程の最初のプロセスを実際に可視化して、本研究の集大成となる実験を遂行する計画である。
|
