シナプス可塑性発現時における内在性グルタミン酸受容体の超解像イメージング

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K14817
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 田中 洋光 京都大学, 理学研究科, 助教 (30705447)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: シナプス可塑性 / 神経情報伝達 / 海馬 / 全反射蛍光顕微鏡 / グルタミン酸受容体 / シナプス小胞

研究実績の概要

シナプスにおける神経情報伝達物質受容体の局在分布や動態は、情報伝達効率を制御する重要な要因である。そして、この伝達効率が変化する現象「シナプス可塑性」は、記憶・学習の細胞基盤と考えられている。本研究では、興奮性シナプス応答を主に担うalpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA)型グルタミン酸受容体(AMPA受容体)に着目し、どの型の内在性AMPA受容体の局在が、どのような動態によって変化することで、シナプス可塑性が発現するのかを超解像度で明らかにする。
令和２年度では、全反射蛍光顕微鏡にSIMといった超解像顕微鏡法を組み合わせた。具体的には、興奮性シナプス後膜を含むスパイン形態とシナプス後膜裏打ちタンパク質PSD95 (postsynaptic density 95) の位置的関係を明らかにした。そして全反射顕微鏡を用いた独自の実験系において、初代培養したラット海馬神経細胞に、シナプス可塑性の1つである長期増強 (LTP: long-term potentiation) を誘導する刺激を加えた。Super-ecliptic pHluorinで蛍光標識したAMPA受容体を観察し、シナプス後膜内外における動態変化を解析した。さらに、本実験系を発展させて、生体温でのシナプス前終末におけるシナプス小胞の個別のエンドサイトーシスの可視化に成功した。また、本実験系を無機化学に応用して、任意のナノ粒子を細胞へマイクロインジェクションする新技術の土台を構築した。

備考

2020年8月、京都府の広報サイト「知の京都」にて研究紹介した。

研究成果

• [雑誌論文] Boltzmann Thermometry in Cr 3+ ‐Doped Ga 2 O 3 Polymorphs: The Structure Matters! (2021)
  • 著者名/発表者名: Michele Back, Jumpei Ueda, Hiroshi Nambu, Masami Fujita, Akira Yamamoto, Hisao Yoshida, Hiromitsu Tanaka, Mikhail G. Brik, Setsuhisa Tanabe
  • 雑誌名: Advanced Optical Materials 巻: 1 ページ: 2100033
  • DOI: 10.1002/adom.202100033
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] シナプス機能素子の動態イメージング法を用いたシナプス病変及び伝達機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中洋光
  • 雑誌名: 月刊細胞 巻: 53 ページ: 51-55
  • 査読あり
• [学会発表] シナプス伝達時におけるシナプス小胞の取り込み形態の統合的把握 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中洋光
  • 学会等名: 第5回脳と心の研究会
• [備考] シナプス研究から脳というスパコンへ辿り着け
  • URL: https://www.pref.kyoto.jp/sangyo-sien/specialist/tanakahiromitu.html