研究課題
脳の発達期において、環境入力は神経細胞の電気的活動を変化させ、回路再編を制御していることが知られている。この分子メカニズムを解明することは神経科学において重要課題と一つである。問題解明の鍵は神経活動依存的な遺伝子発現にあるが、生理学的なパターン刺激によって生ずる遺伝子発現調節機構はほとんど知られていない。本研究では、神経活動依存的な回路形成に関与するbrain-derived neurotrophic factor (BDNF)に着目し、このプロモーター活性を大脳皮質感覚野の個々の細胞においてライブイメージングすることにより、この問題に取り組んだ。まず、ラットあるいはマウス大脳皮質感覚野の脳切片培養を作製し、Bdnfのプロモーター領域をルシフェラーゼプラスミドに組み入れたコンストラクトを皮質ニューロンに散在的に遺伝子導入した。培養1－2週で刺激電極を装着した培養皿に移し、顕微鏡下でEMCCDカメラによって個々の皮質細胞の発光を捉えた。この条件下で0.1 ~ 60 Hzの定頻度刺激、バースト刺激、各種脳波の周波数刺激など生理学的パターン刺激を与えて、発光強度の変化を測定した。その結果、Bdnfプロモーター活性の増加レベルやタイムコースは刺激パターンによって異なり、増加率は細胞ごとに大きく異なったが、20Hzやθバースト刺激がプロモーター活性に有効に働くことがわかった。この結果から、個々の皮質ニューロンにおけるBdnf発現量や時間的特性が神経活動パターンによって調節されることが示唆された。
2: おおむね順調に進展している
刺激電極を用いて様々な周波数からなる刺激パターンを与えることで、生理学的な神経活動パターンに依存したプロモーター活性の増加が個々の大脳皮質ニューロンレベルで観測することができた。これは、本研究の最も重要な問題点に対する答えであることから、進捗状況は良好である。
上述のプロモーター活性の周波数依存的な特性が、シナプスを介するものであるか否かを明らかにすることは回路形成の観点から重要な問題である。この問題に迫るために、薬理学的な実験や光遺伝学的な手法によって解析する。また、大脳皮質におけるニューロンの空間的な位置とプロモーター活性の関係性についても解析する。
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Cereb Cortex
巻: 30 ページ: 2506-2518
10.1093/cercor/bhz256.
