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視床皮質投射の形成過程で、ニューロンの発火活動やシナプス活動が重要な役割を果たすことは古くから示唆されている。しかしながら、そのメカニズムについては不明な点が多い。本研究では視床皮質投射の枝分かれ形成過程におけるシナプス前後の活動に着目して、軸索枝分かれ形成に対する神経活動の修飾機構を明らかにすることを目指した。この問題に取り組むために、これまでに視床-大脳皮質共培養において、視床軸索側(プレシナプス)と標的の皮質細胞側(ポストシナプス)のどちらか一方にKir2.1遺伝子を発現させることによって、シナプス前後の相対的な役割を調べ、両方ともの活動が重要であることを示唆している。本年度は、Kir2.1の過剰発現による細胞の形態や電気生理学的特性への影響を調べた。まず、Kir2.1の過剰発現によって、視床細胞、皮質細胞の両方とも樹状突起や細胞のサイズは基本的には変わらないことがわかった。次に、パッチクランプ法を用いた電気生理学的実験を行ったところ、過剰発現した細胞ではコンダクタンスが増加し、膜電位がやや低下することによって、自発発火レベルが著しく減少するが、基本的なシナプス電位の発生には影響がないことがわかった。しかし、その過剰発現により自発発火活動が低下することによって、シナプス電流ならびにAMPA/NMDA比の成熟が遅れることが判明した。以上の結果から、シナプス前後の両方の活動が活発であることによってシナプス伝達が正常に発達し、そのことによってシナプス前である軸索枝分かれ形成の発達がコントロールされていることが示唆された。
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