大脳棘シナプスと開口放出の2光子顕微鏡による研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21000009
• 研究代表者: 河西 春郎 東京大学, 大学院医学系研究科, 教授 (60224375)
• キーワード: 樹状突起スパイン / シナプス / ドーパミン / 強化学習 / ヘブ学習

研究実績の概要

新たに使用可能となったGaAs光電子倍増管を使って、側坐核MSN神経細胞の樹状突起スパインに対するSTDP刺激とドーパミン刺激による細胞内Ca2+, CaMKII及びPKA活性を蛍光比によるFRET測定を行った結果、遠位樹状突起ではドーパミンだけではPKA活性はあがらず、STDP刺激による細胞内カルシウム濃度が1秒程先行した場合のみドーパミンで十分なcAMPの産生が起き、これによりPKAの活性が上がり、CaMKIIのPP1による抑制がDRAPP32のリン酸化により脱抑制され、CaMKIIの活性化が強まり、スパインシナプスの増強を起こすことがわかった。ドーパミンがSTDPに先行したり、STDPからの遅延が長い場合には増強は起きない。これは、細い樹状突起ではcAMPを分解するPDEの活性が高く、cAMP濃度が低く保たれていることによると考えられた。
この様に、高感度のGaAsP検出器を用いることにより、ThorndykeやPavlovによって100年前から見つかっていた行動から報酬への時間枠はスパインの運動性により説明されつ可能性が高いことがわかった。この時間枠をドーパミンが利用することにより、脳内報酬信号として機能する。
これらの結果をScience誌に報告した。

研究成果

• [雑誌論文] PAKs inhibitors ameliorate schizophrenia-associated dendritic spine deterioration in vitro and in vivo during late adolescence (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takagi, A., Araki, Y., Nakamura, M., Vollrath, B., Duron, S.G., Yan, Z., Kasai, H., Huganir, R.L., Campbell, D.A. & Sawa, A.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 111 ページ: 6461-6
  • DOI: 10.1073/pnas.1321109111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sub-diffraction resolution pump-probe microscopy with shot-noise limited sensitivity using laser diodes (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, J., Tsurui, H., Hayashi-Takagi, A., Kasai, H. & Kobayashi, T.
  • 雑誌名: Opt Express 巻: 22 ページ: 9024-32
  • DOI: 10.1364/OE.22.009024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Caged Glutamates with π-Extended 1, 2-Dihydronaphthalene Chromophore : Design, Synthesis, Two-Photon Absorption Property, and Photochemical Reactivity (2014)
  • 著者名/発表者名: Boinapally, S., Huang, B., Abe, M., Katan, C., Noguchi, J., Watanabe, S., Kasai, H., Xue, B. & Kobayashi, T.
  • 雑誌名: Opt Express 巻: 22 ページ: 7822-30
  • DOI: 10.1021/jo501425p
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lab-on-a-brain : Implantable micro-optical fluidic devices for neural cell analysis in vivo (2014)
  • 著者名/発表者名: Takehara, H.*, Nagaoka, A.*, Noguchi, J., Akagi, T., Kasai, H. & Ichiki, T.
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 4 ページ: 6721
  • DOI: 10.1038/srep06721
  • 査読あり
• [雑誌論文] A critical time window for dopamine action on the structural plasticity of dendritic spines (2014)
  • 著者名/発表者名: Yagishita, S., Hayashi-Takagi, A., Ellis-Davies, G.C.R., Urakubo, H., Ishii, S. & Kasai, H.
  • 雑誌名: Science 巻: 345 ページ: 1616-20
  • DOI: 10.1364/OE.22.009024
  • 査読あり
• [学会発表] Imaging and optogenetics of dendritic spines (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai
  • 学会等名: BSI seminar series
  • 発表場所: 理化学研究所(埼玉県和光市)
  • 年月日: 2015-02-12
  • 招待講演
• [学会発表] The critical time window for dopamine actions on the structural plasticity of dendritic spines in the nucleus of accumbens (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai & S. Yagishita
  • 学会等名: Symposium on“Emotional mechanisms”
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Labeling and erasure of dendritic spines and motor learning with novel synaptic optogenetic probes in vivo (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai & A. Hayashi
  • 学会等名: Janelia Conference for“Structure and function of synapses”
  • 発表場所: Janelia Farm Research Campus(Ashburn, VA., USA)
  • 年月日: 2014-04-02
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://www.bm2.m.u-tokyo.ac.jp