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シナプスが脳においてどのように形成され、維持され、再編成されるのか、その分子機構を理解することはヒトのさまざまな脳機能解明の基盤となる。新しい光学的測定技術であるSTORM(stochastic optical reconstruction microscopy)法/PALM(photoactivated localization microscopy)法を適用することにより、大脳皮質や海馬での神経細胞間のシナプス形成・維持機構を明らかにすることを目的として研究を実施した。
本年度は(1)前年度に開発したSTORM法に利用可能な蛍光プローブとして足場蛋白質であるPSD-95、Shank分子、および伝達物質受容体であるAMPA受容体に蛍光活性化が可能な蛋白質をつないだ融合分子について、一個のPSD-シナプスに存在する分子の局在を高解像度で検出し、シナプス構造全体の中での分子分布の特徴についてのデータを取得・解析した。(2)開発した顕微鏡システムの蛍光励起・活性化が可能な波長を3波長から5波長に拡張するため、レーザー光源の増設や新設計の金属蒸着膜の光学系への導入などを行った。(3)固定操作を行わずに活性化後の1分子蛍光の挙動を観察するlive-STORM法を行い、シナプス局在分子のシナプス後肥厚部への組み込み過程を可視化した。(4)STORM法での画像解析の過程で重要となる位置決定プログラムについて、これまで使用していたプログラムのアルゴリズムを改良し、Open-sourceの画像解析プログラムであるImage Jに組み込んだ形で利用可能なものとした。
以上の実験および観察系の改良により、1分子の高精度の位置決めによるシナプス内部構造の解析が可能であることを示した。更に複数の分子の同時解析により、分子相互の関連性や分布の特徴を検討する予定である。
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