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2011 年度 実施状況報告書

三叉神経運動ニューロンの樹状突起における情報処理機構

研究課題

研究課題/領域番号 23592750
研究機関昭和大学

研究代表者

井上 富雄  昭和大学, 歯学部, 教授 (70184760)

研究分担者 中村 史朗  昭和大学, 歯学部, 助教 (60384187)
中山 希世美  昭和大学, 歯学部, 助教 (00433798)
望月 文子  昭和大学, 歯学部, 助教 (10453648)
研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2014-03-31
キーワード運動ニューロン / 樹状突起 / カルシウムイオン / 三叉神経 / 情報処理 / 2光子励起顕微鏡
研究概要

三叉神経運動ニューロンは極めて発達した樹状突起を持っているが、遠位樹状突起のシナプス入力であっても細胞体に伝達され情報処理がなされていると考えられ、樹状突起上に存在するカルシウムチャネルがシナプス後電位を増幅し、複雑な情報処理を行っている可能性が考えられる。そこで今年度は、三叉神経運動ニューロンに活動電位を誘発した際の樹状突起各部位のカルシウムイオン濃度変化を二光子励起顕微鏡で観察することによって、樹状突起におけるカルシウムイオン動態を解析し、樹状突起における電位変化の伝播様式を明らかにすることを目的とした。実験には生後5 日齢のWister 系ラットを用い前頭断脳幹スライス標本を作成し、脳幹標本の三叉神経運動ニューロンの細胞体からのパッチクランプ記録を行った。パッチ電極に蛍光カルシウム指示薬のOregon Green 488 BAPTA-1を封入し、細胞内カルシウム濃度の測定に用いると同時に、蛍光色素のAlexa 594も封入し樹状突起を可視化した。三叉神経運動ニューロンにパッチクランプ電極を介して細胞内パルス通電を行って活動電位を誘発し、樹状突起の各部位のカルシウムイオン濃度を二光子励起顕微鏡で観察した。細胞体に4 発の活動電位を誘発すると、蛍光強度変化率のピークは細胞体近傍部よりも中位の樹状突起の方が高くなった。さらに遠位へと移動してもピークの値は中位の樹状突起からわずかに増加するのみであった。また、蛍光強度変化の潜時は樹状突起のそれぞれの部位で差はなかった。以上の結果から、細胞体だけでなく遠位の樹状突起上においても活動電位発生時に脱分極が起こり、カルシウムイオンチャネルを介したカルシウムイオンの流入が起こっていることが明らかとなった。これらの三叉神経ニューロンの細胞体や樹状突起に見られるカルシウムイオンの流入が細胞の情報処理に関わっている可能性がある。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成23年度は、2光子励起顕微鏡を用いて樹状突起の刺激やカルシウム動態の記録をきわめて高い空間解像度で行い、三叉神経運動ニューロンの樹状突起におけるシナプス後電位の殿堂様式を調べて、樹状突起の情報処理メカニズムを明らかにすることを目的とした。「研究実績の概要」で記載した通り、三叉神経運動ニューロンにパッチクランプ電極を介して細胞内パルス通電を行って活動電位を誘発し、樹状突起の各部位のカルシウムイオン濃度を二光子励起顕微鏡で観察した。その結果、細胞体に4 発の活動電位を誘発すると、蛍光強度変化率のピークは細胞体近傍部よりも中位の樹状突起の方が高くなるが、さらに遠位へと移動してもピークの値は中位の樹状突起からわずかに増加するのみであった。また、蛍光強度変化の潜時は樹状突起のそれぞれの部位で差はないという実験結果を得ている。したがって、本研究課題はおおむね順調に進展していると評価できる。

今後の研究の推進方策

平成24年度以降は、23年度と同様の実験を進め、多くの例を解析して、細胞体との距離とカルシウム濃度変化との関係を解析する。また、カルシウム濃度変化を起こす脱分極がどのようなメカニズムで生じているか、すなわち電位依存性ナトリウムチャネルと電位依存性カルシウムチャネルのどちらが脱分極に関与しているかを、拮抗薬等を用いて調べる。また、三叉神経上核や顔面神経核背側の網様体から三叉神経運動ニューロンに入力があることを申請者らはすでに報告しているが、それらの入力が個々の三叉神経運動ニューロンの樹状突起のどの位置に入力してどのような電位変化やカルシウム動態の変化につながっているかも調べていく。

次年度の研究費の使用計画

本研究に必要な実験設備はほぼ揃っているので、研究費は主として、実験の遂行に必要な、カルシウム指示薬、ニューロンの可視化に必要な蛍光色素のAlexa 594、実験動物、電極材料および国内及び海外での成果発表旅費に使用する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (13件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] The nucleus locus coeruleus/subcoeruleus contributes to antinociception during freezing behavior following the air-puff startle in rats.2011

    • 著者名/発表者名
      Tsuruoka M, Tamaki J, Maeda M, Hayashi B, Inoue T.
    • 雑誌名

      Brain Research

      巻: 1393 ページ: 52-61

    • 査読あり
  • [学会発表] 青斑核からの下行性抑制系が脊髄後核ニューロンの内臓痛応答を抑制するシナプス様式の検討2012

    • 著者名/発表者名
      前田昌子、林文祥、玉置潤一郎、鶴岡正吉、井上富雄
    • 学会等名
      第89回日本生理学会大会
    • 発表場所
      松本
    • 年月日
      2012 – 330
  • [学会発表] 味覚神経節細胞におけるカルシウムおよびナトリウム電流の多様性2011

    • 著者名/発表者名
      中村史朗ほか
    • 学会等名
      第53回歯科基礎医学会学術大会サテライトシンポジウム
    • 発表場所
      岐阜
    • 年月日
      20110000
  • [学会発表] 三叉神経運動ニューロンには三叉神経運動核周囲の様々な部位からの入力が収束する2011

    • 著者名/発表者名
      野中睦美ほか
    • 学会等名
      日本顎口腔機能学会第47回学術大会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      20110000
  • [学会発表] ラット膝神経節細胞に発現するカルシウムおよびナトリウム電流2011

    • 著者名/発表者名
      中村史朗、井上富雄、Robert M. Bradley
    • 学会等名
      第34回日本神経科学大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2011 – 915
  • [学会発表] Oromotor rhythmic activity evoked by electrical stimulation of the trigeminal nerve sensory root in an isolated brainstem preparation2011

    • 著者名/発表者名
      Nakayama K, Ihara Y, Inoue T
    • 学会等名
      8th IBRO world congress of neuroscience
    • 発表場所
      Florence
    • 年月日
      2011 – 718
  • [学会発表] Two types of NMDA-induced rhythmic activity in the trigeminal motor nerve of neonatal mice in vitro2011

    • 著者名/発表者名
      Ihara Y, Nakayama K, Takahashi K, Inoue T
    • 学会等名
      8th IBRO world congress of neuroscience
    • 発表場所
      Florence
    • 年月日
      2011 – 718
  • [学会発表] Properties of synaptic transmission from regions surrounding the trigeminal motor nucleus to trigeminal motoneurons in neonatal rats2011

    • 著者名/発表者名
      Nonaka M, Inoue T, Nishimura A, NakayamaK, Mochizuki A, Nakamura S, Yoshimura S, Iijima T
    • 学会等名
      8th IBRO world congress of neuroscience
    • 発表場所
      Florence
    • 年月日
      2011 – 718
  • [学会発表] Rhythmic jaw movement in the isolated brainstem preparation from2011

    • 著者名/発表者名
      Nakayama K, Ihara Y, Inoue T
    • 学会等名
      第5回モーターコントロール研究会(招待講演)
    • 発表場所
      愛知
    • 年月日
      2011 – 617
  • [学会発表] Orexin knockout miceは蔗糖溶液摂取量が減少する2011

    • 著者名/発表者名
      望月文子、松尾英子、中山希世美、中村史朗、井上富雄
    • 学会等名
      日本顎口腔機能学会 第46回学術大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011 – 529
  • [学会発表] 新生マウス脳幹摘出標本におけるNMDA誘発リズムの三叉-舌下神経間の連絡2011

    • 著者名/発表者名
      伊原良明、中山希世美、高橋浩二、井上富雄
    • 学会等名
      第53回歯科基礎医学会学術大会・総会
    • 発表場所
      岐阜
    • 年月日
      2011 – 102
  • [学会発表] 心臓への発痛物質投与後に三叉神経感覚核でc-Fosが発現する2011

    • 著者名/発表者名
      前田昌子、玉置潤一郎、林分祥、鶴岡正吉、井上富雄
    • 学会等名
      第53回歯科基礎医学会学術大会・総会
    • 発表場所
      岐阜
    • 年月日
      2011 – 102
  • [学会発表] 下顎・頬・口唇の協調運動に関与する神経回路の解析2011

    • 著者名/発表者名
      西村晶子、中村史朗、野中睦美、飯島毅彦、井上富雄
    • 学会等名
      第53回歯科基礎医学会学術大会・総会
    • 発表場所
      岐阜
    • 年月日
      2011 – 102
  • [学会発表] Electrophysiological and morphological properties of premotor neurons targeting jaw-closing and jaw-opening motoneurons.2011

    • 著者名/発表者名
      Tomio Inoue, Shiro Nakamura, Akiko Gemba-Nishimura, Mutsumi Nonaka,Atsushi Yoshida, Ayako Mochizuki, Kiyomi Nakayama
    • 学会等名
      NANOSYMPOSIUM;Orofacial Systems: Respiration, Communication, and Feeding; Theme D:Sensory and Motor Systems, Neuroscience 2011(招待講演)
    • 発表場所
      Washington, DC
    • 年月日
      12-16 November, 2011
  • [備考]

    • URL

      http://www10.showa-u.ac.jp/~oralphys/gyoseki.htm

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公開日: 2013-07-10  

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