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2013 年度 実績報告書

機能コネクトミクス基盤技術としてのトポロジー同定下シナプス伝達解析法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23650208
研究機関東京慈恵会医科大学

研究代表者

加藤 総夫  東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (20169519)

キーワード光遺伝学 / チャネルロドプシン / シナプス伝達 / 脳スライス / 神経投射 / アデノ随伴ウィルス / feed-forward inhibition / 機能コネクトミクス
研究概要

光遺伝学を基盤とした機能コネクトミクスの確立を目的として研究を進めた。驚くべきことに、今から3年前に立案計画したこの技術はもはや、いささかも「萌芽的」でも「挑戦的」でもなくなり、本研究計画が当初目指した通り、電気生理学の重要かつ常套的手法となった。特に、当初の計画であった電気穿孔法ではなく、2年目に変更したアデノ随伴ウィルス(AAV)法によるChR2遺伝子導入は、平成25年にAAVが日本でもクラス1で扱えるように指針が改定されたことに伴い、取り扱いが大いに簡略化され、その後の研究進捗を著しく速めた。その結果、光遺伝学を用いた「遠く離れた脳領域の機能的結合を解明する」ための方法論的基盤が確立された。本研究で明らかにされたことは主に以下の5つである。(1)軸索終末における充分な発現を得るためには、AAV血清型・プロモーターの最適化が極めて重要である。(2)終末への十分な発現には数週間が必要である。ChR2活性化による放出の確率は、電気刺激によるそれと大きく異なる(高放出確率)ため、シナプス前機構の変化によるシナプス可塑性の解析の結果の解釈は慎重にすべき。(3)単シナプス性の投射の証明には、TTXによるシナプス後電流消失に加え、さらに4-APを加えて終末脱分極を生じさせた際に生じる非同期的放出の誘導も必要である。(4)局所回路近傍に刺激電極を置く電気刺激法と異なり、機能コネクトミクス法による光刺激は、投射線維刺激によって極めて大きなfeed-forward inhibitionが生じる。この発見は、単純な単シナプス性興奮性伝達機構の分析に基づいて構築されてきた現在までの神経生理学的結果の解釈に大幅な再検討を要求するものである。以上、本研究によって、「機能コネクトミクス法」が確立するとともに、この手法によって得られた結果の解釈において注意すべきポイントが明らかとなった。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2014 2013

すべて 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [学会発表] 侵害受容情報と痛み情動記憶を結ぶ腕傍核2014

    • 著者名/発表者名
      加藤総夫
    • 学会等名
      第91回日本生理学会大会
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      2014-03-17
  • [学会発表] 脳はどのように痛みの慢性化を知るのか?2013

    • 著者名/発表者名
      加藤 総夫, 池田 亮, 篠原 恵, 奥津 裕也, 高橋 由香里, 丸毛 啓史
    • 学会等名
      第6回日本運動器疼痛学会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      20131207-20131208
    • 招待講演
  • [学会発表] Optogenetic activation of parabrachio-amygdaloid pathway2013

    • 著者名/発表者名
      Sugimura YK, Takahashi Y, Watabe AM and Kato F
    • 学会等名
      Neural Circuits underlying Nociception and Pain and their Plasticity
    • 発表場所
      Heidelberg
    • 年月日
      20131006-20131008
  • [学会発表] Synaptic potentiation in the central amygdala of painful diabetic neuropathy model2013

    • 著者名/発表者名
      Kato F
    • 学会等名
      Gordon Scientific Conference: Amygdala in Health & Disease
    • 発表場所
      Easton, MA, USA
    • 年月日
      20130723-20130802
  • [学会発表] The central amygdala - where pain meets fear2013

    • 著者名/発表者名
      Kato F
    • 学会等名
      The 8th International Conference for Neurons and Brain Diseases
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      20130702-20130704

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公開日: 2015-05-28  

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