成体期プルキンエ細胞における異種シナプス間競合維持機構の解明

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26460250
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 宮崎 太輔 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (90374230)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: プルキンエ細胞 / 登上線維 / 平行線維 / 電位依存性カルシウムチャネル / シナプス競合

研究実績の概要

小脳の主要なニューロンであるプルキンエ細胞は平行線維と登上線維による興奮性入力を受けている。過去の研究から申請者は、発達期においてこの２種類の興奮性入力はそれぞれGluRδ2と電位依存性カルシウムチャネルCav2.1を強化分子として互いに競合し、登上線維単一支配化や協調運動発現に関わっていることを明らかにしてきた。本研究において申請者は「異種シナプス間競合関係が成体期においても存在し、この均衡維持が小脳の機能発現に重要である」という仮説を立て、この実験的証明のため誘導型Cav2.1欠損マウスを用いた形態学的・電気生理学的解析を行う。
【平成26年度の実績】プルキンエ細胞特異的誘導型Cav2.1欠損マウスにおける神経回路を形態学的に解析し以下の所見を得ている。①誘導型Cav2.1欠損マウスにおいて、欠損誘導後のCav2.1発現量の経時的低下を定量的に示した。②平行線維支配領域の近位拡大と登上線維支配領域の近位縮小を光顕、電顕レベルで明らかにした。③登上線維-プルキンエ細胞支配様式を形態学的に解析し、登上線維-プルキンエ細胞多重支配の再出現がみられないことを示した。
以上の結果は成熟プルキンエ細胞において平行線維-登上線維間の異種シナプス間競合関係が存在し、この均衡維持においてCav2.1が登上線維入力の強化分子として機能していることを強く示唆するものであった。

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

本研究課題では成体小脳における異種シナプス競合機構の解明を目的として、成体期からのCav2.1欠損モデルマウスを作製し、その興奮性回路の経時変化を形態学的・生理学的解析により明らかにしていく。その解析項目は以下の６項目に大別される。①誘導後のCav2.1欠失を経時的に定量、②登上線維、平行線維によるプルキンエ細胞支配領域の検討、③登上線維-プルキンエ細胞支配様式の検討、④協調運動機能の検討、⑤登上線維-プルキンエ細胞入力の生理学的解析、⑥平行線維-プルキンエ細胞入力の生理学的解析
平成26年度ではこれらの解析項目のうち、①から③までがほぼ予定通り終了しているため、本研究計画は概ね順調に進行していると考えられる。

今後の研究の推進方策

本研究課題では成体小脳における異種シナプス競合機構の解明を目的として、成体期からのCav2.1欠損モデルマウスを作製し、その興奮性回路の経時変化を形態学的・生理学的に解明することが目的である。平成27年度以降は研究計画通り、山崎美和子先生(本研究課題研究協力者、北海道大学・講師)の協力を受け、④協調運動機能の検討、⑤登上線維-プルキンエ細胞入力の生理学的解析、⑥平行線維-プルキンエ細胞入力の生理学的解析を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

平成26年度では2,467円の未使用額が発生した。これは平成26年度末に購入した物品の支払額が平成27年度4月に支払われることになったため生じたものである。

次年度使用額の使用計画

平成27年度に発生した未使用額2,467円は平成27年度物品費に使用する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] VGluT3-Expressing CCK-Positive Basket Cells Construct Invaginating Synapses Enriched with Endocannabinoid Signaling Proteins in Particular Cortical and Cortex-Like Amygdaloid Regions of Mouse Brains (2015)
  • 著者名/発表者名: Omiya Y, Uchigashima M, Konno K, Yamasaki M, Miyazaki T, Yoshida T, Kusumi I, Watanabe M
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 35(10) ページ: 4215-4228
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4681-14.2015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure-function relationships between aldolase C/zebrin II expression and complex spike synchrony in the cerebellum. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tsutsumi S, Yamazaki M, Miyazaki T, Watanabe M, Sakimura K, Kano M, Kitamura K
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 35(2) ページ: 843-852
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2170-14.2015.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical corrector treatment ameliorates increased seizure susceptibility in a mouse model of familial epilepsy (2015)
  • 著者名/発表者名: Yokoi N, Fukata Y, Kase D, Miyazaki T, Jaegle M, Ohkawa T, Takahashi N, Iwanari H, Mochizuki Y, Hamakubo T, Imoto K, Meijer D, Watanabe M, Fukata M
  • 雑誌名: Nat Med. 巻: 21(1) ページ: 19-26
  • DOI: 10.1038/nm.3759. Epub 2014 Dec 8.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cerebellar plasticity and motor learning deficits in a copy-number variation mouse model of autism. (2014)
  • 著者名/発表者名: Piochon C, Kloth AD, Grasselli G, Titley HK, Nakayama H, Hashimoto K, Wan V, Simmons DH, Eissa T, Nakatani J, Cherskov A, Miyazaki T, Watanabe M, Takumi T, Kano M, Wang SS, Hansel C
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 5. 5586 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/ncomms6586.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new mouse allele of glutamate receptor delta 2 with cerebellar atrophy and progressive ataxia. (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi Y, Yoshioka Y, Suzuki K, Miyazaki T, Koura M, Saigoh K, Kajimura N, Monobe Y, Kusunoki S, Matsuda J, Watanabe M, Hayasaka N
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 9(9). e107867 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0107867.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Global scaling down of excitatory postsynaptic responses in cerebellar Purkinje cells impairs developmental synapse elimination. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kawata S, Miyazaki T, Yamazaki M, Mikuni T, Yamasaki M, Hashimoto K, Watanabe M, Sakimura K, Kano M
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 8(4) ページ: 1119-1129
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.07.014. Epub 2014 Aug 7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neuron type- and input pathway-dependent expression of Slc4a10 in adult mouse brains (2014)
  • 著者名/発表者名: Song X, Yamasaki M, Miyazaki T, Konno K, Uchigashima M, Watanabe M
  • 雑誌名: Eur J Neurosci. 巻: 40(5) ページ: 2797-2810
  • DOI: 10.1111/ejn.12636. Epub 2014 Jun 6.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enriched expression of GluD1 in higher brain regions and its involvement in parallel fiber-interneuron synapse formation in the cerebellum. (2014)
  • 著者名/発表者名: Konno K, Matsuda K, Nakamoto C, Uchigashima M, Miyazaki T, Yamasaki M, Sakimura K, Yuzaki M, Watanabe M
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 34(22) ページ: 7412-7424
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0628-14.2014.
  • 査読あり
• [学会発表] Calcineurin B1 subunit expressed in Purkinje cell is essential for the formation of excitatory and inhibitory cerebellar neuronal network. (2015)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Miyazaki, Kenji Sakimura , Masahiko Watanabe
  • 学会等名: 第120回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] 蛍光タンパク発現モデルマウスを用いた小脳ルガロ細胞に関する形態学解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮崎 太輔
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第70回記念学術講演会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県・幕張市）
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-13
• [図書] Immunocytochemistry and Related Techniques. Chapter 16. Combined immunocytochemistry and tracing of neural connections. (2015)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Miyazaki and Masahiko Watanabe
  • 総ページ数: 14
  • 出版者: Humana Press.