公募研究
DISC1 KDマウスやカルシニューリンKOマウスなどの統合失調症モデルマウスの神経発達後期のin vivo 2光子励起イメージングを行い、実際に脳内で生じているスクラップ&ビルド制御異常を蛍光イメージングした。DISC1 KDマウスでは神経発達期の過剰なシナプス刈り込み現象とともに巨大なスパインが出現し、成体期には精神疾患様行動異常が観察された。カルシニューリンKOマウスにおいても巨大スパインの出現は有意に高いことが観察された。シナプス密度の減少と、巨大スパインのどちらが精神疾患モデルの病態生理における責任的役割を担うかを検証するために、言い換えるならば、その病的意義を考える時に、まずはシナプスの体積分布と神経発火の関連が端緒になると考えた。様々な大きさのEPSPとIPSPの総和が閾値を超えると神経発火が生じるが、スパインには電位勾配の増幅効果があることが知られている。とりわけ、巨大スパインは神経発火の発生に対して非線形的に非常に大きな効果を有することが明らかになりつつあり、統合失調症モデルマウスにおいて巨大スパインが有意に多いことは、多くのシナプスの同期した入力を受けてはじめて発火すべき錐体細胞の機能、言い換えるならば同時検出器（coincident detector）としての機能は著しく障害されることが予想される。従って病態生理を考える上において、スパイン減少よりも巨大スパインの関与の方が大きい可能性があり、両者の寄与を区別するために、巨大スパインを特異的に操作し、その前後でのカルシウムイメージング変化や課題遂行パフォーマンスを比較する実験系を構築した。H30年度はこれらの実験系を用い、巨大スパインの病的意義を電気生理学、カルシウムイメージング、行動解析、シナプス光遺伝学を用いて多角的に解析する予定である。
2: おおむね順調に進展している
モデルマウスのin vivo 2光子励起イメージングは順調にデータ採取が終了した。またGCaMP6fによるカルシウムイメージングとCell attached法を用いた電気生理記録法を併用する実験系も、急性スライス標本、in vivo記録ともに確立することが出来た。これは申請時における予定通りの進捗状況であり、実験計画は順調に進行していると考えている。
巨大スパインの意義を検証するために、マウス前頭野を標的として子宮内穿孔法で大脳皮質II/III層の錐体細胞に各種遺伝子を導入し、生後40日の野生型マウスおよびSZモデルマウスより前頭前野（PL領域）を含む冠状断急性スライスを作成する。これらのスライス中の巨大スパインの電気生理学的特性を検証するために、グルタミン酸アンケージング法による単一スパイン刺激を行い、EPSCをホールセルパッチクランプ法により記録し、巨大スパインにおけるNMDA-EPSC/AMPA-EPSC比を求める。GCaMP6fと収縮プローブ（AS-PaRac1）を共発現するスライスでは、セル・アタッチ法と巨大スパインでのカルシウムイメージングを併用し、巨大スパインへの入力と神経発火にどの程度の相関があるか検証する。その後、収縮プローブに青色光照射し、巨大スパインを特異的に破壊した後、上述の巨大スパインへの入力と神経発火がどの程度変化するか観察する。同様の実験系をin vivo 2光子励起カルシウムイメージングとin vivoセル・アタッチ法でも行う。別コホートでは、無麻酔下マウスでの光ファイバーを用いた光照射により巨大スパイン収縮を誘導し、誘導前後でT迷路課題を用いたワーキングメモリ試験を行い、生きた動物の脳内での情報処理に巨大スパインがどの程度寄与しているのかについて検証する。
すべて 2018 2017
すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 6件)
Neuroscience Letters
巻: 671 ページ: 99～102
10.1016/j.neulet.2018.02.006
Sci Rep
巻: 7 ページ: 1-10
10.1038/s41598-017-07325-2
生体の科学
巻: 68 ページ: 486-487
生化学
巻: 89 ページ: 546-550
