脳内メゾ神経回路の同定に向けた活動神経回路の可視化とその定量的解析基盤の確立

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: メゾスコピック神経回路から探る脳の情報処理基盤
• 研究課題/領域番号: 23115520
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 深澤 有吾 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (60343745)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: シナプス構造 / 神経活動 / 構造―機能相関

研究実績の概要

機能的に重要な役割を担う神経回路の形態学的な特徴を明らかにすることを目的に、脳内で頻繁に活動する神経回路を可視化するための要素技術の確立を目指した。歯状回顆粒細胞―ＣＡ３錐体細胞間の回路網とＣＡ３―ＣＡ１錐体細胞間の神経連絡に焦点を当て、シナプス結合や分子発現に関する活性化回路の解剖学的特徴を明らかしながら、１）活動の高い細胞群は幾つの回路に分類できるのか？２）活動レベルの高いシナプス後神経細胞には幾つの活動レベルの高いシナプス前細胞が存在するか？等、脳内活動回路に関する基本的な疑問の答えを求め、メゾ回路の実体に迫りたいと解析を進めてきた。
本研究課題は、大別して実験動物作製とメゾ回路の解剖学的解析の２本立ての計画で、平成23年度分の動物作出実験は予想通り進み、回路の解析は遅れた。そこで24年度は神経連絡の解剖学的解析を中心に推進した。しかし、この解析の初期段階で、活動神経回路の全体を明瞭に標識し、活動レベルの高低を電子顕微鏡下で判別できる様にすることが難しいことが判明した。
そこで明瞭に標識された一部分の神経組織のみを解析対象にして、その中に含まれる神経細胞の微細構造を特徴付けし、活動神経回路が持つ機能ドメインの形態的特徴を明らかにすることにした。具体的にはシナプス前後の活動標識の有無によりシナプスを分類し、そのシナプス後肥厚の大きさ（面積）を計測した。この結果、活動マーカーがシナプス前後に陽性のシナプスは、片方が陽性のシナプスに比べて有意に大きいシナプス後肥厚を持ち、前後共に陰性のシナプスは小さいことを示す解析結果を得た。この結果は、高い活動レベルの神経細胞どうしはより機能的に成熟したシナプス構造で結合し、機能的にも強く結びついていることを示唆している。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Evaluation of glutamate concentration transient in the synaptic cleft (2013)
  • 著者名/発表者名: Budisantoso T, Harada H, Kamasawa N, Fukazawa Y, Shigemoto R, Matsui K
  • 雑誌名: J Physiol 巻: 591 ページ: 219-239
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2012.241398
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frequency-dependent entrainment of neocortical slow oscillation to repeated optogenetic stimulation in the anesthetized rat (2013)
  • 著者名/発表者名: Kuki T, Ohshiro T, Ito S, Ji Z-G, Fukazawa Y, Matsuzaka Y, Yawo H, Mushiake H
  • 雑誌名: Neurosci Res 巻: 75 ページ: 35-45
  • DOI: 10.1016/j.neures.2012.10.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neuroligin-1 controls synaptic abundance of NMDA-type glutamate receptors through extracellular coupling (2013)
  • 著者名/発表者名: Budreck EC, Kwon O-B, Jung JH, Baudouin S,Thommen A, Kim H-S, Fukazawa Y, Harada H, Tabuchi K, Shigemoto R, Scheiffele P, Kim J-H
  • 雑誌名: PNAS 巻: 110 ページ: 725-730
  • DOI: 10.1073/pnas.1214718110
  • 査読あり
• [雑誌論文] aired stimulation between CA3 and CA1 alters excitability of CA3 in the rat hippocampus (2013)
  • 著者名/発表者名: Ohta H, Sakai S, Ito S, Ishizuka T, Fukazawa Y, Kemuriyama T, Tandai-Hiruma M, Mushiake H, Sato Y, Yawo H, Nishida Y
  • 雑誌名: Neurosci Letters 巻: 534 ページ: 182-187
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2012.11.058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Virus-mediated swapping of zolpidem-insensitive with zolpidem-sensitive GABAA receptors in cortical pyramidal cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Sumegi M, Fukazawa Y, Matsui K, Lorincz A, Eyre MD, Nusser Z, Shigemoto R
  • 雑誌名: J Physiol 巻: 590 ページ: 1517-1534
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2012.231100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental profile of SK2 channel expression and function in CA1 neurons (2012)
  • 著者名/発表者名: Ballesteros-Merino C, Lin M, Wu WW, Ferrandiz-Huertas C, Caba#241;ero MJ, Watanabe M, Fukazawa Y, Shigemoto R, Maylie J, Adelman JP, Luj#225;n R
  • 雑誌名: Hippocampus 巻: 22 ページ: 1467-1480
  • DOI: 10.1002/hipo.20986
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intra-synapse-type and inter-synapse-type relationships between synaptic size and AMPAR expression (2012)
  • 著者名/発表者名: Fukazawa Y, Shigemoto R
  • 雑誌名: Current Opinion Neurobiology 巻: 22 ページ: 446-452
  • DOI: org/10.1016/j.conb.2012.01.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative regional and ultrastructural localization of Cav2.3 subunit of R-type calcium channel in mouse brain (2012)
  • 著者名/発表者名: Parajuli LK, Nakajima C, Kulik A#, Matsui K, Schneider S, Shigemoto R, Fukazawa Y
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 32 ページ: 13555-13567
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1142-12.2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of an optogenetic byway for perturbing neuronal activity via glial photostimulation (2012)
  • 著者名/発表者名: Sasaki T, Beppu K, Tanaka K, Fukazawa Y, Shigemoto R, Matsui K
  • 雑誌名: PNAS 巻: 109 ページ: 20720-20725
  • DOI: 10.1073/pnas.1213458109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Opt-fMRI analysis for exploring the neuronal connectivity of the hippocampal formation in rats (2012)
  • 著者名/発表者名: Abe Y, Sekino M, Terazono Y, Ohsaki H, Fukazawa Y, Yawo H, Hisatsune T
  • 雑誌名: Neurosci Res 巻: 74 ページ: 248-255
  • DOI: 10.1016/j.neures.2012.08.007
  • 査読あり
• [学会発表] 急速凍結-凍結割断レプリカ標識法を用いた神経細胞膜上PIP2分布とその活動依存的再編 (2013)
  • 著者名/発表者名: 深澤有吾、藤本豊士
  • 学会等名: 第118回日本解剖学会全国学術集会
  • 発表場所: 高松
  • 年月日: 2013-03-28 – 2013-03-30
• [学会発表] Glutamate Receptor Organization of Central Synapses at The Single Synapse Level and Its Remodeling In Vivo (2013)
  • 著者名/発表者名: Yugo Fukazawa
  • 学会等名: Global COE 5th International Symposium on Neuro-Tumor Biology and Medicine
  • 発表場所: Ohbu, Japan
  • 年月日: 2013-02-01 – 2013-02-02
• [学会発表] Quantitative analysis of synaptic morphology and molecules, and its functional implications (2012)
  • 著者名/発表者名: Yugo Fukazawa
  • 学会等名: Symposium on “behavior centered high quality research”
  • 発表場所: Xi'an, CHina
  • 年月日: 2012-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] In situ localization of membrane lipids in neuronal plasma membrane (2012)
  • 著者名/発表者名: Yugo Fukazawa
  • 学会等名: 35th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2012-09-18 – 2012-09-21
• [学会発表] 凍結割断レプリカを用いた分子局在解析の現状と今後の展開：脳内シナプスにおけるAMPA受容体発現の共通性と特異性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 深澤有吾
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会 第68回学術講演会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2012-05-15
  • 招待講演
• [図書] Electron microscopy of biological membrane. Encyclopedia of Biophysics (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto T, Fukazawa Y
  • 総ページ数: 3
  • 出版者: Academic Press