小脳抑制性シナプス可塑性の役割

2014 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: 25115716
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 平野 丈夫 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50181178)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 抑制性シナプス / シナプス可塑性 / 小脳 / プルキンエ細胞 / 運動学習 / 前庭動眼反射 / 視機性眼球運動

研究実績の概要

小脳は運動学習にかかわり、そこでのシナプス可塑性は運動学習の基盤と考えられる。中でも小脳皮質の平行線維・プルキンエ細胞間の興奮性シナプスで起こる長期抑圧(LTD)は、運動学習の基礎機構として注目されてきた。しかし、LTD阻害下で運動学習が起こる例が報告され、他の小脳シナプス可塑性の運動学習への関与が示唆された。本研究では、LTD障害を補い得るシナプス可塑性候補として、分子層介在神経細胞からプルキンエ細胞への抑制性シナプスで起こるRebound Potentiation(RP)と呼ばれる可塑性に注目した。LTDは興奮性シナプス伝達の抑制であり、一方RPは抑制性シナプス伝達の亢進であって、両者ともにプルキンエ細胞活動を抑える方向に作用する。また、両者は登上線維入力によって起こるプルキンエ細胞の脱分極により引き起こされるという共通性がある。そこで今回の研究で両者の誘導条件を検討したところ、同一のプルキンエ細胞刺激パターンにより、LTDもRPも誘導されることが明らかになった。
また、2013年度までの研究で、RP発現を特異的に抑制したトランスジェニックマウスを作製し、RPの行動制御上の役割を検討した。そして、このトランスジェニックマウスでは運動学習の一つである前庭動眼反射の適応が障害されているが、別の運動学習である視機性眼球運動の適応には異常が認められないことを示した（Tanaka et al., 2013）。これらの結果は、RPが一部の運動学習に特異的に関与していることを示唆している。そこで2014年度は、前庭動眼反射と視機性眼球運動の適応の関係を調べ、前庭動眼反射の適応訓練が視機性眼球運動に影響を及ぼすこと、両者の制御にアドレナリン受容体が異なる関与をすることを示す知見を得た。

現在までの達成度 (段落)

26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

26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] Opposite regulation of sustained CaMKII activity by alpha and beta subunits impacts inhibitory synaptic plasticity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nagasaki, N., Hirano, T. & Kawaguchi, S.
  • 雑誌名: J. Physiol. 巻: 592 ページ: 4891-4909
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2014.280230
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Around LTD hypothesis in motor learning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 雑誌名: Cerebellum 巻: 12 ページ: 645-650
  • DOI: 10.1007/s12311-014-0581-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dysfunction of KCNK potassium channels impairs neuronal migration in the developing mouse cerebral cortex. (2014)
  • 著者名/発表者名: Bando, Y., Hirano, T. and Tagawa,
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 24 ページ: 1017-1029
  • DOI: 10.1093/cercor/bhs387
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of spontaneous Ca2+ transients is critical for neuronal maturation in the developing neocortex. (2014)
  • 著者名/発表者名: 3.Bando, Y., Irie, K., Shimomura, T., Umeshima, H., Kushida, Y., Kengaku, M., Fujiyoshi, Y., Hirano, T. and Tagawa, Y.
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: on line ページ: on line
  • DOI: 10.1093/cercor/bhu180
  • 査読あり
• [学会発表] LTD and motor learning (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 学会等名: 7th International symposium of the society for research on the cerebellum
  • 発表場所: Brussels
  • 年月日: 2015-05-10
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanisms and roles of synaptic plasticity. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 学会等名: 1st Kyoto University and UC San Diego Joint Symposium, Section “Changing Brain”.
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2015-03-11
  • 招待講演
• [学会発表] Inhibitory synaptic plasticity in cerebellar Purkinje neurons and its differential contribution to motor learning paradigms. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 学会等名: Symposium “Synaptic regulation in the cerebellum and motor control” in the 37th annual meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2014-09-11
  • 招待講演
• [備考] 小脳による運動学習・運動制御機構
  • URL: http://www.neurosci.biophys.kyoto-u.ac.jp/behavior.html