糸球体神経核脳スライスを用いた神経回路特性の可塑的調節機構の解析

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13041007
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡 良隆 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (70143360)
• Keywords: 神経核 / 神経回路 / ナトリウムチャンネル / 分子生理学 / カルシウム / イメージング / 硬骨魚類 / シナプス

Research Abstract

哺乳類を中心とする多くの脊椎動物中枢神経系において、神経核は多くの場合比較的小型の多種の細胞により構成され、構築も複雑である。一方、ある種の硬骨魚類(今回用いたのは主にカワハギ)に存在する「第3型糸球体核」は視覚性の入力を受け視床下部下葉に投射する機能的に興味深い神経核で、構成細胞種が少なく(2種)、明瞭な層状細胞構築を持ち、また巨大な(>60mm)シナプス後樹状突起を含むという形態学的特徴をもち、神経核機能の解析の為の優れたモデル系になる可能性がある。今年度は、糸球体核脳スライス標本を用いて,昨年度すでに電気生理学的手法により生理学的解析を行った2種の構成細胞についてさらに解析した。昨年度の結果から、大型細胞は皮質核活動の時間的な特徴を抽出する機能があり,小型細胞は皮質核活動の強度(同期性)をコードすると考えられている。そこで、大型細胞の細胞体におけるlow-passフィルター特性が細胞のどのような性質によるのかを膜電位固定法で調べた。活動電位発火後に大型細胞の静止膜電位に変化は見られず、また定電流刺激による単発発火の特性はCa^<2+>freeの細胞外液でも同様であることからK^+やCa^<2+>チャネルの関与の可能性は低いと考えられた。そこで活動電位の生成に直接関与するNa^+チャネルの解析を膜電位固定下で行った。その結果、大型細胞のNa^+チャネルは特に-80mV前後で極めて大きな不活性化からの回復の時定数(τ_h)を持つこと明らかとなった。シュミレーションプログラムNEURON上でこのNa^+チャネルの再構成をsingle compartmentのもとで行った結果、このNa^+チャネルと、古典的なHodgkin-Huxley型のK^+チャネルの組み合わせのみで、大型細胞の基本的な単発発火特性及びlow-pass filter特性が再現できた。

Research Products

• [Publications] Tsutsui, H.: "Encoding of different aspects of afferent activities by two types of cells in the corpus glomerulosum of a teleost brain"Journal of Neurophysiology. 85. 1167-1177 (2001)
• [Publications] Tsutsui, H.: "Effects of characteristic dendritic tip geometry on the electrical properties of teleost thalamic neurons"Journal of Neurophysiology. 85. 2289-2292 (2001)
• [Publications] Tsutsui, H.: "Imaging postsynaptic activities of teleost thalamic neurons at single cell resolution using a voltage-sensitive dye"Neuroscience Letters. 312. 17-20 (2001)
• [Publications] Tsutsui, H.: "Slow removal of Na^+ channel inactivation underlies the temporal filtering property in the teleost thalamic neurons"Journal of Physiology. 539. 743-753 (2002)
• [Publications] Ishizaki, M.: "Amperometric recording of gonadotropin-releasing hormone (GnRH) release activity in the pituitary of the dwarf gourami (teleost) brain-pituitary slices"Neuroscience Letters. 299. 121-124 (2001)
• [Publications] Kho, K.-H.: "Transmembrane cell signaling for the initiation of trout sperm motility : roles of ion channels and membrane hyperpolarization for cyclic AMP synthesis"Zoological Science. 18. 919-928 (2001)
• [Publications] Abe, H.: "Mechanisms of the modulation of pacemaker activity by GnRH peptides in the terminal nerve-GnRH neurons"Zoological Science. 19. 111-128 (2002)
• [Publications] Kim, M.: "Effects of olfactory tract section on the immunohistochemical distribution of brain GnRH in the female goldfish, Carassius auratus"Zoological Science. 18. 241-248 (2001)
• [Publications] Oka, Y.: "Physiology of GnRH neurons and modulation of their activities by GnRH"CRC Press, Boca Raton. 191-203 (2002)
• [Publications] Morisawa, M.: "Cell signaling for activation of motility and chemotaxis in the sperm of Ciona"Springer Verlag, Tokyo. 86-91 (2001)
• [Publications] Oka, Y.: "GnRH peptide as a neuromodulator and its release mechanisms"Koseisha-Koseikaku, Tokyo. 160-177 (2002)