哺乳類上丘における視覚・運動変換の鍵となる樹状突起信号伝播とその修飾機構

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13041057
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Research Institution: Okazaki National Research Institutes
• Principal Investigator: 伊佐 正 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 教授 (20212805)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 齋藤 康彦 群馬大学, 医学部, 講師 (70290913)
• Keywords: 上丘 / アセチルコリン / 浅層 / ニコチン受容体 / GABA作動性ニューロン / 脳スライス / パッチクランプ法 / GAD67-GFPノックインマウス

Research Abstract

GAD67遺伝子にEGFPをノックインしたマウスにおいて(生後4-9週齢)上丘スライスを作成し、GABA作動性ニューロンと考えられるGFP(+)ニューロンと興奮性ニューロンと考えられるGFP(-)ニューロンからwhole cell記録を行い、ACh 1mMのパフ投与に対する効果を調べた。GFP(+)ニューロンは脱分極通電に対し、若干のspike frequency adaptationを示すregular spiking type、100Hz以上で安定して発火するfast spiking type,発火閾値付近で複数のスパイクがバースト状に起きるburst spiking typeの他、一部chattering typeも観察されるなど多様な発火パターンを示した。Biocytinの細胞内注入による染色では、今回記録されたニューロンはほぼ全て、水平方向に広い(200μm以上)範囲にわたる樹状突起をもつhorizontalないしはwide field multipolar typeと呼ばれるもので、その形態的特徴からいわゆる"側方抑制"に関与するものと推察された。これらのニューロンはACh投与に対して一過性のinward currentを生じ、それらはmecamylamine 10μMによって抑制された。それに対してGFP(-)ニューロンにはACh投与に対してmecamylamineで抑制される一過性のinward currentを示すものの他に一過性inward currentに引き続きoutward currentを示すものが多く見られた。このoutward currentはCl-の反転電位(-88 mV)付近で反転し、bicuclullineによって抑制された。またこれらのニューロンのinward、outward currentはいずれもmecamylamineによって抑制された。従ってこのoutward currentはACh投与に対するGABAニューロンの興奮性応答によって2次的に誘発されたものと考えられたが、このoutward currentはTTX0.25-1μM存在下でも観察された。従って、これまでの解剖学的知見と綜合して考えるとAChは軸索伝達を介さずにhorizontalないしはwide field multipolar cellから興奮性出力細胞にいたるaxo-dendriticまたはdendro-dendritic synapseからのGABAの放出を促進するように作用すると考えられた。このようにPBGから上丘浅層への投射は興奮性出力細胞を脱分極させるとともに側方抑制も促進するので視覚応答のcontrastを増強する働きがあるものと考えられる。

Research Products

• [Publications] Endo T, Isa T: "Functionally different AMPA-type glutamate receptors in morphologically identified neurons in superficial layer of rat superior colliculus"Neuroscience. 108. 129-141 (2001)
• [Publications] Endo T, Isa T: "Postsynaptic and presynaptic GABA_B receptor-mediated inhibition in rat superficial superior colliculus neurons"Neuroscience Letters. 322. 126-130 (2002)
• [Publications] Isa T, Sasaki S: "Brainstem control of head movements during orienting ; organization of the premotor circuits"Progress in Neurobiology. (In press).
• [Publications] Kobayashi Y, Inoue Y, Yamamoto M, Isa T, Aizawa H: "Contribution of pedunculopontine tegmental nucleus neurons to performance of visually guided saccade tasks in monkeys"Journal of Neurophysiology. (In press).
• [Publications] Isa T, Saito Y: "The direct visuo-motor pathway in mammalian superior colliculus ; novel perspective on the interlaminar connection"Neuroscience Research. 41. 107-113 (2001)
• [Publications] Kobayashi Y, Saito Y, Isa T: "Facilitation of saccade initiation by brainstem cholinergic system"Brain Development. 23 Supple1. S24-S27 (2001)