光学的計測と全胚遺伝子導入法を用いた初期胚中枢神経系における新規脱分極波の解析

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14704074
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (70251501)
• Keywords: depolarization wave / 光学計測 / 膜電位感受性色素 / 鶏胚 / gap junction / NMDA receptor / ラット胚

Research Abstract

ニューロン電位活動の光学的多領域同時計測法を用いた脊椎動物中枢神経系の機能発生・機能形成・機能構築過程についての解析の過程で、脳神経・脊髄神経などの刺激によって、標本内の広範囲にわたって伝播する脱分極波(depolarization wave)が誘発されることを見いだした。このdepolarization waveは、これまでの報告には全く例がない数々の新しい特性を備えており、限局した領域の特定のニューロン群/シナプスに関して想定されていた従来のactivity-dependent developmental regulationとは異なった働きをもつ重要な発生シグナルとして機能しているものと考えられた。この発見は鶏胚でなされたが、ラット胚でも同様のwaveが見られることを突き止めた。そこで、本年度は、鶏胚およびラット胚を対象として、(1)depolarization waveの時空間発現パターンの解析と、(2)depolarization waveの伝播メカニズムの解析を中心テーマとして実験を行い、以下の結果を得た。
(1)depolarization waveは、ラット胚でも脳幹、脊髄、中脳、小脳、間脳、大脳など、中枢神経系のほぼ全領域にわたって広範に伝播することが示された。鶏胚では、waveの発現に部位ごとの発生段階依存性が見られたが、ラット胚でも同様の傾向が見られた。この時間特異性は、神経細胞の形態学的な分化・発生過程と相関する事が示唆された。
(2)鶏胚では、神経刺激によって誘発されるdepolarization waveは、gap junction blockerあるいはNMDA receptor blockerによって完全に消失し、gap junctionとchemical synapseの双方が絡み合ったdual networkによって伝播すると考えられた。NMDA receptorの他にも、non-NMDA receptor、nichotinic-Ach receptor、GABA-A receptorなど、いくつかの神経伝達物質/受容体がmodulatorとして働いていることが明らかとなった。ラット胚でも同様の結果が得られたが、鶏胚とラット胚には、gap junction blockerとchemical synapseに対する依存性に差があることが分かった。

Research Products

• [Publications] Momose-Sato, Y.et al.: "Optical analysis of large-scale depolarization waves in the embryonic brain : a dual network of gap junctions and chemical synapses."Journal of Neurophysiology. 89. 600-614 (2003)
• [Publications] Momose-Sato, Y.et al.: "Depolarization waves in the embryonic CNS triggered by multiple sensory inputs and spontaneous activity : Optical imaging with a voltage-sensitive dye."Neuroscience. 116. 407-423 (2003)
• [Publications] Sato, K., Momose-Sato, Y.: "Optical detection of developmental origin of synaptic function in the embryonic chick vestibulocochlear nuclei."Journal of Neurophysiology. 89. 2315-3224 (2003)
• [Publications] Miyakawa, N.et al.: "Optical analysis of acute spontaneous epileptiform discharges in the in vivo rat vivo rat cerebral cortex."NeuroImage. 18. 622-632 (2003)
• [Publications] Sasaki, S.et al.: "Postnatal changes in intrinsic optical responses to peripheral nerve stimulation in the in vivo rat spinal cord."NeuroImage. 20. 2126-2134 (2003)
• [Publications] Momose-Sato, Y.et al.: "Optical mapping of the functional organization organization of the rat trigeminal nucleus : Spatial and temporal dynamics of sensory information transfer during embryogenesis."Journal of Neuroscience. (in press). (2004)
• [Publications] Sato, K.et al.: "Optical survey of neural circuit formation in the embryonic chick vagal pathway."European Journal of Neuroscience. (in press). (2004)
• [Publications] Miyakawa, N.et al.: "Keio University International Symposia for Life Sciences and Medicine Vol.11,The Neural Basis of Early Vision."Springer-Verlag. 5 (2003)
• [Publications] Sato, K.et al.: "Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function."The Humana Press Inc(in press). (2004)