2017 Fiscal Year Research-status Report
Roles of spike timing-dependent plasticity in neural formation during development
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17K07057
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
木村 文隆 大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (00202044)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊丹 千晶 埼玉医科大学, 医学部, 講師 (90392430)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | カンナビノイド / バレル皮質 / 臨界期 / スパイクタイミング依存性可塑性 / 軸索投射 / 刈り込み / 4層細胞 / コラム状投射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々はこれまでに、視床皮質投射、4層－2/3層投射では、投射形成時に長期増強（LTP)だけのスパイクタイミング依存性可塑性(STDP,LTP-STDP)が働くこと、また、視床皮質投射では過剰な投射の刈り込みにはカンナビノイド依存性の長期抑圧（LTD)だけのSTDP(LTD-STDP)がはたらき、内因性カンナビノイド（eCB)が投射を刈り込む事を示してきた（Journalof Neuroscience, 2012, 2016)。本研究ではLTP-STDPの性質、eCBの同定、CB作動薬による、軸索刈り込みの直接効果を通して、STDP,CBと回路形成、臨界期との関連を明らかにすることを目的としている。
本年は、LTP-STDPの性質を調べる予定にしていたが、Indiana大学、Dr. Liuとの共同研究の機会が得られたので、当初の予定を変更し、Indiana大学で、カンナビノイド受容体作動薬投与による皮質4層細胞の軸索投射に与える影響を調べる実験を行った。生後13－20のマウスにカンナビノイド受容体のリガンドであるd-THC、作動薬であるWINを毎日腹腔投与し、生後21日で視床皮質スライスを作製し、4層細胞にホールセル電極を用いて、neurobiotinを注入した。実験後スライスをPFAで固定し、蛍光標識後、コンフォーカル顕微鏡で観察した。その結果、カンナビノイド受容体作動薬投与により、4層細胞の軸索の全長が有意に減少していた。また、2/3層内に侵入している軸索長、及び、自己カラム内の軸索長もカンナビノイド受容体作動薬群では有意に減少していた。
このことから生後、13日以降、4層細胞終末に発現したカンナビノイド受容体の活性化は、4層軸索の刈り込みを起こすこと、また、刈り込みが起こることによって、4層細胞の円柱状投射が形成される可能性が考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまで、カンナビノイド作動薬投与によって、視床皮質投射を集合体として染色した像から、刈り込みが起こっていることを示してきたが、ここの軸索像では示されていなかった。しかし、今回、1本1本の軸索の染色像からカンナビノイドによる刈り込みが起こっている事が示され、非常に直接的な証拠が得られた。また、これが、視床皮質投射に加えて、4層細胞で示されたことも意義深い。カンナビノイドが、視床皮質投射形成だけでなく、4層軸索の投射領域制御に関与している事を明確に示している。また、大脳皮質は円柱状構造を持っているが、これがどのようなメカニズムで形成されているかは全く知られていなかった。円柱状構造は、大脳皮質の持つ基本的な構造であり、皮質の機能と関わらずにほぼ全領域の皮質に関与すると考えられるので、カンナビノイドが円柱構造形成に関わっている事を示唆するデータは大変貴重であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、今回得られて結果を、定量的に解析し、カンナビノイドによる刈り込みの効果、円柱状構造形成との関係を更に明確にしていく予定である。その後、或いはできれば同時に、当初の予定通り、eCB-KOを用いた電気生理的、形態学的検討を進めていく予定である。
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| Causes of Carryover |
購入予定だった薬品が不要となったこと、参加予定の学会に参加しなかったことなどから予定外の余剰金が出たが、次年度国際学会に2回出席し、成果を広く発表する予定であることなどから、当初の予定通りの予算が必要である。
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