2017 Fiscal Year Research-status Report
Spatial distribution of readily releasable vesicles underlying short-term plasticity at synapses
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17K07064
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| Research Institution | Jikei University School of Medicine |
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Principal Investigator |
中村 行宏 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (40460696)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | シナプス / シナプス前末端 / 神経伝達物質放出 / シナプス小胞 / カルシウムチャネル / カルシウムキレート剤 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シナプス前末端の開口放出部位に存在するカルシウム（Ca）チャネルとシナプス小胞の結合距離を推定するために、Caチャネル近傍におけるCaイオンの拡散シミュレーションおよびシナプス小胞の開口放出シミュレーションを行った。Caキレート剤グリコールエーテルジアミン四酢酸
（EGTA）の存在下・非存在下の2条件でシミュレーションを行い、EGTAによる開口放出抑制率をCaチャネルからの距離毎に予測した。
すでに明らかにされていたように、EGTAはチャネルからの距離が遠くなるほど開口放出を強く抑制し、100 nm以遠では開口放出を完全に抑制した。しかし今回、Caチャネルの電流の振幅および持続時間を様々に変えてEGTAの作用を詳細に検討したところ、EGTAによる開口放出抑制率はCa流入の持続時間にも依存し、Ca流入の持続時間が1ミリ秒未満の場合はCaチャネルの近傍20 nmでも開口放出を抑制しうることが明らかになった。この結果は、EGTAを用いたCaチャネルとシナプス小胞の距離を実験的に推定するには、EGTAによるシナプス小胞開口放出抑制率のみならず、シナプス前末端Caチャネルの開口時間を知る必要性を示すものである。一方EGTAによる下位候補不出抑制率はシナプス前末端内の内因性のmobile Caバッファーの性質にはあまり影響されないことが示された。
EGTAによる開口放出抑制率とCaチャネルの開口時間の関係を示す検量線を作成し、上記シミュレーションの結果とともにJournal of Neuroscience誌(2018年3月）に報告発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究計画はコンピューターシミュレーションと脳スライスを用いた電気生理実験からなる。シミュレーションについては研究実績の概要で述べたとおり、順調に進展し研究計画初年度のうちに論文投稿受理にまで漕ぎ着けたため、当初の計画以上に進展していると判断した。
電気生理実験では、脳幹calyx of Heldシナプスにおいてシナプス前末端を電位固定して様々な持続時間のCa流入を誘発するとともに、同時にシナプス後細胞からシナプス電流を記録し、EGTAに対するシナプス電流の抑制率を記録した。Calyx of HeldシナプスではEGTAによるシナプス電流抑制率はCa流入の持続時間非依存的であり、シミュレーションとは異なる結果が得られた。シミュレーションと一致しない点が、実際のシナプスにおける即時放出可能小胞の空間的分布を推定する上で鍵となる手がかりであると考えており、目下どのような分布ならばモデルと実験両方に整合性のある結果が得られるか解析探索中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り進展しており、今後の研究推進方策に大きな変更はない。
1発の活動電位刺激に対する即時放出可能小胞の分布については解析が進行中であり、本年平成30年度より2発の活動電位刺激によって生じる短期可塑性について実験およびシミュレーションを行う。
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| Causes of Carryover |
本研究開始直後に、本研究においては必須である電気生理実験装置のマニピュレーターを更新した。本平成29年度上期は円安の影響もあり、この装置の購入に当初想定していた以上の予算が必要となった。実験消耗品等の残額を考慮すると、共同実験のために計上していた旅費を本研究予算からまかなうことができなくなり、共同研究のための旅費は本研究者が所属する講座の運営費より支出することとなった。そのため逆に旅費分として95000円程度の繰越金が発生した。研究協力者が所属する同志社大学での共同実験は平成30年度も予定しており、繰越金は旅費として使用する。
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