大脳皮質興奮性－抑制性細胞間双方向性結合の発達と機能的意義

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K15193
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 山本 真理子 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, NIPSリサーチフェロー (70898824)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 大脳皮質 / 抑制性細胞 / 錐体細胞 / 発達 / 一次視覚野

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、大脳皮質一次視覚野におけるパルブアルブミン陽性のFast-spiking抑制性細胞（PV-FS細胞）と錐体細胞間のシナプス結合の発達過程を調べることと、発達過程のこれらのシナプス結合を操作することで発達により獲得されるシナプス結合の機能や特徴を見出すことを目的としている。令和3年度では下記の研究を行った。

１）複数の発達過程のマウス一次視覚野2/3層の急性スライスから同時ホールセル記録を行い、PV-FS細胞－錐体細胞間における双方向のシナプス結合の発達を調べた。観察対象の時期を細かく分けることで、ごく短期間に生ずる特徴的な発達変化をPV-FS細胞－錐体細胞間の抑制性結合および興奮性結合のいずれにおいても観察した。とりわけ、双方向性結合ペアに選択的なシナプス結合の発達変化を新たに見出した。

２）上記研究において、錐体細胞からPV-FS細胞への興奮性結合がPV-FS細胞から錐体細胞への抑制性結合に影響をもたらす可能性が示唆された。これを踏まえ、興奮性シナプス可塑性への関与が知られるNMDA受容体を欠損したマウスを得ようとした。Cre-loxPシステムを用いPV-FS細胞に選択的な欠損を目指したが、生後比較的早い時期に欠損させる必要があったため、既存のプロモーターによるCre遺伝子の発現では選択性は得られなかった。そこで抑制性細胞に標的を変更してCre遺伝子を導入するウイルスベクターを作製し、注入時期および用量の検討を行った。得られたマウスにおいて、PV-FS細胞からのNMDA受容体の欠損をNMDA受容体電流の消失により確認した。当該マウスの一次視覚野急性スライスから同時ホールセル記録法により、PV-FS細胞－錐体細胞間のシナプス結合を解析している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

PV-FS細胞からの選択的なNMDA受容体の欠損について、当初予定していた方法ではうまくいかず、複数のプロモーターを搭載したウイルスベクターを作製し、注入時期や容量の検討を行ったため予定よりも時間を要した。一方でホールセル記録による結合解析は順調に行えており、総合して予定に遅れなく進行している。

Strategy for Future Research Activity

得られた抑制性細胞選択的なNMDA受容体の欠損マウスにおいて、PV-FS細胞－錐体細胞間のシナプス結合の解析を進める。また、一次視覚野のPV-FS細胞－錐体細胞間シナプス結合の変化が視覚機能へ及ぼす影響を調べるため、in vivo マルチユニット記録の実験系を構築し、NMDA受容体欠損マウスにおいて視覚応答の解析を行う予定である。

Causes of Carryover

次年度にin vivo記録装置の購入を予定していたが、システムが新しくなり予定よりも費用が必要になりそうであったため、今年度購入予定であった機器は借用するなどしその費用を当て、次年度使用額を増額した。