Subcellular analysis of the mechanism underlying ectopic spike generation in axon

轴突异位尖峰产生机制的亚细胞分析

基本信息

批准号：
21K06434
负责人：
神谷温之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06434/
关键词：
軸索海馬サブセルラー記録

项目摘要

本研究では、例外的に大型の海馬苔状線維の軸索終末からサブセルラーパッチクランプによる直接記録を行い、また、苔状線維を模した最新の数理モデルに基づくシミュレーションを組み合わせ、遠位軸索における異所性スパイク発生の検証、異所性スパイクの発生部位の同定、シミュレーションによる異所性スパイクの数理モデル解析などを行う。通常の活動電位発生部位である軸索初節部ではなく、遠位軸索で活動電位が生じる、いわゆる「異所性スパイク」について直接的に検証し、遠位軸索における異所性スパイクの発生機構について追及する。昨年度までに、カリウムチャンネルブロッカーである4-アミノピリジンの遠位軸索への局所投与による異所性スパイクのバースト発火を生じること、およびシミュレーションによる数理モデル解析で再現できることを明らかにした。本年度は、生理的条件下での軸索カリウムチャンネル阻害が異所性スパイクの発生を引き起こしうるかについて、シミュレーションを用いた検討を開始した。先行研究において海馬苔状線維に反復刺激を与えると活動電位の持続時間が延長し、苔状線維シナプスでみられる顕著なシナプス促通の一因となることが実験で示されている。これまでに構築した苔状線維モデルを用いたシミュレーションで同様の反復刺激による活動電位延長がみられることを確認した。この際に、活動電位中のカリウム電流が抑制されることから活動電位の下降相を遅延させ持続時間が延長すると考えられた。さらに、苔状軸索のカリウムチャンネルモデルの不活性化を除去したプログラムを構築し、軸索カリウムチャンネルを置換したところ、活動電位延長が完全に消失することを示した。活動電位中の脱分極によるカリウムチャンネルの不活性化の累積が反復刺激による活動電位延長の原因である可能性が示唆された。

在这项研究中，我们使用亚细胞膜片钳对异常大的海马苔藓纤维的轴突末端进行直接记录，并结合基于模仿苔藓纤维的最新数学模型的模拟，并使用了来自异常大的海马苔藓纤维的轴突末端的直接记录的组合我们将验证异位尖峰的发生，识别异位尖峰发生的部位，并通过模拟分析异位尖峰的数学模型。我们直接验证了所谓的“异位尖峰”，其中动作电位发生在远端轴突而不是轴突的初始节点（这是动作电位产生的正常部位），并研究了远端轴突异位尖峰的影响。我们将研究其生成机制。去年，我们证明了对远端轴突局部施用 4-氨基吡啶（一种钾通道阻滞剂）会导致异位尖峰的爆发，并且这可以通过使用模拟的数学模型分析来重现。今年，我们开始使用模拟来研究生理条件下轴突钾通道的抑制是否会导致异位尖峰的产生。先前的研究表明，重复刺激海马苔藓纤维会增加动作电位的持续时间，从而导致苔藓纤维突触处出现明显的突触促进。在使用迄今为止构建的苔藓纤维模型的模拟中，我们证实观察到由于重复刺激而导致的类似动作电位延长。此时，人们认为动作电位期间的钾电流受到抑制，从而延迟了动作电位的下降阶段并延长了其持续时间。此外，我们构建了一个程序，消除了苔藓轴突钾通道模型的失活，并表明当轴突钾通道被替换时，动作电位延长被完全消除。有人认为，动作电位过程中由于去极化而导致的钾通道累积失活可能是重复刺激导致动作电位延长的原因。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

海馬苔状線維シナプスの周波数促通における不活性化型カリウムチャネルの寄与に関するシミュレーション解析

失活钾通道对海马苔藓纤维突触频率促进作用的模拟分析

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
鄭富檬;神谷温之
通讯作者：
神谷温之

Computational test for the roles of potassium channel inactivation in short-term plasticity

钾通道失活在短期可塑性中作用的计算测试

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Minobu Ikehara;Kazuhiko Yamamuro;Yuki Noriyama;Yasuhiko Saito;Manabu Makinodan;齋藤康彦;Kamiya Haruyuki;Kamiya H
通讯作者：
Kamiya H

軸索興奮性の活動依存的な制御機構

轴突兴奋性的活动依赖性控制机制

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hossen Emran;Funahashi Yasuhiro;Faruk Md. Omar;Ahammad Rijwan Uddin;Amano Mutsuki;Yamada Kiyofumi;Kaibuchi Kozo;神谷温之
通讯作者：
神谷温之

Computational modeling of excitability tuning of hippocampal mossy fibers by axonal M-channels

通过轴突 M 通道调节海马苔藓纤维兴奋性的计算模型