サイレントシナプスの画像化法を用いた神経可塑性に関する研究

利用沉默突触成像方法研究神经可塑性

• 批准号: 12780593
• 负责人: 小泉 修一
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: National Institute of Health Sciences
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12780593/
• 关键词: サイレントシナプス; イメージング; FM1-43; 海馬; グリア; 単一神経終末; 可塑性

本研究課題は、シナプス形成部位である神経終末(前シナプス)及びspine(後シナプス)の機能を同時に画像化することにより、"シナプス伝達・可塑的変化"機序の解明、及びシナプスの可塑性を"見る"新しい評価法を確立することを目的としている。本年は、ラット海馬初代培養神経細胞を用いて、神経終末のシナプス小胞をFM1-43で標識し、単一シナプスの開口放出過程をリアルタイムで観察する手法及び、後シナプスの応答を共焦点レーザー顕微鏡でCa^<2+>シグナルとして解析する方法を確立し、シナプス伝達をリアルタイムで"見る"手法を確立した。本実験手技を用いて、神経及び周辺アストログリア細胞由来のATPが、海馬の興奮性シナプス伝達を抑制すること、この抑制機序は前シナプスからの伝達物質放出抑制に起因していること、内在性ATPによるこれらシナプス伝達変化が長期的な可塑的変化と関連している可能性を明らかとした。今回取得したイメージング技術は、種々の細胞及び組織に応用することが可能で、実際、後根神経節細胞、各種グリア細胞、PC12細胞を用いた実験系で、神経伝達物質・サイトカインの分泌応答、神経伝達の可塑的変化を観察する事が可能となった。シナプス可塑性に関する新しい知見として、神経特異的蛋白質、neuronal calcium sensor-1 (NCS-1)が、細胞内のphosphatidylinositide(PI)の代謝回転を制御している重要な酵素phosphatidylinositol 4-kinase(P14K)を活性化すること、これによりP14K移行のPI代謝回転が亢進し、Ca^<2+>放出能が増大することにより、Ca^<2+>依存性の神経伝達物質放出を増強させることを見出した。これは、PI代謝制御による神経伝達物質放出調節機構という全く新しいシナプス伝達制御システムである、NCS-1の発現量増加が長期増強現象と相関していることから、NCS-1を介するシナプス可塑性調節機構の存在が新しく示唆された。神経伝達物質放出及びその応答を、高い空間・時間分解能で"見る"の開発により、シナプス伝達及びシナプス可塑性の新しい制御様式が明らかとなった。

本研究的目的是阐明“突触传递和可塑性变化”的机制，并通过同时对作为突触形成部位的神经末梢（突触前）和棘（突触后）的功能进行成像来研究突触的可塑性。目的是建立一种新的“看到”的评价方法。今年，我们将利用原代培养的大鼠海马神经元，用FM1-43标记神经末梢的突触小泡，并开发出实时观察单个突触胞吐过程的方法，以及观察突触后反应的共聚焦方法。建立了利用激光显微镜分析Ca^2+信号的方法，建立了实时“看到”突触传递的方法。使用这种实验技术，我们证明了来自神经元和周围星形胶质细胞的 ATP 抑制海马中的兴奋性突触传递，这种抑制机制是通过抑制突触前的递质释放而引起的，并且我们揭示了突触传递的这些变化是由于性行为引起的。 ATP可能与长期的塑性变化有关。这次获得的成像技术可以应用于各种细胞和组织，事实上，在使用背根神经节细胞、各种神经胶质细胞和PC12细胞的实验系统中，神经递质和细胞因子的分泌反应，已经成为可能。观察神经传递的可塑性变化。关于突触可塑性的新发现表明，神经元钙传感器-1 (NCS-1)（一种神经元特异性蛋白）负责释放磷脂酰肌醇，磷脂酰肌醇是控制细胞内磷脂酰肌醇 (PI) 周转的重要酶。发现4-激酶(P14K)的激活增强P14K转移的PI周转并增加Ca ^ 2+ 释放能力，促进Ca ^ 2+ 依赖性神经递质的释放增强。这是一种全新的突触传递控制系统，称为通过PI代谢控制的神经递质释放调节机制。NCS-1的表达增加与长时程增强相关，这表明突触可塑性是由NCS-1介导的。新提出了一种机制。以高空间和时间分辨率“观察”神经递质释放及其反应的方法的发展揭示了突触传递和突触可塑性的新控制模式。

项目成果

Tsuda M.,Koizumi S.,Kita A.,Shigemoto Y.,Ueno S.and Inoue K.: "Mechanical allodynia caused by intraplantar injection of P2X receptor agonist in rats : Involvement of heteromeric P2X2/3 receptor signaling in capsaicin-insensitive primary afferent neurons."

Tsuda M.、Koizumi S.、Kita A.、Shigemoto Y.、Ueno S. 和 Inoue K.：“大鼠足底注射 P2X 受体激动剂引起的机械异常性疼痛：辣椒素不敏感中异聚 P2X2/3 受体信号传导的参与

K.Inoue, S.Koizumi: "Mechanism of the inhibitory action of ATP in rat hippocampus"Drug Development Research. 52. 95-103 (2001)

K.Inoue、S.Koizumi：“大鼠海马ATP抑制作用的机制”药物开发研究。

B.A.Scalettar, P.Rosa, E.Taverna, M.Francolini, T.Tsuboi, S.Terakawa, S.Koizumi., J.Roder, A.Jeromin.: "Real-time imaging of neuronal calcium sensor-1 as a component of synaptic like microvesicles in differentiated PC 12 cells"J. Cell. Sci.. (印刷中). (2002)

B.A.Scalettar、P.Rosa、E.Taverna、M.Francolini、T.Tsuboi、S.Terakawa、S.Koizumi.、J.Roder、A.Jeromin.：“神经元钙传感器 1 的实时成像作为分化的 PC 12 细胞中突触样微泡的成分“J. Cell. Sci..（印刷中）。（2002）

K.Inoue, S.Koizumi, S.Fuzjiwara, S.Denda, K.Inoue, M.Denda: "Functional vanilloid receptors in cultured normal human epidermal keratinocytes"Biochem. Biophys. Res. Commun.. (印刷中). (2002)

K. Inoue、S. Koizumi、S. Fuzjiwara、S. Denda、K. Inoue、M. Denda：“培养的正常人表皮角质形成细胞中的功能香草素受体”Biochem Res。 ）

S.Koizumi, P.Rosa, G.B.willars, R.A.J.Challiss, E.Taverna, M.Francolini, M.D.Bootman, P.Lipp, K.Inoue, J.Roder, A.Jeromin: "Mechanisms underlying the neuronal calcium sensor-1-evoked enhancement of exocytosis in PC 12 cells"J. Biol. Chem.. (印刷中). (2002)

S.Koizumi、P.Rosa、G.B.willars、R.A.J.Challiss、E.Taverna、M.Francolini、M.D.Bootman、P.Lipp、K.Inoue、J.Roder、A.Jeromin：“神经元钙传感器的机制1 -引起 PC 12 细胞胞吐作用的增强”J. Biol. Chem..（印刷中）。（2002）