大脳皮質ニューロンの分枝・シナプス形成過程の研究

大脑皮层神经元分支和突触形成过程的研究

基本信息

批准号：
12050227
负责人：
山本亘彦
金额：
$ 3.84万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (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/grant/KAKENHI-PROJECT-12050227/
关键词：
大脳皮質水平軸索神経活動スライス培養軸索分枝 GFP ラット大脳培養

项目摘要

神経回路の基本的枠組みが発生プログラムに従って形成されるのに対して、細部構築は神経活動により修飾されると考えられている。後者の形成機構を研究するために、我々は大脳皮質2/3層での神経細結合に着目している。これまでの研究から、発達期に2/3層の錐体細胞から発する軸索側枝(水平軸索、horizontal axon)は同じ層に沿って伸長しながら、枝分かれを形成することが示されている。さらに、水平軸索の分枝形成には神経細胞の電気的活動が関与することも示唆されている。しかしながら、軸索の枝分かれ形成を引き起こす神経活動の特性や、それを仲介する分子機構についてはほとんど知られていないのが現状である。この問題に取り組むために、我々はラット大脳皮質切片を長期間培養し、GFP標識法を用いて個々の軸索の分枝形成を解析できる系を確立することによって、以下の問題に対して実験を行った。1)培養下においてもin vivoで形成されるのと同様な枝分かれが生ずるか?2)電気的活動度の増減によって枝分かれ形成が変化するか?3)軸索の形態変化を担う細胞内骨格タンパクの動態を制御する分子機構の関与は?実験を通して、次の3点が明らかになった。1)培養2週間で脳内で生ずるのと似た軸索分枝が形成される。2)チャネルブロッカーなどの慢性的投与により自発的発火活動を抑制することによって、分枝形成が減少する。3)small GTPaseの一種であるRhoの活性化体の遺伝子導入によって分枝形成が促進される。以上より、水平軸索の分枝形成は神経活動度の増減によって修飾されること、その細胞内機構としてRhoAが促進的に作用することが示唆された。

虽然神经回路的基本框架是根据发育程序形成的，但详细的结构被认为是通过神经活动来修改的。为了研究后者的形成机制，我们重点关注大脑皮层2/3层的神经元连接。先前的研究表明，在发育过程中，源自2/3层锥体细胞的轴突分支（水平轴突）在沿同一层延伸的同时形成分支。此外，有人认为神经元的电活动参与水平轴突分支的形成。然而，目前对于引起轴突分支的神经活动的特征以及介导它的分子机制知之甚少。为了解决这个问题，我们建立了一个系统，对大鼠大脑皮层切片进行长时间培养，并使用 GFP 标记方法分析单个轴突的分支。 1) 培养中是否会出现与体内形成类似的分支？ 2) 分支是否会根据电活动的增加或减少而变化？ 3) 细胞内骨骼蛋白负责轴突形态的变化，通过哪些分子机制来控制？通过实验，明确了以下三点。 1）培养2周后，形成与大脑中相似的轴突分支。 2)通过长期施用通道阻滞剂来抑制自发放电活动，从而减少分支形成。 3) 通过基因导入激活形式的 Rho（一种小 GTP 酶）促进分支形成。这些结果表明，水平轴突分支的形成通过神经活动的增加或减少而改变，并且 RhoA 作为细胞内机制来促进这一点。