ゼブラフィッシュ分子遺伝学を用いた神経回路網形成及び脳高次機能の解析

利用斑马鱼分子遗传学分析神经网络形成和高级大脑功能

基本信息

批准号：
01J60019
负责人：
吉田知之
金额：
$ 1.28万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

シナプス形成に伴って、軸索終末は神経伝達物質放出装置を備えた前シナプスへと分化する。軸索終末の成熟、分化の調節機構を明らかにするために、ゼブラフィッシュ嗅神経細胞軸索終末の成熟過程におけるカルシニューリンとAキナーゼシグナルの役割について解析した。これらの分子の遺伝子導入を行わない嗅神経軸索の軸索終末は軸索が伸長している受精後36時間と嗅球内の標的近傍で伸長をとめた直後の60時間には多くの突起を出した複雑な形態を示した。ところが嗅球上に糸球体構造が明確に形成される受精後84時間になると軸索終末の形態は突起が少ない簡単な構造へと変化した。また、嗅神経軸索終末におけるシナプス小胞の集積は受精後36、60、84時間と徐々に増加した。恒常活性型カルシニューリンを嗅神経細胞に発現させると軸索終末の形態は受精後60時間ですでに突起の少ない簡単な構造へと変化することが分かった。またカルシニューリン阻害薬であるシクロスポリンAが受精後60時間から84時間にかけて起こる軸索終末の構造変化を妨げることが分かった。一方、恒常活性化型Aキナーゼを発現させた軸索終末は受精後36時間と60時間においてより複雑な構造をとるが、84時間には単純な構造へと変化した。恒常活性型Aキナーゼは受精後36時間において嗅神経軸索終末のシナプス小胞の軸索終末への集積を促進した。さらに恒常不活性型Aキナーゼは60時間、84時間において小胞の軸索終末への集積を抑制した。一方、カルシニューリンはシナプス小胞の集積には影響しなかった。これらのことからカルシニューリンシグナルは軸索終末の形態の成熟を制御し、Aキナーゼシグナルは終末におけるシナプス小胞の成熟を制御することが示された。

突触形成后，轴突末端分化为配备神经递质释放装置的突触前。为了阐明轴突末端成熟和分化的调控机制，我们分析了钙调神经磷酸酶和A-激酶信号在斑马鱼嗅神经元轴突末端成熟过程中的作用。没有导入这些分子基因的嗅觉神经轴突的轴突末端在受精后36小时轴突伸长时产生许多突起，并在轴突停止伸长后立即在嗅球目标附近产生许多突起，这显示了植物的复杂形态。。然而，在受精后84小时，当嗅球上明显形成肾小球结构时，轴突末端的形态变为结构更简单，突起更少。此外，嗅神经轴突末端突触小泡的积累在受精后36、60和84小时逐渐增加。研究发现，当嗅觉神经元中表达组成型活性钙调神经磷酸酶时，受精后60小时，轴突末端的形态已转变为简单的结构，突起很少。研究还发现，钙调神经磷酸酶抑制剂环孢菌素 A 会干扰受精后 60 至 84 小时内发生的轴突末端的结构变化。另一方面，表达组成型激活的A激酶的轴突末端在受精后36和60小时具有更复杂的结构，但在84小时时变为更简单的结构。受精后36小时，组成型活性A激酶促进嗅神经轴突末端突触小泡的积累。此外，组成型失活的 A 型激酶在 60 和 84 小时抑制轴突末端囊泡的积累。另一方面，钙调神经磷酸酶对突触小泡的积累没有影响。这些结果表明钙调磷酸酶信号控制轴突末端形态的成熟，A-激酶信号控制末端突触小泡的成熟。