2光子励起法を用いたスパイン丘態変化と蛋白質合成との相関性の研究

双光子激发法研究脊柱变化与蛋白质合成的相关性

基本信息

批准号：
04J06884
负责人：
本蔵直樹
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The Graduate University for Advanced Studies
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

大脳皮質では興奮性シナプスの多くはスパイン上に形成され、そのスパイン構造は多様である。近年スパイン頭部体積の大きさに依存して、グルタミン酸受容体の発現量が決まること、長期増強に際してスパインの頭部増大が起きることなどが示されている。スパインにはアクチン繊維(F-actin)以外の細胞骨格タンパク質はほとんど存在せず、主要な細胞骨格だと考えられている。そこでPA-GFPとβ-actinが融合した遺伝子を作製し、海馬組織切片に遺伝子銃で導入し、CA1錐体細胞の単一スパインに存在するアクチン分子の動態を、2光子励起顕微鏡を用いて蛍光観察した。まず、光活性化前後のPAGFP-actinの蛍光像より全アクチン分子の濃度比、及び拡散速度の違いからF/G-actin存在割合を求めた。その結果スパインのアクチン総量を100とすると、F-actin量が樹状突起:スパイン=5:88と表わされた。さらにスパインのF-actinの性質を調べると、蛍光強度減衰時間よりF-actinには動的及び安定的な性質を持つ2種類のプールが存在し、その減衰時定数は1.2分及び17分であった。安定的なF-actinプールはスパイン基底部に存在し、動的なプールはそれ以外の領域に存在していた。安定的なプールはスパイン体積に比例して存在比率が増し、存在量はスパイン体積の2乗に比例した。大きなスパインのF-actinは小さいスパインより全体として安定であると判明した。一方、動的なF-actinはスパイン先端部から基底部に向けて流れており、その速さは0.2-1.2μm/分、流れの長さは0.2-0.7μmであった。さらにスパイン体積が大きいほど流れは速く、かつ長さも長いことがわかった。大きなスパイン程、F-actinは大きな力でスパインを膨張させる、即ちスパイン体積はアクチン重合の速さで決まることを示唆した。

在大脑皮层中，刺上许多兴奋性突触形成，脊柱结构是多种多样的。最近，已经表明，谷氨酸受体的表达水平取决于脊柱头部体积的大小，并且在长期增强过程中脊柱头部增加。脊柱中肌动蛋白纤维（F-肌动蛋白）以外几乎没有细胞骨架蛋白，被认为是主要的细胞骨架。然后产生一个基因，其中PA-GFP和β-肌动蛋白被融合，并使用基因枪引入海马组织切片中，并使用两光子激发显微镜观察到Ca1锥体细胞的单个脊柱中存在肌动蛋白分子的动力学。首先，基于总肌动蛋白分子的浓度比和扩散速率的浓度差，从PAGFP-actin的荧光图像中确定了F/G-肌动蛋白的存在比。结果，当脊柱中肌动蛋白的总量为100时，F-肌动蛋白的量表示为树突：脊柱= 5:88。此外，在检查脊柱F-肌动蛋白的性质时，与荧光强度衰减时间相比，F-肌动蛋白中具有动态和稳定的特性的两种类型的池，而衰减时间常数为1.2分钟17分钟。脊柱底部存在一个稳定的F-肌动蛋白池，而在其他地区也存在动态池。稳定的池的丰度与脊柱体积成正比，并且丰度与脊柱体积的平方成正比。发现较大的棘中的F-肌动蛋白比较小的刺是整体稳定的。另一方面，动态F-肌动蛋白从脊柱的尖端流向底部，速度为0.2-1.2μm/min，流量长度为0.2-0.7μm。此外，发现脊柱体积越大，流量越快，长度越长。脊柱越大，F-肌动蛋白扩展脊柱的力越大，即脊柱体积取决于肌动蛋白聚合的速度。