時間軸に沿って配置されたシナプス可塑性の発現とその調節機序

突触可塑性沿时间轴排列的表达及其调控机制

• 批准号: 17790076
• 负责人: 枝川 義邦
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17790076/
• 关键词: 神経機能の可塑性; ニューロン・シナプス機能; シナプス形成; 自己組織化単分子膜; 表面修飾

生体内で観察対象とする神経細胞には、周囲から入力が数多くあり、それら数多ある情報の中より目的とするシナプス情報を抽出するためには、単に伝達情報の強弱を調節するのみではなく、タイミングの違いに根ざした時間軸に沿った調節機構が有用である。このような現象を精緻に解析するために、空間的にも時間的にも任意にデザインを制御可能な神経回路の形成を行い、目的とするシナプスでの伝達調節の機序の解明を目指した。本年度は特に任意のデザインをもつ人工的な神経回路の形成を目的とした突起伸長の制御法の開発を行った。光分解性の保護基をもつアルキルシロキサン化合物により自己組織化単分子膜を形成させ、その表面にPEGとPPOからなるブロック共重合体を吸着させることにより、接着面と非接着面を光照射依存的に描画可能な細胞培養基板を作製し、任意のデザイン・タイミングでの細胞接着と突起伸長の制御システムとして使用した。NGF暴露依存的に突起伸長を行うPC12細胞を用いて、アレイ状にパターン化された細胞接着と、時間を隔てての突起伸長の誘導が可能であることを確認した。PC12を用いることにより、接着後NGFを添加するまでは突起を持たない状態での保持を行い、添加するタイミングを選ぶことにより伸長開始タイミングを制御することが可能となった。細胞体から伸展する突起数は、細胞体接着後に、光照射により突起伸長に特化して作製した接着部位数に依存しており、当該システムにおいて数と伸長開始方向の任意性を確認した。また、伸長過程にある突起の方向を変えることによる突起の屈曲や分岐部の形成も実現し、さらに、基板表面に塗布する細胞接着分子を選ぶことにより、突起の伸長スピードに変化が現れることも観察した。このことは、突起伸長の時間制御を光照射のタイミングの選沢と伸長過程にある突起の伸長スピードの調節との両面からの制御が可能であることを示唆する。

神经细胞作为体内观察的对象，从周围环境中接收到许多输入，为了从如此大量的信息中提取出所需的突触信息，不仅需要调整突触的强弱，传输信息时，基于时间差异的沿时间轴的调整机制是有用的。为了精确分析这种现象，我们创建了一种可以在空间和时间上任意控制的神经回路，旨在阐明目标突触的传输调节机制。今年，我们开发了一种控制过程扩展的方法，特别是为了形成具有任意设计的人工神经电路。通过使用具有光降解保护基团的烷基硅氧烷化合物形成自组装单分子膜，并将由PEG和PPO组成的嵌段共聚物吸附到表面，粘合和非粘合表面变得依赖于光照射，我们创建了细胞培养物。可以自动绘制底物，并将其用作任意设计和时间的细胞粘附和突出延伸的控制系统。使用 PC12 细胞（其以依赖于 NGF 暴露的方式延长突起），我们证实有可能以阵列模式诱导细胞粘附，并以一定的时间间隔诱导突起伸长。通过使用PC12，可以在粘合后维持无突起的状态直至添加NGF，并且可以通过选择添加时机来控制伸长开始的时机。从细胞体延伸的突起的数量取决于细胞体粘附后通过光照射专门为突起延伸而创建的粘附位点的数量，并且我们确认了该系统中数量和延伸起始方向的任意性。此外，通过改变伸长过程中突起的方向，我们实现了突起的弯曲和分支部分的形成。此外，通过选择施加到基质表面的细胞粘附分子，可以改变细胞的伸长速度。观察到的突出物。这表明可以通过选择光照射的时机以及控制伸长过程中突起的伸长速度来控制突起伸长的时间。