新しい光技術による大脳シナプス可塑性誘発法の系統的研究

新型光学技术脑突触可塑性诱导方法的系统研究

基本信息

批准号：
09J05575
负责人：
葉山達也
金额：
$ 1.34万
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：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J05575/
关键词：
脳・神経シナプス可塑性光刺激樹状突起スパイン

项目摘要

大脳皮質錐体細胞の興奮性シナプスを形成する後シナプス部位の多くはスパインと呼ばれる棘状構造を形成している。スパインはシナプス活動依存的な形態可塑性を示すことが知られており、記憶などの脳機能と関連する部位として考えられている。本研究の目的は、スパインの形態をシナプス機能の指標とし、ケイジド化合物などを用いた新しい光技術によるシナプス可塑性の系統的操作法を開発し、大脳機能のシナプス基盤をより直接的に解明することである。これまでの我々の研究から、ラット海馬スライス培養標本において、ケイジドグルタミン酸とケイジドGABAの2色光刺激法を用いることで、単一スパインレベルでのスパインの収縮及び除去の誘発が可能となった。この時、スパイン増大は刺激スパインに限局するのに対して、スパイン収縮は周囲のスパインにも拡散する事が判明した。また、隣接するスパインのそれぞれに増大・収縮刺激を同時に加えると、スパイン増大は収縮に打ち勝つことが出来ることが示された(局所シナプス競合)。これらは、空間分解能に優れた光刺激だからこそ解明できた現象である。さらに、これらの現象の分子基盤の解明に成功した。スパイン形態はアクチン細胞骨格により制御されており、アクチンの脱重合因子であるコフィリンが局所シナプス競合において、重要な役割を担っていることが示された。コフィリンの活性はリン酸化状態により制御されており、脱リン酸化コフィリンは拡散性のスパイン収縮因子であることが示された。それに対して、スパイン増大時にはリン酸化コフィリンが増大したスパインに集積することが明らかとなった。以上をまとめると、新規の光技術により、局所シナプス競合という新規の現象を世界に先駆けて見出すことに成功した。また、その分子基盤の解明にも成功した。これらの結果は、大脳機能の分子・細胞基盤の解明に非常に重要な役割を果たすものと考えられる。

许多在脑皮质锥体细胞中形成兴奋性突触的突触后部位形成棘突，称为棘突。已知棘表现出突触活动依赖性形态可塑性，被认为是与脑功能（如记忆）相关的部位。这项研究的目的是将棘的形态用作突触功能的指标，并使用笼子化合物使用新的光学技术对突触可塑性进行系统的操纵，并更直接地阐明大脑功能的突触基础。我们以前的研究表明，通过使用笼中的谷氨酸和笼中的笼中的GABA在大鼠海马切片培养标本中使用两色光刺激方法诱导脊柱收缩和在单个脊柱水平上的去除。目前，发现脊柱的增加仅限于刺激刺，而脊柱收缩也扩散到周围的脊柱中。还已经表明，脊柱增加可以通过同时对每个相邻脊柱（局部突触竞争）应用增加和收缩刺激来克服收缩。这些现象仅通过具有出色空间分辨率的光刺激阐明。此外，我们已经成功阐明了这些现象的分子基础。脊柱形态受肌动蛋白细胞骨架调节，肌动蛋白的解聚因子Cofilin在局部突触竞争中起着重要作用。 Cofilin的活性由磷酸化态控制，而去磷酸化的Cofilin被证明是扩散的脊柱收缩因子。相反，据表明，当脊柱增加时，磷酸化的cofilin会在脊柱上积聚。总而言之，新的光学技术成功地发现了世界首先是当地突触竞争的新现象。它在阐明其分子基础方面也成功。这些结果被认为在阐明脑功能的分子和细胞基础方面起着非常重要的作用。