2光子励起顕微鏡を用いた発達期大脳皮質シナプスリモデリングの直接観察

使用双光子显微镜直接观察发育中的大脑皮层的突触重塑

• 批准号: 11J05614
• 负责人: 一色 真明
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J05614/
• 关键词: in vivo imaging; シナプス; 自閉症; 2光子励起顕微鏡; スパイン; 生後発達; 大脳皮質; シナプス後肥厚部

昨年度までに二光子励起顕微鏡を用いて、発達期のマウス大脳皮質における興奮性シナプスの動態を観察する実験系を立ち上げ、その観察系を用いて自閉症モデルマウスの発達期における興奮性シナプス動態を観察した。自閉症モデルマウスの発達期大脳皮質では野生型マウスと比較して興奮性シナプス動態が亢進していることが示された。本年度は更に抑制性シナプスの指標となる分子のgephyrinの観察も行った。大脳皮質の錐体細胞樹状突起上に見られるスパインと呼ばれる突起構造は興奮性シナプス後部の形態的指標となるが、一部のスパインは抑制性シナプスも同時に含むものもある。抑制性シナプスを含むスパインは視床からの興奮性の投射を受け、抑制性シナプスを含まないスパインは皮質内の興奮性の投射を受けている事が既に報告されている。そこで本年度の研究では、gephyrinを指標とすることで、スパインを視床からの入力を受けるものと皮質間の入力を受けるものに分類して解析を行った。その結果、生後3週のマウスでは、視床から入力を受けるスパインは非常に安定であり、皮質間の入力を受けるスパインは非常に動的であった。また、自閉症モデルマウスでみられるスパイン動態の亢進は、皮質間の入力を受けるスパインに特異的であった。こうした結果から、自閉症では皮質内の神経回路形成に異常が生じていることが示唆された。更に、本年度はマウス大脳皮質の神経活動を変化させた際の野生型と自閉症モデルマウスでの応答についても検討した。マウスのヒゲからの入力は体性感覚野のバレル領域に伝達される。ヒゲを抜くなどの処理を行うことで、皮質内の神経活動を変化させることができる。野生型マウスではバレル野の神経活動を上昇させたときにスパイン動態が亢進するが、モデルマウスでは動態に変化が見られなかった。また、モデルマウスでは神経細胞が活性化した際に見られる特定の遺伝子の発現が野生型より生じにくくなっていることも示された。こうした結果からも自閉症モデルマウスでは神経細胞間の回路に異常が生じ、適切な情報伝達が損なわれていると考えられる。

到去年，我们已经建立了一个实验系统，使用双光子激发显微镜来观察发育中的小鼠大脑皮层兴奋性突触的动态。与野生型小鼠相比，自闭症模型小鼠发育中的大脑皮层的兴奋性突触动力学增强。今年，我们还观察到了 gephyrin，一种作为抑制性突触指标的分子。在大脑皮层锥体细胞树突上发现的称为棘的投射结构可作为兴奋性突触后的形态指标，但一些棘也含有抑制性突触。据报道，含有抑制性突触的棘接收来自丘脑的兴奋性投射，而不含抑制性突触的棘接收皮层内的兴奋性投射。因此，在今年的研究中，我们以gephyrin为指标来分析脊柱，将其分为接受丘脑输入的脊柱和接受皮质间输入的脊柱。结果显示，在3周大的小鼠中，接受丘脑输入的棘非常稳定，而接受皮质间输入的棘则高度动态。此外，在自闭症模型小鼠中观察到的增强的脊柱动力学是接收皮质间输入的脊柱所特有的。这些结果表明自闭症涉及皮质内神经回路形成的异常。此外，今年，我们研究了野生型和自闭症模型小鼠对小鼠大脑皮层神经活动变化的反应。来自小鼠胡须的输入被传输到体感皮层的桶状区域。通过进行去除胡须等治疗，可以改变皮层内的神经活动。在野生型小鼠中，当桶状区域的神经活动增加时，脊柱动力学增强，但在模型小鼠中没有观察到动力学变化。研究还表明，与野生型相比，神经细胞被激活时特定基因的表达在小鼠模型中出现的可能性较小。这些结果表明，在自闭症模型小鼠中，神经元之间的回路出现异常，损害了正确的信息传递。

项目成果

in vivo analysis of post-synaptic molecular dynamics in tne developing mouse cortex

小鼠皮质发育中突触后分子动力学的体内分析

• 发表时间: 2012
• 作者: Masaaki Isshiki;Shigeo Okabe;一色 真明;冨田武照;一色真明
• 通讯作者: 一色真明

Enhancement of excitatory synapse remodeling is a common phenotype in ASD mouse models

兴奋性突触重塑的增强是 ASD 小鼠模型的常见表型

• 发表时间: 2013
• 作者: Masaaki Isshiki;Shinji Tanaka;Noriyuki Hayashi;Katsuhiko Tabuchi;Toru Takumi;Shigeo Okabe
• 通讯作者: Shigeo Okabe