運動学習時の小脳シナプス可塑性発現解析

运动学习过程中小脑突触可塑性表达分析

• 批准号: 17J07402
• 负责人: 井下 拓真
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J07402/
• 关键词: 小脳; シナプス可塑性; ノルエピネフリン; 長期抑圧; β型アドレナリン受容体; プロテインキナーゼA; 片葉; 運動学習; 視機性眼球運動

小脳は動物の滑らかな運動の制御・学習を担っている。運動学習の細胞レベルの仕組みとして、小脳の平行線維‐プルキンエ細胞間（PF-PC）シナプスの情報伝達効率が長期的に減弱する、長期抑圧（LTD）が注目されてきた。一方で、神経修飾物質の一つであるノルエピネフリン（NE、別名ノルアドレナリン）が小脳において運動学習に寄与することが報告されている。しかし、NEとLTDが独立に運動学習に寄与するのか、もしくは両者の間に相互作用があるのかについては報告がない。そこで、本研究ではNEがPF-PCシナプスのLTDに影響する可能性を検討した。運動学習へのNE、LTD各々の寄与が独立に報告されている小脳片葉と呼ばれる領域に注目して、片葉切片のプルキンエ細胞からホールセルパッチクランプ記録を行った。前年度までには、NE受容体のサブタイプの一つであるβ型アドレナリン受容体（β-AR）の作動薬やNEがPF-PCシナプスのLTDを起こりやすくすることを明らかにした。本年度はNEがLTDを起こりやすくする分子経路について調べた。パッチクランプ記録時にNEとβ-AR阻害薬を同時に投与すると、NEによるLTD誘導促進の効果が認められなくなった。このことから、NEはβ-ARの活性化を介してLTDを起こりやすくすることが分かった。β-ARはGs型のGタンパク質共役型受容体であり、その下流でcAMP濃度を増加させ、プロテインキナーゼA（PKA）を活性化する。プルキンエ細胞内にPKAの阻害剤を投与したところ、β-ARアゴニストがLTDを起こりやすくする作用が認められなかった。また、プルキンエ細胞内にPKAの活性剤を投与したところ、PF-PCシナプスのLTDが起こりやすくなった。以上の結果より、NEはβ-AR、PKAの活性化を介してPF-PCシナプスのLTDを起こりやすくする作用があることが分かった。

小脑负责控制和学习动物的平滑运动。作为运动学习的一种细胞机制，长期抑郁（LTD），即小脑平行纤维浦肯野细胞（PF-PC）突触信息传输效率的长期下降，引起了人们的关注。另一方面，据报道，去甲肾上腺素（NE，也称为去甲肾上腺素）是一种神经调节剂，有助于小脑的运动学习。然而，目前还没有关于NE和LTD是否独立地促进运动学习或它们之间是否存在相互作用的报道。因此，在本研究中，我们研究了 NE 影响 PF-PC 突触处 LTD 的可能性。我们重点关注小脑半叶区域，该区域的 NE 和 LTD 对运动学习的贡献已被独立报道，我们对半叶切片中的浦肯野细胞进行了全细胞膜片钳记录。去年，我们发现β-肾上腺素能受体（β-AR）（NE 受体的亚型之一）的激动剂和 NE 增加了 PF-PC 突触处 LTD 的可能性。今年，我们研究了 NE 使 LTD 更容易发生的分子途径。当在膜片钳记录期间同时给予NE和β-AR抑制剂时，NE促进LTD诱导的作用被消除。这表明NE通过激活β-AR促进LTD。 β-AR 是一种 Gs 型 G 蛋白偶联受体，可增加下游 cAMP 浓度并激活蛋白激酶 A (PKA)。当将 PKA 抑制剂施用到浦肯野细胞中时，没有观察到 β-AR 激动剂对促进 LTD 的影响。此外，当将 PKA 激活剂注入浦肯野细胞时，PF-PC 突触处更有可能发生 LTD。上述结果表明，NE具有通过激活β-AR和PKA促进PF-PC突触处LTD的作用。

项目成果

Regulation of motor learning and synaptic plasticity by β-adrenergic receptor in the cerebellar flocculus

小脑绒球β-肾上腺素能受体对运动学习和突触可塑性的调节

• 发表时间: 2018
• 作者: Takuma Inoshita; Tomoo Hirano
• 通讯作者: Tomoo Hirano

Different effects of noradrenaline on synaptic transmission and long-term depression at parallel fiber to Purkinje neuron synapses among cerebellar areas

去甲肾上腺素对小脑区浦肯野神经元突触平行纤维突触传递和长期抑制的不同影响

• 发表时间: 2019
• 作者: Takuma Inoshita; Tomoo Hirano
• 通讯作者: Tomoo Hirano

Occurrence of long-term depression in the cerebellar flocculus during adaptation of optokinetic response.

在适应视动反应过程中小脑小叶发生长期抑制。

• DOI: 10.7554/elife.36209
• 发表时间: 2017
• 影响因子: 7.7
• 作者: Inoshita Takuma; Hirano Tomoo
• 通讯作者: Hirano Tomoo

Long-term depression in the cerebellar flocculus during adaptation of optokinetic response

视动反应适应过程中小脑小叶的长期抑制

• 发表时间: 2018
• 作者: Takuma Inoshita; Tomoo Hirano
• 通讯作者: Tomoo Hirano