iPS細胞とハイスループット測定によるヒト脳シナプス可塑性の直接解析

使用 iPS 细胞和高通量测量直接分析人脑突触可塑性

基本信息

批准号：
22K07319
负责人：
田端俊英
金额：
$ 2.66万
依托单位：
University of Toyama
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究はヒト由来iPS細胞を中枢ニューロンに分化させた培養細胞どうしでシナプスを形成させ、主として電気生理学的な手法でそのシナプス可塑性の特性を明らかにし、マウスなど他の動物種と異なるシナプス可塑性の特性がヒト中枢ニューロンにかるかどうかを明らかにすることを目指している。初年度は研究の基礎となる2つの方法論を完成させ、さらにヒト特有のシナプスの性質の一端を示唆する結果を得た。一つは上記の方法によって得たヒト中枢シナプス標本のシナプス形成・成熟過程をシナプス・オーガナイザー分子（PTPdelta）のマイクロエクソン選択パターンを指標として詳細に分析し、ヒト胎児の脳波の周波数に近い双極電流パルスを培地に通電することとで、成熟したシナプスを形成することに成功した。また、最終的に成熟した段階のマイクロエクソン選択パターンを解析すると、マウスの成熟中枢シナプスのマイクロエクソン選択パターンと異なっていることが明らかになった。ヒトではマイクロエクソンの選択パターンの違いは発達障害等につながることが知られており、ヒトとマウスのマイクロエクソン選択パターンの相違はヒト特有の学習機能の解明につながる可能性がある。もう一つは人工シナプス測定システムの確立である。このシステムでは、培養ニューロンの樹状突起にイオン泳動でグルタミン酸等を局所投与し、当該ニューロンからパッチクランプ電位固定記憶を行い、シナプス後電流の振幅の変化を長時間にわたり測定できるようにするものである。倒立顕微鏡に自作の大型固定式ステージを装着し、投与電極と記録電極を同等のマイクロマニピュレーターで操作できるようにした。

在这项研究中，我们在培养的分化为中枢神经元的人源iPS细胞之间形成突触，主要利用电生理技术来阐明突触可塑性的特征，并发现突触可塑性不同于小鼠等其他动物物种的突触可塑性。澄清这些特征是否适用于人类中枢神经元。在第一年，我们完成了两种方法，这将构成我们研究的基础，我们还获得了暗示人类独特突触的一些特性的结果。一是以突触组织分子（PTPdelta）的微外显子选择模式为指标，详细分析上述方法获得的人类中央突触标本的突触形成和成熟过程，并检测接近人类频率的双极性电流。通过向介质施加脉冲，他们成功地形成了成熟的突触。此外，对最终成熟阶段微外显子选择模式的分析表明，它与小鼠成熟中央突触的微外显子选择模式不同。在人类中，已知微外显子选择模式的差异会导致发育障碍，而人类和小鼠之间微外显子选择模式的差异可能有助于阐明人类特有的学习功能。另一个是人工突触测量系统的建立。在该系统中，通过离子电渗疗法将谷氨酸等局部施用到培养的神经元的树突上，并从神经元中创建膜片钳电压钳记忆，从而可以测量长时间内突触后电流的振幅变化。一段时间。将自制的大型固定载物台连接到倒置显微镜上，并且可以使用等效的显微操作器来操作管理和记录电极。