プルキンエ細胞と登上線維のタイムラプス観察によるシナプス刈り込み機構の解明

通过浦肯野细胞和攀爬纤维的延时观察阐明突触修剪机制

• 批准号: 22KJ1195
• 负责人: 越膳 真弓
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tokyo Medical and Dental University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1195/
• 关键词: シナプス刈り込み; 小脳; 登上線維; プルキンエ細胞; 二光子顕微鏡

哺乳類の脳が発達していく過程において、いったん多数形成したシナプスのうち不要なものを削除して必要な物だけを残していく「シナプス刈り込み」が重要であることが知られている。小脳プルキンエ細胞－登上線維シナプスはシナプス刈り込みの代表的なモデルである。生後間もない哺乳類の小脳プルキンエ細胞は複数の登上線維からの入力を受けているが、発達に伴って入力の弱い登上線維が刈り込みされ、最終的に一本の登上線維からのみ入力を受けるようになる。このメカニズムの解明のため、我々は神経細胞に活動電位を発生させるために必要なカルシウムイオンの細胞内濃度変化をコントロールする遺伝子Ｙに着目した。この遺伝子Ｙは全身で欠損させると致死的となるため、小脳プルキンエ細胞特異的に遺伝子Ｙを欠損させたトランスジェニックマウスを作成した。このマウスの小脳プルキンエ細胞－登上線維シナプスに注目して、一つのプルキンエ細胞に入力する登上線維の本数の経時的な変化を観察し、遺伝子Ｙがシナプス刈り込みに与える影響について検討している。これまで主に研究手法として用いてきたin vivoカルシウムイメージングに加え、昨年度からは小脳スライスを用いた電気生理学的手法を併用している。今後は各発達段階における小脳スライスに対し電気生理学的手法を用いて、登上線維からプルキンエ細胞への入力の頻度や強度がシナプス刈り込みに及ぼす影響について、より多角的な検討を行っていく。

在哺乳动物大脑的发育过程中，众所周知，“突触修剪”是一个重要的过程，其中大量形成的突触被删除，不必要的突触被留下。小脑浦肯野细胞攀爬纤维突触是突触修剪的典型模型。哺乳动物出生后立即，小脑浦肯野细胞接收来自多个攀爬纤维的输入，但随着它们的发育，输入较弱的攀爬纤维被修剪，最终只有一根攀爬纤维开始接收输入。为了阐明这一机制，我们关注基因 Y，它控制细胞内钙离子浓度的变化，而钙离子浓度是神经元产生动作电位所必需的。由于Y基因在系统性删除时是致命的，因此创建了转基因小鼠，其中Y基因在小脑浦肯野细胞中被特异性删除。我们关注这只小鼠的小脑浦肯野细胞攀爬纤维突触，观察输入到单个浦肯野细胞的攀爬纤维数量随时间的变化，并检查基因 Y 对突触修剪的影响。除了迄今为止我们主要研究方法的体内钙成像之外，我们从去年开始还使用小脑切片的电生理学方法。未来，我们将在每个发育阶段的小脑切片上使用电生理学技术，对攀爬纤维向浦肯野细胞输入的频率和强度对突触修剪的影响进行更加多方面的研究。