Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

カルシウム / シナプス伝達 / 長期増強 / 海馬 / 遺伝子改変マウス / シナプス可塑性 / 遺伝子改変 / マウス

中枢神経系のシナプス前終末およびシナプス後細胞におけるカルシウムストアからのカルシウムイオンの放出に関与すると考えられる機能分子Xの役割を解明するために、シナプス前終末およびシナプス後細胞特異的に分子Xを欠損する遺伝子改変マウスを作出し、急性海馬スライス標本を作製して、電気生理学的解析を行った。その結果、シナプス前終末特異的変異マウスでは、海馬CA1領域において、低頻度持続刺激に対する興奮性シナプス応答に変化がみられ、シナプス小胞のリサイクリイング動態に異常があることがわかった。また、シナプス後細胞特異的変異マウスでは、長期増強が減弱することを見出した。

小胞体からのカルシウムの放出がシナプス伝達やシナプス可塑性にどのように関与するかという報告はこれまでにあまりなかったが、シナプス部位特異的変異マウスを作製して電気生理学的な解析を進めることで、その重要性の一端を解明することができた。また、細胞内でのカルシウム放出の異常がハンチントン病やアルツハイマー病、パーキンソン病に関与するとされているが、この成果はこれらの精神神経疾患の病因解明のための基礎データを提供できるものと考える。

マイネルト基底核 / アセチルコリン / 大脳皮質 / 長期増強 / グリア細胞 / イメージング / in vivo / 2光子顕微鏡 / 皮質可塑性 / カルシウム / イン・ビボ / カルシウム計測 / マウス / シナプス可塑性

麻酔下マウスのマイネルト基底核(NBM)とヒゲ刺激とを同時に行って大脳皮質において長期増強(LTP)を誘導し、その間の大脳皮質細胞群カルシウム(Ca^<2+>)活動を二次元可視化解析した。この結果LTP誘導最中にグリア細胞がCa^<2+>活動していることを発見した。さらに、このCa^<2+>活動を抑制したところ、NBM刺激に対する神経細胞応答は正常にも関わらず、LTPが消失することを発見した。これらの結果は、LTP誘導にグリア細胞活動が必須であることを生きたままの動物で初めて示した点で重要である。

シナプス伝達 / グルタミン酸受容体 / 長期増強 / 海馬 / 電気生理学 / 分子生物学 / 可塑性 / ノックアウトマウス / カルシウム

1.海馬CA1領域において、シャッファー側枝を電気刺激し、放線状層にて興奮性シナプス電位を細胞外記録した。興奮性シナプス伝達の長期増強(LTP)にどのタイプのグルタミン酸受容体が関与するかを同定するため、まず、NMDAの細胞外投与の効果を検討した。NMDAの短時間投与では、シナプス電位の短期増強が観測されたが、LTPを誘導することはできなかった。一方、グルタミン酸短時間投与では、LTPが誘導でき、NMDA受容体以外のグルタミン酸受容体の関与が示唆された。2.代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)がLTPに関与する可能性を検討するため、mGluRのアゴニストであるACPDのシナプス伝達に対する効果を観察した。ACPDの潅流投与では、短期抑圧が誘導されるのみで、LTPは誘導できなかった。CA1錐体細胞からのホールセル記録でも同様の結果を得たACPD投与とともに、細胞に繰り返し脱分極パルスを与えカルシウムチャネルを活性化させるとLTPが誘導された。したがって、細胞内カルシウム濃度上昇とmGluRの活性化が同時に起こったときにのみ、LTPが誘導される可能性が示唆された。この研究をさらに発展させるため、CA1領域に存在することが知られているmGluR5の機能ドメインに点変異を導入したものを発現する遺伝子操作マウスを現在作製中であり、mGluR5のLTPにおける役割をさらに詳細に検討する予定である。3.代謝型グルタミン酸受容体mGluR2がその誘導に関与する海馬CA3領域のシナプス伝達可塑性にカルシウム依存性のタンパクリン酸化酵素が関与することを明らかにした。CA3領域での長期抑圧の誘導にはシナプス前終末のmGluRの活性化が必要であるが、それだけでは十分ではなく、シナプス前終末へのカルシウムイオン流入とそれに引き続く生化学過程の調節が必要であることを明らかにした。

【研究協力者】
平瀬肇	独立行政法人理化学研究所	平瀬研究ユニット	ユニットリーダー	(Kakenデータベース)
矢作和子	独立行政法人理化学研究所	平瀬研究ユニット	技術員