【研究分野】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】26830017 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

樹状突起 / イメージング / 神経活動 / In vivoイメージング / in vivoイメージング / プルキンエ細胞

【研究成果の概要】

神経細胞の多様な樹状突起形態は、神経回路の形成と機能発揮に重要であると考えられる。本研究ではマウスの小脳プルキンエ細胞が、特徴的な樹状突起形態を完成させる分子機構の解明を目指した。まず、生後の脳の発達の初期過程において転写因子RORαが樹状突起形成と維持に幅広く必須の役割を果たすことを解明した。さらに、生きたまま脳内の樹状突起形態をin vivo2光子イメージング法で観察し、樹状突起が1本に剪定される際に、活発な退縮・伸長を繰り返すことを見出し、さらにこの過程が神経活動およびカルシウムシグナリングを介して制御されることを明らかにした。脳神経回路形成機構の理解に貢献する成果と考えている。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】26250003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経線維 / 樹状突起 / 軸索 / カルシウム / スパイン / 脳・神経 / 神経細胞 / イメージング / 神経科学

【研究成果の概要】

光学測定系を工夫・改善し、300個以上のシナプスから100 Hzという高速での撮影を可能にした。この革新的な新技術を用いて、
i）海馬CA3野樹状突起の回路演算様式を解析した結果、興奮性入力と抑制性入力のバランスが線維の局所では崩れていることを見出した。この結果はCell Report誌で発表した。
ii）経験によって一度活動したCA1野神経細胞は、上流のCA3野からの精密な軸索回路による特異的入力によって再活性化すること、また樹状突起イメージングを行うことで、この再活動そのものを繰り返すことによって再活性化する細胞セットの精度が高まることを発見した。この結果はScience誌に報告した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】39,910千円 (直接経費: 30,700千円、間接経費: 9,210千円)

【研究分野】神経・筋肉生理学

【研究領域課題番号】23800019 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 神経 / ニューロン / シナプス / スパイン / 樹状突起 / 回路 / イメージング / カルシウム

【研究成果の概要】

新規に開発した大規模スパインイメージング法を用いて、海馬ニューロンの樹状突起におけるシナプス入力の時空間パターンを観察することに成功した。興奮性ニューロンにおいては近傍のスパインが同時に活動していたことから、同期入力が樹状突起の局所に集約されていることが見いだされた。一方で、Parvalbumin陽性の抑制性ニューロンにおいては同期入力が分散型であることを見いだし、ニューロン種特異的なシナプス入力の空間制御が存在することを明らかにした。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2011

【配分額】1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】19650076 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経極性 / FRET / ショウジョウバエ / 軸索 / 樹状突起 / カスパーゼ / イメージング

【研究成果の概要】

本研究の目標は、神経発生過程におけるカスパーゼの活性化変動を、脳内の1神経細胞で検出することである。昨年度(平成19年度)は、ショウジョウバエ成体脳においてFRETを用いたカスパーゼ活性化検出プローブ:SCATを発現させFRETの解消パターン検出を試みたが、定量的な解析に耐えうる結果を得られなかった。その後も、SCATプローブの最適化、検出系の改良などを精力的に行ったが、SCATプローブを用いての(生体内)神経繊維におけるカスパーゼ活性化検出は困難であった。このような状況を踏まえ、今年度は、カスパーゼが活性化している神経細胞の同定を「PARP-Venus (Nat Neurosci. 9. 1234-6, 2006)」を用いて行った。PARP-Venusは、神経繊維などの細い細胞突起などでもカスパーゼの活性化を検出する事ができるプローブとして開発された。すべての神経細胞に発現するELAV-Ga14ドライバーを用いてPARP-Venusを強制発現し、生体内神経細胞におけるカスパーゼの活性化パターンを、胚期、幼虫期、蛹期、成虫期において解析したところ、特に成虫脳において興味深いカスパーゼ活性化パターンを見いだすことに成功した。例えば、羽化直後と加齢した成虫脳において、それぞれ特異的な神経細胞でカスパーゼは活性化していた。今後は、この時期・細胞種特異的なカスパーゼの活性化パターンの生理学的意義について迫る予定である。また、SCATプローブを用いた「脳神経細胞内カスパーゼの動的変化」についても引き続き解析を行っていく予定である。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】18300104 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

小脳プルキンエ細胞 / IP3受容体 / 樹状突起 / スパイン / 膜タンパク質 / 小胞体 / 小脳顆粒細胞 / FRET / プルキンエ細胞 / 細胞内カルシウム動態 / 電気生理 / イメージング / 脳切片

【研究成果の概要】

スパイン内部でのアクチン骨格再構成に伴いIP3受容体のスパインへの動員に変化が起これば、スパイン内部でのCa^<2+>放出活性の増減に直接影響し、ひいてはシナプス可塑性を制御する可能性がある。これを検討するためにマウス小脳切片中のプルキンエ細胞樹状突起に蛍光タンパクを融合した小胞体膜タンパクを遺伝子銃を用い発現させ、二光子励起顕微鏡を用い蛍光退色回復(FRAP)法により、スパインと樹状突起間の小胞体膜タンパクの移動速度を解析した。樹状突起スパインでも樹状突起幹部と同様にIP3受容体とSERCAタンパクの移動速度に差があることが明らかになった。
IP3受容体欠損マウスのプルキンエ細胞樹状突起の形態の観察から、IP3受容体の機能がプルキンエ細胞樹状突起の形態形成に大きく関与していることを明らかにした(Hisatsune, et al.)。種々の実験結果から、プルキンエ細胞樹状突起の形態形成に関与しているのは、顆粒細胞側に発現している1型IP3受容体であることが判明した。顆粒細胞のIP3受容体の活性により顆粒細胞からのBDNF放出が制御されており、BDNFがプルキンエ細胞の形態を決定づけていた。1型IP3受容体はシナプス後部のプルキンエ細胞のみならず、シナプス前部の顆粒細胞でも重要な機能を担っていることが明らかになった。
また、IP3受容体のIP3結合部分と蛍光タンパクのFRETを基にしたIP3指示薬を新規に開発した(Matsu-ura, et. al.)。神経細胞樹状突起内でのIP3動態の測定には非常に興味が持たれており、強力なツールとして用いることが出来る。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】17,160千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 2,160千円)