Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

シナプス / 学習・記憶 / ドーパミン / 大脳皮質 / 大脳基底核 / グルタミン酸 / 蛋白質合成 / 条件学習 / 精神症状 / D2受容体 / 記憶 / 光刺激 / 光プローブ / ２光子顕微鏡 / 蛍光プローブ / スパイン / カルシウム / 樹状突起スパイン / 学習

我々は強化増大した樹状突起スパインシナプスを特異的に標識するASプローブを構築し、運動学習が増強・新生スパインに依存することを操作的に証明し(Nature 2015)、ケタミンの抗うつ作用に前頭葉のスパイン新生が関与することを明らかにした(Science 2019)。同様な標識手法が軸索にも応用可能であり、増強スパインに入力するシナプス終末であることがわかってきた（未発表）。条件学習のドーパミン過程についてシナプスレべルではD1細胞のスパインが増強すること(Science 2014)、また、弁別学習の際にはD2細胞のスパインが増強し、それが弁別学習に関与することを明らかにしつつある(未発表)。

心を育む脳の働きは神経回路の電気化学的活動で起きると信じられている。しかし、学習するときには、これに加えて神経を繋ぐシナプスが運動することを我々は見出し、これが運動学習、うつ症状など個体レベルで使われていることを証明した(Nature 2015, Science 2019)。また、条件付け学習の際には、脳内報酬信号であるドーパミンは適切なタイミングで神経から放出されれば記憶を強く促す作用があることを明らかにした(Science 2014)。この個性的に運動する脳の描像は我々の個性や病気を理解する新しい鍵となるであろう。

蛍光イメージング / 蛍光プローブ / 脳機能 / カルシウム / 神経活動 / カルシウムシグナル

脳内の神経ネットワーク内でどのように情報が処理されているのかを明らかにする上で、特定の細胞群における細胞活動を可視化する手法の開発は必須である。本研究では有機小分子蛍光プローブ技術と遺伝子工学技術を組み合わせた研究アプローチに基づいて２つの蛍光可視化手法を開発した。①カルシウムダイナミクスの細胞選択的な可視化手法：レポーター酵素により機能化する蛍光プローブを開発し、細胞選択的にカルシウムダイナミクスを可視化することに成功した。②シナプス小胞放出ダイナミクスに着目した神経活動の可視化手法：細胞選択的に標識可能な酸性pH蛍光プローブを開発し、神経活動を可視化することに成功した。

不整脈 / 活動電位 / 細胞内カルシウム動態 / 光学マッピング / リエントリー / 電気生理学 / 致死性不整脈 / 蛍光プローブ / カルシウム / 蛍光色素

近年、心室細動・頻拍など致死性不整脈の発生メカニズムである渦巻き型旋回興奮(スパイラル・リエントリー)の発生に、心筋細胞内Ca^<2+>動態の変化が重要な役割を果たすことが、主にシミュレーション研究の結果から示唆されている。本研究の目的は、2種類の蛍光プローブ(RH-237とRhod-2)を用いて、心筋細胞の活動電位と細胞内Ca^<2+>動態を同時にマッピングすることができるシステムを新たに開発し、細胞内Ca^<2+>動態が心臓におけるスパイラル・リエントリーの成立・維持に果たす役割について検討することである。膜電位と細胞内Ca^<2+>同時マッピング装置としては、それぞれの蛍光プローブのシグナルをdicrotic mirrorで分離し、2台の高速度CMOSビデオカメラでそれぞれの画像を撮影する装置と、励起光源の発光ダイオード(LED)と回転式光学フィルターを高速で切り替えて、膜電位と細胞内Ca^<2+>蛍光画像を1台の高速度ビデオカメラで撮影する装置を試作した。ウサギ摘出灌流心臓を用いた実験では、両システムともに心室筋における活動電位と細胞内Ca^<2+>を同時にマッピングすることが可能であった。しかし、前者では2台のカメラで撮影された電位とCa^<2+>画像を重ね合わせる技術について、後者では主に時間分解能(20フレーム/秒)に点において、さらに改善する余地が残されている。

【研究分担者】
林朗子 (高木朗子)	東京大学	医学(系)研究科(研究院)	講師	(Kakenデータベース)

【研究協力者】
髙橋倫子
野口潤
柳下祥

【研究分担者】
神谷香一郎	名古屋大学	環境医学研究所	教授	(Kakenデータベース)
児玉逸雄	名古屋大学	環境医学研究所	教授	(Kakenデータベース)
佐久間一郎	東京大学	大学院・工学系研究科	教授	(Kakenデータベース)