線条体神経回路における多細胞・多階層相互作用の解明

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本研究では、学習の柔軟性を支える神経基盤として、線条体神経回路の多細胞・多階層の動態をシミュレーションを用いて明らかにすることを目的とする。線条体神経回路は、大脳皮質・視床・中脳からの入力を受けて、直接路中型有棘細胞（D1-MSNs）および間接路中型有棘細胞（D2-MSNs）という二種類の出力ニューロンがそれぞれ異なる脳領域に投射し、行動選択や学習に重要な役割を果たすと考えられている。しかし、線条体神経回路において、皮質・視床・中脳からの入力がどのようにD1-MSNsとD2-MSNsの神経活動を制御するのか、またその制御にどのような線条体神経回路の多細胞・多階層相互作用と生物学的基盤が関与しているのかは、十分に解明されていない。本研究では、生物学的知見や実験データをもとにした数理モデルを構築し、コンピュータシミュレーションによってこれらの問題に迫ることを試み、今年度は特に対象を分子レベルに注目して線条体中型有棘細胞内での相互作用を明らかにする。そのために線条体中型有棘細胞における細胞内シグナル伝達経路のモデリングを行なった。モデル構築にはUrakubo et al., 20201を参考にしてMATLAB Simbiology toolboxを用いた。既存のモデルではドーパミンシグナルの他にグルタミン酸シグナルがモデル化されているが、細胞の興奮性や可塑性をシミュレートするために、PKAやCaMKIIといった主要なリン酸化酵素の下流にあるRap1などを新たにモデル化した。これにより、細胞内シグナル伝達経路が細胞の構造可塑性や学習能力に及ぼす影響を見通すことができるモデルの一部を構築できた。