神経細胞の樹状突起の「かたち」が果たす機能的役割の膜電位イメージング解析

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神経細胞の樹状突起は多数の枝分かれをもち、そこに他細胞から情報を受容するシナプスが無数に形成される。本研究では、神経細胞樹状突起のその特徴的な「かたち」が生み出す機能的役割の解明に焦点を当てて研究を行っている。本年度においては新規技術「細胞膜電位の蛍光イメージング」を用いて発見した、培養海馬神経細胞において「興奮性シナプス入力が神経細胞樹状突起で伝播方向依存的に異なった修飾を受ける」という新しい現象の分子メカニズムについて調べた。具体的には、様々な電位依存性イオンチャネルを薬理操作により阻害し、膜電位蛍光イメージングとスポットレーザー光によるケージドグルタミン酸の局所光活性化を組み合わせ、シナプス入力がどのように樹状突起内を伝播するかを時空間的に解析した。その結果、電位依存性Naチャネル及びK-ClトランスポーターKCC2が興奮性入力の樹状突起末端方向へ伝播する時の増幅に重要であることが分かった。さらに、KCC2がメカニズムとして寄与するしくみの究明を目指し、パッチクランプ記録を樹状突起に適用して樹状突起の静止膜電位を測定した。そして驚くべきことに、樹状突起では細胞体に比べ静止膜電位がより深いことも分かった。この傾向はKCC2を阻害した際に消失したため、樹状突起の深い静止膜電位は樹状突起の細胞内Clイオン濃度が低く抑えられていることにより作られることが示唆された。このKCC２が作る細胞内での低いClイオン濃度が興奮性入力の非対称な伝播時修飾の一因だと予想される。これらの実験結果はこれまで知られていない海馬神経細胞の情報処理機構の発見に相当すると考えている。