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

神经元树突形状所起功能作用的膜电位成像分析

• 批准号: 22KJ1851
• 负责人: 森田 雅登
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1851/
• 关键词: 樹状突起; 膜電位蛍光イメージング; 海馬神経細胞

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。

神经元的树突有许多分支，并且在那里形成了无数的突触，这些突触接受其他细胞的信息。这项研究的重点是阐明其独特的神经元树突“形状”所产生的功能作用。在今年，我们调查了一种新现象的分子机制，即“兴奋性突触输入以一种方向依赖性的方式“使用新技术”“细胞膜电位的荧光成像”以方向依赖性方式进行神经元树突的不同修饰。”具体而言，药理学操纵抑制了各种电压依赖性离子通道，膜电位荧光成像结合了通过斑点激光灯结合笼中谷氨酸的局部光活化，以及对树突中突触输入式传播的时空分析。结果，发现当兴奋性输入在树突端方向传播时，电压依赖性的Na通道和K-CL转运蛋白KCC2对于放大很重要。此外，为了研究KCC2作为一种机制的机制，将斑块夹记录应用于树突上，以测量树突的静息膜电位。令人惊讶的是，还发现树突中的静膜电位比细胞体更深。当抑制KCC2时，这种趋势消失了，表明树突的深静脉膜电位是由树突中低浓度的细胞内Cl离子产生的。通过KCC2产生的细胞中低浓度的Cl离子有望有助于兴奋性输入的不对称传播修饰。我们认为这些实验结果对应于发现海马神经元的先前未知信息处理机制。

项目成果

海馬神経細胞における樹状突起内での興奮性及び抑制性シナプス入力の独自修飾

海马神经元树突内兴奋性和抑制性突触输入的独特修饰

• 发表时间: 2022
• 作者: 森田 雅登;川口 真也
• 通讯作者: 川口 真也

Cl-dependent asymmetric propagation of excitatory synaptic inputs in hippocampal neuronal dendrites

海马神经元树突中兴奋性突触输入的 Cl 依赖性不对称传播

• 发表时间: 2023
• 作者: Masato Morita;Shin-ya Kawaguchi
• 通讯作者: Shin-ya Kawaguchi

海馬神経細胞での細胞内Cl-濃度に依存した興奮性シナプス入力修飾

海马神经元细胞内 Cl 浓度依赖性兴奋性突触输入修饰

• 发表时间: 2023
• 作者: 森田 雅登;川口 真也
• 通讯作者: 川口 真也