2光子励起グルタミン酸法による樹状突起スパイン構造・機能の可塑性メカニズムの解明

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大脳錐体細胞スパインのNMDA受容体(NMDAR)の発現及びNMDARによるCa2+シグナルのスパイン形態依存性を2光子グルタミシ酸法及び2光子Ca2+画像解析により海馬急性スライス標本のCA1錐体細胞で調べた。NMDARの発現は大きいスパインほど大きいが、AMPA受容体とは異なり小さいスパインにも発現が見られ、小さいスパインは所謂サイレントシナプスにほぼ該当することがわかった。大きいスパインではNMDAR発現量は大きいにも関わらず、Ca2+上昇は小さかった。これはスパイン頭部体積によるCa2+の稀釈効果によるのではない。何故ならば、スパインのCa2+上昇に際してはCa2+がネックを介して本幹に流出するのが観察され、樹状突起のスパイン基部でもCa2+上昇が見られたが、この本幹のCa2+上昇は逆にスパイン頭部が大きい程大きかった。即ち、スパインネックの形態によって決まる「ネックのCa2+コンダクタンス」は頭部が大きくなるにつれて(その二乗に比例して)増大し、この流出の増大により、頭部のCa2+上昇が減少し、基部のCa2+上昇が増加すると考えられた。ネックの形態は頭部よりも更に多様性に富み、ネック形態はスパインのCa2+シグナルを定量的に調節している決定的な因子である。更に、スパインCa2+コンダクタンスは長期増強に伴うスパイン頭部長期増大に際して増大し、ネックも可塑的であることがわかった。また、スパイン頭部増大の長期化はネックが初期に小さいものに多く観察され、スパインネックはシナプス長期可塑性の発現や定着の調節因子である可能性もでてきた。この様にスパインの頭部やネックの形態はスパイン機能や可塑性の重要な決定因子であることが示唆された。