可視化プローブを用いた中枢神経系一酸化室素動態の解明とシナプス可塑性

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一酸化窒素(NO)はガス性の細胞間シグナル伝達因子で、様々な生命現象への関与が示唆されているが、その時間的空間的挙動については、多くの点で不明である。そこで、本研究課題では、小脳平行線維-プルキンエ細胞シナプスをモデルに、自ら開発したNO可視化プローブを用いたイメージングにより、中枢神経系におけるNOシグナル動態の解明を目指した。先ず、蛍光NOプローブの遺伝子を持つウィルスベクターを含む液をマウス小脳に注入し、プルキンエ細胞にNOプローブを発現させた。そして、急性スライス標本上で、平行線維シナプスの活動に依存したNOシグナル系の時間的・空間的挙動を観察したところ、特定の神経活動パターンに依存したNOの放出が見とめられた。しかも、このNOシグナルの空間的広がりには、入力特異的が見られた。引き続き、神経系においては様々な神経活動のパターンに情報がコードされることから、神経活動依存的なNO放出の周波数依存性を調べた。その結果、NO放出には最適周波数を中心とした二相性の周波数依存性が見られた。さらに、薬理学的実験により、高頻度刺激によるNO放出抑制は、代謝型グルタミン酸受容体およびカナビノイド受容体により起こることが示された。さらに、上述のような周波数依存的なNO放出がシナプス機能に及ぼす影響を調べた。このため、ホールセルパッチクランプ法によりプルキンエ細胞から平行線維電流応答を記録し、NO放出刺激を与えたところ、少なくとも刺激後30分間は電流応答に増強が見られる、長期増強(LTP)様現象が見られた。一方、NO放出が起こらない周波数の刺激を与えても、LTP様現象は誘導されなかった。以上の結果より、周波数依存的なNO放出制御により、NOシグナル系は神経活動をデコードし、シナプス機能を調節していることが明らかとなった。