広範囲脱分極波とCa waveによる中枢神経系の機能発生制御機構の光学的解析

宽去极化波和Ca波对中枢神经系统功能发育控制机制的光学分析

• 批准号: 15016041
• 负责人: 佐藤 勝重
• 金额: $ 3.84万
• 依托单位: Tokyo Medical and Dental University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15016041/
• 关键词: 光学的計測; 膜電位感受性色素; ラット胚; 三叉神経核; 鶏胚; depolarization wave; Ca wave; gap junction

我々は、中枢神経系の機能形成/構築過程を明らかにする目的で、膜電位感受性色素とニューロン電位活動の光学的多チャネル計測法を発生初期の鶏胚・ラット胚に適用し、個体発生に伴う神経回路網の機能的システム構築と、それに関わる受容体の機能的発現過程について解析を行っている。本年度に得られた主な成果は以下の2点である。(1)鶏胚において、脳神経・脊髄神経を介した外来性入力、あるいは中枢神経系内に内在する自発興奮活動によって、中枢神経系のほぼ全領域にわたって広範に伝播する脱分極波(depolarization wave)が誘発され、それに引き続き、中枢神経系全体に広がるCa waveが引き起こされることを発見した。このdepolarization waveは発生のある一時期に特異的に出現し、脊髄から大脳までと非常に広範囲に伝播すること、上位中枢から脊髄へ、逆に脊髄から上位中枢へといった非固定的な伝播パターンを示すことなど、これまでの報告には全く例がない新しい特性が明らかとなった。このdepolarization waveの伝搬にchemical synapseとgap junctionの両方が関与していることが示唆されたが、gap junctionの特異的なblockerがなく、その関与は確定的ではなかった。そこで、gap junctionの特異的なblockerと考えられるconnexin-mimetic peptideを新たに設計・合成し、このpeptideがgap junctionのblockerとして非常に効果的であることを示した。(2)ラット胚脳幹における三叉神経核の機能的形成過程について解析を行った。膜電位感受性色素で染色したE12-E16のラット胚脳幹において、眼神経(V1)、上顎神経(V2)、下顎神経(V3)を別々に刺激し、得られた光学的シグナルのマッピングから三叉神経主知覚核、脊髄路核を同定した。各神経刺激により活動電位はE13から誘発されたが、EPSPはE15になって始めて観察された。E14では、normal Ringer液中ではEPSPは観察されなかったが、外液からMgイオンを取り除くと小さなEPSPが誘発された。電子顕微鏡を用いた形態学的観察では、E16においても神経核に明らかなシナプスは観察されず、発生初期にはいわゆるシナプス構造がなくとも、神経伝達がなされていることが示唆された。さらに、3本の感覚神経の応答領域を比較した結果、これらの応答領域には、この時期すでにsomatotopyが存在することが示された。

I 々 は, central 経 god/build process を の functioning and Ming ら か に す る purpose で, membrane potential sensitivity pigment と ニ ュ ー ロ ン の optical potential activity more チ ャ ネ ル measuring method を 発 born early の 鶏 embryo, ラ ッ ト embryo に し, individuals born 発 に with う god 経 back function of road network の シ ス テ ム constructing と, そ れ に masato わ る by let body の function に 発 now process Youdaoplaceholder0 て て parse the を line って る る. The main な achievements of に in this year are as follows: である 2 points である. (1) 鶏 embryo に お い て, 脳 god 経 · spinal marrow 経 を interface し た foreign sex into force, あ る い は central god 経 department に inner す る since 発 excited activity に よ っ て, central department of god 経 の ほ ぼ full-scope に わ た っ て hiroo van に 伝 sowing す る polarization wave off (depolarization Wave) が 発 lure さ れ, そ れ に lead き 続 き, central 経 god all に hiroo が る Ca wave が lead き up こ さ れ る こ と を 発 see し た. <s:1> depolarization Wave は 発 raw の あ に specific に る period appear し, spinal marrow か ら big 脳 ま で と very に hiroo van 囲 に 伝 sowing す る こ と, upper central か ら spinal marrow へ, reverse に spinal marrow か ら upper central へ と い っ た non fixed な 伝 sowing パ タ ー ン を shown す こ と な ど, こ れ ま で の report に は く all cases が な new し い い features が Ming ら か と な っ た. こ の depolarization wave の 伝 move に chemical synapse と gap junction の struck party が masato and し て い る こ と が in stopping さ れ た が, gap junction の specific な blocker が な く, そ の masato and は determine で は な か っ た. そ こ で, gap junction の specific な blocker と exam え ら れ る connexin - mimetic peptide を new た に し design, synthesis, こ の peptide が gap junction の blocker と し て very に unseen fruited で あ る こ と を shown し た. (2)ラット embryo 脳 trunk における the formation process of the <s:1> function of the trigeminal nucleus に った て て analysis を lines った. Membrane potential sensitivity で pigment dyeing し た E12 at 11:45 - E16 の ラ ッ ト embryo 脳 dry に お い て, eyes 経 (V1), the palate 経 god (V2), jaw god 経 (V3) を don't 々 に stimulus し, ら れ た optical シ グ ナ ル の マ ッ ピ ン グ か ら trigeminal 経 Lord god know 覚 nucleus, spinal marrow を be し た. The activity potentials of the various Shinto stimulations によ ら and <s:1> E13 ら induce されたが, and EPSP <s:1> E15になって initiate めて観 and された. E14 で は, normal Ringer solution in で は EPSP は 観 examine さ れ な か っ た が, outside liquid か ら Mg イ オ ン を take り except く と small さ な EPSP が 発 lure さ れ た. Electronic 顕 micromirror を with い た morphology 観 examine で は, E16 に お い て も god 経 nuclear に Ming ら か な シ ナ プ ス は 観 examine さ れ ず, 発 born early に は い わ ゆ る シ ナ プ ス tectonic が な く と も, god 経 伝 da が な さ れ て い る こ と が in stopping さ れ た. さ ら に, 3 this の 覚 god 経 の 応 を a field comparative し た results, こ れ ら の 応 answer field に は, こ の period す で に somatotopy が exist す る こ と が shown さ れ た.

项目成果

Momose-Sato, Y. et al.: "Optical mapping of the functional organization of the rat trigeminal nucleus : Spatial and temporal dynamics of sensory information transfer during embryogenesis."Journal of Neuroscience. (in press). (2004)

Momose-Sato, Y. 等人：“大鼠三叉神经核功能组织的光学映射：胚胎发生过程中感觉信息传递的空间和时间动态。”神经科学杂志。

Miyakawa, N. et al.: "Optical analysis of acute spontaneous epileptiform discharges in the in vivo rat cerebral cortex."NeuroImage. 18. 622-632 (2003)

Miyakawa, N. 等人：“对体内大鼠大脑皮层中急性自发性癫痫样放电的光学分析。”NeuroImage。

Sato, K. et al.: "Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function"The Humana Press Inc (in press). (2004)

Sato, K. 等人：“神经组织功能的光散射成像”Humana Press Inc（正在印刷中）。

Sato, K., Momose-Sato, Y.: "Optical detection of developmental origin of synaptic function in the embryonic chick vestibulocochlear nuclei."Journal of Neurophysiology. 89. 2315-3224 (2003)

Sato, K.，Momose-Sato, Y.：“胚胎鸡前庭蜗核中突触功能发育起源的光学检测。”神经生理学杂志。

Sato, K. et al.: "Optical survey of neural circuit formation in the embryonic chick vagal pathway."European Journal of Neuroscience. (in press). (2004)

Sato, K. 等人：“胚胎鸡迷走神经通路中神经回路形成的光学调查。”欧洲神经科学杂志。