新しい光技術による大脳シナプス可塑性誘発法の系統的研究

大脳皮質錐体細胞の興奮性シナプスを形成する後シナプス部位の多くはスパインと呼ばれる棘状構造を形成している。スパインはシナプス活動依存的な形態可塑性を示すことが知られており、記憶などの脳機能と関連する部位として考えられている。本研究の目的は、スパインの形態をシナプス機能の指標とし、ケイジド化合物などを用いた新しい光技術によるシナプス可塑性の系統的操作法を開発し、大脳機能のシナプス基盤をより直接的に解明することである。これまでの我々の研究から、ラット海馬スライス培養標本において、ケイジドグルタミン酸とケイジドGABAの2色光刺激法を用いることで、単一スパインレベルでのスパインの収縮及び除去の誘発が可能となった。この時、スパイン増大は刺激スパインに限局するのに対して、スパイン収縮は周囲のスパインにも拡散する事が判明した。また、隣接するスパインのそれぞれに増大・収縮刺激を同時に加えると、スパイン増大は収縮に打ち勝つことが出来ることが示された(局所シナプス競合)。これらは、空間分解能に優れた光刺激だからこそ解明できた現象である。さらに、これらの現象の分子基盤の解明に成功した。スパイン形態はアクチン細胞骨格により制御されており、アクチンの脱重合因子であるコフィリンが局所シナプス競合において、重要な役割を担っていることが示された。コフィリンの活性はリン酸化状態により制御されており、脱リン酸化コフィリンは拡散性のスパイン収縮因子であることが示された。それに対して、スパイン増大時にはリン酸化コフィリンが増大したスパインに集積することが明らかとなった。以上をまとめると、新規の光技術により、局所シナプス競合という新規の現象を世界に先駆けて見出すことに成功した。また、その分子基盤の解明にも成功した。これらの結果は、大脳機能の分子・細胞基盤の解明に非常に重要な役割を果たすものと考えられる。

大脳皮質錐体細胞の興奮性シナプスを形成する後シナプス部位の多くはスパインと呼ばれる棘状構造を形成している。スパインはシナプス活動依存的な形態可塑性を示すことが知られており、記憶などの脳機能と関連する部位として考えられている。本研究の目的は、スパインの形態をシナプス機能の指標とし、ケイジド化合物などを用いた新しい光技術によるシナプス可塑性の系統的操作法を開発し、大脳機能のシナプス基盤をより直接的に解明することである。これまでの我々の研究から、ラット海馬スライス培養標本において、ケイジドグルタミン酸とケイジドGABAの2色光刺激法を用いることで、単一スパインレベルでのスパインの収縮及び除去の誘発が可能となった。この時、スパイン増大は刺激スパインに限局するのに対して、スパイン収縮は周囲のスパインにも拡散する事が判明した。また、隣接するスパインのそれぞれに増大・収縮刺激を同時に加えると、スパイン増大は収縮に打ち勝つことが出来ることが示された(局所シナプス競合)。これらは、空間分解能に優れた光刺激だからこそ解明できた現象である。さらに、これらの現象の分子基盤の解明に成功した。スパイン形態はアクチン細胞骨格により制御されており、アクチンの脱重合因子であるコフィリンが局所シナプス競合において、重要な役割を担っていることが示された。コフィリンの活性はリン酸化状態により制御されており、脱リン酸化コフィリンは拡散性のスパイン収縮因子であることが示された。それに対して、スパイン増大時にはリン酸化コフィリンが増大したスパインに集積することが明らかとなった。以上をまとめると、新規の光技術により、局所シナプス競合という新規の現象を世界に先駆けて見出すことに成功した。また、その分子基盤の解明にも成功した。これらの結果は、大脳機能の分子・細胞基盤の解明に非常に重要な役割を果たすものと考えられる。