2光子励起顕微鏡および光刺激による大脳基底核主細胞のスパイン形態可塑性の研究

双光子显微镜和光刺激研究基底节主细胞脊柱形态可塑性

• 批准号: 11J02244
• 负责人: 柳下 祥
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J02244/
• 关键词: 2光子励起顕微鏡; ケイジド・グルタミン酸; 光遺伝学; スパイン; 可塑性; 側坐核; ドーパミン

側坐核の主細胞において、樹状突起スパインの増大という形態可塑性と長期増強を調べ、この形態可塑性がドーパミン・シグナルによりどのような時間枠で調節を受けるかを調べることで、これらシナプスの強化学習の基盤としての役割を明らかにするのが本課題の目標である。この目的のため、マウス脳の急性スライス標本において、2光子刺激によるグルタミン酸シグナルの操作、光遺伝学によるドーパミン刺激の操作を組み合わせて側坐核主細胞である中型有棘細胞のスパインに可塑性刺激を与える実験系を昨年度に確立した。この系を用い、ドーパミンD1受容体を発現し、直接路を構成する中型有棘細胞(DIR-MSN)をウィルスベクターで標識したマウス急性スライス標本を作成した。先行研究を参考にしながらSTDP刺激をグルタミン酸アンケージングにより与えた。これにより形態可塑性を誘発する条件を検討したが、微弱な変化しか得られなかった。ところが、ここに光遺伝学を用い報酬シグナルを模倣した一過性のドーパミン刺激を与えると、顕著な形態可塑性を誘発することが確認された。このドーパミンによる形態可塑性の増強は、グルタミン酸刺激後の秒単位の時間枠においてのみ有効であることを見出した。これは報酬による学習は、事前に起きた行動を後から来た報酬が強化するという強化学習のシナプス基盤であると言える。この時間枠は予想よりも狭く、この時間枠を規程する分子基盤について検討を進める方針とした。まずカルシウムを考えたが、カルシウム・イメージングの結果、ドーパミンがカルシウムシグナルを直接的に強く修飾しているという結果は得られなかった。一方、PKへの阻害ペプチド、DARPP-32の阻害ペプチドによりドーパミンの可塑性増強効果は減弱した。このことから一過性のドーパミンの上昇はDARPP-32を経由したシグナル路で形態可塑性を修飾している可能性があると考えられた。今後、CaMKII、PKAなどのFRETプローブを用い、さらに検討していく方針である。

该任务的目的是研究伏伏核主细胞中树突状刺的形态可塑性和长期增强，并通过多巴胺信号确定这种形态可塑性的时间范围调节，从而阐明其作为这些突触学习这些突触学习的基础。为此，我们建立了一个实验系统，该系统将谷氨酸信号的操纵与两光子刺激和多巴胺刺激结合在一起，并使用光遗传学将塑性刺激在小鼠大脑的急性切片标本中为中型鳞状细胞的脊柱提供塑性刺激。使用该系统，制备了急性小鼠切片样品，其中多巴胺D1受体表达，构成直接道的培养基鳞状细胞（DIR-MSN）用病毒载体标记。通过谷氨酸渗透给出了STDP刺激，指的是先前的研究。这检查了诱导形态可塑性的条件，但仅获得了微小的变化。然而，已经证实，使用光遗传学的瞬时多巴胺刺激，这些遗传学模仿奖励信号会诱导显着的形态可塑性。发现多巴胺对形态可塑性的增强仅在谷氨酸刺激后的第二个时期才有效。可以说，奖励学习是增强学习的突触基础，后来奖励加强了预先出现的行为。这个时间范围比预期的要窄，该计划是要考虑调节此时间范围的分子基础。首先，考虑了钙，但是钙成像没有表明多巴胺直接强烈调节钙信号。另一方面，DARPP-32的抑制性肽是PK的抑制性肽，减弱了多巴胺的可塑性增强作用。这表明多巴胺的短暂增加可能会通过DARPP-32改变信号道中的形态可塑性。将来，我们计划进一步考虑使用CAMKII和PKA等FRET探针。