軸索終末の入力受容能の獲得による新規長期可塑性の分子機構

神経細胞では、樹状突起→細胞体→軸索へと１方向性に情報が流れると考えられてきた。本研究では、それが神経活動依存的に長時間にわたり多方向化する、という斬新な長期可塑性を同定してそのメカニズムを解明することで、神経回路の作動原理の基礎的理解を革新することを目指している。本年度、情報出力の場である軸索終末が情報を受容する能力を可塑的に獲得することで、細胞での情報の流れがダイナミックに変化する可能性について、独自改良してきた膜電位イメージングプローブ、微細な軸索終末からの直接パッチクランプ記録、405 nmレーザー光の点照射による局所的な化学物質活性化など、独自性の高い技術を統合適用する優位性を駆使した実験を小脳の初代分散培養やスライス標本を用いて行った。そうした実験から、プルキンエ細胞の軸索では、神経修飾物質により細胞内で濃度上昇するcAMPにより活動電位の伝導速度が変化して情報が標的細胞に伝わるタイミングが変動すること、新しいタイプのカナビノイド受容体が伝達物質放出をこれまでに知られていない新しいメカニズムにより抑制するという新規の現象を見出すことに成功した。現在そのメカニズムに関して、詳細を分子レベルで追究して理解が進展しつつある。また、プルキンエ細胞だけでなく、小脳皮質の抑制性介在ニューロンの軸索終末からの直接パッチクランプ記録にも成功し、そこでのユニークな情報伝達の修飾メカニズムを同定することにも成功している。これら得られた知見について、一部は現在論文公刊へ向けて改訂中で、また複数の学会において発表済みである。

神経細胞では、樹状突起→細胞体→軸索へと１方向性に情報が流れると考えられてきた。本研究では、それが神経活動依存的に長時間にわたり多方向化する、という斬新な長期可塑性を同定してそのメカニズムを解明することで、神経回路の作動原理の基礎的理解を革新することを目指している。本年度、情報出力の場である軸索終末が情報を受容する能力を可塑的に獲得することで、細胞での情報の流れがダイナミックに変化する可能性について、独自改良してきた膜電位イメージングプローブ、微細な軸索終末からの直接パッチクランプ記録、405 nmレーザー光の点照射による局所的な化学物質活性化など、独自性の高い技術を統合適用する優位性を駆使した実験を小脳の初代分散培養やスライス標本を用いて行った。そうした実験から、プルキンエ細胞の軸索では、神経修飾物質により細胞内で濃度上昇するcAMPにより活動電位の伝導速度が変化して情報が標的細胞に伝わるタイミングが変動すること、新しいタイプのカナビノイド受容体が伝達物質放出をこれまでに知られていない新しいメカニズムにより抑制するという新規の現象を見出すことに成功した。現在そのメカニズムに関して、詳細を分子レベルで追究して理解が進展しつつある。また、プルキンエ細胞だけでなく、小脳皮質の抑制性介在ニューロンの軸索終末からの直接パッチクランプ記録にも成功し、そこでのユニークな情報伝達の修飾メカニズムを同定することにも成功している。これら得られた知見について、一部は現在論文公刊へ向けて改訂中で、また複数の学会において発表済みである。