大槻元 白眉センター特定准教授は、小脳の主要な出力細胞であるプルキンエ細胞の樹状突起では、樹状突起のそれぞれの興奮性が異なることによって、シナプス後電流が細胞体にまで伝導されるか否かが調節されることを見出しました。さらに、「可塑性」と呼ばれる神経細胞の興奮性が変化するメカニズムによって、シナプス後電流の伝わりやすさが変化することが分かりました。
近年、小脳の学習機能のメカニズムとして可塑性が注目され、これまでに「シナプス可塑性」（シナプス単位の電気活動が変化する現象）と「興奮性可塑性」（神経細胞レベルで活動電位発火が変化する現象）の2種類の可塑性の研究が進んできました。本研究では、プルキンエ細胞の細胞体と樹状突起から同時にシナプス後電流を記録することで樹状突起の興奮性可塑性の役割を調べました。その結果、興奮性可塑性が誘導されたり、カルシウム活性型カリウムチャネルの活性が抑えられた条件では、細胞体から遠い樹状突起（遠位樹状突起）へのシナプス入力が、効率よく細胞体まで伝導することが確認できました。さらに、同時記録したシナプス後電流の比を取る計算手法によって、プルキンエ細胞には平均4.5個のクラスター入力があり、その数は興奮性可塑性とカルシウム活性型カリウムチャネルの抑制によって減少することが分かりました。これは、樹状突起毎に伝わりやすさが異なっていたシナプス入力が、興奮性可塑性が誘導されることによって全体として細胞体まで通過しやすくなったことを意味します。
本研究成果は、小脳にはこれまで知られていなかった興奮性可塑性によるシナプス入力伝導の調節メカニズムが存在することを実証するもので、従来のシナプス可塑性に依存した小脳の学習理論との関わりをさらに検討することが今後の課題です。
本研究成果は、2019年11月22日に、国際学術誌「Journal of Neuroscience」のオンライン版に掲載されました。
図：本研究の概要図
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】 https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3211-18.2019
【KURENAIアクセスURL】 http://hdl.handle.net/2433/245395
Gen Ohtsuki (2020). Modification of synaptic-input clustering by intrinsic excitability plasticity on cerebellar Purkinje cell dendrites. Journal of Neuroscience, 40(2), 267-282.
