脳の神経細胞が回路を形成するメカニズムを理解するため、本研究では、生きたマウスの小脳プルキンエ細胞を使って、神経細胞樹状突起が形成される過程を2光子顕微鏡を使って観察することに成功した。その結果、樹状突起が完成する前には多くの不要な樹状突起が退縮することが明らかになった。さらに、この樹状突起退縮過程には神経活動と、NMDA型グルタミン酸受容体およびCaMK2キナーゼ蛋白質が、必要であることも見出した。NMDA型グルタミン酸受容体は脳のあらゆるシナプスで多くの機能を果たすことが知られている。本研究は回路形成において神経活動やシナプス伝達が必要であることを示唆する。
How neural circuit is formed precisely during development is unclear especially in mammalian brains. To understand the mechanism, we observed single neuron developing their dendritic morphology by in vivo two-photon imaging of murine cerebellar Purkinje cells. We found that immature Purkinje cells retract many immature dendrites before establish a single mature dendritic tree.Interestingly, this dendritic retraction required neural activities. Furthermore, we found that NMDAR and CaMK2 is required for this process, which is a an outstanding finding because it had been unclear if NMDAR had any roles in Purkinje cells despite the fact that NMDAR and CaMK2-dependent downstream signaling mechanisms play various important roles in other neuron types. Our findings suggest that dendritic morphology is regulated in an activity-dependent manner, and thus are highly intriguing in respect of mechanisms of circuit development as well as roles of immature neural activities.

研究種目 : 基盤研究 (C) (一般)
研究期間 : 2016～2018
課題番号 : 16K07001
研究分野 : 発達生物学