博士（理学）高嶋 学位論文題名
聰
Neurophysiological studies on the synaptic integration ln an identified nonspiking interneuron of crayfish
（ザリガニ同定ノンスパイキング介在神経における シ ナプ ス 統合 作 用 に関 す る神 経 生理学的研 究）
学位 論文内容の要旨
昆虫 やザ リガニ などjllf: 脊椎 動物 の111 荊 神 経系で は、ノ ンス パイキ ング介 わ ‑ ネ llJ 経（NSI) が多 数 報 告 さ れ て お り 、 情 報 処 理 に お い て 重 要 な 働 き を する と ぢ え ら れ てい る 。 こ れ らの 細 胞 で は 、 活 動 電 位 （ ス パ イ ク ） を 発 生す る こ と な く、 シ ナ プ ス 1 琶 他 が 椡 状 突 ｜心 膜 を 拡 散 し、 そ の 膜 電 位 変 化 によ り 、 神 経 伝 連物 質 の 放 in 鷲 を In 接的 に 調 節 して 、シナ プソ、 後5':111 胞 の活動 を制 御する 。 し た がっ て 、 NSI の 働 き を 理 解す る た め に は、 シ ナ プ ス 人 丿丿 が flt 丿 丿 に 変 換 され る 過 程 、 す なわ ちシ ナプス 統合作 用が まず解 I リ ］され ねばな らない。 般に、弔｜I 総i':lll 胞におけるシナプス入丿J の 統 合 は、 （ 】 ） 樹 状 突起 の 三 次 元 形態 お よ び 突 起膜 の 受 動 的 i 誼 気 1 ´ It 質 と に 態 づ く細 胞 の 電 気緊 張 的 構造 、 （ 2 ） 前シ ナ プ ス 細 胞 から の ネ lII 経 伝 達 物！ tf を受け J 収 る´乏 容仆の 性質 、およ び（3 ） 電 位 依存 型 イ オ ン チ ャン ネ ル な と ゛』 炎 の 能 動 的生 J.ll 性 質 、 の ニ つ の熨 lN に よっ て 規 定 さ れ る。
アメ リカ ザ1J ガニ の腹部 神経 系でI ｜司 定され るLDS 荊0 胞は、 その′ttfI ‖´f11 り性質や解剖学的・電 気 緊 張的 三 次 元 形 態 がよ く 知 ら れ てい る 丿 く 型 の機 械 感 覚 性 NSI で あ る ．， Jj 褒部 最終 神経節 にた右 一 j す の み 存 在 し 、 神 経 節 の 走 右 両 側 に 仲 び た 細 く 枝 分 か れ し た 樹 状 突 起 は 、 正 巾線 付 近 の ］ 本 の太 い樹状 突起（ 直径 約20Um ） で・r エい に結合 する。 LDS キ 刪包は その 網‖J 地体 とlI 司側の樹状突起に お い て、 尾 扇 肢 及 び 尾角 体 表 の 水 流機 械 感 覚 毛 から qj ． シ ナプ ス 人 丿 丿 を受 ける 。人丿 J シ ナプス は ア セ チ ル コ リ ン (ACb ） 駆 動 性 で 、 受 容 体 は 脊 椎動 物 の ニ コ チ ンlFillACh 受 容体 様 の 性 質 を示 す 。 こ の シナ プ ス 活 動 で 生じ る 脱 分 極 性シ ナ プ ス 電 位は 、 細 胞 体 と炊 j 丶 亅 ． 側の 樹状突 起に拡 散して 、 上 行 性 の 介 在 神 経 の 活 動 を 抑制 し 、 刺 激 カ向 の 検 出 能 )J を I ち め る働 き を す る と考 え ら れ て い る。
木研 究 では 、LDS 細胞の 樹状突 起によ るシ ナプス 統合迦 ネ琶を 1 洲 代し、 その 機能「 1 ´ 、J 役 割と の関 連 を 解明 す る こ と を 『」 的 と し て 、電 位 依 停 型 イオ ン チャン ネルな ど恢 の能動 的な′ ！ニ理 性質を 、 単 一 ガ ラ ス 管 微 小 電 極 に よ る 不 連 続 電 流 ・ 電 位 IZ 定 法 お よ び 薬 物 J 策 流 災 験 によ り 定 量 的 解 析を 行 っ た 。 さ ら に 、 得 ら れ た 実 験 結 果 に 慕 づ ぃ て 、 LDS 細 胞 の マ ル チ コ ン パ ← ．ト メ ン ト モ デ ルを 作 成 し 、 コ ン ピ ュ ー タ シ ミ ュレ ー シ ョ ン によ り 、 樹 状 突 起で の シ ナ プ ス1E 位 の ‖ 薯1 瑚 的 ・ 空 間的 分布を調査した。
その結果、電位固定法によりLDS 細胞樹状突起の1 炎1 也竹を静Il ｜1 ・也f ヽン（約・65mV ）から約2 （）111V 脱 分 極さ せる と、 一過州 t の 外mJ き屯 流とそ れに 統く持 続性の 外¨IJ き I LL 流が生 じた， ．こ の二相 性 の外向き電流はTEA 、4 ．AP などのイオンチャネルm 僻削にを丶亅．する感´え性、ti 再11 イヒ／イくi 両1 生化の電 位 依 存 性 お よ び 時 間 経 過 の 違 い な と ゛ か ら 、 持 続 性 のK ． コ ン ダ クタ ン ス （ ぎ ● の他 に 、 2 種 類の 脱 分 極依 存性 一過 刪K ゛ コン ダクタ ンス(Pf ′゜ ぎロ） にI 薑別さ れろ ことが I9J ら かにな った。 持続 竹：
のgs は 20mM TEA に よって 日i ：ヰさ れ、ゆ ´） くりしたf 宀れ化を′べした（'I ｜」竹‖1 川冫5iiiscc) 。ま
た 電 位依 存 性 不 活 性 化は 示 さ な か った 。 ぎ f ′ はや は り2(JmM TF,A によ ´´て 141 轡 される が、非 常に
素早 い活性 化／不 活性 化を示した（や増時l 瑚く0 ．92 iiiscc ピーク‖，f く2 ．5iii.scc っ｀r 減時R りくl.2
msec) 。gt2 は、ぎ′′よりは遅し、カf ぎs よりは素早い活性化をカミしたカf （'I ｜Jm ‖tliq く1.94 mscc ，ピ
ーク時く10.0 m.sec ）、イく活性化はぎf ′よりゆっくりしていた（゛It 減lllj: 川冫13 】．8 mscc ）。これら
の 一 過 巧 ！K゛ コ ン ダ ク タ ン ス は 、 い ず れ も 静1亅 二 電 似 で は イ くj宀1´I： 化 さjLて お ら ず 、t轟1´ft化 ／ 不 活 性 化 の 電 侮 依 イf州 ！ 、 お よ び そ の 時Hqネ モ 過 が 今 ま でAj！fさ れ て い るjlli'i;;の ゛j必J姓 外1＾Jき1 E流 と は 興 な る 性 質 を 示 し た 。 ま た こ れ ら の ユ 純 煩 のK゛ コ ン ダ ク ケ ン ス の 鋤1｜ ．tItはIlc)cIL'ki]トl・luxlcyJ刊 モ デ ル で 記 述 す る こ と が で き た ェ こ のK゛ コ ン ダ ク タ ン ス モ デ ル を 川 い て 、L.DS細JJ包 をip． ‥ の 等 電 位 コ ン パ ー ト メ ン ト と し て 近 似 し て 作 成 し た モ デ ル を 川 い て 、 定1也 流jト 人 ‖.の1也fサJ心 答 お よ び シ ナ プ ス 電 位 応 答 を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た 結 果 、 脱 分 概11三 電 流j1： 人 ‖tに 儿 ら れ る 外If｜Jき 幣 流 イ1 ‑川 を 現 実 の 細 胞 応 答 と よ く 一 致 し てm現 す る こ と が で き た 。 た だ し 、 感 覚7111ネf． 爪 を 也 気 刺 激 し た 時 の シ ナ プ スj心 答 を 計 算 し た ネ む 米 、 ス パ イ ク 状 の 脱 分 極 と 比 較 『Iり ゆ‑， く り し た 減 爽 を 什 う1．I徴 的 な シ ナ プ ス 電fす 波 形 は 、 部 分 的 な ・ 散 に と ど ま っ た 。 こ の ま1｜ ； − ！ は 、J 4])S ':lllilの 椡 ；I丿 こ 突 起 での シ ナ プ ス 電 位 分 布 が 、 膜 性 質 の み な ら ず 、 そ の （ 次 ´ C榊 造 に も 人 き く 影 マ 響 さ れ る こ と を/Rす ， ． そ こ で 次 に 、 実 験 的 に 明 ら か に な っ た 樹 状 突 起 膜 の 能 動 『IりqtJIn tli:.ずfを 、t次 ´ こJr彡 態 お1． 測 に 薙 づ くLDS細 胞 の マ ル チ コ ン パ ー ト メ ン ト モ デ ル に 組 み 込 ん で 、 シ ナ プ7、fll鋤 お よ びl1謹 流t1： 人 に 対 す る 膜 電 位 応 答 を 計 算 し た ヵ そ の 結 爿 き 、 感 覚 刺 激 に よ‑jて1譫 起 さjLる シ ナ プ スJ,心 答 が 、 実 際 の 細 胞 応 答 と よ く 一 致 し てpf現 さ れ る よ う に な っ た ‥ ま た 、 樹 状 突Jピ 水 端 に 人 ッ 丿 シ ナ プ ス を 想 定 し 、 シ ナ プ ス 電 位 の 時 窄 ‖IlJ的 分 布 を シ ミ ュ レ ー ・ シ ョ ン し た キIIf泉 、 ユflE灯iのK゛ コ ン ダ ク タ ン ス が 活 性 化 さ れ な い 膜t也 他 レ ベ ル で ′ 1 ‑‑じ る 過 分 概 性 の シ す プ スI U,f、 ン は 、 他 の 突 起 朱 端 に ま で 伝 播 す る 過 程 で 振 幅 が9．6士0.61％ に 減 爽 す る と と も に 、 ビ ー ク にj生 す る ま で の ‖ お 川 お よ び ・ 、l！ 減 時 間 が そ れ ぞ れ474土5．5％ お よ び505士9，30h に 延 長 し た ， ， ． ルJj沱 分 キ 弧 l´1： の シ ナ プ ソ 、 電 位 は 、 電 位 依 存 性K＾ コ ン ダ ク タ ン ス の 影 響 を 受 け て 、 j帳 幅 が9.4土O．62併 に 減 爽 し た の に 対 し 、 ピ ー ク に 達 す る ま で の 時1燭 お よ び ｀l"減 時liり の 延 長 は そ れ ぞ れ489士13．1r／r 、452土12．5併 ， で あ ′ 〕 た ー 脱 分 極 、 過 分 極 性 シ ナ プ ス で 児 ら れ た こ れ ら の 述 い は ±I" ijnk,i]lj:lj"の み 、 続lll． 『lり に イJ 意で あ ′」 た （P く0．05；Studciitの 両 側1一 検 定 ） ． ま た 連 続 的 に シ ナ プ ス 人 丿 丿 が ′1tじ た 場fr、 符 シ ナ プ ス 電 位 は 過 分 極 性 の 場 合 、 人 力 部f、 ・ ′ ： で は は っ き り と 時l;JI的 に 分 離 さ れ た の こ ざ りi:ti;IKの 波 形 で あ っ て も 、 樹 状 突 起 上 を 拡 散 す る 過 程 で シ ナ プ ス 電 位 の 時 剛 的 カ ‖ 節 が 起 こ り 、j'li:V;LII{Jで な だ ら か な 波 形 に 変 換 さ れ た 。 一 方 、 脱 分 極 性 の 場 合 、 電 位 依 存 性K゛ コ ン ダ ク タ ン ス に よ ｜ ．J ni;:iil:r.定 数 が 減 少 す る た め 、 の こ ぎ り 歯 状 の 波 形 は そ の 波 形 を 維 持 し て 拡 散 す る こ と が ′ ふ さ れ た ， さ ら に 、 こ れ ら シ ナ プ ス 電 位 の 時 間 的 加 算 は 、 シ ナ プ ス 入 カ が 生 じ る 時 の0炎 電fケ レ ベ ル に よ り 鸚 な る こ と が 示 さ れ た 。 ，
LDS細 胞 は 、 静 止 電 位 レ ベ ル で 脱 分 概 性 、 過 分 極 性 い ず れ の 人 丿Jを も 受 け る こ と が 釦1ら れ て い る 。 本 研 究 の 結 果 か ら 、LDS細 胞 の 後 シ ナ プ ス 細 胞 へ のFmlJ′H：fli丿 丿 は 、 マ 〒Lt人 プJと し て 過 分 極 性 入 カ を 受 け る こ と で 修 飾 を 受 け る 可 能 性 が 示 唆 さ れ た ‥ 今 後 は 、 ザ リ ガ ニ の 行 動 状 態 に よ っ て 、LDS細 胞 の 持 つ 側 抑8ilJ機 能 が 変 化 す る 可 能 性 が 実 験nり に 倹 ｜Jさ れ な け オLば な ら な い 。 ま た 、 感 覚 神 経 に 対 す るLDS細 胞 の 特 徴 的 な シ ナ プ ス 応 答 が シ ン グ ル コ ン バ ― ト メ ン ト モ デ ル と マ ル チ コ ン パ ← ー ト メ ン ト モ デ ル と で は 火 き く 巽 な っ て い た と ぃ う ノr川 ロ ） シ ミ ：Lレ ー ー シ ョ ン ネlI果 は 、NSIで の シ ナ プ ス 電 位 の 時 空liH的 カ1］ き キ が 樹 状 突 起 膜 の 能 動 『1っ な11：ZJfだ け で な く そ の ： 次 元 構 造 に よ っ て も 大 き く 影 響 を 受 け る こ と を 初 め て 理 論 的 にIlFI丱 し た も の で あ る 、 本 り 「 究 は 、 実 際 の 実 験 結 果 に 基 づ く モ デ ル を 用 い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン が 、 神 経 細 胞 の 徽 能 を1調 査 す る ト で 強 カ な 方 法 と な り う る こ と を 示 し て い る 。
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