大脳皮質回路可塑性研究チーム

脳内の神経回路網は固定的なものではなく神経活動に応じて変化します。この神経回路網の活動依存的変化が学習、記憶等の高次脳機能の基礎にあると想定されています。生後発達期における大脳皮質視覚野はこのような神経回路網の活動依存的変化がHubelと Wieselの以下の発見以来最もよく研究されてきた領域です：仔ネコの片目を遮蔽すると大脳視覚野においてニューロンの両眼反応性や眼優位コラムに長期持続的な変化を生じます。 このような生後発達初期の入力が大脳視覚野神経回路網の機能と形態を変えるメカニズム解明のため、当研究チームでは以下のような研究を行っています。

1. 大脳皮質のニューロンは興奮伝達に関与するグルタミン酸作動性のニューロンと抑制に関与するガンマアミノ酪酸(gamma-amino butyric acid, 略称GABA)作動性ニューロンに大別されます。当研究チームでは、興奮性と抑制性ニューロンそれぞれの大脳視覚野回路可塑性における役割解明に焦点を当てています。具体的には、GABAニューロンが緑色蛍光を発する遺伝子改変動物に２光子レーザ走査顕微鏡を適用し、片目遮蔽などの入力変化によってGABAニューロンと興奮性ニューロンの機能や形態がそれぞれどのように変化するかをイメージングで解析し、可塑的変化の動態とそのメカニズム解明を目指しています。
2. シナプス入力の一時的変化が如何にしてシナプス機能の持続的変化をもたらすか？当研究チームでは脳由来神経栄養因子(Brain-derived neurotrophic factor, 略称 BDNF)が電気活動に応じて神経突起末端から放出されシナプス長期増強(LTP)に関与していること及び内因性カンナビノイド(endocannabinoid, 略称eCB)がシナプス長期抑圧(LTD)に関与していることを見出し、BDNFやeCBが視覚野の可塑性に関与している可能性を報告しました。現在、大脳視覚野シナプスの機能が入力に応じて変化する分子メカニズムの解明を目指しています。

研究テーマ

• 発達脳視覚野におけるシナプス長期増強/抑圧メカニズムの解明
• 発達脳視覚野ニューロンの入力依存性変化の長時間機能イメージングによる解析
• 大脳皮質視覚野における抑制性と興奮性ニューロンの特徴選択性の相違
• 大脳皮質視覚野における抑制性ニューロン各亜型の光反応性
• 発達脳視覚野における抑制性と興奮性ニューロンの可塑性の相違

主要論文

1. Sarihi A, Mirnajafi-Zadeh J, Jiang B, Sohya K, Safari M-S, Arami M, Yanagawa,Tsumoto T.:
   "Cell type-specific, presynaptic LTP of inhibitory synapses on fast-spiking GABAergic neurons in the mouse visual cortex."
   Journal of Neuroscience., 32, 13189-13199. 2012
2. Takahashi H, Katayama K, Sohya K, Miyamoto H, Prasad T, Matsumoto Y, Ota M, Yasuda H, Tsumoto T, Aruga J, Craig AM.:
   "Selective contorol of inhibitory syanapse development by Slitrk3-PTPδ trans-synaptic interaction."
   Nature Neuroscie., 15, 389-398, 2012
3. Jiang, B., Huang, S., de Pasquale, R., Millman, D., Song, L., Mackey, K., Lee, H.-K., Tsumoto, T*. and Kirkwood, A*. (*, co-corresponding authors):
   "The maturation of GABAergic transmission in visual cortex requires endocannabinoid-mediated LTD of inhibitory inputs during a critical period."
   Neuron, 66, 248-259. 2010
4. Jiang B, Sohya K, Sarihi S, Yanagawa Y, Tsumoto T.:
   "Laminar-specific maturation of GABAergic transmission and susceptibility to visual deprivation are related to endocannabinoid sensitivity in mouse visual cortex."
   Journal of Neuroscience, 30, 14261-14272. 2010
5. Kameyama, K., Sohya, K., Ebina, T., Fukuda, A., Yanagawa, Y. and Tsumoto, T.:
   "Difference in binocularity and ocular dominance plasticity between GABAergic and excitatory cortical neurons."
   Journal of Neuroscience, 30: 1551-1559, 2010
6. Hama, Y., Shiraki, K., Yoshida, Y., Maruyama, A., Yasuda, M., Tsuda, M., Honda, M., Takahashi, M., Higuchi, H., Takasaki, I., Daikoku, T., and Tsumoto, T.:
   "Antibody to varicella-zoster immediate early 62 augments allodynia in zoster via brain-derived neurotrophic factor."
   Journal of Virology, 84: 1616-1624, 2010
7. Huang, Y., Yasuda, H., Sarihi, A. and Tsumoto, T.:
   "Roles of endocannabinoids in heterosynaptic long-term depression of excitatory synaptic transmission in visual cortex of young mice."
   Journal of Neuroscience, 28: 7074 - 7083, 2008
8. Yasuda, H., Huang, Y. and Tsumoto, T.:
   "Regulation of excitability and plasticity by endocannabinoids and PKA in developing hippocampus"
   Proceeding of the National Academy of Sciences USA, 105, 3106-3111, 2008
9. Sarihi, A., Jiang, B., Komaki, A., Sohya, K., Yanagawa, Y. and Tsumoto, T.:
   "Metabotropic glutamate receptor type5-dependent long-term potentiation of excitatory synapses on fast-spiking GABAergic neurons in mouse visual corte"
   Journal of Neuroscience, 28, 1224-1235, 2008
10. Kohara, K., Yasuda, H., Huang, Y., Adachi, N., Sohya, K. and Tsumoto, T.:
    "A local reduction in cortical GABAergic synapses after a loss of endogenous brain-derived neurotrophic factor, as revealed by single-cell gene knock-out method"
    Journal of Neuroscience, 27, 7234-7244, 2007