Research Abstract
発達期小脳のプルキンエ細胞への単一登上線維入力が示す発火タイミング依存的な強化
脳の発達には、単一登上線維とプルキンエ細胞とのシナプス接触を活性依存的に強化する必要がある。河村らは、特定の接触が強化される前に、一時的にクラスター形成した複数の単一登上線維が未成熟プルキンエ細胞の特徴的なバースト発火に関与していることを明らかにする。
Spike timing-dependent selective strengthening of single climbing fibre inputs to Purkinje cells during cerebellar development
2013年11月14日 Nature Communications 4 : 2732 doi: 10.1038/ncomms3732
発達中の脳で機能的な神経回路ができあがるには、初期に形成された余分なシナプスを活動によって整理する過程が必要である。発達中の小脳では、登上線維（CF）とプルキンエ細胞（PC）の間で、1本のCFが強化され、それ以外の過剰なCFが排除されることで、1対1の結合ができあがる。今回、CF入力によるPCの応答の発達変化を、ラットおよびマウスの生体内において、ホールセル記録と2光子Ca2+イメージングで解析した。新生仔のPCは、複数のCFから時間的に近接した入力を受けるが、これらの入力の時間的加重がPCのバースト発火とCa2+濃度上昇の誘発に必要だった。重要なのは、PCの活動電位出力に最も近いタイミングで入力する1本のCFが、生後発達中に選択的に強化されたことである。P/Q型電位依存性Ca2+チャネルをPCでのみ選択的に欠損させたマウスでは、この発火タイミング依存的な強化は、非常に弱くなっていた。これらより、発火タイミングとCa2+上昇に依存した可塑性こそ、「勝ち残る」1本のCFを選別し、成熟脳のCF-PC結合を樹立させる基盤機構だと考えられる。
河村 吉信1*, 中山 寿子1*, 橋本 浩一1,2*, 崎村 建司3, 喜多村 和郎1, 2 & 狩野 方伸1
- 東京大学大学院 医学系研究科 機能生物学専攻 神経生理学分野
- 科学技術振興機構 さきがけ
- 新潟大学 脳研究所 細胞神経生物学分野
*現所属先：広島大学 医歯薬保健学研究院 神経生理学分野
Shaping functional neural circuits in developing brain involves activity-dependent refinement of early-formed redundant synapses. In the developing cerebellum, a one-to-one connection between a climbing fibre (CF) and a Purkinje cell (PC) is established by selective strengthening of a single CF followed by elimination of surplus CFs. Here we investigate developmental changes in CF-mediated responses in PCs by using in vivo whole-cell recordings and two-photon Ca2+ imaging. We show that each neonatal PC receives temporally clustered inputs from multiple CFs and temporal integration of these inputs is required to induce burst spiking and Ca2+ rise in PCs. Importantly, a single CF input closest to PC’s spike output is selectively strengthened during postnatal development. This spike timing-dependent selective strengthening is much less prominent in PC-selective P/Q-type voltage-dependent Ca2+ channel knockout mice. Thus, spike timing- and Ca2+-dependent plasticity appears to underlie the selection of a single ‘winner’ CF and the establishment of mature CF–PC connections.
