Research Abstract
コリン作動性神経の活性化が、学習による海馬シナプスの可塑性を高める
コリン作動性シグナル伝達は学習と記憶を調節しているが、学習によって誘発されるシナプスの可塑性への影響はほとんど明らかになっていない。美津島らは、抑制回避作業後に、アセチルコリンがCA1錐体神経細胞の興奮性および抑制性シナプスを同時に強化することを示した。
A cholinergic trigger drives learning-induced plasticity at hippocampal synapses
2013年11月12日 Nature Communications 4 : 2760 doi: 10.1038/ncomms3760
学習によってシナプスでは可塑的変化が誘発される。しかし、学習によるシナプスの変化を制御する調節分子については、ほとんど明らかになっていない。内側中隔からのコリン作動性入力が学習と記憶を調節していることはすでに知られているが、学習によるシナプスの可塑的変化がコリン作動性神経の調節を受けているという証拠は得られていない。本論文では、特定の状況を条件とした恐怖記憶形成時に、ムスカリン性アセチルコリン（ACh）受容体（mAChR）が活性化すると、AMPA型グルタミン酸受容体のシナプス移行を介して、海馬の錐体細胞の興奮性シナプス伝達増強（シナプスの増強）が惹起されることを明らかにした。また、特定の状況による恐怖記憶が形成される際に、海馬CA1野の錐体細胞（神経細胞）に形成される抑制性シナプス伝達も増強されていた。しかしこの場合には、mAChRではなく、ニコチン性AChR（nAChR）の活性化に依存していた。さらに、学習による興奮性シナプスと抑制性シナプスの増強が、個々の錐体神経細胞において有意に相関していることを見つけた。学習により生じるシナプス可塑性についてのコリン作動性調節の機序が解明されたことで、認知機能障害に対する新規の治療法の開発が促進されると期待できる。
美津島 大1,2,3, 佐野 亜加根1 & 高橋 琢哉1,4
- 横浜市立大学大学院 医学研究科 生理学
- 神奈川歯科大学大学院 歯学研究科 生理学
- 山口大学大学院 医学系研究科 システム神経科学
- アルベルト・アインシュタイン医学校 神経科学（米国）
Learning induces plastic changes in synapses. However, the regulatory molecules that orchestrate learning-induced synaptic changes are largely unknown. Although it is well established that cholinergic inputs from the medial septum modulate learning and memory, evidence for the cholinergic regulation of learning-induced synaptic plasticity is lacking. Here we find that the activation of muscarinic acetylcholine (ACh) receptors (mAChRs) mediates the contextual fear learning-driven strengthening of hippocampal excitatory pyramidal synapses through the synaptic incorporation of AMPA-type glutamate receptors (AMPARs). Contextual fear learning also enhances the strength of inhibitory synapses on hippocampal pyramidal CA1 neurons, in a manner mediated by the activation of, not mAChRs, but, nicotinic AChRs (nAChRs). We observe a significant correlation between the learning-induced increases in excitatory and inhibitory synaptic strength at individual pyramidal neurons. Understanding the mechanisms underlying cholinergic regulation of learning-induced hippocampal synaptic plasticity may help the development of new therapies for cognitive disorders.
