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研究活動

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大脳神経回路論研究部門

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研究部門メンバー

大脳新皮質ニューロン構成とシナプス構造解析
大脳新皮質局所回路とシステム回路の統合的解析

   新皮質、その中でも前頭皮質は、脳のあらゆる場所と繋がって、大規模な回路を作っています。解剖学的研究から新皮質が色々な形をした神経細胞からできていることはわかったものの、その構造の包括的な理解にはほど遠い状況が続いてきました。皮質神経細胞は興奮性細胞と抑制性細胞に分けることができます。私たちは、GABAを伝達物質とする抑制性細胞(GABA細胞)の中に、FSバスケット細胞というタイプを同定し、それがパルブアルブミンというカルシウムと結合する蛋白質を特異的に発現することを初めて見つけました。これを契機に、分子発現や形態・生理学的性質を調べることでGABA細胞の多様な種類を同定し、そのシナプス構造を調べる方向に研究を展開しました。その知見は皮質GABA細胞の回路解析ばかりでなく、その発生機構や機能・病態を調べる研究の原動力になりました。私たちは現在、GABA細胞に加えて、新皮質から多様な部位に投射する興奮性細胞(錐体細胞)の構成・結合解析にも研究を展開しています。特に、新皮質と密な結合を同様に作りながらも行動発現への関与が異なる小脳と大脳基底核への出力形成回路や、多様な皮質領野への投射を作る回路構造に興味を持っています。そして錐体・GABA細胞がどのように皮質局所回路を構成するのかを確立した上で、多様な興奮性・抑制性神経細胞の相互作用ルールや、結合選択性の形成機構を解明したいと思っています。新皮質細胞グループを同定するためには解剖学・分子・発生学的標識法を、神経結合様式やシナプス伝達を調べるのには電気生理学や電子顕微鏡観察法を使っています。私たちは、現在行っている皮質回路解析による新しい知見が将来、新皮質機能の理解だけでなく、神経・精神疾患における細胞・回路機能の変化を同定するのにも役立つことを期待しています。
 

 

kawaguchi-1

前頭皮質のGABA細胞と第5層錐体細胞の基本的サブタイプと結合様式
AAc, alpha-actinin-2; CCK, cholecystokinin; CR, calretinin; NPY neuropeptide Y; PV, parvalbumin; SOM, somatostatin; VVA, binding with Vicia villosa.  Pyramidal cell groups: CCS, crossed-corticostriatal cell; COM, commissural cell; CPn, corticopontine cell; CTh, corticothalamic cell; CSp, corticospinal cell.

代表的な論文情報

* Pyramidal cell subtypes and their synaptic connections in layer 5 of rat frontal cortex. Kawaguchi Y. (2017) Cereb Cortex 27: 5755–5771.
* Segregated excitatory-inhibitory recurrent subnetworks in layer 5 of the rat frontal cortex. Morishima M. et al. (2017) Cereb Cortex 27: 5846–5857.
* A carbon nanotube tape for serial-section electron microscopy of brain ultrastructure. Kubota Y. et al. (2018) Nature Commun 9: 437
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