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Master

Affiliation (Master)

• Faculty of Medicine　Interdisciplinary Medicine　Department of Medical Biology

Affiliation (Master)

• Faculty of Medicine　Interdisciplinary Medicine　Department of Medical Biology

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• Name (Japanese)

  Kamiya

• Name (Kana)

  Haruyuki

• Name

  E-7199-2010, 200901026622382170

Alternate Names

https://sites.google.com/view/axon-neurobiology/home

Achievement

Research Interests

• 軸索   シナプス   可塑性   グルタミン酸   海馬   

Research Areas

• Life sciences / Physiology
• Life sciences / Nervous system function

Research Experience

• 2004 - Today 北海道大学 医学研究科/研究院 教授
• 2000 - 2004 神戸大学 医学系研究科 助教授
• 1996 - 2000 Gunma University Faculty of Medicine
• 1994 - 1996 Kanazawa University
• 1987 - 1994 Kanazawa University

Awards

• 1999 日本生理学会 奨励賞
   

  受賞者: 神谷 温之

Published Papers

• Simulation test for impartment of use-dependent plasticity by inactivation of axonal potassium channels on hippocampal mossy fibers

  Haruyuki Kamiya

  Frontiers in Cellular Neuroscience 17 1154910  2023/04/26 [Refereed]
  
• Modeling analysis of subthreshold voltage signaling along hippocampal mossy fiber axons

  Haruyuki Kamiya

  Frontiers in Cellular Neuroscience 16 2022/08/22 [Refereed][Invited]
   

  Axons are classically thought of as electrically well isolated from other parts of the neurons due to the shape of a long cable-like structure. In contrast to this classical view on axonal compartmentalization, recent studies revealed that subthreshold depolarization of soma and dendrite passively propagates to the axons for a substantial distance, as demonstrated in some experimentally accessible axons including hippocampal mossy fibers and cortical pyramidal cell axons. Passive propagation of subthreshold dendritic EPSPs to the axons, defined as EPreSPs (excitatory presynaptic potentials), has been demonstrated to affect transmitter release from the axon terminals. To further characterize and explore the functional significance of passive subthreshold voltage signaling along the axons, the model of EPreSPs along hippocampal mossy fibers, proposed by Alle and Geiger, was reconstructed on the NEURON simulator. To test the effect of EPreSPs on action potentials and transmitter release from the axon terminals, additional conductances were incorporated into the previous passive propagation model. These include the axonal sodium, potassium, and leak channels as well as presynaptic calcium channels composed of P/Q-, N-, and R-types, which are reconstructed from the properties of those recorded from mossy fiber boutons experimentally. In this revised model, the preceding subthreshold EPreSPs slightly reduced the action potential-evoked presynaptic calcium currents by a decrease in the amplitude of action potentials due to the slow depolarization. It should be mentioned that EPreSPs by themselves elicited small calcium currents during subthreshold depolarization through these high-voltage activated calcium channels. Since the previous experimental study by simultaneous pre and postsynaptic recordings demonstrated that EPreSPs enhanced action potential-evoked transmitter release from the mossy fiber terminals, it has been suggested that different mechanisms from the enhancement of action potential-evoked presynaptic calcium entry may involve enhanced transmitter release by EPreSP. Small calcium entry by subthreshold EPreSPs may enhance transmitter release from the mossy fiber terminals by acting as high-affinity calcium sensors for enhancing transmitter release. Another form of axonal subthreshold voltage signaling, GABA-EPreSPs elicited by a spillover of GABA from surrounding interneurons, was also explored. Functional consequences of the two modes of axonal subthreshold voltage signaling were discussed with the simulation results.
• Editorial: Axon neurobiology: fine-scale dynamics of microstructure and function

  Haruyuki Kamiya

  Frontiers in Cellular Neuroscience 14 1664-8714 2020/09/23 [Refereed][Invited]
  
• Excitability tuning of axons by afterdepolarization

  Haruyuki Kamiya

  Frontiers in Cellular Neuroscience 13 2019/08/26 [Refereed][Not invited]
  
• Modeling analysis of axonal after potential at hippocampal mossy fibers

  Haruyuki Kamiya

  Frontiers in Cellular Neuroscience 13 2019/05/14 [Refereed][Not invited]
  
• Sodium channel-dependent and -independent mechanisms underlying axonal afterdepolarization at mouse hippocampal mossy fibers

  Haruyuki Kamiya

  eNeuro 5 (4) 2018/08/09 [Refereed][Not invited]
  
• Sevoflurane inhibits presynaptic calcium influx without affecting presynaptic action potentials in hippocampal CA1 region.

  Hasegawa K, Kamiya H, Morimoto Y

  Biomedical research (Tokyo, Japan) 39 (5) 223 - 230 0388-6107 2018 [Refereed][Not invited]
   

  Although diverse effects of volatile anesthetics have been investigated in various studies, the mechanisms of action of such anesthetics, especially sevoflurane, remain elusive. In contrast to their potent modulation of inhibitory synaptic transmission there is little information about their effects on excitatory transmission in the brain. In this study, we examined the effect of sevoflurane on the excitatory synaptic transmission at CA1 synapses in hippocampal slices of mice. Sevoflurane at 5% was mixed with 95% O2 and 5% CO2 and bubbled in artificial cerebral spinal fluid (0.69 mM). Extracellular recordings of the field excitatory postsynaptic potential (fEPSP) and presynaptic fiber volley (FV) were made at physiological temperature. In addition, fluorescent measurements of presynaptic Ca2+ transients were performed while simultaneously recording fEPSP. Application of sevoflurane reduced the amplitude of fEPSP (45 ± 8%, n = 5). This effect was accompanied by concurrent enhancement of the paired-pulse facilitation of fEPSP (127 ± 5%, n = 12), suggesting a possible presynaptic site of action of sevoflurane. The amplitude of FV was not significantly affected (102 ± 5%, n = 5). In contrast, fluorescent measurements revealed that presynaptic Ca2+ influx was suppressed by sevoflurane (69 ± 5%, n = 7), as was simultaneously recorded fEPSP (44 ± 5%, n = 7). Our results suggest that sevoflurane potently suppresses excitatory synaptic transmission via inhibition of presynaptic Ca2+ influx without affecting presynaptic action potentials.
• Short-term depression of axonal spikes at the mouse hippocampal mossy fibers and sodium channel-dependent modulation

  Shunsuke Ohura, Haruyuki Kamiya

  eNeuro 5 (1) 2373-2822 2018/01/01 [Refereed][Not invited]
   

  Axonal spike is an important upstream process of transmitter release, which directly impacts on release probability from the presynaptic terminals. Despite the functional significance, possible activity-dependent modulation of axonal spikes has not been studied extensively, partly due to inaccessibility of the small structures of axons for electrophysiological recordings. In this study, we tested the possibility of use-dependent changes in axonal spikes at the hippocampal mossy fibers, where direct recordings from the axon terminals are readily feasible. Hippocampal slices were made from mice of either sex, and loose-patch clamp recordings were obtained from the visually identified giant mossy fiber boutons located in the stratum lucidum of the CA3 region. Stimulation of the granule cell layer of the dentate gyrus elicited axonal spikes at the single bouton which occurred in all or none fashion. Unexpected from the digital nature of spike signaling, the peak amplitude of the second spikes in response to paired stimuli at a 50-ms interval was slightly but reproducibly smaller than the first spikes. Repetitive stimuli at 20 or 100 Hz also caused progressive use-dependent depression during the train. Notably, veratridine, an inhibitor of inactivation of sodium channels, significantly accelerated the depression with minimal effect on the initial spikes. These results suggest that sodium channels contribute to use-dependent depression of axonal spikes at the hippocampal mossy fibers, possibly by shaping the afterdepolarization (ADP) following axonal spikes. Prolonged depolarization during ADP may inactivate a fraction of sodium channels and thereby suppresses the subsequent spikes at the hippocampal mossy fibers.
• Synapse-specific effects of IL-1 beta on long-term potentiation in the mouse hippocampus

  Koji Hoshino, Kan Hasegawa, Haruyuki Kamiya, Yuji Morimoto

  BIOMEDICAL RESEARCH-TOKYO 38 (3) 183 - 188 0388-6107 2017 [Refereed][Not invited]
   

  Interleukin-1 beta (IL-1 beta) is a key molecule in the inflammatory responses elicited during infection and injury. It exerts local effects on synaptic plasticity by binding to IL-1 receptors that are expressed at high levels in the hippocampus. We examined the effects of IL-1 beta on synaptic plasticity in different hippocampal regions in acute mouse brain slices by measuring long-term potentiation (LTP). IL-1 beta (1 ng/mL) was applied for 30 min before LTP was induced with high-frequency stimulation (HFS). LTP was significantly impaired by either IL-1 beta application to the Schaffer collateral- CA1 synapses or the associational/commissural (A/C) fiber-CA3 synapses, which are both dependent on N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor activation. However, mossy fiber-CA3 LTP, which is expressed presynaptically in an NMDA-independent manner, was not impaired by IL-1 beta. Our results demonstrate that IL-1 beta exerts variable effects on LTP at different kinds of synapses, indicating that IL-1 beta has synapse-specific effects on hippocampal synaptic plasticity.
• PSD-95 regulates synaptic kainate receptors at mouse hippocampal mossy fiber-CA3 synapses

  Etsuko Suzukia, Haruyuki Kamiya

  NEUROSCIENCE RESEARCH 107 14 - 19 0168-0102 2016/06 [Refereed][Not invited]
   

  Kainate-type glutamate receptors (KARs) are the third class of ionotropic glutamate receptors whose activation leads to the unique roles in regulating synaptic transmission and circuit functions. In contrast to AMPA receptors (AMPARs), little is known about the mechanism of synaptic localization of KARs. PSD-95, a major scaffold protein of the postsynaptic density, is a candidate molecule that regulates the synaptic KARs. Although PSD-95 was shown to bind directly to KARs subunits, it has not been tested whether PSD-95 regulates synaptic KARs in intact synapses. Using PSD-95 knockout mice, we directly investigated the role of PSD-95 in the KARs-mediated components of synaptic transmission at hippocampal mossy fiber-CA3 synapse, one of the synapses with the highest density of KARs. Mossy fiber EPSCs consist of AMPA receptor (AMPAR)-mediated fast component and KAR-mediated slower component, and the ratio was significantly reduced in PSD-95 knockout mice. The size of KARs-mediated field EPSP reduced in comparison with the size of the fiber volley. Analysis of KARs-mediated miniature EPSCs also suggested reduced synaptic KARs. All the evidence supports critical roles of PSD-95 in regulating synaptic KARs. (C) 2015 Elsevier Ireland Ltd and Japan Neuroscience Society. All rights reserved.
• Excitability tuning of axons in the central nervous system

  Shunsuke Ohura, Haruyuki Kamiya

  JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES 66 (3) 189 - 196 1880-6546 2016/05 [Refereed][Not invited]
   

  The axon is a long neuronal process that originates from the soma and extends towards the presynaptic terminals. The pioneering studies on the squid giant axon or the spinal cord motoneuron established that the axon conducts action potentials faithfully to the presynaptic terminals with self-regenerative processes of membrane excitation. Recent studies challenged the notion that the fundamental understandings obtained from the study of squid giant axons are readily applicable to the axons in the mammalian central nervous system (CNS). These studies revealed that the functional and structural properties of the CNS axons are much more variable than previously thought. In this review article, we summarize the recent understandings of axon physiology in the mammalian CNS due to progress in the subcellular recording techniques which allow direct recordings from the axonal membranes, with emphasis on the hippocampal mossy fibers as a representative en passant axons typical for cortical axons.
• Voltage-gated calcium and sodium channels mediate Sema3A retrograde signaling that regulates dendritic development

  Naoya Yamashita, Reina Aoki, Sandy Chen, Aoi Jitsuki-Takahashi, Shunsuke Ohura, Haruyuki Kamiya, Yoshio Goshima

  BRAIN RESEARCH 1631 127 - 136 0006-8993 2016/01 [Refereed][Not invited]
   

  Growing axons rely on local signaling at the growth cone for guidance cues. Semaphorin3A (Sema3A), a secreted repulsive axon guidance molecule, regulates synapse maturation and dendritic branching. We previously showed that local Sema3A signaling in the growth cones elicits retrograde retrograde signaling via PlexinA4 (PlexA4), one component of the Sema3A receptor, thereby regulating dendritic localization of AMPA receptor G1uA2 and proper dendritic development. In present study, we found that nimodipine (voltage-gated L-type Ca2+ channel blocker) and tetrodotoxin (TTX; voltage-gated Na+ channel blocker) suppress Sema3A-induced dendritic localization of GluA2 and dendritic branch formation in cultured hippocampal neurons. The local application of nimodipine or TTX to distal axons suppresses retrograde transport of Venus-Sema3A that has been exogenously applied to the distal axons. Sema3A facilitates axonal transport of PlexA4, which is also suppressed in neurons treated with either TTX or nimodipine. These data suggest that voltage-gated calcium and sodium channels mediate Sema3A retrograde signaling that regulates dendritic GluA2 localization and branch formation. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.
• Serotonergic modulation of inhibitory synaptic transmission in mouse inferior colliculus

  Nobuyuki Obara, Haruyuki Kamiya, Satoshi Fukuda

  BIOMEDICAL RESEARCH-TOKYO 35 (1) 81 - 84 0388-6107 2014/02 [Refereed][Not invited]
   

  The inferior colliculus (IC) transmits the ascending auditory signal to the thalamic medial geniculate nucleus. Previous studies have reported that serotonergic input originating from the raphe nuclei has a strong influence on signal processing within the central nucleus of the IC. To identify the cellular target for the serotonergic modulation in the IC, we examined the effect of serotonin as well as selective. serotonin reuptake inhibitor (SSRI) fluvoxamine on spontaneous GABAergic and glycinergic inhibitory postsynaptic currents (sIPSCs) recorded with whole-cell recordings. Consistent with earlier studies, we confirmed that serotonin robustly enhanced the frequency, but not amplitude, of GABAergic sIPSCs. It should be noted that the application of fluvoxamine alone marginally increased the frequency of GABAergic sIPSCs. These findings suggest that serotonin is endogenously released even in slice preparations, and it negatively modulates the tone of activity of inhibitory neurons within IC. We also examined the effect of serotonin and fluvoxamine on glycinergic sIPSCs and found that serotonin has a significantly weaker effect on glycinergic sIPSCs than on GABAergic sIPSCs. The differential sensitivity of the GABAergic and glycinergic sIPSCs to serotonin implies that serotonergic input plays a specific role in auditory information processing. Moreover, it suggests that the serotonergic input may contribute to pathological conditions such as tinnitus.
• Photochemical approach for analysis of AMPA receptor dynamics

  Kamiya Haruyuki

  JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES 63 S38  1880-6546 2013 [Refereed][Not invited]
  
• Photochemical Inactivation Analysis of Temporal Dynamics of Postsynaptic Native AMPA Receptors in Hippocampal Slices

  Haruyuki Kamiya

  JOURNAL OF NEUROSCIENCE 32 (19) 6517 - 6524 0270-6474 2012/05 [Refereed][Not invited]
   

  Postsynaptic expression of AMPA-type glutamate receptors (AMPAR) is more mobile than previously thought. Much evidence suggests that AMPAR are delivered from intracellular reserved pools to postsynaptic sites in a constitutive, as well as activity-dependent manner by exocytosis, lateral diffusion, or diffusional trapping. These notions were supported by optical monitoring of AMPAR subunits labeled with macromolecular tags such as GFP or Immunobeads, although it remains uncertain whether the mode and rate of synaptic delivery are similar to native "unlabeled" receptors. To reveal the real-time dynamics of native AMPAR in situ, photochemical inactivation of surface receptors using 6-azido-7-nitro-1,4-dihydroquinoxaline-2,3-dione (ANQX), a photoreactive AMPAR blocker, was adopted for acute hippocampal slices of mice. Because of the irreversible block due to cross-link formation between ANQX and surface AMPAR, recovery of EPSPs after photoinactivation reflects the time course of synaptic delivery of intracellular AMPAR. BriefUV illumination with fast application of ANQX resulted in persistent suppression of EPSPs for a prolonged period of up to 3 h, suggesting minimal synaptic delivery of AMPAR by exocytosis in the resting condition. Kinetic analysis of EPSP recovery clarified that the supply of postsynaptic AMPAR from the intracellular pool is dominated in the initial, but not in the later, phase of long-term potentiation (LTP). These results suggest that constitutive synaptic delivery is minimal in the resting condition at intact hippocampal synapses in a time scale of hours, while postsynaptic AMPAR are replaced with those in intracellular pools almost exclusively in an activity-dependent manner, typically shortly after LTP induction.
• Heterosynaptic enhancement of the excitability of hippocampal mossy fibers by long-range spill-over of glutamate

  Takeshi Uchida, Satoshi Fukuda, Haruyuki Kamiya

  HIPPOCAMPUS 22 (2) 222 - 229 1050-9631 2012/02 [Refereed][Not invited]
   

  Several classes of ionotropic receptors have been reported to depolarize the axonal membrane of hippocampal mossy fibers. Both kainate receptors and GABAA receptors are localized on axons and/or presynaptic terminals, and these receptors have been known to be activated by synaptically released glutamate and GABA which spill out from the synaptic clefts. However the relative contribution of these two receptors in modulating the excitability of mossy fiber axon was not reported so far. In this study, we revealed that glutamate spilled out from commissural/associational synapses evoked the facilitation of antidromic population spikes of mossy fibers. Increase in amplitude and decrease in latency of population spikes suggest that the number of recruited mossy fibers increases by depolarization of axonal membrane. Application of non-NMDA receptor antagonist CNQX (10 mu M) almost abolished this effect. TBOA (30 mu M), an inhibitor of glutamate transporter, prolonged the duration of heterosynaptic facilitation. These results suggest that glutamate released from distant commissural/associational synapses spills out from synaptic cleft and activates the kainate receptors on the mossy fibers of CA3 region, and plays a major role in modulating presynaptic excitability than GABA. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc.
• Assessing the roles of presynaptic ryanodine receptors and adenosine receptors in caffeine-induced enhancement of hippocampal mossy fiber transmission

  Ikuma Sato, Haruyuki Kamiya

  NEUROSCIENCE RESEARCH 71 (2) 183 - 187 0168-0102 2011/10 [Refereed][Not invited]
   

  Caffeine robustly enhances transmitter release from the hippocampal mossy fiber terminals, although it remains uncertain whether calcium mobilization through presynaptic ryanodine receptors mediates this enhancement. In this study, we adopted a selective adenosine A1 blocker to assess relative contribution of A1 receptors and ryanodine receptors in caffeine-induced synaptic enhancement. Application of caffeine further enhanced transmission at the hippocampal mossy fiber synapse even after full blockade of adenosine A1 receptors. This result suggests that caffeine enhances mossy fiber synaptic transmission by two distinct presynaptic mechanisms, i.e., removal of A1 receptor-mediated tonic inhibition and ryanodine receptor-mediated calcium release from intracellular stores. (C) 2011 Elsevier Ireland Ltd and the Japan Neuroscience Society. All rights reserved.
• Observation of hippocampal mossy fiber axons and terminals by single-terminal electroporation of fluorescent dye

  Haruyuki Kamiya

  NEUROSCIENCE RESEARCH 71 E322 - E322 0168-0102 2011 [Refereed][Not invited]
  
• Irreversible photoinactivation of AMPA receptors in hippocampal slice

  Haruyuki Kamiya

  JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES 60 S84 - S84 1880-6546 2010 [Refereed][Not invited]
  
• NMDA Receptor GluN2B (GluR epsilon 2/NR2B) Subunit Is Crucial for Channel Function, Postsynaptic Macromolecular Organization, and Actin Cytoskeleton at Hippocampal CA3 Synapses

  Kaori Akashi, Toshikazu Kakizaki, Haruyuki Kamiya, Masahiro Fukaya, Miwako Yamasaki, Manabu Abe, Rie Natsume, Masahiko Watanabe, Kenji Sakimura

  JOURNAL OF NEUROSCIENCE 29 (35) 10869 - 10882 0270-6474 2009/09 [Refereed][Not invited]
   

  GluN2B (GluR epsilon 2/NR2B) subunit is involved in synapse development, synaptic plasticity, and cognitive function. However, its roles in synaptic expression and function of NMDA receptors (NMDARs) in the brain remain mostly unknown because of the neonatal lethality of global knock-out mice. To address this, we generated conditional knock-out mice, in which GluN2B was ablated exclusively in hippocampal CA3 pyramidal cells. By immunohistochemistry, GluN2B disappeared and GluN1 (GluR zeta 1/NR1) was moderately reduced, whereas GluN2A (GluR epsilon 1/NR2A) and postsynaptic density-95 (PSD-95) were unaltered in the mutant CA3. This was consistent with protein contents in the CA3 crude fraction: 9.6% of control level for GluN2B, 47.7% for GluN1, 90.6% for GluN2A, and 98.0% for PSD-95. Despite the remaining NMDARs, NMDAR-mediated currents and long-term potentiation were virtually lost at various CA3 synapses. Then, we compared synaptic NMDARs by postembedding immunogold electron microscopy and immunoblot using the PSD fraction. In the mutant CA3, GluN1 was severely reduced in both immunogold (20.6-23.6%) and immunoblot (24.6%), whereas GluN2A and PSD-95 were unchanged in immunogold but markedly reduced in the PSD fraction (51.4 and 36.5%, respectively), indicating increased detergent solubility of PSD molecules. No such increased solubility was observed for GluN2B in the CA3 of GluN2A-knock-out mice. Furthermore, significant decreases were found in the ratio of filamentous to globular actin (49.5%) and in the density of dendritic spines (76.2%). These findings suggest that GluN2B is critically involved in NMDAR channel function, organization of postsynaptic macromolecular complexes, formation or maintenance of dendritic spines, and regulation of the actin cytoskeleton.
• TETANIC STIMULATION OF COMMISSURAL ASSOCIATIONAL SYNAPSES MODULATES THE EXCITABILITY OF HIPPOCAMPAL MOSSY FIBERS

  Takeshi Uchida, Satoshi Fukuda, Haruyuki Kamiya

  JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES 59 233 - 233 1880-6546 2009 [Refereed][Not invited]
  
• GluR epsilon 2 subunit is crucial for NMDA receptor activity and regulation of postsynaptic macromolecular organization

  Kaori Akashi, Toshikazu Kakizaki, Haruyuki Kamiya, Masahiro Fukaya, Miwako Yamasaki, Manabu Abe, Masahiko Watanabe, Kenji Sakimura

  NEUROSCIENCE RESEARCH 65 S139 - S140 0168-0102 2009 [Refereed][Not invited]
  
• CAFFEINE-INDUCED MODULATION OF ACTION POTENTIAL WAVEFORM AT THE HIPPOCAMPAL MOSSY FIBER AXONS

  Masataka Yaginuma, Haruyuki Kamiya

  JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES 59 145 - 145 1880-6546 2009 [Refereed][Not invited]
  
• BUMETANIDE-SENSITIVE AND -INSENSITIVE ACTIONS OF GABA(A) RECEPTORS ON THE EXCITABILITY OF THE HIPPOCAMPAL MOSSY FIBERS

  Haruyuki Kamiya

  JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES 59 236 - 236 1880-6546 2009 [Refereed][Not invited]
  
• Caffeine-induced synaptic enhancement under blockade of adenosine A1 receptors at the hippocampal mossy fiber synapse

  Ikuma Sato, Haruyuki Kamiya

  NEUROSCIENCE RESEARCH 65 S143 - S144 0168-0102 2009 [Refereed][Not invited]
  
• COMMON SIGNALING MECHANISMS FOR LONG-TERM POTENTIATION AND DOPAMINE-INDUCED SYNAPTIC ENHANCEMENT AT THE HIPPOCAMPAL MOSSY FIBER SYNAPSES

  Nobuyuki Obara, Satoshi Fukuda, Haruyuki Kamiya

  JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES 59 137 - 137 1880-6546 2009 [Refereed][Not invited]
  
• Reply to Scott and Rusakov: Roles of presynaptic Ca2+ store at the hippocampal mossy fiber synapse

  Haruyuki Kamiya

  PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 105 (45) E81 - E81 0027-8424 2008/11 [Refereed][Not invited]
  
• Use-dependent amplification of presynaptic Ca2+ signaling by axonal ryanodine receptors at the hippocampal mossy fiber synapse

  Hidemi Shimizu, Masahiro Fukaya, Miwako Yamasaki, Masahiko Watanabe, Toshiya Manabe, Haruyuki Kamiya

  PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 105 (33) 11998 - 12003 0027-8424 2008/08 [Refereed][Not invited]
   

  Presynaptic Ca2+ stores have been suggested to regulate Ca2+ dynamics within the nerve terminals at certain types of the synapse. However, little is known about their mode of activation, molecular identity, and detailed subcellular localization. Here, we show that the ryanodine-sensitive stores exist in axons and amplify presynaptic Ca2+ accumulation at the hippocampal mossy fiber synapses, which display robust presynaptic forms of plasticity. Caffeine, a potent drug inducing Ca2+ release from ryanodine-sensitive stores, causes elevation of presynaptic Ca2+ levels and enhancement of transmitter release from the mossy fiber terminals. The blockers of ryanodine receptors, TMB-8 or ryanodine, reduce presynaptic Ca2+ transients elicited by repetitive stimuli of mossy fibers but do not affect those evoked by single shocks, suggesting that ryanodine receptors amplify presynaptic Ca2+ dynamics in an activity dependent manner. Furthermore, we generated the specific antibody against the type 2 ryanodine receptor (RyR2; originally referred to as the cardiac type) and examined the cellular and subcellular localization using immunohistochemistry. RyR2 is highly expressed in the stratum lucidum of the CA3 region and mostly colocalizes with axonal marker NF160 but not with terminal marker VGLUT1. Immunoelectron microscopy revealed that RyR2 is distributed around smooth ER within the mossy fibers but is almost excluded from their terminal portions. These results suggest that axonal localization of RyR2 at sites distant from the active zones enables use dependent Ca2+ release from intracellular stores within the mossy fibers and thereby facilitates robust presynaptic forms of plasticity at the mossy fiber-CA3 synapse.
• Evidence against GABA release from glutamatergic mossy fiber terminals in the developing hippocampus

  UCHIGASHIMA, M, FUKAYA, M, WATANABE, M, KAMIYA, H

  Journal of Neuroscience 27 (30) 8088 - 8100 0270-6474 2007/07/25 [Refereed][Not invited]
  
• Interactions between plexin-A2, plexin-A4, and semaphorin 6A control lamina-restricted projection of hippocampal mossy fibers

  Fumikazu Suto, Miu Tsuboi, Haruyuki Kamiya, Hidenobu Mizuno, Yuji Kiyama, Shoji Komai, Masayuki Shimizu, Makoto Sanbo, Takeshi Yagi, Yasushi Hiromi, Alain Chedotal, Kevin J. Mitchell, Toshiya Manabe, Hajime Fujisawa

  NEURON 53 (4) 535 - 547 0896-6273 2007/02 [Refereed][Not invited]
   

  Hippocampal mossy fibers project preferentially to the stratum lucidum, the proximal-most lamina of the suprapyramidal region of CA3. The molecular mechanisms that govern this lamina-restricted projection are still unknown. We examined the projection pattern of mossy fibers in mutant mice for semaphorin receptors plexin-A2 and plexin-A4, and their ligand, the transmembrane semaphorin Sema6A. We found that plexin-A2 deficiency causes a shift of mossy fibers from the suprapyramidal region to the infra- and intrapyramidal regions, while plexin-A4 deficiency induces inappropriate spreading of mossy fibers within CA3. We also report that the plexin-A2 loss-of-function phenotype is genetically suppressed by Sema-6A loss of function. Based on these results, we propose a model for the lamina-restricted projection of mossy fibers: the expression of plexinA4 on mossy fibers prevents them from entering the Sema6A-expressing suprapyramidal region of CA3 and restricts them to the proximal-most part, where Sema6A repulsive activity is attenuated by plexin-A2.
• Calcium store and presynaptic plasticity in the hippocampus

  Haruyuki Kamiya

  NEUROSCIENCE RESEARCH 58 S13 - S13 0168-0102 2007 [Refereed][Not invited]
  
• Abundant distribution of TARP gamma-8 in synaptic and extrasynaptic surface of hippocampal neurons and its major role in AMPA receptor expression on spines and dendrites

  Masahiro Fukaya, Mika Tsujita, Maya Yamazaki, Etsuko Kushiya, Manabu Abe, Kaori Akashi, Rie Natsume, Masanobu Kano, Haruyuki Kamiya, Masahiko Watanabe, Kenji Sakimura

  EUROPEAN JOURNAL OF NEUROSCIENCE 24 (8) 2177 - 2190 0953-816X 2006/10 [Refereed][Not invited]
   

  Transmembrane alpha-amino-3-hydroxyl-5-isoxazolepropionate (AMPA) receptor regulatory proteins (TARPs) play pivotal roles in AMPA receptor trafficking and gating. Here we examined cellular and subcellular distribution of TARP gamma-8 in the mouse brain. Immunoblot and immunofluorescence revealed the highest concentration of gamma-8 in the hippocampus. Immunogold electron microscopy demonstrated dense distribution of gamma-8 on the synaptic and extrasynaptic surface of hippocampal neurons with very low intracellular labeling. Of the neuronal surface, gamma-8 was distributed at the highest level on asymmetrical synapses of pyramidal cells and interneurons, whereas their symmetrical synapses selectively lacked immunogold labeling. Then, the role of gamma-8 in AMPA receptor expression was pursued in the hippocampus using mutant mice defective in the gamma-8 gene. In the mutant cornu ammonis (CA)1 region, synaptic and extrasynaptic AMPA receptors on dendrites and spines were severely reduced to 35-37% of control levels, whereas reduction was mild for extrasynaptic receptors on somata (74%) and no significant decrease was seen for intracellular receptors within spines. In the mutant CA3 region, synaptic AMPA receptors were reduced mildly at asymmetrical synapses in the stratum radiatum (67% of control level), and showed no significant decrease at mossy fiber-CA3 synapses. Therefore, gamma-8 is abundantly distributed on hippocampal excitatory synapses and extrasynaptic membranes, and plays an important role in increasing the number of synaptic and extrasynaptic AMPA receptors on dendrites and spines, particularly, in the CA1 region. Variable degrees of reduction further suggest that other TARPs may also mediate this function at different potencies depending on hippocampal subregions, input sources and neuronal compartments.
• Rab3 GTPase-activating protein regulates synaptic transmission and plasticity through the inactivation of Rab3

  Ayuko Sakane, Shinji Manabe, Hiroyoshi Ishizaki, Miki Tanaka-Okamoto, Emi Kiyokage, Kazunori Toida, Takayuki Yoshida, Jun Miyoshi, Haruyuki Kamiya, Yoshimi Takai, Takuya Sasaki

  PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 103 (26) 10029 - 10034 0027-8424 2006/06 [Refereed][Not invited]
   

  Rab3A small G protein is a member of the Rab family and is most abundant in the brain, where it is localized on synaptic vesicles. Evidence is accumulating that Rab3A plays a key role in neurotransmitter release and synaptic plasticity. Rab3A cycles between the GDP-bound inactive and GTP-bound active forms, and this change in activity is associated with the trafficking cycle of synaptic vesicles at nerve terminals. Rab3 GTPase-activating protein (GAP) stimulates the GTPase activity of Rab3A and is expected to determine the timing of the dissociation of Rab3A from synaptic vesicles, which may be coupled with synaptic vesicle exocytosis. Rab3 GAP consists of two subunits: the catalytic subunit p130 and the noncatalytic subunit p150. Recently, mutations in p130 were found to cause Warburg Micro syndrome with severe mental retardation. Here, we generated p130-deficient mice and found that the GTP-bound form of Rab3A accumulated in the brain. Loss of p130 in mice resulted in inhibition of Ca2+-dependent glutamate release from cerebrocortical synaptosomes and altered short-term plasticity in the hippocampal CA1 region. Thus, Rab3 GAP regulates synaptic transmission and plasticity by limiting the amount of the GTP-bound form of Rab3A.
• Localization of diacylglycerol lipase-alpha around postsynaptic spine suggests close proximity between production site of an endocannabinoid, 2-arachidonoyl-glycerol, and presynaptic cannabinoid CB1 receptor

  T Yoshida, M Fukaya, M Uchigashima, E Miura, H Kamiya, M Kano, M Watanabe

  JOURNAL OF NEUROSCIENCE 26 (18) 4740 - 4751 0270-6474 2006/05 [Refereed][Not invited]
   

  2-Arachidonoyl-glycerol ( 2-AG) is an endocannabinoid that is released from postsynaptic neurons, acts retrogradely on presynaptic cannabinoid receptor CB1, and induces short- and long-term suppression of transmitter release. To understand the mechanisms of the 2-AG-mediated retrograde modulation, we investigated subcellular localization of a major 2-AG biosynthetic enzyme, diacylglycerol lipase-alpha( DAGL alpha), by using immunofluorescence and immunoelectron microscopy in the mouse brain. In the cerebellum, DAGL alpha was predominantly expressed in Purkinje cells. DAGL alpha was detected on the dendritic surface and occasionally on the somatic surface, with a distal-to-proximal gradient from spiny branchlets toward somata. DAGL alpha was highly concentrated at the base of spine neck and also accumulated with much lower density on somatodendritic membrane around the spine neck. However, DAGL alpha was excluded from the main body of spine neck and head. In hippocampal pyramidal cells, DAGL alpha was also accumulated in spines. In contrast to the distribution in Purkinje cells, DAGL alpha was distributed in the spine head, neck, or both, whereas somatodendritic membrane was labeled very weakly. These results indicate that DAGL alpha is essentially targeted to postsynaptic spines in cerebellar and hippocampal neurons, but its fine distribution within and around spines is differently regulated between the two neurons. The preferential spine targeting should enable efficient 2-AG production on excitatory synaptic activity and its swift retrograde modulation onto nearby presynaptic terminals expressing CB1. Furthermore, different fine localization within and around spines suggests that the distance between postsynaptic 2-AG production site and presynaptic CB1 is differentially controlled depending on neuron types.
• Spine targeting of endocannabinoid synthesizing enzyme, diacylglycerol lipase-alpha in the cerebllum and hippocampus

  Takayuki Yoshida, Masahiro Fukaya, Motokazu Uchigashima, Eriko Miura, Haruyuki Kamiya, Masanobu Kano, Masahiko Watanabe

  NEUROSCIENCE RESEARCH 55 S77 - S77 0168-0102 2006 [Refereed][Not invited]
  
• Distribution of TARP Gamma-8 on hippocampal neurons and its key role in synaptic and extrasynaptic expression for AMPA receptors

  Masahiro Fukaya, Mika Tsujita, Maya Yamazaki, Etsuko Kushiya, Manabu Abe, Kaori Akashi, Masanobu Kano, Haruyuki Kamiya, Kenji Sakimura, Masahiko Watanabe

  NEUROSCIENCE RESEARCH 55 S172 - S172 0168-0102 2006 [Refereed][Not invited]
  
• Epileptic seizure in mice deficient in mu 3B subunit of AP-3B complex.

  F Nakatsu, M Okada, H Iwasa, G Zhu, Y Kasagi, F Mori, H Kamiya, A Harada, Shimoyama, I, K Wakabayashi, T Manabe, S Kaneko, S Yuasa, T Saito, H Ohno

  EPILEPSIA 46 67 - 68 0013-9580 2005 [Refereed][Not invited]
  
• Possible involvement of AP-3B in VGAT-associated inhibitory synaptic function

  F Nakatsu, M Okada, F Mori, N Kumazawa, H Iwasa, G Zhu, Y Kasagi, H Kamiya, A Harada, K Nishimura, A Takeuchi, T Miyazaki, M Watanabe, S Yuasa, T Manabe, K Wakabayashi, S Kaneko, T Saito, H Ohno

  MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL 15 221A - 221A 1059-1524 2004/11 [Refereed][Not invited]
  
• Defective function of GABA-containing synaptic vesicles in mice lacking the AP-3B clathrin adaptor

  F Nakatsu, M Okada, F Mori, N Kumazawa, H Iwasa, G Zhu, Y Kasagi, H Kamiya, A Harada, K Nishimura, A Takeuchi, T Miyazaki, M Watanabe, S Yuasa, T Manabe, K Wakabayashi, S Kaneko, T Saito, H Ohno

  JOURNAL OF CELL BIOLOGY 167 (2) 293 - 302 0021-9525 2004/10 [Refereed][Not invited]
   

  A P-3 is a member of the adaptor protein (AP) complex family that regulates the vesicular transport of cargo proteins in the secretory and endocytic pathways. There are two isoforms of AP-3: the ubiquitously expressed AP-3A and the neuron-specific AP-3B. Although the physiological role of AP-3A has recently been elucidated, that of AP-3B remains unsolved. To address this question, we generated mice lacking mu3B, a subunit of AP-3B. mu3B(-/-) mice suffered from spontaneous epileptic seizures. Morphological abnormalities were observed at synapses in these mice. Biochemical studies demonstrated the impairment of gamma-aminobutyric acid (GABA) release because of, at least in part, the reduction of vesicular GABA transporter in mu3B(-/-) mice. This facilitated the induction of long-term potentiation in the hippocampus and the abnormal propagation of neuronal excitability via the temporoammonic pathway. Thus, AP-3B plays a critical role in the normal formation and function of a subset of synaptic vesicles. This work adds a new aspect to the pathogenesis of epilepsy.
• 転写因子RX/raxの発現によるマウスES細胞の網膜亜集団への分化(Retinal fate specification of mouse embryonic stem cells by ectopic expression of Rx/rax,a homeobox gene)

  渡辺 すみ子, 田畑 陽子, 大内 靖夫, 神谷 温之, 真鍋 俊也, 新井 賢一

  神経化学 43 (2-3) 381 - 381 0037-3796 2004/08
• Specification of the retinal fate of mouse embryonic stem cells by ectopic expression of Rx/Rax, a homeobox gene

  Y Tabata, Y Ouchi, H Kamiya, T Manabe, K Arai, S Watanabe

  MOLECULAR AND CELLULAR BIOLOGY 24 (10) 4513 - 4521 0270-7306 2004/05 [Refereed][Not invited]
   

  With the goal of generating retinal cells from mouse embryonic stem (ES) cells by exogenous gene transfer, we introduced the Rx/rax transcription factor, which is expressed in immature retinal cells, into feeder-free mouse ES cells (CCE). CCE cells expressing Rx/rax as well as enhanced green fluorescent protein (CCE-RX/E cells) proliferated and remained in the undifferentiated state in the presence of leukemia inhibitory factor, as did parental ES cells. We made use of mouse embryo retinal explant cultures to address the differentiation ability of grafted ES cells. Dissociated embryoid bodies were treated with retinoic acid for use as donor cells and cocultured with retina explants for 2 weeks. In contrast to the parental CCE cells, which could not migrate into host retinal cultures, CCE-RX/E cells migrated into the host retina and extended their process-like structures between the host retinal cells. Most of the grafted CCE-RX/E cells became located in the ganglion cell and inner plexiform layers and expressed ganglion and horizontal cell markers. Furthermore, these grafted cells had the electrophysiological properties expected of ganglion cells. Our data thus suggest that subpopulations of retinal neurons can be generated in retinal explant cultures from grafted mouse ES cells ectopically expressing the transcription factor Rx/rax.
• Presynaptic Ca2+ entry is unchanged during hippocampal mossy fiber long-term potentiation

  H Kamiya, K Umeda, S Ozawa, T Manabe

  JOURNAL OF NEUROSCIENCE 22 (24) 10524 - 10528 0270-6474 2002/12 [Refereed][Not invited]
   

  The hippocampal mossy fiber (MF)-CA3 synapse exhibits NMDA receptor-independent long-term potentiation (LTP), which is expressed by presynaptic mechanisms leading to persistent enhancement of transmitter release. Recent studies have identified several molecules that may play an important role in MF-LTR These include Rab3A, RIM1alpha, kainate autoreceptor, and hyperpolarization-activated cation channel (I-h). However, the precise cellular expression mechanism remains to be determined because some studies noticed essential roles of release machinery molecules, whereas others suggested modulation of the ionotropic processes affecting Ca2+ entry into the presynaptic terminals. Using fluorescence recordings of presynaptic Ca2+ in hippocampal slices, here we demonstrated that MF-LTP is not accompanied by an increase in presynaptic Ca2+ influx during an action potential. Whole-cell recordings from CA3 neurons revealed long-lasting increases in mean frequency, but not mean amplitude, of miniature EPSCs after the high-frequency stimulation of MFs. These data indicate that the presynaptic expression mechanisms responsible for enhanced transmitter release during MF-LTP involve persistent modification of presynaptic molecular targets residing downstream of Ca2+ entry.
• Kainate receptor-dependent short-term plasticity of presynaptic Ca2+ influx at the hippocampal mossy fiber synapses

  H Kamiya, S Ozawa, T Manabe

  JOURNAL OF NEUROSCIENCE 22 (21) 9237 - 9243 0270-6474 2002/11 [Refereed][Not invited]
   

  Transmitter release at the hippocampal mossy fiber (MF)-CA3 synapse exhibits robust use-dependent short-term plasticity with an extremely wide dynamic range. Recent studies revealed that presynaptic kainate receptors (KARs), which specifically localized on the MF axons, mediate unusually large facilitation at this particular synapse in concert with the action of residual Ca2+. However, it is currently unclear how activation of kainate autoreceptors enhances transmitter release in an activity-dependent manner. Using fluorescence recordings of presynaptic Ca2+ and voltage in hippocampal slices, here we demonstrate that paired-pulse stimulation (with 20-200 msec intervals) resulted in facilitation of Ca2+ influx into the MF terminals, as opposed to other synapses, such as the Schaffer collateral-CA1 synapse. These observations deviate from typical residual Ca2+ hypothesis of facilitation, assuming an equal amount of Ca2+ influx per action potential. Pharmacological experiments reveal that the facilitation of presynaptic Ca2+ influx is mediated by activation of KARs. We also found that action potentials of MF axons are followed by prominent afterdepolarization, which is partly mediated by activation of KARs. Notably, the time course of the afterdepolarization approximates to that of the paired-pulse facilitation of Ca2+ influx, suggesting that these two processes are closely related to each other. These results suggest that the novel mechanism amplifying presynaptic Ca2+ influx may underlie the robust short-term synaptic plasticity at the MF-CA3 synapse in the hippocampus, and this process is mediated by KARs whose activation evokes prominent afterdepolarization of MF axons and thereby enhances action potential-driven Ca2+ influx into the presynaptic terminals.
• シナプス前カイニン酸受容体を介する海馬苔状線維の後脱分極応答

  神谷 温之, 真鍋 俊也

  日本生理学雑誌 (一社)日本生理学会 64 (10) 220 - 220 0031-9341 2002/10
• forskolinによるマウス海馬苔状線維の興奮性の増強

  梅田 和昌, 神谷 温之, 清原 壽一, 真鍋 俊也

  日本生理学雑誌 (一社)日本生理学会 64 (4) 83 - 83 0031-9341 2002/04
• Kainate receptor-dependent presynaptic modulation and plasticity

  H Kamiya

  NEUROSCIENCE RESEARCH 42 (1) 1 - 6 0168-0102 2002/01 [Refereed][Not invited]
   

  Kainate-type ionotropic glutamate receptors (KARs) distribute widely and heterogenously throughout the central nervous system (CNS). There is now increasing evidence showing that, in addition to conventional action to mediate postsynaptic excitation, KAR also exerts presynaptic action modulating the amount of transmitter release at certain synapses in the CNS. The mechanism and physiological function of presynaptic KARs have been studied most extensively at the hippocampal mossy fiber (MF)-CA3 synapse, one of the CNS regions where the highest density of KAR subunits is expressed. One unique feature of presynaptic KARs is that their activation modulates transmitter release bi-directionally; weak activation enhances glutamate release, while strong activation leads to inhibition. These findings may be explained by their possible ionotropic action leading to axonal depolarization, which in turn regulates several voltage-dependent channels involved in action potential-dependent Ca2+ entry processes. Furthermore, physiological activation of presynaptic KAR involves an activity-dependent process. Large frequency facilitation, a form of short-term plasticity characteristic of the MF-CA3 synapse, is mediated, at least partly, by presynaptic KAR. Bi-directional and activity-dependent regulation of transmitter release by kainate autoreceptors might have physiological significance in information processing in the hippocampus and other CNS regions, as well as its well-known pathological action contributing to epileptogenesis. (C) 2002 Elsevier Science Ireland Ltd and the Japan Neuroscience Society. All rights reserved.
• 神経系特異的AP-3B複合体・μ3B遺伝子欠損マウスの作成・解析

  中津 史, 湯浅 茂樹, 岩佐 博人, 神谷 温之, 真鍋 俊也, 齊藤 隆, 大野 博司

  日本細胞生物学会大会講演要旨集 (一社)日本細胞生物学会 54回 96 - 96 2001/05
• Role of Rab GDP dissociation inhibitor alpha in regulating plasticity of hippocampal neurotransmission

  H Ishizaki, J Miyoshi, H Kamiya, A Togawa, M Tanaka, T Sasaki, K Endo, A Mizoguchi, S Ozawa, Y Takai

  PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 97 (21) 11587 - 11592 0027-8424 2000/10 [Refereed][Not invited]
   

  Rab CDP dissociation inhibitor alpha (Rab GDl alpha) is a regulator of the Rab small G proteins implicated in neurotransmission, and mutations of Rab GDl alpha cause human X-linked mental retardation associated with epileptic seizures. In Rab GDl alpha-deficient mice, synaptic potentials in the CA1 region of the hippocampus displayed larger enhancement during repetitive stimulation, which was apparently opposite to the phenotype of Rab3A-deficient mice. Furthermore, the Rab GDl alpha-deficient mice showed hypersensitivity to bicuculline, an inducer of epileptic seizures. These results suggest that Rab GDl alpha plays a specialized role in Rab3A recycling to suppress hyperexcitability via modulation of presynaptic forms of plasticity.
• Kainate receptor-mediated presynaptic inhibition at the mouse hippocampal mossy fibre synapse

  H Kamiya, S Ozawa

  JOURNAL OF PHYSIOLOGY-LONDON 523 (3) 653 - 665 0022-3751 2000/03 [Refereed][Not invited]
   

  1. The presynaptic action of kainate (KA) receptor activation at the mossy fibre-CA3 synapse was examined using fluorescence measurement of presynaptic Ca2+ influx as well as electrophysiological recordings in mouse hippocampal slices. 2. Bath application of a low concentration (0.2 mu M) of KA reversibly increased the amplitude of presynaptic volley evoked by stimulation of mossy fibres to 146 +/- 6% of control (n = 6), whereas it reduced the field excitatory postsynaptic potential (EPSPs) to 30 +/- 4%. 3. The potentiating effect of KA on the presynaptic volleys was also observed in Ca2+-free solution, and was partly antagonized by (2S,4R)-4-methylglutamic acid (SYM 2081, 1 mu M), which selectively desensitizes KA receptors. 4. The antidromic population spike of dentate granule cells evoked by stimulation of mossy fibres was increased by application of 0.2 mu M KA to 160 +/- 10% of control (n = 6). Whole-cell current-clamp recordings revealed that the stimulus threshold for generating antidromic spikes recorded from a single granule cell was lowered by KA application. 5. Application of KA (0.2 mu M) suppressed presynaptic Ca2+ influx to 78 +/- 4% of control (n = 6), whereas the amplitude of the presynaptic volley was increased. 6. KA at 0.2 mu M reversibly suppressed excitatory postsynaptic currents (EPSCs) evoked by mossy fibre simulation to 38 +/- 9 % of control (n = 5). 7. These results suggest that KA receptor activation enhances the excitability of mossy fibres, probably via axonal depolarization, and reduces action potential-induced Ca2+ influx, thereby inhibiting mossy fibre EPSCs presynaptically. This: novel presynaptic inhibitory action of IIA at the mossy fibre-CA3 synapse may regulate the excitability of highly interconnected CA3 networks.
• Re-evaluation of phorbol ester-induced potentiation of transmitter release from mossy fibre terminals of the mouse hippocampus

  HONDA, I, KAMIYA, H, YAWO, H

  Journal of Physiology-London 529 (3) 2000
• Re-evaluation of phorbol ester-induced potentiation of transmitter release from mossy fibre terminals of the mouse hippocampus

  Honda, I., Kamiya, H., Yawo, H.

  Journal of Physiology 529 (3) 2000
• Dual mechanism for presynaptic modulation by axonal metabotropic glutamate receptor at the mouse mossy fibre-CA3 synapse

  H Kamiya, S Ozawa

  JOURNAL OF PHYSIOLOGY-LONDON 518 (2) 497 - 506 0022-3751 1999/07 [Refereed][Not invited]
   

  1. To investigate mechanisms responsible fbr the presynaptic inhibitory action mediated by the axonal group II metabotropic glutamate receptor (mGluR) at the mossy fibre-CA3 synapse, we used a quantitative fluorescence measurement of prresynaptic Ca2+ in mouse hippocampal slices. 2. Bath application of the group II mGluR-specific agonist (2S,1'R,2'R,3'R)-2-(2,3-dicarboxycyclopropyl)glycine (DCG-IV, 1 mu M) reversibly suppressed the presynaptic Ca2+ influx (to 55.2 +/- 4.6% of control, n = 5) as well as field EPSPs recorded simultaneously (to 3.1 +/- 2.0%). Presynaptic fibre volley was not affected by 1 mu M DCG-IV. 3. A quantitative analysis of the inhibition of presynaptic Ca2+ influx and field EPXP suggested that DCG-IV suppressed the field EPSP to a greater extent than would be expected if the suppression were solely due to a decrease in the presynaptic Ca2+ influx. 4. DCG-IV at 1 mu M suppressed the mean frequency (to 73.8 +/- 3.9% of control, n = 11), but not the mean amplitude (to 97.0 +/- 3.5%), of miniature EPSCs recorded from CA3 neurones using the whole-cell patch-clamp technique. 5. These results suggest that group II mGluR-mediated suppression is due both to a reduction of presynaptic Ca2+ influx and downregulation of the subsequent exocytotic machinery.
• Kainate receptor-mediated inhibition of presynaptic Ca2+ influx and EPSP in area CA1 of the rat hippocampus

  H Kamiya, S Ozawa

  JOURNAL OF PHYSIOLOGY-LONDON 509 (3) 833 - 845 0022-3751 1998/06 [Refereed][Not invited]
   

  1. The effect of a low concentration (1 mu M) of kainate (kainic acid; KA) on presynaptic calcium (Ca2+) influx at the Schaffer collateral-commissural (SCC) synapse was examined in rat hippocampal slices. 2. Following selective loading of the presynaptic terminals with the fluorescent Ca2+ indicator rhod-2 AM, transient increases in the presynaptic Ca2+ concentration (pre[Ca2+](t)) and field excitatory postsynaptic potentials (EPSPs) evoked by electrical stimulation of the SCC pathway were recorded simultaneously. 3. Bath application of 1 mu M KA reversibly suppressed field EPSPs and pre[Ca2+](t) to 37.7 +/- 4.0% and 72.9 +/- 2.4% of control, respectively. Excitatory postsynaptic currents (EPSCs) recorded with the use of the whole-cell patch-clamp technique were also suppressed by 1 mu M KA to 42.6 +/- 6.3 % of control. A quantitative analysis of the decreases in pre[Ca2+](t) and the amplitude of field EPSP during KA application suggests that KA inhibits transmission primarily by reducing the pre[Ca2+](t). 4. Consistent with a presynaptic site for these effects, paired-pulse facilitation (PPF) was enhanced by 1 mu M KA. 5. A substantial KA-induced suppression of NMDA receptor-mediated EPSPs was detected when AMPA receptors were blocked by the AMPA receptor-selective antagonist GYKI 52466 (100 mu M). 6. The suppressive effect of KA on field EPSPs and pre[Ca2+](t) was antagonized by the KA antagonist NS-102 (10 mu M). 7. These results suggest that the presynaptic inhibitory action of KA at the hippocampal CA1 synapse is primarily due to the inhibition of Ca2+ influx into the presynaptic terminals.
• Differential effects of phorbol ester on AMPA and NMDA components of excitatory postsynaptic currents in dentate neurons of rat hippocampal slices

  K Obokata, H Kamiya, S Ozawa

  NEUROSCIENCE RESEARCH 29 (2) 171 - 179 0168-0102 1997/10 [Refereed][Not invited]
   

  Protein kinase C (PKC) is present abundantly in the mammalian central nervous system, and is involved in a variety of neuronal functions. Phorbol esters mimic the role of diacylglycerol, the physiological activator of PKC. We examined effects of phorbol 12,13-diacetate (PDAc) on excitatory synaptic transmission in neurons in the dentate granule cell layer of rat hippocampal slices using the whole-cell patch clamp technique. Excitatory postsynaptic currents (EPSCs) evoked by stimulation of the perforant path (pp) consisted of AMPA and NMDA receptor-mediated components. The application of PDAc potentiated both components of the EPSC, but the effect was more pronounced on the NMDA component. The potentiating effect of PDAc on the NMDA component was dependent on the membrane potential, being most prominent at -31 and -51 mV. omega-Agatoxin-IVA, a P-type Ca2+ channel blocker, suppressed both AMPA and NMDA components to a similar extent by reducing transmitter release. However, when the PDAc-potentiated AMPA component was reduced to the control level by applying omega-agatoxin-IVA, a substantial potentiation on the NMDA component remained. These results suggest that the potentiation of the NMDA component of the EPSC by PDAc is caused partly by a postsynaptic mechanism in the dentate neurons. (C) 1997 Elsevier Science Ireland Ltd.
• Phorbol ester and forskolin suppress the presynaptic inhibitory action of group-II metabotropic glutamate receptor at rat hippocampal mossy fibre synapse

  Kamiya, H., Yamamoto, C.

  Neuroscience 80 (1) 1997
• A metabotropic glutamate receptor agonist DCG-IV suppresses synaptic transmission at mossy fiber pathway of the guinea pig hippocampus

  Yoshino, M., Sawada, S., Yamamoto, C., Kamiya, H.

  Neuroscience Letters 207 (1) 1996 [Refereed]
  
• Activation of metabotropic glutamate receptor type 2/3 suppresses transmission at rat hippocampal mossy fibre synapses

  Kamiya, H., Shinozaki, H., Yamamoto, C.

  Journal of Physiology 493 (2) 447 - 455 1996 [Refereed]
  
• Suppression of presynaptic calcium influx by metabotropic glutamate receptor agonists in neonatal rat hippocampus

  Yoshino, M., Kamiya, H.

  Brain Research 695 (2) 1995 [Refereed]
  
• Residual Ca2 + and short-term synaptic plasticity

  Haruyuki Kamiya, Robert S. Zucker

  Nature 371 (6498) 603 - 606 0028-0836 1994/10 [Refereed]
  
• Long‐lasting potentiation of synaptic transmission in the schaffer collateral‐commissural pathway of the guinea pig hippocampus by activation of postsynaptic N‐methyl‐D‐aspartate receptor

  Kamiya, H., Sawada, S., Yamamoto, C.

  Synapse 13 (2) 186 - 194 1993 [Refereed]
  
• Enhancement of postsynaptic responsiveness during long-term potentiation of mossy fiber synapses in guinea pig hippocampus

  Yamamoto, C., Sawada, S., Kamiya, H.

  Neuroscience Letters 138 (1) 1992 [Refereed]
  
• An empirical test for the reliability of quantal analysis based on Pascal statistics

  Kamiya, H., Sawada, S., Yamamoto, C.

  Journal of Neuroscience Methods 42 (1-2) 1992 [Refereed]
  
• Persistent enhancement of transmitter release accompanying long-term potentiation in the guinea pig hippocampus

  Kamiya, H., Sawada, S., Yamamoto, C.

  Neuroscience Letters 130 (2) 259 - 262 1991 [Refereed]
  
• Some pharmacological differences between hippocampal excitatory and inhibitory synapses in transmitter release: An in vitro study

  Kamiya, H.

  Synapse 8 (3) 229 - 235 1991 [Refereed]
  
• Quantal components of the synaptic potential induced in hippocampal neurons by activation of granule cells, and the effect of 2-amino-4-phosphonobutyric acid.

  Yamamoto, C., Higashima, M., Sawada, S., Kamiya, H.

  Hippocampus 1 (1) 93 - 106 1991 [Refereed]
  
• Amiloride suppresses the induction of long‐term potentiation in the mossy fiber pathway but not in the commissural/associational pathway of the hippocampal CA3 region

  Kamiya, H.

  Synapse 3 (3) 1989 [Refereed]
  
• Simultaneous recording of presynaptic spikes and excitatory postsynaptic potentials from monosynaptically connected hippocampal neurons

  Sawada, S., Kamiya, H., Yamamoto, C.

  Neuroscience Letters 103 (1) 34 - 38 1989 [Refereed]
  
• Quantal analysis of synaptic plasticity in the hippocampus

  Yamamoto, C., Sawada, S., Kamiya, H.

  Biomedical Research 10 (SUPPL. 2) 1989 [Refereed]
  
• Additive feature of long-term potentiation and phorbol ester-induced synaptic enhancement in the mossy fiber-CA3 synapse

  Kamiya, H., Sawada, S., Yamamoto, C.

  Experimental Neurology 102 (3) 1988 [Refereed]
  
• Synthetic ω-conotoxin blocks synaptic transmission in the hippocampus in vitro

  Kamiya, H., Sawada, S., Yamamoto, C.

  Neuroscience Letters 91 (1) 1988 [Refereed]
  

MISC

• Activity-dependent broadening of axonal spikes by inactivating K channels

  Haruyuki Kamiya  ModelDB  #267617  2023/04
• Axonal subthreshold voltage signaling along hippocampal mossy fiber

  Kamiya H  ModelDB  #267512  2022/08  [Not refereed][Not invited]
  
• Evaluation of passive component of propagating AP in mossy fiber axons

  Kamiya H  ModelDB  #263034  2020/06  [Not refereed][Invited]
  
• グルタミン酸受容体の時空間制御におけるシナプス後肥厚の役割

  鈴木江津子, 神谷温之  日本生理学雑誌  76-  (4 (Web))  WEB ONLY  2014  [Not refereed][Not invited]
  
• Photochemical inactivation analysis of temporal dynamics of postsynaptic native AMPA receptors in hippocampal slices

  神谷 温之  北海道醫學雜誌 = Acta medica Hokkaidonensia  88-  (4)  146  -146  2013/09/01
• カイニン酸型グルタミン酸受容体

  鈴木江津子, 神谷温之  脳科学辞典  2013/08  [Refereed][Invited]
  
• ケミカルニューロバイオロジー : 新たな分子ツールによる神経研究の新戦略 (S37)

  神谷 温之, 尾藤 晴彦  日本生理学雜誌  75-  (2)  92  -96  2013/03/01
• 海馬シナプスにおける神経活動依存的な伝達物質スイッチング

  神谷温之  脳の神経回路の機能解明 平成16-21年度 No.16069101  144  -145  2010  [Not refereed][Not invited]
  
• NMDA RECEPTOR GLUN2B SUBUNIT IS CRUCIAL FOR CHANNEL FUNCTION AND POST-SYNAPTIC MOLECULAR ORGANIZATION AT HIPPOCAMPAL CA3 SYNAPSES

  K. Sakimura, K. Akashi, T. Kakizaki, H. Kamiya, M. Fukaya, M. Yamasaki, M. Abe, R. Natsume, M. Watanabe  JOURNAL OF NEUROCHEMISTRY  110-  92  -92  2009/09  [Not refereed][Not invited]
  
• 神経可塑性のシナプス前性メカニズム

  神谷温之  金沢大学十全医学会雑誌  117-  (3)  94  -95  2008/09/01  [Not refereed][Not invited]
   

  研究紹介2010年10月より全文公開.
• 神経回路研究に利用される技術 3.蛍光色素を用いたシナプス前部機能イメージング

  神谷温之  実験医学  26-  (12)  1979  -1984  2008/07/18  [Not refereed][Not invited]
  
• 【神経回路の制御と脳機能発現のメカニズム 細胞移動・接着から記憶・学習・行動発現までの分子基盤解明と研究を躍進させる最新技術】 神経回路研究に利用される技術 蛍光色素を用いたシナプス前部機能イメージング

  神谷 温之  実験医学  26-  (12)  1979  -1984  2008/07  [Not refereed][Not invited]
   

  中枢神経系におけるシナプス前部の機能解析は、その微小性に由来するさまざまな技術的制約により、例外的に巨大でシナプス前部からのパッチクランプ記録が可能な脳幹の内側台形体核(MNTB)シナプスなどのいくつかのモデルシナプスに限られてきた。しかしながら、安全率の高い情報伝達に特化した脳幹シナプスの解析から得た結論を脳の他のシナプスに一般化できないのは自明である。本稿では、顕著な可塑性を示す海馬や小脳のシナプスでシナプス前部のCa2+動態や膜電位変化などの機能的情報を評価する方法について紹介する。(著者抄録)
• The role of TARP gamma-8 (DVCC gamma-8) in AMPA receptor localization and function in hippocampus

  M Tsujita, M Fukaya, H Kamiya, M Abe, M Yamazaki, E Kushiya, R Natsume, M Watanabe, K Sakimura  JOURNAL OF PHARMACOLOGICAL SCIENCES  100-  76P  -76P  2006  [Not refereed][Not invited]
  
• Rab3 GAPによるシナプス伝達と可塑性の制御

  坂根亜由子, 真鍋進治, 石崎宏好, 岡本三紀, 吉田隆行, 三好淳, 神谷温之, 高井義美, 佐々木卓也  日本分子生物学会年会講演要旨集  28th-  307  2005/11/25  [Not refereed][Not invited]
  
• NMDA receptor GLUR epsilon 2/NR2B subunit is crucial for hippocampal synaptic functions

  K Akashi, T Kakizaki, H Kamiya, M Fukaya, M Watanabe, K Sakimura  JOURNAL OF NEUROCHEMISTRY  94-  59  -59  2005/08  [Not refereed][Not invited]
  
• PROFILE

  神谷 温之  日本生理学雜誌 = JOURNAL OF THE PHYSIOLOGICAL SOCIETY OF JAPAN  66-  (6)  198  -199  2004/06/01  [Not refereed][Not invited]
  
• 神経系特異的AP-3B複合体・μ3B遺伝子欠損マウスに見られるてんかん様けいれん発症機構の解析

  中津 史, 岡田 元宏, 岩佐 博人, Zhu Gang, 笠置 泰史, 森 文秋, 神谷 温之, 原田 彰宏, 下山 一郎, 若林 孝一, 真鍋 俊也, 兼子 直, 湯浅 茂樹, 齊藤 隆, 大野 博司  てんかん研究  21-  (1)  37  -37  2003/02  [Not refereed][Not invited]
  
• 中枢神経の可塑性 第5回 高次脳機能 学習・記憶と海馬シナプス伝達の可塑性

  神谷温之, 真鍋俊也  総合リハビリテーション  30-  (10)  915  -919  2002/10/10  [Not refereed][Not invited]
  
• 講座 中枢神経の可塑性(5)高次脳機能--学習・記憶と海馬シナプス伝達の可塑性

  神谷温之, 真鍋俊也  総合リハビリテ-ション  30-  (10)  915  -919  2002/10  [Not refereed][Not invited]
  
• 神経系特異的AP‐3B複合体・μ3B遺伝子欠損マウスの作成・解析

  中津史, 岡田元宏, 神谷温之, 原田彰宏, 若林孝一, 笠置泰史, 湯浅茂樹, 斉藤隆, 大野博司  日本神経科学大会プログラム・抄録集  25th-  192  2002/07/07  [Not refereed][Not invited]
  
• 脳の可塑性を支える分子機構 (特集《神経情報処理》最前線--情報科学と神経科学の融合)

  神谷温之  Computer today  19-  (4)  24  -28  2002/07  [Not refereed][Not invited]
  
• 《神経情報処理》最前線 情報科学と神経科学の融合 脳の可塑性を支える分子機構

  神谷温之  Comput Today  19-  (4)  24  -28  2002/07/01  [Not refereed][Not invited]
  
• forskolinによるマウス海馬苔状線維の興奮性の増強

  梅田和昌, 神谷温之, 清原寿一, 真鍋俊也  日本生理学雑誌  64-  (4)  2002
• シナプス前カイニン酸受容体を介する海馬苔状線維の後脱分極応答

  神谷温之, 真鍋俊也  日本生理学雑誌  64-  (10)  2002
• Study on the overall progress in brain researches. Elucidation of mechanism of synaptic plasticity by the visualization of nerve ending activity.

  神谷温之  脳研究の総合的推進に関する研究 平成12年度採択公募班員  11  2002  [Not refereed][Not invited]
  
• Establishment of neuron-specific mu 3B-deficient mice

  F Nakatsu, S Yuasa, H Iwasa, H Kamiya, A Harada, T Manabe, T Saito, H Ohno  MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL  12-  377A  -377A  2001/11  [Not refereed][Not invited]
  
• 海馬シナプス伝達可塑性の分子機構

  神谷 温之, 真鍋 俊也  遺伝子医学  5-  (3)  499  -501  2001/08/10  [Not refereed][Not invited]
  
• 神経系特異的AP-3B複合体・μ3B遺伝子欠損マウスの作成・解析

  中津史, 湯浅茂樹, 岩佐博人, 神谷温之, 真鍋俊也, 斉藤隆, 大野博司  日本細胞生物学会大会講演要旨集  54th-  2001
• 海馬シナプス前終末の可塑性メカニズムに関する研究

  神谷 温之  日本生理学雜誌  62-  (4)  134  -135  2000/04/01
• シナプス可塑性の新しい解析法 神経終末内カルシウム測定を用いたアプローチ

  神谷温之  生理学研究所年報  20-  447  -448  1999/12/01  [Not refereed][Not invited]
  
• Rab GDIα欠損マウスの表現型解析 Rab GDIαの神経伝達物質放出に対する抑制作用

  石橋宏好, 三好淳, 戸川温, 田中三紀, 神谷温之, 小沢瀞司, 阪口岳, 佐々木卓也, 高井義美  日本分子生物学会年会プログラム・講演要旨集  22nd-  475  1999/11/22  [Not refereed][Not invited]
  
• Function of presynapic kainate-type glutamate receptors expressed in hippocampal mossy fiber terminals. (Ministry of Education S).

  神谷温之  神経回路の機能発達4 平成11年  117  -118  1999  [Not refereed][Not invited]
  
• Presynaptic glutamate receptors in the central nervous system.

  神谷温之  日産科学振興財団研究報告書  21-  (21)  175  -178  1998/12  [Not refereed][Not invited]
  
• Glutamate receptors in the mammalian central nervous system

  S Ozawa, H Kamiya, K Tsuzuki  PROGRESS IN NEUROBIOLOGY  54-  (5)  581  -618  1998/04  [Refereed][Not invited]
   

  Glutamate receptors (GluRs) mediate most of the excitatory neurotransmission in the mammalian central nervous system (CNS). In addition, they are involved in plastic changes in synaptic trans mission as well as excitotoxic neuronal cell death that occurs in a variety of acute and chronic neurological disorders. The GluRs are divided into two distinct groups, ionotropic and metabotropic receptors. The ionotropic receptors (iGluRs) are further subdivided into three groups: alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionate (AMPA), kainate and N-methyl-D-aspartate (MMDA) receptor channels. The metabotropic receptors (mGluRs) are coupled to GTP-binding proteins (G-proteins), and regulate the production of intracellular messengers. The application of molecular cloning technology has greatly advanced our understanding of the GluR system. To date, at least 14 cDNAs of subunit proteins constituting iGluRs and 8 cDNAs of proteins coznstituting mGluRs have been cloned in the mammalian CNS, and the molecular structure, distribution and developmental change in the CNS, Functional and pharmacological properties of each receptor subunit have been elucidated. Furthermore, the obtained clones have provided valuable tools for conducting studies to clarify the physiological and pathophysiological significances of each subunit. For example, the generation of gene knockout mice has disclosed critical roles of some GluR subunits in brain functions. In this article, we review recent progress in the research for GluRs with special emphasis on the molecular diversity of the GluR system and its implications for physiology and pathology of the CNS. (C) 1998 Elsevier Science Ltd.
• Potentiation of hippocampal mossy fiber synaptic transmission by presynaptic kainate type glutamate receptor. (Ministry of Education S).

  神谷温之  神経回路の機能発達3 平成10年  103  -104  1998  [Not refereed][Not invited]
  
• Material basis of the synapse plasticity. Ca ion and plasticity.

  神谷温之  Clin Neurosci  15-  (10)  1108  -1110  1997/10  [Not refereed][Not invited]
  
• Research on strengthening mechanism of central synapse by hippocampus single nerve terminal imaging. (Ministry of Education S).

  神谷温之  神経回路の機能発達2 平成9年  113  -114  1997  [Not refereed][Not invited]
  
• 長期増強の起源

  山本 長三郎, 神谷 温之  日本生理学雑誌  57-  (増刊)  217  -223  1995/03  [Not refereed][Not invited]
  
• Long-term potentiation in hippocampus.

  山本長三郎, 神谷温之  神経研究の進歩  35-  (6)  926  -932  1991/12  [Not refereed][Not invited]
  
• Special issue : molecular mechanism of memory for long-term potentiation.Memory and long-term potentiation.

  神谷温之, 山本長三郎  実験医学  8-  (12)  1553  -1559  1990/08  [Not refereed][Invited]
  

Books etc

• 生理学用語ハンドブック

  日本生理学会用語委員会 (Compilation)
  丸善出版 2024/03 (ISBN: 9784621309087)
• Insights in Cellular Neurophysiology: 2021

  Cherubini, E, Tropea, D, Maffei, A (ContributorKamiya H: Modeling analysis of subthreshold voltage signaling along hippocampal mossy fiber axons. pp.199-209)
  Frontiers Media SA 2022/11
• Axon Neurobiology: Fine-Scale Dynamics of Microstructure and Function

  Haruyuki Kamiya, Dominique Debanne (Joint editor)
  Frontiers Media SA 2020/12

Presentations

• Stimulus-induced burst of hippocampal mossy fiber projection  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 101st Annual Meeting of the Physiological Society of Japan  2024/03
• Activity-dependent regulatory mechanism of axonal excitability  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  第100回日本生理学会大会シンポジウム  2023/03
• Computational test for the roles of potassium channel inactivation in short-term plasticity  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 10th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer  2023/02
• A computational approach for analyzing subthreshold voltage signaling along axon  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 99th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan  2022/03
• Modeling subthreshold voltage signaling along axon in the hippocampus  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 10th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer  2022/02
• Subcellular analysis of propagation and oscillation of single axon  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  第126回日本解剖学会総会･全国学術集会・第98回日本生理学会大会合同大会シンポジウム  2021/03
• Dynamic tuning of axonal excitability in the hippocampus  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 9th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer  2020/12
• Computational neurobiology of axonal spike signaling  [Invited]

  Kamiya H

  第97回日本生理学会大会シンポジウム（誌上開催）  2020/03
• Distal axon as a potential oscillator for network activities in the hippocampus  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 8th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer  2020/02
• Dynamic control of spike signaling by axonal afterdepolarization  [Invited]

  神谷 温之

  第96回日本生理学会大会シンポジウム / 9th FAOPS  2019/03
• Short-term plasticity of axonal spike signaling in the hippocampus  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  Zuckerfest: a celebration of the life and times of Bob Zucker  2019/03
• Temporal integration of axonal spike signaling in the hippocampus  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 7th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer  2019/02
• Axonal burst and epileptogenesis  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  第95回日本生理学会大会シンポジウム  2018/03
• Local control of axonal excitability in the hippocampus  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 6th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer  2018/02
• 海馬苔状線維における活動電位の二発刺激抑圧に関するシミュレーション解析  [Not invited]

  神谷温之

  日本生理学雑誌(Web)  2017/05
• 海馬における軸索スパイクのアナログ制御  [Invited]

  大浦 峻介, 神谷 温之

  第94回日本生理学会大会シンポジウム  2017/03
• Noncannonical mode of burst firing originated from distal axon  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 5th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer  2017/02
• 海馬苔状線維の単一軸索終末からの活動電位記録  [Not invited]

  神谷温之, 大浦峻介

  日本生理学雑誌(Web)  2016/07
• カイニン酸受容体による海馬苔状線維の興奮性制御  [Invited]

  神谷 温之

  第93回日本生理学会大会シンポジウム  2016/03
• Modelling spike signalling in the hippocampal axons  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 4th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer  2016/02
• Physiology of single CNS axon: rediscovery of analogue tuning of axonal spikes  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  University of Bordeaux Neurocampus Seminar  2016/01
• 軸索興奮性と活動電位伝播の調節  [Invited]

  神谷 温之

  第38回日本神経科学学会大会ミニシンポジウム  2015/07
• 軸索の神経生物学：膜興奮と伝播  [Invited]

  神谷 温之

  第120回日本解剖学会総会･全国学術集会・第92回日本生理学会大会合同大会合同教育プログラム 教育講演  2015/03
• 海馬苔状線維軸索興奮性の局所制御  [Invited]

  神谷 温之

  第120回日本解剖学会総会･全国学術集会・第92回日本生理学会大会合同大会シンポジウム  2015/03
• Fine control of axonal spikes by neural activity  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 3rd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer  2015/02
• グルタミン酸受容体の時空間制御におけるシナプス後肥厚の役割  [Invited]

  鈴木 江津子, 神谷 温之

  第91回日本生理学会大会シンポジウム  2014/03
• Network mechanism of high frequency oscillation in the hippocampus  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 2nd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer  2014/02
• AMPA受容体ダイナミクスの光化学的解析  [Invited]

  神谷 温之

  第90回日本生理学会大会シンポジウム  2013/03
• ケミカルニューロバイオロジー : 新たな分子ツールによる神経研究の新戦略 (S37)  [Not invited]

  神谷 温之, 尾藤 晴彦

  日本生理学雜誌  2013/03
• Towards input-specific photoinactivation of neuronal networks in the hippocampus  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 1st RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer  2012/11
• 光反応性ブロッカーを用いたグルタミン酸受容体動態のシナプス「その場」解析  [Invited]

  神谷 温之

  第89回日本生理学会大会シンポジウム  2012/03
• シナプス前リアノジン受容体による海馬苔状線維シナプス可塑性の増幅機構  [Not invited]

  神谷温之

  日本生理学雑誌  2007/11
• シナプス前リアノジン受容体による海馬苔状線維シナプス可塑性の増幅機構  [Invited]

  神谷温之

  第30回日本神経科学学会大会  2007/09
• カルシウムストアと海馬プレシナプス可塑性  [Invited]

  神谷 温之

  第30回日本神経科学学会大会シンポジウム  2007/09
• グルタミン酸・GABA共放出仮説の再検討  [Not invited]

  神谷温之

  日本生理学雑誌  2007/06
• Re-evaluation of GABA releasing hypothesis from hippocampal mossy fiber terminals  [Not invited]

  Kamiya Haruyuki

  Proceedings of Annual Meeting of the Physiological Society of Japan  2006 

  It has been hypothesized that hippocampal mossy fiber terminals of young rodents release GABA in addition to glutamate. Using whole cell-clamp recordings in mouse slice preparations, I re-examined this possibility with paying attentions about the conditions to evoke monosynaptic GABAergic responses by stimulation of mossy fibers. Strong stimulus to the stratum granulosum of dentate gyrus or stimulus to the stratum lucidum of CA3 region elicited IPSCs in CA3 neurons in the presence of glutamate receptor antagonists 10 μM CNQX and 25 μM D-AP5, and these putative "monosynaptic IPSCs" were abolished by addition of GABA_A receptor antagonist 100 μM picrotoxin. In contrast, weak stimulus to the stratum granulosum never elicited IPSCs in the presence of CNQX and D-AP5. The responses to weak and strong stimuli also displayed differential sensitivity to group II mGluR agonist DCG-IV; application of 1 μM DCG-IV almost abolished the responses to weak stimulus and left substantial responses to strong stimulus which were inhibited by further application of picrotoxin. These results suggested that strong stimulus to stratum granulosum causes monosynaptic IPSCs by stimulating inhibitory interneurons in addition to mossy fibers, and mossy fiber terminals themselves may not release GABA. [J Physiol Sci. 2006;56 Suppl:S85]
• Presynaptic mechanisms for synaptic plasticity in the hippocampus  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  Multi-institutional International Symposium on "mei"
• Rab3 GAPによるシナプス伝達と可塑性の制御  [Not invited]

  坂根亜由子, 真鍋進治, 石崎宏好, 岡本三紀, 吉田隆行, 三好淳, 神谷温之, 高井義美, 佐々木卓也

  日本分子生物学会年会講演要旨集  2005/11
• 海馬におけるシナプス可塑性の分子機構：シナプス前終末イメージング法を用いた研究  [Invited]

  神谷温之

  第11回行動薬理研究会  2005/08
• 海馬スライスを用いたシナプス機能の研究  [Invited]

  神谷温之

  第1回革新脳科学COE国内シンポジウム  2005/02
• 転写因子RX/raxの発現によるマウスES細胞の網膜亜集団への分化(Retinal fate specification of mouse embryonic stem cells by ectopic expression of Rx/rax,a homeobox gene)  [Not invited]

  渡辺 すみ子, 田畑 陽子, 大内 靖夫, 神谷 温之, 真鍋 俊也, 新井 賢一

  神経化学  2004/08
• 軸索標識法によるシナプス前終末内カルシウム動態の解析  [Invited]

  神谷温之

  第77回日本薬理学会年会シンポジウム  2004/03
• Kainate receptor-mediated modulation of synaptic transmission and plasticity  [Not invited]

  Kamiya Haruyuki

  Proceedings of Annual Meeting of the Physiological Society of Japan  2004 

  Kainate receptors (KARs) are poorly understood subtype of ionotropic glutamate receptors distributing widely and heterogeneously in the central nervous system (CNS). Recent studies elucidated the roles of KARs in activity-dependent modulation of synaptic transmission at certain synapses in the CNS, including hippocampal mossy fiber synapses where KAR subunits are most abundantly expressed. An important notice of these studies is that these receptors localize not only on postsynaptic but also on presynaptic membrane, and these presynaptic KARs impart an 'presynaptic' associativity to mossy fiber long-term potentiation (MF-LTP), an unusual form of plasticity that is independent of NMDA receptor activation and is expressed presynaptically. Homosynaptic as well as heterosynaptic positive feedback regulation of transmitter release via presynaptic KARs provides a novel way of signaling at the central synapses. To examine the cellular mechanism of activity-dependent modulation by presynaptic KARs, we adopted optical methods to monitor presynaptic Ca²⁺ and voltage transients at the mossy fiber synapses. We revealed that activation of presynaptic KARs elicits prominent depolarization of the presynaptic terminals and causes use-dependent facilitation of presynaptic Ca²⁺ influx by an action potential. Thus, presynaptic KARs at the mossy fiber synapses amplify presynaptic Ca²⁺ rise during repeated stimuli, and thereby affect the threshold of induction of MF-LTP. [Jpn J Physiol 54 Suppl:S33 (2004)]
• シナプス前カイニン酸受容体を介する海馬苔状線維の後脱分極応答  [Not invited]

  神谷温之, 真鍋俊也

  日本生理学雑誌  2002/10
• γ1サブユニット欠損マウスを用いたカイニン酸型グルタミン酸受容体の機能解析  [Not invited]

  明石肇, 柿崎利和, 阿部学, 夏目里恵, 神谷温之, 深谷昌弘, 渡辺雅彦, 崎村建司

  生化学  2002/08
• 神経系特異的AP‐3B複合体・μ3B遺伝子欠損マウスの作成・解析  [Not invited]

  中津史, 岡田元宏, 神谷温之, 原田彰宏, 若林孝一, 笠置泰史, 湯浅茂樹, 斉藤隆, 大野博司

  日本神経科学大会プログラム・抄録集  2002/07
• forskolinによるマウス海馬苔状線維の興奮性の増強  [Not invited]

  梅田和昌, 神谷温之, 清原寿一, 真鍋俊也

  日本生理学雑誌  2002/04
• 海馬苔状線維終末カルシウム流入促通へのカイニン酸受容体の関与  [Invited]

  神谷温之, 真鍋俊也

  第79回日本生理学会大会  2002/03
• 海馬シナプス前終末におけるカルシウム流入の可塑的変化  [Invited]

  神谷温之

  第78回日本生理学会大会  2001/03
• 神経系特異的AP‐3B複合体・μ3B遺伝子欠損マウスの作成・解析  [Not invited]

  中津史, 湯浅茂樹, 岩佐博人, 神谷温之, 真鍋俊也, 斉藤隆, 大野博司

  日本細胞生物学会大会講演要旨集  2001
• 海馬苔状線維終末におけるカルシウム流入の促通  [Not invited]

  神谷温之, 小沢瀞司

  日本神経科学大会プログラム・抄録集  2000/09
• 海馬シナプス前終末の可塑性メカニズムに関する研究  [Not invited]

  神谷温之

  日本生理学雜誌  2000/04
• Rab GDIα欠損マウスの表現型解析 Rab GDIαの神経伝達物質放出に対する抑制作用  [Not invited]

  石橋宏好, 三好淳, 戸川温, 田中三紀, 神谷温之, 小沢瀞司, 阪口岳, 佐々木卓也, 高井義美

  日本分子生物学会年会プログラム・講演要旨集  1999/11
• Presynaptic glutamate receptors in the hippocampus  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 75th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan Satellite Symposium “Slow synaptic responses and modulation”
• 甲殻類ニューロンと哺乳類中枢ニューロンのシナプス前終末内Ca2+動態と短期可塑性  [Invited]

  神谷温之

  第74回日本生理学会大会シンポジウム  1997/03
• Suppression of presynaptic calcium influx by metabotropic glutamate receptor agonists in neonatal rat hippocampus  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The 25th Seminar on Science and Technology―Neuroscience
• Long-term potentiation in the mossy fiber-CA3 synapse of the guinea pig  [Invited]

  Haruyuki Kamiya

  The International Workshop on Plasticity of Synaptic Transmission

Association Memberships

• SOCIETY FOR NEUROSCIENCE   THE JAPAN NEUROSCIENCE SOCIETY   PHYSIOLOGICAL SOCIETY OF JAPAN   

Research Projects

• Multicellular Neurobiocomputing (Administrative Group)

  Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research

  Date (from‐to) : 2024/04 -2029/03 

  Author : 山本 英明, 香取 勇一, 松井 鉄平, 谷井 孝至, 平野 愛弓, 正水 芳人, 神谷 温之, 河野 崇, 平田 豊
• 多細胞神経ネットワークの学習と変調の神経回路基盤

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  Date (from‐to) : 2024/04 -2029/03 

  Author : 神谷 温之, 桂林 秀太郎
• Subcellular analysis of the mechanism underlying ectopic spike generation in axon

  Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

  Date (from‐to) : 2021/04 -2025/03 

  Author : 神谷 温之

   

  本研究では、例外的に大型の海馬苔状線維の軸索終末からサブセルラーパッチクランプによる直接記録を行い、また、苔状線維を模した最新の数理モデルに基づくシミュレーションを組み合わせ、 遠位軸索における異所性スパイク発生の検証、異所性スパイクの発生部位の同定、シミュレーションによる異所性スパイクの数理モデル解析などを行う。通常の活動電位発生部位である軸索初節部ではなく、遠位軸索で活動電位が生じる、いわゆる「異所性スパイク」について直接的に検証し、遠位軸索における異所性スパイクの発生機構について追及する。本年度は、苔状線維の形態的特徴と、直接記録で測定した電気生理学特性を加味した苔状線維軸索の興奮伝播モデルを用いて、遠位軸索での異所性スパイク発生について、発生部位と発生機構に関する検証を試みた。海馬苔状線維の通過型軸索の構造と実験的に計測されたイオンチャンネルの特性を導入したマルチコンパートメントモデルを構築し、カリウムチャンネルブロッカーである4-アミノピリジンの遠位軸索への局所投与による異所性スパイクのバースト発火について、シミュレーションによる数理モデル解析を試みた。遠位軸索部の一部からカリウムコンダクタンスを除去したモデルでは活動電位の遷延化により反復する活動電位、すなわちバースト発火を生じることが明らかとなった。軸索を順行性に伝播する活動電位が遠位軸索部での局所的な興奮性上昇により異所性スパイクのバースト発火を生じる可能性が示唆された。
• Multicellular Information Representation in the Animal Brains

  Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research

  Date (from‐to) : 2021/08 -2024/03 

  Author : 正水 芳人, 神谷 温之

   

  脳をバイオコンピューティングシステムとして扱った場合の特徴は、その損傷耐性と自己組織性にある。本研究ではモデル動物(げっ歯類)を対象とし、大脳皮質・運動野損傷モデルの実験系を用いる。具体的には、損傷前後と運動機能回復過程における運動課題実行時、大脳皮質での神経活動変化を、in vivo カルシウムイメージングを用いて計測する。神経細胞が興奮する際には、細胞内のカルシウムイオン濃度が上昇するため、蛍光カルシウムセンサーを神経細胞に遺伝子発現させることによって、神経活動の可視化ができる。In vivoカルシウムイメージングの特徴は、単一細胞レベルで多細胞の神経活動の計測、長期間・同一神経細胞の細胞体での神経活動の計測、樹状突起および軸索での神経活動の計測が可能な点である。本年度は、げっ歯類が運動課題実行時に、高速で広視野のin vivoカルシウムイメージングを行うために必要な課題装置と顕微鏡のセットアップを行った。顕微鏡には多点走査型共焦点スキャンユニットが取り付けてある。多点走査型共焦点スキャンユニットは、広げたレーザー光を多数のピンホールを持つ高速回転する円盤に照射し、1000本のレーザー光線に分割することで、観察視野を1000点同時に走査するため、一点走査型よりも高速に広視野でのイメージングが可能である。今後この顕微鏡を用いて、運動機能回復過程における運動課題実行時の大脳皮質での神経活動変化の解明を目指す。
• 軸索による高速ネットワーク律動の発振メカニズムの解明

  文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(C))

  Date (from‐to) : 2018 -2020 

  Author : 神谷 温之
• 軸索のサブセルラー機能解析システムと最適化モデルの構築

  文部科学省：科学研究費補助金（挑戦的萌芽研究）

  Date (from‐to) : 2016 -2018 

  Author : 神谷 温之
• 術後認知機能障害の機序ー神経炎症からの検討ー

  文部科学省：科学研究費補助金（基盤研究(C) ）

  Date (from‐to) : 2013 -2016 

  Author : 森本 裕二
• 単一神経終末エレクトロポレーションによるシナプス前ギャップ結合の機能解析

  文部科学省：科学研究費補助金（挑戦的萌芽研究）

  Date (from‐to) : 2013 -2015 

  Author : 神谷 温之
• Dynamic roles of postsynaptic density in glutamate receptor trafficking

  Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research

  Date (from‐to) : 2012 -2014 

  Author : KAMIYA Haruyuki

   

  In this study, we examined the dynamics of endogenous AMPA-type glutamate receptors at the intact synapses in acute hippocampal slices using photochemical inactivation by using photoreactive AMPA receptor antagonist ANQX. Postsynaptic AMPA receptors are less mobile at the resting condition, and the synaptic delivery from intracellular reserve pools were accererated during induction of long-term potentiation. We also adopted photochemical inactivation in hippocampal slices obtained from knock out mice of PSD95, one of the major proteins of postsynaptic density. In PSD95 kockout mice, synaptic delivery were accererated during the resting condition than wild type mice. These results suggested that PSD95 serves as a receptor slot to limit the mobility of AMPA receptors during the resting condition, and may upregulated after the induction of long-term potentiation to increase the synaptic efficacy.
• Functional analysis of neuronal circuit by synaptic photoinactivation

  Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research

  Date (from‐to) : 2011 -2012 

  Author : KAMIYA Haruyuki

   

  To clarify the roles of individual input in the complex neuronal circuitry, photochemical inactivation of glutamatergic transmission using a photoreactive AMPA receptor antagonist ANQX was adopted for hippocampal slice preparations. Input (layer) specific block was applicable to the hippocampal slice preparation using local UV illumination in combination with application of ANQX.
• Cellular and molecular basis of hippocampal presynaptic calcium store

  Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research

  Date (from‐to) : 2009 -2011 

  Author : KAMIYA Haruyuki

   

  Subcellular localization of calcium releasing sites from presynaptic calcium store in hippocampal mossy fiber synapse was examined. Using high speed confocal microscope system, calcium imaging within mossy fiber terminals and axons was performed. Calcium indicator was efficiently introduced to single mossy fiber terminals and axons by electroporation through microelectrode placed on visually identified mossy fiber terminals.
• シナプス前クロライド濃度勾配の発生機構の解明

  文部科学省：科学研究費補助金(挑戦的萌芽研究)

  Date (from‐to) : 2009 -2010 

  Author : 神谷温之

   

  海馬苔状線維シナプスのシナプス前都にはGABA_A受容体が発現することが近年の研究で明らかになった。クロライドチャンネルであるGABA_A受容体の活性化により苔状線維終末の脱分極を生じることから、シナプス前部では細胞内クロライド濃度が細胞体より高く保たれていると推定されている。今年度は、細胞内クロライド濃度の神経細胞内の空間的な分布や濃度勾配を直接的に証明するために、蛍光クロライド指示薬を用いたシナプス前部でのクロライドイメージングを試みた。マウス海馬スライス標本において苔状線維の起始細胞である歯状回顆粒細胞に単一細胞レベルで蛍光クロライド指示薬MEQを負荷するために、単一細胞エレクトロボレーションの条件検討を行い、小型の細胞である歯状回顆粒細胞の細胞体に直視下に蛍光色素を効率的に導入することが可能になった。しかしながら、顆粒細胞の軸索である苔状線維軸索は極めて微細で、また、スライス内を立体的に走行し、共焦点顕微鏡を用いても苔状線維の神経終末部まで連続して蛍光をモニターすることが困難な場合がしばしばであった。そこで、もうひとつのアプローチとして、細胞膜透過型蛍光クロライド指示薬であるdihydro-MEQ(6-methoxy-N-ethyl-1,2-dihydroquinoline)を軸索標識法により多くの苔状線維に同時に導入することを試みている。苔状線維軸索の走行するCA3野透明層にdihydro-MEQを微量注入し、軸索内に取り込まれた後に軸索輸送の機構を介して輸送されることを利用して、多くのスライス表面の苔状線維シナプス前部(終末部および軸索部)に蛍光クロライド指示薬を負荷するための条件検討を行った。
• 光分子不活化法によるシナブス機能の光操作法の開発

  文部科学省：科学研究費補助金(萌芽研究)

  Date (from‐to) : 2006 -2007 

  Author : 神谷 温之

   

  脳の主要な興奮性伝達物質受容体であるグルタミン酸受容体のシナプス局在はダイナミックに制御されている。本研究では、新規に開発された「cagedグルタミン酸受容体ブロッカー」であるANQXの光分解法を用いて、海馬スライス標本におけるAMPA型グルタミン酸受容体の分子動態を解析することを目的とする。ANQXは古典的なAMPA受容体阻害薬であるDNQXに光反応性のazido基を導入した化合物(ANQX:6-azido-7-nitro-1,4-dihydroquinoxaline-2,3-dione)である。光学的な手法を用いることで、時間的・空間的にコントロールされた形でグルタミン酸受容体機能を不活化することが可能となる。この点を利用して、紫外線照射によりAMPA受容体を不活化し、その後の応答の回復の時間経過を観察する。海馬スライス標本において、入力線維の刺激あるいはグルタミン酸の局所投与によるAMPA受容体応答を記録し、ANQX投与後に紫外線を照射し、AMPA受容体応答を減弱させる。時間的・空間的にコントロールされた形で細胞膜に発現するAMPA型グルタミン酸受容体機能を不活化し、その後の応答の回復の時間経過を観察することで、受容体トラフィックの速度論的解析を行う。本年度は、昨年度に合成したANQXを海馬スライス標本のニューロンに適用し光不活化実験を行うための予備実験を開始し、ANQXの局所還流投与の条件や照射時間や強度などの条件について検討した。
• 光不活化法によるグルタミン酸受容体トラフィックのリアルタイム解析

  文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究)

  Date (from‐to) : 2006 -2007 

  Author : 神谷 温之

   

  本研究では、新規に開発された「cagedグルタミン酸受容体ブロッカー」であるANQXの光分解法を用いて、海馬スライス標本におけるAMPA型グルタミン酸受容体の分子動態をリアルタイムで解析することを目的とした。これまでの研究でGFPや金コロイド粒子などの分子タグで標識されたAMPA受容体のシナプス発現が動的に制御されることが明らかとなったが、分子標識が付いていない内在性の受容体の動態を調べた報告は無く、本研究はこの点を明らかにすることを目指した。紫外線の照射により「cagedグルタミン酸受容体ブロッカー」であるANQXを光学的に分解することで、時間的・空間的にコントロールされた形で細胞膜に発現するグルタミン酸受容体機能を不活化することが可能となる。そこで、光照射によりAMPA受容体を不活化し、その後の応答の回復の時間経過を観察することで、受容体トラフィックの速度論的解析を行う。本年度は、昨年度の本研究で合成したANQXを海馬スライス標本のニューロンに適用し光不活化実験を行うための予備実験を開始し、照射時間や強度などの条件を定めた。また、今後AMPA受容体トラフィックの分子機構を追求するために、AMPA受容体の足場タンパクであるTARPsファミリーのうち、海馬で最も強い発現がみられるγ8のノックアウトマウスの電気生理学的解析を行い、AMPA受容体のシナプス発現が著しく低下することを明らかにした。
• 海馬シナプスにおける神経活動依存的な伝達物質スイッチング

  文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究)

  Date (from‐to) : 2006 -2007 

  Author : 神谷 温之

   

  海馬苔状線維シナプスが、興奮性伝達物質であるグルタミン酸に加えて抑制性伝達物質であるGABAを放出するとの仮説が提唱されている。このグルタミン酸シナプスからのGABA放出は幼弱期にのみ生じ、成熟脳では消失するが、成熟脳でもてんかん原性の獲得に伴い再出現することから、神経伝達物質モダリティーの可塑性としても興味深い。本研究では、このうち幼弱期海馬苔状線維シナプスにおける「グルタミン酸・GABA共放出仮説」の妥当性について詳細な電気生理的・免疫組織化学的な再検討を行い、「グルタミン酸・GABA共放出仮説」を棄却する結果を得た。すなわち、これまでに報告された歯状回顆粒細胞層刺激によるGABA性IPSPは抑制性介在ニューロンの共刺激によるものであり、弱い刺激強度を用いて苔状線維を選択的に刺激した際にはIPSPは生じなかった。また、グルタミン酸シナプスである苔状線維終末にはGABAおよび合成酵素GADがわずかに発現するが、小胞放出に不可欠なVGATはほとんど発現していなかった。幼弱期の海馬苔状線維終末はGABAを合成することができるが、放出できないと考えた。今後は、もう一つの興味深い仮説である、てんかん原性獲得に伴う成体脳でのGABA放出の再出現の可能性について、電気生理学的な解析ならびにGABAシグナリングに関わるGABA、GAD、VGATなどの分子の免疫組織学的解析により検討していきたい。
• Examination of co-release hypothesis of glutamate and GABA at the hippocampal mossy fiber synapse

  Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research

  Date (from‐to) : 2005 -2007 

  Author : KAMIYA Haruyuki, KAMIYA Haruyuki

   

  Recent studies suggested that hippocampal mossy fiber terminals of young rodents release GABA in addition to glutamate. In this study, we examined the exact cellular mechanisms underlying co-release of GABA and glutamate using whole cell recordings in hippocampal slices as well as immunohistochemistry in young mice (P14-P21). Strong stimulus to the granule cell layer of dentate gyrus reliably elicited IPSCs in CA3 neurons in the presence of glutamate receptor antagonists 10μM CNQX and 25μM D-AP5. These putative monosynaptic IPSCs were abolished by further application of GABA_A receptor antagonist 100μM picrotoxin. In contrast, weak stimulus to the granule cell layer never elicited IPSCs in the presence of CNQX and D-AP5. The differential effects of the glutamate receptor antagonists between strong and weak stimuli suggested that some additional cellular components were recruited by the strong stimulus of the granule cell layer. We also examined localization of GABA and the GABA-synthesizing enzyme GAD immunohistochemically, and found that GABA and GAD were expressed weakly at the mossy fiber terminals. However, vesicular GABA transporter VGAT was not detected within the terminals. These results suggested that strong stimulus to the granule cell layer causes apparent monosynaptic IPSCs by stimulating inhibitory interneurons in addition to mossy fibers, and the hippocampal mossy fiber terminals themselves may not release GABA in young mouse.
• 海馬シナプスにおけるグルタミン酸・GABA共放出のメカニズム

  文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究)

  Date (from‐to) : 2005 -2005 

  Author : 神谷 温之

   

  本研究では、幼弱期苔状線維シナプスからのグルタミン酸とGABAが共放出されるとする仮説の妥当性について再検討する目的で、苔状線維刺激により単シナプス性IPSCを惹起する条件について、スライスパッチクランプ法による詳細な電気生理学的検討を行った。生後2ないし3週のマウス海馬スライス標本において、歯状回顆粒細胞層の刺激により生じる応答をCA3野ニューロンからホールセルクランプ法により記録した。同一の刺激電極から強い刺激と弱い刺激を交互に与え、グルタミン酸受容体阻害薬(CNQXとAP5)の効果を比較した。弱い刺激によるシナプス応答はCNQXとAP5の投与により完全に消失したのに対し、強い刺激に対する応答の一部は残存し、この成分はGABA_A受容体阻害薬picrotoxinの追加投与により消失した。また、苔状線維軸索通過部のCA3野透明層の電気刺激による応答は、多くの場合CNQXとAP5により完全に消失せず、picrotoxinの追加投与により消失した。顆粒細胞層の刺激により生じる単シナプス性IPSCは、強い刺激により苔状線維以外、おそらく抑制性介在ニューロンを刺激し、順向性あるいは軸索反射の機構を介してCA3野ニューロンに単シナプス性IPSCを生じたと考えられた。歯状回顆粒細胞層の弱い刺激で選択的に苔状線維を刺激した際には単シナプス性IPSCを生じなかったことから、苔状線維シナプス自身はGABAを放出しない可能性が高い。幼弱期の苔状線維シナプスからグルタミン酸に加えてGABAが共放出されるという仮説は、不適切な実験条件によるアーチファクトであると考えた。
• 海馬シナプス前終末に発現するイオンチャンネル型ATP受容体の作用機構

  文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究)

  Date (from‐to) : 2004 -2005 

  Author : 神谷 温之

   

  当初の解析対象とした海馬苔状線維シナプス前部のATP受容体は、本研究開始後に免疫組織学的検索に用いた抗体の特異性に由来するアーチファクトであることが判明したため、今年度は同じくシナプス前部に発現するGABA_A受容体の機能を解析し、これがニューロン・グリア連関により制御されうるかについて検討することとした。シナプス前GABA_A受容体の活性化機構として、(1)苔状線維終末自身からの自己回帰的活性化、(2)抑制性介在ニューロンからのスピルオーバーによる異シナプス性活性化、(3)定常的なGABAによる持続的活性化、などの機構が想定されるが、いずれもGABA取り込みにより強く制御されると予想され、その制御機構を明らかにすることはGABAを介したニューロン・グリア連関の理解に有用であると考えられる。本研究では、苔状線維シナプス前GABA_A受容体の機能的意義を明らかにする目的で、苔状線維終末自身がGABA供給源として妥当か否かについて検討した。歯状回顆粒細胞層に強い刺激を与えるとCA3野ニューロンにグルタミン酸受容体阻害薬(CNQXとAP5)存在下で単シナプス性IPSCを生じたが、弱い刺激で選択的に苔状線維のみを刺激した際には単シナプス性IPSCは生じなかったから、苔状線維シナプス自身はGABAを放出しない可能性が高い。幼弱期の苔状線維シナプスからグルタミン酸に加えてGABAが共放出されるという仮説は、不適切な実験条件によるアーチファクトであると考えられた。
• シナプス前カイニン酸受容体による海馬苔状線維終末内カルシウム動態の増幅機構

  文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究)

  Date (from‐to) : 2004 -2004 

  Author : 神谷 温之

   

  海馬CA3野苔状線維シナプスにおけるNMDA受容体非依存性のシナプス前性長期増強(long-tempotentiation : LTP)の誘発には、繰り返し刺激に伴うシナプス前部でのカルシウム濃度上昇が重要な役割を果たす。本研究では、苔状線維シナプスに特異的に発現するカイニン酸受容体がLTP誘発時のシナプス前終末内カルシウム動態を制御する可能性について検討した。AMPA型およびカイニン酸型受容体の非特異的阻害剤であるCNQXは、単発刺激によるシナプス前部でのカルシウム上昇に影響を与えなかったが、LTPを誘発する100Hz1秒の高頻度刺激によるシナプス前カルシウム上昇を部分的に抑制した。AMPA型受容体の選択的阻害剤であるGYKIは単発および高頻度刺激に対する応答にほとんど影響を与えなかった。海馬苔状線維の繰り返し刺激に伴いカイニン酸受容体が活性化されてシナプス前部でのカルシウム動態を活動依存的に増幅し、苔状線維シナプスにおけるシナプス前性LTPの誘発に促進的に作用するという機序が考えられた。また、この研究を進めるなかで、苔状線維終末には機能的なリアノジン受容体が特異的に存在し、カルシウム誘発性カルシウム放出の機構を介して、繰り返し刺激によるシナプス前部でのカルシウム動態を増幅することを見出した。さらに、カイニン酸受容体とリアノジン受容体の二つのシナプス前終末内カルシウム動態増幅機構の時間経過を比較したところ、カイニン酸受容体成分のほうがリアノジン受容体成分より活性化・脱活性化ともに速やかに起こることを見出した。
• Roles of presynaptic calcium stores at hipporampal mossy fiber synapse

  Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research

  Date (from‐to) : 2003 -2004 

  Author : KAMIYA Haruyuki

   

  Ryanodine receptors mediate Ca^<2+> release from intracellular stores and regulate various functions of neuronal and non-neuronal cells. To investigate the roles of ryanodine receptors in activity-dependent modulation of presynaptic Ca^<2+> dynamics, we adopted optical methods to selectively monitor Ca^<2+> concentrations in the presynaptic terminals of mossy fiber-CA3 synapse in the hippocampus. Fluorescent Ca^<2+> indicator rhod-2 AM was locally injected into the axon bundles mossy fibers at stratum lucidum of CA3 region, resulting in selective labeling of the mossy fibers. Fluorescence intencity at the synaptic sites was monitored to assess the Ca^<2+> levels in the presynaptic terminals. Application of ryanodine receptor blacker TMB-8 selectively suppressed the presynaptic Ca^<2+> transient evoked by high frequency stimulation of the mossy fibers. We also investigated the effect of caffeine, which induces Ca^<2+> release from intracellular store through ryanodine receptors, on the synaptic transmission at mossy fiber-CA3 synapse. Application of caffeine caused robust enhancement of the field EPSPs, and this synaptic enhancement was accompanied by a marked reduction of paired-pulse facilitation. These results suggested that ryanodine receptors are present in the presynaptic terminals of the hippocampal mossy fiber synapses, and Ca^<2+> release from the intracellular stores plays a pivotal role in regulation of presynaptic Ca^<2+> dynamics as well as synaptic plasticity at this synapse.
• シナプス前終末内カルシウムストアによる中枢シナプス可塑性の調節機構

  文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究)

  Date (from‐to) : 2003 -2004 

  Author : 神谷 温之

   

  カルシウムイオンは、シナプス前終末からの伝達物質放出に必須であるばかりでなく、その活動依存的な調節機構にも重要な役割を果たしている。シナプス前部でのカルシウム動態を制御する因子のうち、細胞内カルシウムストアの役割に関しては不明な点が多い。本研究ではリアノジン受容体を介した細胞内カルシウムストアからのカルシウム放出機構がシナプス前終末内カルシウム動態の調節に関与する可能性について、海馬CA3野苔状線維シナプスを対象として検討を行った。苔状線維シナプス前終末における細胞内ストアからのカルシウム放出がシナプス可塑性の誘発に寄与しうるかについて検討するために、リアノジン受容体からのカルシウム放出を促進するカフェインの作用を検討した。苔状線維シナプス伝達はカフェイン投与により著明に亢進し、また、カフェイン除去後は長期抑圧を示した。リアノジン受容体が長期可塑性の誘発を直接的に制御しうることが示された。また、その機序を明らかにするために、光学的に苔状線維シナプス前部のカルシウム動態を測定した。リアノジン受容体を介した細胞内ストアからのカルシウム放出を阻害するTMB-8を投与すると、単発刺激によるシナプス前部でのカルシウム上昇にはほとんど影響を与えず、高頻度刺激によるカルシウム上昇を選択的に抑制した。苔状線維終末に発現するリアノジン受容体がカルシウム誘発性カルシウム放出(calcium-induced calcium release ; CICR)の機構を介して繰り返し刺激によるシナプス前部でのカルシウム動態を増幅する可能性が考えられた。
• シナプス前カイニン酸受容体による海馬苔状線維シナプス可塑性の制御機構

  文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究)

  Date (from‐to) : 2003 -2003 

  Author : 神谷 温之

   

  カイニン酸型グルタミン酸受容体が高密度に発現する海馬CA3野苔状線経シナプスでは、入力線維の繰り返し刺激に伴いNMDA受容体非依存性のシナプス前性長期増強(long-tem potentiation : LTP)および長期抑圧(long-term depression : LTD)を示す。これらの長期可塑性の誘発には、繰り返し刺激に伴うシナプス前部でのカルシウム濃度上昇が重要な役割を果たすと考えられている。本研究では、苔状繊維シナプスに特異的に発現するシナプス前カイニン酸受容体が長期可塑性誘発時のシナプス前終末内カルシウム動態を制御する可能性について、シナプス前終末カルシウムイメージング法および電気生理学的手法により検討した。軸索標識法によりマウス海馬スライス標本の苔状線維シナプス前部に選択的に蛍光カルシウム指示薬を負荷し、苔状線維に単発あるいは高頻度の繰り返し電気刺激を与えた際のシナプス前部でのカルシウム動態を測定した。AMPA型およびカイニン酸型受容体の非特異的阻害剤であるCNQXは、単発刺激によるシナプス前部でのカルシウム上昇に影響を与えなかったが、LTPを誘発する100Hzl秒の高頻度刺激によるシナプス前カルシウム上昇を部分的に抑制した。AMPA型受容体の選択的阻害剤であるGYKIは単発および高頻度刺激に対する応答にほとんど影響を与えなかった。海馬苔状線維の繰り返し刺激に伴い放出されたグルタミン酸によりシナプス前カイニン酸受容体が活性化され、シナプス前部でのカルシウム動態を活動依存的に増幅し、苔状線維シナプスにおけるシナプス前性LTPの誘発に促進的に作用するという機序が考えられた。
• 海馬苔状線維終末におけるカルシウム動態の可塑性メカニズム

  文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(C))

  Date (from‐to) : 2001 -2002 

  Author : 神谷 温之

   

  入力線維に繰り返し刺激を与えると、シナプス前終末からの伝達物質放出量が一過性に変化する。この活動依存的なシナプス伝達効率の変化は短期シナプス可塑性と呼ばれ、神経系における時間情報処理において重要な意義を持つ。短期可塑性のメカニズムとして、これまでKatzらにより提唱されたいわゆる「残存カルシウム仮説」による説明がなされてきた。これに対し我々は、著明な短期可塑性を示す海馬苔状線維シナプスにおいて、入力線維刺激に伴うシナプス前終末内カルシウム変化量が活動依存的に増大するというシナプス前部での新たな可塑性メカニズムを見出した。この苔状線維終末におけるシナプス前カルシウム動態の短期可塑性はCA3野シナプスの顕著な活動依存性を補償する独自のメカニズムと考えられる。想定される可能性として、(1)活動電位波形の延長あるいは電位依存性カルシウムチャンネルの促通によるカルシウム流入量の増大、(2)苔状線維終末内カルシウムストアからの(極めて高速な)カルシウム誘発性カルシウム放出(CICR)の寄与、(3)内在性カルシウム緩衝系としての高親和性カルシウム結合蛋白の飽和、などがあげられる。本研究では、光学的測定法により苔状線維終末内カルシウム動態を測定し、上記の可能性について検討した。二発刺激に伴ってカルシウム変化量は増加したが、カルシウム動態の時間経過に変化は認められなかった。また、膜透過型カルシウムキレート剤EGTA-AM投与により二発刺激に伴うカルシウム変化量の増加率は変化しなかった。これらの結果より、シナプス前カルシウム動態の短期可塑性はカルシウム流入量の増大によるものであり、CICRや内在性カルシウム緩衝系の飽和は関与しないと推定した。
• 神経終末パッチクランプ法による海馬苔状線維シナプス可塑性メカニズムの解析

  文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究(A), 特定領域研究)

  Date (from‐to) : 2001 -2002 

  Author : 神谷 温之

   

  入力線維に繰り返し刺激を与えると、シナプス前終末からの伝達物質放出量が一過性に変化する。この活動依存的なシナプス伝達効率の変化は短期シナプス可塑性と呼ばれ、神経系における時間情報処理において重要な意義を持つ。短期可塑性のメカニズムとして、これまでKatzらにより提唱されたいわゆる「残存カルシウム仮説」による説明がなされてきた。これに対し我々は、著明な短期可塑性を示す海馬苔状線維シナプスにおいて、入力線維刺激に伴うシナプス前終末内カルシウム変化量が活動依存的に増大するというシナプス前部での新たな可塑性メカニズムを見出した。この苔状線維終末におけるシナプス前カルシウム動態の短期可塑性はCA3野シナプスの顕著な活動依存性を補償する独自のメカニズムと考えられる。想定される可能性として、(1)活動電位波形の延長あるいは電位依存性カルシウムチャンネルの促通によるカルシウム流入量の増大、(2)苔状線維終末内カルシウムストアからの(極めて高速な)カルシウム誘発性カルシウム放出(CICR)の寄与、(3)内在性カルシウム緩衝系としての高親和性カルシウム結合蛋白の飽和、などがあげられる。本研究では、光学的測定法により苔状線維終末内カルシウム動態を測定し、上記の可能性について検討した。二発刺激に伴ってカルシウム変化量は増加したが、カルシウム動態の時間経過に変化は認められなかった。また、膜透過型カルシウムキレート剤EGTA-AM投与により二発刺激に伴うカルシウム変化量の増加率は変化しなかった。これらの結果より、シナプス前カルシウム動態の短期可塑性はカルシウム流入量の増大によるものであり、CICRや内在性カルシウム緩衝系の飽和は関与しないと推定した。
• 神経終末活動の可視化によるシナプス可塑性メカニズムの解明

  文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究(A))

  Date (from‐to) : 2000 -2001 

  Author : 神谷 温之

   

  海馬CA3野苔状線維シナプスにおける長期増強(Long-term potentiation; LTP)は、シナプス後細胞でのNMDA受容体活性化を必要とせず、シナプス前部でのアデニル酸シクラーゼ活性化により苔状線維終末内のサイクリックAMP濃度が上昇し、サイクリックAMP依存性リン酸化酵素による何らかの基質タンパクのリン酸化により伝達物質放出量の持続的増加を引き起こすとの仮説が想定されている。本研究では、苔状線維シナプスにおけるシナプス前性LTPにおいて伝達物質放出に関わるどの素過程が修飾されるかを調べる目的で、シナプス前部へのカルシウム流入および微小EPSC(興奮性シナプス後電流)に対する高頻度刺激の効果を検討した。マウス海馬スライス標本において入力線維層に局所的に注入した細胞膜透過型蛍光カルシウム指示薬(rhod2-AM)が軸索内に取り込まれシナプス前終末まで輸送される。このような標本で蛍光強度を指標にシナプス前終末内カルシウム濃度変化を測定し、同時に興奮性シナプス後電位(EPSP)も記録した。苔状線維に高頻度刺激(100Hz 1秒)を与えるとEPSP振幅は持続的に増大しLTPが誘発されたが、同時に記録したシナプス前部へのカルシウム流入は変化しなかった。また、微小EPSCの平均頻度は約2倍に増加したが、平均振幅には変化がみられなかった。これらの結果から、苔状線維シナプスにおけるLTPの発現に伴いシナプス前終末へのカルシウム流入量は変化せず、カルシウム流入以降の開口放出機構の促進が関与すると考えられた。また、これらの研究を進める中で、海馬CA3野苔状線維シナプスにおいて100ミリ秒以内に繰り返し刺激を与えるとシナプス前終末へのカルシウム流入量が一過性に増加するという新たな可塑性メカニズムを見出し、現在その機序について解析を進めている。
• 光学的測定による海馬苔状線維シナプス長期増強の誘発・発現機構の解析

  文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究(A))

  Date (from‐to) : 2000 -2000 

  Author : 神谷 温之

   

  海馬CA3野苔状線維シナプスにおける長期増強(Long-term potentiation;LTP)は、シナプス後細胞でのNMDA受容体活性化を必要とせず、シナプス前部でのアデニル酸シクラーゼ活性化により苔状線維終末内のサイクリックAMP濃度が上昇し、サイクリックAMP依存性リン酸化酵素による何らかの基質タンパクのリン酸化により伝達物質放出量の持続的増加を引き起こすとの仮説が想定されている。本研究では、苔状線維シナプスにおけるシナプス前性LTPにおいて伝達物質放出に関わるどの素過程が修飾されるかを調べる目的で、シナプス前部へのカルシウム流入および微小EPSC(興奮性シナプス後電流)に対する高頻度刺激の効果を検討した。マウス海馬スライス標本において入力線維層に局所的に注入した細胞膜透過型蛍光カルシウム指示薬(rhod 2-AM)が軸索内に取り込まれシナプス前終末まで輸送されることを利用して苔状線維シナプスのシナプス前部だけに選択的に蛍光カルシウム指示薬を負荷することができる。このような標本において蛍光強度を指標にシナプス前終末内カルシウム濃度変化を測定し、同時に興奮性シナプス後電位(EPSP)も記録した。苔状線維に高頻度刺激(100Hz 1秒)を与えるとEPSP振幅は持続的に増大しLTPが誘発されたが、同時に記録したシナプス前部へのカルシウム流入を反映する蛍光シグナルは変化しなかった。また、微小EPSCの平均頻度は約2倍に増加したが、平均振幅には変化がみられなかった。これらの結果から、苔状線維シナプスにおけるLTPの発現に伴いシナプス前終末へのカルシウム流入量は変化せず、カルシウム流入以降の開口放出機構の促進が関与すると考えられた。
• 神経終末内カルシウムと開口放出の同時測定による海馬苔状線維シナプス可塑性の解析

  文部科学省：科学研究費補助金(奨励研究(A))

  Date (from‐to) : 1999 -2000 

  Author : 神谷 温之

   

  海馬CA3野苔状線維シナプスにおける長期増強(Long-term potentiation;LTP)は、シナプス後細胞でのNMDA受容体活性化を必要とせず、シナプス前部でのアデニル酸シクラーゼ活性化により苔状線維終末内のサイクリックAMP濃度が上昇し、サイクリックAMP依存性リン酸化酵素による何らかの基質タンパクのリン酸化により伝達物質放出量の持続的増加を引き起こすとの仮説が想定されている。本研究では、苔状線維シナプスにおけるシナプス前性LTPにおいて伝達物質放出に関わるどの素過程が修飾されるかを調べる目的で、シナプス前部へのカルシウム流入および微小EPSC(興奮性シナプス後電流)に対する高頻度刺激の効果を検討した。マウス海馬スライス標本において入力線維層に局所的に注入した細胞膜透過型蛍光カルシウム指示薬(rhod 2-AM)が軸索内に取り込まれシナプス前終末まで輸送されることを利用して苔状線維シナプスのシナプス前部だけに選択的に蛍光カルシウム指示薬を負荷することができる。このような標本において蛍光強度を指標にシナプス前終末内カルシウム濃度変化を測定し、同時に興奮性シナプス後電位(EPSP)も記録した。苔状線維に高頻度刺激(100Hz 1秒)を与えるとEPSP振幅は持続的に増大しLTPが誘発されたが、同時に記録したシナプス前部へのカルシウム流入を反映する蛍光シグナルは変化しなかった。また、微小EPSCの平均頻度は約2倍に増加したが、平均振幅には変化がみられなかった。これらの結果から、苔状線維シナプスにおけるLTPの発現に伴いシナプス前終末へのカルシウム流入量は変化せず、カルシウム流入以降の開口放出機構の促進が関与すると考えられた。
• シナプス前終末ミトコンドリア内カルシウム動態の可視化とシナプス可塑性

  文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究(A))

  Date (from‐to) : 1998 -1998 

  Author : 神谷 温之

   

  海馬での長期増強現象(long-tem potentiation;LTP)に代表される中枢シナプス伝達の長期可塑性は、学習・記憶の基礎過程と考えられている。海馬CA1野シナプスで見られるLTPに関してはその誘発・発現機構が詳細に解析され、シナプス後細胞でのNMDA受容体の活性化が必須であることが示されている。これに対しCA3野苔状線維シナプスで見られるLTPはNMDA受容体の活性化を必要とせず、シナプス前部での誘発機構が推定されている。しかしながら一般的に中枢神経系におけるシナプス前終末は極めて小さく、スライス標本においてその活動状態を直接測定しシナプス前性の調節機序について詳細な解析を行うことはこれまで困難であった。本研究では、シナプス前性の可塑性誘発機構を検討するために、海馬スライス標本においてシナプス前終末部だけに選択的に蛍光カルシウム指示薬を負荷する方法を開発し、顕著な可塑性を示すCA1野およびCA3野シナプスでのシナプス前終末内カルシウム動態とEPSP(興奮性シナプス後電位)の同時測定を可能にした。特にCA3野では入力線維の単一刺激によるCa^<2+>上昇が単一シナプス前終末レベルで測定可能であった。現在この手法を用いてCA3野苔状線維シナプスでみられるシナプス前性LTPの発現機構について解析を試みている。また同様の手法を利用して、CA3野シナプスにおける代謝調節型グルタミン酸受容体を介したシナプス前抑制機構がシナプス前終末へのカルシウム流入の減少によることを明らかにした。また、同じくCA3野苔状線維シナプスにおいてシナプス前部にカイニン酸型グルタミン酸受容体が発現し、伝達物質放出を調節していることも明らかにした。 現在、CA3野シナプスに二種類の自己受容体(カイニン酸受容体と代謝調節型グルタミン酸受容体)が共存することの生理的意義について検討を行っている。
• 海馬苔状線維終末に発現するシナプス前カイニン酸型グルタミン酸受容体の機能

  文部科学省：科学研究費補助金(特定領域研究(A))

  Date (from‐to) : 1998 -1998 

  Author : 神谷 温之

   

  海馬CA3野苔状線維シナプスはカイニン酸受容体を高密度に発現している。これまでに、苔状線維の高頻度刺激に応じてシナプス後部のカイニン酸受容体が活性化され緩徐な興奮性シナプス後電位(slow EPSP)の発生に寄与することが示されているが、シナプス前部のカイニン酸受容体の機能については明らかでない。本研究では、カイニン酸受容体活性化がシナプス前性の作用を示す可能性について検討した。マウス海馬スライス標本において苔状線維の電気刺激により生じるフィールド電位変化を細胞外記録法により記録した。低濃度(0.2μM)のカイニン酸投与によりフィールドEPSPは抑制され、このときシナプス前線維集合活動電位(presynaptic volley)は可逆的に増大した。低Ca^<2+>液中で単離して測定したシナプス前線維集合活動電位も同様にカイニン酸により増大し、この作用はカイニン酸受容体脱感作剤SYM2081により抑制された。これらの結果から、苔状線維シナプスにおいてカイニン酸受容体活性化はシナプス前線維の興奮性を亢進する作用を示すと考えられた。海馬CA3野はカイニン酸受容体サブユニットの多くを発現し、カイニン酸投与により過剰な興奮状態である発作波を発生することが知られている。これまでに報告された苔状線維シナプス後部の興奮作用とともに、本研究で明らかにされたシナプス前部のカイニン酸受容体を介した苔状線維入力の興奮性亢進が協同的に作用し、カイニン酸による過興奮状態に寄与する可能性が考えられた。
• 海馬苔状線維終末に発現するシナプス前カイニン酸型グルタミン酸受容体の機能

  文部科学省：科学研究費補助金(奨励研究(A))

  Date (from‐to) : 1997 -1998 

  Author : 神谷 温之

   

  海馬CA3野苔状線維シナプスはカイニン酸受容体を高密度に発現している。これまでに、苔状線維の高頻度刺激に応じてシナプス後部のカイニン酸受容体が活性化され緩徐な興奮性シナプス後電位(slow EPSP)の発生に寄与することが示されているが、シナプス前部のカイニン酸受容体の機能については明らかでない。本研究では、カイニン酸受容体活性化がシナプス前性の作用を示す可能性について検討した。マウス海馬スライス標本において苔状線維の電気刺激により生じるフィールド電位変化を細胞外記録法により記録した。低濃度(0.2μM)のカイニン酸投与によりフィールドEPSPは抑制され、このときシナプス前線維集合活動電位(presynapticvolley)は可逆的に増大した。低Ca^<2+>液中で単離して測定したシナプス前線維集合活動電位も同様にカイニン酸により増大し、この作用はカイニン酸受容体脱感作剤SYM2081により抑制された。これらの結果から、苔状線維シナプスにおいてカイニン酸受容体活性化はシナプス前線維の興奮性を亢進する作用を示すと考えられた。 海馬CA3野はカイニン酸受容体サブユニットの多くを発現し、カイニン酸投与により過剰な興奮状態である発作波を発生することが知られている。これまでに報告された苔状線維シナプス後部の興奮作用とともに、本研究で明らかにされたシナプス前部のカイニン酸受容体を介した苔状線維入力の興奮性亢進が協同的に作用し、カイニン酸による過興奮状態に寄与する可能性が考えられた。
• シナプス前カイニン酸型グルタミン酸受容体による海馬苔状線維シナプス伝達の強化

  文部科学省：科学研究費補助金(重点領域研究)

  Date (from‐to) : 1997 -1997 

  Author : 神谷 温之

   

  イオンチャンネル共役型グルタミン酸受容体のうちAMPA型受容体は興奮性シナプス伝達に、NMDA型受容体はシナプス可塑性に必須な分子であることが明らかになったが、カイニン酸型受容体の機能については不明な点が多い。本研究では海馬スライス標本においてシナプス伝達とシナプス前終末内Ca^<2+>動態の電気生理的及び光学的同時計測を行い、CA1野シナプスでのシナプス前カイニン酸型受容体の作用機序について検討を行った。海馬スライス標本に低濃度(1μM)のカイニン酸を投与するとCA1野シナプスでのEPSPが可逆的に抑制された。このとき二発刺激による促通(paired-pulse facilitation;PPF)が増大したことから、カイニン酸の作用はシナプス前性の変化(伝達物質放出の減少)を伴うものと考えられた。さらに、このシナプス前カイニン酸受容体の作用機序を明らかにする目的でシナプス前終末内Ca^<2+>動態に対するカイニン酸の効果を調べた。スライス標本において入力線維層に蛍光Ca^<2+>指示薬のAM誘導体(rhod2-AMなど)を局所的に注入するとシナプス前部だけに選択的に蛍光Ca^<2+>指示薬を負荷することが可能である。このような標本において計測したシナプス前終末へのCa^<2+>流入を反映する蛍光強度変化もカイニン酸によりEPSPと同様の時間経過で抑制された。このときEPSPとCa^<2+>流入の抑制の程度は同様にシナプス性にシナプス伝達を抑制すると考えられる低Ca^<2+>液中で測定されたものとほぼ等しかった。このことからカイニン酸は主にシナプス前終末へのCa^<2+>流入を抑制することによりCA1野シナプス伝達を抑制するものと考えられた。
• 海馬単一神経終末イメ-ジングによるシナプス前カルシウム・ストアの研究

  文部科学省：科学研究費補助金(奨励研究(A))

  Date (from‐to) : 1996 -1996 

  Author : 神谷 温之

   

  海馬スライス標本を用いたシナプス前カルシウム測定法の時間的・空間的分解能を改善し、ミリ秒ないし単一神経終末レベルでの測定を可能にした。蛍光カルシウム指示薬rhod-2のAM誘導体を入力線維層に注入するとスライス標本においてシナプス前終末部だけに選択的にrhod-2を負荷することができる。特にCA3野苔状線維シナプスでは中枢シナプスとしては大型な単一神経終末(径3〜5μm)を蛍光観察することが可能である。このように処理した標本において、活動電位に伴うカルシウム流入の様なミリ秒レベルの速い変化を検出するためにベッセル型フィルターを用いた高速低雑音測定系の開発を試みた。フォトダイオードで測定した蛍光シグナルをベッセル型高域遮断フィルターを通過させノイズを軽減させると、入力線維の単一電気刺激に応じて上昇時間が数ミリ秒程度の速い蛍光シグナルの増加を測定することが可能である。また、上記のシナプス前カルシウム測定法を用いて、海馬シナプスにおけるグルタミン酸自己受容体の作用機構を検討した。CA1野シャーファー側枝シナプスでは代謝調節型グルタミン酸受容体(mGluR)を介してグルタミン酸の放出が低下するが、この作用はシナプス前終末へのカルシウム流入の低下によることを明らかにした。また、CA3野苔状線維シナプスではCA1野とは異なるmGluRサブタイプ(mGluR2/3)が選択的に発現し伝達物質放出を抑制することを示した。さらにこのCA3野でのmGluR2/3によるシナプス前抑制機構は、Cキナーゼ及びcyclic AMPを介して抑制されることを明らかにした。海馬神経回路の機能がその活動状態に応じてhomosynapticないしheterosynapticに複雑な制御を受けている可能性が示唆された。
• 海馬単一神経終末イメ-ジングによる中枢シナプス強化機構の研究

  文部科学省：科学研究費補助金(重点領域研究)

  Date (from‐to) : 1996 -1996 

  Author : 神谷 温之

   

  海馬における活動依存性のシナプス伝達強化機構を検討する目的で、シナプス前部に存在するグルタミン酸自己受容体の作用機構を検討した。海馬の主な興奮性シナプスでは放出されたグリタミン酸がシナプス前部にも作用し自らの放出を調節していることが知られている(グルタミン酸自己受容体)。この自己受容体は興奮性シナプス伝達をフィードバックあるいはフィードフォワード的に調節する可能性があり、その作用機構を明らかにすることは活動依存的なシナプス可塑性の機序を知る上で重要であると考えられる。そこで申請者が開発した海馬スライス標本におけるシナプス前カルシウム測定法を用いて、海馬シナプスにおけるグルタミン酸自己受容体の作用機構について検討した。CA1野シャーファー側枝シナプスでは代謝調節型グルタミン酸受容体(mGluR)を介してグルタミン酸の放出が低下するが、この作用はシナプス前終末へのカルシウム流入の低下によることを明らかにした。また、CA3野苔状線維シナプスではCA1野シナプスとは異なるmGluRサブタイプ(mGluR2/3)が選択的に発現し伝達物質放出を抑制することを示した。さらにこのCA3野でのmGluR2/3によるシナプス前抑制機構は、Cキナーゼ及びcyclic AMPを介して抑制されることを明らかにした。これらの結果から、海馬神経回路の機能がその活動状態に応じてhomosynapticないしheterosynapticに複雑な制御を受けている可能性が示唆された。
• 神経終末内カルシウム貯蔵部位によるシナブス可塑性の調節

  文部科学省：科学研究費補助金(奨励研究(A))

  Date (from‐to) : 1995 -1995 

  Author : 神谷 温之

   

  中枢シナブス可塑性における神経終末内カルシウム貯蔵部位の役割を検討する目的で、海馬スライス標本を用いた神経終末内カルシウム(Ca^<2+>)濃度測定法の開発を試みた。入力線維層組織内に局所的に注入した細胞膜透過型蛍光Ca^<2+>指示薬rhod2-AMが軸索内に取り込まれ神経終末まで輸送されることを利用して、CA1野シャーファー側枝シナプスおよびCA3野苔状線維シナプスにおける入力線維の選択的な蛍光標識が可能であった。特に苔状線維シナプスではCA3野透明層において直径2〜3μmと中枢シナプスとしては大型な単一苔状線維終末が観察できた。このような標本においてシナプス部位(CA1野放線層またはCA3野透明層)から単一フォトダイオードを用いて蛍光強度を測定し入力線維層に単一電気刺激を与えると一過性の蛍光強度の増加が測定された。この蛍光強度増加はグルタミン酸受容体阻害剤(CNQX,AP5およびMCPG)を用いてシナプス伝達をシナプス後性に遮断しても減弱せず、活動電位に伴うシナプス前部(神経終末)へのCa^<2+>流入を反映すると考えられた。上述した神経終末内Ca^<2+>濃度測定法を用いてこれまでに、CA1野シャーファー側枝シナプスにおける代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)アゴニストのシナプス前抑制作用が神経終末へのCa^<2+>流入の低下によることを明らかにした。また、この問題と関連して、CA3野苔状線維シナプスではCA1野シナプスとは異なるmGluRサブタイプ(mGluR2またはmGluR3)が選択的に発現している可能性を示した。
• 細胞内カルシウム放出機構による中枢シナプス可塑性の調節

  文部科学省：科学研究費補助金(重点領域研究)

  Date (from‐to) : 1995 -1995 

  Author : 神谷 温之, 山本 長三郎

   

  中枢シナプス可塑性における神経終末内カルシウム貯蔵部位の役割を検討する目的で、海馬スライス標本を用いた神経終末内カルシウム(Ca^<2+>)濃度測定法の開発を試みた。入力線維層組織内に局所的に注入した細胞膜透過型蛍光Ca^<2+>指示薬rhod 2‐AM が軸索内に取り込まれ神経終末まで輸送されることを利用して、CA1野シャーファー側枝シナプスおよびCA3野苔状線維シナプスにおける入力線維の選択的な蛍光標識が可能であった。特に苔状線維シナプスではCA3野透明層において直径2〜3μmと中枢シナプスとしては大型な単一苔状線維終末が観察できた。このような標本においてシナプス部位(CA1野放線層またはCA3野透明層)から単一フォトダイオードを用いて蛍光強度を測定し入力線維層に単一電気刺激を与えると一過性の蛍光強度の増加が測定された。この蛍光強度増加はグルタミン酸受容体阻害剤(CNQX, AP5およびMCPG)を用いてシナプス伝達をシナプス後性に遮断しても減弱せず、活動電位に伴うシナプス前部(神経終末)へのCa^<2+>流入を反映すると考えられた。上述した神経終末内Ca^<2+>濃度測定法を用いてこれまでに、CA1野シャーファー側枝シナプスにおける代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)アゴニストのシナプス前抑制作用が神経終末へのCa^<2+>流入の低下によることを明らかにした。また、この問題と関連して、CA3野苔状線維シナプスではCA1野シナプスとは異なるmGluRサブタイプ(mGluR2またはmGluR3)が選択的に発現している可能性を示した。
• Modulating Mechanisms of Neurotransmitter Release in Central Synapses --- Investigation by a Quantal Analysis

  Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research

  Date (from‐to) : 1989 -1991 

  Author : YAMAMOTO Chosaburo, KAMIYA Haruyuki, HIGASHIMA Masato

   

  Information on release of neurotransmitter from central synaptic boutons can be obtained only by a rigorous quantal analysis. To establish a quantal analysis method in hippocampus, we developed a technique to activate a single mossy fiber, axon of granule cell, and record excitatory postsynaptic potentials (EPSPS) from a CA3 neuron innervated by the particular granule cell in thin transverse sections of the guinea pig hippocampus. The amplitude distribution of the unitary EPSPs recorded by this method was described by the Pascal statistics. The values of mean quantal content (m) and mean quantal amplitude (q) could be estimated by the maximum likelihood method. Acetylcholine and-norepinephrine administered to the perfusing solution failed to induce reproducible changes in the unitary EPSPS. Baclofen, an agonist of the GABA-B receptor, suppressed the unitary EPSPs reversibly. This suppression was accompanied by decreases in m (14% at 1 muM and 59% at 10 muM baclofen). The q value was decreased by 18% at 1 muM and by 21% at 10muM. These results indicate that the GABA-B receptor at the mossy fiber terminal modulates release of transmitter therefrom. Adenosine suppressed the unitary EPSPs to 57% at 10 muM. Them value was reduced to 51% under the action of adenosine, while no significant changes were detected in q. From these results, it is concluded that the adenosine terminal exerts inhibitory modulating action on release of transmitter.
• パッチクランプ法によるシナプス終末膜カルシウム・チャネル調節機構の研究

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  Date (from‐to) : 1989 -1989 

  Author : 神谷 温之
• シナプス前膜カルシウムチャンネルとシナプス可塑性-パッチクランプ法による研究

  文部科学省：科学研究費補助金(重点領域研究)

  Date (from‐to) : 1989 -1989 

  Author : 山本 長三郎, 神谷 温之

   

  1.出生直前のラット胎仔の海馬体からエキスプラントを採取し、定法に従って培養した。約一週間の培養の後、単-ニュ-ロンにパッチクランプ(whole-cell clamp)用の電極を当て、周囲の神経線維束を電気刺激したところ、約100pAの興奮性シナプス後電流(EPSC)が観察された(0.01mMビキュキュリン存在下)。0.1Hzの刺激頻度において対照のEPSCを記録した後刺激頻度を短時間だけ高め(50HZ,1秒間のテタヌスを10秒間隔で二回)、その後再び0.1Hzの刺激頻度に戻して20-30分観察を続け、長期増強の発生の有無を検討した。約20%の実験において、電流は30%以上増大し、観察している間その状態を保った。この事は、組織培養条件においても入力線維束のテタヌスが長期増強を誘発し得ることを示している。しかし残りの細胞では、EPSCが全く増強しないばかりではなく著しい振幅の減少を示したものがあった。さらに高い確率で安定に長期増強を誘発する条件(電極内液および刺激方法)を見出だすことが今後の実験のために必要であると考えられる。 2.テンジクネズミの海馬体からいろいろな厚さの横断切片をマイクロスライスによって作製し、標準人工液中に保った。一時間以上のインキュベイション後ノマルスキ-顕微鏡下に観察したところ、50μm以下の厚さの切片において、苔状線維の終末と思われる構造が明瞭に認められた。したがってこの材料は、中枢のシナプス前膜のカルシュウムチャンネルの研究に好適であると考えられる。
• 長期増強におけるプロテイン・キナーゼC仮説の検討

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  Date (from‐to) : 1988 -1988 

  Author : 神谷 温之