ニューロンーグリア回路網を介する異シナプス可塑性のモデリング

摘要

長期増強（LTP）、長期抑圧（LTD）といった海馬における活性依存性シナプス可塑性は、学習・記憶に関わる神経回路網におけるキーの細胞メカニズムと考えられている。LTDに関しては、Nishiyamaらは、同シナプス性LTPはNMDAチャネル、膜電位依存性Ca~(2＋)チャネルを介して後シナプス部へ流入するCa~(2＋)により調整されるのに対して、異シナプス性LTDは小胞体から放出されるCa~(2＋)の樹状突起伝搬によって生じることを示唆した。近年、シナプス前ニューロンとシナプス後ニューロンにグリアも関わった三者間の情報伝達がニューロンのもつ情報処理機能に重要な役割をもつとが明らかにされつつあり、特にアストロサイトから放出されるATPは、アデノシンへの分解と相まって、入力を受けていないシナプスでのシナプス抑制（異シナプス性抑制）に関わることを示す実験結果が明らかにされている。これらの実験的知見によって、異シナプス性抑制には1時間以上の長期にわたるものと15分～20分程度で消失する短期の異なる機序があるものと考えられ、本研究では、樹状突起上に二つの棘をもつニューロンとグリアからなるニューロングリア回路網のモデルを構築し、シナプス前入力によりグリアを介して生じる異シナプス性抑制機構とCa~(2＋)の樹状突起上の伝搬によって生じる長期にわたって持続する異シナプス性抑制の、つの異なる発現機構のモデル化を行う。%Activity-dependent synaptic modification in the hippocampus is a key cellular mechanism in neural networks implicated in learning and memory. Nishiyama et al. suggested that homosynaptic long-term depression (LTD) is regulated by postsynaptic Ca~(2+), deriving from Ca~(2+) influx through NMDARs and voltage-dependent Ca~(2+) channels, whereas heterosynaptic LTD is done by Ca~(2+) released from an endoplasmic reticulum (ER). In recent years, involvement of the tripartite synaptic communication between a presynaptic/potsynaptic neuron and a glial cell in nervous information proceedings is keenly discussed. Especially, ATP, released from astrocytes, may be one provable factor of heterosynaptic modification in a postsynaptic neuron, which don't receive any presynaptic input. We proposed the two stage expression model of hetero-synaptic depression. We constructed a simple neuron-glia network model; model neuron has two separated spines on the denrite and surrounding astrocyets; uptake and release mechanisms of glutamate were also incorporated into astrocytes located near two spines.