神経科学：行動時間スケール可塑性における樹状突起の遅延したCaMKIIの確率論的な活性化

行動時間スケールでの可塑性（BTSP）は非ヘッブ型の可塑性であり、行動に関連した時間スケール（数秒）で隔てられているシナプス前成分とシナプス後成分を統合することによって誘導される。海馬CA1ニューロンでのBTSPは、場所細胞形成の基礎をなしている。しかし、行動時間スケールでシナプス特異的な可塑性を可能にする分子機構については明らかにされていない。今回我々は、グルタミン酸の二光子アンケージングと、行動時間スケールで時間的に隔てられたシナプス後電流注入を組み合わせることで、単一の樹状突起スパインにおいてBTSPを誘導できることを示す。改良型のCa²⁺/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII（CaMKII）センサーを用いても、このBTSPの誘導中にCaMKIIの活性化は検出されなかったが、BTSP誘導後10〜100秒に、Ca²⁺流入とプラトー電位に伴う、樹状突起での遅延した確率論的なCaMKII活性化（DDSC）が観察された。DDSCにはシナプス前活動とシナプス後活動の両方が必要であったため、CaMKIIはこれらの2つのシグナルを統合できることが示唆された。また、BTSPプロトコルの15～30秒後にCaMKIIを光遺伝学的に遮断するとシナプス増強が抑制されたことから、DDSCはBTSPに不可欠な機構であることが明らかになった。IP₃依存的な細胞内Ca²⁺の放出は、DDSCとBTSPの両方を促した。従って、本研究は、非シナプス特異的なCaMKIIの活性化は、BTSP中の数十秒以上の長い時間枠を持つ指示的なシグナルを供給していることを示唆している。

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