神経のつなぎ目の個性を1細胞丸ごと可視化する新技術を開発~学習・記憶・脳神経疾患に関わる脳内情報伝達の全容解明に向けて大きな進歩~

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2025-11-11 新潟大学

Web要約 の発言:
新潟大学脳研究所の内ヶ島基政准教授と三國貴康教授らは、神経細胞1個に存在する数千のシナプス(神経のつなぎ目)の“個性”を網羅的に可視化する「1細胞シナプトームマッピング法」を開発した。これにより、各シナプスの強度や分子構成を保持したまま、神経細胞全体における情報伝達の全貌を解析可能にした。マウス脳での実証では、学習や記憶に伴うシナプス変化を高精度にマッピングできた。この技術は、脳の情報処理メカニズムの理解や発達障害・認知症などの病態解明に大きく貢献することが期待される。

神経のつなぎ目の個性を1細胞丸ごと可視化する新技術を開発~学習・記憶・脳神経疾患に関わる脳内情報伝達の全容解明に向けて大きな進歩~(A) 1細胞シナプトームマッピング法のワークフロー。
(B)マウス大脳皮質ニューロンにおける強化シナプスとサイレントシナプスの1細胞内分布への応用。PSD95陽性シナプス(左)における細胞表面GluA2密度の1細胞シナプトームを取得し(中央)、強化シナプス(赤紫)とサイレントシナプス(水色)をマッピングした(右)。

<関連情報>

哺乳類脳における内因性タンパク質サブポピュレーションの単一細胞シナプトームマッピング Single-cell synaptome mapping of endogenous protein subpopulations in mammalian brain

Motokazu Uchigashima,Risa Iguchi,Kazuma Fujii,Kaito Shiku,Pratik Kumar,Xinyi Liu,Mari Isogai,Chiaki Hoshino,Manabu Abe,Motohiro Nozumi,Yosuke Okamura,Michihiro Igarashi,Kenji Sakimura,Ryoma Bise,Luke D. Lavis & Takayasu Mikuni
Nature Communications  Published:11 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-65813-w

Abstract

Different spatial or temporal protein populations, such as cell-surface/intracellular or pre-existing/nascent subpopulations, determine the basal and activity-induced functions of individual synapses within a neuron in vivo. Here, we developed a simple and generalizable platform to image different spatial and temporal subpopulations of endogenous proteins at thousands of synapses in single neurons in the mammalian brain. The platform is based on the development, improvement and integration of CRISPR-Cas9-mediated protein labeling methods, chemical tag labeling techniques, and a semi-automatic analytical pipeline. The combined platform enables whole-cell mapping of total, cell-surface, intracellular, pre-existing, nascent or nascent-and-surface populations of endogenous proteins, such as receptor, scaffold and signaling proteins, at thousands of synapses in individual neurons in living or fixed mouse brain. Our single-cell “synaptome” mapping of endogenous protein subpopulations comprehensively visualizes the spatial representation of synapse diversity in protein localization, trafficking and turnover, providing valuable insights into single-cell organization and computations in the brain.

医療・健康
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