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細胞科学細胞生理学(生理学第一)

研究室概要

我々の教室は名古屋大学医学部創設時に生理学第一講座として発足し，多くの生理学者を輩出してきた歴史ある教室です．現在は教員5名で，2つの研究グループからなっています．久場のグループは脳の神経回路機能が発現するしくみについて聴覚神経系を対象に研究を行っています．中山のグループは腸管の平滑筋やペースメーカー細胞に関する研究とNMRを用いた新たな計測技術の開発を行っています．詳細は下記の研究内容を参照下さい．

研究プロジェクト

（１）久場グループ
我々は脳の神経回路機能が発現するしくみを明らかにすることを目指しています．脳には膨大な数の神経細胞が存在します．さらに個々の神経細胞は樹状突起，細胞体，軸索からなる多様な構造をもち，シナプスによって互いに連絡し合うことで複雑な神経回路を形成しています．このため，システムとしての脳機能を理解するためには，個々の神経細胞やシナプスの特性に加えて，神経回路全体としての働きを総合的に理解することが重要です．しかしながら，神経回路が具体的にどのような神経細胞やシナプスの働きによってその機能を発現するのかについては多くの点で未解決なままです．我々は脳スライス標本でのパッチクランプ法を中心に，イメージング，組織形態学，分子生物学，コンピューターシミュレーションなどの手法も積極的に取り入れながら，この問題に取り組んでいます（図1）．

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1．音源定位の神経回路機構の解明

我々の研究対象は聴覚です．特に，音のくる方向を特定すること（音源定位）に関わる脳幹の聴覚神経回路を対象に研究を行っています（図2）．我々ヒトを含めて，動物は左右の耳に到達する音の僅かな強弱や時間の差をもとに音源定位を行います．音源定位の精度は非常に高く，ヒトでは1度の違いを識別できることが知られています．これは左右の耳に到達する音の時間差として10マイクロ秒に相当します．この時間差は脳幹の聴覚神経回路で検出されます．神経細胞における活動電位の時間幅が通常1ミリ秒であることを考えると，この聴覚神経回路がいかに高い時間解像度をもつかが分かります．我々は脳スライス標本を用いて，この正確な時間差検出が実現されるしくみを調べています.　現在は特に，神経細胞の樹状突起や軸索などの微細構造の働きに着目して研究を進めています．また，音源定位には時間情報だけでなく，音の強さや周波数の情報も利用されることから，これらの情報処理過程とさらにその統合過程についても研究を行っていきたいと思っています．最終的には脳内の空間地図がどのように作られるのかを明らかにすることを目指しています．

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2．軸索起始部の可塑性機構の解明

神経細胞の軸索起始部はNaチャネルが高密度で分布し，活動電位の発生に関わります．我々は上記の聴覚神経回路において，この軸索起始部の分布がシナプス入力に応じて変化するという全く新たな可塑性機構の存在を明らかにしました（図3）．軸索起始部は神経活動の発生部位であることから，この可塑性機構は神経活動を効果的に調節することで，神経回路機能の最適化や維持に関わる可能性が考えられます．従って現在は，この軸索起始部の可塑性の特性，メカニズム，機能意義を調べることにより，特定の神経回路機能が入力依存的に獲得され，維持される分子・細胞基盤を明らかにすることを目指しています．この軸索起始部の可塑性は聴覚系に限らず，脳の様々な領域で恒常性の維持に関わると考えられます．このことから痙攣などの疾患との関係も含め，新たな展開が期待される分野です．

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（２）中山グループ
腸管の平滑筋やペースメーカー細胞に関する研究とNMRを用いた新たな計測技術の開発を行っています．

教員

構成員名役職所属
久場 博司 教授 細胞生理学
中山 晋介 准教授 細胞生理学
安達 良太 助教 細胞生理学
江川　遼 助教 細胞生理学

研究実績

  • 2005年
    1. Kuba H, Yamada R, Fukui I, Ohmori H. Tonotopic specialization of auditory coincidence detection in nucleus laminaris of the chick. J Neurosci, 2005; 25: 1924-1934.
    2. Yamada R, Kuba H, Ishii TM, Ohmori H. Hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated cation channels regulate auditory coincidence detection in nucleus laminaris of the chick. J Neurosci, 2005; 25: 8867-8877.
  • 2006年
    1. Kuba H, Ishii TM, Ohmori H. Axonal site of spike initiation enhances auditory coincidence detection. Nature, 2006; 444: 1069-1072.
  • 2009年
    1. Kuba H, Ohmori H. Roles of axonal sodium channels in precise auditory time coding at nucleus magnocellularis of the chick. J Physiol (Lond), 2009; 587: 87-100.
  • 2010年
    1. Kuba H, Oichi Y, Ohmori H. Presynaptic activity regulates Na+ channel distribution at the axon initial segment. Nature, 2010; 465: 1075-1078.
  • 2011年
    1. Grubb MS, Shu Y, Kuba H, Rasband MN, Wimmer VC, Bender KJ. Short- and long-term plasticity at the axon initial segment. J Neurosci, 2011; 31: 16045-16055.
  • 2012年
    1. Kuba H. Structural tuning and plasticity at the axon initial segment in auditory neurons. J Physiol (Lond), 2012; 590: 5571-5579.
  • 2013年
    1. Yamada R, Okuda H, Kuba H, Nishino E, Ishii TM, Ohmori H. The cooperation of sustained and phasic inhibitions increases the contrast of ITD-tuning in low-frequency neurons of the chick nucleus laminaris. J Neurosci, 2013; 33: 3927-3938.
    2. Okuda H, Yamada R, Kuba H, Ohmori H. Activation of metabotropic glutamate receptors improves the accuracy of coincidence detection by presynaptic mechanisms in the nucleus laminaris of the chick. J Physiol (Lond), 2013; 591: 365-378.
  • 2014年
    1. Kuba H, Adachi R, Ohmori H. Activity-dependent and activity-independent development of the axon initial segment. J Neurosci, 2014; 34: 3433-3453.
  • 2015年
    1. Kuba H, Yamada R, Ishiguro G, Adachi R. Redistribution of Kv1 and Kv7 enhances neuronal excitability during structural axon initial segment plasticity. Nat. Commun. 2015; 6:8815.
    2. Adachi R, Yamada R, Kuba H. Plasticity of the axonal trigger zone. Neuroscientist, 2015; 21: 255-265.
  • 2016年
    1. Yamada R, Kuba H. Structural and Functional Plasticity at the Axon Initial Segment. Front. Cell Neurosci. 2016; 10:250.
    2. Susuki K, Kuba H. Activity-dependent regulation of excitable axonal domains. J. Physiol. Sci. 2016; 66, 99-104.
  • 2018年
    1. Fukaya R, Yamada R, Kuba H. Tonotopic Variation of the T-Type Ca2+ Current in Avian Auditory Coincidence Detector Neurons. J. Neurosci. 2018; 38:335-346.
    2. Akter N, Adachi R, Kato A, Fukaya R, Kuba H. Auditory input shapes tonotopic differentiation of Kv1.1 expression in avian cochlear nucleus during late development. J. Neurosci. 2018; 38:2967-2980.
  • 2019年
    1. Adachi R, Yamada R, Kuba H. Tonotopic Differentiation of Coupling between Ca2+ and Kv1.1 Expression in Brainstem Auditory Circuit. iScience 2019; 13:199-213.
  • 2020年
    1. Al-Yaari M, Yamada R, Kuba H. Excitatory-inhibitory synaptic coupling in avian nucleus magnocellularis. J. Neurosci. 2020; 40:619-631.
    2. Akter N, Fukaya R, Adachi R, Kawabe H, Kuba H. Structural and functional refinement of the axon initial segment in avian cochlear nucleus during development. J. Neurosci. 2020; 40:6709-6721.
  • 2021年
    1. Al-Yaari M, Onogi C, Yamada R, Adachi R, Kondo D, Kuba H. Tonotopic specializations in number, size, and reversal potential of GABAergic inputs fine-tune temporal coding at avian cochlear nucleus. J. Neurosci. 2021; 41:8904-8916
    2. Yamada R, Kuba H. Dendritic synapse geometry optimizes binaural computation in a sound localization circuit. Sci. Adv. 2021; 7:eabh0024
  • 2022年
    1. *Yamada R, *Kuba H Cellular strategies for frequency-dependent computation of interaural time difference. Front. Synaptic. Neurosci 14:891740 (2022).
  • 2023年
    1. Jahan I, Adachi R, Egawa R, Nomura H, *Kuba H CDK5/p35-dependent microtubule reorganization contributes to homeostatic shortening of the axon initial segment. J. Neurosci. 43:359-372 (2023).

研究キーワード

ニューロン、シナプス、可塑性、神経回路、聴覚、パッチクランプ、イメージング

細胞生理学 独自ホームページ

細胞生理学　オープンキャンパス

大学院入学案内

我々の研究室は意欲に溢れた大学院生（修士，博士課程）を募集しています．出身学部は問いません．興味のある方は気軽に久場(kuba[AT]med.Nagoya-u.ac.jp)まで連絡下さい([AT]を@に置き換えて下さい)．教室見学と面談を行います．大学院進学の詳細については以下を参照して下さい（修士課程，https://www.med.nagoya-u.ac.jp/medical_J/admission/master-course/；博士課程，https://www.med.nagoya-u.ac.jp/medical_J/admission/doctral-course/）．

大学院進学者には世界をリードする研究者を目指して欲しいと考えています．研究者には様々な力が必要とされます．例えば，（1）テーマを設定する力，（2）実験計画を立てる力，（3）正確に実験を行う力，（4）根気よく実験を続ける力，（5）問題を克服する力，（6）学会発表や論文などを通して結果を発信する力，さらには（7）独創的な発想とそれを実現する力などがあげられます．これらの力を身につけるためには，高い意識と主体性をもって研究に取り組むことが重要なのは言うまでもありませんが，さらに同じ目標をもつ仲間と積極的に議論を交わすことで互いに切磋琢磨することがとても大切です．従って，我々の研究室では日頃から教員を含めて皆が垣根無く議論できる環境づくりを心がけています．

研究を進めていく上では多様な技術が必要となります．しかしながら，その中で自分の核となる技術をもつことは，研究者としての自分の個性を確立する上で極めて重要です．特に，電気生理は機能を調べる上で最も優れた手法であり，他の手法と組み合わせることにより研究の幅を大きく広げることができます．ポストゲノムは機能解析の時代です．電気生理の知識と技術を習得することは，将来の大きな強みになると思います．

大学院時代は自分を磨く良い機会です．この時期に真剣に研究と向き合い，しっかりとしたものの考え方を身につけることにより，今後に繋がる自分の基礎を築いて欲しいと思います．我々もできる限りサポートしていきたいと思っています．