伊藤が共責任著者*1として協力した共同研究論文”Kv4.2-Positive Domains on Dendrites in the Mouse Medial Geniculate Body Receive Ascending Excitatory and Inhibitory Inputs Preferentially From the Inferior Colliculus”が本日付でFrontiers in NeuroscienceのAuditory Cognitive Neuroscienceの特集号に掲載されました。この論文はオープンアクセスですので、誰でも読むことができます。
The paper of which corresponding author is Ito is published online today on the special issue for Auditory Cognitive Neuroscience in journal Frontiers in Neuroscience. The title of the paper is "Kv4.2-Positive Domains on Dendrites in the Mouse Medial Geniculate Body Receive Ascending Excitatory and Inhibitory Inputs Preferentially From the Inferior Colliculus." Everyone can read the paper as it is an open access paper.
誰でも読むことができますが、興味があっても長文の英文を読むのは骨ですね。ですので、以下に内容の概要を記します。面白いと思った方はぜひ原論文にあたってください。
Although everyone can read it, it is laborious to read long scientific paper written in English. So we will show the summary of the paper below. If you think it is interesting, please read the original paper!
下の図に示すように、聴覚神経回路は階層構造をしていて、内側膝状体という領域は下丘から音の情報を受け、それを聴覚野に送ります。下丘からの入力は興奮性と抑制性のものがあり、両者が内側膝状体で計算されることで音の特徴についての情報処理がなされると考えられます。一方、内側膝状体は聴覚野からの下行性入力を受けます。これはどの音に対して注意するのか、という機能を反映していると考えられ、聴覚野から直接やってくる興奮性入力は注意を向ける音情報を際立たせ、視床網様核を介してやってくる抑制性入力は注意を向けない音情報を無視するように働くと考えられます。
As shown in the figure below, auditory neuronal pathway is hierarchically organized, and the medial geniculate body (MGB) receives ascending inputs, conveying sound information, from the inferior colliculus (IC), and send the information to the auditory cortex (AC). Inputs from the IC are both excitatory and inhibitory, and are computed in MGB neurons, which are considered to extract characteristics of sound. At the same time, MGB receives descending inputs from the AC, which are considered to have roles in attention to sound. It is considered that direct excitatory inputs from AC enhance sound response of interest, whereas indirect inhibitory inputs via reticular thalamic nucleus (RTN) suppress sound response of non-interest.
このように、内側膝状体のニューロンは音情報と注意情報の両方を処理していると考えられますが、音情報は短い時間で複雑な時間変化を起こす信号なのに対し、聴覚野のニューロンの活動はもっとゆっくりしたものであることから、注意情報の信号の時間変化は緩やかなものと考えられます。このような時間スケールの異なる情報を同時に処理するためのメカニズムが内側膝状体ニューロンに存在するはずですが、その基盤となる細胞構造は不明でした。
Thus, MGB neurons process both sound and attention information, which have difference in time scale. Time course of sound information is rapidly changing, whereas that of attention is much slower considering slow kinetics of cortical neurons. MGB neurons must have ways to coordinate the signals with different time scales, although the structural evidence for the coordination remained unknown.
本研究は、ニューロンの電位変化の素早さを決める重要な要素である電位依存性カリウムチャネルの内側膝状体ニューロンでの分布に着目しました。電位依存性カリウムチャネルにはたくさん種類がありますが、その中で電位変化を素早いものにすることが知られているKv4.2は、下丘からの入力を受ける領域に分布する一方、聴覚野や視床網様核といった下行性入力を受ける部位にはあまり分布しないことが本研究で判明しました（下図）。この結果は、一個のニューロンの内部で上行性入力と下行性入力が切り分けられて処理されることを示唆しています。
In this study, we focused on subcellular distribution of voltage-gated potassium channels, which are important for time course of voltage change, in MGB neurons. Although there are many kinds of voltage-gated potassium channels, we studied Kv4.2 because its kinetics is relatively fast. We found that Kv4.2 is distributed in patchy manner on dendrites and cell bodies of MGB neurons, and Kv4.2-positive domains preferentially receive ascending excitatory and inhibitory inputs from IC but not descending inputs from AC or RTN (shown in the figure below). The results suggest that information flow of ascending and descending inputs is segregated to some extent in a single MGB neuron.
最後に研究裏話を。この研究のもととなるKv4.2の分布についての知見を発見したのは筆頭著者の藤本久貴博士で、2017年頃に伊藤に写真を送ってくれました。面白い分布をしていたので、そこから藤本博士が中心となって共同研究をはじめたのですが、最初に投稿した雑誌ではリジェクトされるなど、研究は必ずしも順調なものではありませんでした。最初の査読者の意見をもとに、様々な追加実験を行い、５年がかりでやっと受理に至りました。この追加実験では多数の共同研究者*2の皆さんが協力してくれました。感謝申し上げます。
Inside story: The Kv4.2 distribution, which is the key finding of the study, was found by Dr. Hisataka Fujimoto, and he sent the images to Ito in circa 2017. As the distribution is interesting, we started collaboration with Dr. Fujimoto's driving force. However, the route for publication was not straightforward as the previous version of the paper was rejected by a different journal. We added many additional experiments according to the reviewers' suggestions and finally the paper was accepted 5 years after the beginning of collaboration. Many collaborators contributed the additional experiments. Thank you guys!!
