インスリンは、ラットの島皮質における高速スパイクニューロンおよび錐体ニューロン間の抑制性シナプス電流を増強する

Insulin potentiates inhibitory synaptic currents between fast-spiking and pyramidal neurons in the rat insular cortex.

抄録

インスリンは神経の発達や可塑性といった脳機能に関与しており、認知症やうつ病への関与も報告されている。しかし、インスリンを介した電気生理学的活動、特に大脳皮質における電気生理学的活動の調節に関する情報はほとんどない。本研究では、ラット島皮質（IC；雌雄どちらか）において、インスリンが抑制性ニューロンの神経活動と抑制性シナプス後電流（IPSC）をどのように調節するかを、複数回の全細胞パッチクランプ記録により検討した。その結果、インスリンは、高速スパイクGABAニューロン（FSN）の静止膜電位や入力抵抗を変化させることなく、閾値電位の低下とともにスパイク反復発火速度を増加させることが示された。次に、FSNから錐体ニューロン（PN）への接続において、インスリンによる単回IPSC（uIPSC）の用量依存的な増強が見いだされた。インスリンによるuIPSCの増強は、ペアパルス比の減少を伴っていたことから、インスリンはシナプス前末端からのGABA放出を増加させることが示唆された。振幅を変えずに周波数を増加させたミニチュアIPSCの記録から、この仮説が支持された。インスリン受容体拮抗薬S961やチロシンキナーゼ阻害薬ラベンダスチンAの併用下では、インスリンはuIPSCにほとんど影響を与えなかった。PI3-K阻害剤であるワートマンニンやPKB/Akt阻害剤であるデグエリンやAkt阻害剤VIIIは、インスリンによるuIPSCsの増強を阻害した。Akt阻害剤VIIIをシナプス前FSNに細胞内投与すると、インスリンによるuIPSCsの増強も阻害された。対照的に、uIPSCはインスリンとMAPK阻害剤PD98059の併用によって増強された。これらの結果は、インスリンがFSNの発火頻度とFSNからPNへのIPSCの増加によってPNの抑制を促進することを示唆している（250語）。

Insulin plays roles in brain functions such as neural development and plasticity and is reported to be involved in dementia and depression. However, little information is available on the insulin-mediated modulation of electrophysiological activities, especially in the cerebral cortex. This study examined how insulin modulates the neural activities of inhibitory neurons and inhibitory postsynaptic currents (IPSCs) in rat insular cortex (IC; either sex) by multiple whole-cell patch-clamp recordings. We demonstrated that insulin increased the repetitive spike firing rate with a decrease in the threshold potential without changing the resting membrane potentials and input resistance of fast-spiking GABAergic neurons (FSNs). Next, we found a dose-dependent enhancement of unitary IPSCs (uIPSCs) by insulin in the connections from FSNs to pyramidal neurons (PNs). The insulin-induced enhancement of uIPSCs accompanied decreases in the paired-pulse ratio, suggesting that insulin increases GABA release from presynaptic terminals. The finding of miniature IPSC recordings of the increased frequency without changing the amplitude supports this hypothesis. Insulin had little effect on uIPSCs under the coapplication of S961, an insulin receptor antagonist, or lavendustin A, an inhibitor of tyrosine kinase. The PI3-K inhibitor wortmannin or the PKB/Akt inhibitors, deguelin and Akt inhibitor VIII, blocked the insulin-induced enhancement of uIPSCs. Intracellular application of Akt inhibitor VIII to presynaptic FSNs also blocked insulin-induced enhancement of uIPSCs. In contrast, uIPSCs were enhanced by insulin in combination with the MAPK inhibitor PD98059. These results suggest that insulin facilitates the inhibition of PNs by increases in FSN firing frequency and IPSCs from FSNs to PNs. (250 words).