神経突起伸長におけるシナプトタグミンファミリーの機能の解明

• Project/Area Number: 11780571
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Neurochemistry/Neuropharmacology
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 福田 光則 理化学研究所, 発生神経生物研究チーム, 研究員 (50311361)
• Project Period (FY): 1999 – 2000
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2000)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2000: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 1999: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: シナプトタグミン / 神経突起伸長 / イノシトールポリリン酸 / 神経伝達物質放出 / シナプス小胞 / リン脂質結合 / エキソサイトーシス / エンドサイトーシス

Research Abstract

シナプトタグミン1または2はシナプス小胞上に存在する膜タンパク質で、細胞質側に存在する二つのC2ドメイン(C2A,C2B)を介して神経伝達物質放出の際のカルシウムセンサーとして機能するだけでなく、発達中の神経細胞の成長円錐小胞上にも存在し神経突起の伸長にも関与することが明かとなっている。シナプトタグミンはマウスにおいて遺伝子レベルで少なくとも13種類のアイソフォームが存在し(Fukuda et al.(2001)Biochem.J.)、様々な組み合わせのオリゴマーを形成して機能すると考えられている(Fukuda and Mikoshiba(2000)J.Biol.Chem.;J.Biochem.;FEBS Lett.)。本年度はシナプトタグミン1がシナプス小胞のドッキング・フュージョン・リサイクリングの制御だけでなく(Fukuda et al.(2000)Proc.Natl.Aca.Sci.USA)、PC12細胞の突起の伸長(Fukuda and Mikoshiba(2000)Neurosci.Lett.)、さらには損傷した軸索の修復にも関与することを明らかにした(Detrait et al.(2000)J.Neurobiol.;J.Neurosci.Res.)。さらにシナプトタグミン4と呼ばれる4番目のアイソフォームに着目し、特異的抗体を作成することにより以下の知見を明らかにした(Berton et al.(2000)Eur.J.Neurosci.)(1)シナプトタグミン4分子は神経細胞の発達時期にのみ強い発現がみられる。(2)シナプトタグミン1とは異なりシナプス小胞ではなくゴルジ体及び発達中の神経細胞の神経突起先端部に局在する。(3)細胞膜の脱分極刺激によりその蛋白質量が増大し、神経突起の先端方向への小胞輸送が促進されているよう免疫組織像が得られる。以上の結果からシナプトタグミン4分子はシナプトタグミン1分子とは異なる機能を持ち、神経活動依存的に起こると考えられるシナプス(あるいは神経回路網)形成に重要な役割を担うものと考えられた。

Research Products

• [Publications] Mizutani,A.,Fukuda,M.,Ibata,K.,Shiraishi,Y.and Mikoshiba,K.: "SYNCRIP, a cytoplasmic counterpart of heterogeneous nuclear ribonucleoprotein R,interacts with ubiquitous synaptotagmin isoforms."J.Biol.Chem.. 275. 9823-9831 (2000)
• [Publications] Fukuda,M.and Mikoshiba K.: "Genomic structures of synaptotagmin II protein : Comparison of exon-intron organization of the synaptotagmin gene family."Biochem.Biophys.Res.Commun.. 270. 528-532 (2000)
• [Publications] Bertor,F.,Cornet,V.,Iborra,C.,Garrido.J.,Dargent,B.,Fukuda,M.,Seager,M.and Marqueze,B.: "Synaptotagmin I and IV define distinct populations of neuronal transport vesicles."Eur.J.Neurosci.. 12. 1294-1302 (2000)
• [Publications] Fukuda,M.and Mikoshida,K.: "Distinct self-oligomerization activities of synaptotagmin family : Unique calcium-dependent oligomerization properties of synaptotagmin VII."J.Biol.Chem.. 275. 28180-28185 (2000)
• [Publications] Kida,Y.,Sakaguchi,M.,Fukuda,M.,Mikoshiba,K.and Mihara,K.: "Membrane topogenesis of a type I signal-anchor protein. mouse synaptotagmin II, on the endoplasmic reticulum."J.Cell.Biol.. 150. 719-730 (2000)
• [Publications] Fukuda,M.and Mikoshiba,K.: "Calcium-dependent and -independent hetero-oligomerization in the synaptotagmin family."J.Biochem.. 128. 637-645 (2000)
• [Publications] Detrait,E.R.,Yoo,S.,Eddleman,C.S.,Fukuda,M.,Bittner,G.D.and Fishman,H.M.: "Plasmalemmal repair of severed neurites of PC12 cells requres Ca^<2+> and synaptotagmin."J.Neurosci.Res.. 62. 566-573 (2000)
• [Publications] Fukuda,M.and Mikoshiba,K.: "Doc2γ, a third isoform of double C2 protein, lacking calcium-dependent phospholipid binding activity."Biochem.Biophys.Res.Commun.. 276. 626-632 (2000)
• [Publications] Fukuda,M.,Kabayama,H.and Mikoshiba,K.: "Drosophila AD3 mutation of synaptotagmin impairs calcium-dependent self-oligomerization activity."FEBS Lett.. 482. 269-272 (2000)
• [Publications] Fukuda,M.and Mikoshiba,K.: "Expression of synaptotagmin I or II promotes neurite outgrowth in PC12 cells."Neurosci.Lett.. 295. 33-36 (2000)
• [Publications] Fukuda,M.,Moreira,J.E.,Liu,V.,Sugimori,M.,Mikoshiba,K.and Llinas,R.R.: "Role of the conserved WHXL motif in the C terminus of synaptotagmin in synaptic vesicle docking."Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 97. 14715-14719 (2000)
• [Publications] Fukuda,M.and Mikoshiba,K.: "Characterization of KIAA1427 protein as an atypical synaptotagmin (Syt XIII)."Biochem.J.. 354. 249-257 (2001)
• [Publications] Fukuda M.,Kanno E.and Mikoshiba k.: "Conserved N-terminal cysteine motif is essential for homo-and heterodimer formation of synaptotagmins III,V,and X"J.Biol.Chem.. 274. 31421-31427 (1999)
• [Publications] Fukuda M.and Mikoshiba K.: "A novel alternatively spliced variant of synaptotagmin VI(Syt VI△TM)lacking a transmembrane domain : Implications for distinct functions of the two isoforms"J.Biol.Chem.. 274. 31428-31434 (1999)
• [Publications] Ibata K.,Fukuda M.,Hamada T.,Kabayama H.and Mikoshiba K.: "Synaptotagmin IV is present at the Golgi and distal parts of neurites"J.Neurochem.. 74. 518-526 (2000)
• [Publications] Mikoshiba K.,Fukuda M.,Ibata K.,Kabayama H.and Mizutani A.: "Role of synaptotagmin,aCa^<2+> and inositol polyphosphate binding protein,in neurotransmitter release and neurite outgrowth"Chem.Phys.Lipids. 98. 59-67 (1999)