樹状突起スパイン内細胞骨格再編成の分子基盤とその制御機構

• Project/Area Number: 12053209
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 白尾 智明 群馬大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (20171043)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 関野 祐子 群馬大学, 大学院・医学系研究科, 助教授 (70138866) ; 金 明鎬 群馬大学, 医学部, 助手 (70323342) ; 田中 聡一 群馬大学, 医学部, 助手 (20272247)
• Project Period (FY): 2000 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥53,500,000 (Direct Cost: ¥53,500,000); Fiscal Year 2004: ¥10,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000); Fiscal Year 2003: ¥10,300,000 (Direct Cost: ¥10,300,000); Fiscal Year 2002: ¥11,000,000 (Direct Cost: ¥11,000,000); Fiscal Year 2001: ¥11,400,000 (Direct Cost: ¥11,400,000); Fiscal Year 2000: ¥10,800,000 (Direct Cost: ¥10,800,000)
• Keywords: ドレブリン / アクチン / スパイン形成 / PSD-95 / フィロポデイア / 細胞骨格 / シナプス形成 / 樹状突起スパイン / アクチン結合蛋白 / 神経発生 / シナプス可塑性 / 統合失調症 / ノックアウトマウス / シナプス / 発生 / シナプス小胞 / 神経発達 / 神経培養 / 可塑性 / 学習 / 神経細胞 / 発達 / 形態形成 / 遺伝子発現

Research Abstract

スパイン形成過程においては、(1)フィロポディアが直接スパインに変化するという説と(2)樹状突起シャフト上に形成されたシナプス後部から変化するという説がある。我々は、アクチン線維やドレブリンに着目して、免疫染色やタイムラプスイメージングを用いて、培養海馬神経細胞を解析し、これらの細胞においては、フィロポディアからスパインが直接形成されることを明らかにした。
シナプス形成は軸索と樹状突起の接触を契機として誘導されると考えられている。シナプス前部の変化は接触直後から既に観察されていたが、シナプス後部においては、接触後1時間ほどしてから起こるPSD関連蛋白の集積が観察されているにすぎず、接触直後に何が起きているのかは不明であった。我々は培養海馬神経細胞の免疫組織化学および生体脳の免疫電顕により、軸索と樹状突起(フィロポディア)の接触直後におこる、神経特異的アクチン結合蛋白ドレブリンAの膜直下集積像とアクチン細胞骨格系の再編成像を観察することに成功した。
次に、このスパイン形成過程におけるアクチン細胞骨格系とシナプス後部肥厚(PSD)の関連を解析した。培養神経細胞でのドレブリンAの発現を阻害すると、接触部におけるアクチン細胞骨格の再編成が起こらなくなり、PSD-95の集積も抑制されることがわかった。また、このPSD-95の集積はドレブリンAの局所的集積により促進されることもわかった。従来の研究によれば、成熟後のスパインにおいては、PSD-95の集積には、アクチン細胞骨格系に非依存的であることが示されている。今回の研究結果を考え合わせると、発達過程の海馬神経細胞においては、PSD-95の集積は先行するアクチン細胞骨格の再編成に依存的であるが、一度シナプス後部への集積が完遂するとアクチン非依存性になることが示された

Research Products

• [Journal Article] Drebrin A is a Postsynaptic Protein that Localizes in vivo to the Submembranous Surface of Dendritic Sites Forming Excitatory Synaps (2005)
  • Author(s): Aoki, C
  • Journal Title: J.Comp.Neurol 483 Pages: 383-402
• [Journal Article] Antisense knockdown of drebrin A, a dendritic spine protein, causes stronger preference, impaired pre-pulse inhibition, and an increased sensitivity to psychostimulant (2004)
  • Author(s): Kobayashi, R
  • Journal Title: Neurosci.Res 49 Pages: 205-217
• [Journal Article] Drebrin is a novel Connexin-43 binding partner that links gap junctions to the submembrane cytoskeleton. (2004)
  • Author(s): Butkevich, E
  • Journal Title: Curr.Biol 14 Pages: 650-658
• [Journal Article] Upregulation of acidic calponin during dendritic spine plasticity following pilocarpine-induced seizures (2003)
  • Author(s): Ferhat L
  • Journal Title: Hippocampus 13 Pages: 845-858
• [Journal Article] Drebrin-dependent Actin Clustering in Dendritic Filopodia Governs Synaptic Targeting of Postsynaptic Density-95 and Dendritic Spine (2003)
  • Author(s): Takahashi H
  • Journal Title: J.Neurosci. 13 Pages: 6586-6595
• [Journal Article] Microglia/macrophage reactions and cell proliferation during the repair of spinal cord injuries in infant rats (2003)
  • Author(s): Tezuka, M
  • Journal Title: Neurotrauma Res 15 Pages: 17-20
• [Publications] Takahashi, H.: "Drebrin-dependent Actin Clustering in Dendritic Filopodia Governs Synaptic Targeting of Postsynaptic Density-95 and Dendritic Spine Morphogenesis"J.Neurosci.. 23. 6586-6595 (2003)
• [Publications] Ferhat, L: "Upregulation of acidic calponin during dendritic spine plasticity following pilocarpine-induced scizures"Hippocampus. 13. 845-858 (2003)
• [Publications] Kobayashi, R.: "Antisense knockdown of drebrin A, a dendritic spine protein, causes stronger preference, impaired pre-pulse inhibition, and an increased sensitivity to phychostimulant"Neurosci.Res.. (In press).
• [Publications] Butkevich, E.: "Drebrin is a novel Connexin-43 binding partner that links gap juncions to the submembrane cytoskeleton."Curr.Biol.. (In press). (2004)
• [Publications] 関野祐子: "スパインアクチン細胞骨格は興奮生シナプス成熟を制御する"蛋白質・核酸・酵素. 49. 270-275 (2004)
• [Publications] 白尾智明: "蛋白レベルから見た神経シナプスの発達と異常"日本精神神経薬理学雑誌. (印刷中).
• [Publications] M Jin: "A Novel Brain-Specific Mouse Drebrin : cDNA Cloning, Chromosomal Mapping, Genomic Structure, Expression, and Functional Characterization"Genomics. 79. 686-692 (2002)
• [Publications] L Ferhat: "Upregulation of acidic calponin during dendritic spine plasticity following pilocarpine-induced seizures"Hippocampus. (2003)
• [Publications] T.Shirao: "Clustering and anchoring mechanisms of molecular constituents of postsynaptic scaffolds in the spine"Neuroscience Research. 40. 1-7 (2001)
• [Publications] H.Yamazaki: "Molecular Cloning and Dendritic Localization of rat SH3P7"European Journal of Neuroscience. 14. 998-1008 (2001)
• [Publications] M Ikeda: "Complete sleep deprivarion and Blocking of A1 adenosine receptor-mediated inhibition of intracelluar calcium signaling in the rat ventromedial preoptic nucleus by sulphydryl reagent, N-cthylmaleimide"Neuroscience. 106. 733-743 (2001)
• [Publications] S.Kobayashi: "Drebrin expression is increased in spinal motoneurons after axotomy"Neuroscience Letters. 311. 165-168 (2001)
• [Publications] Y.Tomidokoro: "Brain Aβ amyloidosis in APPsw mice induces accumulation of presenilin-I and tau"Journal of Pathology. 193. 500-506 (2001)
• [Publications] Mi Jin: "A Novel Brain-Specific Mouse Drebrin : cDNA Cloning, Chromosomal Mapping, Genomic Structure, Expression, and Functional Characterization"Genomics. (2002)
• [Publications] 程希〓: "Non-muscle myosin IIB-like immunoreactivity is present at the drebrin-binding cytoskeletons in neurons"Neurosci.Res. 36. 167-173 (2000)
• [Publications] 田中聡一: "NT-3 inhibits cerebellar granule cell migration in vitro"Neuroscience. 97. 727-734 (2000)
• [Publications] 白尾智明: "clustering and anchoring mechanisms of molecular constituents of postsynaptic scaffolds in the spine"Neurosci.Res. (2001)