神経活動依存的に発現する分子の探索と機能解析

• Project/Area Number: 12053278
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Organization for Medical Research
• Principal Investigator: 山形 要人 財団法人東京都医学研究機構, 東京都神経科学総合研究所, 副参事研究員 (20263262)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉浦 弘子 財団法人東京都医学研究機構, 研究員 (40162870) ; 田中 秀和 大阪大学, 大学院・医学系研究科, 助手 (70273638)
• 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: Arcadlin / endocytosis / N-cadheirn / p38 MAP kinase / kindling / 神経活動 / 細胞接着分子 / N-カドヘリン / シナプス / エンドサイトーシス / カドヘリン / 神経接着分子 / MAP kinase / プロスタグランジン / LPS / 発熱 / 血管内皮細胞

Research Abstract

1)神経活動依存的に発現する接着分子arcadlin遺伝子のノックアウト(KO)マウスが既に作製済みである。このマウスを用いて、扁桃体連日刺激によるキンドリングの発達過程を解析したところ、ノックアウトマウスの方が脳波上も、また行動学的にもキンドリング形成が早いことが分かった。さらに、キンドリング終了後、Timm染色によって海馬顆粒細胞軸索(苔状線維)のterminal sproutingを解析したところ、ノックアウトマウスの方が発芽が亢進していることも確認された。以上の結果から、Arcadlin分子は異常可塑性の進行を抑制していると考えられた。
2)ArcadlinはN-cadherinと相互作用することを明らかにしている。相互作用する領域を決定するため、N-cadherinの細胞外および細胞内領域欠失変異体をそれぞれ作成したが、いずれもArcadlinとの結合活性は残存していた。そこで、膜貫通領域の561番目のロイシンをプロリンに変え、ヘリックス構造を乱すと、Arcadlinとの結合が減弱することが分かった。このことは、N-cadherinとArcadlinは細胞膜内で結合する可能性を示唆している。
3)Arcadlin細胞外領域の同種結合によって、TAO2→MKK3/6→p38MAPKのsequential phosphorylationとArcadlinのエンドサイトーシスが生じることを明らかにしている。そこで、この現象がニューロン内で起きるかどうかを確かめるため、海馬の培養ニューロンにarcadlin-EGFPを遺伝子導入し、Arcadlin細胞外領域蛋白質を加えたところ、Arcadlin-EGFPがスパイン頭部から樹状突起の方へ移動する像が観察された。
4)動物個体のin vivo imagingのために、まず脳に深く刺入できるレンズを探索した。GRINレンズが、その目的に適していると考え、共焦点顕微鏡と組み合わせて使えるかどうか検討したが、色収差が予想以上に大きいため、難しいことが分かった。二光子レーザー顕微鏡との組み合わせは今後の課題である。

Research Products

• [Journal Article] Alternatively spliced variants of protocadherin 8 exhibit distinct patterns of expression during mouse development. (2005)
  • Author(s): Makarenkova H et al.
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta. 1681 Pages: 150-156
• [Journal Article] Inhibitory role of endophilin 3 in receptor-mediated endocytosis. (2004)
  • Author(s): Sugiura H. et al.
  • Journal Title: J Biol Chem. 279 Pages: 23343-23348
• [Journal Article] Amelioration of hippocampal neuronal damage after transient forebrain ischemia in cyclooxygenase-2-deficient mice. (2004)
  • Author(s): Sasaki T et al.
  • Journal Title: J Cereb Blood Flow Metab. 24 Pages: 107-113
• [Publications] Matsuoka M. et al.: "Rapid induction of Arc is observed in the granule cell dendrites in the accessory olfactory bulb after mating."Brain Res.. 975(1-2). 189-195 (2003)
• [Publications] Takemiya T et al.: "Inducible brain COX-2 facilitates the recurrence of hippocampal seizures in mouse rapid kindling."Prostaglandins Other Lipid Mediat.. 71(3-4). 205-216 (2003)
• [Publications] Donai H. et al.: "Interaction of Arc with CaM kinase II and stimulation of neurite extension by Arc in neuroblastoma cells expressing CaM kinase II."Neurosci Res.. 47(4). 399-408 (2003)
• [Publications] Nishimura M. et al.: "The activity-regulated cytoskeleton-associated (Arc) gene is a new light-inducible early gene in the mouse suprachiasmatic nucleus."Neuroscience. 116(4). 1141-1147 (2003)
• [Publications] Matsuoka M.et al.: "Expression and regulation of the immediate-early gene product Arc in the accessory olfactory bulb after mating in malc rat"Neuroscience. 111(2). 251-258 (2002)
• [Publications] Matusmura K et al.: "COX-2 and mPGES in bain endothelial cells : potential targets of anti-inflammatory drugs"Current Medical Chemistry. 1. 161-166 (2002)
• [Publications] Matsuoka M.et al.: "Mating behavior induces differential Arc expression in the main and accessory olfactory bulbs of adult rats"Neurosci Lett.. 335(2). 111-114 (2002)
• [Publications] Inoue W.et al.: "Brain-specific endothelial induction of prostaglandin E(2) synthesis enzymes and its temporal relation to fever"Neurosci Res.. 44(1). 51-61 (2002)
• [Publications] 山形要人, 竹宮孝子: "アラキドン酸カスケードQ&A"医薬ジャーナル社. 178 (2002)
• [Publications] Yamagata K et al.: "Coexpression of microsomal-type prostaglandin E synthase with cyclooxygenase-2 in brain endothelial cells of rats during endotoxin-induced fever"J Neurosci.. 21(8). 2669-77 (2001)
• [Publications] Uwai K et al.: "Virol A, a toxic trans-polyacetylenic alcohol of Cicuta virosa, selectively inhibits the GABA-induced Cl(-) current in acutely dissociated rat hippocampal CA1 neurons"Brain Res.. 889(1-2). 174-80 (2001)
• [Publications] Phillips GR et al.: "The presynaptic particle web : ultrastructure, composition, dissolution, and reconstitution"Neuron. 32(1). 63-77 (2001)
• [Publications] Matsuoka M. et al.: "Expression and regulation of the immediate-early gene product Arc in the accessory olfactory bulb after mating in male rat"Neuroscience. (in press). (2002)
• [Publications] Matusmura K et al.: "Coinduction of microsomal-type PGE synthase with COX-2 in brain endothelial cells ; its possible pathophysiological role during infection and inflammation"Current Medical Chemistry. (in press). (2002)
• [Publications] K.Yamagata, et al.: "Coexpression of microsomal-type prostaglandin E synthase with cyclooxygenase-2 in brain endotherial cells of rats during endotoxin-induced fever."J.Neurosci.. (in press). (2001)
• [Publications] Irie,Y et al.: "Molecular cloning and characterization of amida, a novel proteinwhich interacts with a neuron-specific immediated early gene product arc, contains novel nuclear localization signals, and causes cell death in cultured cells."J.Biol.Chem.. 275. 2647-2653 (2000)
• [Publications] K.Yamagata, et al.: "Induction of arc, an effector immediate early gene, by methamphetamine."Ann.N.Y.Acad.Sci.. 914. 22-32 (2000)
• [Publications] K.Uwai et al.: "Virol A, a toxic trans-polyacetylenic alcohol of Cicuta virosa, selectively inhibits the GABA-induced Cl(-) current in acutely dissociated rat hippocampal CA1 neurons."Brain Res.. 889. 174-180 (2001)
• [Publications] K.Yamagata, et al.: "Slow Synaptic Responses and Modulations"Springer-Verlag. 455 (2000)