シナプス後肥厚部(PSD)特異蛋白質の検索と機能解析

• Project/Area Number: 13041035
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 祖父江 憲治 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (20112047)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 謙一郎 大阪大学, 医学系研究科, 助教授 (90238105) ; 西田 亙 大阪大学, 医学系研究科, 助手 (80271089)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥7,200,000 (Direct Cost: ¥7,200,000); Fiscal Year 2002: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2001: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
• Keywords: シナプス後肥厚部 / PSD-Zip45 / Homer / ロイシンジッパー / 海馬ニューロン / 代謝性グルタミン酸受容体 / EVH1ドメイン / PSD-95 / シナプス後肥厚部(PSD)

Research Abstract

PSDはシナプス後部を形成する単なる構造物としてではなく、近年LTPに関連したダイナミックな形態と機能変化を示す機能的細胞構造として注目を集めている。本研究は、PSDのダイナミックにして特徴的形態を形成する物質根拠とそのメカニズムを追究するべく、PSD特異的モノクローナル抗体を用いたPSD構成蛋白質の検索とその機能解析を目的とし、本年度は以下PSD-Zip45の機能解析とPSD-Zip70のクローニングおよび機能解析を行った。
(1)PSD-Zip45の機能解析
N末側にEVH1ドメイン、C末側に特有のロイシンジッパー・モチーフを有するscaffolding蛋白質で、EVH1ドメインはI型代謝性グルタミン酸受容体(mGluR1およびmGluR5)と結合し、ロイシンジッパー・モチーフは強力な自己多量体形成能を示す。シナプスへのPSD-Zip45ターゲッティング機構を、海馬培養ニューロンにPSD-Zip45プラスミドをマイクロインジェクションすることにより検討し、PSD-Zip45のシナプスへのターゲティングはEVH1ドメインとC末端側のロイシンジッパーモチーフが必須であることを見い出した。同時に、PSD-Zip45のEVH1変異あるいはロイシンジッパー欠損蛋白質の海馬ニューロンへの大量発現により、Shankのシナプスターゲティングは阻害されるがPSD-95,GKAPは影響を受けないことから、シナプス後部でPSD-Zip45/Shank系とPSD-95/GKAP系のコンパートメントが存在し、PSD-Zip45/Shank系はPSD-Zip45によりアクチン細胞骨格と関連することを明らかにした。また、PSD-Zip45のトランスジェニックマウスを作製し、このマウス海馬ニューロンを用いてPSD-Zip45のシナプスにおけるダイナミクスを明らかにした。
(2)PSD-Zip70の機能解析
N末側にミリスチン化と塩基性アミノ酸クラスターを、C末側にロイシンジッパー・モチーフを有する蛋白質で、dendritic spineに局在する。N末側のミリスチン化と塩基性アミノ酸クラスターは細胞膜への結合とraft構造へのターゲッティングに重要であること、さらにラット大脳シナプトソームの詳細な分画法により、PSD-Zip70はPSDとdendritic raftに局在する蛋白質であることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Ebihara T.et al.: "Synchronized formation and remodeling of postsynaptic densities : long-term visualizaton of hippocampal neurons expressing postsynaptic density proteins tagged with GFP"J.Neurosci.. (in press). (2003)
• [Publications] Usui S.et al.: "Functional and regional compartmentation of PSD proteins, PSD-Zip45 (Homer 1c), Shank, PSD-95 and GKAP, in dendritic spines"J.Biol.Chem.. (in press). (2003)
• [Publications] Konno D.et al.: "The postsynaptic density and dendritic raft localization of PSD-Zip7O, which contains an N-myristoylation sequence and leucine-zipperr motifs"J.Cell Sci.. 115. 4695-4706 (2002)
• [Publications] Yamada Y.et al.: "PSD-95 eliminates Src-induced potentiation of NR1/NR2A-subtype NMDA receptor channels and reduces high-affinity zinc inhibition"J.Neurochem.. 81. 758-764 (2002)
• [Publications] Irie K.et al.: "Crystal structure of the Homer 1 family conserved region reveals the interaction between the EVH1 domain and own proline-rich motif"J.Mol.Biol.. 318. 1117-1126 (2002)
• [Publications] Okabe S.et al.: "Rapid redistribution of the postsynaptic density protein PSD-Zip45 (Homer 1c) and its differential regulation by NMDA receptors and calcium channels"J.Neurosci.. 21. 9561-9571 (2001)
• [Publications] Okabe S. et al.: "Rapid redistribution of the postsynaptic density protein PSD-Zip45 (Homer 1c) and its differential regulation by NMDA receptors and calcium channels"J.Neurosci.. 21. 9561-9571 (2001)
• [Publications] Usui S.et al.: "Functional and regional compartmentation of PSD proteins, PSD-Zip45 (Homer 1c), Shank, PSD-95 and GKAP, in dendritic spines"J.Neurosci.. (in press). (2002)
• [Publications] Konno D. et al.: "Isolation and characterization of postsynaptic density-enrichedeucine-zipper-containing protein (PSD-Zip7O)"J.Biol.Chem.. (in press). (2002)
• [Publications] Irie K.et al.: "Crystal structure of conserved region of the Homer 1 family"J.Mol.Biol.. (in press). (2002)
• [Publications] Nishida W. et al.: "The triad of serum response factor and GATA and NK families governs transcription of smooth and cardiac muscle genes"J.Biol.Chem.. 277. 7308-7317 (2002)
• [Publications] Hayashi K. et al.: "Phenotypic modulation of vasculai smooth muscle cells induced by unsaturated lysophosphatidic acid"Circ.Res.. 89. 251-258 (2001)