新規光学技術によるシナプス構造可塑性を担う分子構造の解明

• Project/Area Number: 13J04607
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neuroscience in general
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 後藤 明弘 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: Cofilin / LTP / CALI / 光操作 / 記憶の操作 / sLTP / cofilin / in vivo imaging / FRET / 線条体

Outline of Annual Research Achievements

シナプスでは構造的LTP(sLTP)を起こした後、Cofilinがその維持に重要であると考えられている。近傍のタンパク質を不活化できるSuperNova(SN)とCofilinの融合蛋白質（CFL-SN)によってCofilinを不活化すると、sLTP誘導後にスパインが縮小し、sLTPが特異的に解除されることを見出した。ｓLTPを起こしていないシナプスやsLTP後50分以上経過したシナプスには影響はなかった。またsLTP誘導前にCALIを起こしてもsLTPは阻害されなかった。スライスを用いた以上の結果から、本年度は上記の手法をマウスの脳内に応用することによって、LTP後のシナプスでのみ光によってLTPを解除する手法を開発した。
CofilinをCre依存的に発現させるため、CFL-SNをfloxで発現制御可能なアデノ随伴ウイルス（AAV）を作成し、CaMKII-Creのマウスの両側海馬CA1領域にインジェクションし、CFL-SNを神経細胞特異的に発現させた。次に光を海馬CA1に照射するための光ファイバーのカニューレを両側背側海馬直上に装着した。記憶を検討するための学習課題は、比較的短時間で行えるInhibitory Avoidance Test(IA)を用いた。
マウスに麻酔をかけてレーザーと接続し、その後30分間回復させてからIAテストを行った。ホームケージに戻してから2分後に559nm照射をした結果、光を照射しなかった場合に比べて、暗箱へ入るまでの遅延が抑制された。さらに、光照射を行動実験の1分前に行っても記憶への影響は見られなった。この結果は、CALIがLTP後のスパインのみに影響することを示唆している。以上、本年度はこれまでのスライス実験結果に基づき、一度成立したLTPを光学的に解除する方法の開発に成功した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Circuit-dependent striatal PKA and ERK signaling underlies rapid behavioral shift in mating reaction of male mice. (2015)
  • Author(s): Goto A, Nakahara I, Yamaguchi T, Kamioka Y, Sumiyama K, Matsuda M, Nakanishi S, Funabiki K
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: １１２ Issue: 21 Pages: 6718-6723
  • DOI: 10.1073/pnas.1507121112
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of PKA signaling in D2 receptor-expressing neurons in the core of the nucleus accumbens in aversive learning (2015)
  • Author(s): Yamaguchi T, Goto A, Nakahara I, Yawata S, Hikida T, Matsuda M, Funabiki K, Nakanishi S
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Volume: VOL. 112 Issue: 36 Pages: 11383-11388
  • DOI: 10.1073/pnas.1514731112
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant