障害回復期における神経回路の再生・再編機構の解明

• Project/Area Number: 14J30003
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 中畑 義久 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2015: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 細胞内シグナル分子 / Rhoファミリー低分子量Gタンパク質 / FRETセンサー / 神経損傷 / アストロサイト / 培養細胞 / ライブセルイメージング / シナプス編成 / シナプス / 培養神経細胞

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、神経損傷後の回路再編成に関わるシグナル分子同士のダイナミクスを明らかにすることを目的とし、ライブセルイメージングによって分子間の相互作用を検討した。神経損傷後に神経軸索の伸長を阻害する要因の一つとして、損傷周辺部への反応性アストロサイトの集積が知られている。アストロサイトは神経損傷時に細胞外へ放出される分子を感知し、形態を変化させて移動するが、集積に至る細胞内シグナル分子のカスケードは十分明らかになっていない。そのため、アストロサイト活性化後に生じる細胞内シグナル分子活性に着目し、アストロサイトの活性化に伴う細胞の形態変化や移動に関わるRhoファミリー低分子量Gタンパク質（RhoA、Cdc42）の活性ダイナミクスとその下流のシグナルカスケードについて検討を行った。
新規に開発した赤色FRETセンサーを用いて、マウス大脳皮質由来培養アストロサイトにおけるカルシウムイオン動態とCdc42およびRhoAの細胞内活性パターンについて、蛍光寿命顕微鏡を用いて解析した。すると、ATP刺激によってCdc42およびRhoAが活性化することがわかり、細胞内カルシウムイオンの上昇は一過的であるにもかかわらず、多くの細胞においてCdc42およびRhoAは少なくともアストロサイト活性化後30分以上継続した。しかし、細胞内外のカルシウムイオンをキレートした状態でATP刺激を行うと、Cdc42活性は一過的に上昇するものの、持続的活性が著しく減弱した。そのため、Cdc42活性はカルシウム非依存的な一過性の経路とカルシウム依存的な持続性の経路が存在することが示唆された。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The University of New South Wales(Australia)
• [Journal Article] Activation-dependent rapid postsynaptic clustering of glyicine receptors in mature spinal cord neurons (2017)
  • Author(s): Nakahata Y, Eto K, Murakoshi H, Watanabe M, Kuriu T, Hirata H, Moorhouse AJ, Ishibashi H, Nabekura J
  • Journal Title: eNeuro Volume: 0194 Issue: 1 Pages: 1-20
  • DOI: 10.1523/eneuro.0194-16.2017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dual observation of the ATP-evoked small GTPase activation and Ca2+ transient in astrocytes using a dark red fluorescent protein (2016)
  • Author(s): Nakahata Y, Nabekura J, Murakoshi H
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 22 Issue: 1 Pages: 39564-39564
  • DOI: 10.1038/srep39564
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A dark green fluorescent protein as an acceptor for measurement of Forster resonance energy transfer by fluorescence lifetime imaging microscopy. (2015)
  • Author(s): Murakoshi H, Shibata AC, Nakahata Y, and Nabekura J
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Issue: 1 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1038/srep15334
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Noradrenergic refinement of glutamatergic neuronal circuits in the lateral superior olivary nucleus before hearing onset. (2015)
  • Author(s): Hirao K, Eto K, Nakahata Y, Ishibashi H, Nagai T, Nabekura J.
  • Journal Title: J Neurophysiol. Volume: 114(3) Issue: 3 Pages: 1974-1986
  • DOI: 10.1152/jn.00813.2014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of a Molecularly Evolved, Highly Sensitive CaMKII FRET Sensor with Improved Expression Pattern. (2015)
  • Author(s): Shibata AC, Maebashi HK, Nakahata Y, Nabekura J, Murakoshi H.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Issue: 3 Pages: e0121109-e0121109
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0121109
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Activation-dependent rapid postsynaptic clustering of glycine receptors in mature spinal cord neurons (2016)
  • Author(s): Yoshihisa Nakahata, Kei Eto, Miho Watanabe, Hideji Murakoshi, Toshihiko Kuriu, Hiromi Hirata, Hitoshi Ishibashi, Junichi Nabekura
  • Organizer: The 47th NIPS International Symposium “Decoding Synapses”
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2016-11-27
• [Presentation] Glycine receptor activation regulates its postsynaptic dynamics in mature neurons. (2014)
  • Author(s): Nakahata Y, Ishibashi H, Hirata H, Nabekura J.
  • Organizer: 生理研研究会『シナプス・神経ネットワークの機能ダイナミクス』
  • Place of Presentation: 生理学研究所, 岡崎市（愛知県）
  • Year and Date: 2014-12-02