機能分子イメージングを用いたグリア・ニューロン相互作用の解析

• Project/Area Number: 15082203
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo (2007); Tokyo Medical and Dental University (2003-2006)
• Principal Investigator: 岡部 繁男 The University of Tokyo, 大学院・医学系研究科, 教授 (60204012)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 明宏 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 准教授 (80322080)
• Project Period (FY): 2003 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥64,000,000 (Direct Cost: ¥64,000,000); Fiscal Year 2007: ¥12,800,000 (Direct Cost: ¥12,800,000); Fiscal Year 2006: ¥12,800,000 (Direct Cost: ¥12,800,000); Fiscal Year 2005: ¥12,800,000 (Direct Cost: ¥12,800,000); Fiscal Year 2004: ¥12,800,000 (Direct Cost: ¥12,800,000); Fiscal Year 2003: ¥12,800,000 (Direct Cost: ¥12,800,000)
• Keywords: 脳・神経 / 細胞・組織 / シグナル伝達 / シナプス / バイオイメージング / グリア細胞 / 蛍光顕微鏡法 / 軸素 / 樹状突起 / 神経培養 / 軸索

Research Abstract

グリア細胞、特にアストログリア細胞が成熟シナプス近傍にその突起を伸展させて、シナプス機能の調節を行う事は近年の多くの研究結果によって明らかになった。一方でグリア細胞の分泌する拡散性の因子によって、シナプス形成・成熟過程が促進されることもいくつかの報告によって示されている。しかしながら、シナプス形成過程にアストログリアの突起が直接的に軸索あるいは樹状突起に接触することによって、局所的なシナプスの成熟が誘導される可能性についてはこれまで検討されてこなかった。この問題にアプローチするために、海馬錐体細胞をrhodamine-dextranで、またアストログリアをGFPによって標識し、二光子顕微鏡によるタイムラプス観察を行い、アストログリアの直接的な接触が、局所的にフィロポディア・スパインの維持・成熟を制御することを既に報告した(J.Neurosci 2007)。更にこの現象とシナプス後肥厚部(PSD)の形成過程との関連を調べるため、大脳皮質スライス培養系を用いてPSDのマーカー分子となるHomer-GFPを錐体細胞に発現させてアストログリアの突起の接触とスパイン/PSD構造の形成の間の関連を解析した。アストログリアと接触したスパインは、接触がないスパインと比較して有意にPSDの集積を起こしやすく、かつスパインおよびPSD構造は長期的に安定化された。スパインとアストログリアめ接触時間が長いことはPSDの集積とスパインの分化に必須であった。アストログリアは自己の排他的領域内に存在する多数のスパイン・PSD構造の形成と維持を、単一シナプスレベルで制御していることになる。グリア細胞が神経回路網に対して精密な機能制御を行っていることがこれら一連の実験により明確に示された。

Research Products

• [Journal Article] Regulation of dendritic spine morphology by an NMDA receptor-associated Rho GTPase-activating protein, p250GAP (2008)
  • Author(s): Nakazawa, T., Kuriu, T., Tezuka, T., Umemori, H., Okabe, S., and Yamamoto, T.
  • Journal Title: Journal of Neurochemistry (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Co-localization of a novel transcriptional repressor simiRP58 with RP58 (2008)
  • Author(s): Takahashi, A., Hirai, S., Ohtaka-Maruyama, C., Miwa, A., Hata, Y., Okabe, S.and H. Okado
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications 368 Pages: 637-642
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] IQ decline and memory impairment in Japanese patients with chronic schizophrenia (2008)
  • Author(s): Hori, H., Noguchi H., Hashimoto R., Okabe S., Saitoh O., and H. Kunuei.
  • Journal Title: Psychiatry Research 158 Pages: 251-255
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular anatomy of the postsynaptic density. (2007)
  • Author(s): Okabe, S.
  • Journal Title: Molecular and Cellular Neuroscience 34 Pages: 503-518
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Secl/Munc18 family protein, VPS-45, is required for RAB-5-dependent endocytic trafficking in C. elegans (2007)
  • Author(s): Gengyo-Ando, K., Kuroyanagi, H., Kobayashi, T., Murate, M., Fujimoto, K., Okabe, S. and S. Mitani.
  • Journal Title: EMBO Reports 8 Pages: 152-157
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct astrocytic contacts regulate local maturation of dendritic spines. (2007)
  • Author(s): Nishida, H. and S. Okabe
  • Journal Title: Journal of Neuroscience 27 Pages: 331-340
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct astrocytic contacts regulate local maturation of dendritic spines. (2007)
  • Author(s): Nishida, H., S. Okabe
  • Journal Title: Journal of Neuroscience 27 Pages: 331-340
• [Journal Article] The Sec1/Munc18 family protein, VPS-45, is required for RAB-5- dependent endocytic trafficking in C. elegans (2007)
  • Author(s): Gengyo-Ando, K., Kuroyanagi, H., Kobayashi, T., Murate, M., Fujimoto, K., Okabe, S., S.Mitani
  • Journal Title: EMBO Reports 8 Pages: 152-157
• [Journal Article] Differential control of postsynaptic density scaffolds via actin-dependent and independent mechanisms. (2006)
  • Author(s): Kuriu, T., Inoue, A., Bito, H., Sobue, K., S.Okabe
  • Journal Title: Journal of Neuroscience 26 Pages: 7693-7706
• [Journal Article] Antipsychotic medication and cognitive function in schizophrenia. (2006)
  • Author(s): Hori, H., Noguchi, H., Hashimoto, R., Nakabayashi, T., Omori, M., Takahashi, S., Tsukue, R., Anami, K., Hirabayashi, N., Harada, S., Saito, O., Iwase, M., Kajiamoto, O., Takeda, M., Okabe, S., H.Kunugi
  • Journal Title: Schizophrenia Research 86 Pages: 138-146
• [Journal Article] Myosin-Va facilitates the accumulation of mRNA/protein complex in dendritic spines. (2006)
  • Author(s): Yoshimura, A., Fujii, R., Watanabe, Y., Okabe, S., Fukui, K., T.Takumi
  • Journal Title: Current Biology 16 Pages: 2345-2351
• [Journal Article] Bi-directional regulation of postsynaptic cortactin distribution by BDNF and NMDA receptor activity (2005)
  • Author(s): Iki, J., Inoue, A., Bito, H., S.Okabe
  • Journal Title: European Journal of Neuroscience 22 Pages: 2985-2994
• [Journal Article] Determination of absolute protein numbers in single synapses by a GFP-based calibration technique. (2005)
  • Author(s): Sugiyama, Y., Kawabata, I., Sobue, K., S.Okabe
  • Journal Title: Nature Methods 2 Pages: 677-684
• [Journal Article] The RNA-binding protein TLS is translocated to dendritic spines by mGluR5 activation and regulates spine morphology. (2005)
  • Author(s): Fujii, R.^*, Okabe, S.^*, Urushido, T., Inoue, K., Yoshimura, A., Tachibana, T., Nishikawa, T., Hick, G.G., T.Takumi ^* equal contribution
  • Journal Title: Current Biology 15 Pages: 587-593
• [Journal Article] High-purity lineage selection of embryonic stem cell-derived neurons. (2005)
  • Author(s): Schmandt, T., Meents, E., Gossrau, G., Gornik, V., Okabe, S., O.Brustle
  • Journal Title: Stem Cells and Development 14 Pages: 55-64
• [Journal Article] Direct visualization of cell movement in the embryonic olfactory bulb using green fluorescent protein transgenic mice : evidence for rapid tangential migration of neural cell precursors. (2005)
  • Author(s): Yamamoto, K., Yamaguchi, M., S.Okabe
  • Journal Title: Neuroscience Research 51 Pages: 199-214
  • NAID: 10015450997
• [Journal Article] Simultaneous observation of stably associated presynaptic varicosities and postsynaptic spines : morphological alterations of CA3-CA1 synapses in hippocampal slice cultures. (2005)
  • Author(s): Umeda, T., Ebihara, T., S.Okabe
  • Journal Title: Molecular and Cellular Neuroscience 28 Pages: 264-274
• [Journal Article] Simultaneous Observation of Stably Associated Presynaptic Vairicosities and Postsynaptic Spines : Morphological Alterations of CA3-CA1 Synapses in Hippocampal mice Cultures. (2005)
  • Author(s): Umeda, T., Ebihara, T., S.Okabe
  • Journal Title: Molecular and Cellular Neuroscience 28 Pages: 264-274
• [Journal Article] Electroporation-mediated gene transfer system applied to cultured CNS neurons (2004)
  • Author(s): Kawabata, I., Umeda, T., Yamamoto, K., S.Okabe
  • Journal Title: Neuroreport 15 Pages: 971-976
• [Journal Article] Telencephalin slows spine maturation.
  • Author(s): Matsuno, H., Okabe, S., Mishina, M., Yanagida, T., Mori, K., Y.Yoshihara
  • Journal Title: Journal of Neuroscience in press.
• [Journal Article] The RNA binding protein TLS is translocated to dendritic spines by mGluR5 activation and regulates spine morphology.
  • Author(s): Fujii, R.^*, Okabe, S.^*, Urushido, T., Inoue, K., Tachibana T., Nishikawa, T., Hick, G.G., T.Takumi
  • Journal Title: Current Biology (in press)
• [Presentation] 出生後の脳発達においてRcc1の果たす核-細胞質間物質輸送の機能 (2008)
  • Author(s): 西井清雅, 西本毅治, 橋爪華奈子, 熊井まどか, 宮野有美, 柴田洋三郎, 岡部繁男
  • Organizer: 第113回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • Place of Presentation: 大分県由布市
  • Year and Date: 2008-03-27
• [Presentation] 脳の生理機能と病態における神経・グリア相互作用の新しい役割 (2008)
  • Author(s): 岡部繁男
  • Organizer: 第85回日本生理学会大会 シンポジウム「グリア細胞を統合した神経機能学の再構築」
  • Place of Presentation: 東京都新宿区
  • Year and Date: 2008-03-25
• [Presentation] Formation of excitatory synapses and astrocytic contacts. (2008)
  • Author(s): 岡部繁男
  • Organizer: USA-Japan Joint Meeting for Glial Research
  • Place of Presentation: Philadelphia, U.S.A.
  • Year and Date: 2008-03-19
• [Presentation] グルタミン酸受容体のシナプスへの出入り:1分子法と多分子法による研 (2007)
  • Author(s): 中田千枝子, 土方博子, 吉田広人, 長谷川理恵, 岡部繁男, 楠見明弘
  • Organizer: 第45回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2007-12-23
• [Presentation] 出生後の脳発達においてRcclの果たす核-細胞質間物質輸送の機能 (2007)
  • Author(s): 西井清雅, 西本毅治, 橋爪華奈子, 熊井まどか, 宮野有美, 柴田洋三郎, 岡部繁男
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会年会 第80回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2007-12-13
• [Presentation] GFPイメージングによる神経機能へのアプローチ (2007)
  • Author(s): 岡部繁男
  • Organizer: 第48回日本組織細胞化学会 第39回日本臨床分子形態学会 合同学術集会 シンポジウム「バイオイメージングで生体機能を観る、測る」
  • Place of Presentation: 山梨県甲府市
  • Year and Date: 2007-09-28
• [Presentation] 微小管結合蛋白doublecortin-like kinaselの神経細胞内動態 (2007)
  • Author(s): 申 義庚, 岡部繁男
  • Organizer: 第30回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2007-09-11
• [Presentation] 主観的ストレスはDEX/CRHテストで測定したコルチゾールやアルギニン・バソプレッシン値と関連する (2007)
  • Author(s): 堀 弘明, 岡部繁男, 功刀 浩
  • Organizer: 第30回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2007-09-11
• [Presentation] 海馬錐体細胞と介在細胞におけるグルタミン酸作動性シナブス後部の分子構築と動態の相違 (2007)
  • Author(s): 岡部繁男
  • Organizer: 第30回日本神経科学大会 シンポジウム「シナプス形成と機能獲得」
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2007-09-10
• [Presentation] Assembly and movement of glutamatergic synapses. (2007)
  • Author(s): 岡部繁男
  • Organizer: 2nd Westerburg Symposium on "Molecular Dynamics of Chemical Synapse"
  • Place of Presentation: Dedeleben, Germany
  • Year and Date: 2007-08-20
• [Presentation] GFPの基礎と応用 (2007)
  • Author(s): 岡部繁男
  • Organizer: 第32回組織細胞化学講習会
  • Place of Presentation: 京都府京都市
  • Year and Date: 2007-08-07
• [Presentation] GFP-based imaging of excitatory synapses in the nervous system. (2007)
  • Author(s): 岡部繁男
  • Organizer: EMBO Practical Course, "Imaging in 3-D and the F-technilues: FRET, FCS, FLIM and FRAP."
  • Place of Presentation: Biopolis, Shingapore
  • Year and Date: 2007-06-25
• [Presentation] Quantitative time-lapse imaging of glutamatergic synapses in the hippocampus. (2007)
  • Author(s): 岡部繁男
  • Organizer: Gordon Research Conference, "Excitatory Synapses & Brain Function"
  • Place of Presentation: New London, U.S.A.
  • Year and Date: 2007-06-14
• [Presentation] シナプス後部蛋白質のイメージング (2007)
  • Author(s): 岡部繁男
  • Organizer: 日本顕微鏡学会 第63回学術講演会シヤポジウム「神経情報処理過程のイメージング:分子から個体へ
  • Place of Presentation: 新潟県新潟市
  • Year and Date: 2007-05-21
• [Publications] Kawabata, I., Umeda, T., Yamamoto, K., S.Okabe: "Electroporation-mediated gene transfer system applied to cultured CNS neurons"Neuroreport. (in press).
• [Publications] Nakazawa, T., Watabe, A.M., Tezuka, T., Yoshida, Y., Yokoyama, K., Umemori, H., Inoue, A., Okabe, S., Manabe, T., T.Yamamoto: "p250GAP, a novel brain-enriched GTPase-activating protein for Rho family GTPase, is involved in the NMDA receptor signaling."Molecular Biology of the Cell. 13. 2921-2934 (2003)
• [Publications] Inoue A., S.Okabe: "The dynamic organization of postsynaptic proteins : translocating molecules regulate synaptic function."Current Opinion in Neurobiology. 13. 332-340 (2003)
• [Publications] Enomoto, M., Shinomiya, K., S.Okabe: "Migration and differentiation of neural progenitor cells from two different regions of embryonic central nervous system after transplantation into the intact spinal cord."European Journal of Neuroscience. 17. 1223-1232 (2003)
• [Publications] Ebihara, T., Kawabata, I., Usui, S., Sobue, K., S.Okabe.: "Synchronized formation and remodeling of postsynaptic densities : long-term visualization of hippocampal neurons expressing postsynaptic density proteins tagged with GFP."Journal of Neuroscience. 23. 2170-2181 (2003)
• [Publications] Usui, S., Konno, D., Hori, K., Maruoka, H., Okabe, S., Fujikado, T., Tano, Y., K.Sobue: "Synaptic targeting of PSD-Zip45 (Homer 1c) and its involvement in the synaptic accumulation of F-actin."Journal of Biological Chemistry. 278. 10619-10628 (2003)