樹状突起スパインの刈り込みにおけるオートファジーの役割の解析

• Project/Area Number: 16J04376
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Nerve anatomy/Neuropathology
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 貝塚 剛志 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 樹状突起スパイン / PSD / シナプス / プロテオミクス / プロテオーム / シナプス後肥厚 / オートファジー

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、前々年度および前年度の報告書に記載した方針に従い、樹状突起スパインに存在する巨大タンパク質複合体であるシナプス後肥厚(PSD)のプロテオーム解析を推進した。
◆発達段階におけるPSDタンパク質のリモデリング：マウスの生後の発達段階において、樹状突起スパインの数や単位時間あたりの形成数・剪定数は大きく変化する。この過程にPSDタンパク質のリモデリングが関与している可能性を考え、異なる発達段階のマウスの脳からPSDを精製し、プロテオーム解析を行った。前年度のデータはばらつきが大きい、血液のタンパク質が混入しているなどの問題があったため、PSDの精製手順、および解析する質量分析装置・ソフトウェアを変更し、再解析を行った。その結果、上記の問題が改善された精度の高いデータを得ることに成功した。さらにk平均法による変動パターンのクラスタリング、統計学的解析による有意な変化の検出、およびバイオインフォマティクス解析により、生後発達段階のマウスの脳において、シナプスの成熟を説明しうるPSDのリモデリングが生じていることを明らかにした。また、既存のオミックスデータとの相関を調べることで、このPSDリモデリングが主に転写レベルで制御されていること、げっ歯類・霊長類間で進化的に保存されていることを見出した。これらの成果は国内外の学会で発表を行っている。
◆既存PSDプロテオームデータの分析：前年度の研究をさらに拡張し、過去に出版されている25報の論文に含まれる計43セットのPSDプロテオームデータを統合し、解析した。まずクラスタリング等により、相互のデータの関連性を示した。また「複数のプロテオーム解析で検出されているが、機能が全く調べられていない因子」をさらに解析したところ、PSDの液-液相分離に関与している可能性が示唆された。今後はこれら未知のPSDタンパクの機能解析を進めていきたいと考えている。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Postsynaptic density proteins and their involvement in neurodevelopmental disorders. (2018)
  • Author(s): Takeshi Kaizuka, Toru Takumi
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: in press Issue: 6 Pages: 447-455
  • DOI: 10.1093/jb/mvy022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] オートファジーの定量的解析 (2017)
  • Author(s): 貝塚剛志
  • Journal Title: 実験医学増刊 Volume: 35 Pages: 33-41
• [Journal Article] A new probe to measure autophagic flux in vitro and in vivo. (2017)
  • Author(s): Morishita H, Kaizuka T, Hama Y, Mizushima N.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 13 Issue: 4 Pages: 757-758
  • DOI: 10.1080/15548627.2016.1278094
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An Autophagic Flux Probe that Releases an Internal Control (2016)
  • Author(s): Kaizuka T, Morishita H, Hama Y, Tsukamoto S, Matsui T, Toyota Y, Kodama A, Ishihara T, Mizushima T, Mizushima N*
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 17 Issue: 4 Pages: 835-849
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2016.09.037
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 精神科領域の用語解説 オートファジー (2016)
  • Author(s): 貝塚剛志
  • Journal Title: 分子精神医学 Volume: 16 Pages: 50-52
  • NAID: 40020998021
• [Presentation] Remodeling of PSD composition during postnatal development (2018)
  • Author(s): Takeshi Kaizuka, Toru Takumi
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia, Autism & Neurodevelopment Disorders
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Remodeling of postsynaptic density during development (2018)
  • Author(s): Takeshi Kaizuka, Toru Takumi
  • Organizer: 文部科学省新学術領域研究「スクラップ＆ビルドによる脳機能の動的制御」第2回領域会議
• [Presentation] Proteomics of postsynaptic density and neuronal development (2017)
  • Author(s): Takeshi Kaizuka, Toru Takumi
  • Organizer: 文部科学省新学術領域研究「スクラップ＆ビルドによる脳機能の動的制御」第2回領域会議