ｉｎ ｖｉｖｏに適用可能な神経伝達物質受容体の直交的な活性制御法の開発

• Project/Area Number: 18J22952
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Chemical biology
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小島 憲人 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: グルタミン酸受容体 / ケモジェネティクス / 配位化学 / 阻害 / ケージド

Outline of Annual Research Achievements

ケモジェネティクス法は、人工受容体を特定の細胞に発現させて人工受容体選択的な合成リガンドを作用させることで生物個体における特定の細胞の活性を制御できるため神経回路研究において有用な手法である。しかし、従来のケモジェネティクス法では人工受容体を強制発現させる必要があり、実際の中枢神経系における受容体の局在や機能を反映していない。そこで、我々は、遺伝子工学と配位化学を組み合わせて内在の受容体を選択的に活性化する「配位ケモジェネティクス」を開発し、Pd錯体によるmGlu1変異体の活性制御に成功していた。
本研究では、Pd錯体を改良することで錯体の親水性を向上し、mGlu1変異体ノックインマウスの脳スライスにおいても人為的なmGlu1の活性化に成功した。今後は、ノックインマウスを利用し行動下の動物個体においてもmGluRの活性化を可能としmGlu1が関与すると知られている運動記憶の制御などを行っていこうと考えている。また、変異mGluRを作成する中でその種類によっては金属錯体が(ポジティブアロステリックモジュレーター)PAMとして機能するものや直接的に活性を引き起こすことができるものも得られており、配位ケモジェネティクスを用いることで受容体の活性化メカニズムまで明らかにすることができると期待される。

さらに本系の適用を拡大し、受容体の活性化だけでなく阻害への適用を行なっており、mGlu1以外の受容体においてもPd錯体を作用させることで受容体機能を阻害することができると確認している。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Ligand-directed two-step labeling to quantify neuronal glutamate receptor trafficking (2021)
  • Author(s): Ojima Kento、Shiraiwa Kazuki、Soga Kyohei、Doura Tomohiro、Takato Mikiko、Komatsu Kazuhiro、Yuzaki Michisuke、Hamachi Itaru、Kiyonaka Shigeki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 831-831
  • DOI: 10.1038/s41467-021-21082-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemogenetic Approach Using Ni(II) Complex?Agonist Conjugates Allows Selective Activation of Class A G-Protein-Coupled Receptors (2018)
  • Author(s): Kubota Ryou、Nomura Wataru、Iwasaka Takuma、Ojima Kento、Kiyonaka Shigeki、Hamachi Itaru
  • Journal Title: ACS Central Science Volume: 4 Issue: 9 Pages: 1211-1221
  • DOI: 10.1021/acscentsci.8b00390
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Ligand-directed two-step labeling to quantify AMPA-type glutamate receptor trafficking (2021)
  • Author(s): Kento Ojima,Kyohei Soga, Itaru Hamachi, Shigeki Kiyonaka
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] Quantification of neuronal AMPA-type glutamate receptor dynamics by combining ligand-directed chemistry and IEDDA click reaction (2020)
  • Author(s): Kento OJIMA, Kazuki SHIRAIWA, Itaru HAMACHI, Shigeki KIYONAKA
  • Organizer: 日本化学会 第100春季年会
• [Presentation] グルタミン酸受容体の人工的な活性制御を可能とする新規ケモジェネティクス法の開発 (2019)
  • Author(s): 小島 憲人、掛川 渉、道籏 友紀子、窪田 亮、柚崎 通介、浜地 格、清中 茂樹
  • Organizer: 第92回 日本生化学大会
  • Invited
• [Presentation] Two-step labeling allows analysis of AMPA-type glutamate receptor dynamics “beyond optical resolution limit” (2019)
  • Author(s): 小島憲人、高遠美貴子、清中茂樹、浜地格
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 配位ケモジェネティクスによる代謝型 グルタミン酸受容体の脳細胞種選択的な活性化 (2018)
  • Author(s): 小島憲人、道旗友紀子、窪田亮、清中茂樹、浜地格
  • Organizer: 生体機能関連化学部会若手の会 第30回サマースクール
• [Presentation] AMPA型グルタミン酸受容体の精密動態解析を目指した LDAI化学とIEDDA型クリック反応の融合 (2018)
  • Author(s): 小島憲人、高遠美貴子、清中茂樹、浜地格
  • Organizer: 第12回バイオ関連化学シンポジウム
• [Remarks] 記憶や学習に関わる神経伝達物質受容体の迅速な蛍光標識に成功
  • URL: https://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20210208_engg1.pdf