Surplus CF synapse elimination requires mGluR1-dependent CF synapse strengthening

• Project/Area Number: 19700285
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Neuroscience in general
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: YAMASAKI Miwako Hokkaido University, 大学院医学研究科, 助教 (10431305)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,690,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2008: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2007: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 小脳 / プルキンエ細胞 / 登上線維 / シナプス / 遺伝子改変動物

Research Abstract

mGluR1ノックアウトマウスおよびPKCγノックアウトマウスを用いて電気生理学的、形態学的な解析を行った。電気生理学的解析により、これらのノックアウトマウスの多くのプルキンエ細胞においては登上線維による単一支配が確立していないことが分かった。
しかし、入力する複数の登上線維間には応答の振幅や伝達物質の放出確率といった機能には優劣が付いていることを明らかにした。また、神経トレーサー法と免疫組織化学を組み合わせた形態解析により、登上線維支配様式に関する以下の表現型を明らかにした。
1.登上線維の支配領域が近位に退縮していた
2.多重支配を引き起こす余剰な登上線維による支配は主に細胞体と樹状突起基部に存在していた。
3.余剰な登上線維は、近隣のプルキンエ細胞を支配する登上線維の比較的短い側枝として、分子層やプルキンエ細胞層内を横走してやってきた。
4.こうした近隣細胞間を横走する登上線維の投射様式は、生後14日令までは野生型と欠損マウスのどちらにも頻繁に観察された。
5.その後の発達過程において、多重支配を招く横走する登上線維は野生型マウスで急速に消失したのに対して、欠損マウスでは残存した。
以上の結果は、mGluR1シグナル伝達系が平行線維シナプス活動を細胞内へと伝達することによって、優勢な登上線維による支配を強化し、劣勢な登上線維による支配を細胞体や樹状突起基部から除去することにより、単一支配へ移行させる分子機構であるとの結論に達した。

Research Products

• [Journal Article] Use-dependent amplification of presynaptic Ca2+ signaling by axonal ryanodine receptors at the hippocampal mossy fiber synapse (2008)
  • Author(s): Shimizu H, Fukaya M, Yamasaki M, Watanabe M, Manabe T, Kamiya H
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A 105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Glutamate transporters regulate lesion-induced plasticity in the developing somatosensory cortex (2008)
  • Author(s): Takasaki C, Okada R, Mitani A, Fukaya M, Yamasaki M, Fujihara Y, Shirakawa T, Tanaka K, Watanabe M
  • Journal Title: J Neurosci 28 Pages: 4995-5006
  • NAID: 120005183168
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of the internal Shank-binding segment of glutamate receptor delta2 in synaptic localization and cerebellar functions (2008)
  • Author(s): Yasumura M, Uemura T, Yamasaki M, Sakimura K, Watanabe M, Mishina M
  • Journal Title: Neurosci Lett 433 Pages: 146-151
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Glutamate transporters regulate lesion-induced period plasticity in the developing somatosensory cortex (2008)
  • Author(s): Takasaki C, Okada R, Mitani A, Fukaya, M., Yamasaki M, Fujihara Y, ShirakawaT, Tanaka K, Watanabe M.
  • Journal Title: J. Neurosci 28 Pages: 4995-5006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Use-dependent amplification of presynaptic Ca^<2+> signaling by axonal ryanodine receptors at the hippocampal mossy fiber synapse (2008)
  • Author(s): Shimizu H, Fukaya M, Yamasaki M, Watanabe M, Manabe T, Kamiya H
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 Pages: 11998-12003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of the internal Shank-binding segment of glutamate receptor delta 2 in synaptic localization and cerebellar functions. (2008)
  • Author(s): Yasumura M, Uemura T, Yamasaki M, Sakimura K, Watanabe M, Mishina M
  • Journal Title: Neurosci Lett 433 Pages: 146-151
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regulation of long-term depression and climbing fiber territory by glutamate receptor delta2 at parallel fiber synapses through its C-terminal domain in cerebellar Purkinje cells (2007)
  • Author(s): Uemura T, Kakizawa S, Yamasaki M, Sakimura K, Watanabe M, Iino M Mishina M
  • Journal Title: J Neurosci 27 Pages: 12096-12108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regulation of long-term depression and climbing fiber territory by GluRe2 at parallel fiber synapses through its cariboxyl terminal domain in cerebellar Purkinje cells. (2007)
  • Author(s): Uemura T, Kakizawa T, Yamasaki M, Sakimura K, Watanabe M, Iino M, Mishina M
  • Journal Title: Journal of Neuroscience 27 Pages: 12096-12108
  • Peer Reviewed
• [Presentation] M1受容体を介するリン作動性神経の伝達様式とシナプス伝達調節機構 (2009)
  • Author(s): 山崎 美和子・渡辺 雅彦
  • Organizer: 第114回解剖学会総会・全国学術集会
  • Place of Presentation: 岡山理科大学(岡山)
• [Presentation] M1受容体を介するコリン作動性神経の伝達様式とシナプス伝達調節機構 (2009)
  • Author(s): 山崎美和子, 渡辺雅彦
  • Organizer: 第114回解剖学会総会・全国学術集会
  • Place of Presentation: 岡山理科大学(岡山市)
• [Presentation] M1アセチルコリン受容体はマウスの脳皮質・海馬の投射ニューロンに豊富に発現している (2008)
  • Author(s): 山崎 美和子・渡辺 雅彦
  • Organizer: 第54回東北・北海道連合支部学術集会
  • Place of Presentation: 市民プラザ・ビッグアイ(福島・郡山)
• [Presentation] Preferential localization of muscarinic M1 receptor in spines and thin dendrites of cortical principal neurons and its anatomical evidence for volume transmission (2008)
  • Author(s): Miwako Yamasaki, Masahiko Watanabe
  • Organizer: 6th FENS Forum of Europian Neuroscience
  • Place of Presentation: Palexpo Conference Center (Geneva, Switzerland)
• [Presentation] M1 subtype of muscarinic acetylcholine receptor is preferentially expressed in principal neurons of the mouse telencephalon (2008)
  • Author(s): 山崎 美和子、飯塚 尭、渡辺 雅彦
  • Organizer: 第113回解剖学会総会・全国学術集会
  • Place of Presentation: 大分医科大学(大分)
• [Presentation] GLAST is essential for the maintenance of climbing fiber monoinnervation through preventing local ectopic innervations to neighbouring and remote Purkinje cells and promofing cytological differentiation of Bergmann glia (2008)
  • Author(s): Miyazaki T, Yamasaki M, Tanaka K, Watanabe M.
  • Organizer: 6^<th> FENS Forum of Europian Neuroscience
  • Place of Presentation: Palexpo Conference Center, Geneva, Switzerland
• [Presentation] Preferential localization of muscarinic M1 receptor in spines and thin dendrites of cortical principalneurons and its anatomical evidence for volume transmission (2008)
  • Author(s): Yamasaki M, Watanabe M.
  • Organizer: 6^<th> FENS Forum of Europian Neuroscience
  • Place of Presentation: Palexpo Conference Center, Geneva, Switzerland
• [Presentation] M1アセチルコリン受容体はマウスの大脳皮質・海馬の投射ニューロンに豊富に発現している (2008)
  • Author(s): 山崎美和子, 渡辺雅彦
  • Organizer: 日本解剖学会第54回東北・北海道連合支部学術集会
  • Place of Presentation: 市民プラザ・ビッグアイ(郡山市)
• [Presentation] M1アセリルコリン受容体は終脳の投射ニューロンに豊富に発現している (2008)
  • Author(s): 山崎美和子、飯塚尭、渡辺雅彦
  • Organizer: 2008年 第113回解剖学会総会・全国学術集会
  • Place of Presentation: 大分県・大分大学
• [Presentation] M1ムスカリン性アセチルコリン受容体は終脳の投射ニューロンに豊富に発現している (2007)
  • Author(s): 山崎 美和子、飯塚 尭、渡辺 雅彦
  • Organizer: Neuro 2007 第30回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
• [Presentation] M1ムスカリン性アセチルコリン受容体は終脳の投射ニューロンに豊富に発現している (2007)
  • Author(s): 山崎美和子、飯塚尭、渡辺雅彦
  • Organizer: Neuro 2007 第30回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜・パシフィコ横浜