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The clarification of acetylcholine-PAK signaling in aversive learning and cognitive memory formation

Research Project

Project/Area Number 19K16370
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 47040:Pharmacology-related
Research InstitutionFujita Health University (2020-2021)
Nagoya University (2019)

Principal Investigator

Yamahashi Yukie  藤田医科大学, 総合医科学研究所, 助教 (00793481)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywordsアセチルコリン / PAKキナーゼ / ドネペジル / 忌避学習 / 認知機能 / シナプス / 側坐核 / 海馬 / 認知記憶 / 忌避学習・嫌悪記憶 / PAK / リン酸化 / スパイン / PKC / D2R-MSN / リン酸化プロテオミクス / シグナル伝達
Outline of Research at the Start

本研究では、PAK基質の包括的探索を行うことで、神経細胞内におけるアセチルコリンの作用機序を解明すると共に、忌避学習・嫌悪記憶や認知記憶の形成におけるアセチルコリン-Rac-PAKシグナルの役割を明らかにすることを目的としている。そのため、2019年度は、1) アセチルコリン下流におけるPAK基質の包括的探索を行い、2) PAK基質及びそのリン酸化部位を同定し、3) アセチルコリン-PAKシグナル伝達解析を行う。2020年度は、1) 個体内における樹状突起スパインの形態解析を行い、2) マウスの忌避学習・嫌悪記憶及び認知記憶の解析を行う。

Outline of Final Research Achievements

Acetylcholine (ACh) is a neuromodulator critical for learning and memory and has been one of the targets for treating Alzheimer’s disease. The aim of this study is to clarify the intracellular ACh signaling that regulates learning and memory. We have found the followings: 1) PAK facilitates structural synaptic plasticity in accumbal D2-type medium spiny neurons (D2R-MSNs), which resulted in enhanced aversive learning, 2) donepezil enhances aversive learning by activating PAK in D2R-MSNs, and 3) donepezil activates PAK in CA1 region of hippocampus, the region responsible for cognitive memory. The findings suggest that ACh-PAK pathway regulates aversive learning and cognitive memory through structural synaptic plasticity.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、学習・記憶を制御するアセチルコリンの神経細胞内におけるシグナル伝達機構を明らかにし、認知症治療薬ドネペジルの細胞内における作用機序の解明にも繋げることができた。更に、アセチルコリンがシナプス形態可塑性の制御にも関わるという新たな機能を示唆した。忌避学習や認知記憶が、アルツハイマー型認知症治療薬のスクリーニングの評価に使われている。このことから、本研究で同定したアセチルコリンのシグナル伝達経路の構成分子が治療標的に繋がることが期待される。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Muscarinic signaling regulates voltage‐gated potassium channel KCNQ2 phosphorylation in the nucleus accumbens via protein kinase C for aversive learning2021

    • Author(s)
      Faruk Md. Omar、Tsuboi Daisuke、Yamahashi Yukie、Funahashi Yasuhiro、Lin You‐Hsin、Ahammad Rijwan Uddin、Hossen Emran、Amano Mutsuki、Nishioka Tomoki、Tzingounis Anastasios V、Yamada Kiyofumi、Nagai Taku、Kaibuchi Kozo
    • Journal Title

      Journal of Neurochemistry

      Volume: 160 Issue: 3 Pages: 325-341

    • DOI

      10.1111/jnc.15555

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] KANPHOS: A Database of Kinase-Associated Neural Protein Phosphorylation in the Brain2021

    • Author(s)
      Ahammad Rijwan Uddin、Nishioka Tomoki、Yoshimoto Junichiro、Kannon Takayuki、Amano Mutsuki、Funahashi Yasuhiro、Tsuboi Daisuke、Faruk Md. Omar、Yamahashi Yukie、Yamada Kiyofumi、Nagai Taku、Kaibuchi Kozo
    • Journal Title

      Cells

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 47-47

    • DOI

      10.3390/cells11010047

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Accumbal D2R-medium spiny neurons regulate aversive behaviors through PKA-Rap1 pathway.2020

    • Author(s)
      Lin, Y-H., Yamahashi, Y., Kuroda, K., Faruk M. O., Zhang, X., Yamada, K., Yamanaka, A., Nagai, T., Kaibuchi, K.
    • Journal Title

      Neurocham. Int.

      Volume: 143 Pages: 104935-104935

    • DOI

      10.1016/j.neuint.2020.104935

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Comprehensive analysis of kinase-oriented phospho-signalling pathways2018

    • Author(s)
      Amano Mutsuki、Nishioka Tomoki、Tsuboi Daisuke、Kuroda Keisuke、Funahashi Yasuhiro、Yamahashi Yukie、Kaibuchi Kozo
    • Journal Title

      The Journal of Biochemistry

      Volume: 165 Issue: 4 Pages: 301-307

    • DOI

      10.1093/jb/mvy115

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 忌避学習に至るアセチルコリンシグナル伝達の解明2021

    • Author(s)
      山橋 幸恵
    • Organizer
      2021年度若手支援技術講習会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Acetylcholine signaling in D2R-MSN neurons and its stimulation of aversive learning2021

    • Author(s)
      Yamahashi Y., Lin Y.H., Iwanaga S., Kawashima T., Tokumoto Y., Faruk O., Zhang X., Nagai T., Tsuboi D., Kaibuchi K.
    • Organizer
      第64回日本神経化学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 忌避学習に至るアセチルコリンシグナル伝達の解明2021

    • Author(s)
      山橋 幸恵、張 心健、永井 拓、坪井 大輔、貝淵弘三
    • Organizer
      第53回藤田学園医学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Acetylcholine signaling in D2R-MSN neurons and its stimulation of aversive learning2020

    • Author(s)
      Yukie Yamahashi, You-Shin Lin, Sho Iwanaga, Tomohiro Kawashima, Yuya Tokumoto, Omar Faruk, Xijian Zhang, Taku Nagai, Daisuke Tsuboi, Kozo Kaibuchi
    • Organizer
      総合医科学研究所・研究成果発表会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 忌避行動・学習に至る側坐核内のアセチルコリンの作用機序2019

    • Author(s)
      山橋幸恵、岩永渉、徳元友哉、林祐新、張心健、永井拓、坪井大輔、貝淵弘三
    • Organizer
      Neuro2019 第42回日本神経科学大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 嫌悪刺激によるドーパミン放出の抑制が側坐核D2R-中型有棘神経細胞内のPKA-Rap1経路を活性化する2019

    • Author(s)
      林祐新、永井拓、山橋幸恵、黒田啓介、貝淵弘三
    • Organizer
      Neuro2019 第42回日本神経科学大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 忌避行動・学習に至る側坐核内のアセチルコリンの作用機序2019

    • Author(s)
      山橋幸恵、岩永渉、徳元友哉、林祐新、張心健、永井拓、坪井大輔、貝淵弘三
    • Organizer
      第34回 日本大脳基底核研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 側坐核D2R-中型有棘神経細胞内におけるアデノシン-A2AR-PKA-Rap1経路が忌避行動を制御する2019

    • Author(s)
      林祐新、永井拓、山橋幸恵、黒田啓介、貝淵弘三
    • Organizer
      第9回 名古屋大学医学系研究科・生理研究所合同シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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