小胞体―細胞膜オルガネラ接合部のCa2+が神経可塑性、発生分化に及ぼす役割
| Project/Area Number |
20K06864
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
|
|---|
| Research Institution | Toho University |
|---|
Principal Investigator |
御子柴 克彦 東邦大学, 理学部, 訪問教授 (30051840)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
|
|---|
| Keywords | 小胞体の品質管理 / コレステロール代謝不全 / Derlin-SREBP-2経路 / 小胞体ストレス応答 / IP3受容体 / カルシウムイオン / LTP suppression / Depotentiation / IRBIT / CaMKIIαキナーゼ / てんかん / アストロサイト / ミクログリア / ミエリン形成 / Tet1 / 小胞体 / SOCE / 小胞体―細胞膜接合部 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
細胞外刺激により小胞体内腔のCa2+がIP3受容体から放出されると、細胞外のCa2+が細胞膜を介してCa2+流入 (store-operated Ca2+ entry、SOCE)を引き起こす。近年このCa2+流入がStim-Oraiチャネルによることが明らかとなったがその役割は不明であった。申請者はStim-OraiによるCa2+流入の特異的な阻害剤DPB162-AE化合物の開発に成功した。そこでDPB162-AEを用いて小胞体―細胞膜オルガネラ接合部に於けるCa2+動態の機構と神経可塑性、発生分化に及ぼす役割を解析する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
病態脳では脳萎縮が観察され、共通して認められる変化が細胞小器官の一つ小胞体の品質悪化である。小胞体は、細胞が曝されたストレスを感知し、それに対処することで細胞のストレス状態を緩和する能力（小胞体ストレス応答）を持つ。これまでに、小胞体の膜上のタンパク質Derlinは、小胞体の品質管理に必須な分子であることが報告されている。また、小胞体は、コレステロール合成に関わる膜型転写因子SREBP-2の活性化の最初のステップを担う場所であり、コレステロール合成にとって重要な細胞小器官としても知られている。
本研究では、脳内でのDerlin遺伝子欠損マウスを用いた解析により、小脳でSREBP-2の活性化が阻害されていること、それにより小脳内のコレステロールの総量が減少していることを突き止めた。さらに、Derlinを欠損させた培養神経細胞で見られる樹状突起の短縮は、人為的なSREBP-2の活性化により抑制できることを発見した。
これら結果は、小胞体膜上でDerlinが、SREBP-2の活性化を制御してコレステロール合成を誘導し、神経突起伸長を促すことで、脳の正常な発達と機能維持に重要な役割を果たしていることを示している。
さらに本発見のユニークな点として、Derlinの機能不全による小胞体ストレスそのものは、脳萎縮の直接の原因ではなかったという点も挙げられる。本研究成果は、DerlinによるSREPB2活性制御を介したコレステロール合成が、脳神経細胞の重要な役割を担い、その破綻が脳萎縮に繋がるという、新たな分子メカニズムを見出した重要な知見といえる。
本成果および今後の研究の発展により、Derlin-SREBP-2経路が、コレステロール代謝不全を伴う神経疾患や発達障害に対して、その病態を改善するための新たな治療標的となることが期待される（宮崎大学医学部と東京大学大学院薬学系研究科との共同研究）。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
最近IP3受容体が、正常のみならず、『がん、神経変性症、老化、認知症、運動失調、精神神経疾患』などの病気を含む生命現象の様々な局面で重要な働きをしていることが明らかとなってきている。特に小胞体ストレス応答に際してこれまで、PERK（PKR-like ER kinase）、IRE1（inositol requiring enzyme-1）、ATF6（activating transcription factor）を介して遺伝子発現を介するアポトーシスへの経路が確立されていた。しかし研究代表者は外界からのストレスを感知したERp44やGRP78（BiP）などのシャペロンがタンパク質の品質管理上問題となるミスフォールドタンパク質の情報をIP3受容体へ渡しIP3受容体は各々センサーからの情報を統合して最終的にIP3受容体のチャネルを介してカルシウム放出を行い細胞の生死を決定する。
すなわち、IP3受容体を介する小胞体ストレス応答の新規の経路を見出した（Higo et al. Cell 2005, Higo et al. Neuron 2010）。その延長上の成果として小胞体の膜タンパク質Derlinが品質管理に重要であることを解明した。さらに、Derlinは運動機能に重要な小脳や線状体の発達にとくに重要で、その機能不全は、パーキンソン病などで認められる運動機能障害を引き起こすことも突き止めた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
IP3受容体カルシウムシグナルの働きを、正常、病気両面から明らかにするため、今後は正常の解析と並行して外界からのストレスが働いた場合の生体の応答に関するメカニズムの解明を目指してゆく。ストレス応答にはERストレス、Apoptoticストレス応答などが起きて神経変性症や精神神経疾患を含む障害が起きるが、生体にはそれらの疾患から逃れる為の防御機構が働く。
その防御機構にIP3受容体を中心とする関連分子がどの様に働くかを明らかにするために、細胞レベル、と個体レベルでの研究を進める。
IP3受容体と結合する分子として、すでにBcl-2 Apoptotic family タンパク質や、caspase-3を初めとして研究代表者らが発見して命名したIP3受容体に結合するIRBIT分子の機能解析を進めている。その為にERストレス応答とApoptoticストレス応答のメカニズム解明の為の抗体の購入を進めた。特に研究を効率良く進める為の共同研究を展開する為に、共同研究者と緊密な連絡をとっている段階である。
|
Report
(4 results)
Research Products
(28 results)
-
-
[Journal Article] GIT1 protects against breast cancer growth through negative regulation of Notch2022
Author(s)
Zhang Songbai、Miyakawa Ayako、Wickstrom Malin、Dyberg Cecilia、Louhivuori Lauri、Varas-Godoy Manuel、Kemppainen Kati、Kanatani Shigeaki、Kaczynska Dagmara、Ellstrom Ivar Dehnisch、Elfman Lotta、Kronqvist Pauliina、Repo Heli、Mikoshiba Katsuhiko、Sahlgren Cecilia、Johnsen John Inge、Uhlen Per
-
Journal Title
Nature Communications
Volume: 13
Issue: 1
Pages: 1537-1537
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] ERAD components Derlin-1 and Derlin-2 are essential for postnatal brain development and motor function2021
Author(s)
Sugiyama T, Murao N, Kadowaki H, Takao K, Miyakawa T, Matsushita Y, Katagiri T, Futatsugi A, Shinmyo Y, Kawasaki H, Sakai J, Shiomi K, Nakazato M, Takeda K, Mikoshiba K, Ploegh HL, Ichijo H, Nishitoh H
-
Journal Title
iScience
Volume: 24
Issue: 7
Pages: 102758-102758
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
[Journal Article] Both IRBIT and long-IRBIT bind to and coordinately regulate Cl -/HCO 3- exchanger AE2 activity through modulating the lysosomal degradation of AE22021
Author(s)
Itoh, R. Hatano, N. Murakami, M. Mitsumori, K. Kawasaki, S. Wakagi, T. Kanzaki, Y. Kojima, H. Kawaai, K. Mikoshiba, K. Hamada, K. Mizutani, A.
-
Journal Title
Sci Rep .
Volume: 16
Issue: 1
Pages: 5990-5990
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
-
[Journal Article] Structural basis of astrocytic Ca2+ signals at tripartite synapses2020
Author(s)
Arizono Misa、Inavalli V. V. G. Krishna、Panatier Aude、Pfeiffer Thomas、Angibaud Julie、Levet Florian、Ter Veer Mirelle J. T.、Stobart Jillian、Bellocchio Luigi、Mikoshiba Katsuhiko、Marsicano Giovanni、Weber Bruno、Oliet Stephane H. R.、Nagerl U. Valentin
-
Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Issue: 1
Pages: 1906-1906
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
