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Nanoscale visualization and mechanstic understanding of presynaptic plasticity

Research Project

Project/Area Number 20KK0171
Research Category

Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 46:Neuroscience and related fields
Research InstitutionDoshisha University

Principal Investigator

坂場 武史  同志社大学, 脳科学研究科, 教授 (80609511)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 三木 崇史  秋田大学, 医学系研究科, 教授 (10598577)
坂本 寛和  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (10837397)
Project Period (FY) 2020-10-27 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Keywordsシナプス / 神経 / 可塑性
Outline of Research at the Start

シナプスの伝達強度は一定ではなく、可塑的な変化を示す。シナプス可塑性、特にcAMP依存的なシナプス可塑性は動物種に限らず広く存在し、また、動物の学習・記憶に重要な役割を担うと考えられている。本研究では、学習・記憶に重要な役割を担うげっ歯類海馬において、苔状線維―CA3錐体細胞シナプスのcAMP依存的なシナプス可塑性メカニズムを、特に可塑性誘導後の時間経過に伴うメカニズム遷移の可能性に注目し、日本とドイツの共同研究によって解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、昨年度に継続して、シナプス前終末active zoneタンパク質RIMBP2のシナプス伝達における役割を明らかにすべく、ドイツSigrist研究室から供与を受けたKOマウスを用いた解析を行った(Miyano et al., 2024, eLife)。マウス海馬急性スライス標本において、海馬苔状線維シナプス前終末から直接パッチクランプ電気記録を行ったところ、KO標本では、脱分極パルスに対するシナプス前終末Ca電流の振幅が減少した。また、膜容量測定で観察されるシナプス小胞開口放出量の減少が見られた。KOシナプスにおける開口放出量の減少は、細胞外Ca濃度を上昇させることで大部分が元に戻った。脱分極パルスではなく、生理的な活動電位によって誘発されたシナプス応答を測定するため、苔状線維の連発電気刺激に対するシナプス後電流を測定した。RIMBP2 KOマウスでは、シナプス後電流の振幅はWTよりも小さかった。Ca電流の減少を補正すべく、KOで細胞外液Ca濃度を上昇させるか、WTで細胞外液のCa濃度を減少させると、WTとKOの連発刺激に対するシナプス応答の時間経過は似たものとなったが、完全な一致は見られなかった。RIMBP2 KOマウスではCa電流の減少以外にも伝達物質放出機構の阻害が起こっている可能性が示唆された。KOマウスにおけるCa電流量の減少が、Caチャネル密度の減少によるものか、あるいはチャネルの開閉機構の修飾によるものかを明らかにするために、STED顕微鏡で苔状線維シナプス前終末Caチャネルの密度を調べたところ、KOではチャネル密度の減少が確認できた。以上の結果から、RIMBP2はおもにCaチャネル密度制御に重要な役割を担っていることが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初のcAMPによるシナプス伝達制御については、既に論文として公刊している(Fukaya et al., 2021, PNAS)。現在、多様な可塑性メカニズムの解析など進めており、研究としては当初の計画以上に進展している。

Strategy for Future Research Activity

現在進行中の研究を順調に発展させ、論文を公刊させることに注力したい。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 4 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ベルリン自由大学(ドイツ)

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] ベルリン自由大学(ドイツ)

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      2021 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] ベルリン自由大学(ドイツ)

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] RIM-BP2 regulates Ca2+ channel abundance and neurotransmitter release at hippocampal mossy fiber terminals2024

    • Author(s)
      Miyano Rinako、Sakamoto Hirokazu、Hirose Kenzo、Sakaba Takeshi
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 12

    • DOI

      10.7554/elife.90799

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 特集 シナプス Ⅱ.シナプス伝達 顆粒放出機構2023

    • Author(s)
      三木 崇史、坂場 武史
    • Journal Title

      生体の科学

      Volume: 74 Issue: 1 Pages: 27-31

    • DOI

      10.11477/mf.2425201635

    • ISSN
      0370-9531, 1883-5503
    • Year and Date
      2023-02-15
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] Mechanistic insights into cAMP-mediated presynaptic potentiation at hippocampal mossy fiber synapses2023

    • Author(s)
      Fukaya Ryota、Miyano Rinako、Hirai Himawari、Sakaba Takeshi
    • Journal Title

      Frontiers in Cellular Neuroscience

      Volume: 17 Pages: 1237589-1237589

    • DOI

      10.3389/fncel.2023.1237589

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Increased vesicle fusion competence underlies long-term potentiation at hippocampal mossy fiber synapses2023

    • Author(s)
      Fukaya Ryota、Hirai Himawari、Sakamoto Hirokazu、Hashimotodani Yuki、Hirose Kenzo、Sakaba Takeshi
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 9 Issue: 8 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1126/sciadv.add3616

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Subcortical glutamatergic inputs exhibit a Hebbian form of long-term potentiation in the dentate gyrus2022

    • Author(s)
      Hirai Himawari、Sakaba Takeshi、Hashimotodani Yuki
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 41 Issue: 13 Pages: 111871-111871

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2022.111871

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Quantal analysis estimates docking site occupancy determining short‐term depression at hippocampal glutamatergic synapses2021

    • Author(s)
      Tanaka Mamoru、Sakaba Takeshi、Miki Takafumi
    • Journal Title

      The Journal of Physiology

      Volume: 599 Issue: 23 Pages: 5301-5327

    • DOI

      10.1113/jp282235

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rapid Ca2+ channel accumulation contributes to cAMP-mediated increase in transmission at hippocampal mossy fiber synapses2021

    • Author(s)
      Fukaya Ryota、Maglione Marta、Sigrist Stephan J.、Sakaba Takeshi
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 118 Issue: 9

    • DOI

      10.1073/pnas.2016754118

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] シナプス伝達の電気生理学(教育講演)2023

    • Author(s)
      坂場 武史
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Synaptic vesicle pools at mammalian central synapses2021

    • Author(s)
      SAKABA, Takeshi
    • Organizer
      2021 Annual meeting of Korea Society for Brain and Neural Sciences (KSBNS)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] Synaptic vesicle dynamics at the calyx of Held and other central synapses. in Exocytosis: From Molecules to Cells2022

    • Author(s)
      T Miki, Y Hashimotodani, T Sakaba
    • Total Pages
      16
    • Publisher
      IOP Publishing
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 同志社大学大学院脳科学研究科

    • URL

      https://brainscience.doshisha.ac.jp/

    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-10-29   Modified: 2024-12-25  

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