An identification of the signaling pathway involving in Sema3A-induced breakdown of the asymmetric distribution in the developing neuron's membrane

Research Project

Project/Area Number	22K06211
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 44010:Cell biology-related
Research Institution	Tokyo Women's Medical University
Principal Investigator	新敷信人東京女子医科大学, 医学部, 助教 (80569658)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中村史雄東京女子医科大学, 医学部, 教授 (10262023) 實木葵 (高橋葵) 東京女子医科大学, 医学部, 助教 (80760074)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	大脳皮質初代神経細胞 / 神経ガイダンス因子セマフォリン3A / ホスファチジルセリン表在化 / PlexinA1~A4の発現局在 / カスパーゼ活性化 / 樹状突起発達 / Sema3A受容体の絞り込み / PS表在化に至るおおよそのシグナル経路解明 / 神経突起伸長退縮 / セマフォリン3A / 細胞膜 / 脂質非対称性崩壊 / 神経発達
Outline of Research at the Start	ホスファチジルセリン（PS）の細胞膜での局在は、細胞膜を中心とした様々な機能や細胞死にも関与する。神経細胞や神経回路の発達段階では、神経突起の伸長、シナプス形成、過剰な突起やシナプス除去など、細胞膜脂質の動的な変化を伴う現象が起こる。我々は、神経突起の発達を制御するセマフォリン3A（Sema3A）が、PSの局在変化を引き起こすことを見出した。この現象が、Sema3Aの作用である、軸索伸長抑制・樹状突起伸長・シナプス形成促進とどのように関連するのか明らかにすることが本研究の目的である。得られた結果は、「PSの正しい局在を決める因子」の異常による神経疾患の病態解析や治療等に活かすことが可能である。
Outline of Annual Research Achievements	令和5年度は、大脳皮質初代神経細胞（培養6日目：神経突起が発達する時期）においてSema3A～PS表在化に至る経路に関わる分子の解析として、①Sema3Aの作用によってPSが表在化する神経突起の特定、②Sema3A受容体複合体のPlexinA1～A4の発現・局在解析、③Sema3AによるCaspase-3活性化の解析、④Caspase-3によって活性化するスクランブラーゼXkrの局在解析を行った。 ①Sema3AによってPSが表在化する部位は、樹状突起分岐部、樹状突起先端部、成長円錐と、樹状突起発達に関わりうる特徴的な部位であることがわかった。②Sema3A受容体複合体のPlexinA1～A4のうち、PlexinA3は樹状突起（特に先端部で強い発現）、成長円錐に高発現、PlexinA4は神経突起全体に高発現し、両者に局在の違いが認められた。PlexinA1、A2はほとんど発現が認められなかった。③Sema3Aは、30分以内にCaspase-3の活性化を増強することがわかった。④強制発現させたXkr4は主に樹状突起に分布した。Xkr8は発現が弱く細胞死を引き起こす可能性が示唆された。以上の結果から、Sema3A→NRP1/PlexinA3→Caspase活性化→Xkr4活性化→PS表在化が樹状突起で生じているものと考えられた。また、PSの表在化が樹状突起の分岐部・先端部・成長円錐で起こっていることからも、突起伸長・発達に何らかの関与がある可能性が考えられた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究課題として設定した、「神経細胞におけるSema3AによるPS表在化の生理的意義とシグナル経路の解明」について両者とも大まかに把握することができたため。
Strategy for Future Research Activity	今後は、神経細胞に発現するスクランブラーゼ、PS表在化の樹状突起発達への関与を明らかにしていきたい。また、初年度からの課題である、Sema3Aによるカスパーゼ活性化はアポトーシスに至らないことに関しても解析していく予定である。