学習前の神経回路の操作を可能にする革新的光学技術の開発

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 16H01278
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 竹本 研 横浜市立大学, 医学部, 助教 (80466432)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2017: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2016: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 光操作 / 神経可塑性 / CALI法

Outline of Annual Research Achievements

申請者が以前開発したGluA1のCALI法は、GluA1細胞外ドメインにエピトープを持つ抗体を利用したものであり、シナプス提示されたGluA1ホモマーを特異的に機能破壊できる。本研究でもGluA1のCALI技術と同様に、シナプスに発現し機能するNMDA受容体を機能破壊するために、NMDA受容体の細胞外ドメインに対する抗体を取得し、CALIが可能なもののスクリーニングを行う。NMDA受容体はヘテロ4量体を形成しており、必ずNR1サブユニットを含む。これまでに8種のNR1のスプライスバリアントが報告されているが、マウス成体脳では主にNR1-1A/NR2A複合体が主に発現しているため、本研究ではNR1-1Aに対する抗体の取得を進めた。
昨年までの研究において、内在性NMDA受容体をCALIで機能破壊出来る抗体を1クローン単離する事に成功したが、分子特異性について検討したところ、AMPA電流成分も多少減少することが分かり、完全な分子特異性を見出すことはできなかった。これを改善するには内在性分子を認識する抗体をより多く単離する事が重要と考え、抗体取得方法をペプチド免疫からDNA免疫に変更し再びモノクローナル抗体の取得を進めた。また標的分子を学習前のbasalなシナプス活動そのものに関与するGluA3に変更し、将来より多角的な研究を進めるためのツールの開発を目指した。これまでにハイブリドーマ78種類を単離し、FCM解析により78種類中25種類がnativeなGluA3分子を認識することが分かった。さらにクローニングとGluA3に対する特異性を検討し、現在までにGluA3を特異的に認識する10種類の抗体を取得することに成功している。また副産物としてGluA1-3全てを認識する抗体やGluA2-3を特異的に認識する抗体も得られており、別途研究に用いることを考えている。現在電気生理学的解析により、最も効率良くCALIが可能な抗体を同定中である。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Optical inactivation of synaptic AMPA receptors erases fear memory. (2017)
  • Author(s): K. Takemoto, H. Iwanari, H. Tada, K. Suyama, A. Sano, T. Nagai, T. Hamakubo, T. Takahashi
  • Journal Title: Nat Biotechnol Volume: 35 Issue: 1 Pages: 38-47
  • DOI: 10.1038/nbt.3710
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Social isolation suppresses actin dynamics and synaptic plasticity through ADF/cofilin inactivation in the developing rat barrel cortex (2017)
  • Author(s): Tada H, Miyazaki T, Takemoto K, Jitsuki S, Nakajima W, Koide M, Yamamoto N, Taguchi A, Kawai H, Komiya K, Suyama K, Abe H, Sano A, Takahashi T.
  • Journal Title: Sci. Rep Volume: 7 Issue: 1 Pages: 8471-8471
  • DOI: 10.1038/s41598-017-08849-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nogo Receptor Signaling Restricts Adult Neural Plasticity by Limiting Synaptic AMPA Receptor Delivery. (2016)
  • Author(s): Jitsuki S, Nakajima W, Takemoto K, Sano A, Tada H, Takahashi-Jitsuki A, Takahashi T
  • Journal Title: Cerebral cortex Volume: 26(1) Issue: 1 Pages: 427-439
  • DOI: 10.1093/cercor/bhv232
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dysregulation of a potassium channel, THIK-1, targeted by caspase-8 accelerates cell shrinkage (2016)
  • Author(s): Sakamaki K, Ishii TM, Sakata T, Takemoto K, Takagi C, Takeuchi A, Morishita R, Takahashi H, Nozawa A, Shinoda H, Chiba K, Sugimoto H, Saito A, Tamate S, Satou Y, Jung SK, Matsuoka S, Koyamada K, Sawasaki T, Nagai T, Ueno N
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta Volume: 1863 Issue: 11 Pages: 2766-2783
  • DOI: 10.1016/j.bbamcr.2016.08.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neonatal isolation augments social dominance by altering actin dynamics in the medial prefrontal cortex. (2016)
  • Author(s): Tada H, Miyazaki T, Takemoto K, Takase K, Jitsuki S, Nakajima W, Koide M, Yamamoto N, Komiya K, Suyama K, Sano A, Taguchi A, Takahashi T
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 113 Issue: 45
  • DOI: 10.1073/pnas.1606351113
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Complex-specific optical inactivation of neurotransmitter receptors for memory decoding (2017)
  • Author(s): Takemoto K and Takahashi T
  • Organizer: 第40回 日本神経科学会
• [Presentation] Complex-specific optical inactivation of synaptic AMPA receptors erases fear memory (2017)
  • Author(s): Takemoto K and Takahashi T
  • Organizer: 第40回 日本分子生物学会
• [Presentation] Optical inactivation of synaptic AMPA receptors for artificial memory erasure (2016)
  • Author(s): Takemoto K, Iwanari H, Nagai T, Hamakubo T and Takahashi T
  • Organizer: Neuro2016
• [Presentation] 複合体特異的なAMPA受容体の光不活化と恐怖記憶の消去 (2016)
  • Author(s): 竹本 研、岩成 宏子、永井 健治、浜窪 隆雄、高橋 琢哉
  • Organizer: 第39回 日本分子生物学会年会