CAST/ELKSの機能制御から捉える網膜シナプスのスクラップアンドビルド

• Project Area: Dynamic regulation of brain function by Scrap & Build system
• Project/Area Number: 17H05741
• 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: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 大塚 稔久 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40401806)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000); Fiscal Year 2018: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2017: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
• Keywords: 神経科学

Outline of Annual Research Achievements

本年度も引き続き、リバイスのための追加実験を行った。具体的には、条件付きダブルノックアウトマウスで見出された視細胞死がアポトーシスによるものであることをTUNEL法によって形態学的に明らかにした。さらに、網膜特異的にGCaMPを発現させるためのAAVベクター構築を進め、光応答による双極細胞の活性化をモニターできる系の確立を行い、LED刺激によって網膜細胞の応答の検出に成功した。一方、この光刺激がどの程度生体内の現象を反映しているかについては、引き続き条件検討が必要と思われた。また、ドイツマックスプランク研究所のTobias Moser博士との共同研究で、パッチクランプ法を用いてプレシナプスのカルシウムチャネルに着目した解析を継続し、CAST/ELKSダブルノックアウトマウス網膜ではカルシウムチャネルの機能が大きく阻害されていることを見出した。この成果は、Calyx of heldシナプスにおけるデータと高い相関性があり、CAST/ELKSがカルシウムチャネルと相互作用して、神経伝達物質の放出を制御しているという一般原理の提唱につながった。また、将来的に網膜視細胞から双極細胞への神経伝達を直接モニターするために、双極細胞特異的に膜電位センサーを発現させるベクター開発を開始した。さらに、網膜における異所性のシナプス形成のスクラップアンドビルドの解明のために、特にリン酸化シグナル伝達に着目した。具体的には、AMPKファミリーのマスターリン酸化酵素・LKB1がこの異所性シナプス形成を制御していることを確かめるとともに、CAST/ELKSのそれぞれのリン酸化部位（セリン残基）をアラニン残基に置換した変異マウスの交配・繁殖を進めた。これら変異マウスとLKB1変異マウスを交配させLKB1シグナル系とCAST/ELKSのリン酸化についての関連について今後予備データを得る。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Vangl2 interaction plays a role in the proteasomal degradation of Prickle2 (2019)
  • Author(s): Nagaoka Tadahiro、Furuse Mikio、Ohtsuka Toshihisa、Tsuchida Kunihiro、Kishi Masashi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 2912-2912
  • DOI: 10.1038/s41598-019-39642-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ELKS/Voltage-dependent Ca2+ channel-β Subunit Module Regulates Polarized Ca2+ Influx in Pancreatic β-Cells. (2019)
  • Author(s): Ohara-Imaizumi, M., Aoyagi, K., Yamauchi, H., Yoshida, M., Mori, M.X., Hida, Y., Tran, H.N., Ohkura, M., Abe, M., Akimoto, Y., Nakamichi, Y., Nishiwaki, C., Kawakami, H., Hara, K., Sakimura, K., Nagamatsu, S., Mori, Y., Nakai, J., Kakei, M., and Ohtsuka, T.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 26 Issue: 5 Pages: 1213-1226
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.12.106
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cytomatrix proteins CAST and ELKS regulate retinal photoreceptor development and maintenance (2018)
  • Author(s): Hagiwara Akari、Kitahara Yosuke、Grabner Chad Paul、Vogl Christian、Abe Manabu、Kitta Ryo、Ohta Keisuke、Nakamura Keiichiro、Sakimura Kenji、Moser Tobias、Nishi Akinori、Ohtsuka Toshihisa
  • Journal Title: The Journal of Cell Biology Volume: 217 Issue: 11 Pages: 3993-4006
  • DOI: 10.1083/jcb.201704076
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CAST/ELKS Proteins Control Voltage-Gated Ca2+ Channel Density and Synaptic Release Probability at a Mammalian Central Synapse (2018)
  • Author(s): Dong Wei、Radulovic Tamara、Goral R. Oliver、Thomas Connon、Suarez Montesinos Monica、Guerrero-Given Debbie、Hagiwara Akari、Putzke Travis、Hida Yamato、Abe Manabu、Sakimura Kenji、Kamasawa Naomi、Ohtsuka Toshihisa、Young Samuel M.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 24 Issue: 2 Pages: 284-293.e6
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.06.024
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mutations in bassoon in individuals with familial and sporadic progressive supranuclear palsy-like syndrome (2018)
  • Author(s): Yabe I, Yaguchi H, Kato Y, Miki Y, Takahashi H, Tanikawa S, Shirai S, Takahashi I, Kimura M, Hama Y, Matsushima M, Fujioka S, Kano T, Watanabe M, Nakagawa S, Kunieda Y, Ikeda Y, Hasegawa M, Nishihara H, Ohtsuka T, Tanaka S, Tsuboi Y, Hatakeyama S, Wakabayashi K, Sasaki H
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 8 Issue: 1 Pages: 819-819
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19198-0
  • NAID: 120006377499
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synaptic localisation of SRF coactivators, MKL1 and MKL2, and their role in dendritic spine morphology (2018)
  • Author(s): Kaneda Marisa、Sakagami Hiroyuki、Hida Yamato、Ohtsuka Toshihisa、Satou Natsumi、Ishibashi Yuta、Fukuchi Mamoru、Krysiak Anna、Ishikawa Mitsuru、Ihara Daisuke、Kalita Katarzyna、Tabuchi Akiko
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 727-727
  • DOI: 10.1038/s41598-017-18905-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CAST: Its molecular structure and phosphorylation-dependent regulation of presynaptic plasticity (2018)
  • Author(s): Hamada Shun、Ohtsuka Toshihisa
  • Journal Title: Neurosci. Res. Volume: 127 Pages: 25-32
  • DOI: 10.1016/j.neures.2017.12.005
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular structure and function of the presynaptic active zone. (2018)
  • Author(s): Toshihisa Ohtsuka
  • Organizer: A symposium in honor of Sumiko Mochida-Forefront of Neurotransmitter Release and Calcium Channel Signaling
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Integral system by the active zone proteins CAST and ELKS to control retinal synaptic transmission and photoreceptor remodeling. (2018)
  • Author(s): Ohtsuka T.
  • Organizer: 第95回日本生理学会大会
• [Presentation] Molecular Mechanisms of Presynaptic Transmission. (2018)
  • Author(s): Ohtsuka T.
  • Organizer: The first international symposium for frontend brain science: University of Yamanashi 2018.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Integral system by CAST/ELKS protein family to regulate retinal photoreceptor development and maintenance. (2018)
  • Author(s): Ohtsuka T.
  • Organizer: BRI International Symposium 2018.
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] CAST Phosphorylation in Control of Short-term Plasticity at the presynaptic Active Zones. (2017)
  • Author(s): 大塚稔久
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Remarks] 山梨大学医学部生化学講座第一教室ホームページ
  • URL: http://www.med.yamanashi.ac.jp/basic/bioche01/