脳内夾雑環境で働く記憶・学習回路の新規化学遺伝学的制御

• Project Area: Chemical Approaches for Miscellaneous / Crowding Live Systems
• Project/Area Number: 18H04563
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 掛川 渉 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 准教授 (70383718)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2019: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2018: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: ケモジェネティクス / 記憶・学習 / シナプス / 光遺伝学 / 夾雑環境 / 記憶 / 脳内分子夾雑 / 化学遺伝学

Outline of Annual Research Achievements

私たちの脳は約1,000億個もの神経細胞が「シナプス」を介して互いに結合し、記憶・学習をはじめとする高次脳機能に必須な神経回路を構築している。シナプスの形成過程や動作機構を明らかにすることは、記憶・学習を分子レベルで理解する上で重要な課題の１つであるが (掛川渉, 柚﨑通介: BRAIN and NERVE, 2018)、複雑環境にある脳内において、特定のシナプスに対して選択的に介入しうる技術は、今も尚、発展途上にある。私たちは最近、協調運動や運動記憶・学習をささえる小脳のシナプス回路を対象とし、シナプス伝達を担うグルタミン酸受容体の機能や動態を人為的に制御しうるまったく新しい化学遺伝学 (Chemogenetics) および光遺伝学 (Optogenetics) 的技術を世界に先駆けて報告した (Kiyonaka et al., Nat Chemistry, 2016; Kakegawa et al., Neuron, 2018)。とりわけ、新規化学遺伝学的技術 (配位ケモジェネティクス法) では、グルタミン酸受容体の活性制御を介して、小脳依存的な運動記憶・学習の分子基盤とされる長期抑圧現象 (long-term depression, LTD; シナプス伝達効率の長期的な低下現象) の誘導過程を調節することにも成功した (Kakegawa, Kiyonaka et al., 未発表データ)。これらの新規手法は、従来の技術では困難であった「脳内の特定のシナプス機能を人為的に操作しうる強力なツール」として用いられ、シナプス機能と個体レベルの事象との因果関係をより詳細に追究できるものと期待される。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] モントリオール大学/IRCM(カナダ)
• [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学/オックスフォード大学(英国)
• [Journal Article] Hyaluronan synthesis supports glutamate transporter activity (2019)
  • Author(s): Hayashi MK, Nishioka T, Shimizu H, Takahashi K, Kakegawa W, Mikami T, Hirayama Y, Koizumi S, Yoshida S, Yuzaki M, Tammi M, Sekino Y, Kaibuchi K, Shigemoto-Mogami Y, Yasui M, Sato K.
  • Journal Title: Journal of Neurochemistry Volume: 150 Issue: 3 Pages: 249-263
  • DOI: 10.1111/jnc.14791
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] PhotonSABER: new tool shedding light on endocytosis and learning mechanisms in vivo (2019)
  • Author(s): Matsuda Shinji、Kakegawa Wataru、Yuzaki Michisuke
  • Journal Title: Communicative & Integrative Biology Volume: 12 Issue: 1 Pages: 34-37
  • DOI: 10.1080/19420889.2019.1586048
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mice lacking EFA6C/Psd2, a guanine nucleotide exchange factor for Arf6, exhibit lower Purkinje cell synaptic density but normal cerebellar motor functions. (2019)
  • Author(s): Saegusa S, Fukaya M, Kakegawa W, Tanaka M, Katsumata O, Sugawara T, Hara Y, Itakura M, Okubo T, Sato T, Yuzaki M, Sakagami H
  • Journal Title: PLoS One Volume: 14 Issue: 5 Pages: e0216960-e0216960
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0216960
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Activity-dependent secretion of synaptic organizer Cbln1 from lysosomes in granule cell axons (2019)
  • Author(s): Ibata K, Kono M, Narumi S, Motohashi J, Kakegawa W, Kohda K, Yuzaki M.
  • Journal Title: Neuron Volume: 102 Issue: 6 Pages: 1184-1198
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2019.03.044
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Activity-dependent secretion of synaptic organizer Cbln1 from lysosomes in granule cell axons. (2019)
  • Author(s): Ibata Keiji, Kono Maya, Narumi Sakae, Motohashi Junko, Kakegawa Wataru, Kohda Kazuhisa, Yuzaki Michisuke.
  • Journal Title: Neuron Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 増大特集 記憶と忘却に関わる脳のしくみ-分子機構から健忘の症候まで 記憶･学習の分子機構-そのときシナプスでは何が起きているのか (2018)
  • Author(s): 掛川 渉、柚﨑 通介
  • Journal Title: BRAIN and NERVE Volume: 70 Issue: 7 Pages: 677-687
  • DOI: 10.11477/mf.1416201069
  • ISSN: 1344-8129, 1881-6096
  • Year and Date: 2018-07-01
• [Journal Article] Interneuronal NMDA receptors regulate long-term depression and motor learning in the cerebellum (2018)
  • Author(s): Kono Maya、Kakegawa Wataru、Yoshida Kazunari、Yuzaki Michisuke
  • Journal Title: The Journal of Physiology Volume: 597 Issue: 3 Pages: 903-920
  • DOI: 10.1113/jp276794
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cote JF. Spatiotemporal regulation of the GPCR activity of BAI3 by C1qL4 and Stabilin-2 controls myoblast fusion. (2018)
  • Author(s): Hamoud N, Tran V, Aimi T, Kakegawa W, Lahaie S, Thibault MP, Pelletier A, Wong GW, Kim IS, Kania A, Yuzaki M, Bouvier M,
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 9 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06897-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Optogenetic Control of Synaptic AMPA Receptor Endocytosis Reveals Roles of LTD in Motor Learning (2018)
  • Author(s): Kakegawa Wataru、Katoh Akira、Narumi Sakae、Miura Eriko、Motohashi Junko、Takahashi Akiyo、Kohda Kazuhisa、Fukazawa Yugo、Yuzaki Michisuke、Matsuda Shinji
  • Journal Title: Neuron Volume: 99 Issue: 5 Pages: 985-998
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.07.034
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 記憶をささえる脳内D-アミノ酸受容体機能 (2019)
  • Author(s): 掛川 渉
  • Organizer: JST-ERATO浜地プロジェクトニューロ分子技術講演会
  • Invited
• [Presentation] 小脳シナプス可塑性と記憶・学習をささえるD-セリン受容体 (2018)
  • Author(s): 掛川 渉
  • Organizer: 新学術領域研究 次世代脳プロジェクト 冬のシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 脳内夾雑環境で働く記憶・学習回路の新規化学遺伝学的制御. (2018)
  • Author(s): 掛川 渉, 柚﨑 通介
  • Organizer: 新学術領域研究「分子夾雑」班会議
• [Presentation] D-セリン結合型グルタミン酸受容体によるシナプス可塑性および運動学習制御 (2018)
  • Author(s): 掛川 渉, 河野 まや, 柚﨑 通介
  • Organizer: 第１４回 D-アミノ酸学会学術講演会
• [Book] スクラップ＆ビルドで発達する脳神経回路と高次脳機能：スクラップ＆ビルドによる小脳神経回路の動的制御 (2018)
  • Author(s): 掛川 渉, 柚﨑 通介
  • Total Pages: 204
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758103725
• [Remarks] 慶應義塾大学医学部生理学Ｉ教室（柚﨑研究室）HP
  • URL: http://www.yuzaki-lab.org/