シナプス結合構造の構築則の解明とその応用

• Project Area: Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing
• Project/Area Number: 18H05120
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 深澤 有吾 福井大学, 学術研究院医学系部門, 教授 (60343745)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2018: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: シナプス結合 / 超微形態 / FIB-SEM / 微細構造 / 電子顕微鏡 / 構造相関

Outline of Annual Research Achievements

本課題では、最新の電子顕微鏡観察技術と画像解析技術を組み合わせて、シナプス結合の微細構造のダイナミズムを精緻且つ定量的に評価する解析系を確立し、「シナプス結合の構築則」を明らかにする。そしてこの構築則に基づいて「シナプス関連分子のシナプス構築における役割」を同定すると共に、「精神疾患モデルマウスにおける新たなシナプス構造異常の検出」も目指す。R1年度に実施した実験と結果の概要は以下の通り。
（１）シナプス内微細構造間相関解析法の強化　R1年度までにFIB-SEMを用いたシナプス前後構造丸ごとの定量的形態解析手法の基盤を確立した。また、「画像解析プログラムの開発」については、AI技術を用いた画像情報の自動抽出に必要な電子顕微鏡画像の必要条件を決定した。そこでR1年度は本解析基盤を応用した下記解析を実施した。
（２）シナプス内微細構造相関解析法の応用　Neuroligin-3 KOマウス、N-cadherin KOマウスのシナプス構造を解析し、Neuroligin-3 KOマウスにはシナプス前後協調の異常が認められないことを明らかにした。また、豊富環境下で飼育したマウスのシナプス構造についても解析し、神経活動とシナプス可塑性の誘導は、シナプス前後協調に変化を与えないことを明らかにした。これらの結果をまとめ、現在論文投稿の準備を行っている。
（３）脳組織の急速凍結法と電子顕微鏡試料作成法の確立　高圧凍結法を利用した物理固定 (氷包埋) 法による試料作製手法を用いて、シナプス結合の微細構造情報を取得する実験を行い、生きた実験動物から迅速に脳組織を採取し、急速凍結する実験プロトコールのテストを数回実施すると共に、凍結した試料を電子顕微鏡観察用に樹脂包埋する方法を導入し確立した。

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] オーストリア国立科学研究所/インスブルック大学(オーストリア)
• [Int'l Joint Research] カスティーララマンチャ大学(スペイン)
• [Int'l Joint Research] ピッツバーグ大学(米国)
• [Int'l Joint Research] オックスフォード大学(英国)
• [Int'l Joint Research] フライブルグ大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research]
• [Int'l Joint Research] IST Austria(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] University of Castilla La-Mancha(スペイン)
• [Int'l Joint Research] University of Pittsburgh(米国)
• [Journal Article] Advantages of Acute Brain Slices Prepared at Physiological Temperature in the Characterization of Synaptic Functions (2020)
  • Author(s): Eguchi Kohgaku、Velicky Philipp、Hollergschwandtner Elena、Itakura Makoto、Fukazawa Yugo、Danzl Johann Georg、Shigemoto Ryuichi
  • Journal Title: Frontiers in Cellular Neuroscience Volume: 14 Pages: 63-63
  • DOI: 10.3389/fncel.2020.00063
  • NAID: 120006862680
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Physical disuse contributes to widespread chronic mechanical hyperalgesia, tactile allodynia, and cold allodynia through neurogenic inflammation and spino-parabrachio-amygdaloid pathway activation. (2020)
  • Author(s): Ohmichi Y, Ohmichi M, Tashima R, Osuka K, Fukushige K, Kanikowska D, Fukazawa Y, Yawo H, Tsuda M, Naito M, Nakano T.
  • Journal Title: Pain Volume: - Issue: 8 Pages: 1808-1823
  • DOI: 10.1097/j.pain.0000000000001867
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] GABAergic neurons in the olfactory cortex projecting to the lateral hypothalamus in mice (2019)
  • Author(s): Murata K, Kinoshita T, Fukazawa Y, Kobayashi K, Kobayashi K, Miyamichi K, Okuno H, Bito H, Sakurai Y, Yamaguchi M, Mori K, Manabe H
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 9 Issue: 1 Pages: 7132-7132
  • DOI: 10.1038/s41598-019-43580-1
  • NAID: 120006862679
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Expression mapping, quantification, and complex formation of GluD1 and GluD2 glutamate receptors in adult mouse brain (2019)
  • Author(s): Nakamoto Chihiro、Konno Kohtarou、Miyazaki Taisuke、Nakatsukasa Ena、Natsume Rie、Abe Manabu、Kawamura Meiko、Fukazawa Yugo、Shigemoto Ryuichi、Yamasaki Miwako、Sakimura Kenji、Watanabe Masahiko
  • Journal Title: Journal of Comparative Neurology Volume: 528 Issue: 6 Pages: 1003-1027
  • DOI: 10.1002/cne.24792
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Opposing roles of dopamine receptor D1- and D2-expressing neurons of the anteromedial olfactory tubercle in acquisition of place preference (2019)
  • Author(s): Koshi Murata, Tomoki Kinoshita, Yugo Fukazawa, Kenta Kobayashi, Akihiro Yamanaka, Takatoshi Hikida, Hiroyuki Manabe, and Masahiro Yamaguchi
  • Journal Title: Frontiers in Behavioral Neuroscience Volume: 13 Pages: 50-50
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2019.00050
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Microglial SIRPα regulates the emergence of CD11c+ microglia and demyelination damage in white matter. (2019)
  • Author(s): Sato-Hashimoto M, Nozu T, Toriba R, Horikoshi A, Akaike M, Kawamoto K, Hirose A, Hayashi H, Nagai H, Shimizu W, Saiki A., Ishikawa T, Elhanbaly R, Kotani T, Murata Y, Saito Y, Naruse M, Shibasaki K, Oldenborg P.-A, Jung S, Matozaki T, Fukazawa Y, Ohnishi H.
  • Journal Title: eLife Volume: - Pages: 1-29
  • DOI: 10.7554/elife.42025
  • NAID: 120006604638
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] PIP3-Phldb2 is crucial for LTP regulating synaptic NMDA and AMPA receptor density and PSD95 turnover (2019)
  • Author(s): Xie Min-Jue、Ishikawa Yasuyuki、Yagi Hideshi、Iguchi Tokuichi、Oka Yuichiro、Kuroda Kazuki、Iwata Keiko、Kiyonari Hiroshi、Matsuda Shinji、Matsuzaki Hideo、Yuzaki Michisuke、Fukazawa Yugo、Sato Makoto
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 4305-4305
  • DOI: 10.1038/s41598-019-40838-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SK2 Channels Associate With mGlu1α Receptors and CaV2.1 Channels in Purkinje Cells (2018)
  • Author(s): Lujan Rafael、Aguado Carolina、Ciruela Francisco、Arus Xavier Morato、Martin-Belmonte Alejandro、Alfaro-Ruiz Rocio、Martinez-Gomez Jesus、de la Ossa Luis、Watanabe Masahiko、Adelman John P、Shigemoto Ryuichi、Fukazawa Yugo
  • Journal Title: Frontiers in Cellular Neuroscience Volume: 12 Pages: 311-311
  • DOI: 10.3389/fncel.2018.00311
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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
• [Journal Article] Elasticity-based boosting of neuroepithelial nukleokinesis via indirect energy transfer from mother to daughter (2018)
  • Author(s): Tomoyasu Shinoda, Arata Nagasaka, Yasuhiro Inoue, Ryo Higuchi, Yoshiaki Minami, Kagayaki Kato, Makoto Suzuki, Takefumi Kondo, Takumi Kawaue, Kanako Saito, Naoto Ueno, Yugo Fukazaawa, Masaharu Nagayama, Takashi Miura, Taiji Adachi, Takaki Miyata
  • Journal Title: PLoS Biology Volume: 16 Issue: 4 Pages: 2004426-2004426
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.2004426
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Layer-specific morphological and molecular differences in neocortical astrocytes and their dependence on neuronal layers (2018)
  • Author(s): Lanjakornsiripan Darin、Pior Baek-Jun、Kawaguchi Daichi、Furutachi Shohei、Tahara Tomoaki、Katsuyama Yu、Suzuki Yutaka、Fukazawa Yugo、Gotoh Yukiko
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1623-1623
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03940-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 歯を含む硬組織における感覚受容関連分子の発現と局在についての解析基盤の確立 (2019)
  • Author(s): 領家崇、黒田一樹、村田航志、酒井涼、吉村仁志、佐野和生、深澤有吾
  • Organizer: 日本解剖学会 第79回中部支部学術集会
• [Presentation] 凍結割断レプリカ標識法と免疫タグノックインを組合せた神経細胞におけるNa+/K+ ATPase alpha 3の定量的膜上分布解析 (2019)
  • Author(s): 黒田一樹，石川達也，村田航志，深澤有吾
  • Organizer: 第124回日本解剖学会全国学術集会
• [Presentation] Construction rules of the axospinous synapses revealed by FIB-SEM imaging (2019)
  • Author(s): Yugo Fukazawa, Taito Sakurai, Ruwaida Elhanbaly, Tatsuya Ishikawa
  • Organizer: 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 白質の損傷と修復を制御するミクログリアの分子シグナル (2018)
  • Author(s): 永井裕美，橋本美穂，堀越絢乃，Ruwaida Elhanbaly，石川達也，的崎尚，深澤有吾，大西浩史
  • Organizer: 第61回日本神経化学会大会
• [Presentation] Construction rules of the axospinous synapse revealed by quantitative electron microscopy and novel structural anomalies of the synapse in gene-mutated mouse lines (2018)
  • Author(s): Yugo Fukazawa
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Endosomal Q-SNARE Syntaxin 7 specifies a subpopulation of recycling synaptic vesicles preferentially responsive to high frequency stimulation (2018)
  • Author(s): Yasunori Mori, Yugo Fukazawa, Shigeo Takamori
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会大会
• [Remarks] 福井大学医学部脳形態機能学分野
  • URL: https://www.med.u-fukui.ac.jp/laboratory/brain/
• [Remarks] 脳形態機能学（解剖学２）
  • URL: https://www.med.u-fukui.ac.jp/laboratory/brain/