シナプス内グルタミン酸受容体分布とシナプス伝達メタ可塑性の因果関係の検証

• Project Area: Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing
• Project/Area Number: 20H05058
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• 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): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: グルタミン酸受容体 / メタ可塑性 / 凍結割断レプリカ標識法

Outline of Research at the Start

本研究では、独自に開発した膜タンパク質の分布を高分解能・高感度に可視化できるSDS凍結割断レプリカ標識法(SDS-FRL)を用いて、海馬シナプスにおけるAMPA型グルタミン酸受容体(AMPAR)のシナプス内発現分布とその神経活動に応じた変化を、光遺伝学的操作や種々の薬理学的処置を駆使して解析し、「AMPARのシナプス内発現密度を制御している機構がシナプスのメタ可塑性（可塑性発現能）の構造基盤であること」を単一シナプスレベルで証明すると共に、その分子機構や関連する神経修飾系を明らかにして、「脳の記憶機構の本質」に迫る。

Outline of Annual Research Achievements

神経活動依存的なシナプスの伝達効率の変化（シナプス可塑性）は学習・記憶の基盤となる細胞レベルの現象として、その分子メカニズムが活発に研究され、中枢の興奮性シナプス伝達の効率がシナプス後膜上に発現するAMPA型グルタミン酸受容体(AMPAR)の数に依存することが示されている。しかし、シナプス可塑性の起こりやすさ（メタ可塑性）のメカニズムについては、殆ど明らかにされていない。そこで本研究ではシナプス内AMPAR密度がメタ可塑性の構造実体であることを証明することを目的とし、①受容体局在解析法の高感度高分解能化、②-1光遺伝学的手法を用いた神経活動とシナプス内受容体発現様式の関連性の解析、②-2 遺伝子欠損マウスの受容体分布の解明、②-3 行動薬理学的条件下でのシナプス内分布変化の解明の4つの実験を計画した。
このうち、令和3年度は②-2~3を実施した。②-2では、N-cadherin及びNeuroligin-1-P89Lマウスのシナプス内AMPAR発現密度と分布が野生型マウスと有意な差を示さず、これら分子がシナプス内AMPAR発現に直接関与していないことを示唆する結果を得た。②-3では令和4年5月時点で、標識レプリカの作製まで完了し、今後も引き続き解析を進め論文化する予定である。
また、本年度は領域内の共同研究にもこれまで以上に時間を割き、名古屋大学山中研究室で解析中のMCHニューロンのシナプス構造について免疫電子顕微鏡を用いた解析を行った。その結果、MCHニューロンの海馬内錐体細胞に対するシナプス結合は、I型とII型の両方の構造様式を示すことを明らかにした。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3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] University of Castilla-La Mancha(スペイン)
• [Int'l Joint Research] Institute for Scinece Austria(オーストリア)
• [Int'l Joint Research] University of Castilla-La Mancha(スペイン)
• [Journal Article] Optogenetic stimulus-triggered acquisition of seizure resistance (2022)
  • Author(s): Shimoda Yoshiteru、Beppu Kaoru、Ikoma Yoko、Morizawa Yosuke M.、Zuguchi Satoshi、Hino Utaro、Yano Ryutaro、Sugiura Yuki、Moritoh Satoru、Fukazawa Yugo、Suematsu Makoto、Mushiake Hajime、Nakasato Nobukazu、Iwasaki Masaki、Tanaka Kenji F.、Tominaga Teiji、Matsui Ko
  • Journal Title: Neurobiology of Disease Volume: 163 Pages: 105602-105602
  • DOI: 10.1016/j.nbd.2021.105602
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transient astrocytic mGluR5 expression drives synaptic plasticity and subsequent chronic pain in mice (2022)
  • Author(s): Danjo Yosuke、Shigetomi Eiji、Hirayama Yukiho J.、Kobayashi Kenji、Ishikawa Tatsuya、Fukazawa Yugo、Shibata Keisuke、Takanashi Kenta、Parajuli Bijay、Shinozaki Youichi、Kim Sun Kwang、Nabekura Junichi、Koizumi Schuichi
  • Journal Title: Journal of Experimental Medicine Volume: 219 Issue: 4
  • DOI: 10.1084/jem.20210989
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Occludin and tricellulin facilitate formation of anastomosing tight-junction strand network to improve barrier function (2021)
  • Author(s): Saito Akira C.、Higashi Tomohito、Fukazawa Yugo、Otani Tetsuhisa、Tauchi Masashi、Higashi Atsuko Y.、Furuse Mikio、Chiba Hideki
  • Journal Title: Molecular Biology of the Cell Volume: 32 Issue: 8 Pages: 722-738
  • DOI: 10.1091/mbc.e20-07-0464
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CAPS1 is involved in hippocampal synaptic plasticity and hippocampus-associated learning. (2021)
  • Author(s): Chiaki Ishii, Natsumi Shibano, Mio Yamazaki, Tomoki Arima, Yuna Kato, Yuki Ishii, Yo Shinoda, Yugo Fukazawa, Tetsushi Sadakata, Yoshitake Sano, Teiichi Furuichi.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1038/s41598-021-88009-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Density of Group I mGlu5 Receptors Is Reduced along the Neuronal Surface of Hippocampal Cells in a Mouse Model of Alzheimer’s Disease (2021)
  • Author(s): Martin-Belmonte Alejandro、Aguado Carolina、Alfaro-Ruiz Rocio、Albasanz Jose Luis、Martin Mairena、Moreno-Martinez Ana Esther、Fukazawa Yugo、Lujan Rafael
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 22 Issue: 11 Pages: 5867-5867
  • DOI: 10.3390/ijms22115867
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The endosomal Q-SNARE, Syntaxin 7, defines a rapidly replenishing synaptic vesicle recycling pool in hippocampal neurons (2021)
  • Author(s): Mori Yasunori、Takenaka Koh-ichiro、Fukazawa Yugo、Takamori Shigeo
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 4 Issue: 1 Pages: 981-981
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02512-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Autistic-Like Behavior and Impairment of Serotonin Transporter and AMPA Receptor Trafficking in N-Ethylmaleimide Sensitive Factor Gene-Deficient Mice (2021)
  • Author(s): Xie Min-Jue、Iwata Keiko、Ishikawa Yasuyuki、Nomura Yuki、Tani Tomomi、Murata Koshi、Fukazawa Yugo、Matsuzaki Hideo
  • Journal Title: Frontiers in Genetics Volume: 12 Pages: 748627-748627
  • DOI: 10.3389/fgene.2021.748627
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Density of GABAB receptors is reduced in granule cells of the hippocampus in a mouse model of Alzheimer´s disease (2020)
  • Author(s): Martin-Belmonte Alejandro, Aguado Carolina, Alfaro-Ruiz Rocio, Moreno-Martinez Esther Ana, de la Ossa Luis, Martinez-Hernandez Jose, Buisson Alain, Shigemoto Ryuichi, Fukazawa Yugo, Lujan Rafael
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 21 Issue: 7 Pages: 2459-2459
  • DOI: 10.3390/ijms21072459
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deep learning-assisted high-throughput analysis of freeze-fracture replica images applied to glutamate receptors and calcium channels at hippocampal synapses (2020)
  • Author(s): Kleindienst David, Montanaro Jacqueline, Bhandari Pradeep, Case Matthew, Fukazawa Yugo, Shigemoto Ryuichi
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 21 Issue: 18 Pages: 6737-6737
  • DOI: 10.3390/ijms21186737
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Age-dependent shift of AMPA receptors from synapses to intracellular compartments in Alzheimer´s disease: Immunocytochemical analysis of the CA1 hippocampal region in APP/PS1 transgenic mouse model (2020)
  • Author(s): Martin-Belmonte Alejandro, Aguado Carolina, Alfaro-Ruiz Rocio, Itakura Makoto, Moreno-Marinez Esther Ana, De La Ossa Luis, Molnar Elek, Fukazawa Yugo, Lujan Rafael
  • Journal Title: Frontiers in Aging Neuroscience Volume: 12
  • DOI: 10.3389/fnagi.2020.577996
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Region‐ and neuronal‐subtype‐specific expression of Na,K‐ATPase alpha and beta subunit isoforms in the mouse brain (2020)
  • Author(s): Murata Koshi、Kinoshita Tomoki、Ishikawa Tatsuya、Kuroda Kazuki、Hoshi Minako、Fukazawa Yugo
  • Journal Title: Journal of Comparative Neurology Volume: - Issue: 16 Pages: 2654-2678
  • DOI: 10.1002/cne.24924
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Life-Long Neural Stem Cells Are Fate-Specified at an Early Developmental Stage (2020)
  • Author(s): Tanaka Aoi、Ishida Shohei、Fuchigami Takahiro、Hayashi Yoshitaka、Kuroda Anri、Ikenaka Kazuhiro、Fukazawa Yugo、Hitoshi Seiji
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: 30 Issue: 12 Pages: 6415-6425
  • DOI: 10.1093/cercor/bhaa200
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distribution of mRNA for GPR143, a receptor of 3,4-L-dihydroxyphenylalanine, and of immunoreactivities for nicotinic acetylcholine receptors in the nigrostriatal and mesolimbic regions (2020)
  • Author(s): Kasahara Yuka、Masukawa Daiki、Nakamura Yoshie、Murata Koshi、Hashimoto Tatsuo、Takizawa Kohtaro、Koga Motokazu、Nakamura Fumio、Fukazawa Yugo、Funakoshi Kengo、Goshima Yoshio
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: - Pages: 370-375
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.08.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Geometry and the Organizational Principle of Spine Synapses along a Dendrite (2020)
  • Author(s): Parajuli Laxmi Kumar、Urakubo Hidetoshi、Takahashi-Nakazato Ai、Ogelman Roberto、Iwasaki Hirohide、Koike Masato、Kwon Hyung-Bae、Ishii Shin、Oh Won Chan、Fukazawa Yugo、Okabe Shigeo
  • Journal Title: eneuro Volume: 7 Issue: 6 Pages: 0248-20
  • DOI: 10.1523/eneuro.0248-20.2020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 脳内におけるAMPA 受容体サブユニット構成解析法の確立と神経細胞膜上局在 (2022)
  • Author(s): 黒田 一樹、石川 達也、村田 航志、深澤 有吾
  • Organizer: 第127回日本解剖学会・全国学術集会
• [Presentation] プロダイノルフィンならびにプレプロエンケファリンを発現するマウス嗅結節ニューロン種の同定 (2022)
  • Author(s): 村田 航志、前川 文子、黒田 一樹、藤枝 重治、深澤 有吾
  • Organizer: 第127回日本解剖学会・全国学術集会
• [Presentation] Occludin and tricellulin jointly form a complex network of tight junction strands to maintain epithelial barrier (2021)
  • Author(s): Saito C Akira, Higashi Tomohito, Fukazawa Yugo, Otani Tetsuhisa, Tauchi Masashi, Higashi Y Atsuko, Furuse Mikio, Chiba Hideki
  • Organizer: ASCB Cell Bio virtual 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] NMDA receptor content of excitatory synapses in the CA1 region of the hippocampus is reduced in P301S mice (2021)
  • Author(s): Alfaro-Ruiz Rocio, Aguado Carolina, Marti-Belmonte Alejandro, Hernandez Felix, Moreno-Martinez Ana Esther, Avila Jesus, Fukazawa Yugo, Lujan Rafael
  • Organizer: SENC 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reduction in the density of group I mGluR5 receptirs along the neuronal surface of hippocampal cells in a mouse model of Alzheimer’s disease (2021)
  • Author(s): Martin-Belmonte Alejandro, Aguado Carolina, Alfaro-Ruiz Rocio, Albasanz Luis Jose, Martin Mairena, Moreno-Martinez Ana Esther, Fukazawa Yugo, Lujan Rafael
  • Organizer: SENC 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 記憶固定化および長期記憶保持に寄与するポストシナプスのアクトミオシンとセプチンの協調 (2021)
  • Author(s): 上田(石原) 奈津実、深澤 有吾、高雄 啓三、見学 美根子、宮川 剛、井ノ口 馨、尾藤 晴彦、木下 専
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] プロダイノルフィンおよびプレプロエンケファリンを発現するマウス嗅結節ニューロンの細胞種の同定 (2021)
  • Author(s): 村田 航志、黒田 一樹、深澤 有吾
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] シナプス結合における協調的前後構造の構築を支える分子メカニズムの解析 (2021)
  • Author(s): 深澤 有吾、エルハンバリー ルワイダ、石川 達也、村田 航志、黒田 一樹
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] 神経細胞における凍結割断レプリカ標識法(SDS-FRL法)と免疫タグノックインを組み合わせたNAKα3を含むNa+/K+-ATPaseの定量的分布解析の最適化 (2021)
  • Author(s): 黒田一樹、石川達也、村田航志、深澤有吾
  • Organizer: 第126回日本神経科学会全国学術集会・第98回日本生理学会大会 合同大会
• [Presentation] Reduction of synaptic AMPA receptors in the CA1 region of the hippocampus in a mouse model of Alzheimer´s disease (2020)
  • Author(s): Martin-Belmonte A, Aguado C, Alfaro R, Moreno-Martinez R. AE, de la Ossa L, Molnar E, Fukazawa Y, Lujan R
  • Organizer: FENS 2020 Virtual Forum
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Density of GABAB receptors is reduced in granule cells of the hippocampus in a mouse model of Alzheimer´s disease (2020)
  • Author(s): Alfaro-Ruiz R, Aguado C, Martin-Belmonte A, Moreno-Martinez R. AE, de la Ossa L, Martinez-Hernandez J, Buisson A, Shigemoto R, Fukazawa Y, Lujan R
  • Organizer: FENS 2020 Virtual Forum
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 脳形態機能学（解剖学２）
  • URL: https://www.med.u-fukui.ac.jp/laboratory/brain/
• [Remarks] 院とラボ：神経科学分野：深澤研究室
  • URL: https://science-pass.com/2021/09/02/%E7%A5%9E%E7%B5%8C%E7%A7%91%E5%AD%A6%E5%88%86%E9%87%8E%EF%BC%9A%E6%B7%B1%E6%BE%A4%E7%A0%94%E7%A9%B6%E5%AE%A4/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 動物用の運動訓練評価装置 (2021)
  • Inventor(s): 深澤有吾, 酒井涼, 黒田一樹, 村田航志, 領家崇, 霊河秀樹
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人 福井大学
  • Industrial Property Rights Type: 実用新案
  • Filing Date: 2021
  • Acquisition Date: 2021