光応答性CaMKIIによるiPlasticityの分子メカニズムの解明

• Project Area: Inducing lifelong plasticity (iPlasticity) by brain rejuvenation: elucidation and manipulation of critical period mechanisms
• Project/Area Number: 21H05703
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 村越 秀治 生理学研究所, 脳機能計測・支援センター, 准教授 (90608142)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: シナプス / 光遺伝学 / 遺伝子発現 / DNAマイクロアレイ / FRET / 可塑性

Outline of Research at the Start

本研究では、我々が開発したpaCaMKIIをシナプスに局在化させるためのタグの開発を行う。またこの局在化システムを用いてDNAマイクロアレイによるpaCaMKII活性依存的な遺伝子発現の解析を行う。さらに、paCaMKII活性化依存的に発現するアクチン制御タンパク質の機能解析を2光子蛍光寿命イメージング顕微鏡を用いて行う。

Outline of Annual Research Achievements

脳内では記憶や学習に応じてシナプス形成やシナプス後部を形成するスパインの体積の増大が見られることが分かっており、このような可塑性が海馬で起こる時期を研究代表者らは海馬の臨界期と定義している。我々は最近、光照射でシナプスの可塑的変化を誘起（induced plasticity：iPlasticity）することが可能な光応答性分子Photoactivatable CaMKII (paCaMKII)の開発に成功した。本研究では、光応答性CaMKIIによるiPlasticityが起こる過程で発現する遺伝子のマイクロアレイによる同定を進めている。現在までに、光応答性CaMKIIをコードするアデノ随伴ウイルスの作製を進め。また、大脳皮質神経細胞の分散培養の系も確立することに成功した。さらに、paCaMKIIを発現させた大脳皮質神経細胞において、paCaMKIIを青色光で活性化したときに発現する遺伝子群の同定をDNAマイクロアレイにより進めた。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] In-vivo three- and four-photon fluorescence microscopy using a 1.8 μm femtosecond fiber laser system. (2022)
  • Author(s): Murakoshi H, Ueda HH, Goto R, Hamada K, Nagasawa Y, and Fuji T.
  • Journal Title: Biomedical Optics Express Volume: 14 Issue: 1 Pages: 326334-326334
  • DOI: 10.1364/boe.477322
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chronic neuronal excitation leads to dual metaplasticity in the signaling for structural long-term potentiation. (2022)
  • Author(s): Ueda HH, Nagasawa Y, Sato A, Onda M, and Murakoshi H
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 38 Issue: 1 Pages: 110153-110153
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.110153
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tension sensor based on fluorescence resonance energy transfer reveals fiber diameter-dependent mechanical factors during myelination (2021)
  • Author(s): Shimizu T, Murakoshi H, Matsumoto H, Ichino K, Hattori A, Ueno S, Ishida A, ytajiri N, Hida H.
  • Journal Title: Front Cell Neurosci Volume: 15 Pages: 685044-685044
  • DOI: 10.3389/fncel.2021.685044
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of a Photoactivatable CaMKII for the Optical Manipulation in Single-synapses—Local Optogenetics— (2021)
  • Author(s): 植田大海、長澤裕太郎、村越秀治
  • Journal Title: Seibutsu Butsuri Volume: 61 Issue: 6 Pages: 374-377
  • DOI: 10.2142/biophys.61.374
  • NAID: 130008120209
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Imaging intracellular protein interactions/activity in neurons using 2-photon fluorescence lifetime imaging microscopy. (2021)
  • Author(s): Ueda HH, Nagasawa Y, and Murakoshi H
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: in press Pages: 00212-1
  • DOI: 10.1016/j.neures.2021.10.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Optogenetic manipulation and imaging of signaling molecules in dendritic spines of neurons (2022)
  • Author(s): 村越秀治
  • Organizer: NEURO2022
  • Invited