シナプス関連分子の機能解析を促進する新手法の開発

• Project Area: Generation of synapse-neurocircuit pathology
• Project/Area Number: 23110509
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 平野 丈夫 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50181178)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000); Fiscal Year 2012: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2011: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
• Keywords: シナプス可塑性 / グルタミン酸受容体 / 培養 / 海馬 / 全反射顕微鏡 / イメージング / 新技術 / シナプス形成 / GluD1 / ニューレキシン / ニューロリジン

Outline of Annual Research Achievements

シナプス機能にかかわるタンパク質の異常と神経・精神疾患との関係が指摘されているが、シナプス関連タンパク質の異常がいかなる分子過程により、シナプス機能失調を引き起こすかはよくわかっていない。シナプス内外でのタンパク質の動態・分子間相互作用を効率良く解析できる新実験手法の開発は、この問題の解決に大きな寄与をできると考えられる。本研究では、シナプス関連分子の動態とはたらきを調べるための新実験手法の確立をめざした。そして、ガラス面上にシナプス後膜様構造を形成させた上で、蛍光標識したシナプス関連タンパク質を発現させ、そのシナプス後膜内外での動態を、全反射顕微鏡を用いて高シグナル・ノイズ比で蛍光観察する手法を確立した。具体的には、ビオチンとアビジンを利用してニューレキシンでガラス面をコートし、その上に蛍光タンパク質を融合したグルタミン酸受容体を発現させた海馬神経細胞を培養して、受容体の動態を観察した。そして、電場刺激を加えることにより神経活動を亢進して、シナプス可塑性の一つである長期増強を引き起こし、その時に各種のAMPA型グルタミン酸受容体サブユニットの局在と動態がどのように変化するかを検討した。その結果、異なるサブユニット構成のAMPA受容体が異なる時間経過でシナプス後膜内外で増減することと、異なるタイミングと場所でエキソサイトーシスされることが明らかとなり、、長期増強発現に際して、各タイプのAMPA受容体が異なる経路を通ってシナプス後膜に集積することが明らかになった。また、受容体が細胞内へ取り込まれるエンドサイトーシス現象を可視化するための実験手法の開発も試み、予備的な結果を得た。シナプス可塑性異常は、神経・精神疾患の一因と考えられており、今後はシナプス病態解析へ本手法を応用する研究も行っていきたいと考えている。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Gating of long-term depression by Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II through enhanced cGMP signalling in cerebellar Purkinje cells. (2013)
  • Author(s): S. Kawaguchi, T. Hirano
  • Journal Title: J. Physiol. Volume: 591 Issue: 7 Pages: 1707-1730
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2012.245787
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Contribution of postsynaptic GluD2 to presynaptic R-type Ca2+ channel function, glutamate release and long-term potentiation at parallel fiber to Purkinje cell synapses (2013)
  • Author(s): Yamashita, M., Kawaguchi, S. & Hirano, T.
  • Journal Title: Cerebellum Volume: 12 Issue: 5 Pages: 657-666
  • DOI: 10.1007/s12311-013-0474-y
  • NAID: 120005575262
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long-term depression and other synaptic plasticity in the cerebellum. (2013)
  • Author(s): Tomoo Hirano
  • Journal Title: Proceedings of the Japan Academy, Series B Volume: In press
  • NAID: 130003365114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualization of subunit-specific delivery of glutamate receptors to postsynaptic membrane during hippocampal long-term potentiation (2012)
  • Author(s): Tanaka H & Hirano T
  • Journal Title: Cell Reports 1 Volume: (On line掲載中) Issue: 4 Pages: 291-298
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2012.02.004
  • NAID: 120003988278
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dysfunction of KCNK potassium channels impairs neuronal migration in the developing mouse cerebral cortex. (2012)
  • Author(s): Yuki Bando
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: in press Issue: 4 Pages: 1017-1029
  • DOI: 10.1093/cercor/bhs387
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Induction of excitatory and inhibitory presynaptic differentiation by GluD1 (2012)
  • Author(s): Ryu K, Yokoyama M, Yamashita M, Hirano T
  • Journal Title: Biochem.Biophys.Res.Commun. Volume: 417 Issue: 1 Pages: 157-161
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.11.075
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Visualization of AMPA receptors around postsynaptic membrane during synaptic plasticity (2013)
  • Author(s): Tomoo Hirano
  • Organizer: Symposium “Novel studies on trafficking of AMPA receptors” in the 90th annual meeting of the Physiological Society of Japan
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-03-27
  • Invited
• [Presentation] Subtype specific delivery of AMPA receptors during hippocampal LTP analyzed with a novel visualization method. (2012)
  • Author(s): Tomoo Hirano, Hiromitsu Tanaka
  • Organizer: Symposium “New approaches in functional molecular neurobiology” in the 35th annual meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2012-09-20
  • Invited
• [Presentation] Subunit-specific translocatioh of AMPA receptors to post-synaptic membrane during hippocampal LTP (2011)
  • Author(s): Tanaka H, Hirano T
  • Organizer: Neuroscience 2011
  • Place of Presentation: Washington Convention Center(米国)
  • Year and Date: 2011-11-16
• [Presentation] Subunit-specific translocation of AMPA receptors during hippocampal LTP (2011)
  • Author(s): Tanaka H, Hirano T
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Remarks]
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/hl/news6/2011/120323_1.htm