時空間的に変遷するＧＡＢＡＡ受容体作用による大脳皮質の層依存的な細胞移動の調節

• Project Area: Cross-talk between moving cells and microenvironment as a basis of emerging order in multicellular systems
• Project/Area Number: 23111510
• 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: Hamamatsu University School of Medicine
• Principal Investigator: 熊田 竜郎 浜松医科大学, 医学部, 助教 (00402339)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000); Fiscal Year 2012: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2011: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 細胞移動 / 大脳皮質 / GABAA受容体 / GABA_A受容体 / カルシウム

Outline of Annual Research Achievements

神経細胞の移動に関与する細胞内カルシウムの変動に関与する。本研究課題では発達期の大脳皮質において異なる分布を示す内在性の GABAA 受容体のアゴニストであるGABA とタウリンが放射状に移動する神経細胞に対する作用について移動経路や場に着目して研究を発展させてきた。昨年度は下記に示す2項目について報告する。
タウリンを介する塩素イオンの変動と細胞移動の関係
GABAA 受容体応答は塩素イオン輸送体の発達に伴い興奮から抑制に変化する。我々は大脳皮質の移動細胞における細胞内塩素イオン変動の役割を調査するために子宮内電気穿孔法により成熟型塩素イオン輸送体であるKCC2を移動神経細胞に異所的発現させた。しかしながら、意外なことにKCC2はタウリンによりリン酸化依存的に機能抑制されていた。そこで、新たにタウリン依存性のリン酸化部位に変異を入れたKCC2を上記と同様に強制発現させたところ、興味深いことに、発現神経細胞で細胞内塩素イオンの低下を示すばかりでなく、放射状の移動に障害が現れることが分かった。これらの所見からタウリンはGABAA 受容体のアゴニスト・塩素イオン輸送体の調節物質の両者の性質を併せ持って動く細胞を調節していることが示唆された。
病態モデルにおける塩素イオンの変動と細胞移動の関係
神経回路形成過程の障害モデルである皮質凍結損傷による限局的皮質形成異常モデルを作成し、その異常皮質形成過程で一過性に１）異常皮質の構成細胞で KCC2の発現が低下すること、２）皮質損傷部位とその周囲に細胞外 GABAが高濃度となること、３）形成領域にある移動神経細胞でGABAA 受容体を介する細胞内カルシウム変動に変化をきたすこと、を見出し、異常皮質形成に GABAA 受容体シグナリングが関与する可能性を示唆した。

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] Accumulation of GABAergic neurons, causing a focal ambient GABA gradient, and downregulation of KCC2 are induced during microgyrus formation in a mouse model of polymicrogyria. (2013)
  • Author(s): Wang, T., et al
  • Journal Title: Cereb. Cortex Volume: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pre- and post-synaptic switches of GABA actions associated with Cl - homeostatic changes are induced in the spinal nucleus of the trigeminal nerve in a rat model of trigeminal neuropathic pain. (2012)
  • Author(s): Wei, B., et al,
  • Journal Title: Neuroscience Volume: 228 Pages: 334-348
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2012.10.043
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Taurine inhibits K^+-Cl^- cotransporter KCC2 to regulate embryonic Cl^- homeostasis via with-no-lysine (WNK) protein kinase signaling pathway (2012)
  • Author(s): Inoue K, Furukawa T, Kumada T, Yamada J, Wang T, Inoue R, Fukuda A
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 287 Issue: 25 Pages: 20839-20850
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.319418
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Guidepost Neurons for the Lateral Olfactory Tract : Expression of Metabotropic Glutamate Receptor 1 and Innervation by Glutamatergic Olfactory Bulb Axons (2012)
  • Author(s): Hirata, T., et al
  • Journal Title: Dev.Neurobiol. Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Activity-dependent endogenous taurine release facilitates the excitatory neurotransmission in the neocortical marginal zone of neonatal rats. (2013)
  • Author(s): 熊田竜郎ら
  • Organizer: 第90 回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] Regional difference in GABA A Receptor Mediated Ca2+ responses of radially migrating neurons in the mouse embryonic neocortex. (2013)
  • Author(s): Kumada, T., et al,
  • Organizer: The 23th CDB meeting, "Building multicellular systems from Cellular Cross-Talk"
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2013-01-22
• [Presentation] 活動依存的な内因性タウリンの放出が新生ラット大脳新皮質辺縁帯の興奮性シナプ ス伝達を促進する (2012)
  • Author(s): 熊田竜郎ら
  • Organizer: 生理学研究所研究会「神経シナプス伝達の時空間ダイナミクス」
  • Place of Presentation: 岡崎
  • Year and Date: 2012-11-27
• [Presentation] マウス大脳皮質の移動神経細胞における領域特異的なGABA A受容体応答 (2012)
  • Author(s): 熊田竜郎ら
  • Organizer: 第59回中部生理学会
  • Place of Presentation: 岡崎
  • Year and Date: 2012-11-16
• [Presentation] Regional difference in calcium oscillation of radially migrating neurons in the mouse embryonic neocortex. (2012)
  • Author(s): 熊田竜郎ら
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] Intracellular taurine inhibits the functioning of KCC2 protein by phosphorylation via with-no-lysine (WNK) protein kinase pathway. (2012)
  • Author(s): Fukuda, A., et al,
  • Organizer: 8th FENS Forum of Neuroscience
  • Place of Presentation: Barcelona, Spain
  • Year and Date: 2012-07-14
• [Presentation] Pre- and post-synaptic switches of GABA actions in the spinal nucleus of the trigeminal nerve in a rat model of trigeminal neuropathic pain. (2012)
  • Author(s): Kumada, T., et al,
  • Organizer: 第12回慶北-浜松合同医学シンポジウム
  • Place of Presentation: 浜松
• [Presentation] Intracellular taurine modulates KCC2 function by phosphorylation (2012)
  • Author(s): Fukuda, A., et al
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 長野
• [Presentation] Regionally differential calcium oscillation of radially migrating cells in embryonic cortex (2012)
  • Author(s): Nakanishi, Y., et al
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 長野
• [Presentation] Ambient GABA released from Bergmann glial cells promotes proliferation of cerebellar granule cell precursors (2011)
  • Author(s): Fukuda, A., et al
  • Organizer: 41st Annual Meeting, Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Washington, D.C.
• [Presentation] Taurine prevents KCC2 from functioning in a phosphorylation-dependent manner to render embryonic Cl^- homeostasis (2011)
  • Author(s): Inoue, K., et al.
  • Organizer: 41st Annual Meeting, Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Washington, D.C.
• [Book] Handbook of the Cerebellum and Cerebellar Disorders (2012)
  • Author(s): Komuro, Y., et al,
  • Total Pages: 19
  • Publisher: Granule Cell Migration and Differentiation.
• [Book] Comprehensive Developmental Neuroscience (2012)
  • Author(s): Fukuda, A., et al
  • Publisher: Elsevier(in press)