光活性化蛋白質を用いた二光子機能イメージング法の開発とシナプス構造可塑性の解析

Publicly Offered Research

Project Area	Mutli-dimensional fluorescence live imaging of cellular function and molecular activity
Project/Area Number	23113522
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	The Institute of Physical and Chemical Research
Principal Investigator	実吉岳郎独立行政法人理化学研究所, 記憶メカニズム研究チーム, 研究員 (00556201)
Project Period (FY)	2011-04-01 – 2013-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help	¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000) Fiscal Year 2012: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000) Fiscal Year 2011: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Keywords	シナプス可塑性 / アクチン細胞骨格 / 二光子顕微鏡 / 光活性化 / 光活性化タンパク質 / 海馬 / アクチン
Outline of Annual Research Achievements	記憶学習の細胞モデルであるシナプス長期増強現象（LTP）において、シナプスの構造拡大が観察される（シナプス構造可塑性）。本研究計画は、LTPの分子基盤を理解するため、光活性化タンパク質と蛍光寿命測定によるFRET（FLIM-FRET）法を用いた細胞内情報伝達経路に対する光学プローブ、そして二光子顕微鏡技術を組み合わせ、シナプス構造可塑性の分子メカニズムを明らかにする事を目的として行った。ケージドグルタミン酸のケージ解除によるスパインの形態変化は、CaMKII, Rac, PAKの阻害で抑制され、活性化で誘発された。また、光活性化型Rac (PA-Rac)は光刺激によりスパイン肥大を誘発した。このスパイン肥大は、RacおよびPak阻害剤の処理により消失したが、CaMKII阻害剤では阻害されない。すなわち、PA-Racの光刺激はグルタミン酸刺激によって活性化される情報伝達経路のうち、Racより下流の分子群を特異的に活性化させスパイン肥大を引き起こせる。また、光活性化型CaMKII（PA-CaMKII）はNMDA受容体の阻害因子であるマグネシウムイオン存在化でもスパイン肥大を誘発できる事から、このプローブもまた、CaMKIIより活性化される情報伝達経路を特異的に活性化させスパインを肥大させたものと考えられる。すなわち、RacもCaMKIIもスパイン肥大の必要十分条件である事が分かった。スパインにおけるアクチン重合をFLIM-FRET法で測定したところ、グルタミン酸刺激やPA-Racによってアクチン重合反応が促進している事が分かった。最後にアクチンーアクチン相互作用やPAKバイオセンサーなどこれまでレシオメトリックFRETでは動いていたバイオセンサーがFLIM-FRET法では動かないケースがあり、FRET測定系に合わせたセンサー設計、改良が必要であると思われる。
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。