ロコモーション発達過程におけるグリシン作動性シナプスの形成

• Project Area: Systems molecular ethology to understand the operating principle of the nervous system
• Project/Area Number: 23115719
• 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: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 平田 普三 国立遺伝学研究所, 新分野創造センター, 准教授 (60402450)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2012: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2011: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: ロコモーション / 運動 / シナプス / ゼブラフィッシュ / 神経

Outline of Annual Research Achievements

ヒトでグリシン受容体の変異がビックリ病と呼ばれる運動障害を起こすことが知られており、グリシン作動性伝達はロコモーション制御に重要である。しかし、グリシン作動性シナプスの形成機構やその役割の分子基盤には不明の点が多かった。研究代表者はゼブラフィッシュの逃避運動、グリシン作動性シナプスの染色を指標にし、グリシン作動性シナプスの形成・維持機構、また運動における役割を研究した。ゼブラフィッシュ胚をグリシン受容体阻害剤であるストリキニーネの存在下で発生させると、見た目には正常に発生するが、グリシン作動性シナプス伝達が恒常的に阻害されているため、運動異常をしめす。抗グリシン受容体抗体でグリシン作動性シナプスを免疫染色すると、正常個体ではグリシン受容体はシナプスにクラスター上に染まるが、ストリキニーネ処理した個体ではクラスター状の染色が見られる、細胞膜に一様に分布するように観察される。これはグリシン受容体のシナプス局在にグリシン作動性シナプス伝達が必要であることを示唆するものであり、グリシン作動性シナプスは活動依存的に形成されると言える。研究代表者はその分子メカニズムの解明を目指し、さまざまな阻害剤を用いてグリシン受容体のクラスター形成の阻害を試みたが、受容体クラスターの形成にエル型カルシウムチャネル、カルモジュリン依存的キナーゼが必要であることが分かった。さらにGAL4-UASシステムを用いてカルモジュリン依存的キナーゼの阻害ペプチドをシナプス後細胞だけで発現させると同様にグリシン受容体クラスターの形成が阻害されたことから、カルモジュリン依存的キナーゼはシナプス後細胞で活性化されることが必要であることが明らかになった。これらの結果から、グリシン作動性シナプス伝達が後細胞でカルシウム上昇、カルモジュリン依存的キナーゼ活性化を介してグリシン作動性シナプス形成を制御することが明らかになった。

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] Glycinergic transmission and postsynaptic activation of CaMKII are required for glycine receptor clustering in vivo (2013)
  • Author(s): Yamanaka I, Miki M, Asakawa K, Kawakami K, Oda Y, Hirata H
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 18(3) Issue: 3 Pages: 211-224
  • DOI: 10.1111/gtc.12032
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Connexin 39.9 protein is necessary for coordinated activation of slow-twitch muscle and normal behavior in zebrafish (2012)
  • Author(s): Hirata H, Wen H, Kawakami Y, Naganawa Y, Ogino K, Yamada K, Saint-Amant L, Low SE, Cui WW, Zhou W, Sprague SM, Asakawa K, Muto A, Kawakami K, Kuwada JY
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 287(2) Issue: 2 Pages: 1080-9
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.308205
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Duplicated gephyrin genes showing distinct tissue distribution and alternative splicing patterns mediate Moco biosynthesis, glycine receptor clustering and escape behavior in zebrafish (2011)
  • Author(s): Ogino, K., Ramsden, S.L., Keib, N., Schwarz, G., Harvey, R.J., Hirata, H.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 286 Issue: 1 Pages: 806-817
  • DOI: 10.1074/jbc.m110.125500
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TRPM7 is required within zebrafish sensory neurons for the activation of touch-evoked escape behaviors (2011)
  • Author(s): Low, S.E., Amburgey, K., Horstick, E., Linsley, J., Sprague, S.M., Cui, W.W., Zhou, W., Hirata, H., Saint-Amant, L., Kuwada, J.Y.
  • Journal Title: J.Neurosci. Volume: 31 Issue: 32 Pages: 11633-11644
  • DOI: 10.1523/jneurosci.4950-10.2011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Developmental transition of touch response from slow muscle-mediated coilings to fast muscle-mediated burst swimming in zebrafish (2011)
  • Author(s): Naganawa, Y., Hirata, H.
  • Journal Title: Dev.Biol. Volume: 355 Pages: 194-204
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The biological role of the glycinergic synapse in early zebrafish motility (2011)
  • Author(s): Hirata, H., Takahashi, M., Yamada, K., Ogino, K.
  • Journal Title: Neurosci.Res. Volume: 71 Pages: 1-11
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Formation and function of glycinergic synapse in zebrafish. (2013)
  • Author(s): Hirata, H.
  • Organizer: International Institute for Advanced Studies Research Project "Novel developments on the study of life and biological systems based on genome engineering and imaging science" The First Symposium.
  • Place of Presentation: 木津川（京都）
  • Year and Date: 2013-02-23
  • Invited
• [Presentation] Defective escape behavior in DEAH-box RNA helicase Dhx37 mutant zebrafish improved by restoring glycine receptor expression. (2013)
  • Author(s): Hirata, H., Ogino, K., Yamada, K., and Harvey, R. J.
  • Organizer: The 5th Strategic Conference of Zebrafish Investigators.
  • Place of Presentation: アシロマ（米国）
  • Year and Date: 2013-01-21
• [Presentation] Slow-twitch and fast-twitch muscle defects in zebrafish. (2012)
  • Author(s): Hirata, H.
  • Organizer: The 5th Annual Zebrafish Disease Models Meeting. Fishing for Answers: Zebrafish Models of Human Development and Disease.
  • Place of Presentation: 蘇州（中国）
  • Year and Date: 2012-04-19
• [Presentation] 運動・行動の分子遺伝学 (2011)
  • Author(s): 平田普三
  • Organizer: 三重大学COE-A「魚類をモデルとした生物多様性と次世代型ポストゲノム教育研究拠点」
  • Place of Presentation: 津(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-06
• [Presentation] 運動システムの発達における神経系と筋の分化・形成 (2011)
  • Author(s): 平田普三
  • Organizer: 第84回日本生化学学会大会奨励賞受賞講演
  • Place of Presentation: 京都(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-21