免疫電子顕微鏡（凍結割断および３次元）を用いたシナプスとグリアの微細形態異常解析

• Project Area: Unraveling micro-endophenotypes of psychiatric disorders at the molecular, cellular and circuit levels.
• Project/Area Number: 25116514
• 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: Nagoya University
• Principal Investigator: 木下 専 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30273460)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2013: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: シナプス微細形態 / 分子脳科学 / 神経化学 / 電子顕微鏡 / 海馬歯状回 / セプチン / 興奮性シナプス / スパイン / 行動解析

Outline of Annual Research Achievements

前・後のシナプス膜上には神経伝達物質の開口放出装置／受容体／トランスポーターやイオンチャネルなどシナプス伝達の最前線の分子群が集積する一方、シナプス膜直下の細胞骨格ないし足場蛋白質もシナプス機能に不可欠である。例えば、興奮性シナプス後膜の脱分極に伴うアクチン重合は樹状突起棘（スパイン）容積を増加させ、シナプス伝達の長期増強（LTP）持続の支持基盤となる。シナプス膜直下の細胞骨格／足場の構成成分であるセプチン（SEPT1-14）は精神・神経疾患に密接に関連する重合性GTP結合蛋白質である。統合失調症に限っても、大規模GWASにおいてSEPT3が責任遺伝子候補とされ（Schizophrenia Working Group, Nature 2014）、死後脳プロテオームの大規模解析でも多数例でSEPT5、SEPT6、SEPT11の過剰蓄積が報告された（PenningtonらMol Psychiatry 2008）。本研究ではスパイン内に局在するSEPT3の欠損が空間認知・弁別機能障害をもたらすことを新たに見出した。原因として、回路レベルでは貫通線維―海馬歯状回顆粒細胞（pp-GC）間グルタミン酸作動性シナプスの伝達障害を、シナプスレベルではSDS処理凍結割断レプリカ免疫標識電子顕微鏡法によってGluA1の欠乏を、連続切片像3D再構築（ssTEM）電子顕微鏡法ではスパイン内小胞体の貧弱化を認めた。引き続き関連データの取得を行い、研究を推進する予定である。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Chronic overload of SEPT4, a parkin substrate that aggregates in Parkinson’s disease, causes behavioral alterations but not neurodegeneration in mice. (2014)
  • Author(s): Ageta-Ishihara N, Yamakado H, Morita T, Hattori S, Takao K, Miyakawa T, Takahashi R, Kinoshita M.
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 6 Issue: 14 Pages: 35-35
  • DOI: 10.1016/j.cub.2014.06.024
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] SIRT1 overexpression ameliorates a mouse model of SOD1-linked amyotrophic lateral sclerosis via HSF1/HSP70i chaperone system. (2014)
  • Author(s): Watanabe S, Ageta-Ishihara N, Nagatsu S, Takao K, Komine O, Endo F, Miyakawa T, Misawa H, Takahashi R, Kinoshita M, Yamanaka K.
  • Journal Title: Mol Brain Volume: 7 Issue: 1 Pages: 62-62
  • DOI: 10.1186/s13041-014-0062-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Septins promote dendrite and axon development by negatively regulating microtubule stability viaHDAC6-mediated deacetylation. (2013)
  • Author(s): Ageta-Ishihara N, Miyata T, Ohshima O, Watanabe M, Sato Y, Hamamura Y, Higashiyama T, Mazitschek R, Bito H, Kinoshita M.
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 4 Issue: 1 Pages: 2532-2532
  • DOI: 10.1038/ncomms3532
  • Peer Reviewed
• [Presentation] CDC42EP4-septin complex in parasynaptic domains of Bergmann glia regulates cerebellar motor learning via GLAST-mediated glutamate clearance from the parallel fiber-Purkinje cell synapses. (2015)
  • Author(s): Ageta-Ishihara N, Yamazaki M, Konno K, Nakayama H, Abe M, Miyakawa T, Hashimoto K, Watanabe M, Sakimura K, Kinoshita M.
  • Organizer: Gordon Research Conference “Glial Biology: Functional Interactions Among Glia & Neurons”
  • Place of Presentation: New Orleans, USA
  • Year and Date: 2015-03-02
• [Presentation] セプチンおよび関連遺伝子欠損マウスの行動解析 (2014)
  • Author(s): 木下 専
  • Organizer: 生理学研究所セミナー
  • Place of Presentation: 岡崎
  • Invited
• [Presentation] 遺伝子改変マウスの認知／行動異常から見えてきた脳内セプチン系の多彩な機能 (2014)
  • Author(s): 木下 専
  • Organizer: 京都大学分子生体統御学セミナー
  • Place of Presentation: 京都
  • Invited
• [Presentation] セプチン細胞骨格の破綻を伴う精神・神経疾患病態モデルの作製と解析 (2013)
  • Author(s): 木下 専
  • Organizer: 第11回神経科学研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Invited
• [Presentation] Septins promote dendrite and axon development by negatively regulating microtubule stability via HDAC6-mediated deacetylation. (2013)
  • Author(s): Ageta-Ishihara N, Miyata T, Ohshima C, Watanabe M, Sato Y, Hamamura Y, Higashiyama T, Mazitschek R, Bito H, Kinoshita M.
  • Organizer: 50th ASCB Annual Meeting
  • Place of Presentation: New Orleans, USA
• [Remarks] 長寿遺伝子産物SIRT1の過剰発現はヒト変異型SOD1によるALSモデルマウスの病態を改善する
  • URL: http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/paper/2014-24/03.html
• [Remarks] parkin基質SEPT4をマウスに慢性過剰発現すると行動変化はみられるものの神経変性は起こらない
  • URL: http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/paper/2014-22/04.html