脳内環境がスパイン形態可塑性に与える影響の解析

• Project Area: Brain Environment
• Project/Area Number: 26111706
• 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 University of Tokyo
• Principal Investigator: 野口 潤 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (40421367)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2015: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 樹状突起スパイン / LTD（シナプス伝達の長期抑制） / ２光子励起顕微鏡 / LTD / 長期抑制 / ２光子顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題ではシナプス後部である樹状突起スパインがシナプス可塑性刺激により収縮もしくは消滅するような状態について解析することを目標とした。
1. cofilinタンパク質の動態解析：シナプス可塑性はシナプス後部である樹状突起スパインにおいてアクチン重合の制御によって実行される。アクチン線維切断タンパク質cofilinに着目して解析した結果、低頻度シナプス刺激によってスパイン収縮がみられ、このスパイン収縮は周囲のスパインに拡散した。一方、脱リン酸化（活性化）cofilinを海馬神経細胞内に還流したところ、スパイン収縮が見られたことから、活性化cofilinタンパク質の神経細胞樹状突起内での拡散がスパイン収縮を制御していることが示唆された。
２．シナプス前部機能プローブの開発：シナプス後部の収縮はシナプス前部にも影響を及ぼすと考えられる。27年度は FRET /FLIMによるシナプス前部機能プローブ(iSLIM)の開発と評価に関して論文発表を行った。今回掲載された論文において、我々は、SNARE複合体を形成する操作を行うと、このプローブの蛍光寿命が変化することを示した。このプローブにより、興奮性神経細胞のシナプス小胞とインシュリンを分泌するβ細胞の分泌様式の違いも明らかにした。このプローブの値を用いて、シナプス前部可塑性の程度を評価することが可能であった。
３.シナプス前部機能プローブを用いたシナプス結合の判定：今回開発したプローブを利用してシナプス結合の有無を評価する試みを実施した。シナプス後部のみを標識するためにPSD95-mCherry融合タンパク質をシナプス後部に発現させた。予備的な実験では、シナプス後部局在タンパク質PSD95と、シナプス前部機能プローブは近接して局在する場合が観察された。このことから、このプローブはシナプス形成判定に有用と考えている。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Two-photon fluorescence lifetime imaging of primed SNARE complexes in presynaptic terminals and β cells. (2015)
  • Author(s): Takahashi N#, Sawada W#, Noguchi J#, Watanabe S#, Ucar H, Hayashi-Takagi A, Yagishita S, Ohno M, Tokumaru H & Kasai H. (#Equally contributed).
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 6 Issue: 1 Pages: 8531-8531
  • DOI: 10.1038/ncomms9531
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Lab-on-a-brain : Implantable micro-optical fluidic devices for neural cell analysis in vivo (2014)
  • Author(s): Takehara, H.*, Nagaoka, A.*, Noguchi, J., Akagi, T., Kasai, H. & Ichiki, T.
  • Journal Title: Scientific Report Volume: 4 Issue: 1 Pages: 6721-6721
  • DOI: 10.1038/srep06721
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Caged Glutamates with π-Extended 1, 2-Dihydronaphthalene Chromophore : Design, Synthesis, Two-Photon Absorption Property, and Photochemical Reactivity (2014)
  • Author(s): Boinapally, S., Huang, B., Abe, M., Katan, C., Noguchi, J., Watanabe, S., Kasai, H., Xue, B. & Kobayashi, T.
  • Journal Title: Opt Express Volume: 22 Issue: 17 Pages: 7822-30
  • DOI: 10.1021/jo501425p
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シナプス可塑性記録のためのプレシナプスプローブの海馬培養スライスにおける使用 (2014)
  • Author(s): 野口潤、渡邊恵、高橋倫子、河西春郎
  • Organizer: 日本神経科学学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Remarks] 東京大学大学院医学系研究科疾患生命工学センター構造生理学部門ホームページ
  • URL: http://www.bm2.m.u-tokyo.ac.jp/