2018 Fiscal Year Annual Research Report
精神神経疾患を理解するシナプスのスクラップ＆ビルド
| Project Area | Dynamic regulation of brain function by Scrap & Build system |
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| Project/Area Number |
16H06463
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
内匠 透 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (00222092)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
萬代 研二 北里大学, 医学部, 教授 (50322186)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | シナプス / スパイン / モデルマウス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
興奮性シナプスは、神経細胞樹状突起から突き出たサブミクロンの突起（スパイン）上に形成される。スパインの数は形成（ビルド）と破壊（スクラップ）の動的平衡によって決まり、発達期に増加し成長後にゆるやかに減少することが知られているがその分子基盤は未解明である。申請者らは自閉スペクトラム症（ASD）モデルマウスに共通する所見として大脳皮質の錐体細胞でのスパイン形成と破壊が共に亢進することを見出した。本研究では、自閉症原因遺伝子とその下流に焦点を当て、大脳皮質でのスクラップ＆ビルド機構の分子機序を明らかにし、行動解析やin vivoスパインイメージング法によってスクラップ＆ビルド現象の破綻と高次機能障害との関係を解明する。
自閉症モデルマウス（patDp/+）のスパイン動態の変容(大脳皮質の錐体細胞でのスパイン形成と破壊が共に亢進すること)に関わる分子として、２光子顕微鏡を用いたスパインのin vivoイメージング法を用いて、ヒト１５番染色体（15q11-13）父性重複領域に存在するNdnを同定した。patDp/+マウスのシナプトソームを用いたプロテオミクス解析の結果、タンパク合成に関わる分子が同定され、局所翻訳とスパイン動態のリンクが示唆された。また、ミトコンドリア機能との関連が示唆された。
分担研究者の萬代は、細胞膜裏打ち分子のアファディンのスプライスバリアントのうち、l-アファディンがシナプスの接着装置のプンクタアドへレンシアジャンクションの形成をα-カテニンを介して制御していることを解明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
スパイン動態のin vivoイメージングと分子機構の解明：patDp/+マウスのスパイン動態の変容に関わる分子としてNdnを同定した。patDp/+マウスのシナプトソームを用いたプロテオミクス解析を行った。
シナプス・細胞接着に関連する分子の機能解析：自閉症関連遺伝子のうち、細胞接着によってシナプス形成に関わる分子として、Neuroligin1、アファディン、リンクス等に焦点を当て、それぞれの分子群のスパイン動態を中心に、野生型および自閉症患者でみられる変異型間の比較検討を行った。分担研究者の萬代は、アファディンによるシナプスの形成の分子機構の解明に取り組み、前シナプスの形成には接着分子のNGL-3が関与していること、後シナプスの形成にはPSD-95結合分子のMAGUINが関与していることを解明している。また、シナプスの維持にかかわる可能性のある分子を探索するためプロテオミクス解析を行い、その分子のリストを得ている。
発達期におけるシナプス後肥厚のリモデリング：生後発達期におけるマウスの脳のシナプス後肥厚（postsynaptic density, PSD）を調べ、そのタンパク質組成がどのように変化していくかを解析した。2、3、6、および12週齢のマウスの脳よりPSDを生化学的に精製し、質量分析による解析を行った。タンパク質の検出およびラベルフリー定量を行ったところ、2214タンパク質が全てのサンプルで検出・定量された。発達に伴って顕著な増加または減少を示したPSDタンパク質群の中には、シナプスの成熟や形成・除去に関わるとされる分子が多数見出された。よって、PSDにおけるこれらのタンパク質の増減は発達期のシナプスの数や形態の変化に寄与しているものと考えられる。また、今回得られたプロテオームのデータとトランスクリプトームのデータの相関を解析したところ、発達期におけるPSDタンパク質の量の変化は主に転写レベルで制御されていることが示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
スパイン動態のin vivoイメージングと分子機構の解明：in vivoイマージングを指標として、patDp/+マウスのスパイン動態の変容に関わる分子としてNdnを同定した。Ndnのスパインでの機能解析を継続する。
シナプス・細胞接着に関連する分子の機能解析：細胞接着によってシナプス形成に関わる分子として、Neuroligin1、アファディン、リンクス等に焦点を当て、それぞれの分子群のスパインとシナプス形成における生理学的機能について明らかにする。さらに、自閉症の発症と病態の進展における関わりについても検討する。分担研究者の萬代は、後シナプスの形成におけるアファディンとMAGUINの機能と作用機構について分子レベルから個体レベルの研究を推進する。また、プロテオミクス解析によって見出された分子について、シナプスにおける機能を解明する。
スクラップ＆ビルド現象の高次機能の評価：スクラップ&ビルド現象の個体レベルでの高次機能及び病態的意義に関する評価を行うために、覚醒下マウスのfMRIイメージング系を確立する。
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[Journal Article] Localization of nectin-2α at the boundary between the adjacent somata of the clustered cholinergic neurons and its regulatory role in the subcellular localization of the voltage-gated A-type K(+) channel Kv4.2 in the medial habenula.2018
Author(s)
Shiotani H, Miyata M, Itoh Y, Wang S, Kaito A, Mizoguchi A, Yamasaki M, Watanabe M, Mandai K, Mochizuki H, *Takai Y
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Journal Title
J. Comp. Neurol.
Volume: 526
Pages: 1527-1549
DOI
Peer Reviewed
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