2014 Fiscal Year Annual Research Report
小脳をモデルとした糖鎖シグナルによる機能的・形態的シナプス可塑性制御
| Project Area | Deciphering sugar chain-based signals regulating integrative neuronal functions |
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| Project/Area Number |
23110009
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
柚崎 通介 慶應義塾大学, 医学部, 教授 (40365226)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | AMPA受容体 / エンドサイトーシス / エキソサイトーシス / ライソゾーム / 小脳 / LTD / LTP / マウス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中・長期に持続する記憶・学習の実体は、シナプス後部におけるAMPA型グルタミン酸受容体のトラフィッキングによって担われており、制御機構の解明は神経科学の最重要課題の1つである。AMPA受容体の細胞内ドメインに結合する様々なタンパク質による輸送制御機構が判明してきたが、それだけでは説明できない現象が残されている。この問題解決の鍵を握る機構の一つは、AMPA受容体細胞外ドメインと脂質ラフトや細胞外基質に存在する糖鎖との相互作用である。一方、より長期に持続する記憶にはシナプス形態変化が伴う。成熟と共に神経細胞周囲に発達するプロテオグリカンは小脳神経細胞にも存在することから糖鎖と小脳長期記憶との関連が疑われている。本研究では小脳をモデルとして、機能的・形態的シナプス可塑性を制御する分子機構を、糖鎖科学と脳科学的アプローチを融合することによって解明する。
神経活動亢進に伴うAMPA受容体輸送経路について解明を進めた。これまで長期増強（LTP）刺激によって樹状突起の棘突起付近にエキソサイトーシスされてくるAMPA受容体が分泌されるとともに、ライソゾームからの分泌が起きることを明らかにした。ライソゾーム分泌は免疫細胞などで知られていたが、神経細胞における存在や機能は不明であった。免疫細胞においてライソゾーム分泌に関与することが分かっている分子を阻害することにより、神経細胞においてLTP誘導刺激によるAMPA受容体輸送が抑制された。またLTP誘導刺激によってライソゾーム酵素の一部が分泌される過程の可視化にも成功した。これらの酵素の働きによって神経細胞周囲のプロテオグリカンが減少することが分かった。神経活動が亢進して棘突起付近にエキソサイトーシスされたAMPA受容体は、ライソゾーム酵素によって棘突起周囲のプロテオグリカンが分解されることによりシナプスに側方拡散され易くなるという仮説に至った。
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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
神経系におけるライソゾーム分泌過程については、これまでに開発した研究ツール（幼若プルキンエ細胞への遺伝子導入法、ライソゾーム分泌のライブイメージング法）により解明が進んだ。一方、ライソゾーム分泌の生理的意義についてはなかなか明確な答えが得られなかった。しかしようやくAMPA受容体側方拡散との関連性を示唆するデータが出てきたため今年度中には論文化できると考えている。以上のことから「おおむね順調に進展している」と自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
糖鎖による機能的・形態的シナプス可塑性制御機構を解明するために、次の2つの研究を引き続き行うとともに論文化を目指す。
１）神経細胞内のライソゾーム様プールと糖鎖修飾との関連を明らかにする。
長期増強（LTP）はAMPA受容体のエキソサイトーシスが亢進されることによって起きる。これまでにこのAMPA 受容体が細胞内のライソゾーム様プールから分泌されることを明らかにしてきた。またLTP誘導刺激によってライソゾーム酵素の一部が分泌され、神経細胞周囲のプロテオグリカンが一時的に減少することも分かった。今年度はLTP誘導刺激によって起きるこれらの一連の現象（ライソゾーム酵素のエキソサイトーシスによる細胞周囲プロテオグリカンの分解）の生理的意味について特にAMPA受容体の側方拡散過程の点から解明を進め、年度内の論文化を目指す。
２）ゴルジ体ストレス反応における糖鎖修飾と神経機能の関連を明らかにする。
神経細胞におけるゴルジ体は、通常は一番長い樹状突起の根元の細胞体に存在する。このことからゴルジ体が、細胞膜や膜タンパク質を供給することにより、一方向性樹状突起の形成・分化に関与することが示唆されている。またゴルジ体における膜タンパク質への糖鎖修飾の異常がAngelman症候群での神経症状に関与することも示唆されているが、その因果関係や分子機構はよく分かっていない。これまでに開発を続けてきたゴルジ体の機能を光遺伝学的方法によって制御する方法を更に改良することによって、小脳プルキンエ細胞の樹状突起形成やシナプス可塑性における、ゴルジ体機能について解明を進める。
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[Journal Article] Muramatsu SI, Watanabe M, Sakimura K, Aricescu AR, Yuzaki M. Anterograde C1ql1 signaling is required in order to determine and maintain a single-winner climbing fiber in the mouse cerebellum.2015
Author(s)
Kakegawa W, Mitakidis N, Miura E, Abe M, Matsuda K, Takeo YH, Kohda K, Motohashi J, Takahashi A, Nagao S,
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Journal Title
Neuron
Volume: 85
Pages: 316 329
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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