小脳神経細胞初代培養法によるカルモデュリン依存性タウ因子燐酸化反応の薬理学的研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02671056
• Research Institution: Kumamoto Research (C)
• Principal Investigator: 福永 浩司 熊本大学, 医学部, 講師 (90136721)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山川 孝 熊本大学, 医学部, 助手 (10230327) ; 宮本 英七 熊本大学, 医学部, 教授 (50109659)
• Keywords: カルモデュリン / プロテインキナ-ゼ / 小脳顆粒細胞 / 海馬 / NMDA受容体 / Longーterm potentiation / 微小管付随蛋白質 / 蛋白質燐酸化反応

Research Abstract

Ca^<2+>カルモデュリン依存性プロテインキナ-ゼII(CaMキナ-ゼII)は神経細胞に高濃度存在し、神経伝達物質の生合成、放出を調節している。最近、海馬CA1領域のシナプス伝達長期増強(Longーterm potentiation、LTP)の発現に関与することが明らかとなった。従来の研究により、in vitroにおいて、Ca^<2+>/カルモデュリンにより活性化に伴い、酵素のN末端より286/287番目(α/βサブユニット)のスレオニンが自動燐酸化され、Ca^<2+>非依存型に変化することが知られている。私達は、小脳顆粒細胞の初代培養系を用いて、in vivoにおける本酵素の活性化機構について明らかにした。高K^+、Ca^<2+>イオノファア、NーメチルーDーアスパラギン酸(NMDA)受容体刺激による細胞内Ca^<2+>濃度上昇に伴い、CaMキナ-ゼIIのCa^<2+>非依存型活性が上昇した。このCa^<2+>非依存型活性の上昇は、酵素の286/287番目のスレオニンの原動燐酸化の程度と相関した。しかしながら、小脳顆粒細胞をグルタミン酸にて短時間刺激(30秒)した場合、Ca^<2+>非依存性活性の上昇は一過性であり5分以内には刺激前のレベルまで低下した。今回、我々は、NMDA受容体がLTPの発現に関与しているラット海馬の初代培養系を用いて、CaMキナ-ゼIIの活性化機構および微小管付随蛋白質(MAP2、タウ因子)の燐酸化反応について解析した。小脳顆粒細胞同様にNMDA受容体刺激に伴い、CaMキナ-ゼIIは活性化され、Ca^<2+>非依存型活性が上昇した。顆粒細胞に比べて、海馬神経細胞においては、NMDA受容体刺激に対する反応性が大きく、刺激後、その反応が持続する傾向にあった。微小管付随蛋白質に対する特異抗体を用いてin vivoにおける燐酸化反応を検討した。MAP2の燐酸化反応はNMDA受容体刺激に伴い上昇した。しかし、タウ因子の燐酸化反応については、本抗体では解析できなかった。さらに、タウ因子特異抗体を作製し検討中である。以上の結果は、CaMキナ-ゼIIが海馬におけるLTPの発現に関与するという知見を支持するとともに、その作用機構について重要な示唆を与えるものである。

Research Products

• [Publications] Koju Fukunaga: "Activation of Ca^<2+>/calmodulinーdependent protein kinase II in cerebellar granule cells by NーmethylーDーaspatrate receptor activation" Molecular and Cellular Neurosciences. 1. 133-138 (1990)
• [Publications] Hideyuki Yamamoto: "Dephosphorylation of τ factor by protein phosphatase 2A in synaptosomal cytosol fractions,and inhibition by aluminum" Journal of Neruochemistry. 55. 683-690 (1990)
• [Publications] Setsuko Yasugawa: "Autophosphorylation of Ca^<2+>/calmodulinーdependent protein kinase II:Effects on interaction between enzyme and substrate" Japanese Journal of Pharmacology. 55. 263-274 (1991)
• [Publications] Thomas R.Soderling: "Molecular and cellular studies on brain calcium/calmodulinーdependent protein kinase II" Progress in Brain Research. 89. 169-183 (1991)
• [Publications] 宮本 英七: "細胞系におけるCa^<2+>/カルモデュリン依存性プロテインキナ-ゼIIの細胞刺激に反応した調節" 日本薬理学雑誌. 98. 177-185 (1991)
• [Publications] Motohiro Morioka: "Regional and temporal alterations in Ca^<2+>/calmodulinーdependent protein kinase II and calcineurin in the hippocampus of rat brain after transient forebrain ischemia" Journal of Neurochemistry. 58. (1992)