神経活動により発現調節される細胞骨格関連蛋白質Arcの機能解析

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08271243
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute for Neuroscience
• Principal Investigator: 山形 要人 (財)東京都神経科学総合研究所, 分子神経生物学研究部門, 主任研究員 (20263262)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉浦 弘子 (財)東京都神経科学総合研究所, 分子神経生物学研究部門, 主事研究員 (40162870)
• Keywords: 脳 / 記憶 / 可塑性 / 遺伝子 / LTP / arc

Research Abstract

脳の後期発達においては、神経活動によって機能的シナプスが再構築されると考えられる。これは神経活動によって新しい遺伝子発現が生じ、その遺伝子産物(蛋白質)が神経回路を修正するためと考えられる。そこで神経活動によって発現が調節される遺伝子群を明らかにする目的で、ラットを電気痙攣刺激し、その海馬のcDNAライブラリーから、刺激後急速に誘導される新しい遺伝子群を見いだした。これらは電気ショックだけでなく、LTPやNMDA受容体の特異的阻害剤などによっても発現量が調節されており、また脳の後期発達(特に生後)においてもシナプス形成期に一致して発現量が増加することから、神経活動によるシナプス形成・強化に関与していると考えられた。これらの遺伝子群の中でmRNA・蛋白質ともに樹状突起で誘導される、特徴的な遺伝子を見出し、arc(activity and developmentally regulated gene associated with cytoskelton)と名付けた。arc mRNAは、他の最初期遺伝子と同様,電撃痙攣刺激や海馬顆粒細胞のLTPによって誘導され、NMDA受容体遮断薬MK801によって発現が抑制された。arc遺伝子発現の最も特徴的な点はmRNAが樹状突起にも誘導されることであり、MAP2やCaMKIIと同様,シナプス可塑性に重要な役割を担っているためと考えられた。Arc蛋白質の機能解析のためにin vitroで蛋白合成し、細胞骨格との結合実験を行った結果、F-アクチンを含む分画と共沈することが明らかになった。さらに標的蛋白質を同定・解析することによってArcの生理機能を明らかにするため、酵母のtwo-hybrid systemを用いて,海馬のライブラリーをスクリーニングし、相互作用する2種類の蛋白質を見出した。一つはC末側にSH3 domainを持つ蛋白質で細胞内全体に分布し、もう一つは核に局在する新しい蛋白質であることがわかった。今後はこの蛋白質複合体の生理機能を検討していく予定である。

Research Products

• [Publications] Uetsuki,T.et al.: "Structure and expression of the mouse necdin gene." Journal of Biological Chemistry. 271. 918-924 (1996)
• [Publications] Cao,C.et al.: "Endothelial cells of the rat brain vasculature express cyclooxygenase-2 mRNA in response to systemic interleukin-1β" Brain Research. 733. 263-272 (1996)
• [Publications] Ohtsuki,T et al.: "Induction of cyclooxygenase-2 mRNA in gerbile hippocampal neurons after transient forebrain ischemia" Brain Research. 736. 353-356 (1996)
• [Publications] 入江康至,他: "シナプス活動によって発現調節される新しい海馬遺伝子" 細胞. 28. 78-83 (1996)