脳の後期遺伝子群の単離・解析によるシナプス可塑性の分子機構の解明

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09780736
• 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, 副参事研究員 (20263262)
• Keywords: 脳 / 記憶 / LTP / 後期遺伝子

Research Abstract

後期遺伝子群(delayed early genes=DEGs)は、神経活動後immediate early Genes( IEGs)に引き続いて誘導される遺伝子群の総称で、神経系(脳)ではまだ系統的に調べられていない。Late geneと呼ぶ研究者もいるが、我々はimmediate early gene(IEG)産物によって発現制御されていることから、DEGと呼んでいる。DEGはIEG産物によって発現調節され、シナプス可塑性の“effector"として、直接機能していると考えられる。DEGを単離するため、ラットに強い電撃痙攣刺激を与え、海馬のライブラリーを作製し、differential hybridizationによって、8時間後に誘導される遺伝子群をクローニングした。約10万個のライブラリーから90個のクローンを単離し、それらのすべてについて5'および3'末端のシークエンスを行った。その結果、大部分がミトコンドリアのCytochrome oxidase cDNAであることが明らかになった。このcDNAをプローブにして、痙攣刺激によるmRNA誘導の時間経過を調べたところ、発作後、徐々に増加し、8時間で最高になった。また、Na,K-ATPase(Na pump)β1subunitも単離されたので、in situ hybridizationによって、その誘導部位を解析し、海馬歯状回顆粒細胞・錐体細胞、大脳皮質の神経細胞で誘導されることを明らかにした。さらに、他の誘導遺伝子の解析も行い、prothymosin、G protein β subunit(PKC receptor)、PC4(interferon homolog)遺伝子が、電撃痙攣刺激後、海馬を中心に誘導されることを見出した。これらの遺伝子産物は、細胞の分裂や増殖に関与していると考えられる。海馬の顆粒細胞層と門の境界部には、神経幹細胞が存在し、痙攣発作が続くと分裂することが知られているので、これらのDEG産物が、電撃痙攣刺激によって誘導され、幹細胞の分裂・増殖を引き起こす可能性が考えられた。

Research Products

• [Publications] C.Cao,et al.: "Cyclooxygenase-2 is induced in brain blood vessles during fever evoked by peripheral or central administration of tumor necrosis factor." Mol.Brain Res.56. 45-56 (1998)
• [Publications] 杉浦弘子 鈴木香子 山形要人: "コカイン、アンフェタミンによって発現誘導される最初期遺伝子Arcとその結合蛋白質" 精神薬療基金研究年報. 31. (1999)
• [Publications] O.Saitoh,et al.: "RGS7 and RGS8 differentially accelerate G-protein-mediated modulation of K_+-currents." J.Biol.Chem.(1999)
• [Publications] K.Yamagata,et al.: "Induction of arc, an effector immediate early gene, by methamphetamine in the rat brain." Ann.N.Y.Acad.Sci.(1999)
• [Publications] K.Yamagata,et al.: "Slow Stnaptic Response and Modulation" Springer-Verlag, (1999)