発達期小脳における選択的シナプス強化・除去に関与する新たな遺伝子と機能分子の探索

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12308041
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 狩野 方伸 金沢大学, 医学部, 教授 (40185963)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井ノ口 馨 (株)三菱化学, 生命科学研究所・プロジェクト研究センター, 主任研究員プロジェクトリーダー ; 田端 俊英 金沢大学, 医学部, 助手 (80303270) ; 橋本 浩一 金沢大学, 医学部, 助手 (00303272)
• Keywords: 生後発達 / 小脳 / プルキンエ細胞 / 登上線維 / 多重支配 / シナプス除去 / 神経活動 / critical period

Research Abstract

生後発達における活動依存的な神経回路網形成の分子機構を明らかにする目的で、小脳プルキンエ細胞のシナプス除去をモデルとして研究を行なった。小脳プルキンエ細胞は、成熟動物では1本の登上線維によって支配されるが、発達初期には3〜5本の登上線維の多重支配を受けている。発達につれて過剰な登上線維が除去され、生後約20日までに成熟型の1対1の結合が完成する。我々のこれまでの研究から、小脳登上線維シナプスの発達過程において、生後15日から18日が神経活動に依存するcritical periodであり、この過程に代謝型グルタミン酸受容体1型かγ型プロテインキナーゼC(PKCγ)に至るシグナル伝達系が関与することが明らかにされた。すなわち、登上線維シナプスの形成・除去に関与する遺伝子はcritical periodにプルキンエ細胞でPKCγ依存的に発現が調節されていることが強く示唆さした。そこで、今年度は、レーザーマイクロダイセクションシステムを用いてマウス小脳プルキンエ細胞のみからRNAを調製する方法を確立し、さらに、このRNAを用いてcritical periodの前後で発現が制御される遺伝子およびPKCγの制御下にある遺伝子をdifrerential display法で探索した。その結果、現在までに23の候補遺伝子を同定した。cDNAの構造解析より、多くは未知の遺伝子あるいはexpressed sequence tagであることが明らかとなった。また、候補遺伝子が、登上線維シナプス形成・除去に影響を与えるか否かをスクリーニングするためのアッセイ系として、登上線維の起始核である下オリーブ核と小脳皮質を共培養し、登上線維-プルキンエ細胞シナプスを人工的に作る実験をした。現在までに、培養下オリーブ核から軸索が伸展し、標的細胞に接触する様子をコマ取り撮影で確認できた。今後は、このアッセイ系を確立し、候補遺伝子の絞り込みを進める予定である。

Research Products

• [Publications] Ichise,T.: "mGluURl in cerebellar Purkinje cells essential for long-term depression, synapse elimination and motor coordination."Science. 288. 1832-1835 (2000)
• [Publications] Tsubokawa,H.: "Calcium-dependent persistent facilitation of spike backpropagation in the CA1 pyramidal neurons."J.Neurosci.. 20. 4878-4884 (2000)
• [Publications] Kakizawa,S: "Critical period for activity-dependent synapse elimination in developing cerebellum."J.Neurosci.. 20. 4954-4961 (2000)
• [Publications] Furuya,S.: "L-Serine and glycine serve as major astroglia-derived trophic factors for cerebellar Purkinje neurons"Proc.Natl.Acad.Sci.USA.. 97. 11528-11533 (2000)
• [Publications] Tabata,T.: "A reliable method for culture of dissociated mouse cerebellar cells enriched for Purkinje Neurons."J.Neurosci.Meth.. 104. 45-53 (2000)
• [Publications] Miyata,M.: "Local calcium release in dendritic spines required for long-term synaptic depression."Neuron. 28. 233-244 (2000)
• [Publications] Ohno-Shosaku,T.: "Heterosynaptic expression of depolarization-induced suppression of inhibition (DSI) in rat hippocampal cultures."Neurosci.Res.. 36. 67-71 (2000)
• [Publications] Kobayashi,K: "Modest Neuropsychological deficits caused by reduced noradrenaline metabolism in mice heterozygous for a mutated tyrosine hydroxylase gene."J.Neurosci.. 20. 2418-2426 (2000)
• [Publications] Tanaka,J.: "Gq protein subunits Gq and G11 are localized at the postsynaptic extra-junctional membrane of cerebellar Purkinje cells and hippocampal pyramidal cells."Eur.J.Neurosci.. 12. 781-792 (2000)
• [Publications] Matsuzawa,M.: "Formation of hippocampal synapses on patterned substrates or a laminin-derived synthetic peptide."Eur.J.Neurosci.. 12. 903-910 (2000)
• [Publications] Hashimoto,K.: "Climbing fiber synapse elimination during postnatal cerebellar development requires signal transduction involving Gαq and phospholipase Cγ4."Prog.Brain Res.. 124. 31-48 (2000)
• [Publications] Ohno-Shosaku,T.: "Endogenous cannabinoids mediate retrograde signals from depolarized postsynaptic neurons to presynaptic terminals."Neuron. 29(in press). (2001)
• [Publications] Kano,M.: "Endogenous corticotropin-releasing factor (CRF) is required for the induction of cerebellar long-term depression."T.Kato, (ed) Elsevier/Tokyo. 4 (2000)
• [Publications] 柿澤昌: "小脳 脳神経科学イラストレイテッド、第2章 5"羊土社(森寿,真鍋俊也,渡辺雅彦,岡野栄之,宮川剛/編). 6 (2000)