2016 Fiscal Year Annual Research Report
神経回路網を構築する神経極性の形成・維持機構の解明
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15J03173
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
髙野 哲也 名古屋大学, 医学系研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 神経極性 / 極性 / 軸索伸長 / Rho-kinase / RhoA / リン酸化プロテオミクス / CaMKI / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経細胞は通常1本の軸索と複数の樹状突起を有する高度に極性化した細胞である。軸索と樹状突起は共通の突起から形成されることが知られており、神経極性の破綻が破綻すると複数の軸索が形成される。そのため、1本のみの軸索が形成・維持されることが神経細胞の極性形成において極めて重要である(有村 & 貝淵, Nat. Rev. Neurousci., 2007；髙野ら, Development., 2015)。しかしながら、どのようにして共通の神経突起から 1 本の軸索と複数の樹状突起への運命決定かが制御されるのか、その分子機序は長年謎に包まれていた。そこで本研究では、1本のみの軸索形成を制御する分子機序を細胞外環境から細胞内への一連のシグナル伝達経路まで包括的に解明することを目的とした。これまでに、神経細胞が極性を獲得する際に、神経栄養因子(NT-3)に応答して軸索の末端から細胞体にかけて長距離のCa2+伝播が発生していることを見出した。この長距離Ca2+伝播は、細胞体においてCaMKI依存的にRhoAを活性化することが判った。そこで、今年度はどのようにしてCaMKIがRhoAを活性しているのか、その詳細な分子機序の解明を行なった。具体的には、リン酸化プロテオミクス解析を用いてCaMKIの新規基質としてRhoAの特異的活性化因子GEF-H1を同定した。さらに、GEF-H1のリン酸化部位を同定し、生体内においてもCaMKIによってリン酸化反応が誘導されていることを示した。また、このリン酸化依存的にGEF-H1が活性化することがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度はCaMKIの基質を網羅的に同定するために、当研究室で新たに開発したリン酸化プロテオミクスを用いてCaMKIの基質の網羅的探索を行った。その結果、495ものリン酸化基質の同定に成功した。その中には、唯一のRhoAの特異的活性化因子GEF-H1が含まれていた。まず、実際にGEF-H1がCaMKIによってリン酸化されるか検討するために、in vitro kinase解析を行った。その結果、GEF-H1のN末側においてCaMKIによってリン酸化されることがわかった。次に、CaMKIによるGEF-H1のリン酸化部位を同定するために、リン酸化候補部位をAlaに置換した変異体を用いて再度in vitro kinase解析を行った。その結果、GEF-H1のT103がCaMKIによってリン酸化されることがわかった。最後に、このリン酸化とGEF-H1の活性化との関連性について検討した。その結果、GEF-H1はCaMKIによるT103のリン酸化依存的に活性化することがわかった。これらの結果から、GEF-H1はCaMKIによりリン酸化され、このリン酸化GERF-H1がRhoAを活性することが示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、リン酸化GEF-H1の神経細胞の極性形成に対する影響を検討する。具体的には、培養3日目の神経細胞にGEF-H1の野生型、リン酸化型変異体、非リン酸化型変異体を発現させて、免疫染色によって軸索の形態、本数、長さなどを測定する。その後、生体内での神経極性形成についても検討するために子宮内電気穿孔法により解析する。また、これまでの結果をまとめ投稿した論文の審査進捗について、編集者と査読者の都合により審査が遅延していたため、次年度の発表を目指す。
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Research Products
(7 results)
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[Presentation] Long-Range Inhibitory Signaling Ensures Single Axon formation2016
Author(s)
Tetsuya Takano, Mengya Wu, Shinichi Nakamuta, Honda Naoki, Naruki Ishizawa, Takashi Namba, Takashi Watanabe, Chundi Xu, Tomonari Hamaguchi, Yoshimitsu Yura, Mutsuki Amano, Klaus M. Hahn, Kozo Kaibuchi
Organizer
Cell Biology of the Neuron, Gordon Research Seminar
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[Presentation] Long-Range Inhibitory Signaling Ensures Single Axon formation2016
Author(s)
Tetsuya Takano, Mengya Wu, Shinichi Nakamuta, Honda Naoki, Naruki Ishizawa, Takashi Namba, Takashi Watanabe, Chundi Xu, Tomonari Hamaguchi, Yoshimitsu Yura, Mutsuki Amano, Klaus M. Hahn, Kozo Kaibuchi
Organizer
Cell Biology of the Neuron, Gordon Research Conference
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[Presentation] Long-Range Inhibitory Signaling Regulates Robust Neuronal Polarization2016
Author(s)
Tetsuya Takano, Mengya Wu, Shinichi Nakamuta, Honda Naoki, Naruki Ishizawa, Takashi Namba, Takashi Watanabe, Chundi Xu, Tomonari Hamaguchi, Yoshimitsu Yura, Mutsuki Amano, Klaus M. Hahn, Kozo Kaibuchi
Organizer
第39回日本神経科学大会
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