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2017 Fiscal Year Annual Research Report

シナプスの可塑的形態変化におけるRhoA/Cdc42活性化の時空間制御機構

Research Project

Project/Area Number 15J08240
Research InstitutionNational Institute for Physiological Sciences

Principal Investigator

柴田 明裕  生理学研究所, 脳機能計測・支援センター, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2018-03-31
Keywordsシナプス可塑性 / 蛍光寿命イメージング
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、シナプス可塑性の分子メカニズムの一端を明らかにすることである。シナプス可塑性の中でも特に、シナプスの可塑的形態変化は、アクチン骨格依存的である。そのため、アクチン骨格を制御しているRhoGTPaseのCdc42と、その活性化/不活性化因子に着目し、これらの分子動態を蛍光寿命イメージング法によって調べた。

初年度はCdc42の活性化を高感度に捉えるための新規無蛍光蛍光タンパク質の開発に成功し、Cdc42のFRETセンサーや他の既存のFRETプローブにも適用できることを示した。次に2年度目は、50種類以上存在する不活化因子の中から、シナプスに局在する不活化因子の同定を行い、TCGAPの同定に成功した。そして、3年度目に、TCGAPの動態とCdc42の活性化を同時に観察することに成功した。具体的には、シナプスの可塑的形態変化を誘起するために、ケージドグルタミン酸を用いて単一シナプスを刺激した。その結果、Cdc42が活性化する直前にTCGAPが一時的に減少し、その後Cdc42が活性化するという非常に興味深い現象を捉えることに成功した。これらの結果から、作業仮説である『シナプス内の不活化因子(TCGAP)の離散により、Cdc42が活性化する』というCdc42の新しい活性化モデルを強く示唆する形となった。

このように、発光しない蛍光タンパク質を開発することで、シナプス内の分子活性とシナプスの形態変化を同時に可視化することが可能な新たな実験方法を確立することに成功した。これは、今までの神経科学における観察手法の壁の一つを壊すものであるため、この手法をほかの分子にも用いることで、記憶や学習に深く関わるシナプス可塑性の解明に繋がると大いに期待できる。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (5 results)

All 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (2 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Dynamic Meso-Scale Anchorage of GPI-Anchored Receptors in the Plasma Membrane: Prion Protein vs. Thy12017

    • Author(s)
      Yuri L. Nemoto, Roger J. Morris, Hiroko Hijikata, Taka A. Tsunoyama, Akihiro C. E. Shibata, Rinshi S. Kasai, Akihiro Kusumi and Takahiro K. Fujiwara
    • Journal Title

      Cell biochemistry and biophysics.

      Volume: 75 (3) Pages: 399-412

    • DOI

      10.1007/s12013-017-0808-3

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ShadowY: a dark yellow fluorescent protein for FLIM-based FRET measurement2017

    • Author(s)
      Hideji Murakoshi and Akihiro C.E. Shibata
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 7 Pages: 6791-6800

    • DOI

      10.1038/s41598-017-07002-4

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cortical actin nodes: Their dynamics and recruitment of podosomal proteins as revealed by super-resolution and single-molecule microscopy.2017

    • Author(s)
      Yuki M. Shirai, Taka A. Tsunoyama, Nao Hiramoto-Yamaki, Koichiro M. Hirosawa, Akihiro C. E. Shibata, Kenichi Kondo, Atsushi Tsurumune, Fumiyoshi Ishidate, Akihiro Kusumi, and Takahiro K. Fujiwara
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 12 (11) Pages: 1-35

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0188778

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Imaging and optogenetic manipulation of the activity of signaling molecules in neuron2018

    • Author(s)
      柴田明裕
    • Organizer
      Mini international workshop "Interhierarchical understanding of materials and life through molecular observation
    • Invited
  • [Presentation] Development of a genetically encoded photo-activatable CaMKII2017

    • Author(s)
      柴田明裕
    • Organizer
      第40回日本分子生物学会
    • Invited

URL: 

Published: 2018-12-17  

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