The roles of synaptic palmitoylation in epilepsy

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K07078
• Research Institution: National Center of Neurology and Psychiatry
• Principal Investigator: 林 崇 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 病態生化学研究部, 室長 (80547472)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 神経科学 / 脳神経疾患 / 脂質 / シグナル伝達 / 薬理学

Outline of Annual Research Achievements

てんかんは、長年の研究にも関わらず、その発症機構に未解明の点が多い。本研究は、哺乳類の脳における主要な興奮性シナプス伝達を担うAMPA型グルタミン酸受容体（AMPA受容体）の制御機構に注目し、てんかん発作の発症過程で興奮性/抑制性シナプスのバランス崩壊がいかに生じるか、そのメカニズムの一端を解明することを目指した。特に、可逆的な翻訳後修飾機構の一種であるパルミトイル化による制御の解析を通じて、AMPA受容体のパルミトイル化修飾異常と脳の過剰な興奮時のシナプスの機能的破綻メカニズムとの因果関係を研究した。
研究計画の通り、これまで、AMPA受容体非パルミトイル化修飾型遺伝子改変マウスの大脳皮質と海馬における生化学、脳スライスの免疫組織染色、てんかん誘発薬と各種の抗てんかん薬を組み合わせた薬理学、海馬スライスの電気生理学等の実験手法により、個体脳レベルで修飾異常の解析を進めてきた。平成３０年度は、上記の解析の追加実験を行なうとともに、全脳で興奮性神経細胞がまばらに光るThy1-YFPマウス、あるいは、全脳で抑制性神経細胞がまばらに光るGAD67-GFPマウスと、AMPA受容体非パルミトイル化修飾型マウスとの掛け合わせによって作出したマウスから、海馬スライスを作製し、刺激依存的なスパイン構造変化のイメージングを中心に解析を行なった。
以上の実験結果から、興奮性シナプスの機能維持に重要なAMPA受容体のシナプス局在と膜輸送が、可逆的なパルミトイル化により調節される機構、および、その異常に伴うてんかん発作の閾値低下を明らかにした。また、これまでの実験結果をまとめて国際英文学術誌に投稿し、一部の実験を追加の上、これらを公刊した。

Research Products

• [Journal Article] Perturbed expression pattern of the immediate early gene Arc in the dentate gyrus of GluA1 C-terminal palmitoylation deficient mice. (2019)
  • Author(s): Itoh M, Okuno H, Yamada D, Yamashita M, Abe M, Natsume R, Kaizuka T, Sakimura K, Hoshino M, Mishina M, Wada K, Sekiguchi M, Hayashi T
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Reports Volume: 39 Pages: 61-66
  • DOI: doi: 10.1002/npr2.12044.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparative analysis of palmitoylation sites of serotonin (5-HT) receptors in vertebrates. (2018)
  • Author(s): Kaizuka T, Hayashi T
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Reports Volume: 38 Pages: 75-85
  • DOI: doi: 10.1002/npr2.12011.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deficiency of AMPA receptor-palmitoylation aggravates seizure susceptibility. (2018)
  • Author(s): Itoh M, Yamashita M, Kaneko M, Okuno H, Abe M, Yamazaki M, Natsume R, Yamada D, Kaizuka T, Suwa R, Sakimura K, Sekiguchi M, Wada K, Hoshino M, Mishina M, Hayashi T
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 38 Pages: 10220-10235
  • DOI: doi: 10.1523/JNEUROSCI.1590-18.2018.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Evolution of palmitoylation sites of 5-HT (serotonin) receptors in vertebrates (2018)
  • Author(s): Takashi Hayashi
  • Organizer: 11th FENS Forum of Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高ω3多価不飽和脂肪酸食摂取の抗うつ様効果には側坐核のドパミン神経系が関与する (2018)
  • Author(s): 竹内 絵理、山田 大輔、斎藤 顕宜、伊藤 政之、林 崇 、山田 光彦、和田 圭司、関口 正幸
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] ω3多価不飽和脂肪酸高含有餌摂取マウスにおける強制水泳試験無動時間の減少：腹側被蓋野－側坐核ドパミン神経系の関与 (2018)
  • Author(s): 竹内絵理、山田大輔、斎藤顕宜、伊藤政之、林 崇、山田光彦、和田圭司、関口正幸
  • Organizer: 日本脂質栄養学会第27回大会
• [Presentation] 興奮性シナプスにおける神経伝達物質受容体のパルミトイル化による膜局在制御 (2018)
  • Author(s): 林 崇
  • Organizer: 第４０回日本生物学的精神医学会・第６１回日本神経化学会大会 合同年会
  • Invited
• [Presentation] パルミトイル化によるAMPA受容体制御の異常は発作感受性を上昇させる (2018)
  • Author(s): 伊藤政之、金子雅規、阿部学、山崎真弥、夏目里恵、山田大輔、崎村建司、関口正幸、和田圭司、三品昌美、林 崇
  • Organizer: 第139回日本薬理学会関東部会
• [Presentation] Deficiency of AMPA receptor-palmitoylation aggravates the seizure susceptibility (2018)
  • Author(s): Masayuki Itoh, Mariko Yamashita, Masaki Kaneko, Hiroyuki Okuno, Manabu Abe, Maya Yamazaki, Rie Natsume, Daisuke Yamada, Toshie Kaizuka, Reiko Suwa, Kenji Sakimura, Masayuki Sekiguchi, Keiji Wada, Mikio Hoshino, Masayoshi Mishina, Takashi Hayashi
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Perturbed expression pattern of the immediate early gene Arc in the dentate gyrus of GluA1 C-terminal palmitoylation deficient mice (2018)
  • Author(s): Masayuki Itoh, Hiroyuki Okuno, Daisuke Yamada, Mariko Yamashita, Manabu Abe, Rie Natsume, Toshie Kaizuka, Kenji Sakimura, Mikio Hoshino, Masayoshi Mishina, Keiji Wada, Masayuki Sekiguchi, Takashi Hayashi
  • Organizer: 2018年度 「次世代脳」プロジェクト 冬のシンポジウム