Functional analysis of Cbln1-GluD1 signaling in the synaptic formation of the hippocampus

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K14940
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 大塚 信太朗 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任助教 (30772397)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: Cbln4

Outline of Annual Research Achievements

Cbln1-GluD2シグナルは小脳平行線維-プルキンエ細胞のシナプスの形成及び機能において必須の役割を果たす。これらの分子やそのファミリーは海馬シナプスにも発現し、海馬依存的な空間・恐怖学習を制御する。しかしこれらの分子が海馬のシナプス機能をどのように制御しているかは良く分かっていない。そこで我々は海馬で多く発現するCblnファミリーであるCbln4に着目した。Cbln4とその受容体であるGluD1の欠損マウスがどのような海馬シナプスの異常を示すか調べたところ、海馬歯状回の分子層シナプス数がCbln4欠損およびGluD1欠損マウスで減少し、神経伝達も低下していた。これに加えCA1網状分子層シナプス数や神経伝達もCbln4欠損マウスでは減少していたがGluD1またはGluD2単独欠損マウスではシナプスは減少しなかった。しかしGluD1/2ダブル欠損マウスを作製したところ同様のシナプス減少が見られたため、GluD1およびGluD2はCA1では互いに代償し得ることが明らかとなった。
次にCbln4-GluDシグナルがシナプス可塑性にどう関わるか調べるため海馬急性切片を作製し、可塑性実験を行った。その結果Cbln4欠損マウスではLTD刺激でLTPが誘導されることが判明し、Cbln4は可塑性閾値を制御に関わることが明らかとなった。
最後にこの可塑性異常がどのような分子機序で引き起こされるか調べるため、NMDA/AMPA比を測定した。その結果、Cbln4欠損およびGluD1欠損マウスの両方でNMDA/AMPA比が亢進していることが判明し、Cbln4-GluDシグナルはシナプスでの受容体発現量を制御することでシナプス可塑性の閾値を制御している可能性が示された。