Regulation of synapse plasticity by stimulation-dependent dephosphorylation and translocation of PSD-Zip70

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K06466
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: Iwate Medical University
• Principal Investigator: Mayanagi Taira 岩手医科大学, 医歯薬総合研究所, 講師 (20432544)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 祖父江 憲治 岩手医科大学, その他, 学長 (20112047) ; 木村 眞吾 岩手医科大学, 医学部, 准教授 (30214878)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: シナプス可塑性 / タンパク質局在変化 / リン酸化・脱リン酸化 / グルタミン酸 / PSD-Zip70

Outline of Final Research Achievements

In response to glutamate stimulation, dephosphorylated PSD-Zip70 rapidly translocates from the postsynaptic site to endosomes via binding to lipid chaperon Unc119. The depletion of PSD-Zip70 at postsynaptic sites causes transient activation of Rap2, which impairs postsynaptic responsiveness via internalization of AMPA-type glutamate receptors. Deficiency of PSD-Zip70 in the hippocampus failed to induce long term depression, a form of activity-dependent synaptic plasticity. Further, PSD-Zip70-knockout mice exhibits defects in working memory and cognition as well as enhanced anxiety-like behaviors. These findings provide molecular foundation to elucidate the regulatory mechanism in stimulation-dependent synaptic plasticity concerning higher brain function such as memory and emotional control.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

神経細胞はシナプスを介して他の神経細胞と回路を形成し、情報を伝達する。我々は神経細胞が神経伝達物質グルタミン酸の刺激を受けるとシナプスに存在しているPSD-Zip70タンパク質が速やかに働きを変化させ、シナプスの応答性を調節しているRap2タンパク質の機能を制御していることを明らかにした。マウスを用いた実験からPSD-Zip70はストレスによる神経機能の変化に関わっており、PSD-Zip70がないと短期記憶の障害、不安の増大が生じることも見い出している。今回明らかにしたシナプス伝達を制御する仕組みは記憶や感情の調節など脳の複雑な働きを理解する上で重要な知見となる。