Structural role of CaMKII in PSD and the induction of LTP by optpgenetics.

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18KK0421
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Nagoya University (2020-2021); Kyoto University (2018-2019)
• Principal Investigator: HOSOKAWA TOMOHISA 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (30602883)
• Project Period (FY): 2019 – 2021
• Keywords: シナプス可塑性 / シナプス / 液－液相分離 / 受容体 / 記憶

Outline of Final Research Achievements

In this study, through the collaboration with Hong Kong University of Science and technology and Bordeaux University Interdisciplinary Institute for Neuroscience, we established a novel theory to explain the behavior of neurotransmitter receptor on the postsynaptic membrane. This theory based on “liquid-liquid phase separation” phenomenon, which recently becomes a hot topic in biochemistry, is totally consistent with the recent report regarding nano-scale distribution of neurotransmitter receptors on synaptic membrane using super-resolution microscopy and molecular feature of representative postsynaptic protein CaMKII. This theory is expected as the novel mechanism to explain synaptic plasticity and memory formation. We reported this achievement on Nature neuroscience 2021 and several review paper.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

記憶形成は一時的な情報がシナプス強度の増強として固定されるプロセスであるが、その詳細なメカニズムはわかっていなかった。本課題により、興奮性刺激によるカルシウム流入がシナプス蛋白質のコンデンセートの可塑的な形成を引き起こし、シナプス強度を増強していることが明らかになった。このことは認知症患者の記憶を強化するような治療戦略に利用できるほか、逆にコンデンセートの離散を誘導することでPTSDの治療に役立てることができる。また、タンパク質のコンデンセート形成は神経変性疾患に見られるタンパク質アグリゲートと密接に関わっていることが報告されており、本課題によりそれら疾患の原因の理解を促進できる。