Regulatory mechanisms underlying neuronal dynamic: Lipid-mediated signals from internal membrane to plasma membrane

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H03332
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Kamiguchi Hiroyuki 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 副センター長 (10233933)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 軸索ガイダンス / 成長円錐 / ホスホリパーゼD / ホスファチジン酸 / シンタキシン1A

Outline of Final Research Achievements

We showed that the synthesis of acidic phospholipid phosphatidic acid, which is required for attractive axon guidance during neural development, is dependent on the lipid metabolizing enzyme phospholipase D, and identified an isoform of phospholipase D on VAMP2-positive membrane vesicles that drive growth cone turning. When VAMP2 vesicles approach the growth cone plasma membrane, phosphatidic acid levels are transiently increased in a phospholipase D-dependent manner confined to the approach site. Syntaxin 1A, a target membrane SNARE protein bearing an acidic phospholipid-binding domain, accumulates in this plasma membrane region, mediating attractive guidance via exocytosis of VAMP2 vesicles.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、神経回路の発生再生に中心的な役割を担う軸索ガイダンスを制御する新規メカニズムの解明を目的として、成長円錐の細胞質を軸索伸長方向へ移動する膜小胞が形質膜に及ぼす脂質シグナルを同定し、そのシグナルが形質膜局所での膜小胞エキソサイトーシスと成長円錐の先導端突出を促進する機序を明らかにした。生体内には未知の機能や構造を有する脂質が多数存在すると考えられ、本研究が示した細胞内オルガネラ間の脂質依存性シグナル伝達に類似のメカニズムが様々な細胞機能を制御している可能性が高いため、より普遍的な脂質生物学研究への波及効果も期待できる。