2020 Fiscal Year Annual Research Report
Regulation of synaptic and non-synaptic functions by extracellular scaffolding proteins
| Project/Area Number |
20H05628
|
|---|
| Research Institution | Keio University |
|---|
Principal Investigator |
柚崎 通介 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 教授 (40365226)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡辺 雅彦 北海道大学, 医学研究院, 教授 (70210945)
坂内 博子 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40332340)
溝口 明 三重大学, 医学系研究科, 産学官連携講座教授 (90181916)
伊佐 正 京都大学, 医学研究科, 教授 (20212805)
武内 恒成 愛知医科大学, 医学部, 教授 (90206946)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2025-03-31
|
| Keywords | ニューロン / 神経回路 / シナプス / 細胞外基質 / 補体 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
神経細胞は「シナプス」と呼ばれる接着構造によってお互いに結合してさまざまな神経回路を構成する。多くの精神・神経疾患ではシナプスに異常がみられることから、シナプス形成を担う分子群の解明は基礎・臨床神経科学における最重要課題の一つである。
近年、私たちは新しいシナプス形成分子として、細胞外足場タンパク質（Extracellular Scaffolding Protein: ESP）という概念を確立した。ESP は神経細胞やグリア細胞から分泌されて、シナプスにおいてシナプス前部や後部のさまざまな膜タンパク質と結合する足場として働く。ESPは従来のシナプス形成分子とは異なり、発達時のみでなく生涯にわたって、神経活動に応じたシナプスの再編や機能を制御する。さらに、神経細胞間や、神経細胞と非神経細胞の間にはシナプスとは異なった接着構造が存在し、ESPはこのような非シナプス性接着構造にも関与することがわかってきた。
そこで本研究では、シナプスおよび非シナプス性接着構造において機能するさまざまなESPのシグナル伝達機構の解明を進め、さらにESP の結晶構造を元にして人工的コネクターを開発することによって、神経回路網や非シナプス性接着構造の生理的機能を明らかにし、新しい観点から脳の動作原理および精神・神経疾患の病態の解明を進めることを目指す。
これまでにESPに属するシナプス形成分子として、補体ファミリー分子C1q, Cbln4, C1ql1、さらに神経ペントラキシン（NP）を中心にシグナル伝達機構の解明を進めてきた。特に正常発達時に起きる余分なシナプスの刈込み現象や、アルツハイマー病等における病的なシナプス減少において補体 C1q が関与するが、C1q がいったい何に結合するのかは不明であったが私たちは、これまでに中枢神経系における C1q 受容体の同定に初めて成功した（論文準備中）。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新型コロナウイルス感染症の蔓延防止のためにマウス飼育数の一時的削減や相互研究機関への訪問が制限されたこと、さらに実験を日本で行うにもかかわらず、CPTXの構造解析での研究協力者が所属する英国での非ヒト霊長類を用いた動物実験許可を得るために予想外の時間が取られたことから、研究成果の論文化がやや遅れ気味であった。しかし①C1q受容体を新しく同定した論文、②超解像度解析によってESPなどのシナプス形成分子のナノドメイン構造を解明した論文、③海馬でのCbln4 受容体の多様性を解明した論文、④小脳におけるC1ql1複合体の構造を明らかにした論文、⑤扁桃体延長領域での非シナプス性接着構造の発見と分子機構を解明した論文、など重要な論文が投稿間際の状態である。したがって、達成度としては「おおむね順調に進展している」と考えている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
ESPによるシナプス制御機構については、まず新しいC1q受容体について生理的意義を明らかにする。また海馬でのCbln4のシナプス制御機構について、それぞれ論文として発表する。NPの詳細なシナプス局在を明らかにするとともに、NP非結合型AMPA受容体を用いることによって、NPによるAMPA受容体機能制御機構を明らかにする。
ESPを中心とした非シナプス性接着機構と役割の解明については、扁桃体延長領域における結合腕傍核入力との間の非シナプス性接着構造の形態的詳細を明らかにする。また機能的意義を明らかにするために、非シナプス性接着構造を欠損するCbln1やGluD1遺伝子欠損マウスを用いて電気生理学的解析および行動学的解析を進める。線条体における黒質よりのDA作動性入力との間に形成される非シナプス性接着構造について、光電子相関顕微鏡法を用いて三次元構築を行い、分子局在様式および周辺の古典的興奮性シナプスとの位置関係を明らかにする。
人工コネクターによる特定の神経回路の制御のために、開発したエピトープタグノックインマウスを活用して脊髄におけるC1qファミリー分子の局在を明らかにする。また非ヒト霊長類を用いて脊髄損傷後の巧緻運動の回復を指標としてCPTXの効果について検討する。さらにESPの構造を元にして設計した新規シナプスコネクターについて、培養神経細胞での検証を進めるとともに、脊髄損傷や慢性疼痛モデルを用いた性能の検証を進める。
|
