Roles of dendritic local translation on higher-order brain functions

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K16463
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 51010:Basic brain sciences-related
• Research Institution: Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences
• Principal Investigator: Ohashi Rie 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 助教 (40867529)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 局所翻訳 / mRNA輸送 / 樹状突起 / 高次脳機能 / Arf GEF, GAPファミリー / 3’UTR

Outline of Final Research Achievements

mRNA transport and local translation in dendrites play a crucial role in long-term synaptic potentiation. However, our understanding of the specific mRNAs that undergo dendritic transport and how their translation products regulate higher-order brain function is limited. In this study, I investigated the Arf GEF/GAP family mRNAs as novel candidates for local translation, which were identified as dendritic mRNAs using our unique methods. Among these candidates, I successfully identified the responsible region for dendritic transport in a specific Arf GEF mRNA and generated mice with a deletion in this region. Although the cell surface expression of AMPA receptors was unaffected, the deletion mice exhibited a significant reduction in spine formation. These findings suggest that the dendritic localization of this Arf GEF mRNA is involved in spine formation.

Free Research Field

神経細胞生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

神経細胞における局所翻訳の研究分野では一部のmRNAのみが着目されてきたが、樹状突起局在化mRNAは他にも多数存在する。本研究では、長期記憶が低下するマウスの樹状突起においてmRNA局在が顕著に低下するものの、これまで局所翻訳との関連が不明であったArf GEF/GAPファミリーに着目した。よって、局所翻訳を介した新たな高次脳機能制御機構の解明に繋がると期待される。また、特定のmRNAの細胞体での翻訳は維持したまま樹状突起輸送のみを低下させたマウスの作出に成功した。今後、任意のタイミングでmRNA輸送を回復させる等の発展が考えられ、局所翻訳の時空間制御機構解明の足掛かりになると期待される。