シナプス可塑性関連遺伝子Arcの神経特異的・活動依存的発現制御の分子機構

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21500301
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 奥野 浩行 東京大学, 大学院・医学系研究科, 助教 (80272417)
• Keywords: 脳・神経 / シグナル伝達 / シナプス / 遺伝子 / 長期記憶 / 海馬

Research Abstract

神経可塑性関連遺伝子Arc(またはArg3.1)は、大脳において神経活動に高感度に応答する神経特異的前初期遺伝子であり、同じく前初期遺伝子に属するc-fosやzif268と共に神経活動マーカーとして免疫組織化学やin situ hybridization(ISH)等に頻繁に利用されている。近年、Arc/Arg3.1タンパクはエンドサイトーシス過程に関与してグルタミン酸受容体動態の制御因子として働くことが示され、神経可塑性や神経ネットワークの恒常性、更に記憶・学習過程に関わる因子としても注目を集めている。本研究では、このArc/Arc3.1の活動依存的発現機構を解析し、シナプスから核へのシグナルカップリング機構およびArc/Arc3.1発現の生理的意義を明らかにすることを目的として生化学的・分子生物学的および生理学的解析を行う。平成23年度は、活動依存性プロモーター下に緑色蛍光タンパクを融合したArc/Arc3.1タンパクを配置した動態レポーター用いて、Arc/Arg3.1タンパクの樹状突起スパイン部における神経活動依存的な動態変化の解析を行った。その結果、Arc/Arg3.1は従来考えられていたように活動性の高いシナプスに動的に集積するのではなく、逆に活動性の低いシナプスにより多く集積することが明らかになった。さらに、このシナプス集積にはカルシウム・カルモジュリン依存的キナーゼIIのβサブユニット(CaMKIIβ)とのタンパクータンパク相互作用が重要であることが、生化学的および細胞生物学的な解析により示された。

Research Products

• [Journal Article] Inverse synaptic tagging of inactive synapses via dynamic interaction of Arc/Arg3.1 with CaMKIIβ (2012)
  • Author(s): Okuno, H; Akashi, K; Ishii, Y; Yagishita-Kyo, N; Suzuki, K; Nonaka, M; Kawashima, T; Fujii, H; Takemoto-Kimura, S; Abe, M; Natsume, R; Chowdhury, S; Sakimura, K; Worley, PF; Bito, H
  • Journal Title: Cell Volume: (印刷中)(掲載確定)
  • DOI: 10.1016/j.cell.2012.02.062
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Schema-dependent gene activation and memory encoding in neocortex (2011)
  • Author(s): Tse, D ; Takeuchi, T ; Kakeyama, M ; Kajii, Y ; Okuno, H ; Tohyama, C ; Bito, H, Morris, RGM.
  • Journal Title: Science Volume: 333 Pages: 891-895
  • DOI: DOI:10.1126/science.1205274
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Real-time measurements of protein dynamics using fluorescence activation-coupled protein labeling method (2011)
  • Author(s): Komatsu, T ; Johnsson, K ; Okuno, H ; Bito, H ; Inoue, T ; Nagano, T Urano, Y.
  • Journal Title: JACS Volume: 133 Pages: 6745-6751
  • DOI: DOI:10.1021/ja200225m
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Mechanisms of Arc targeting to synapses (2011)
  • Author(s): Okuno, H.
  • Organizer: The 6th International Conference of Neurons and Brain Diseases/Association for the Study of Neurons and Diseases
  • Place of Presentation: 富山クラウンプラザホテル (富山県富山市)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-04
• [Book] "CREB" in "Encyclopedia of Signaling Molecules" (2012)
  • Author(s): Yagishita-Kyo N, Inoue M, Nonaka M, Okuno H, Bito H
  • Publisher: Springer(印刷中)