2022 Fiscal Year Annual Research Report
神経回路の成熟と動作に興奮性軸索ドメインが果たす役割の解明
| Project/Area Number |
21H02577
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
久場 博司 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (10362469)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 軸索 / 神経回路 / 細胞骨格 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
軸索起始部（AIS）は活動電位の発生を担う軸索ドメインであり、神経活動決定の要である。本研究では、音源定位に関わる脳幹の聴覚回路を対象にAIS可塑性の分子基盤、さらには回路形成・動作に果たす役割の解明を目指している。
本年度は、昨年度に同定したAIS可塑性の細胞内シグナル経路が微小管の脱重合を引き起こすメカニズムの解明を目指した。特に細胞骨格の制御に関わることで知られるcdk5に着目して、主に分子生物学的手法を用いた検討を行った。具体的には、電気穿孔法により聴覚神経細胞へcdk5不活性型変異体を過剰発現することでもAIS短縮が阻害された。一方、野生型cdk5の過剰発現によるAIS短縮効果はないものの、cdk5の活性化を担うp35の過剰発現ではAIS短縮が生じ、さらにcdk5とp35の過剰発現ではAISは消失した。これらの結果は、cdk5の活性依存的にAIS短縮が生じることを示している。cdk5はp35の138番目のチロシンをリン酸化することで、チュブリンとの結合親和性を低下させることにより重合を阻害し、微小管を不安定化させることが知られている。従って、p35の138番目のチロシンをアラニンに置換した変異体（T138A）を過剰発現させたところ、AISの短縮は阻害された。一方、okadaic acid（20 nM）によりp35の138番目のチロシンのリン酸化を促進させるとAISの短縮は増強し、この効果は微小管の安定化剤であるTaxol（50 nM）により消失した。以上のことから、cdk5はp35の138番目のチロシンをリン酸化することにより微小管の脱重合を促進し、このことによりAISの短縮を引き起こすことを明らかにした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
Cdk5/p35を介した機構の神経細胞や神経回路の機能への効果について解析ができていないため。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は対象をcdk5と微小管に関連する分子をp35以外にも広げて解析を進めていく予定である。また、AIS構造変化前後でのRNA-seqについても解析を継続するとともに、候補分子のノックアウトスクリーニングも本格的に進めていく。一方、これまでの薬理スクリーニングの過程で、細胞外器質の分解がAIS短縮に重要である可能性を見出している。具体的には、MMP9の阻害剤によりAIS短縮が阻害される。このことは、ankyrinGの安定化には微小管との相互作用以外にも細胞外器質との相互作用が重要であることを示唆しているため、更なる検討を行う予定である。ノックアウトによりAISに変化が見られた分子については、NM細胞からホールセルパッチ記録を行い、膜特性や活動特性、さらにシナプス応答などについても調べることで、AISの細胞、回路機能への関与を検討する。また、周波数域間での比較を行うことで、細胞の機能分化（形態、チャネル発現、シナプス特性）への関与についても検討する。
|
