Presynaptic molecular correlates of memory encoding

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K15183
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Sakamoto Hirokazu 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (10837397)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: シナプス / プレシナプス / シナプス可塑性 / 記憶 / 学習 / 海馬 / 超解像顕微鏡

Outline of Final Research Achievements

The hippocampus plays important roles in memory formation. It has been widely assumed that long-lasting synaptic changes (synaptic plasticity) within the neuronal network mediate memory. However, the molecular mechanisms especially presynaptic regulations underlying memory encoding remains poorly understood. In this study, we established a systematic super-resolution imaging analysis method for quantifying presynaptic proteins (including Munc13-1, RIM1, and voltage-gated calcium channels) at hippocampal synapses in the brain sections. Using this method, we successfully detected changes in the amount and the nanoscale spatial distribution of presynaptic proteins at hippocampal synapses activated during memory encoding.

Free Research Field

生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、記憶の形成に関わる海馬のシナプスに注目し、記憶形成時に生じるシナプス内の分子（タンパク質）の変化に焦点を当てて研究を行った。シナプスはマイクロメートル以下の非常に微小な構造であり、また脳組織中に高密度に存在しているため、その中のタンパク質に注目して解析を行うことは容易ではない。最先端の超解像顕微鏡技術と独自のシナプス標識技術を組み合わせることで、記憶形成時に活性化したシナプスを膨大な数のシナプスの中から抽出し、そこに集積するタンパク質群の量や局在を精密に定量する技術を構築することに成功した。今回の成果は、記憶の形成という脳の高度な機能を分子の観点から理解する上で大きな意義を持つ。