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2011 Fiscal Year Research-status Report

ドパミンD2L受容体の細胞内小器官におけるシグナル伝達機構の解明

Research Project

Project/Area Number 23790072
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

塩田 倫史  東北大学, 薬学研究科(研究院), 助教 (00374950)

Project Period (FY) 2011-04-28 – 2013-03-31
KeywordsD2 受容体 / 状突起突起伸長 / ドパミン神経 / 黒質緻密部
Research Abstract

統合失調症や注意欠陥多動性障害などの重篤な精神疾患の発症や、情動や認知機能などの精神活動にはドパミン神経系が深く関与している。 D2 受容体と統合失調症との関連はほとんどの抗精神病薬が D2 受容体遮断作用を有すること、線条体での D2 受容体遮断作用が統合失調症の陽性症状改善効果と相関することからも明らかである。 D2 受容体作用薬を用いた画像診断によると、統合失調症患者では D2 受容体結合能が帯状回皮質で低下している。さらに、遺伝子解析から、 D2 受容体に統合失調症患者に共通する遺伝子多型が見出されている。さらに、ヒト死後脳の線条体と前頭前野領域において D2 受容体のイントロン 6 における一塩基多型が報告されている。しかし、 D2 受容体のどのシグナル伝達系の異常が統合失調症等の精神疾患を引き起こすのか未だ明らかにされていない。当研究室では、 D2S 受容体が細胞膜表面にのみ局在するのに対し、 D2L 受容体は細胞膜表面に加えて、ゴルジ体を含めた細胞内小器官にも存在することを明らかとした。さらに、 D2L 受容体細胞内第 3 ループの 29 アミノ酸残基に特異的に結合するタンパク質であり、細胞内小器官に局在する脂肪酸結合タンパク質3 が D2L 受容体の機能を制御することを明らかにした。予備実験では、D2L 受容体発現細胞は D2S 受容体発現細胞よりも神経細胞の突起伸展が促進されること見出している。また、D2 受容体作用薬での Gi からチロシンキナーゼ系を介する ERK の活性化において、D2S 受容体発現細胞は ERK 活性が一過性に上昇したが、D2L 受容体発現細胞は持続的な活性化が見られた。これらの結果は、D2L 受容体にはこれまでの報告とは異なる細胞内小器官における新しいシグナル伝達機構が存在し、神経細胞の樹状突起突起伸長を制御することを示している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

D2 受容体作動薬 quinpirole 及びドパミン刺激による細胞内における局在特異的なカルシウム動体を検討するため、小器官特異的カルシウム指示蛍光タンパク質発現ベクターを用いた。 D2L 受容体及び D2S 受容体安定発現 Neuro2A 細胞株に Lipofectamin を用いてこれらのベクターをトランスフェクションし、カルシウムイメージングを行った。D2L 受容体安定発現 Neuro2A 細胞におけるquinpirole刺激による核内カルシウム濃度を測定したところ、細胞核内でのカルシウム濃度の上昇が観察された。

Strategy for Future Research Activity

本研究の目的を達成するため、以下の 2 点に関して検討する。1)D2L 受容体安定発現細胞における細胞内小器官の Gi タンパク質活性化マシナリーの同定 2)マウス中脳切片培養細胞と in vivo マウス黒質緻密部における D2L 受容体過剰発現による BDNF 遺伝子発現とドパミン神経細胞の樹状突起・スパインの定量的解析ドパミン D2 受容体の新しい細胞内シグナルを見出すことは、統合失調症をはじめとした精神疾患の原因解明と新たな治療薬の開発に貢献できることが期待できる。一方、これまでの研究においてドパミン D2 作動薬は線条体のドパミン D2 受容体を刺激し、錐体外路障害を軽減する作用に加えて、黒質のドパミン D2 自己受容体の刺激が黒質ドパミン神経細胞死を抑制することから、ドパミン D2 自己受容体を介したパーキンソン病等のドパミン神経変性疾患の根本治療の可能性が注目を集めている。しかしながら、ドパミン D2 作動薬によるドパミン神経保護作用メカニズムは未だ解明されておらず、その細胞内標的因子も明らかとされていない。黒質ドパミン神経細胞の突起伸長を促進するD2L 受容体が、ドパミン神経系が関与する精神疾患、神経変性疾患の新たなターゲットとなるものと期待される。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

1)D2L 受容体安定発現細胞における細胞内小器官の Gi タンパク質活性化マシナリーの同定ショ糖密度勾配法を用いて細胞内小器官 D2L 受容体活性化機構に関与するタンパク質を同定する。細胞質可溶性蛋白質、細胞膜、脂質ラフト、シナプス小胞、ミトコンドリアや小胞体、ゴルジ体等の細胞内小器官をフラクション分画後に Giタンパク質の発現をWestern blot 法を用いて検討する。同じ分画を用いて、ERK の活性化に必要とされているチロシンキナーゼ受容体と可溶性チロシンキナーゼの発現も併せて検討する。D2S 受容体安定発現細胞と比較検討することによって D2L 受容体特異的活性化機構が明らかとなる。2)マウス中脳切片培養細胞における D2 受容体作動薬刺激によるカルシウム依存性 BDNF 遺伝子発現の定量的解析生後 1 日齢の C57BL 系マウス新生仔より脳を摘出し、マウス中脳切片培養細胞を培養する。14 日間培養した後 quinpirole で刺激し、 BDNF mRNA の発現上昇をiQ SYBR Green Supermixリアルタイム PCR systemを用いて検討する。さらに、Western blot 解析によりタンパク質発現上昇を検討する。また、D2LR-YFP, D2SR-YFP をアデノ随伴ウイルスベクターを用いて培養切片に発現させ、quinpirole 及びドパミン刺激による BDNF の発現に対する影響を評価する。 D2 受容体阻害薬である haloperidol や sulpilide 処置で BDNF の発現が阻害されるか検討する。

  • Research Products

    (15 results)

All 2012 2011

All Journal Article (13 results) (of which Peer Reviewed: 12 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] Novel dopamine D2 receptor signaling through proteins interacting with the third cytoplasmic loop.2012

    • Author(s)
      Fukunaga K, Shioda N.
    • Journal Title

      Mol Neurobiol.

      Volume: 45 Pages: 144-152.

    • DOI

      10.1007/s12035-011-8227-8.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Aberrant hippocampal spine morphology and impaired memory formation in neuronal platelet-derived growth factor beta-receptor lacking mice.2012

    • Author(s)
      Shioda N, Moriguchi S, Oya T, Ishii Y, Shen J, Matsushima T, Nishijo H, Sasahara M, Fukunaga K
    • Journal Title

      Hippocampus

      Volume: in press Pages: in press

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The T-type voltage-gated calcium channel as a molecular target of the novel cognitive enhancer ST101: enhancement of long-term potentiation and CaMKII autophosphorylation in rat cortical slices.2012

    • Author(s)
      Moriguchi S, Shioda N, Yamamoto Y, Tagashira H, Fukunaga K
    • Journal Title

      J Neurochem.

      Volume: 121 Pages: 44-53

    • DOI

      doi: 10.1002/hipo.20973

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CaMKIIδB Mediates Aberrant NCX1 Expression and the Imbalance of NCX1/SERCA in Transverse Aortic Constriction-Induced Failing Heart.2011

    • Author(s)
      Lu YM, Huang J, Shioda N, Fukunaga K, Shirasaki Y, Li XM, Han F
    • Journal Title

      PLoS One.

      Volume: 6 Pages: e24724

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Distinct cardioprotective effects of 17β-estradiol and dehydroepiandrosterone on pressure overload-induced hypertrophy in ovariectomized female rats.2011

    • Author(s)
      Tagashira H, Bhuiyan S, Shioda N, Fukunaga K
    • Journal Title

      Menopause.

      Volume: 18 Pages: 1317-1326

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Aberrant calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) activity is associated with abnormal dendritic spine morphology in the ATRX mutant mouse brain.2011

    • Author(s)
      Shioda N, Beppu H, Fukuda T, Li E, Kitajima I, Fukunaga K
    • Journal Title

      J. Neurosci.

      Volume: 31 Pages: 346-358

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ca(2+)/calmodulin-dependent protein kinase II and protein kinase C activities mediate extracellular glucose-regulated hippocampal synaptic efficacy.2011

    • Author(s)
      Moriguchi S, Oomura Y, Shioda N, Han F, Hori N, Aou S, Fukunaga K
    • Journal Title

      Mol. Cell Neurosci.

      Volume: 46 Pages: 101-107

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reduced expression of the ATRX gene, a chromatin-remodeling factor, causes hippocampal dysfunction in mice.2011

    • Author(s)
      Nogami T, Beppu H, Tokoro T, Moriguchi S, Shioda N, Fukunaga K, Ohtsuka T, Ishii Y, Sasahara M, Shimada Y, Nishijo H, Li E, Kitajima I
    • Journal Title

      Hippocampus

      Volume: 21 Pages: 678-687

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Abnormal dendritic spine morphology and its signal transduction mechanisms in mental retardation.2011

    • Author(s)
      Shioda N and Fukunaga K
    • Journal Title

      Seikagaku

      Volume: 83 Pages: 1113-1117

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dopamine D2 receptor as a novel target molecule for heart-type fatty acid binding protein.2011

    • Author(s)
      Shioda N, Yamamoto Y, Owada Y, Fukunaga K
    • Journal Title

      Nihon Shinkei Seishin Yakurigaku Zasshi.

      Volume: 31 Pages: 125-130

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Neurochemical mechanisms of a novel Alzheimer's disease therapeutics on improvement of cognition and depressive behavior.2011

    • Author(s)
      Shioda N, Yamamoto Y, Han F, Moriguchi S, Fukunaga K
    • Journal Title

      Yakugaku Zasshi.

      Volume: 131 Pages: 505-511

  • [Journal Article] Regulation of dopaminergic neuronal activity by heart-type fatty acid binding protein in the brain.2011

    • Author(s)
      Yamamoto Y, Shioda N, Owada Y, Fukunaga K
    • Journal Title

      Yakugaku Zasshi.

      Volume: 131 Pages: 497-501

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Functional roles of constitutively active calcineurin in delayed neuronal death after brain ischemia.2011

    • Author(s)
      Shioda N and Fukunaga K
    • Journal Title

      Yakugaku Zasshi.

      Volume: 131 Pages: 13-20

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 新規シグマ1受容体によるミトコンドリア機能調節と神経細胞死2012

    • Author(s)
      塩田 倫史、石川 潔、福永 浩司
    • Organizer
      第85回 日本薬理学会年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      Mar. 14-16, 2012
  • [Presentation] Identification and characterization of a novel sigma-1 receptor splicing variant in mouse brain2011

    • Author(s)
      N. Shioda, K. Ishikawa, K. Fukunaga
    • Organizer
      Neuroscience 2011
    • Place of Presentation
      Washington, DC, USA
    • Year and Date
      Nov. 12-16, 2011

URL: 

Published: 2013-07-10  

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