2022 Fiscal Year Annual Research Report

シナプス前性の生物学的液相分離とシナプス機能の因果関係の解明

Research Project

Project/Area Number	21H02584
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Doshisha University
Principal Investigator	三木崇史同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (10598577)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords	シナプス / シナプス小胞 / 神経伝達
Outline of Annual Research Achievements	シナプスは脳機能の基盤となる素子で、シナプスの機能変化は脳の柔軟性を作り出している。シナプス機能に関わる分子群の研究は進んだが、未だに分子－機能間にはギャップがある。近年、生体分子が生物学的液－液相分離することが明らかにされてきた。そこで、シナプス伝達に関わる分子の液相分離状態を観察し解析することで、分子－機能間ギャップを埋めることを研究目的とした。本年度は、昨年度確立したシナプス小胞の単粒子解析とシナプス機能の定量的解析を用い、シナプス小胞の動きとシナプス機能の因果関係に踏み込む研究を行った。昨年度の研究から、アクチン重合を阻害すると持続的な神経伝達が阻害され、かつ2状態あるシナプス小胞の拡散（遅い拡散、速い拡散）が速い拡散の1状態にシフトすることが分かっていた。そこで、本年度はシナプス小胞の拡散を同様に変化させる方法を探索した。近年Parkら（Nat Commun 2023）によって報告されたシナプス前部に存在するシナプス小胞の液相分離を薬理学的に消失させる手法を用いたところ、シナプス小胞の拡散の状態がアクチン重合を阻害した時と同様に１状態にシフトすることを見出した。さらに、電気生理学的解析から持続的な神経伝達が阻害されることを明らかにした。以上の結果から、微小領域に限局したシナプス小胞の動き（遅い拡散）と、持続的なシナプス伝達に因果関係があることを示した。また、エキソサイトーシスに関わる内在性のタンパク質を1分子レベルで蛍光ラベルする手法を確立した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究課題の一つであるシナプス小胞の液相分離に関する研究を達成することができたため。またシナプス小胞動態に関わる著書を刊行することができたため（Miki et al., 2022）。さらに、次のターゲットであるエキソサイトーシス関連分子の１分子レベルでのライブイメージング法を確立することができたため。
Strategy for Future Research Activity	これまでのシナプス小胞に関する研究結果を研究論文としてまとめる。また本年度確立した内在性タンパク質の1分子蛍光イメージング法を用いてエキソサイトーシス関連分子と液相分離、シナプス機能との関連についても研究を進める。