Functional involvement of P/Q-type calcium channel in synapse elimination in adult brains

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H02589
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 渡辺 雅彦 北海道大学, 医学研究院, 教授 (70210945)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮崎 太輔 北海道大学, 保健科学研究院, 准教授 (90374230)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 小脳 / プルキンエ細胞 / カルシウムチャネル / シナプス刈り込み / 細胞死

Outline of Annual Research Achievements

令和3年度の研究活動において、新潟大学脳研究所の崎村建司名誉教授らが開発したP/Q型VDCC のチャネル本体をコードするCav2.1遺伝子のfloxマウスと、プロゲステロン誘導剤（RU-486）依存的に活性化するCreリコンビナーゼをプルキンエ細胞選択的に発現するGluD2-CrePRマウスを入手し、成体期におけるプロゲステロン誘導剤投与によりてCav2.1遺伝子をプルキンエ細胞のみに選択的に欠損させるモデルマウスが完成したことを確認した。
令和4年の研究活動では、このモデルを用いて、成体期遺伝子欠損に伴う小脳の組織学的変化を光学顕微鏡と電子顕微鏡を用いて解析した。その結果、薬剤投与後1週目よりCav2.1タンパク質の発現量が、前葉・後葉を問わず小脳全体で減少していた。プルキンエ細胞の細胞死は前葉では投与後3週目より、後葉では5週目より発生していた。また、投与後3週目より分子そうの厚さが減少し、5週目より近位樹状突起における異所性スパインの増加が認められた。これら細胞死や異所性スパインの増加は電子顕微鏡でも確認された。以上の表現型は、受精卵の段階から遺伝子を欠損する完全欠失型ノックアウトマウスの表現型とも一致しており、Cav2.1は成体期においても、細胞死を抑止し近位樹状突起におけるスパイン形成を抑制する機能、すなわち近位樹状突起におけるシナプス刈り込みの促進する機能、を果たしていることが明らかとなった。今後は、これらの研究成果を基盤として、当初の研究計画に従って、平行線維支配テリトリーと登上線維支配テリトリーの分離に関する解析（渡辺、宮崎）に取り組む。

Current Status of Research Progress

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

Reason

薬剤誘導型のP/Q型カルシウムチャネルの遺伝子欠損モデルを用いて、成体期における機能的役割を把握することができたため。

Strategy for Future Research Activity

今後（令和5年～6年度）は、平行線維支配テリトリーと登上線維支配テリトリーの分離に関する解析（渡辺、宮崎）という課題テーマに取り組む。
具体的には、成体期欠損群とコントロール群の脳幹下オリーブ核に順行性神経トレーサーを注入して登上線維を蛍光標識し、登上線維が支配するプルキンエ細胞樹状突起（カルビンジンで蛍光標識）上のテリトリーを可視化する。一方、電子顕微鏡観察により平行線維シナプスを同定し、平行線維の支配テリトリーが遠位樹状突起に限局化しているか、近位部まで拡大しているかを同定する。これにより、遠近方向に分離した登上線維と平行線維の支配テリトリーが、成体期のP/Q型VDCC欠損により重複（不分離）する方向に変化するのかどうかを判定する。