2012 Fiscal Year Annual Research Report
脳シナプス形成機構解明からの精神疾患関連分子標的探索
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24249014
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
三品 昌美 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 教授 (80144351)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 神経科学 / 脳神経疾患 / 遺伝子 / シナプス / 学習 / 知的障害 / 自閉症 / 統合失調症 |
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| Research Abstract |
GluRδ2によるシナプス形成誘導の機構を明らかにする目的で、GluRδ2/Cbln1/β-Neurexinの三者複合体の量比を解析し、4量体GluRδ2の1分子に6量体Cbln1が2分子、単量体β-Neurexin が4分子の比率で結合していることを見いだした。したがって、GluRδ2 がCbln1を介して結合することによりシナプス前部に存在するNeurexinの4量体化を促し、シナプス形成を誘導することを明らかにした。Neurexinの4量体化によりC末端を介する蛋白質相互作用が引き起こされ、シナプス前部の神経伝達物質放出装置active zoneを構成する蛋白質群の組織化が進むことがシナプス形成の引き金になることが推察された。さらに、細胞膜透過性cross-linkerを適用することにより、シナプス形成誘導GluRδ2-β-Neurexin系およびIL1RAPL1- PTPδ系について、シナプス前部あるいはシナプス後部の細胞内分子をcross-linkerで固定、精製し、高速液体クロマトグラフィー/質量分析計で解析した。
知的障害と自閉症の原因分子として知られるIL1-receptor accessory protein-like 1 と相互作用する細胞内分子をaffinity chromatographyにより精製し、高速液体クロマトグラフィー/質量分析計で5種類の蛋白質を同定した。その内、2種類の蛋白質がIL1RAPL1のTIR domainに、3種類の蛋白質がC-terminal domainに結合することを明らかにした。また、IL1RAPL1と類似した構造を持つIL1受容体ファミリーの全てについてシナプス形成誘導能を検定し、IL-1 receptor accessory protein (IL-1RAcP)がシナプス前部のPTPδと相互作用し、シナプス間接着分子として働くことにより大脳皮質神経細胞の興奮性シナプス形成を制御していることを明らかにした。脳に発現するIL-1RAcPの二つのアイソフォームは共にシナプス前部形成誘導能を示したが、シナプス後部形成誘導能はIL-1RAcPbのみが有していた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高等動物の脳機能は多様な神経細胞が形成する膨大なネットワークに基づいている。遺伝情報と経験に基づく神経細胞の回路網形成の鍵となるシナプス形成の分子機構を解明することが、脳の発達と構築ならびに脳高次機能を理解し、その破綻から生じる脳神経疾患を克服するために必要不可欠である。
我々は、グルタミン酸受容体GluRδ2 がシナプス前部のβ-NeurexinとCbln1を介して結合することにより小脳皮質のシナプス形成を誘導することを解明した成果（Cell, 2010）を発展させ、シナプス形成を制御する三者複合体の量比を解析することによりGluRδ2 がNeurexinの４量体化を促し、シナプス形成を誘導することを明らかにした（J. Neurosci., 2012; Front. Neural Circuits, 2012）。
知的障害と自閉症の原因分子として知られるIL1RAPL1がシナプス前部の PTPδと相互作用することにより大脳皮質神経細胞のシナプス形成を制御することを明らかにした成果（J. Neurosci., 2011）を発展させ、その分子機構を明らかにするために、IL1RAPL1と相互作用する細胞内分子をaffinity chromatographyにより単離した。さらに、IL1RAPL1の欠損は神経ネットワーク形成の不全を引き起こし精神遅滞と自閉症の引き金となっているとの提唱を実証するために、純系C57BL/6遺伝子背景の下にIL1RAPL1欠損マウスを作成した。また、免疫・炎症反応に重要な役割を担っているIL-1受容体複合体を構成するIL-1 receptor accessory protein (IL-1RAcP)もシナプス前部のPTPδと相互作用することにより大脳皮質神経細胞の興奮性シナプス形成を制御していることを明らかにした（J. Neurosci., 2012）。
このように、脳神経細胞ネットワーク形成の鍵となるシナプス形成のメカニズム解明を大きく進展させることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
小脳シナプス形成を担うGluRδ2-Cbln1-Neurexin複合体がシナプス前部の発達を制御する機構を明らかにするために、シナプス形成誘導後に細胞膜透過性のcross-linkerを用いて単離・同定したNeurexin結合蛋白質の候補分子の機能を明らかにする。すなわち、これらのシナプス前部細胞内蛋白質をcDNAから細胞に発現させ、Neurexinとの結合活性を検定する。Neurexinとの結合活性を示した分子を培養小脳顆粒細胞でノックダウンし、GluRδ2からのシナプス形成誘導への影響を検定する。
知的障害と自閉症の原因分子IL1RAPL1が大脳皮質神経細胞のシナプス形成を制御する分子機構を明らかにするために、アフィニティクロマトグラフィにより単離したIL1RAPL1の細胞内ドメイン結合蛋白質の機能を明らかにする。すなわち、これらのシナプス後部細胞内蛋白質を培養大脳神経細胞でノックダウンし、IL1RAPL1によるスパイン形成誘導への影響を検定する。さらに、シナプス形成誘導後に細胞膜透過性のcross-linkerを用いて単離・同定したPTPδ結合蛋白質の候補分子の機能を明らかにする。すなわち、これらのシナプス前部細胞内蛋白質をcDNAから細胞に発現させ、PTPδとの結合活性を検定する。PTPδとの結合活性を示した分子を培養大脳神経細胞でノックダウンし、IL1RAPL1からのシナプス前部形成誘導への影響を検定する。
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