シナプス病態に関わるPACAPによるスパイン動態制御機構の解析

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25460100
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 早田 敦子 大阪大学, 連合小児発達学研究科, 助教 (70390812)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: シナプス病態 / PACAP / セロトニン受容体 / 精神疾患 / 細胞内移行 / 神経細胞 / スパイン

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、シナプス病態を反映するPACAP欠損マウスやイメージングシステムを用いてスパインの動態や機能制御する機構に着目し、スパイン上でのPACAPシグナルやセロトニン (5-HT) 受容体との相互作用の役割を解析し、精神疾患発症・病態の分子基盤の理解や新規創薬ターゲットとしての有用性を探ることを目的とする。26年度は、研究実施計画に基づき主に以下の成果を得た。
A)PACAPシグナルによる各GPCRの細胞内移行の解析
これまでにPACAPにより5-HT2A受容体 (5-HT2AR)が細胞内移行を示すことを明らかにしている。統合失調症などの精神疾患と関連し、5-HT2ARと結合するグルタミン酸2受容体 (mGluR2) やドパミン2受容体 (D2R) においても、PACAPにより直接的な細胞内移行が引き起こされるかをHEK293T細胞を用いて検討した。その結果、mGluR2やD2Rは、PACAPにより直接的な動態制御を受けず、本作用は、5-HT2AR選択的であることが明らかになった。しかし、初代皮質神経培養細胞を用いた検討より、内在的なmGluR2は神経細胞膜上の発現量が減少する傾向が認めれらた。このことは、mGluR2はPACAPから直接的な影響は受けないものの、5-HT2ARと結合することにより細胞内移行し、5-HT2Aと共にPACAPにより機能制御を受ける可能性を示すものである。
B)PACAPシグナルによるスパイン形成および成熟への関与
これまでにPACAPにより成熟スパイン数が増加することを見出している。今回、PACAPによりスパインが新たに形成・成熟することを明らかにした。また、このスパイン形成には、miR-132が関与し、このmiR132をトラップする配列を付加した遺伝子を導入した場合、スパイン数が増加しないことを見出した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

PACAPシグナルによるGPCRの細胞膜上からの細胞内移行について、5-HT受容体だけでなく、精神疾患に関わるD2RやｍGluR2の関わりについても解析することが出来た。また、より生体内に近い初代培養神経細胞を用いた検討ができるようになったため、おおむね順調に進展していると考えられる。
さらに、スパインに関しては解析ソフトを購入し、スパインに特化した解析用マクロを作成したことにより、スパインの数だけでなく長さや体積までを解析することが出来るようになった。これにより、PACAPによるスパインの成熟への影響をこれまで以上に詳細に検討することが可能になった。
PACAPシグナル経路の解析が進んだことにより、miR-132発現遺伝子やmiR-132を結合する配列を付加した遺伝子のウイルスを作成し、その影響を観察するなど進展が見られる。

Strategy for Future Research Activity

A)PACAPシグナルによる各GPCRの細胞内移行の解析
カルシウム指示薬などを用いて、PACAPによる5-HT2ARの機能評価をおこなう。さらには樹状突起スパインなどの局所においても5-HT2ARの動態の解析やシグナルのイメージングをおこなう。また、5-HT2ARだけでなく、精神疾患との関連が深いD2RやmGluR2においても、初代培養神経細胞上での動態を観察する。
B)PACAPシグナルによるスパイン形成および成熟への関与
PACAP遺伝子欠損マウスの海馬において、miR132の発現をin situ hybridazationを用いて解析を行う。また、miR132をマウス脳へ導入した際の行動解析や、スパイン形態変化の解析を行うことで、PACAP遺伝子欠損マウスの精神行動異常の原因のメカニズム解明に迫る。

Research Products

• [Journal Article] PACAP Enhances Axon Outgrowth in Cultured Hippocampal Neurons to a Comparable Extent as BDNF. (2015)
  • Author(s): Ogata K, Shintani N, Hayata-Takano A, Kamo T, Higashi S, Seiriki K, Momosaki H, Vaudry D, Vaudry H, Galas L, Kasai A, Nagayasu K, Nakazawa T, Hashimoto R, Ago Y, Matsuda T, Baba A, Hashimoto H.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 10(3) Pages: e0120526
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0120526.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Simultaneous neuron- and astrocyte-specific fluorescent marking. (2015)
  • Author(s): Schulze W, Hayata-Takano A, Kamo T, Nakazawa T, Nagayasu K, Kasai A, Seiriki K, Shintani N, Ago Y, Farfan C, Hashimoto R, Baba A, Hashimoto H.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 459(1) Pages: 81-86
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.02.073.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] CRTH2, a prostaglandin D2 receptor, mediates depression-related behavior in mice. (2015)
  • Author(s): Onaka Y, Shintani N, Nakazawa T, Haba R, Ago Y, Wang H, Kanoh T, Hayata-Takano A, Hirai H, Nagata KY, Nakamura M, Hashimoto R, Matsuda T, Waschek JA, Kasai A, Nagayasu K, Baba A, Hashimoto H.
  • Journal Title: Behav Brain Res. Volume: 284 Pages: 131-137
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2015.02.013.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of the role of bone morphogenetic protein (BMP) and transforming growth factor-β (TGF-β) signaling in the trajectory of serotonergic differentiation in a rapid assay in mouse embryonic stem cells in vitro. (2015)
  • Author(s): Yamasaki A, Kasai A, Toi A, Kurita M, Kimoto S, Hayata-Takano A, Nakazawa T, Nagayasu K, Shintani N, Hashimoto R, Ito A, Meltzer HY, Ago Y, Waschek JA, Onaka Y, Matsuda T, Baba A, Hashimoto H.
  • Journal Title: J Neurochem. Volume: 132(4) Pages: 418-428
  • DOI: 10.1111/jnc.12999.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Chronic treatment with valproic acid or sodium butyrate attenuates novel object recognition deficits and hippocampal dendritic spine loss in a mouse model of autism. (2014)
  • Author(s): Takuma K, Hara Y, Kataoka S, Kawanai T, Maeda Y, Watanabe R, Takano E, Hayata-Takano A, Hashimoto H, Ago Y, Matsuda T.
  • Journal Title: Pharmacol Biochem Behav. Volume: 126 Pages: 43-49
  • DOI: 10.1016/j.pbb.2014.08.013.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 慢性的な社会的敗北ストレスによる内側前頭前皮質におけるPACAP発現低下とエピジェネティクス関連因子の発現変化 (2015)
  • Author(s): 川瀬啓生、笠井淳司、小川純明、狭間啓佑、早田敦子、新谷紀人、馬場明道、橋本均
  • Organizer: 日本薬学会 第135年会
  • Place of Presentation: 神戸学院大学（神戸）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-28
• [Presentation] 神経ペプチドPACAPによる精神機能調節：創薬への展望 (2014)
  • Author(s): 橋本均、新谷紀人、早田敦子、笠井淳司、永安一樹、中澤敬信
  • Organizer: 第36回日本生物学的精神医学会 第57回日本神経化学会大会 合同年会
  • Place of Presentation: 奈良県文化会館（奈良）
  • Year and Date: 2014-09-29 – 2014-10-01
• [Presentation] A crosstalk between PACAP and serotonin 2A signaling (2014)
  • Author(s): Moriguchi K, Hayata A, Michizoe H, Encho N, Shintani N, Baba A, Hashimoto H
  • Organizer: 20th International Symposium on Regulatory Peptides (REGPEG2014)
  • Place of Presentation: 京都ガーデンパレス（京都）
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] コルチコステロン誘発性うつ病モデルを用いたプロスタノイド受容体DP2を介する情動制御機構の解析 (2014)
  • Author(s): 尾中勇祐、新谷紀人、木野村元彦、平井博之、長田欽也、中村正孝、早田敦子、笠井淳司、永安一樹、中澤敬信、馬場明道、橋本均
  • Organizer: 生体機能と創薬シンポジウム2014
  • Place of Presentation: 近畿大学薬学部 東大阪キャンパス（大阪）
  • Year and Date: 2014-08-28 – 2014-08-29
• [Presentation] 脳内miRNA発現の高感度検出に向けたin situ hybridization法の最適化：炎症により発現変化する脳内miRNAの同定 (2014)
  • Author(s): 柿原素楽, 笠井淳司, 岡田遼, 狭間啓佑, 中澤敬信, 永安一樹, 早田敦子, 新谷紀人, 橋本均
  • Organizer: 生体機能と創薬シンポジウム2014
  • Place of Presentation: 近畿大学薬学部 東大阪キャンパス（大阪）
  • Year and Date: 2014-08-28 – 2014-08-29
• [Presentation] PACAP-PAC1 signaling pathway regulates internalization of serotonin 2A receptor in a PKC and b-arrestin2 dependent manner (2014)
  • Author(s): Hayata A, Moriguchi K, Encho N, Shintani N, Baba A, Hashimoto H
  • Organizer: 29th CINP World Congress of Neuropsychopharmacology
  • Place of Presentation: Vancouver, Canada
  • Year and Date: 2014-06-22 – 2014-06-26