CAPSタンパク質による有芯小胞膜輸送経路の制御機構の研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26290026
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 古市 貞一 東京理科大学, 理工学部, 教授 (50219094)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 有芯小胞 / CAPSタンパク質 / BDNF / コルチコステロン / 発達障害

Outline of Annual Research Achievements

自閉症患者におけるCAPS2発現の解析から見つかった本来稀な選択的スプライシング亜型であるエクソン3欠失型（deletion of exon3, 以下dex3と称す）を発現する遺伝子改変マウスCAPS2-dex3を用いて、小脳の発達と機能への影響について解析した。Dex3は小脳顆粒細胞の軸索（平行線維と上行線維）には局在せず、BDNFやNT-3の軸索局所における輸送と分泌が低下した。また、小脳顆粒細胞の生後増殖と細胞移動の遅滞、虫部の低形成、平行線維―プルキンエ細胞間シナプスのアクティブゾーンから約300 nm以上離れた位置のシナプス小胞の増加とpaired-pulse facilitationの減少などが示された。これらの結果から、dex3を異常に発現すると小脳の発達とシナプス機能に障害を生じることが明らかになった。自閉症患者で多く報告される小脳の異常との関連性について今後の解析が待たれる。また、CAPS2 KOマウスにおいて、副腎皮質由来のステロイドホルモン・コルチコステロン（CORT）の慢性投与によって誘導される血清中のCORT、インスリンおよびレプチンの濃度の上昇が起きないことを示した。一方、CORT誘導の不安やうつ様症状を正常とほぼ同じく呈した。これらの結果から、慢性マイルドストレスによって誘導される内分泌応答にCAPS2が関与している可能性が示唆された。さらに、有芯小胞による分泌の可視化と動態について解析を行った。BDNFについては、海馬培養ニューロンの軸索と樹状突起、シナプスとシナプス外部における局所的な分泌にCAPS2が関与すること示唆する実験データを得た。オキシトシンとバソプレシンについては開発中である。クロモグラニンAについては、pH感受性の橙色蛍光タンパク質mOrange-2を融合して神経細胞へ導入し、脱分極刺激依存的な分泌動態の可視化が可能になった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

CAPS2とCAPS2-dex3の分泌制御機能、脳神経発達における役割、行動における重要性などが明らかにし、目的からさらに発展させた成果も得られて達成度は高い。オキシトシンとバソプレシンはいずれも9アミノ酸の短鎖ペプチドで内部にS-S結合をもつことや、これらのペプチドホルモンは前駆体からプロセシングを受けて分泌されることなどから、プレプロホルモンを構成するニューロフィジンを利用した分泌蛍光プローブをデザインすることも検討する。クロモグラニンの分泌は可視化できるようになったが、動態の解析までにはより詳細な解析には遺伝子導入効率や蛍光強度およびシグナルとノイズ比の改良などが必要である。カテコールアミンのアンペロメトリー解析は、予算上解析装置の導入が困難なために、蛍光偽神経伝達物質FFN511の蛍光イメージング解析で代用することにする。

Strategy for Future Research Activity

CAPSの有芯小胞分泌に関連する構造・機能・発現を詳細に解析すると共に、動物モデルを用いた機能解析、シナプス生理や行動表現型などの解析を行い、有芯小胞膜輸送経路の生物学的な意義の探求を行う。昨年度の研究成果をさらに発展させ、また上記に示したような変更を行い、特に下記の項目について解析を実施する。
CAPSタンパク質の構造・機能相関の解析
CAPS2 KOとdex3マウスにおける有芯小胞分泌と表現型の解析
CAPS1条件的遺伝子改変マウスのシナプス生理と有芯小胞分泌の解析

Research Products

• [Journal Article] Lack of stress responses to long-term effects of corticosterone in Caps2 knockout mice. (2015)
  • Author(s): Mishima Y, Shinoda Y, Sadakata T, Kojima M, Wakana S, Furuichi T.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Pages: 8932
  • DOI: 10.1038/srep08932
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Axonal localization of Ca2+-dependent activator protein for secretion 2 is critical for subcellular locality of brain-derived neurotrophic factor and neurotrophin-3 release affecting proper development of postnatal mouse cerebellum (2014)
  • Author(s): Sadakata, T., Kakegawa, W., Shinoda, Y., Hosono, M., Katoh-Semba, R., Sekine, Y., Sato, Y., Saruta, C., Ishizaki, Y., Yuzaki, M., Kojima, M., and Furuichi, T.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 9 Pages: e99524
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0099524
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Age-dependent redistribution and hypersialylation of the central myelin paranodal loop membrane protein Opalin in the mouse brain (2014)
  • Author(s): 2.Sato, Y., Yoshikawa, F., Sadakata, T., Shinoda, Y., Koebis, M., and Furuichi, T.
  • Journal Title: Neurosci. Lett. Volume: 581 Pages: 14-19
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2014.08.017
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Broad integration of expression maps and co-expression networks compassing novel gene functions in the brain (2014)
  • Author(s): 1.Okamura-Oho, Y., Shimokawa, K., Nishimura, M., Takemoto, S., Sato, A., Furuichi, T., and Yokota, H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Pages: 6969
  • DOI: 10.1038/srep06969
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Phosphorylation of Drebrin by Cyclin-Dependent Kinase 5 and Its Role in Neuronal Migration (2014)
  • Author(s): 4.Tanabe, K., Yamazaki, H., Inaguma, Y., Asada, A., Kimura, T., Takahashi, J., Taoka, M., Ohshima T., Furuichi, T., Isobe, T., Nagata, K., Shirao, T., and Hisanaga, S.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 9 Pages: e92291
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0092291
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] マウス小脳をモデルとした生後期の脳発達と遺伝子発現 (2014)
  • Author(s): 古市貞一
  • Organizer: 第51回 群馬大学脳神経発達統御学セミナー、第9回 ASRLDユニット研究セミナー
  • Place of Presentation: 群馬大学医学部（群馬県前橋市）
  • Year and Date: 2014-12-05 – 2014-12-05
  • Invited
• [Presentation] Age-dependent redistribution and hypersialylation of the central myelin loop membrane protein Opalin in the mouse brain (2014)
  • Author(s): T. FURUICHI, Y. SATO, F. YOSHIKAWA, T. SADAKATA, Y. SHINODA, M. KOEBIS
  • Organizer: Neuroscience 2014, 44th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Walter E. Washington Convention Center (Washington D.C., U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] Tutorial contents on the INCF Japan Node platforms. Neuroscience 2014 (2014)
  • Author(s): Y. YAMAGUCHI, S. SATOH, T. IIJIMA, R. KANZAKI, T. FURUICHI, Y. SHINODA, S. KAKEI, S. MASAKI, H. WAGATSUMA, T. MIYAKAWA, K. TAKAO, H. IKENO, K. TANAKA, Y. OKAMURA-OHO, Y. OKUMURA, S. KAMAKURA, Y. ISONO, Y. MORII, S. SUENAGA, S. USUI.
  • Organizer: 44th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Walter E. Washington Convention Center (Washington D.C., U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] Brain-specific expression of lysosomal-associated membrane protein 5 (LAMP5) gene (2014)
  • Author(s): M. KOEBIS, Y. SAITO, Y. SHINODA, T. FURUICHI
  • Organizer: Neuroscience 2014, 44th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Walter E. Washington Convention Center (Washington D.C., U.S.A.)
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] BDNFの分泌と自閉症 (2014)
  • Author(s): 定方哲史、篠田陽、古市貞一
  • 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
  • Place of Presentation: 奈良文化会館（奈良県奈良市）
  • Year and Date: 2014-10-01 – 2014-10-01
• [Presentation] 自閉症スペクトラム障害関連の遺伝的な変異や多様性をもった動物モデル (2014)
  • Author(s): 古市貞一
  • 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
  • Place of Presentation: 奈良文化会館（奈良県奈良市）
  • Year and Date: 2014-09-30 – 2014-09-30
  • Invited
• [Presentation] 成体ニューロン新生におけるCAPS2の役割 (2014)
  • Author(s): 柳下香織、篠田陽、古市貞一
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-13
• [Presentation] 長期増強のシナプス特異性に寄与するプレシナプスタグの探求 (2014)
  • Author(s): 齊藤新平、篠田陽、定方哲史、西岡朋生、貝淵弘三、古市貞一
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-12
• [Presentation] シナプス小胞と有芯小胞における同時イメージング解析 (2014)
  • Author(s): 中島柚依、篠田陽、古市貞一
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-12
• [Presentation] 小脳におけるLAMP5の発現 (2014)
  • Author(s): 古戎道則、齊藤由弦、篠田陽、古市貞一
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-11
• [Remarks] 古市貞一 論文・著書・学会発表
  • URL: http://www.tus.ac.jp/fac_grad/p/achievement.php?64da
• [Remarks] Teiichi Furuichi, Tokyo University of Science
  • URL: http://www.lmn.bs.noda.tus.ac.jp/#!furuichi-info/c1hvv