シナプス可塑的変化におけるタンパク質供給機構の解明

• Project/Area Number: 18K06498
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: Kobe Pharmaceutical University (2020); Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences (2018-2019)
• Principal Investigator: 中山 啓 神戸薬科大学, 薬学部, 助教 (40553590)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 局所翻訳 / 細胞内小器官 / 微小管 / シナプス可塑性 / 可塑的変化

Outline of Annual Research Achievements

局所翻訳は、神経細胞に特徴的な翻訳制御機構であり、長期記憶の成立に必要な新規タンパク質合成において、重要な役割を担う。しかしながら、記憶形成の細胞基盤であるシナプスの可塑的変化において、新たに合成されたタンパク質が、刺激を受けたシナプス後部へと効率的に供給される機構については十分に理解されていない。本研究では、シナプス後部へ効率的に局所翻訳産物を供給するため、細胞内小器官が再編成されるのではないかと考えた。また、この細胞内小器官の再編成に微小管動態の制御が関与するのではないかと仮説を立てた。
昨年度までに、分泌経路に関与する細胞内小器官である小胞体-ゴルジ体中間区画や小胞体を可視化し、単一シナプスを刺激すると、これらの細胞内小器官が刺激を受けたシナプス後部近傍へと局在化するという観察結果を得た。これらの細胞内小器官の局在は、微小管によって制御される。そこで、本年度は、微小菅の動態が、シナプスの可塑的変化に関与するか調べた。まず、神経細胞をmCherryによって可視化し、シナプス後部を観察した。その結果、微小管の重合阻害剤Nocodazole処理を行なった神経細胞では、シナプス後部の拡張が誘導されることを見出した。一方、単一シナプス刺激によるシナプス後部の拡張は、微小管の脱重合阻害剤Taxolの処理によって抑制されることを見出した。これらの結果から、微小管動態の変化が、シナプスの可塑的変化に関与することが示唆された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

微小管動態が、シナプスの可塑的変化に関与するという新たな知見を得ることができた。微小管動態と細胞内小器官の再編成の関連については今後の課題として残されている。なお、期間中に異動したため、計画の遂行に遅れが生じた。

Strategy for Future Research Activity

脳梗塞の回復期において、傷害された部位の機能を補完するよう神経ネットワークが再編成される。このネットワークの再編成においては、シナプスの可塑的変化が重要であると考えられるため、これまでに得られた研究結果を脳梗塞からの回復促進へつなげることが可能ではないかと考え、神戸薬科大学へ異動し、研究を進める。

Research Products

• [Journal Article] Seasonal changes in NRF2 antioxidant pathway regulates winter depression-like behavior (2020)
  • Author(s): Nakayama T, Okimura K, Shen J, Guh Y-J, Tamai K, Shimada A, Minou S, Okushi Y, Shimmura T, Furukawa Y, Kadofusa N, Sato A, Nishimura T, Tanaka M, Nakayama K, Shiina N, Yamamoto N, Loudon A.S, Nishiwaki-Ohkawa T, Shinomiya A, Nabeshima T, Nakane Y, and Yoshimura T
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Volume: - Pages: 1-10
  • DOI: 10.1073/pnas.2000278117
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] C-C Chemokine Receptor 5 (CCR5) Expression in the Infarct Brain of the Photothrombosis Mouse Model (2020)
  • Author(s): Hasegawa Hiroshi、Kondo Mari、Hohjoh Hirofumi、Nakayama Kei、Segi-Nishida Eri
  • Journal Title: BPB Reports Volume: 3 Issue: 6 Pages: 208-215
  • DOI: 10.1248/bpbreports.3.6_208
  • NAID: 130007958014
  • ISSN: 2434-432X
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 光血栓性脳梗塞モデルにおけるC-Cケモカイン受容体5(CCR5)の発現誘導 (2021)
  • Author(s): 長谷川 潤、北條 寛典、近藤 真理、中山 啓、中川 公恵、瀬木-西田 恵里
  • Organizer: 日本薬学会
• [Presentation] RNA granule protein RNG105 (caprin1) regulates dendritic mRNA localization and contributes to synaptic potentiation (2019)
  • Author(s): Ohashi R, Nakayama K, Takao K, Shiina N
  • Organizer: 日本分子生物学会年会
• [Presentation] RNG105, an RNA granule-associated RNA-binding protein, regulates the structural plasticity of spine and is required for memory formation (2018)
  • Author(s): 中山啓、阿部学、山崎真弥、藤川顕寛、野田昌晴、二木啓、御子柴克彦、崎村建司、椎名伸之
  • Organizer: 第41回 日本神経科学大会
• [Presentation] RNG105/caprin1, an RNA granule protein, regulates structural spine plasticity and is required for long-term memory formation (2018)
  • Author(s): Kei Nakayama, Manabu Abe, Maya Yamazaki, Akihiro Fujikawa, Masaharu Noda, Akira Futatsugi, Katsuhiko Mikoshiba, Kenji Sakimura, Nobuyuki Shiina
  • Organizer: The 48th Society for Neuroscience Annual Meeting
  • Int'l Joint Research