| Project/Area Number |
23K19411
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0704:Neuroscience, brain sciences, and related fields
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| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
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Principal Investigator |
江口 工学 沖縄科学技術大学院大学, 神経活動リズムと運動遂行ユニット, グループリーダー (80470300)
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| Project Period (FY) |
2023-08-31 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | PIP2 / IP3 / 代謝型グルタミン酸受容体 / シナプス伝達 / シミュレーション / 樹状突起スパイン / プルキンエ細胞 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、小脳プルキンエ細胞樹状突起スパインにおけるPIP2やIP3、カルシウムイオンの動態を、計算モデルとシミュレーションを用いて解明する。これまでの研究ではスパイン膜上のPIP2や代謝型グルタミン酸受容体（mGluR1）がどう分布しているのかが未知だったため、均一分布を仮定してモデルが作られていた。しかし、近年PIP2やmGluR1がスパイン膜上にクラスター状に分布することが明らかとなった。そこで、この知見を基に計算モデル化およびシミュレーションを行い、スパイン内でのIP3産生過程を可視化する。この研究によってPIP2やmGluR1の役割を解明し、シナプス伝達分子機構の理解を進める。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はシナプス伝達における後シナプス細胞膜内PI(4,5)P2の役割を調べるため、小脳プルキンエ細胞樹状突起スパインのPI(4,5)P2、IP3、およびカルシウムイオンの動態を、PI(4,5)P2や神経伝達物質受容体の分布様式を基に、計算モデルおよびシミュレーションを用いて解明することを目的とする。本年度は、シミュレーションに必要なPI(4,5)P2分子および代謝型グルタミン酸受容体mGluR1αの分布様式のデータを取得するため、研究代表者が先行研究において取得したマウス急性小脳スライスの凍結割断レプリカ標識標本の電子顕微鏡画像（Eguchi et al., 2023）からPI(4,5)P2またはmGluR1α標識金粒子の分布様式（クラスター密度、クラスター内粒子間距離、クラスター間距離など）の再解析を行い、そのデータから神経細胞膜内PI(4,5)P2/mGluR1a分布様式パラメータを推測した。また、他研究グループの先行研究（Hernjak et al., 2005; Brown et al., 2008; Friedhoff et al., 2021）を参考に数理モデルの構築を行い、モンテカルロシミュレーションに進む準備を整えた。
今後は解析したPI(4,5)P2分子の分布様式および構築した数理モデルをシミュレーションツールに組み込むことで、モンテカルロシミュレーションによるIP3/Ca動態の解析を行い、その研究成果を今年度中に論文として発表する予定である。
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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
申請書に記載した研究計画の中心であるレプリカ標識データの再解析による神経細胞膜内PI(4,5)P2分布様式の取得、およびIP3生成数理モデルの構築は順調に進捗しており、おおむね計画通りである。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、これまでに解析したレプリカ標識のデータおよび構築した数理モデルを確率論的シミュレーションツールに組み込み、モンテカルロシミュレーションによるIP3動態の解析を行う予定である。申請書にて使用予定であったシミュレーションツール（MCell/CellBlender）では計算時間やリソースが膨大となり、本研究で用いるのはあまり現実的でないことが判明したため、所属研究機関の他研究ユニットで開発された別ツール（STEPS）の導入を進めている。研究成果は今年度中に論文にまとめ公表する予定である。
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