シナプス機能制御における少数分子の空間的コーディネートの意義の解明

• Project Area: Spying minority in biological phenomena -Toward bridging dynamics between individual and ensemble processes-
• Project/Area Number: 24115502
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 並木 繁行 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (90452193)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2013: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2012: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
• Keywords: シナプス / グルタミン酸イメージング / 超解像イメージング / グルタミン酸

Research Abstract

前年度までに最適化を完了したSTORM顕微鏡を用いた超解像イメージングの条件で、シナプスのアクティブゾーン内に存在する機能分子の超解像イメージングを行った。あらかじめグルタミン酸イメージングによって、シナプス毎にグルタミン酸の放出部位の数や放出確率を見積もっておいた海馬培養神経細胞標本を超解像イメージングの対象とする抗体を用いた蛍光免疫染色を行いサンプルの作製を行い、超解像イメージングを実施した。グルタミン酸放出への関与が報告されていたMunc13-1、RIM-1、Syntaxin分子の超解像イメージングを行った。その結果、Munc13-1、RIM-1分子がアクティブゾーン内でクラスター造を形成することを見出した。それぞれのクラスターはPCF解析によって数10nm以内と近い位置に存在することが分かった。さらに、Munc13-1分子のクラスターがグルタミン酸放出部位の数とアクティブゾーン内に形成されるMunc13-1分子のクラスターの数が非常に強い相関で一致することを見出した。また、アクティブゾーン内において、Munc13-1分子とSyntaxin-1分子のクラスターは100nm以内と近い位置に存在すること、Munc13-1のノックダウン細胞ではSyntaxinのアクティブゾーンへの局在が見られなくなることを明らかにした。これらの結果は、アクティブゾーンでの機能分子の少数の超分子構造体が興奮性シナプスでのグルタミン酸放出を制御している分子メカニズムとして重要であることを示すものである。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Cell Surface-Anchored Fluorescent Aptamer Sensor Enables Imaging of Chemical Transmitter Dynamics (2012)
  • Author(s): Takeshi Tokunaga
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 134 Issue: 23 Pages: 9561-9564
  • DOI: 10.1021/ja302551p
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シナプス伝達を可視化する蛍光性グルタミン酸センサーの開発 (2014)
  • Author(s): 瀧川健司、並木繁行、坂本寛和、有吉哲郎、金原直也、浅沼大祐、廣瀬謙造
  • Organizer: 第87回 日本薬理学会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
• [Presentation] シナプス伝達を可視化する高性能グルタミン酸センサーの開発 (2013)
  • Author(s): 瀧川健司、並木繁行、坂本寛和、有吉哲郎、金原直也、浅沼大祐、廣瀬謙造
  • Organizer: 第86回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・福岡県
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] グルタミン酸イメージング技術を用いた神経伝達物質放出の分子基盤の解析 (2013)
  • Author(s): 金原直也、坂本寛和、太向勇、並木繁行、廣瀬謙造
  • Organizer: 第36回 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
• [Presentation] グルタミン酸イメージを用いたグルタミン酸放出の分子基盤の解析 (2013)
  • Author(s): 金原直也、坂本寛和、並木繁行、廣瀬謙造
  • Organizer: 2013年度 包括脳ネットワーク夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
• [Presentation] 脳スライス標本内単一シナプスについての短期可塑性解析に向けたグルタミン酸イメージング技術の開発 (2013)
  • Author(s): 有吉哲郎、坂本寛和、並木繁行、廣瀬謙造
  • Organizer: 2013年度 包括脳ネットワーク夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
• [Presentation] 超解像イメージングで見えたシナプス小胞開口放出が起こる場所 (2013)
  • Author(s): 坂本寛和、並木繁行、廣瀬謙造
  • Organizer: 2013年度 包括脳ネットワーク夏のワークショップ
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
• [Presentation] グルタミン酸イメージングによるプレシナプス機能を制御する分子基盤の解析 (2012)
  • Author(s): 金原直也、坂本寛和、太向勇、並木繁行、廣瀬謙造
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場・愛知県
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] 脳スライスにおける単一シナプス解像度でのグルタミン酸イメージング技術の開発 (2012)
  • Author(s): 坂本寛和、並木繁行、廣瀬謙造
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場・愛知県
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] 蛍光グルタミン酸プローブを用いた神経伝達物資放出を制御する分子基盤の解析 (2012)
  • Author(s): 金原直也、坂本寛和、並木繁行、廣瀬謙造
  • Organizer: 第126回日本薬理学会関東部会
  • Place of Presentation: 北里大学薬学部・東京都
• [Presentation] 蛍光イメージングプローブのハイスループット作製技術の開発 (2012)
  • Author(s): 瀧川健司、並木繁行、坂本寛和、浅沼大祐、廣瀬謙造
  • Organizer: 第14回応用薬理シンポジウム
  • Place of Presentation: ベルクラシック甲府・山梨県
• [Remarks] 東京大学大学院 医学系研究科 脳神経医学専攻 神経生物学教室
  • URL: http://www.neurobiol.m.u-tokyo.ac.jp/