神経活動による遺伝子発現とその制御機構

• 研究課題/領域番号: 07279107
• 研究種目: 特定領域研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 小幡 邦彦 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 教授 (60013976)
• 研究分担者: 三木 直正 大阪大学, 医学部, 教授 (40094445) ; 岡本 仁 理化学研究所, 脳科学総合研究センター, チームリーダー (40183769) ; 古市 貞一 東京大学, 医科学研究所, 助教授 (50219094) ; 白尾 智明 群馬大学, 医学部, 教授 (20171043) ; 池中 一裕 岡崎国立共同研究機構, 生理学研究所, 教授 (00144527) ; SAFFEN David 東京大学, 医学部, 助教授 (50231329) ; 御子柴 克彦 東京大学, 医科学研究所, 教授 (30051840)
• 研究期間 (年度): 1995 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 146,300千円 (直接経費: 146,300千円); 1998年度: 30,100千円 (直接経費: 30,100千円); 1997年度: 36,300千円 (直接経費: 36,300千円); 1996年度: 34,400千円 (直接経費: 34,400千円); 1995年度: 45,500千円 (直接経費: 45,500千円)
• キーワード: 遺伝子発現 / グルタミン酸レセプター / 小脳顆粒細胞 / カリウムチャネル / GABA / モルヒネ依存 / ドレブリン / 細胞骨格蛋白 / ゼブラフィッシュ / ノックアウトマウス / 最初期遺伝子 / モルヒネ / 転写因子 / 眼胞形成 / 最初期遺伝子zif268 / 薬物依存 / シナプトタグミン / 遺伝子 / 神経発生 / 脳可塑性 / アストロサイト / けいれん / 情報伝達

研究概要

脳形成過程ではいったん作られた神経結合が神経活動によって固定化、強化、排除されて、神経ネットワークの完成に至る。また完成後も神経活動によって神経ネットワークが修飾をうけて脳機能の長期的変化が起こる。これは脳可塑性と呼ばれ、いわゆる記憶から運動学習、薬物依存等にわたる。このような脳可塑性の基盤には遺伝子発現を介する物質レベルの持続的、長期的変化があると考えられるが、まだほとんど解明されていないので、7名の研究者によりこの問題に取り組んだ。本年度の成果として、1)小脳の生後発達。顆粒細胞の分化、移動、成熟が起こる際に、KチャネルのうちKv4.2の発現が増加して活動電位が発達すること(池中)、および新規分子Cupidinが発現することを見いだした(古市)。cupidinはHomer/Veslファミリーに属し、グルタミン酸レセプターとアクチン細胞骨格をつないで神経回路発達に与る。2)シナプスの形成と可逆的変化。アクチン結合蛋白ドレブリンがシナプス形成にともなってアイソフォーム変換し樹状突起スパインに局在化するが、この局在性はNMDA型グルタミン酸レセプターの過剰活動で消失する(白尾)。3)神経発生へのGABAの関与。これは最近ラット細胞についての各種培養実験から主張されているので、遺伝子ノックアウトでGABAを消失させたマウスの脳をしらべたところ、正常に組織形成が進行していた(小幡)。GABAの存在しないC.elegans変異種でも神経系形成は正常という最近の知見と対応する。4)麻薬中毒の分子機構。モルヒネを慢性投与したマウスの脳ではPurαの一本鎖DNA結合活性が減少し、この結合活性化因子はカルモジュリンである。モルヒネの依存形成にカルシウム・カルモジュリンを介する遺伝子発現が関与することを示唆した(三木)。

研究成果

• [文献書誌] Ji,F.Y.,Kanbara,N. and Obata,K.: "GABA and Histogenesis in fetal and neonatal mouse brain lacking both the isoforms of glutamic acid decarboxylase." Neuroscience Research. 33-3(印刷中). (1999)
• [文献書誌] Ji,F.Y. and Obata,K.: "Development of the GABA system in organotypic culture of hippocampal and cerebellar slices from 67 kDa isoform of glutamic acid decarboxylase(GAD67)deficient mice." Neuroscience Research. 33-3(印刷中). (1999)
• [文献書誌] Hayashi,K.,Suzuki,K. and Shirao,T.: "Rapid conversion of drebrin isoforms during synapse formation in primary culture of cortical neurons." Devel.Brain Res.111. 137-141 (1998)
• [文献書誌] Konishi,Y.,et al.: "Transcriptional regulation of mouse type 1 inositol 1,4,5-trisphosphate receptor gene by Neuro D-related factor." J.Neurochem.(印刷中). (1999)
• [文献書誌] Shibata,R.,et al.: "Expression of Kv3.1 and Kv4.2 genes in developing cerebellar granule cells." Dev.Neurosci.(印刷中). (1999)
• [文献書誌] Kuo,C.H,et al.: "Calmodulin functions as an activator of Pur α binding to single-stranded purine rich DNA elements(PUR elements)." Biochem.Biophys.Res.Comm.(印刷中). (1999)
• [文献書誌] 岡本 仁、池中一裕、小幡邦彦、白尾智明: "Neural Development(K.Uyemura,K.Kawamura,T.Yazaki,eds.)" Springer-Verlag,Tokyo, 544 (1998)
• [文献書誌] 岡本 仁: "神経系の発生 神経系の領域化と細胞特異化脳と神経(分子神経生物学入門)(金子章道、川村光毅、植村慶一編)" 共立出版(印刷中), (1999)
• [文献書誌] Obata K.: "Excitatory and trophic action of GABA and related substances in newborn mice and organotypic cerehellar culture." Dev Neurosci. 19. 117-119 (1997)
• [文献書誌] Asada H.et al.: "Cleft palate and decreased brain γ-aminobutyric acid in mice lacking the 67-kDa isoform of glutamic acid decarboxylase." Proc Natl Acad Sci USA. 94. 6496-6499 (1997)
• [文献書誌] Yoneshima H.et al.: "Ca^<2+> differentially regulates the ligand-affinity states of type 1 and type 3 inositol 1.4.5-trisphosphate receptors." Biochem J.322. 591-596 (1997)
• [文献書誌] Ding Y.et al.: "Characterization of a nuclear factor that enhances DNA binding activity of ssCRE-BP/PUR α,a single-stranded DNA binding protein." Neurochem Internat. 31. 45-54 (1997)
• [文献書誌] Kikuchi Y.et al.: "Ocular and cerebellar defects in zebrafish induced by overexpression of the LIM domain of the Islet-3 LIM/homeodomain protein." Neuron. 18. 369-382 (1997)
• [文献書誌] Mieda M.et al.: "Expression of the rat m4 muscarinic acetylcholine receptor gene is regulated by the neuron-restrictive silencer element/repressor element 1." J Biol Chem. 272. 5854-5860 (1997)
• [文献書誌] 小幡邦彦, 他: "ノックアウトマウス・データブック(野口 茂 他編)" 中山書店, 564 (1997)
• [文献書誌] Kikuchi Y.et al.: "Molecular Basis of Axon Growth and Nerve Pattern Formation (Fujisawa,H.ed.)" Scientific Societies Press, 280 (1997)
• [文献書誌] H.Asada et al.: "Mice lacking the 65kDa isoform of glutamic acid decarboxylase (GAD65) maintain normal levels of GAD67 and GABA in their brains but susceptible to seizures." BBRC. 229. 891-895 (1996)
• [文献書誌] Y.Yamaguchi et al.: "Myelin proteolipid protein (PLP),but not DM-20,is an inositol hexakisphosphate binding protein." J.Biol.Chem. 271. 27838-27846 (1996)
• [文献書誌] K.Hayashi et al.: "Modulatory role of drebrin on the cytoskeleton within dendritic spines in rat cerebral cortex." J.Neuroscience. 15. 7161-7170 (1996)
• [文献書誌] M.Mieda et al.: "Promoter region of the rat m4 muscarinic receptor gene contains a cell typespecific silencer element." J.Biol.Chem.271. 5177-5182 (1996)
• [文献書誌] M.Fukuda et al.: "Phospholipid composition dependence Ca^<2+>-dependent phospholipid binding to the C2A domain of synaptotagmin IV" J.Biol.Chem.271. 30303-30306 (1996)
• [文献書誌] N.Shimoda et al.: "Mermaid : a family of short interspersed repetitive elements widespread in yertebrates." BBRC. 220. 226-232 (1996)
• [文献書誌] Tokumoto M.et al.: "Molecular heterogeneity among primary motoneurons and within myotomes revealed by differential mRNA expression of novellsl-1 homologs in embryonic zebrafish." Devel.Biol.171. 578-589 (1995)
• [文献書誌] Ikemoto M.et al.: "Decrease in CRE-binding activity by chronic morphine administration in mouse brain." Neuro Report. 6. 262-264 (1995)
• [文献書誌] Hirota J.et al.: "Kinetics of calcium release by immunoaffinity-purified inositol 1,4,5-trisphosphate receptor in reconstituted lipid vesicles." J.Biol.Chem.270. 19046-19051 (1995)
• [文献書誌] Ishimaru M.et al.: "Methamphetamine-induced dopaminergic hyperactivity is not accompanied with increase in tyrosine hydroxylase mRNA of the rat midbrain." Neurosci.Lett.191. 107-110 (1995)
• [文献書誌] Kobayashi S.et al.: "K252a,a potent inhibitor of protein kinases,inhibits the migration of cerebellar granule cells in vitro." Dev.Brain Res.90. 122-128 (1995)
• [文献書誌] Matsumoto M.et al.: "Ataxia and epileptic seizures in mice lacking type 1 inositol 1,4,5-triphosphate receptor." Nature. 379. 168-171 (1996)
• [文献書誌] Hirota J.et al.: "Genes for development,cell growth and infectious dieseases" John Libbey EUROTEXT, 262 (1995)
• [文献書誌] Miyawaki A.et al.: "Proceedings of the Yamada Conference XXXIX on Calcium as Coll Signal April 26-28,1994 Tokyo,Japan" IGAKU-SHOIN, 293 (1995)