大脳皮質視覚野の生理機能発達

• 研究課題/領域番号: 12210014
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 津本 忠治 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (50028619)
• 研究分担者: 内山 安男 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (10049091) ; 祖父江 憲治 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (20112047) ; 山本 宣彦 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教授 (00191429)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 108,900千円 (直接経費: 108,900千円); 2004年度: 26,400千円 (直接経費: 26,400千円); 2003年度: 26,400千円 (直接経費: 26,400千円); 2002年度: 26,400千円 (直接経費: 26,400千円); 2001年度: 29,700千円 (直接経費: 29,700千円)
• キーワード: 大脳 / 視覚野 / 発達 / 脳由来神経栄養因子 / シナプス可塑性 / GABAニューロン / 緑色蛍光タンパク質 / 長期抑圧 / 神経栄養因子 / 抑制性シナプス / 細胞移動 / 緑色蛍光蛋白質 / カテプシン / 眼優位円柱 / シナプス / カテプシンD

研究概要

本研究では主に、大脳皮質神経回路の入力依存的発達に脳由来神経栄養因子(BDNF)がどのように関与し、そのメカニズムは如何なるものであるかを明らかにしようとした。平成12、13年度は視覚野にみられる眼優位円柱の発達に関与するかどうかを調べた。その結果1)眼優位円柱を拡大する作用があることを見出した。また、2)BDNFは神経活動によってシナプス前より放出されシナプス後細胞に取り込まれて機能を発揮することも発見した。神経回路の入力依存的発達にはシナプス長期抑圧(LTD)が関与していると想定されているので平成14年度はLTDとBDNFとの関係を調べた。その結果、3)脳を切り出した標本ではBDNFはLTDを阻止すること、及び4)生理的状態では大脳に内因性BDNFが存在するのでLTDは生じにくくなっていることを見出した。大脳皮質神経回路の入力依存的発達には抑制性伝達物質GABAが関与していると考えられているが、平成15、16年度は、BDNFが、GABAニューロンの発達にどのような影響を与えるかをGABAニューロンが緑色蛍光を発するGAD67-GFPノックインマウスを使って調べた。その結果、5)BDNFは慢性投与した場合、GABAニューロンの細胞体や樹状突起の発達を促進し、また6)機能的にはGABA性シナプス伝達を強化することを見出した。GABAニューロンは自らBDNFを合成できずシナプス前の興奮性ニューロンが活動した時に放出されるBDNFに依存しているので、以上の知見により大脳皮質神経回路発達の入力依存性はGABAニューロン発達のBDNF依存陸によって主に生じていることが明らかとなった。その他7)シナプス可塑性において重要と思われる新規postsynaptic density足場タンパク質を同定し、また8)神経回路発達期にみられる神経細胞死におけるリソソームカテプシンの役割を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] NMDA receptor-dependent synaptic translocation of insulin receptor sbstrate p53 via protein kinase C signaling (2005)
  • 著者名/発表者名: Hori K, Yasuda H, Konno D, Maruoka H, Tsumoto, T, Sobue K.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 25 ページ: 2670-2681
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] NMDA receptor-dependent synaptic translocation of insulin receptor substrate p53 via protein kinase C signaling. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hori K, Yasuda H, Konno D, Maruoka H, Tsumoto T, Sobue K
  • 雑誌名: J.Neurosci 25 ページ: 2670-2681
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] RNAi-induced gene silencing by local electroporation in targeting brain region. (2005)
  • 著者名/発表者名: Akaneya, Y.et al.
  • 雑誌名: J.Neurophysiol. 93 ページ: 594-602
• [雑誌論文] NMDA receptor-dependent synaptic translocation of insulin receptor substrate p53 via protein kinase C signaling. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hon, K.et al.
  • 雑誌名: J.Neuroscl. 25(in press)
• [雑誌論文] Brain-derived neurotrophic factor acutely depresses excitatory synaptic transmission to GABAergic neurons in visual cortical slices. (2004)
  • 著者名/発表者名: Jiang, B.et al.
  • 雑誌名: Europ.J.Neurosci. 20 ページ: 709-718
• [雑誌論文] Transiently higher release probability during critical period at thalamocortical synapses in the mouse barrel cortex : relevance to differential short-term plasticity of AMPA and NMDA EP5Cs and possible involvement of silent synapses. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa, T.et al.
  • 雑誌名: Europ.J Neurosci. 20 ページ: 3006-3018
• [雑誌論文] Brain-derived neurotrophic factor increases inhibitory synapses, revealed in solitary neurons cultured from rat visual cortex. (2004)
  • 著者名/発表者名: Palizvan, M.R.et al.
  • 雑誌名: Neuroscience 126 ページ: 955-966
• [雑誌論文] Long-term depression is not induced by low frequency stimulation in rat visual cortex in vivo : A possible preventing role of endogenous BDNF (2003)
  • 著者名/発表者名: Jiang B, Akaneya Y, Hata Y, Tsumoto, T
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 23 ページ: 3761-3770
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Change of conduction velocity by regional myelination yields constant latency irrespective of distance between thalamus and cortex. (2003)
  • 著者名/発表者名: Salami M, Itami C, Tsumoto T, Kimura, F.
  • 雑誌名: Proceedings of National Academy of Science USA 100 ページ: 6174-6179
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] BDNF-dependent unmasking of "silent" synapses in developing mouse barrel cortex (2003)
  • 著者名/発表者名: Itami C, Kimura F, Kohno T, Matsuoka M, Ichikawa M, Tsumoto T, Nakamura S
  • 雑誌名: Proceedings of National Academy of Science USA 100 ページ: 13069-13074
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Inhibitory but not excitatory cortical neurons require presynaptic brain-derived neurotrophic factor for dendritic development, as revealed by chimera cell culture (2003)
  • 著者名/発表者名: Kohara K, Kitamura A, Adachi N, Nishida M, Itami C, Nakamura S, Tsumoto T.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 23 ページ: 6123-6131
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Long-term depression induced by low frequency stimulation in rat visual cortex in vivo : A possible preventing role of endogenous BDNF. (2003)
  • 著者名/発表者名: Jiang B, AkaneyaY, Hata Y, Tsumoto T.
  • 雑誌名: J.uosci. 23 ページ: 3761-3770
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Change of conduction velocity by regional myelination yields constant latency irrespective of distance between thalamus and cortex. (2003)
  • 著者名/発表者名: Salami M, Itami C, Tsumoto T, Kimura F.
  • 雑誌名: Prc.Nat.Acad.Sci.USA 100 ページ: 6174-6179
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] BDNF-dependent unmasking of "silent" synapses in. developing mouse barrel cort (2003)
  • 著者名/発表者名: Itami C, Kimura F, Kohno T, Matsuoka M, Ichikawa M, Tsumoto T, Nakamura S.
  • 雑誌名: Proc.Nat.Acad.Sci.USA 100 ページ: 13069-13074
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Inhibitory but not excitatory cortical neurons require M, presynaptic brain-derived neurotrophic factor for dendritic development, as revealed by chimera cellculture.. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kohara K, Kitamura A, Adachi N, Nishida, Itami C, Nakamura S, Tsumoto T.
  • 雑誌名: J.Neurosci 23 ページ: 6123-6131
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Activity-dependent transfer of brain-derived neurotrophic factor to postsynaptic neurons (2001)
  • 著者名/発表者名: Kohara K, Kitamura A, Morishima M, Tsumoto T
  • 雑誌名: Science 291 ページ: 2419-2423
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Activity-dependent transfer of brain-derived neurotroph icfactor to postsynapticneurons. (2001)
  • 著者名/発表者名: Kohara K, Kitamura A, Morishima M, Tsumoto T.
  • 雑誌名: Science 291 ページ: 2419-2423
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Ichisaka, S, et al.: "Activity-dependent changes in the Protein level of brain-derived neurotrophic factor but no change in other neurotrophins in the visual cortex of young and adult ferrets."Neuroscience. 117. 361-371 (2003)
• [文献書誌] Jiang, B. et al.: "Long-term depression is not induced by low frequency stimulation in rat visual cortex in vivo : A possible preventing role of endogenous BDNF."J.Neurosci.. 23. 3761-3770 (2003)
• [文献書誌] Salami, M. et al.: "Change of conduction velocity by regional myelination yields constant latency irrespective of distance between thalamus and cortex."Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 100. 6174-6179 (2003)
• [文献書誌] Itami, C. et al.: "BDNF-dependent unmasking of "silent" synapses in developing mouse barrel cortex."Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 100. 13069-13074 (2003)
• [文献書誌] Kohara, K. et al.: "Inhibitory, but not excitatory cortical neurons require presynaptic BDNF for dendritic development, as revealed by chimera cell culture."J.Neurosci. 23. 6123-6131 (2003)
• [文献書誌] Koike, M. et al.: "Involvement of two different cell death pathways in retinal atrophy of cathepsin D-deficiant mice."Mol.Cell.Neurosci. 14. 142-155 (2003)
• [文献書誌] Ohshima, M.et al.: "Chronic, electrical stimulation of afferents from one eye changes ocular dominance of visual corticalneurones in kittens"J.Neurophysiol.. 88. 2147-2151 (2002)
• [文献書誌] Ichisaka, S.et al.: "Activity-dependent changes in the Protein level of brain-derived neurotrophic factor but no change in other neurotrophins in the visual cortex of young and adult ferrets"Neuroscience. 117. 361-371 (2003)
• [文献書誌] Jiang, B.et al.: "Long-term depression is not induced by low frequency stimulation in rat visual cortex in vivo : A possible preventing role of endogenous BDNF"J.Neurosci.. (in press). (2003)
• [文献書誌] Salami, M.et al.: "Change of conduction velocity by regional myelination yields constant latency irrespective of distance between thalamus and cortex"Proc.Nat.Acad.Sci.USA. (in press). (2003)
• [文献書誌] Konno, D.et al.: "The postsynaptic density and dendritic raft localization of PSD-Zip7O, which contains an N-myrisotoylation sequence and leucine-zipper motifs"J.Cell Sci.. 115. 4695-4706 (2002)
• [文献書誌] Koike, M.et al.: "Involvement of two different cell death pathways in retinal atrophy of cathepsin D-deficiant mice"Mol.Cell.Neurosci. (in press). (2003)
• [文献書誌] Kohara K, Kitamura A, Morishima M, Tsumoto T: "Activity-dependent transfer of brain-derived neurotrophic factor to postsynaptic neurons"Science. 291. 2419-2423 (2001)
• [文献書誌] Katoh-Semba, R., Takeuchi, I.K., Inaguma, Y., Ichisaka, S., Hata, Y., Tsumoto, T., Iwai, M., Mikoshiba, K., Kato, K.: "Induction of brain-derived neurotrophic factor by convulsant drugs in the rat bran : Involvement of voltage-dependent calcium channels"J.Neurochem.. 77. 71-83 (2001)
• [文献書誌] Jiang, B., Akaneya, Y., Ohshiina, M., Ichisaka, S., Hata, Y., Tsumoto, T.: "Brain-derived neurotrophic factor induces long-lasting potentiation of synaptic transmission in visual cortex in vivo in young rats, but not in the adult"Europ.J.Neurosci. 14. 1219-1228 (2001)
• [文献書誌] Okabe S., Urushido T., Konno D., Okado H., Sobue K.: "Rapid redistribution of the postsynaptic density protein PSD-Zip45 (Homer 1c) and its differential regulation by NMDA receptors and calcium channels"J.Neursci.. 21. 9561-9571 (2001)
• [文献書誌] Konno D., Usui S., Hori K., Sobue K.: "Isolation and characterization of postsynaptic density-enriched leucine-zipper-containing protein (PSD-Zip70)"J.Biol.Chem.. (in press). (2002)
• [文献書誌] Nakanishi, H., Zang, J., Koike, M., Nishioku, T., Okamoto, Y., Kominami, E., Figura, K.v., Peters, C., Yamamoto, K., Saftig, P., Uchiyama, Y.: "Involvement of nitric oxide release from microglia/macrophages in pathological changes of cathepsin D-deficient mice"J.Neurosci.. 21. 7526-7533 (2001)
• [文献書誌] Hata Y,Ohshima M,Ichisaka S,Wakita M,Fukuda M and Tsumoto T: "BDNF expands ocular dominance columns in visual cortex in monocularly deprived and non-deprived kittens, but not in adult cats."Journal of Neuroscience. 20RC57. 1-5 (2001)
• [文献書誌] Taniguchi N,Takada N,Kumura E,Kimura F and Tsumoto T: "Actions of BDNF on evoked and spontaneous EPSCs dissociate with maturation of neurones cultured from rat visual cortex."Jounal of Physiology (London). 527. 579-592 (2000)
• [文献書誌] Kohara K,Kitamura A,Morishima M and Tsumoto T: "Activity-dependent transfer of brain-derived neurotrophic factor to postsynaptic neurons"Science. in press. (2001)
• [文献書誌] Yamamoto,N.,Inui,K.,Matsuyama,Y.,Harada,A.,Hanamura,K.,Murakami,F.,Ruthazer,E.S.,Rutishauser,U.and Seki,T.: "Inhibitory Mechanism by Polysialic Acid for Lamina-Specific Branch Formation of Thalamocortical Axons."Journal of Neuroscience. 20. 9145-9151 (2000)
• [文献書誌] Koike,M.,ら 他15名 Uchiyama,Y.を含む: "Cathepsin D deficiency induces lysosomal storage with ceroid lipofuscin in mouse CNS neurons."Journal of Neuroscience. 20. 6898-6906 (2000)
• [文献書誌] Okabe S.,Urushido T.,Okabo H.,and Sobue K.: "Activity-dependent bidirectional translocation of a postsynaptic density protein PSD-Zip45 (Homer 1c) in hippocampal neurons."Journal of Neuroscience. (in press). (2001)