カルシウム放出チャネルのS-ニトロシル化及び酸化修飾を介した小脳機能制御機構

• 研究課題/領域番号: 15K06774
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 神経化学・神経薬理学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 柿澤 昌 京都大学, 薬学研究科, 准教授 (40291059)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 一酸化窒素 / 活性酸素 / レドックスシグナル / 翻訳後修飾 / カルシウム放出 / リアノジン受容体 / 小脳 / 運動学習 / カルシウム / シナプス / 長期増強 / 記憶学習 / シナプス可塑性 / プルキンエ細胞

研究成果の概要

本研究は、カルシウム放出チャネルの一種、1型リアノジン受容体(RyR1)の一酸化窒素(NO)や活性酸素(ROS)による制御と、その脳における機能的意義の解明を目的に計画された。NOによるS-ニトロシル化を受けるシステインをアラニンに置換した変異型RyR1を発現するノックインマウスの解析により、S-ニトロシル化依存的なRyR1活性化の小脳依存的運動学習への関与が示された。また、同じシステインのチオールを標的とするROSの作用により、RyR1のS-ニトロシル化と活性化が阻害されることが示された。本研究により、NO・ROS等のレドックスシグナルによる神経機能制御機構と学習記憶への関与が示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

一酸化窒素(NO)や活性酸素(ROS)などのレドックスシグナルは、従来、生活習慣病や老化の主要因の一つとされ、悪玉的役割が注目されてきた。本研究ではNOによるCa2+放出チャネルの化学修飾(S-ニトロシル化)の小脳依存的運動学習への関与が解明され、レドックスシグナルの脳における善玉的作用が示された。これは悪玉因子とされていたレドックスシグナルが善玉的役割をも有することを示す、新規概念の提唱へと繋がる。
また、従来よりROSによる生体機能阻害が知られていたが、その分子機構は多くの点で不明であった。今回、ROSによるS-ニトロシル化阻害を介した生体機能阻害が示され、老化の分子機構の一端が解明された。

研究成果

• [雑誌論文] TRPM7 channels mediate spontaneous Ca2+ fluctuations in growth plate chondrocytes that promote bone development. (2019)
  • 著者名/発表者名: Qian N, Ichimura A, Takei D, Sakaguchi R, Kitani A, Nagaoka R, Tomizawa M, Miyazaki Y, Miyachi H, Numata T, Kakizawa S, Nishi M, Mori Y, Takeshima H.
  • 雑誌名: Science signaling 巻: 12 号: 576 ページ: 4847-4847
  • DOI: 10.1126/scisignal.aaw4847
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 脳におけるレドックスシグナルの生理的役割：シナプス可塑性・脳機能への関与 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kakizawa Sho
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 152 号: 5 ページ: 227-232
  • DOI: 10.1254/fpj.152.227
  • NAID: 130007503088
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
  • 査読あり
• [雑誌論文] ホスホチロシンアダプターShcの脳における機能的役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kakizawa Sho
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 152 号: 2 ページ: 84-89
  • DOI: 10.1254/fpj.152.84
  • NAID: 130007432230
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
  • 査読あり
• [雑誌論文] ホスホチロシンアダプターShcの脳における機能的役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 昌
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 印刷中
  • NAID: 130007432230
  • 査読あり
• [雑誌論文] 脳機能とその破綻に対する時間・階層縦断的アプローチと治療戦略 序文 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 昌, 森口 茂樹
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 150 ページ: 217-217
• [雑誌論文] 活性酸素の中枢シナプス可塑性に及ぼす影響と老化への関与 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 昌
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 150 号: 5 ページ: 234-239
  • DOI: 10.1254/fpj.150.234
  • NAID: 130006198417
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mice lacking the intracellular cation channel TRIC-B have compromised collagen production and impaired bone mineralization. (2016)
  • 著者名/発表者名: C.Zhao, A.Ichimura, N.Qian, T.Iida, D.Yamazaki, N.Noma, M.Asagiri, K.Yamamoto, S.Komazaki, C.Sato, F.Aoyama, A.Sawaguchi, S.Kakizawa, M.Nishi, and H.Takeshima.
  • 雑誌名: science signaling 巻: 9 号: 428
  • DOI: 10.1126/scisignal.aad9055
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Involvement of the neuronal phosphotyrosine signal adaptor N-Shc in kainic acid-induced epileptiform activity (2016)
  • 著者名/発表者名: Baba S, Onga K, Kakizawa S, Ohyama K, Yasuda K, Otsubo H, Scott BW, Burnham WM, Matsuo T, Nagata I, Mori N
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep27511
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nitric oxide-induced activation of the type 1 ryanodine receptor is critical for epileptic seizure-induced neuronal cell death. (2016)
  • 著者名/発表者名: Mikami, Y., Kanemaru, K., Okubo, Y., Nakaune, T., Suzuki, J., Shibata, K., Sugiyama, H., Koyama, R., Murayama, T., Ito, A., Yamazawa, T., Ikegaya, Y., Sakurai, T., Saito, N., Kakizawa, S. and Iino, M.
  • 雑誌名: EBioMedicine. 巻: 11 ページ: 253-261
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2016.08.020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Essential Roles of Natural Products and Gaseous Mediators on Neuronal Cell Death or Survival (2016)
  • 著者名/発表者名: Mikami Y, Kakizawa S, Yamazawa T
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 17 号: 10 ページ: 1652-1652
  • DOI: 10.3390/ijms17101652
  • NAID: 120005997697
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 脳における新規細胞内カルシウム放出機構 一酸化窒素依存的カルシウム放出：制御機構と神経機能への関与 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 昌、山澤徳志子
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 147 号: 4 ページ: 194-199
  • DOI: 10.1254/fpj.147.194
  • NAID: 130005143841
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
  • 査読あり
• [雑誌論文] 脳における新規細胞内カルシウム放出機構 一酸化窒素依存的カルシウム放出：神経細胞死への関与 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山澤 徳志子、柿澤 昌
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 147 号: 4 ページ: 200-205
  • DOI: 10.1254/fpj.147.200
  • NAID: 130005143839
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mitsugumin 56 (hedgehog acyltransferase-like) is a sarcoplasmic reticulum-resident protein essential for postnatal muscle maturation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Van B, Nishi M, Komazaki S, Ichimura A, Kakizawa S, Nakanaga K, Aoki J, Park KH, Ma J, Ueyama T, Ogata T, Maruyama N, Takeshima H.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 巻: in press 号: 10 ページ: 1095-1104
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2015.03.028
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 小脳シナプスの加齢に伴う機能低下のシグナリング機構と抗老化へのアプローチ (2019)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 昌
  • 学会等名: 第92回日本薬理学会年会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] レドックスシグナルによる小脳依存的運動学習の制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 昌
  • 学会等名: 第71回日本酸化ストレス学会・第18回日本NO学会合同学術集会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] S-nitrosylation of the type 1 ryanodine receptor is critical for epileptic seizure-induced neuronal cell death (2017)
  • 著者名/発表者名: 三上 義礼, 金丸 和典, 大久保 洋平, 中畝 拓哉, 鈴木 純二, 柿澤 昌, 柴田 和輝, 小山 隆太, 村山 尚, 伊藤 明博, 山澤 徳志子, 伊藤 雅方, 冨田 太一郎, 村上 慎吾, 赤羽 悟美, 池谷 裕二, 櫻井 隆, 齊藤 延人, 飯野 正光
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会
  • 発表場所: アクトシティ浜松 (静岡県・浜松市)
  • 年月日: 2017-03-28
• [学会発表] 小脳プルキンエ細胞におけるカルシウムストアの維持・制御機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 昌
  • 学会等名: 第90回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール (長崎県・長崎市)
  • 年月日: 2017-03-15
  • 招待講演
• [学会発表] 脳におけるレドックスシグナルの生理的役割とクロストーク (2017)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 昌
  • 学会等名: 第94回日本生理学会年会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール (長崎県・長崎市)
  • 年月日: 2017-03-15
  • 招待講演
• [学会発表] Involvement of Nitric oxide-induced calcium release through type 1 ryanodine receptor in extinction of cerebellum-dependent motor learning (2017)
  • 著者名/発表者名: Kakizawa S, Kishimoto Y, Miyazaki T, Mikami Y, Murayama T, Nagai M, Yamamoto S, Yamazaki D, Ichimura A, Yamazawa T, Adachi-Akahane S, Watanabe M, Iino M
  • 学会等名: 20th International Symposium on Calcium Binding Proteins and Calcium Function in Health and Disease (CaBP20)
  • 国際学会
• [学会発表] 一酸化窒素は1型リアノジン受容体のS -ニトロシル化修飾を介して神経細胞死を誘導する (2016)
  • 著者名/発表者名: 三上 義礼, 金丸 和典, 大久保 洋平, 中畝 拓哉, 鈴木 純二, 柿澤 昌, 村山 尚, 柴田 和輝, 小山 隆太, 伊藤 明博, 山澤 徳志子, 伊藤 雅方, 冨田 太一郎, 村上 慎吾, 赤羽 悟美, 櫻井 隆, 池谷 裕二, 齊藤 延人, 飯野 正光
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 (神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] Involvement of Cerebellar LTP induced by Nitric Oxide-Induced Ca2+ Release in Extinction of Eyeblink Conditioning (2016)
  • 著者名/発表者名: Kakizawa S, Kishimoto Y, Miyazaki T, Murayama T, Tanaka M, Yamamoto S, Yamazaki D, Nishi M, Yamazawa T, Watanabe M, Takeshima H, Iino M
  • 学会等名: The 10th Forum of European Neuroscience
  • 発表場所: コペンハーゲン (デンマーク)
  • 年月日: 2016-07-02
  • 国際学会
• [学会発表] Nitric oxide-induced calcium release: S-nitrosylation of the type 1 ryanodine receptor and neuronal cell death (2016)
  • 著者名/発表者名: 三上 義礼, 金丸 和典, 小田 康弘, 柿澤 昌, 柴田 和輝, 杉山 弘樹, 小山 隆太, 伊藤 明博, 村山 尚, 山澤 徳志子, 渡辺 雅彦, 池谷 裕二, 斉藤 延人, 桜井 隆, 飯野 正光
  • 学会等名: 第93回日本生理学会大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市)
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] 小脳依存的運動学習の書き換えと加齢の影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 昌
  • 学会等名: 第89回日本薬理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2016-03-09
• [学会発表] 1型リアノジン受容体のS-ニトロシル化が引き起こす神経細胞死 (2016)
  • 著者名/発表者名: 三上 義礼, 金丸 和典, 小田 康弘, 柿澤 昌, 柴田 和輝, 杉山 弘樹, 小山 隆太, 伊藤 明博, 村山 尚, 山澤 徳志子, 渡辺 雅彦, 池谷 裕二, 斉藤 延人, 桜井 隆, 飯野 正光
  • 学会等名: 第89回日本薬理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2016-03-09
• [学会発表] 1型リアノジン受容体のS-ニトロシル化を介した神経細胞死の誘導 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三上 義礼, 金丸 和典, 小田 康弘, 伊藤 明博, 柿澤 昌, 山澤 徳志子, 斉藤 延人, 飯野 正光
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県・神戸市)
  • 年月日: 2015-07-28
• [学会発表] 新規カルシウム放出機構「一酸化窒素依存的カルシウム放出」と小脳依存性運動学習への関与 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 昌, 岸本 泰司, 宮崎 太輔, 田中 碧, 村山 尚, 渡辺 雅彦, 飯野 正光, 竹島 浩
  • 学会等名: 第15回日本NO学会学術集会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター(大阪府・豊中市)
  • 年月日: 2015-06-26
• [図書] 脳内環境辞典 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 昌
  • 総ページ数: 158
  • 出版者: メディカル・ドゥ
  • ISBN: 9784944157648
• [図書] レドックスシグナル in 脳内環境辞典 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柿澤 昌
  • 総ページ数: 156
  • 出版者: メディカルドゥ
• [図書] Nitric Oxide. In Essentials of cerebellum and cerebellar disorders (2016)
  • 著者名/発表者名: Kakizawa S
  • 総ページ数: 656
  • 出版者: Springer
• [図書] Nitric Oxide (in Essentials of Cerebellum and Cerebellar Disorders) (2016)
  • 著者名/発表者名: Kakizawa, S.
  • 出版者: Springer
• [図書] Somatolactin (in "Handbook of Hormones") (2015)
  • 著者名/発表者名: Kakizawa, S.
  • 総ページ数: 646
  • 出版者: Elsevier (Tokyo)
• [図書] Apelin (in "Handbook of Hormones") (2015)
  • 著者名/発表者名: Kakizawa, S.
  • 総ページ数: 646
  • 出版者: Elsevier (Tokyo)
• [図書] Critical Roles of Oxidative Signals in Age-Related Decline of Cerebellar Synaptic Plasticity (in "Aging Mechanisms: Longevity, Metabolism, and Brain Aging") (2015)
  • 著者名/発表者名: Kakizawa, S., Mori, N.
  • 総ページ数: 439
  • 出版者: Springer (Tokyo)