脳生組織イメージング技術を応用した中枢神経系シナプス形成過程の形態学的解析

• 研究課題/領域番号: 17590152
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 解剖学一般(含組織学・発生学)
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 井上 明宏 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教授 (80322080)
• 研究分担者: 岡部 繁男 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教授 (60204012)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円); 2006年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2005年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
• キーワード: シナプス足場タンパク質 / ウィルスベクター / RNA干渉 / 緑色蛍光タンパク質 / シナプス後肥厚部 / アクチン / 海馬培養神経細胞 / FRAP / シナプス形成 / トランスジェニックマウス / 脳組織器官培養標本 / 二光子レーザー顕微鏡

研究概要

脊椎動物中枢神経系のグルタミン酸作動性の興奮性シナプスの後部には樹状突起棘突起(dendritic spine)が見られ、その膜裏打ち部分の著しく分子が集積した構造はシナプス後肥厚部(PSD)と呼ばれる。PSD足場タンパク質(PSD Scaffolding Proteins)は、膜の受容体とシナプスのシグナル分子とを繋ぐ機能を持ち、かつそのPSDの含有量はダイナミックに変化して、シナプスの可塑的機能変化の基盤になっていると考えられている。これらPSD足場タンパク質のダイナミクスの制御様式について検討した。
CortactinはF-アクチン関連タンパク質であり、シナプス後部足場タンパク質のShankと結合して樹状突起のspine中に局在する。海馬神経分散培養細胞にEGFP融合型cortactin遺伝子を発現させたところ、その局在はBDNF刺激により樹状突起の細胞質中からシナプス後部に移動集積した。逆に、NMDA型グルタミン酸受容体刺激によりシナプス後部に集積していたcortactinが消失した。これら一連の実験結果から、シナプス形成時や可塑的変化において、BDNFとNMDA受容体刺激のバランスは重要であると考えられた。
PSD足場タンパク質のPSD-95、GKAP、Shank、PSD-Zip45(Homer)をそれぞれGFP関連蛍光タンパク質で標識して、そのspine内での挙動をFRAP(Fluorescence recovery after photobleaching)法にて調べ、PSD-95のみが特に安定であることが明らかになった。また、アクチン線維を薬理学的に破壊すると、他の3種の足場タンパク質のダイナミックな挙動は抑制された。さらに、GKAPのspine内含量は神経刺激により増加したのに対して、ShankとPSD-Zip45は減少し、これらの挙動はアクチン依存的であることが示された。これらの結果から、アクチン線維骨格系が多くのPSDタンパク質のダイナミクスに重要な働きをしていると結論された。

研究成果

• [雑誌論文] Differential Control of Postsynaptic Density Scaffolds via Actin-Dependent and -Independent Mechanisms. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kuriu, T. et al.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 26 ページ: 7693-7706
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Myosin-Va facilitates the accumulation of mRNA/protein complex in dendritic spines. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura, A. et al.
  • 雑誌名: Current Biology 16 ページ: 2345-2351
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Telencephalin slows spine maturation. (2006)
  • 著者名/発表者名: Matusno, H. et al.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 26 ページ: 1776-1786
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Differential control of postsynaptic density scaffolds via actin-dependent and independent mechanisms. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kuriu, T., Inoue, A., Bito, H., Sobue, K., Okabe, S.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 26 ページ: 7693-7706
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Myosin-Va facilitates the accumulation of mRNA/protein complex in dendritic spines. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura, A., Fujii, R., Watanabe, Y., Okabe, S., Fukui, K., T.Takumi
  • 雑誌名: Current Biology 16 ページ: 2345-2351
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Telencephalin slows spine maturation. (2006)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, H., Okabe, S., Mishina, M., Yanagida, T., Mori, K., Y.Yoshihara
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 26 ページ: 1776-1786
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Differential Control of Postsynaptic Density Scaffolds via Actin-Dependent and -independent Mechanisms. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kuriu, T.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 26 ページ: 7693-7706
• [雑誌論文] Myosin-Va facilitates the accumulation of mRNA/protein complex in dendritic spines. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura, A.
  • 雑誌名: Current Biology 16 ページ: 2345-2351
• [雑誌論文] Telencephalin slows spine maturation. (2006)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, H.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 26 ページ: 1776-1786
• [雑誌論文] Bi-directional regulation of postsynaptic cortactin distribution by BDNF and NMDA receptor activity. (2005)
  • 著者名/発表者名: Iki, J.et al.
  • 雑誌名: Eurean Journal of Neuroscience 22 ページ: 2985-2994
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Determination of absolute protein numbers in single synapses by a GFP-based calibration technique. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama, Y. et al.
  • 雑誌名: Nature Methods 2 ページ: 677-684
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Direct visualization of cell movement in the embryonic olfactory bulb using green fluorescent protein transgenic mice : evidence for rapid tangential migration of neural cell precursors. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, K. et al.
  • 雑誌名: Neuroscience Reseaerch 51 ページ: 199-214
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Simultaneous Observation of Stably associated presynaptic varicosities and postsynaptic spine : morphological alteration of CA3-CA1. (2005)
  • 著者名/発表者名: Umeda, T. et al.
  • 雑誌名: Molecular Cellular Neuroscience 28 ページ: 264-274
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Simultaneous Observation of Stably Associated Presynaptic Varicosities and Postsynaptic Spines : Morphological Alterations of CA3-CA1 Synapses in Hippocampal Slice Cultures. (2005)
  • 著者名/発表者名: Umeda, T., Ebihara, T., Okabe, S.
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Neuroscience 28 ページ: 264-274
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The RNA-binding protein TLS is translocated to dendritic spines by mGluR5 activation and regulates spine morphology. (2005)
  • 著者名/発表者名: Fujii, R.*, Okabe, S.*, Urushido, T., Inoue, K., Tachibana, T., Nishikawa, T., Hick, G.G., T.Takumi.(* equal contribution.)
  • 雑誌名: Current Biology 15 ページ: 587-593
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Determination of absolute protein numbers in single synapses by a GFP-based calibration technique. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama, Y., Kawabata, I., Sobue, K., Okabe, S.
  • 雑誌名: Nature Methods 2 ページ: 677-684
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Bi-directional regulation of postsynaptic cortactin distribution by BDNF and NMDA receptor activity. (2005)
  • 著者名/発表者名: Iki, J., Inoue, A., Bito, H., Okabe, S.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 22 ページ: 2985-2994
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Bi-directional regulation of postsynaptic cortactin distribution by BDNF and NMDA receptor activity. (2005)
  • 著者名/発表者名: Iki, J.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 22 ページ: 2985-2994
• [雑誌論文] Determination of absolute protein numbers in single synapses by a GFP-based calibration technique. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama, Y.
  • 雑誌名: Nature Methods 2 ページ: 677-684
• [雑誌論文] Direct visualization of cell movement in the embryonic olfactory bulb using green fluorescent protein transgenic mice : evidence for rapid tangential migration of neural cell precursors. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, K.
  • 雑誌名: Neuroscience Reseaerch 51 ページ: 199-214
• [雑誌論文] Simultaneous Observation of Stably associated presynaptic varicosities and postsynaptic spine : morphological alteration of CA3-CA1. (2005)
  • 著者名/発表者名: Umeda, T.
  • 雑誌名: Molecular Cellular Neuroscience 28 ページ: 264-274