プルキンエ細胞シナプス後部におけるカルシニューリン依存的入力認識機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17K08485
• 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: 解剖学一般(含組織学・発生学)
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 宮崎 太輔 北海道大学, 保健科学研究院, 准教授 (90374230)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: プルキンエ細胞 / カルシニューリン / GABA / シナプス特異性 / 抑制性シナプス / GABA受容体 / バスケット細胞 / カルシウム

研究成果の概要

小脳のプルキンエ細胞では興奮性および抑制性入力に対し、それぞれ棘突起型非対称性シナプスおよび樹状突起型対称性シナプスを形成する。本研究では、シナプス伝達効率の長期可塑性に関わるカルシウム依存的脱リン酸化酵素カルシニューリンに着目し、この分子による発達期シナプス伝達効率変化が入力選択的なシナプス後部形成に関わっているという仮説を立てこの実験的証明を行った。その結果、カルシニューリンの触媒サブユニットであるCNB1が、小脳のプルキンエ細胞および抑制性介在ニューロンに発現しており、CNB1の機能欠失が興奮性および抑制性シナプス形成の入力特異性に大きく影響を与えていることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

中枢神経系の多くは興奮性および抑制性ニューロンに大別され、それらの入力を受けるシナプス後部ではそれぞれの神経伝達物質に対応したシナプス形成様式と神経伝達物質受容体発現が見られる。このようなシナプス形成様式は神経終末依存的な分子機構があると考えられてきたが、その実態については不明な点が多く残されていた。本研究の結果から、長期シナプス伝達に関わることが知られているカルシニューリンがシナプス後部において入力特異的なシナプス形成様式に関わっていることが示唆された。この研究により得られた成果はこれまでのシナプス形成様式モデルとは一線を画し、今後の発展が期待される学術的意義の高いものであると考えられる

研究成果

• [雑誌論文] Expression mapping, quantification, and complex formation of GluD1 and GluD2 glutamate receptors in adult mouse brain (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamoto Chihiro、Konno Kohtarou、Miyazaki Taisuke、Nakatsukasa Ena、Natsume Rie、Abe Manabu、Kawamura Meiko、Fukazawa Yugo、Shigemoto Ryuichi、Yamasaki Miwako、Sakimura Kenji、Watanabe Masahiko
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 528 号: 6 ページ: 1003-1027
  • DOI: 10.1002/cne.24792
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Elavl3 is essential for the maintenance of Purkinje neuron axons (2018)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Yuki、Kakumoto Kyoko、Yoshida Tetsu、Kuwako Ken-ichiro、Miyazaki Taisuke、Yamaguchi Junji、Konno Ayumu、Hata Junichi、Uchiyama Yasuo、Hirai Hirokazu、Watanabe Masahiko、Darnell Robert B.、Okano Hideyuki、Okano Hirotaka James
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 2722-2722
  • DOI: 10.1038/s41598-018-21130-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Maturation of Cerebellar Purkinje Cell Population Activity during Postnatal Refinement of Climbing Fiber Network. (2017)
  • 著者名/発表者名: Good JM, Mahoney M, Miyazaki T, Tanaka KF, Sakimura K, Watanabe M, Kitamura K, Kano M.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 21(8) 号: 8 ページ: 2066-2073
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.10.101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Retrograde BDNF to TrkB signaling promotes synapse elimination in the developing cerebellum. (2017)
  • 著者名/発表者名: Choo M, Miyazaki T, Yamazaki M, Kawamura M, Nakazawa T, Zhang J, Tanimura A, Uesaka N, Watanabe M, Sakimura K, Kano M.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 8(1) 号: 1 ページ: 195-195
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00260-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Serotonin rebalances cortical tuning and behavior linked to autism symptoms in 15q11-13 CNV mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakai N, Nagano M, Saitow F, Watanabe Y, Kawamura Y, Kawamoto A, Tamada K, Mizuma H, Onoe H, Watanabe Y, Monai H, Hirase H, Nakatani J, Inagaki H, Kawada T, Miyazaki T, Watanabe M, Sato Y, Okabe S, Kitamura K, Kano M, Hashimoto K, Suzuki H, Takumi T.
  • 雑誌名: Sci Adv. 巻: 3(6) 号: 6
  • DOI: 10.1126/sciadv.1603001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Glutamate transporter GLAST controls synaptic wrapping by Bergmann glia and ensures proper wiring of Purkinje cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki T, Yamasaki M, Hashimoto K, Kohda K, Yuzaki M, Shimamoto K, Tanaka K, Kano M, Watanabe M.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 114(28) 号: 28 ページ: 7438-7443
  • DOI: 10.1073/pnas.1617330114
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Alternative splicing in the C-terminal tail of Cav2.1 is essential for preventing a neurological disease in mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Aikawa T, Watanabe T, Miyazaki T, Mikuni T, Wakamori M, Sakurai M, Aizawa H, Ishizu N, Watanabe M, Kano M, Mizusawa H, Watase K.
  • 雑誌名: Hum Mol Genet. 巻: 26(16) ページ: 3094-3104
  • DOI: 10.1093/hmg/ddx193
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 小脳ルガロ細胞の帯状構造特異的な入出力様式 (2020)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Miyazaki, Miwako Yamasaki, Kenji F. Tanaka, Masahiko Watanabe
  • 学会等名: 第125回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] 小脳ルガロ細胞の帯状構造特異的な入力様式と介在ニューロンへの抑制性支配様式 (2019)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Miyazaki, Miwako Yamasaki, Kenji F. Tanaka, Masahiko Watanabe
  • 学会等名: Neuro2019
• [学会発表] Principal rule of neurotransmitter receptor localization at synapse (2019)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Miyazaki, Matthijs Verhage, Masahiko Watanabe, Susumu Tomita
  • 学会等名: Current Trends and Future Directions of Synapse-Circuit Plasticity Research
  • 国際学会
• [学会発表] Morphological classification of cerebellar interneurons and their connections (2018)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Miyazaki, Miwako Yamasaki, Kenji F. Tanaka , Masahiko Watanabe
  • 学会等名: Synaptic transmission Gordon Research Conference August 12-17, 2018 (Waterville Valley, NH)
  • 国際学会
• [学会発表] Calcineurin B1 subunit CNB1 in Purkinje cells regulates precise pre- and postsynaptic matching in inhibitory synapse formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Miyazaki, Kenji Sakimura , Masahiko Watanabe
  • 学会等名: 第８回新潟大学脳研究所共同研究拠点国際シンポジウム（新潟県新潟市）
  • 国際学会
• [学会発表] カルシウムチャネルCav2.1は成体期プルキンエ細胞の生存、バンド状発現、神経支配テリトリーの維持に不可欠である (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮崎 太輔, 山崎 美和子 ,崎村 建司, 渡辺 雅彦
  • 学会等名: 第63回東北・北海道連合支部学術集会（青森県弘前市）
• [学会発表] プルキンエ細胞に発現するカルシニューリンB1サブユニットは抑制性シナプス形成過程において適切なプレ－ポストシナプスの接着に関わっている (2017)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Miyazaki, Kenji Sakimura , Masahiko Watanabe
  • 学会等名: 第４０回日本神経科学大会（千葉県幕張市）