シナプス小胞膜タンパク質挙動の高時空間分解能解析

• 研究課題/領域番号: 18H02526
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分46010:神経科学一般関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 平野 丈夫 京都大学, 理学研究科, 教授 (50181178)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2018年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
• キーワード: シナプス / 神経伝達物質 / エキソサイトーシス / エンドサイトーシス / ライブイメージング / 蛍光タンパク質 / 脳・神経 / 蛍光ライブイメージング / 神経科学 / 生理学

研究成果の概要

シナプス前部からのシナプス小胞のエキソサイトーシスと小胞膜タンパク質のエンドサイトーシスによる細胞内への回収過程を、新蛍光ライブイメージング手法で研究した。エキソサイトーシスにより細胞膜へ移行した小胞膜タンパク質は細胞膜上で拡散してから回収されること、エキソサイトーシスが起こる部位はシナプス前部アクテイブゾーン細胞膜上に数か所存在し、刺激直後に起こる時と刺激から遅れて起こる時では部位が異なること、小胞膜タンパク質のエンドサイトーシスはアクテイブゾーンの周辺部で起こり、刺激後1秒以内で起こるエンドサイトーシスと数秒後に起こるエンドサイトーシスでは温度依存性が異なること、等を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、未解明の問題が多く残されているシナプス前部からのシナプス小胞の開口放出と、シナプス小胞膜タンパク質の細胞内への回収過程の詳細を明らかにすることに寄与する実験方法を確立し、それを活用することにより新知見を得た。これらの研究成果は、脳・神経系における情報伝達の分子・細胞機構の解明に貢献するとともに、将来的には幾多の神経・精神疾患の発症メカニズムの理解向上を介して、それらの予防・治療方法の改善に寄与することが期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Norepinephrine facilitates induction of long-term depression through β-adrenergic receptor at parallel fiber-to-Purkinje cell synapses in the flocculus. (2020)
  • 著者名/発表者名: Inoshita T, Hirano T.
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: - ページ: 141-150
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2020.05.037
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Amyloid-β oligomers suppress subunit-specific glutamate receptor increase during LTP (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Tanaka, Daiki Sakaguchi, Tomoo Hirano
  • 雑誌名: Alzheimer’s & Dementia: Translational Research & Clinical Interventions 巻: 5 号: 1 ページ: 797-808
  • DOI: 10.1016/j.trci.2019.10.003
  • NAID: 120007006206
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] LTDとrebound potentiationのOKR制御における役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井下拓真、平野丈夫
  • 雑誌名: Clinical Neuroscience 巻: 37 ページ: 940-942
• [雑誌論文] Visualization of Synchronous or Asynchronous Release of Single Synaptic Vesicle in Active-Zone-Like Membrane Formed on Neuroligin-Coated Glass Surface (2018)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Funahashi, Hiromitsu Tanaka, Tomoo Hirano
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 12 ページ: 1-10
  • DOI: 10.3389/fncel.2018.00140
  • NAID: 120006478048
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Suppression of AMPA Receptor Exocytosis Contributes to Hippocampal LTD (2018)
  • 著者名/発表者名: Shumpei Fujii, Hiromitsu Tanaka, Tomoo Hirano
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 38 号: 24 ページ: 5523-5537
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3210-17.2018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synaptic m6A Epitranscriptome Reveals Functional Partitioning of Localized Transcripts for Dynamic Tripartite Synapse Modulation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Merkurjev, D., Hong, W. T., Iida, K., Oomoto, I., Goldie, B. J., Yamaguti, H., Ohara, T. Kawaguchi, S. Y., Hirano, T., Martin, K. C., Pellegrini, M. & Wang, D. O.
  • 雑誌名: Nature Neuroscience 巻: 21 号: 7 ページ: 1004-1014
  • DOI: 10.1038/s41593-018-0173-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ulk2 controls cortical excitatory?inhibitory balance via autophagic regulation of p62 and GABAA receptor trafficking in pyramidal neurons (2018)
  • 著者名/発表者名: Sumitomo Akiko、Yukitake Hiroshi、Hirai Kazuko、Horike Kouta、Ueta Keisho、Chung Youjin、Warabi Eiji、Yanagawa Toru、Kitaoka Shiho、Furuyashiki Tomoyuki、Narumiya Shuh、Hirano Tomoo、Niwa Minae、Sibille Etienne、Hikida Takatoshi、Sakurai Takeshi、Ishizuka Koko、Sawa Akira、Tomoda Toshifumi
  • 雑誌名: Human Molecular Genetics 巻: 27 号: 18 ページ: 3165-3176
  • DOI: 10.1093/hmg/ddy219
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visualization of exo- and endocytosis of AMPA receptors during hippocampal synaptic plasticity around postsynaptic-like membrane formed on glass surface. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience. 巻: 12 ページ: 1-10
  • DOI: 10.3389/fncel.2018.00442
  • NAID: 120006547374
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regulation and interaction of multiple types of synaptic plasticity in a Purkinje neuron and their contribution to motor learning. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirano,T.
  • 雑誌名: Cerebellum 巻: 17 号: 6 ページ: 756-765
  • DOI: 10.1007/s12311-018-0963-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Purkinje Neurons: Development, Morphology and Function. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirano,T.
  • 雑誌名: Cerebellum 巻: 17 号: 6 ページ: 699-700
  • DOI: 10.1007/s12311-018-0985-7
  • 査読あり
• [学会発表] 膜電位感受性蛍光プローブを用いた神経活動の時空間解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 森田雅登、平野丈夫、川口真也
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] Spatio-temporal integration of synaptic inputs in hippocampal neurons studied by membrane potential imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: 森田雅登、平野丈夫、川口真也
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [学会発表] 海馬神経細胞におけるシナプス入力統合の膜電位イメージングによる時空間解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 森田雅登、平野丈夫、川口真也
  • 学会等名: 第97回日本生理学会大会
• [学会発表] Effects of β-adrenergic receptor on long-term depression at parallel fiber to Purkinje neuron synapses in the cerebellar flocculus (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoshita T, Hirano T.
  • 学会等名: Neuroscience 2019, Chicago USA
  • 国際学会
• [学会発表] Different effects of noradrenaline on synaptic transmission and long-term depression at parallel fiber to Purkinje neuron synapses among cerebellar areas (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoshita T, Hirano T.
  • 学会等名: 第42回 日本神経科学大会
• [学会発表] Contribution of excitatory and inhibitory synaptic plasticity in a Purkinje neuron to oculomotor learning paradigms (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 学会等名: 75th Fujihara Seminar “Cerebellum as a CNS hub
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Subunit-specific effects on AMPA-type glutamate receptors caused by amyloid beta oligomers during hippocampal long-term potentiation (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, H., Sakaguchi, D. & Hirano, T.
  • 学会等名: Neuroscience 2018 in USA
  • 国際学会
• [学会発表] アミロイドベータによるサブユニット特異的なグルタミン酸受容体の動態異常 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中 洋光, 坂口 大輝, 平野 丈夫
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Regulation of reflex eye movement and its adaptation by norepinephrine in the cerebellar flocculus. (2018)
  • 著者名/発表者名: Inoshita, T. & Hirano, T.
  • 学会等名: 第41回 日本神経科学大会
• [図書] 何のための脳？ AI時代の行動選択と神経科学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 平野丈夫
  • 総ページ数: 145
  • 出版者: 京都大学学術出版会
  • ISBN: 9784814002306
• [備考] 京都大学大学院理学研究科生物科学専攻生物物理学教室神経生物学分科
  • URL: http://www.nb.biophys.kyoto-u.ac.jp/
• [備考] 平野研究室
  • URL: http://www.neurosci.biophys.kyoto-u.ac.jp/main.html