免疫組織化学にとって代わる内在タンパク質の発現局在を調べるための革新的方法の開発

• 研究課題/領域番号: 20K21461
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分46:神経科学およびその関連分野
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 内ヶ島 基政 新潟大学, 脳研究所, 准教授 (10614662)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 分子標識 / ゲノム編集 / 化学タグ / 免疫組織化学 / 超解像顕微鏡 / 組織透明化 / 単一ニューロン / シナプス / 興奮性シナプス / グルタミン酸受容体 / 足場タンパク質 / 機械学習 / 化学プローブ / タンパク質 / 化学プローブタグ / 光学顕微鏡 / 電子顕微鏡

研究開始時の研究の概要

タンパク質の細胞内における詳細な局在を知ることは細胞の生理機能を分子レベルで知る上で重要である。本研究は、ゲノム編集技術により化学プローブタグを融合させた内在タンパク質に高感度小分子リガンドを結合させ、光学および電子顕微鏡を用いてミクロからナノレベルのイメージングを行うことで、あらゆる内在タンパク質を高感度かつ高分解能で検出するための革新的プラットフォームを開発する。

研究成果の概要

内在タンパク質の細胞内局在を知ることは細胞の生理機能を知る上で重要である。免疫組織化学は内在タンパク質の分布を調べる方法として広く使用されるが、プローブとなる抗体はその巨大さ故、シナプスのような高密度構造内の目的タンパク質を標識できない。本研究はこの問題を克服するため、in vivoゲノム編集を用いて目的タンパク質に融合させた化学タグを小さな蛍光リガンドで標識することで、目的タンパク質の発現分布を単一細胞レベルで高感度かつ定量的に評価できる、免疫組織化学に取って代わる新規手法を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発された技術は、これまで検出が困難であった内在タンパク質を他のタンパク質と同じ条件で検出することを十分可能にするため、シナプス構成タンパク質の新たな理解に寄与できる。また、従来のシナプスの機能の理解は、多数のシナプスの平均化されたデータに基づいてきたが、本技術を用いて実際の学習記憶に関わるシナプスを1シナプスレベルで解析できれば、学習記憶に伴ってどのシナプスで何が起きているのかをのシナプス構成タンパク質の視点から理解可能になると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] マサチューセッツ大学医学部(米国)
• [雑誌論文] Neuroligin-3: A Circuit-Specific Synapse Organizer That Shapes Normal Function and Autism Spectrum Disorder-Associated Dysfunction (2021)
  • 著者名/発表者名: Uchigashima Motokazu、Cheung Amy、Futai Kensuke
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Neuroscience 巻: 14 ページ: 749164-749164
  • DOI: 10.3389/fnmol.2021.749164
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Specific Neuroligin3?αNeurexin1 signaling regulates GABAergic synaptic function in mouse hippocampus (2020)
  • 著者名/発表者名: Uchigashima Motokazu、Konno Kohtarou、Demchak Emily、Cheung Amy、Watanabe Takuya、Keener David G、Abe Manabu、Le Timmy、Sakimura Kenji、Sasaoka Toshikuni、Uemura Takeshi、Imamura Kawasawa Yuka、Watanabe Masahiko、Futai Kensuke
  • 雑誌名: eLife 巻: 9
  • DOI: 10.7554/elife.59545
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced Retrieval of Taste Associative Memory by Chemogenetic Activation of Locus Coeruleus Norepinephrine Neurons (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukabori R, Iguchi Y, Kato S, Takahashi K, Eifuku S, Tsuji S, Hazama A, Uchigashima M, Watanabe M, Mizuma H, Cui Y, Onoe H, Hikishima K, Yasoshima Y, Osanai M, Inagaki R, Fukunaga K, Nishijo T, Momiyama T, Benton R, & Kobayashi K
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 40 号: 43 ページ: 8367-8385
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1720-20.2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Neuroligin3 splice isoforms shape inhibitory synaptic function in the mouse hippocampus (2020)
  • 著者名/発表者名: Uchigashima Motokazu、Leung Ming、Watanabe Takuya、Cheung Amy、Le Timmy、Pallat Sabine、Dinis Alexandre Luis Marques、Watanabe Masahiko、Kawasawa Yuka Imamura、Futai Kensuke
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 25 ページ: 8589-8595
  • DOI: 10.1074/jbc.ac120.012571
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Methodological approaches to understand the molecular mechanism of structural plasticity of dendritic spines (2020)
  • 著者名/発表者名: Mikuni Takayasu、Uchigashima Motokazu
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 巻: in press 号: 8 ページ: 6902-6911
  • DOI: 10.1111/ejn.14734
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] SeeThrough - live neuronal imaging through cleared skull in mammalian brain (2022)
  • 著者名/発表者名: Xinyi Liu, Motokazu Uchigashima, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Kazuki Tainaka, Takayasu Mikuni
  • 学会等名: 第11回 生理研‐霊長研‐脳研 合同シンポジウム
• [学会発表] シナプス構成タンパク質をハイスループットに可視化するための技術開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 内ヶ島基政
  • 学会等名: 第759回新潟医学会例会
  • 招待講演
• [学会発表] Specific Neuroligin3-αNeurexin1 Trans-synaptic Interaction Regulates GABAergic Synaptic Function in an Input Cell Type-Dependent Manner (2021)
  • 著者名/発表者名: Uchigashima Motokazu、Konno Kohtarou、Demchak Emily、Cheung Amy、Watanabe Takuya、Keener David G、Abe Manabu、Le Timmy、Sakimura Kenji、Sasaoka Toshikuni、Uemura Takeshi、Imamura Kawasawa Yuka、Watanabe Masahiko、Futai Kensuke
  • 学会等名: 第126回 日本解剖学会総会・全国学術集会