中枢神経細胞における軸索内局所的蛋白合成の分子メカニズム

• 研究課題/領域番号: 22500329
• 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: 神経化学・神経薬理学
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 武井 延之 新潟大学, 脳研究所, 准教授 (70221372)
• 連携研究者: 難波 寿明 新潟大学, 脳研究所, 助教 (90332650)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2012年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2011年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2010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: 細胞内情報伝達 / 局所翻訳 / 蛋白合成 / 成長円錐 / 翻訳調節 / eIF2a / eIF2Be / 局所的翻訳 / BDNF / Wnt3a / eEF2 / GSK3b / eIF2Bε

研究概要

軸索先端(成長円錐)における翻訳装置の存在。翻訳装置として必須であるのはリボソームであるが従来軸索内にはリボソームは存在しないと言われてきた。成長円錐に関しては不明であり、局所翻訳が指摘されている今も明らかになっていない。本研究では各種リボソーム蛋白に体する抗体を用い、免疫染色を行った。初代培養した海馬神経細胞及び、後根神経節神経細胞の成長円錐において陽性反応が得られた。さらに成長円錐内には各種翻訳因子の存在も確認された。成長円錐の形態は原子間力顕微鏡で詳細に解析しており、リボソームの局在という新たな知見を得ることが出来た。
軸索/成長円錐内局所的蛋白合成の証明とトリガーの探索。成長円錐での翻訳活性化因子としてBDNF (brain- derived neurotrphic factor)とWnt3aを同定できた。これまでのRIラベルしたメチオニンの取込み実験に加え、ピューロマイシンとその抗体を用いた方法による免疫細胞化学染色によって成長円錐において刺激(BDNF, Wnt3a)応答性に蛋白合成の亢進することを見いだした。
以上の結果は神経細胞の成長円錐には翻訳装置が存在し、神経栄養因子などの刺激によって新規蛋白合成が局所で起ることを示している。このことは突起伸展、軸索誘導などの生理的現象の分子基盤の一つであると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Interactions between subcorticalheterotopia and overlying hippocampus mediated by NMDA receptors in humanbrain slices (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitaura H, Oishi M, Takei N, Fu YJ, Hiraishi T, Fukuda M, Takahashi H,Shibuki K, Fujii Y, and Kakita A
  • 雑誌名: Epilepsia Jul 巻: 53(7)
• [雑誌論文] Cell-surface expression of themajor Aβdegrading enzyme, neprilysin,depends on phosphorylation by MEK anddephosphorylation by protein phosphatase1a (2012)
  • 著者名/発表者名: Kakiya N, Saito T, Nilsson P, Matsuba Y,Tsubuki S, Takei N, Nawa H, Saido TC
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 287(35) ページ: 29362-72
• [雑誌論文] 神経細胞特異的翻訳調節機構「基礎の基礎」 (2012)
  • 著者名/発表者名: 武井延之
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 31 ページ: 642-645
• [雑誌論文] 神経細胞特異的翻訳調節機構「翻訳調節と脳高次機能」 (2012)
  • 著者名/発表者名: 武井延之
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 31 ページ: 687-691
• [雑誌論文] Periventricular nodular heterotopia functionally couples with the overlying hippocampus. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitaura H
  • 雑誌名: Epilepsia 巻: 53 号: 7 ページ: 127-131
  • DOI: 10.1111/j.1528-1167.2012.03509.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell surface expression of the major amyloid-β peptide (Aβ)-degrading enzyme, neprilysin, depends on phosphorylation by mitogen-activated protein kinase/extracellular signal-regulated kinase kinase (MEK) and dephosphorylation by protein phosphatase 1a. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kakiya, Naomasa
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 巻: 287 号: 35 ページ: 29362-29572
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.340372
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dopamine D1-like Receptor-dependent Ectodomain Shedding and Release of Epidermal Growth Factor in Developing Striatal Neurons: (Part2) Target-Derived Neurotrophic Signaling (2011)
  • 著者名/発表者名: Iwakura Y., Wang, R., Abe, Y., Piao, Y., Shishido,Y., Higashiyama, S., Takei, N.and Nawa, H
  • 雑誌名: J Neurochem 巻: 118 ページ: 57-68
• [雑誌論文] Qualitative and Quantitative Re-evaluation of Epidermal Growth Factor-ErbB1 Action on Developing Midbrain Dopamine Neurons in vivo nd in vitro; (Part 1) Target-Derived Neurotrophic Signaling (2011)
  • 著者名/発表者名: wakura, Y., Zheng, Y., Abe, Y., Piao, Y., Yokomaku, D., Wang, R., Takei, N. and Nawa, H
  • 雑誌名: J Neurochem 巻: 118 ページ: 45-46
• [雑誌論文] Protein Production of an Active Neurotrophic Factor, Neuregulin-1; Qualitative Comparison of In Vitro Translation Systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Wang R, Iwakura Y, Araki K, Sotoyama H, Takei N and Nawa H
  • 雑誌名: Neurosci Lett 巻: 497 ページ: 90-93
• [雑誌論文] Qualitative and quantitative re-evaluation of epidermal growth factor-ErbB1 action on developing midbrain dopaminergic neurons in vivo and in vitro : target-derived neurotrophic signaling (Part 1) (2011)
  • 著者名/発表者名: Iwakura, et al
  • 雑誌名: Journal of Neurochemistry 巻: 118 号: 1 ページ: 45-56
  • DOI: 10.1111/j.1471-4159.2011.07287.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dopamine-dependent ectodomain shedding and release of epidermal growth factor in developing striatum : target-derived neurotrophic signaling (Part 2) (2011)
  • 著者名/発表者名: Iwakura, et al.
  • 雑誌名: Journal of Neurochemistry 巻: 118 号: 1 ページ: 57-68
  • DOI: 10.1111/j.1471-4159.2011.07295.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vitro production of an active neurotrophic factor, neuregulin-1 : qualitative comparison of different cell-free translation systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Wang, et al
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 巻: 497 ページ: 90-93
  • 査読あり
• [雑誌論文] ctivation of mammalian target of rapamycin signaling in spatial learning (2010)
  • 著者名/発表者名: Qi, S., Mizuno, M., Yonezawa, K., Nawa, H. and Takei, N
  • 雑誌名: Neurosci. Res 巻: 68 ページ: 88-93
• [雑誌論文] Downregulation of NF-kB signaling by N-terminal mutant huntingtin proteins induces oxdative stress and cell death (2010)
  • 著者名/発表者名: Reijonen, S., Kukkonen, J.P., Kairisalo, M., Takei, N., Lindholm, D. and Korhonen, L
  • 雑誌名: Cell Mol. Life Sci 巻: 67 ページ: 1929-194
• [雑誌論文] Activation of mammalian target of rapamycin signaling in spatial learning (2010)
  • 著者名/発表者名: Qi, S, et al.
  • 雑誌名: Neurosci.Res. 巻: 68 ページ: 88-93
  • 査読あり
• [雑誌論文] Downregulation of NF-kB signaling by N-terminal mutant of huntingtin proteins induces oxdative stress and cell death. (2010)
  • 著者名/発表者名: Reijonen, S, et al.
  • 雑誌名: Cell.Mol.Life Sci. 巻: 67 ページ: 1929-19416
  • 査読あり
• [学会発表] ラット脊髄後根神経節細胞の成長円錐の神経栄養因子による構造変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 星治
  • 学会等名: 第118回日本解剖学会
  • 発表場所: 高松
• [学会発表] 神経細胞における翻訳調節 (2012)
  • 著者名/発表者名: 武井延之
  • 学会等名: シンポジウム「シナプス伝達機構の理解」
  • 発表場所: 上智大学(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-10
• [学会発表] PallidalHyperdopaminergic Innervation Induced by Neonatal Exposure To Epidermal Growth Factor; Implication in Schizophrenia (2012)
  • 著者名/発表者名: Nawa, Hiroyuki
  • 学会等名: 11th meeting of APSN(asia pacific society for neurochemistry)
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] AMP-activated protein kinase counteracts BDNF-induced mammalian target of rapamycin complex1 signaling and protein synthesis in neurons (2012)
  • 著者名/発表者名: Ishizuka, Yuta
  • 学会等名: 11th meeting of APSN(asia pacific society for neurochemistry)
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] 神経細胞ではAMPKが成長因子によるmTORC1シグナル活性化と蛋白合成促進をドミナントに制御する。 (2011)
  • 著者名/発表者名: 武井延之
  • 学会等名: BMB2010(生化学会/分子生物学会合同年会)
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2011-12-10
• [学会発表] 神経細胞における翻訳調節:活動依存性と空間的特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 武井延之、那波宏之
  • 学会等名: 84回生化学会シンポジウム「翻訳制御の多様性」
  • 発表場所: 京都(オーガナイザー)
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] 神経細胞における翻訳調節:活動依存性と空間的特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 武井延之、那波宏之
  • 学会等名: 第84回日本生化学会シンポジウム2S6a「翻訳制御の多様性」
  • 発表場所: 京都国際会館(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-22
• [図書] 神経細胞特異的翻訳調節機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 武井延之監修
  • 総ページ数: 31
• [備考] 新潟大学脳研究所
  • URL: http://www.bri.niigata-u.ac.jp/