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シナプス可塑性の基盤となる液-液相分離制御機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22KF0163
補助金の研究課題番号 21F21384 (2021-2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2021-2022)
応募区分外国
審査区分 小区分46010:神経科学一般関連
研究機関京都大学 (2023)
名古屋大学 (2021-2022)

研究代表者

劉 品吾 (2023)  京都大学, 医学研究科, 研究員 (60886563)

木下 専 (2021-2022)  名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30273460)

研究分担者 LIU PIN-WU  名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2023年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードsynaptic plasticity / memory / phase separation / シナプス / シナプス伝達 / シナプス可塑性 / 液-液相分離 / シナプス後膜肥厚 / 樹状突起棘 / スパイン / 記憶
研究開始時の研究の概要

学習・記憶の素過程であるシナプスの情報伝達は、PSDと呼ばれる蛋白質の集合体により調節されており、PSDの大きさがシナプス強度に比例する。学習後や睡眠時などでは細胞全体のシナプスの恒常性と可塑性を維持するためにPSDが縮小し、シナプス強度が抑圧されるが、その分子機構は不明である。本研究ではCaMKNsによるPSDの離散がシナプス強度の抑圧を介して恒常性維持に寄与するという仮説を検証する。

研究実績の概要

Our study aims to understand memory formation by investigating synaptic plasticity and liquid-liquid phase separation (LLPS). We previously identified a “CaMKII-mediated LLPS condensate” responsive to calcium stimulation, indicative of learning-like events. In this project, we found that dissociation of this LLPS condensate revealed a gradual loss of resistance to its disruptor, suggesting a role in synaptic transmission down-regulation. Additionally, we found an unfamiliar phosphorylation of NMDA-type glutamate receptors within this condensate, linking LLPS dynamics to synaptic protein modifications.
This discovery not only enhances our understanding of synaptic plasticity but also opens possibilities for exploring LLPS in other neurobiological processes. For example, follow-up studies can involve validating LLPS-mediated synaptic modulation using gene-editing tools, like CRISPR-Cas9 knock-in, with living cell and/or tissue cultures. Also, we can develop photoresponsible sensors based on these finding, that would enable us to directly manipulate the formation and dissociation of LLPS condensate. By doing so, we can advance our knowledge of memory formation and potentially identify therapeutic targets for memory-related disorders, like dementia.

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Molecular diversity and functional dynamics in the central amygdala2024

    • 著者名/発表者名
      Yeh Li-Feng、Zuo Shuzhen、Liu Pin-Wu
    • 雑誌名

      Frontiers in Molecular Neuroscience

      巻: 17

    • DOI

      10.3389/fnmol.2024.1364268

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] CaMKII activation persistently segregates postsynaptic proteins via liquid phase separation2021

    • 著者名/発表者名
      Hosokawa Tomohisa、Liu Pin-Wu、Cai Qixu、Ferreira Joana S.、Levet Florian、Butler Corey、Sibarita Jean-Baptiste、Choquet Daniel、Groc Laurent、Hosy Eric、Zhang Mingjie、Hayashi Yasunori
    • 雑誌名

      Nature Neuroscience

      巻: not yet 号: 6 ページ: 777-785

    • DOI

      10.1038/s41593-021-00843-3

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Regulation of synaptic nanodomain by liquid?liquid phase separation: A novel mechanism of synaptic plasticity2021

    • 著者名/発表者名
      Liu Pin-Wu、Hosokawa Tomohisa、Hayashi Yasunori
    • 雑誌名

      Current Opinion in Neurobiology

      巻: 69 ページ: 84-92

    • DOI

      10.1016/j.conb.2021.02.004

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Regulation of the Stability and Localization of Post-synaptic Membrane Proteins by Liquid-Liquid Phase Separation2021

    • 著者名/発表者名
      Hosokawa Tomohisa、Liu Pin-Wu
    • 雑誌名

      Frontiers in Physiology

      巻: 12 ページ: 795757-795757

    • DOI

      10.3389/fphys.2021.795757

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Dissociation factors for the nanodomain of glutamate receptors on postsynaptic membrane2023

    • 著者名/発表者名
      Liu P-W, Hosokawa T, Hayashi Y.
    • 学会等名
      Retreat for Multidimensional Analysis of Memory Mechanisms
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 液-液相分離によるグルタミン酸受容体のシナプス内分離のデュアルカラーSTORMイメージング2022

    • 著者名/発表者名
      劉 品吾、細川 智永、林 康紀
    • 学会等名
      Neuro2022 (第45回日本神経科学会大会)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Calcium-induced persistent formation of protein condensate on Post-Synaptic Density by liquid-liquid phase separation2021

    • 著者名/発表者名
      Tomohisa Hosokawa, Pin-Wu Liu, Makoto Kinoshita, Yasunori Hayashi
    • 学会等名
      第44回日本神経科学会年会/第1回CJK国際会議
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Modification of physical properties and reconstruction of postsynaptic density by liquid-liquid phase separation2021

    • 著者名/発表者名
      Tomohisa Hosokawa, Pin-Wu Liu, Makoto Kinoshita
    • 学会等名
      第 44 回日本分子生物学会年会(MBSJ2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-02-08   更新日: 2024-12-25  

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