学習前の神経回路の操作を可能にする革新的光学技術の開発

• 研究領域: 多様性から明らかにする記憶ダイナミズムの共通原理
• 研究課題/領域番号: 16H01278
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 竹本 研 横浜市立大学, 医学部, 助教 (80466432)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: 光操作 / 神経可塑性 / CALI法

研究実績の概要

申請者が以前開発したGluA1のCALI法は、GluA1細胞外ドメインにエピトープを持つ抗体を利用したものであり、シナプス提示されたGluA1ホモマーを特異的に機能破壊できる。本研究でもGluA1のCALI技術と同様に、シナプスに発現し機能するNMDA受容体を機能破壊するために、NMDA受容体の細胞外ドメインに対する抗体を取得し、CALIが可能なもののスクリーニングを行う。NMDA受容体はヘテロ4量体を形成しており、必ずNR1サブユニットを含む。これまでに8種のNR1のスプライスバリアントが報告されているが、マウス成体脳では主にNR1-1A/NR2A複合体が主に発現しているため、本研究ではNR1-1Aに対する抗体の取得を進めた。
昨年までの研究において、内在性NMDA受容体をCALIで機能破壊出来る抗体を1クローン単離する事に成功したが、分子特異性について検討したところ、AMPA電流成分も多少減少することが分かり、完全な分子特異性を見出すことはできなかった。これを改善するには内在性分子を認識する抗体をより多く単離する事が重要と考え、抗体取得方法をペプチド免疫からDNA免疫に変更し再びモノクローナル抗体の取得を進めた。また標的分子を学習前のbasalなシナプス活動そのものに関与するGluA3に変更し、将来より多角的な研究を進めるためのツールの開発を目指した。これまでにハイブリドーマ78種類を単離し、FCM解析により78種類中25種類がnativeなGluA3分子を認識することが分かった。さらにクローニングとGluA3に対する特異性を検討し、現在までにGluA3を特異的に認識する10種類の抗体を取得することに成功している。また副産物としてGluA1-3全てを認識する抗体やGluA2-3を特異的に認識する抗体も得られており、別途研究に用いることを考えている。現在電気生理学的解析により、最も効率良くCALIが可能な抗体を同定中である。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Optical inactivation of synaptic AMPA receptors erases fear memory. (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Takemoto, H. Iwanari, H. Tada, K. Suyama, A. Sano, T. Nagai, T. Hamakubo, T. Takahashi
  • 雑誌名: Nat Biotechnol 巻: 35 号: 1 ページ: 38-47
  • DOI: 10.1038/nbt.3710
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Social isolation suppresses actin dynamics and synaptic plasticity through ADF/cofilin inactivation in the developing rat barrel cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Tada H, Miyazaki T, Takemoto K, Jitsuki S, Nakajima W, Koide M, Yamamoto N, Taguchi A, Kawai H, Komiya K, Suyama K, Abe H, Sano A, Takahashi T.
  • 雑誌名: Sci. Rep 巻: 7 号: 1 ページ: 8471-8471
  • DOI: 10.1038/s41598-017-08849-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nogo Receptor Signaling Restricts Adult Neural Plasticity by Limiting Synaptic AMPA Receptor Delivery. (2016)
  • 著者名/発表者名: Jitsuki S, Nakajima W, Takemoto K, Sano A, Tada H, Takahashi-Jitsuki A, Takahashi T
  • 雑誌名: Cerebral cortex 巻: 26(1) 号: 1 ページ: 427-439
  • DOI: 10.1093/cercor/bhv232
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dysregulation of a potassium channel, THIK-1, targeted by caspase-8 accelerates cell shrinkage (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakamaki K, Ishii TM, Sakata T, Takemoto K, Takagi C, Takeuchi A, Morishita R, Takahashi H, Nozawa A, Shinoda H, Chiba K, Sugimoto H, Saito A, Tamate S, Satou Y, Jung SK, Matsuoka S, Koyamada K, Sawasaki T, Nagai T, Ueno N
  • 雑誌名: Biochim Biophys Acta 巻: 1863 号: 11 ページ: 2766-2783
  • DOI: 10.1016/j.bbamcr.2016.08.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neonatal isolation augments social dominance by altering actin dynamics in the medial prefrontal cortex. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tada H, Miyazaki T, Takemoto K, Takase K, Jitsuki S, Nakajima W, Koide M, Yamamoto N, Komiya K, Suyama K, Sano A, Taguchi A, Takahashi T
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 113 号: 45
  • DOI: 10.1073/pnas.1606351113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Complex-specific optical inactivation of neurotransmitter receptors for memory decoding (2017)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K and Takahashi T
  • 学会等名: 第40回 日本神経科学会
• [学会発表] Complex-specific optical inactivation of synaptic AMPA receptors erases fear memory (2017)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K and Takahashi T
  • 学会等名: 第40回 日本分子生物学会
• [学会発表] Optical inactivation of synaptic AMPA receptors for artificial memory erasure (2016)
  • 著者名/発表者名: Takemoto K, Iwanari H, Nagai T, Hamakubo T and Takahashi T
  • 学会等名: Neuro2016
• [学会発表] 複合体特異的なAMPA受容体の光不活化と恐怖記憶の消去 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹本 研、岩成 宏子、永井 健治、浜窪 隆雄、高橋 琢哉
  • 学会等名: 第39回 日本分子生物学会年会