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1分子イメージングによる老化脳タンパク質の細胞毒性機序の解明

公募研究

研究領域脳タンパク質老化と認知症制御
研究課題/領域番号 17H05710
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
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

坂内 博子  国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 客員研究員 (40332340)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 交付 (2018年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード1分子イメージング / 神経変性疾患 / タウ / アルツハイマー病 / シナプス可塑性 / LTD / AMPA受容体 / 老化タンパク質 / カルシウムイメージング
研究実績の概要

分子の動きを1分子解像度で解析できる「量子ドット1分子イメージング法」は、細胞膜に現れる細胞・分子レベルの異常を検出するための、画期的なブレイクスルーである。本研究では、この膜分子動態に着目し、老化脳タンパク質が引き起こす「異常な膜分子動態」を検出し、それらが神経細胞毒性を及ぼすシグナルカスケードを分子レベルで明らかにすることを目指している。今年度は、正常な神経細胞に発現する「生理的タウ」が神経機能に果たす役割について調べた。タウ欠損マウス由来の海馬初代培養神経細胞の膜分子動態に現れる異常を、量子ドット1分子イメージング法を用いて解析した。量子ドットで神経機能に関わる機能膜タンパク質(神経伝達物質受容体、Gタンパク質共役型受容体、細胞接着因子、トランスポーター、リガンド受容体)をラベルし、1分子解像度で細胞膜上での分子動態を追跡したところ、タウ欠損神経細胞の樹状突起・細胞体において、特定の膜分子の動態が増加することがわかった。タウ欠損により興奮性シナプスの長期抑圧(LTD)が失われることが先行研究により報告されている。その分子機構を明らかにするために、LTD誘導時のAMPA受容体分子の1分子の動きと、AMPA受容体のエンドサイトーシス量を測定した。1分子イメージングにより解析したところ、タウ欠損マウスと野生型のAMPA受容体の拡散ダイナミクスが異なることがわかった。また、内在性AMPA受容体のエンドサイトーシス量を定量化するために、pH感受性蛍光色素Acidifluorを利用した新規エンドサイトーシス定量化法を開発した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

1分子動態を網羅的に解析するという独創的な手法を用いたからこそ、思いがけない生理的タウの役割を発見することができた。また、1分子ラベリングの方法を応用して、新規受容体のエンドサイトーシス定量法を確立することができた。

今後の研究の推進方策

平成29年度の結果を、論文としてまとめる。今後はアルツハイマー病モデルマウス由来の神経細胞における1分子レベルの病態を解析する。また、疾患モデルiPS細胞における分子動態異常解析の準備も整っている。今年度はそれらのデータを集中的に取得する。また、領域内の共同研究として、自己免疫性介在性脳炎患者の血清・CSF、あるいはてんかんの原因遺伝子が膜分子動態に対する影響を検討する。

報告書

(1件)
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] University of Dusseldorf(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Molecular membrane dynamics: Insights into synaptic function and neuropathological disease2018

    • 著者名/発表者名
      Bannai Hiroko
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 129 ページ: 47-56

    • DOI

      10.1016/j.neures.2017.07.007

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Astroglial Ca2+ signaling is generated by the coordination of IP3R and store-operated Ca2+ channels2017

    • 著者名/発表者名
      Sakuragi S, Niwa F, Oda Y, Mikoshiba K, Bannai H
    • 雑誌名

      Biochem Biophys Res Commun

      巻: 486 号: 4 ページ: 879-885

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2017.03.096

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Basal ryanodine receptor activity suppresses autophagic flux2017

    • 著者名/発表者名
      Vervliet T, Pintelon I, Welkenhuyzen K, Bootman MD, Bannai H, Mikoshiba K, Martinet W, Nadif Kasri N, Parys JB, Bultynck G
    • 雑誌名

      Biochem Pharmacol.

      巻: 132 ページ: 133-142

    • DOI

      10.1016/j.bcp.2017.03.011

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Physiology and pathology of the brain revealed by single molecule dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      坂内博子、御子柴克彦
    • 学会等名
      第123回日本解剖学会総会・全国学術集会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A new approach to decoding of Ca2+ signals in a single cell2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroko Bannai, Fumihiro Niwa, Shigeo Sakuragi, Katsuhiko Mikoshiba
    • 学会等名
      第54回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular mechanism supporting brain functions revealed by single molecule dynamics and subcellular Ca2+ signaling2017

    • 著者名/発表者名
      BANNAI Hiroko, Fumihiro Niwa, Shigeo Sakuragi, Katsuhiko Mikoshiba
    • 学会等名
      11th International Symposium on Nanomedicine
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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