シナプス結合構造の構築則の解明とその応用

• 研究領域: 脳情報動態を規定する多領野連関と並列処理
• 研究課題/領域番号: 18H05120
• 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
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 深澤 有吾 福井大学, 学術研究院医学系部門, 教授 (60343745)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2018年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: シナプス結合 / 超微形態 / FIB-SEM / 微細構造 / 電子顕微鏡 / 構造相関

研究実績の概要

本課題では、最新の電子顕微鏡観察技術と画像解析技術を組み合わせて、シナプス結合の微細構造のダイナミズムを精緻且つ定量的に評価する解析系を確立し、「シナプス結合の構築則」を明らかにする。そしてこの構築則に基づいて「シナプス関連分子のシナプス構築における役割」を同定すると共に、「精神疾患モデルマウスにおける新たなシナプス構造異常の検出」も目指す。R1年度に実施した実験と結果の概要は以下の通り。
（１）シナプス内微細構造間相関解析法の強化　R1年度までにFIB-SEMを用いたシナプス前後構造丸ごとの定量的形態解析手法の基盤を確立した。また、「画像解析プログラムの開発」については、AI技術を用いた画像情報の自動抽出に必要な電子顕微鏡画像の必要条件を決定した。そこでR1年度は本解析基盤を応用した下記解析を実施した。
（２）シナプス内微細構造相関解析法の応用　Neuroligin-3 KOマウス、N-cadherin KOマウスのシナプス構造を解析し、Neuroligin-3 KOマウスにはシナプス前後協調の異常が認められないことを明らかにした。また、豊富環境下で飼育したマウスのシナプス構造についても解析し、神経活動とシナプス可塑性の誘導は、シナプス前後協調に変化を与えないことを明らかにした。これらの結果をまとめ、現在論文投稿の準備を行っている。
（３）脳組織の急速凍結法と電子顕微鏡試料作成法の確立　高圧凍結法を利用した物理固定 (氷包埋) 法による試料作製手法を用いて、シナプス結合の微細構造情報を取得する実験を行い、生きた実験動物から迅速に脳組織を採取し、急速凍結する実験プロトコールのテストを数回実施すると共に、凍結した試料を電子顕微鏡観察用に樹脂包埋する方法を導入し確立した。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] オーストリア国立科学研究所/インスブルック大学(オーストリア)
• [国際共同研究] カスティーララマンチャ大学(スペイン)
• [国際共同研究] ピッツバーグ大学(米国)
• [国際共同研究] オックスフォード大学(英国)
• [国際共同研究] フライブルグ大学(ドイツ)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] IST Austria(オーストラリア)
• [国際共同研究] University of Castilla La-Mancha(スペイン)
• [国際共同研究] University of Pittsburgh(米国)
• [雑誌論文] Advantages of Acute Brain Slices Prepared at Physiological Temperature in the Characterization of Synaptic Functions (2020)
  • 著者名/発表者名: Eguchi Kohgaku、Velicky Philipp、Hollergschwandtner Elena、Itakura Makoto、Fukazawa Yugo、Danzl Johann Georg、Shigemoto Ryuichi
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 14 ページ: 63-63
  • DOI: 10.3389/fncel.2020.00063
  • NAID: 120006862680
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Physical disuse contributes to widespread chronic mechanical hyperalgesia, tactile allodynia, and cold allodynia through neurogenic inflammation and spino-parabrachio-amygdaloid pathway activation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohmichi Y, Ohmichi M, Tashima R, Osuka K, Fukushige K, Kanikowska D, Fukazawa Y, Yawo H, Tsuda M, Naito M, Nakano T.
  • 雑誌名: Pain 巻: - 号: 8 ページ: 1808-1823
  • DOI: 10.1097/j.pain.0000000000001867
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] GABAergic neurons in the olfactory cortex projecting to the lateral hypothalamus in mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Murata K, Kinoshita T, Fukazawa Y, Kobayashi K, Kobayashi K, Miyamichi K, Okuno H, Bito H, Sakurai Y, Yamaguchi M, Mori K, Manabe H
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 9 号: 1 ページ: 7132-7132
  • DOI: 10.1038/s41598-019-43580-1
  • NAID: 120006862679
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expression mapping, quantification, and complex formation of GluD1 and GluD2 glutamate receptors in adult mouse brain (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamoto Chihiro、Konno Kohtarou、Miyazaki Taisuke、Nakatsukasa Ena、Natsume Rie、Abe Manabu、Kawamura Meiko、Fukazawa Yugo、Shigemoto Ryuichi、Yamasaki Miwako、Sakimura Kenji、Watanabe Masahiko
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 528 号: 6 ページ: 1003-1027
  • DOI: 10.1002/cne.24792
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Opposing roles of dopamine receptor D1- and D2-expressing neurons of the anteromedial olfactory tubercle in acquisition of place preference (2019)
  • 著者名/発表者名: Koshi Murata, Tomoki Kinoshita, Yugo Fukazawa, Kenta Kobayashi, Akihiro Yamanaka, Takatoshi Hikida, Hiroyuki Manabe, and Masahiro Yamaguchi
  • 雑誌名: Frontiers in Behavioral Neuroscience 巻: 13 ページ: 50-50
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2019.00050
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microglial SIRPα regulates the emergence of CD11c+ microglia and demyelination damage in white matter. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato-Hashimoto M, Nozu T, Toriba R, Horikoshi A, Akaike M, Kawamoto K, Hirose A, Hayashi H, Nagai H, Shimizu W, Saiki A., Ishikawa T, Elhanbaly R, Kotani T, Murata Y, Saito Y, Naruse M, Shibasaki K, Oldenborg P.-A, Jung S, Matozaki T, Fukazawa Y, Ohnishi H.
  • 雑誌名: eLife 巻: - ページ: 1-29
  • DOI: 10.7554/elife.42025
  • NAID: 120006604638
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PIP3-Phldb2 is crucial for LTP regulating synaptic NMDA and AMPA receptor density and PSD95 turnover (2019)
  • 著者名/発表者名: Xie Min-Jue、Ishikawa Yasuyuki、Yagi Hideshi、Iguchi Tokuichi、Oka Yuichiro、Kuroda Kazuki、Iwata Keiko、Kiyonari Hiroshi、Matsuda Shinji、Matsuzaki Hideo、Yuzaki Michisuke、Fukazawa Yugo、Sato Makoto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 4305-4305
  • DOI: 10.1038/s41598-019-40838-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SK2 Channels Associate With mGlu1α Receptors and CaV2.1 Channels in Purkinje Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Lujan Rafael、Aguado Carolina、Ciruela Francisco、Arus Xavier Morato、Martin-Belmonte Alejandro、Alfaro-Ruiz Rocio、Martinez-Gomez Jesus、de la Ossa Luis、Watanabe Masahiko、Adelman John P、Shigemoto Ryuichi、Fukazawa Yugo
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 12 ページ: 311-311
  • DOI: 10.3389/fncel.2018.00311
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optogenetic Control of Synaptic AMPA Receptor Endocytosis Reveals Roles of LTD in Motor Learning (2018)
  • 著者名/発表者名: Kakegawa Wataru、Katoh Akira、Narumi Sakae、Miura Eriko、Motohashi Junko、Takahashi Akiyo、Kohda Kazuhisa、Fukazawa Yugo、Yuzaki Michisuke、Matsuda Shinji
  • 雑誌名: Neuron 巻: 99 号: 5 ページ: 985-998
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.07.034
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Elasticity-based boosting of neuroepithelial nukleokinesis via indirect energy transfer from mother to daughter (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoyasu Shinoda, Arata Nagasaka, Yasuhiro Inoue, Ryo Higuchi, Yoshiaki Minami, Kagayaki Kato, Makoto Suzuki, Takefumi Kondo, Takumi Kawaue, Kanako Saito, Naoto Ueno, Yugo Fukazaawa, Masaharu Nagayama, Takashi Miura, Taiji Adachi, Takaki Miyata
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: 16 号: 4 ページ: 2004426-2004426
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.2004426
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Layer-specific morphological and molecular differences in neocortical astrocytes and their dependence on neuronal layers (2018)
  • 著者名/発表者名: Lanjakornsiripan Darin、Pior Baek-Jun、Kawaguchi Daichi、Furutachi Shohei、Tahara Tomoaki、Katsuyama Yu、Suzuki Yutaka、Fukazawa Yugo、Gotoh Yukiko
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1623-1623
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03940-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 歯を含む硬組織における感覚受容関連分子の発現と局在についての解析基盤の確立 (2019)
  • 著者名/発表者名: 領家崇、黒田一樹、村田航志、酒井涼、吉村仁志、佐野和生、深澤有吾
  • 学会等名: 日本解剖学会 第79回中部支部学術集会
• [学会発表] 凍結割断レプリカ標識法と免疫タグノックインを組合せた神経細胞におけるNa+/K+ ATPase alpha 3の定量的膜上分布解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 黒田一樹，石川達也，村田航志，深澤有吾
  • 学会等名: 第124回日本解剖学会全国学術集会
• [学会発表] Construction rules of the axospinous synapses revealed by FIB-SEM imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Yugo Fukazawa, Taito Sakurai, Ruwaida Elhanbaly, Tatsuya Ishikawa
  • 学会等名: 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • 国際学会
• [学会発表] 白質の損傷と修復を制御するミクログリアの分子シグナル (2018)
  • 著者名/発表者名: 永井裕美，橋本美穂，堀越絢乃，Ruwaida Elhanbaly，石川達也，的崎尚，深澤有吾，大西浩史
  • 学会等名: 第61回日本神経化学会大会
• [学会発表] Construction rules of the axospinous synapse revealed by quantitative electron microscopy and novel structural anomalies of the synapse in gene-mutated mouse lines (2018)
  • 著者名/発表者名: Yugo Fukazawa
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] Endosomal Q-SNARE Syntaxin 7 specifies a subpopulation of recycling synaptic vesicles preferentially responsive to high frequency stimulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasunori Mori, Yugo Fukazawa, Shigeo Takamori
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会大会
• [備考] 福井大学医学部脳形態機能学分野
  • URL: https://www.med.u-fukui.ac.jp/laboratory/brain/
• [備考] 脳形態機能学（解剖学２）
  • URL: https://www.med.u-fukui.ac.jp/laboratory/brain/