ロコモーション発達過程におけるグリシン作動性シナプスの形成

• 研究領域: 神経系の動作原理を明らかにするためのシステム分子行動学
• 研究課題/領域番号: 23115719
• 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: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 平田 普三 国立遺伝学研究所, 新分野創造センター, 准教授 (60402450)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2012年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2011年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: ロコモーション / 運動 / シナプス / ゼブラフィッシュ / 神経

研究実績の概要

ヒトでグリシン受容体の変異がビックリ病と呼ばれる運動障害を起こすことが知られており、グリシン作動性伝達はロコモーション制御に重要である。しかし、グリシン作動性シナプスの形成機構やその役割の分子基盤には不明の点が多かった。研究代表者はゼブラフィッシュの逃避運動、グリシン作動性シナプスの染色を指標にし、グリシン作動性シナプスの形成・維持機構、また運動における役割を研究した。ゼブラフィッシュ胚をグリシン受容体阻害剤であるストリキニーネの存在下で発生させると、見た目には正常に発生するが、グリシン作動性シナプス伝達が恒常的に阻害されているため、運動異常をしめす。抗グリシン受容体抗体でグリシン作動性シナプスを免疫染色すると、正常個体ではグリシン受容体はシナプスにクラスター上に染まるが、ストリキニーネ処理した個体ではクラスター状の染色が見られる、細胞膜に一様に分布するように観察される。これはグリシン受容体のシナプス局在にグリシン作動性シナプス伝達が必要であることを示唆するものであり、グリシン作動性シナプスは活動依存的に形成されると言える。研究代表者はその分子メカニズムの解明を目指し、さまざまな阻害剤を用いてグリシン受容体のクラスター形成の阻害を試みたが、受容体クラスターの形成にエル型カルシウムチャネル、カルモジュリン依存的キナーゼが必要であることが分かった。さらにGAL4-UASシステムを用いてカルモジュリン依存的キナーゼの阻害ペプチドをシナプス後細胞だけで発現させると同様にグリシン受容体クラスターの形成が阻害されたことから、カルモジュリン依存的キナーゼはシナプス後細胞で活性化されることが必要であることが明らかになった。これらの結果から、グリシン作動性シナプス伝達が後細胞でカルシウム上昇、カルモジュリン依存的キナーゼ活性化を介してグリシン作動性シナプス形成を制御することが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

24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

24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] Glycinergic transmission and postsynaptic activation of CaMKII are required for glycine receptor clustering in vivo (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka I, Miki M, Asakawa K, Kawakami K, Oda Y, Hirata H
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 18(3) 号: 3 ページ: 211-224
  • DOI: 10.1111/gtc.12032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Connexin 39.9 protein is necessary for coordinated activation of slow-twitch muscle and normal behavior in zebrafish (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirata H, Wen H, Kawakami Y, Naganawa Y, Ogino K, Yamada K, Saint-Amant L, Low SE, Cui WW, Zhou W, Sprague SM, Asakawa K, Muto A, Kawakami K, Kuwada JY
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 287(2) 号: 2 ページ: 1080-9
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.308205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Duplicated gephyrin genes showing distinct tissue distribution and alternative splicing patterns mediate Moco biosynthesis, glycine receptor clustering and escape behavior in zebrafish (2011)
  • 著者名/発表者名: Ogino, K., Ramsden, S.L., Keib, N., Schwarz, G., Harvey, R.J., Hirata, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 巻: 286 号: 1 ページ: 806-817
  • DOI: 10.1074/jbc.m110.125500
  • 査読あり
• [雑誌論文] TRPM7 is required within zebrafish sensory neurons for the activation of touch-evoked escape behaviors (2011)
  • 著者名/発表者名: Low, S.E., Amburgey, K., Horstick, E., Linsley, J., Sprague, S.M., Cui, W.W., Zhou, W., Hirata, H., Saint-Amant, L., Kuwada, J.Y.
  • 雑誌名: J.Neurosci. 巻: 31 号: 32 ページ: 11633-11644
  • DOI: 10.1523/jneurosci.4950-10.2011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental transition of touch response from slow muscle-mediated coilings to fast muscle-mediated burst swimming in zebrafish (2011)
  • 著者名/発表者名: Naganawa, Y., Hirata, H.
  • 雑誌名: Dev.Biol. 巻: 355 ページ: 194-204
  • 査読あり
• [雑誌論文] The biological role of the glycinergic synapse in early zebrafish motility (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirata, H., Takahashi, M., Yamada, K., Ogino, K.
  • 雑誌名: Neurosci.Res. 巻: 71 ページ: 1-11
  • 査読あり
• [学会発表] Formation and function of glycinergic synapse in zebrafish. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirata, H.
  • 学会等名: International Institute for Advanced Studies Research Project "Novel developments on the study of life and biological systems based on genome engineering and imaging science" The First Symposium.
  • 発表場所: 木津川（京都）
  • 年月日: 2013-02-23
  • 招待講演
• [学会発表] Defective escape behavior in DEAH-box RNA helicase Dhx37 mutant zebrafish improved by restoring glycine receptor expression. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirata, H., Ogino, K., Yamada, K., and Harvey, R. J.
  • 学会等名: The 5th Strategic Conference of Zebrafish Investigators.
  • 発表場所: アシロマ（米国）
  • 年月日: 2013-01-21
• [学会発表] Slow-twitch and fast-twitch muscle defects in zebrafish. (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirata, H.
  • 学会等名: The 5th Annual Zebrafish Disease Models Meeting. Fishing for Answers: Zebrafish Models of Human Development and Disease.
  • 発表場所: 蘇州（中国）
  • 年月日: 2012-04-19
• [学会発表] 運動・行動の分子遺伝学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平田普三
  • 学会等名: 三重大学COE-A「魚類をモデルとした生物多様性と次世代型ポストゲノム教育研究拠点」
  • 発表場所: 津(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-06
• [学会発表] 運動システムの発達における神経系と筋の分化・形成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平田普三
  • 学会等名: 第84回日本生化学学会大会奨励賞受賞講演
  • 発表場所: 京都(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-21