シナプス後膜における受容体の局在・動態へのアミロイドβの作用

• 研究領域: シナプス・ニューロサーキットパソロジーの創成
• 研究課題/領域番号: 25110717
• 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: 京都大学
• 研究代表者: 平野 丈夫 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50181178)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014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); 2014年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2013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: シナプス / グルタミン酸受容体 / 蛍光イメージング / 全反射顕微鏡 / エンドサイトーシス / アミロイドβ

研究実績の概要

アルツハイマー病等ではシナプス可塑性に異常があると考えられている。シナプス可塑性に際しては、シナプス後膜上のAMPA型グルタミン酸受容体数がダイナミックに増減し、シナプス後膜上の受容体数の制御には、エキソサイトーシス・エンドサイトーシス・側方移動がかかわる。私たちはこれら受容体動態を可視化する実験手法を開発してきた。培養神経細胞のシナプス後膜構造をガラスに面する形で形成させ、その神経細胞にpH依存性蛍光タンパク質SEPを融合したAMPA受容体を発現させ、その蛍光を全反射顕微鏡で観察することにより、シナプス後膜内外でのAMPA受容体のエキソサイトーシスおよび側方移動をライブイメージングした。本研究では、新たな実験手法を加えて、AMPA受容体の個別のエンドサイトーシスをシナプス後膜内外で可視化した。AMPA受容体のエンドサイトーシスを細胞膜上のSEP標識受容体からの蛍光シグナルの減少として同定することは、SN比が悪いために困難であった。そこで、エンドサイトーシスされた直後のSEP標識AMPA受容体のみを検出することを試みた。ガラス管を用いて細胞外液のpHを数ミリ秒で交換できるシステムを構築し、pHを7.3から6に換える実験を行ったところ、細胞膜上のSEPからの蛍光シグナルは消光し、エンドサイトーシスされた直後のSEP標識AMPA受容体シグナルのみを検出することができた。こうしたエンドサイトーシス直後の蛍光シグナルは、シナプス後膜外の他にシナプス後部に隣接した部位でも認められ、シナプス後膜隣接領域でAMPA受容体のエンドサイトーシスが起こることが明らかになり、エンドサイトーシスの頻度は長期抑圧を引き起こす刺激によって増加することも判明した。また、Aβのシナプス可塑性への作用を検討し、長期増強時のAMPA受容体数の増加がAβによって抑えられることを見出した。

現在までの達成度 (段落)

26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

26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] Opposite regulation of sustained CaMKII activity by alpha and beta subunits impacts inhibitory synaptic plasticity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nagasaki, N., Hirano, T. and Kawaguchi, S.
  • 雑誌名: J. Physiol. 巻: 592 号: 22 ページ: 4891-4909
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2014.280230
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Around LTD hypothesis in motor learning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 雑誌名: Cerebellum 巻: 12 号: 5 ページ: 645-650
  • DOI: 10.1007/s12311-014-0581-4
  • NAID: 120005669284
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of spontaneous Ca2+ transients is critical for neuronal maturation in the developing neocortex. (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Bando, K. Irie, T. Shimomura, H. Umeshima, Y. Kushida, M. Kengaku, Y. Fujiyoshi, T. Hirano and Y. Tagawa
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 1 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1093/cercor/bhu180
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Live-cell imaging of receptors around postsynaptic membrane formed on adhesion-protein-coated glass (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, H., Fujii, S. & Hirano, T.
  • 雑誌名: Nature Protocols 巻: 9 号: 1 ページ: 76-89
  • DOI: 10.1038/nprot.2013.171
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulation and functional roles of rebound potentiation at cerebellar stellate cell - Purkinje cell synapse (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T. & Kawaguchi, S.
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 8 ページ: 1-8
  • DOI: 10.3389/fncel.2014.00042
  • NAID: 120005385884
  • 査読あり
• [雑誌論文] Contribution of postsynaptic GluD2 to presynaptic R-type Ca2+ channel function, glutamate release and long-term potentiation at parallel fiber to Purkinje cell synapses (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, M., Kawaguchi, S. & Hirano, T.
  • 雑誌名: Cerebellum 巻: 12 号: 5 ページ: 657-666
  • DOI: 10.1007/s12311-013-0474-y
  • NAID: 120005575262
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term potentiation of inhibitory synaptic transmission onto cerebellar Purkinje neurons contributes to adaptation of vestibulo-ocular reflex (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S., Kawaguchi, S. Shioi, G. & Hirano, T.
  • 雑誌名: J. Neurosci. 巻: 33 号: 43 ページ: 17209-17220
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0793-13.2013
  • NAID: 120005342657
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term depression and other synaptic plasticity in the cerebellum (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 雑誌名: Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ａｃａｄｅｍｙ． Ｓｅｒ． Ｂ： Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 巻: 89 号: 5 ページ: 183-195
  • DOI: 10.2183/pjab.89.183
  • NAID: 130003365114
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dysfunction of KCNK potassium channels impairs neuronal migration in the developing mouse cerebral cortex. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuki Bando
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: in press 号: 4 ページ: 1017-1029
  • DOI: 10.1093/cercor/bhs387
  • 査読あり
• [学会発表] Imaging of individual endocytosis of AMPA receptor around postsynaptic membrane. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 学会等名: Symposium “Forefront of exo- and endocytosis research” in the 92nd Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
  • 発表場所: Kobe
  • 年月日: 2015-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanisms and roles of synaptic plasticity. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 学会等名: 1st Kyoto University and UC San Diego Joint Symposium, Section “Changing Brain”.
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2015-03-11
  • 招待講演
• [学会発表] Inhibitory synaptic plasticity in cerebellar Purkinje neurons and its differential contribution to motor learning paradigms. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 学会等名: Symposium “Synaptic regulation in the cerebellum and motor control” in the 37th annual meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Cerebellar inhibitory synaptic plasticity, rebound potentiation, contributes to adaptation of vestibulo-ocular reflex
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S., Kawaguchi, S. and Hirano, T.
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting, Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] Regulation of neural activity is critical for the control of neural migration and dendrite formation of cortical layer 2/3 neurons in vivo
  • 著者名/発表者名: Bando, Y., Irie, K., Kushida, Y., Shimomura, T., Fujiysohi, Y., Hirano, T. and Tagawa, Y.
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting, Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] 「学習と記憶」のメカニズム
  • 著者名/発表者名: 平野丈夫
  • 学会等名: 千里ライフサイエンスフォーラム
  • 発表場所: 大阪
  • 招待講演
• [学会発表] Visualized dynamics of glutamate receptors around postsynaptic membrane
  • 著者名/発表者名: Hirano, T., Tanaka, H. and Fujii, S.
  • 学会等名: Workshop “Molecular architecture and regulation mechanism of synapses” in the 36th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • 発表場所: Ｋｏｂｅ
  • 招待講演
• [学会発表] Visualization of glutamate receptors around postsynaptic membrane during synaptic plasticity
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 学会等名: The 2nd Kyoto-Bristol Symposium 2014, Neuroscience Section
  • 発表場所: Kyoto
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation mechanism and functional role of inhibitory synaptic plasticity in a cerebellar Purkinje neuron
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 学会等名: Symposium “Mechanism and role of inhibitory synaptic plasticity” in the 91st Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
  • 発表場所: Kagoshima
  • 招待講演
• [学会発表] Subtype-specific trafficking of AMPA receptors during hippocampal LTD
  • 著者名/発表者名: Fujii, S., Tanaka, H. and Hirano, T.
  • 学会等名: The 36th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: Kyoto
• [学会発表] Regulation of excitability is critical for the control of migration and dendrite formation in the developing cerebral cortex
  • 著者名/発表者名: Bando, Y., Irie, K., Kushida, Y., Shimomura, T., Fujiysohi, Y., Hirano, T. and Tagawa, Y.
  • 学会等名: The 36th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society.
  • 発表場所: Kyoto
• [備考] シナプス形成と可塑性の分子機構
  • URL: http://www.neurosci.biophys.kyoto-u.ac.jp/physiology.html
• [備考] 平野研究室ホームページ
  • URL: http://www.neurosci.biophys.kyoto-u.ac.jp/main.html