計画研究
中・長期に持続する記憶・学習の実体は、シナプス後部における神経活動依存的なAMPA 型グルタミン酸受容体の選択的輸送によって担われている。このためその制御機構の解明は神経科学の最重要課題の1 つとなっている。AMPA 受容体の輸送は、細胞内分子のみでなく、脂質ラフトや細胞外基質に存在する糖鎖とAMPA受容体との相互作用によって制御されるがその詳細は不明である。また、より長期に持続する記憶にはシナプス形態変化が伴い、成熟とともに神経細胞周囲に発達するプロテオグリカンが関与することも分かってきた。本研究では小脳をモデルとして、機能的・形態的シナプス可塑性を制御する分子機構を、糖鎖科学と脳科学的アプローチを融合することによって解明する。神経活動亢進に伴うAMPA受容体輸送経路について明らかにするために、長期増強（LTP）刺激によって樹状突起の棘突起にエキソサイトーシスされてくるAMPA受容体が存在する細胞内プールについて前年度に引き続き検討を加えた。興味深いことに、このプールは酸性でかつカテプシンが陽性であり、ライソゾームの性質を持っていることがわかった。ライソゾームからの分泌経路（ライソゾーム分泌）は免疫細胞などで知られていたが、これまでに神経細胞における機能は不明であった。面白いことに免疫細胞においてライソゾーム分泌に関与することが分かっている分子を阻害することにより、神経細胞においてLTP誘導刺激によるAMPA受容体輸送が抑制された。またLTP誘導刺激によってライソゾーム酵素の一部が分泌され、神経細胞周囲のプロテオグリカンが減少することが分かり、この減少もライソゾーム分泌を阻害すると抑制された。これらのことから、神経細胞外のプロテオグリカンとAMPA受容体との相互作用が、神経活動によって調節されることが示唆された。
2: おおむね順調に進展している
神経系におけるライソゾーム分泌過程の解明が遅れてきた理由の一つは、研究ツールが十分揃っていないことがある。これまでに幼若プルキンエ細胞への遺伝子導入法の開発や、ライソゾーム酵素やAMPA受容体の同時ライブイメージング法の開発など、着実に研究ツール整備してきた。ライソゾーム分泌経路についてのデータも蓄積しており、今年度中には論文化できると考えている。以上のことから「おおむね順調に進展している」と自己評価した。
ライソゾームにおいてシアル酸などがある程度消化されたAMPA受容体が、LTP刺激によって分泌される可能性、また、ライソゾーム酵素によって細胞外のプロテオグリカンが分解されることによってAMPA受容体の側方拡散を促進する可能性について引き続き検討を加える。今年度中には論文化を目指す。神経細胞におけるゴルジ体は、通常は一番長い樹状突起の根元の細胞体に存在する。このことからゴルジ体が、細胞膜や膜タンパク質を供給することにより、一方向性樹状突起の形成・分化に関与することが示唆されている。しかしその因果関係や分子機構はよく分かっていない。これまでに、ゴルジ体の機能を光遺伝学的方法によって制御する方法を開発してきた。このツールを用いて、小脳プルキンエ細胞をモデル細胞として、樹状突起発達におけるゴルジ体の機能について明らかにする。また、領域内の他の班員によって開発された糖鎖変異マウスの小脳における表現型について引き続き解明を進める。
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