シナプス可塑性発現に関する分子薬理学的研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04670124
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 福永 浩司 熊本大学, 医学部, 講師 (90136721)
• 研究分担者: 太田 安隆 熊本大学, 医学部, 助手 (90192517) ; 山本 秀幸 熊本大学, 医学部, 講師 (60191433) ; 宮本 英七 熊本大学, 医学部, 教授 (50109659)
• キーワード: Ca^<2+> / カルモデュリン依存性プロテインキナーゼII / グルタミン酸受容体 / Long-term potentiation / シナプス可塑性 / 培養細胞 / 海馬 / 蛋白質燐酸化反応 / NMDA受容体

研究概要

培養海馬神経細胞を用いて、グルタミン酸受容体刺激に伴うCa^<2+>/カルモデュリン依存性プロテインキナーゼII(CaMキナーゼII)の活性化機構と標的蛋白質の燐酸化反応について調べた。CaMキナーゼIIはCa^<2+>/カルモデュリンによる活性化に伴い自己燐酸化され、Ca^<2+>非依存型に変化する。このCa^<2+>非依存型活性を指標にして、in situでのCaMキナーゼIIの活性化を解析した。細胞をMg^<2+>非存在下、10μMグルタミン酸で刺激すると、酵素のCa^<2+>非依存型活性は15秒以内にコントロールの約2倍に上昇した。活性の上昇は外液中にグルタミン酸が存在する条件で少なくとも30分間持続した。この反応はNMDA受容体拮抗薬であるAP5によって完全に抑制され、AMPA/カイニン酸受容体、代謝型グルタミン酸受容体の拮抗薬であるCNQX、AP3では阻害されなかった。次に、^<32>P-燐酸でラベルした細胞を用いて、in situでのCaMキナーゼIIの自己燐酸化反応、標的蛋白質であるmicrotubule-associated protein 2(MAP2)とsynapsinIの燐酸化反応について調べた。CaMキナーゼ2、MAP2の燐酸化反応はグルタミン酸の1分間刺激で有意に上昇し、少なくとも15分間持続した。これらの反応はAP5によって完全に抑制された。同様に、synapsin1の燐酸化反応はグルタミン酸刺激によって有意に上昇した。しかし、この反応はAP5によって部分的に抑制されることから、他のグルタミン酸受容体の関与も考えられる。海馬CA1及び歯状回のシナプス伝達長期増強(LTP)は、NMDA型グルタミン酸受容体の活性化による細胞内へのCa^<2+>流入がその引き金となる。本研究では、CaMキナーゼIIがNMDA受容体刺激に伴って活性化されることを確認した。さらにシナプス後部でMAP2がシナプス前部ではsynapsinIの燐酸化がNMDA受容体刺激に伴って上昇することを明らかにした。LTP発現におけるCaMキナーゼIIの作用機構を解明する上で重要な知見である。

研究成果

• [文献書誌] H.Yamamoto: "Ischemia-induced loss of brain calcium/calmodulin-dependent protein kinase II" J.Neurochem.58. 1110-1117 (1992)
• [文献書誌] M.Morioka: "Regional and temporal alterations in Ca^<2+>/calmodulin-dependent protein kinase II and calcineurin in the hippocampus of rat brain after transient forebrain ischemia" J.Neurochem.58. 1798-1809 (1992)
• [文献書誌] T.Yamakawa: "Occurrence of Ca^<2+>/calmodulin-dependent protein kinase 2 in various cultured cells" Biomedical Res.13. 173-179 (1992)
• [文献書誌] T.Yamakawa: "Activation of Ca^<2+>/calmodulin-dependent protein kinase II by stimulation with bradykinin" Brain Res.597. 220-226 (1992)
• [文献書誌] K.Fukunaga: "Activation of Ca^<2+>/calmodulin-dependent protein kinase II and protein kinase C by glutamate in cultured rat hippocampal neurons" J.Biol.Chem.267. 22527-22533 (1992)
• [文献書誌] K.Fukunaga: "Dephosphorylation of autophosphorylated Ca^<2+>/calmodulin-dependent protein kinase II by protein phosphatase 2C" J.Biol.Chem.268. 133-137 (1993)
• [文献書誌] K.Fukunaga: "Fidia Research Fundation Symposium Series,Vol.9,Excitatory Amino Acids" Thieme Medical Publishers,Inc.,New York, 292 (1992)