海馬でのグルタミン酸受容体刺激によるシナプス伝達長期増強の分子機構

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05260219
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 福永 浩司 熊本大学, 医学部, 助教授 (90136721)
• 研究分担者: 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 / 海馬 / NMDA受容体 / グルタミン酸受容体 / Long-term potentiation / プロテインホスファターゼ2C / シナプス可塑性 / 蛋白質燐酸化反応

研究概要

海馬の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後シナプス部位へのCa^<2+>流入がその引き金となる。NMDA受容体刺激に伴って流入したCa^<2+>はCaMキナーゼIIの自己燐酸化を促進する。一度、自己燐酸化された酵素はCa^<2+>非依存性となり、細胞内Ca^<2+>が元のレベルに戻っても、活性化を維持できるという仮説を、私達は提唱している。これまでに、培養海馬神経細胞において、NMDA受容体刺激に伴ってCaMキナーゼIIのCa^<2+>非依存性活性が上昇することを報告した(J.Biol.Chem.1992)。本研究では、細胞内においてCaMキナーゼIIのCa^<2+>非依存性活性はプロテインホスファターゼによって調節されていること、特にプロテインホスファターゼ2CがCaMキナーゼIIの脱燐酸化反応に関与することをリコンビナントのホスファターゼ2Cを用いて明らかにした(J.Biol.Chem.1993)。次に、海馬切片標本を用いてLTP誘発に伴うCA1領域でのCaMキナーゼIIの活性化反応について追究した。CA1への2つの入力線維を高頻度刺激し、LTPを誘発後、CA1でのCaMキナーゼIIのCa^<2+>非依存性活性、全活性を測定した。刺激後5分から1時間までCa^<2+>非依存性活性の有意な上昇を確認した。LTP発現後1時間では全活性の上昇も確認された(J.Biol.Chem.1993)。NMDA受容体阻害剤でLTPの発現を阻害すると、CaMキナーゼIIのCa^<2+>非依存性活性と全活性の上昇が共に完全に抑制された。以上の結果は、海馬におけるLTPの発現にCaMキナーゼIIのCa^<2+>非依存性活性が関与するという仮説を支持するものである。さらにLTPにおけるCaMキナーゼIIの標的蛋白質を明らかにすることによってシナプス可塑性発現の分子機構を追求する。

研究成果

• [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 autophosphoylated Ca^<2+>/calmodulin-dependent protein kinase II by protein phoshatase 2C" J.Biol.Chem.268. 133-137 (1993)
• [文献書誌] K.Fukunaga: "Long-term potentiation is associated with an increased activity of Ca^<2+>/calmodulin-dependent protein kinase II" J.Biol.Chem.268. 7863-7867 (1993)
• [文献書誌] 福永浩司: "細胞情報伝達機構におけるCa^<2+>/カルモデュリン依存性プロテインキナーゼの役割" 日薬理誌. 101. 355-369 (1993)
• [文献書誌] F.Arakane: "Glycolipids isolated from Aplysia kurodai can activate cyclic adenosine 3',5'-monophosphate-dependent protein kinase from rat brain" J.Neurochem.62. 86-93 (1994)
• [文献書誌] S.Yano: "Activation of Ca^<2+>/calmodulin-dependent protein kinase II and phosphorylation of intermediate filament proteins by stimulation of glutamate receptors in cultured rat cortical astrocytes" J.Biol.Chem.in press. (1994)
• [文献書誌] K.Fukunaga: "In:Fidia Research,Foundation Symposium Series,Vol.9,Excitatory amion acids (Eds.R.P.Simon),Excitatory amino acids and protein kinases" Thieme Medical Publishers.Inc.,New York, 7 (1992)