NMDA受容体チャネルの多様性と脳機能

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08408035
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 三品 昌美 東京大学, 医学部, 教授 (80144351)
• 研究分担者: 森 寿 東京大学, 医学部, 助手 (00239617)
• キーワード: グルタミン酸受容体 / NMDA受容体チャネル / ノックアウトマウス / シナプス可塑性 / シナプス形成

研究概要

本研究計画は、我々が世界に先駆けて見い出したNMDA受容体チャネルの分子的多様性の生理的意義、すなわち、多様なNMDA受容体チャネルのサブユニットが高等動物の中枢神経系における神経情報伝達、記憶と学習の基礎となるシナプス可塑性の発現、神経系の形成および病態で発生する神経細胞壊死に果たす役割を解明することにより、脳の高次機能と病態を分子レベルで理解する端緒を開くことを目的とする。このために、NMDA受容体チャネルの各サブユニットを欠損したマウスを作成し、これらの変異マウスにおける神経情報伝達、脳の高次機能、脳の発生および病態時の神経細胞死を個体レベルで解析した。NMDA受容体チャネルのε1サブユニットを欠損したマウスの各発達段階におけるNMDA受容体チャネルの性質をスライスパッチクランプ法で解析することにより、小脳顆粒細胞ではε2サブユニット蛋白の減少に伴って高コンダクタンスチャネルが減少し、ε3サブユニットの発現とともに低コンダクタンスチャネルが増加するとともにシナプス電流のMg^<2+>感受性が低下することを明らかにした。発達の過程でε2型からε1型およびε3型への転換が起こり、成熟顆粒細胞ではε1型およびε3型がそれぞれ単一チャネルコンダクタンスを異にするチャネルを形成して共存していることおよびε3型が低Mg^<2+>感受性チャネルを形成することが示唆された。さらに、標的遺伝子組換えによりNMDA受容体チャネルのε2サブユニットを欠損したマウスを作成した。ε2サブユニット欠損マウスは、ε4およびζ1サブユニットが発現しているにもかかわらず、胃に母乳が認められず、生後1日で死亡した。ε2サブユニット欠損マウスは人工哺乳により飼育可能なことから、死因は母乳を摂取できないことに因ると考えられる。欠損マウスは哺乳に必要な吸引反射が消失しており、三叉神経核においてヒゲ知覚神経に対応する樽状構造(バレレット構造)の形成が認められなかった。ヒゲ知覚神経を標識し解析した結果、知覚神経は三叉神経核に到達しているが、その神経終末は散漫に分布していることが示唆される。さらに、生後3日までの正常マウスの海馬シナプスでは長期増強は未発達である長期抑圧型の可塑性が認められるのに対して、ε2サブユニット欠損マウスではNMDA受容体チャネル電流ならびにシナプス伝達の長期抑圧が検出されなかった。すなわち、ε2サブユニットはシナプス可塑性とシナプス形成の両者に関与し、マウスの発達に必須の分子であることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Kutsuwada,T.: "Impairment of suckling response,trigeminal neuronal pattetn formation and hippocampal LTD in NMDA receptor ε2 subunit mutant mice." Neuron. 16. 333-344 (1996)
• [文献書誌] Nagasawa,M.: "Gene structure and chromosomal localization of the mouse NMDA receptor channel subunits." Mol.Brain Res.36. 1-11 (1996)
• [文献書誌] Ito,I.: "Age-dependent reduction of hippocampal LTP in mice lacking N-methyl-D-aspartate receptor ε1 subunit." Neurosci.Lett.203. 69-71 (1996)
• [文献書誌] Takayama,C.: "Developmental changes in expression and distribution of the glutamate receptor channel δ2 subunit according to the Purkinje cell maturation." Dev.Brain Res.92. 147-155 (1996)
• [文献書誌] Takahashi,T.: "Functional correlation of NMDA receptor ε subunits expression with the properties of single-channel and synaptic currents in the developing cerebellum." J.Neurosci.16. 4376-4382 (1996)
• [文献書誌] Uchino,S.: "Inducible expression of N-methy-D-aspartate(NMDA)receptor channels from cloned cDNAs in CHO cells." Mol.Brain Res.(in press.).
• [文献書誌] Uchino,S.: "Analysis of the glycine binding domain of the NMDA receptor channel ζ1 subunit." NeuroReport. (in press.).
• [文献書誌] Ito,I.: "Synapse-selective impairment of NMDA receptor functions in mice lacking NMDA receptor ε1 ro ε2 subunit." J.Physiol.(in press.).
• [文献書誌] Kai,N.: "Molecular cloning of Fyn-associated molecules in the mouse central nervous system." J.Neurosci.Res.(in press.).
• [文献書誌] Minami,T.: "Absence of prostglandin E_2-induced hyperalgesia in NMDA receptor ε subunit knockout mice." Brit.J.Pharmacol.(in press.).
• [文献書誌] Hayashi,Y.: "Calcium and calmodulin-dependent phosphorylation of AMPA type glutamate receptor subunits by endogenous protein kinases in the postsynaptic density." Mol.Brain Res.(in press.).