シナプス形成時における機能分子の集積過程の解析

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12470001
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 岡部 繁男 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 教授 (60204012)
• 研究分担者: 井上 明宏 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 助教授 (80322080)
• キーワード: シナプス / 海馬 / 蛍光顕微鏡法 / 樹状突起 / 神経培養

研究概要

培養海馬神経細胞では、培養後10日から20日の間に興奮性シナプスの局在が樹状突起のshaftからspineへと変化する。この時期には活発な樹状突起上のspine(棘突起)でのシナプス形成が起こると考えられ、シナプス構造の形成過程を解析する良いモデルシステムになると考えられる。複数のシナプス後部に局在する蛋白質の動態を解析する為に、PSD-95,GKAP'cortactin-binding protein, PSD-Zip45(Homer 1c)という4種類の分子それぞれにオワンクラゲ由来の蛍光蛋白質であるGFP分子を結合した蛍光プローブ分子を作成して解析を行った。4種類のシナプス後部分子はそれぞれ異なった動態を示す事が明かになった。特にPSD-95とPSD-Zip45について、それぞれの蛋白質の神経細胞でのカルシウム濃度の上昇による局在変化を観察した所、PSD-Zlp45はカルシウム濃度の上昇に伴ってその局在が二方向性に変化するのに対して、PSD-95分子の場合はそのような活動依存的な変化が見られない。PSD-95分子とPSD-zip45分子のシナプス集積の時間関係を更に明らかにする為に、オワンクラゲ由来の蛍光蛋嘉質であるGFPの波長変異体であるCFP, YFP, sapphire分子とのシナプス後部分子の融合蛋自質を作成し、二種類のシナプス後部分子の同一シナプスでの動態の同時観察を行う為の系を立ち上げた。更にシナプス後部分子の動態を長期間観察する為に、より安定にプローブ分子の発現が制御できるトランスジェニックマウスの系を用いて1週間以上に亘るPSD-95分子およびPSD-Zip45分子の神経細胞における分布変化を解析した。以上の研究からシナプス後部分子の分子種特異的な動態がシナプス形成・維持において重要であることが示された。

研究成果

• [文献書誌] Nakatomi, H., Kuriu, T., Okabe, S., Yamamoto, S., Hatano, 0., Kawahara, N., Tamura, A., Kirino, T., M.Nakafuku: "Regeneration of hippocampal pyramidal neurons by recruitment of endogenous neural progenitors : An animal model for a neuronal replacement therapy for ischemic brain injury"Cell. 110. 429-441 (2002)
• [文献書誌] Okabe, S.: "Birth, growth, and elimination of a single synapse"Anatomical Science International. 77. 203-210 (2002)
• [文献書誌] Ebihara, T., Komlya, Y., Izumi-Nakaseko, H., Adachi-Akahane, S., Okabe, S., Okamura, Y.: "Coexpression of a Cav1.2 protein lacking N-terminus and the first domain specifically suppresses L-type calcium channel activity"FEBS Letters. 529. 203-207 (2002)
• [文献書誌] Usui, S., Konno, D., Hori, K., Maruoka, H., Okabe, S., K.Sobue.: "Synaptic targeting of PSD-Zip45 (Homer 1 c) and its involvement in the synaptic accumulation of F-actin"Journal of Biological Chemistry. (in press).
• [文献書誌] Enomoto, M., Shinomiya, K., S.Okabe: "Migration and differentiation of neural progenitor cells from two different regions of embryonic central nervous system after transplantation into the intact spinal cord"Europian journal of Neuroscience. (in press).
• [文献書誌] Ebihara, T., Kawabata, I., Usui, S., Sobue, K., S.Okabe: "Synchronized formation and remodeling of postsynaptic densities: long-term visualization of hippocampal neurons expressing postsynaptic density proteins tagged with GF"Journal of Neuroscience. (in press).
• [文献書誌] Inoue, A., S.Okabe: "The dynamic organization of postsynaptic proteins : translocating molecules regulate synaptic function"Current Opinion in Neurobiology. (in press).