シナプス後肥厚部蛋白質の動態と機能相関

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15200027
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 神経解剖学・神経病理学
• 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)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• キーワード: シナプス / グルタミン酸受容体 / シナプス後肥厚部 / シナプス可塑性 / 蛍光顕微鏡法 / 神経培養

研究概要

グルタミン酸作動性シナプス後部の膜直下にはシナプス後肥厚部(PSD)と呼ばれる、多種類の蛋白質分子からなる構造が存在する。その分子構築の原理について明らかにするために、以下の解析を行った。
1.4種類のPSD蛋白質(PSD-95.GKAP.Shank.Homer)について、その単一シナプスあたりの分子数を推定した。GFP単分子の蛍光強度を基礎として、蛍光ビーズの蛍光強度がGFP何分子に相当するのかを求め、更にGFP融合PSD蛋白質を発現する培養海馬神経細胞を利用して、PSD蛋白質のシナプスあたりの量を測定した。単一シナプスにはおよそ100-400個の各PSD分子が存在し、これら4つの分子でPSDの全質量のおよそ10%を占める。
2.RNA結合蛋白質TLSは培養海馬神経細胞において分化に伴い樹状突起のシャフトからスパインにその局在を変化させる。TLSは代謝型グルタミン酸受容体刺激によりスパインへ移行し、一方でTLSのノックアウトマウス由来の海馬神経細胞ではスパインの形態が異常になる。従ってTLSは神経活性依存的にスパインに輸送され、その形態を制御する分子と考えられる。
3.複数のGFP融合PSD蛋白質について、トランスジェニックマウス系統を作成した。これらのマウス由来の海馬培養神経細胞を利用して一週間以上に亘る長期間の同一シナプスの形態変化を追跡し、幼弱な糸状突起様の構造が成熟したスパイン構造へと変化する過程を捉えた。更に一個の神経細胞内において、複数の樹状突起上に存在するシナプス数を統合的に調節する分子機構が存在することを示した。
以上の実験は足場蛋白質がPSDの主要な構成成分として動的再編成を持続的に行う事を示しており、またその維持には樹状突起内RNAからの蛋白質合成が重要な役割を持つ事も示唆している。

研究成果

• [雑誌論文] Telencephalin slows spine maturation. (2006)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, H., Okabe, S., Mishina, M., Yanagida, T., Mori, K., Y.Yoshihara
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 26 ページ: 1776-1786
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Simultaneous observation of stably associated presynaptic varicosities and postsynaptic spines : morphological alterations of CA3-CA1 synapses in hippocampal slice cultures. (2005)
  • 著者名/発表者名: Umeda, T., Ebihara, T., S.Okabe
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Neuroscience 28 ページ: 264-274
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Direct visualization of cell movement in the embryonic olfactory bulb using green fluorescent protein transgenic mice : evidence for rapid tangential migration of neural cell precursors. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, K., Yamaguchi, M., S.Okabe
  • 雑誌名: Neuroscience Research 51 ページ: 199-214
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] High-purity lineage selection of embryonic stem cell-derived neurons. (2005)
  • 著者名/発表者名: Schmandt, T., Meents, E., Gossrau, G., Gornik, V., Okabe, S., O.Brustle
  • 雑誌名: Stem Cells and Development 14 ページ: 55-64
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The RNA-binding protein TLS is translocated to dendritic spines by mGluR5 activation and regulates spine morphology. (2005)
  • 著者名/発表者名: Fujii, R., Okabe, S., Urushido, T., Inoue, K., Yoshimura, A., Tachibana, T., Nishikawa, T., Hick, G.G., T.Takumi, equal contribution
  • 雑誌名: Current Biology 15 ページ: 587-593
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Determination of absolute protein numbers in single synapses by a GFP-based calibration technique. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama, Y., Kawabata, I., Sobue, K., S.Okabe
  • 雑誌名: Nature Methods 2 ページ: 677-684
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Bi-directional regulation of postsynaptic cortactin distribution by BDNF and NMDA receptor activity (2005)
  • 著者名/発表者名: Iki, J., Inoue, A., Bito, H., S.Okabe
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 22 ページ: 2985-2994
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The RNA-binding protein TLS is translocated to dendritic spines by mGluR5 activation and regulates spine morphology. (2005)
  • 著者名/発表者名: Fujii, R.^*, Okabe, S.^*, Urushido, T., Inoue, K., Yoshimura, A., Tachibana, T., Nishikawa, T., Hick, G.G., T.Takumi ^* equal contribution
  • 雑誌名: Current Biology 15 ページ: 587-593
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Electroporation-mediated gene transfer system applied to cultured CNS neurons (2004)
  • 著者名/発表者名: Kawabata, I., Umeda, T., Yamamoto, K., S.Okabe
  • 雑誌名: Neuroreport 15 ページ: 971-976
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Synaptic targeting of PSD-Zip45 (Homer 1c) and its involvement in the synaptic accumulation of F-actin. (2003)
  • 著者名/発表者名: Usui, S., Konno, D., Hori, K., Maruoka, H., Okabe, S., Fujikado, T., Tano, Y., K.Sobue.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 278 ページ: 10619-10628
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Synchronized formation and remodeling of postsynaptic densities : long-term visualization of hippocampal neurons expressing postsynaptic density proteins tagged with GFP. (2003)
  • 著者名/発表者名: Ebihara, T., Kawabata, I., Usui, S., Sobue, K., S.Okabe.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 23 ページ: 2170-2181
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Migration and differentiation of neural progenitor cells from two different regions of embryonic central nervous system after transplantation into the intact spinal cord. (2003)
  • 著者名/発表者名: Enomoto, M., Shinomiya, K., S.Okabe
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 17 ページ: 1223-1232
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The dynamic organization of postsynaptic proteins : translocating molecules regulate synaptic function. (2003)
  • 著者名/発表者名: Inoue A., S.Okabe
  • 雑誌名: Current Opinion in Neurobiology 13 ページ: 332-340
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] p250GAP, a novel brain-enriched GTPase-activating protein for Rho family GTPase, is involved in the NMDA receptor signaling. (2003)
  • 著者名/発表者名: Nakazawa, T., Watabe, A.M., Tezuka, T., Yoshida, Y., Yokoyama, K., Umemori, H., Inoue, A., Okabe, S., Manabe, T., T.Yamamoto.
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 13 ページ: 2921-2934
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より