小脳グルタミン酸作動性tripartiteシナプス膜の分子ネットワークと生理機能

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04274
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 木下 専 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30273460)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 小脳 / シナプス / スパイン / グリア / セプチン / グルタミン酸トランスポーター / 電子顕微鏡 / 運動学習

研究実績の概要

運動学習の中枢である小脳の中で圧倒的多数を占める平行線維-プルキンエ細胞間のグルタミン酸作動性シナプスとそれを取り巻くグリア突起までを含めた機能単位としての (PF－PC)/BG tripartiteシナプスに着目し、１）後シナプス領域のセプチン系必須サブユニットSEPT7をCre-Lox系で選択的に破綻させ、a) 神経化学的（主要シナプス蛋白質と神経伝達物質の分析）、b) 微細形態学的（2Dおよび3D 免疫電子顕微鏡法）、c) 機能的（運動学習課題）に精査する。２）シナプスとスパイン包囲・被覆するバーグマングリア突起膜ドメイン直下のCDC42EP4を欠損させることで、下流にあるセプチン系とグルタミン酸トランスポーターGLASTを含む分子ネットワークを破綻させ、そのインパクトを１）と同様に精査している。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

細胞形態制御のシグナル分子として重要な低分子量G蛋白質CDC42がGTP結合型のときエフェクター分子CDC42EP/BORGに会合すること、セプチン複合体もCDC42EPの別のドメインに会合するが、CDC42-GTPと会合したCDC42EPにはアロステリック阻害のため会合できないことなどを代表者らは以前報告した（Nat Cell Biol 2001, Dev Cell 2002）。帰国後、研究を中断していたが、この３者間分子ネットワークの生理的意義が依然不明であるため、研究を再開し、i) CDC42EP1-5ファミリーのうちCDC42EP4がバーグマングリア選択的かつ多量に発現すること、ii) CDC42EP4がバーグマングリア突起の中でもスパインやPF-PCシナプスを包囲・被覆する葉状突起の細胞膜直下に集積すること、iv) でセプチン複合体やグルタミン酸輸送体GLASTと共局在すること、v) 小脳抽出物の免疫沈降-質量分析でCDC42EP4-SEPT2/3/4/5/6/7/8/10/11-GLAST分子間相互作用を見出した（Nat Commun 2015）。

今後の研究の推進方策

immunogold-TEM法を中心とした電子顕微鏡解析手法により、バーグマングリア葉状突起の微細形態、細胞膜直下に集積するSEPT2/3/4/5/6/7/8/10/11-GLASTの微細局在を定量評価する。PF-PCシナプス形態への影響も同様に評価する。

研究成果

• [雑誌論文] Methods for immunoblot detection and high-resolution subcellular mapping of septin subunits in mammalian nervous systems. (2016)
  • 著者名/発表者名: Parajuli LK, Ageta-Ishihara N, Ageta H, Fukazawa Y, Kinoshita M.
  • 雑誌名: Methods in Cell Biology 巻: in press ページ: in press
  • 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A CDC42EP4/septin-based perisynaptic glial scaffold facilitates glutamate clearance. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ageta-Ishihara N, Yamazaki M, Konno K, Nakayama H, Abe M, Hashimoto K, Nishioka T, Kaibuchi K, Hattori S, Miyakawa T, Tanaka K, Huda F, Hirai H, Hashimoto K, Watanabe M, Sakimura K, Kinoshita M.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 ページ: 10090
  • DOI: 10.1038/ncomms10090
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Spatial discrimination defects caused by chronic, systemic loss of a septin subunit is recapitulated by its acute, local depletion in the hippocampal dentate gyrus. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ageta-Ishihara N, Yamada T, Y. Suzuki Y, A. Sawada A, Takao K, Miyakawa T, Okamura M, Bito H, Inokuchi K, Kinoshita M.
  • 学会等名: Integrative Neural Network Linking Multiple Brain Areas for Behavioral Adaptation
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2016-03-03 – 2016-03-03
  • 国際学会
• [学会発表] Septins as multifunctional cytoskeletal scaffold for the structural and functional organization of axons and synapses. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ageta-Ishihara N, Kinoshita M.
  • 学会等名: Keystone Symposia “Axons: From Cell Biology to Pathology”
  • 発表場所: Santa Fe, NM, USA
  • 年月日: 2016-01-24 – 2016-01-27
  • 国際学会
• [学会発表] Biochemical and ultrastructural endophenotype underlying impaired spatial discrimination of mice that lack a septin subunit (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田(石原)奈津実、深澤有吾、木下 専
  • 学会等名: 文部科学省科研費補助金 新学術領域研究「包括脳ネットワーク」 冬のワークショップ
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-12-18 – 2015-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of septin mutant mice with impaired spatial recognition (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田(石原)奈津実、増田博紀、真野善有、澤田明宏、矢野夢生、山田哲也、尾藤晴彦、高雄啓三、宮川 剛、重本隆一、深澤有吾、木下 専
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-07-28 – 2015-07-28
  • 国際学会
• [備考] 神経伝達物質グルタミン酸をシナプスから浄化するしくみに迫る
  • URL: http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/topics/151207_kinoshitaageta.pdf
• [備考] シナプスを包囲するグリア突起内の複合体がグルタミン酸クリアランスを促進する足場となる
  • URL: http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/paper/2016-26/01.html