神経修飾因子シナプスに共通する分子形態基盤に関する研究

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K06732
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 内ヶ島 基政 北海道大学, 医学研究科, 助教 (10614662)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: アセチルコリン / 線条体 / ノルアドレナリン / 分界条床核 / ニューロリギン / ニューレキシン

研究実績の概要

本研究では神経修飾因子シナプスに共通する分子形態基盤の確立を目指している。本年度は以下を明らかにした。
①線条体アセチルコリンシナプスにおいて、興奮性または抑制性シナプスにそれぞれ選択的な足場タンパクであるShank2とgephyrinの発現を比較検討した。結果、アセチルコリンシナプスにてgephyrinが選択的に検出されたがShank2は検出されなかった。すなわち、線条体アセチルコリンシナプスの分子発現は既に報告したドーパミンシナプスと同様、抑制性シナプスと相同であることが示唆された。
②脳内にて最も豊富なノルアドレナリン投射を受ける分界条床核にてノルアドレナリンシナプスのシナプス構造および分子発現解析を行った。分界条床核ノルアドレナリンシナプスは65%が非対称性、35%が対称性のシナプス構造を示し、それぞれのシナプスでは興奮性または抑制性シナプスと相同なポストシナプス分子の発現を認めた。
③神経修飾因子シナプスのポストシナプスにおいて観察されたシナプス接着分子ニューロリギンのプレシナプス側の結合相手であるニューレキシンには6種類の主要なアイソタイプが存在する。本年度は5種類の主要なアイソタイプに対して特異的なプローブを作製し、in situハイブリダイゼーション法によりmRNA発現解析を行った。その結果、線条体アセチルコリンニューロンと黒質ドーパミンニューロンのニューレキシン発現パターンは互いによく似ていたが、分界条床核へ投射する孤束核ノルアドレナリンニューロンのものとは異なるという新たな知見を得た。

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

線条体アセチルコリンシナプスにおける分子発現解析は、当初包埋後多重免疫電子顕微鏡法にて進める予定であったが、アセチルコリン終末の標識に使用する予定であった抗体がうまく機能しなかったため、解析方法を蛍光多重染色法と包埋前免疫電子顕微鏡法へ変更することとなったが、おおむね当初予定していた解析を完了することができた。
さらに、上記の解析と並行して進めていた分界条床核ノルアドレナリンシナプスの解析が予想以上に進展し、ノルアドレナリンシナプスにおいても興奮性または抑制性シナプス分子の集積を確認できたことから、一般に神経修飾因子シナプスは神経伝達物質の種類に依らず興奮性または抑制性シナプスと相同なシナプス分子によって構成されるという規則性を導くことができた。
一方、神経修飾因子シナプスの形成メカニズムを明らかにするため、入力依存的なシナプス形成因子のmRNA発現プロファイリングを当初予定していたが順調に進んでおらず、現在のところニューレキシンのmRNA発現パターンの検討にとどまっている。このため全体としての進捗状況はおおむね順調に進展しているとした。

今後の研究の推進方策

今後は以下のように本研究を進める予定である。研究費は主に以下の計画に伴う消耗品の購入に充てる。
①線条体アセチルコリンシナプスの解析はおおむね終了しているが、他のシナプス分子の発現解析を可能にするため、包埋後免疫電子顕微鏡解析で使用可能なアセチルコリン終末マーカーの検討を引き続き行う。
②分界条床核ノルアドレナリンシナプスの解析では、これまでに同定した興奮性および抑制性シナプスと相同なシナプス構造が単一ノルアドレナリン軸索により形成されるのかを明らかにする目的で、ウイルスベクターによる少数軸索標識と共焦点レーザー顕微鏡による蛍光免疫多重染色を組み合わせた解析を予定している。
③RNA-seqおよびin situハイブリダイゼーションを用いた神経修飾因子ニューロンの種類に依存的したシナプス形成因子の探索を引き続き行うと共に、既に見出したニューレキシン発現パターンの相違の意義を検討するため、Cre-loxP系とウイルスベクターを組み合わせたニューロン選択的なニューレキシン発現の置換を計画している。

研究成果

• [国際共同研究] マサチューセッツ州立大学医学部(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: マサチューセッツ州立大学医学部
• [雑誌論文] Ventrolateral Striatal Medium Spiny Neurons Positively Regulate Food-Incentive, Goal-Directed Behavior Independently of D1 and D2 Selectivity. (2017)
  • 著者名/発表者名: Natsubori A, Tsutsui-Kimura I, Nishida H, Bouchekioua Y, Sekiya H, Uchigashima M, Watanabe M, de Kerchove d'Exaerde A, Mimura M, Takata N, Tanaka KF
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 37(10) ページ: 2723-2733
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3377-16.2017
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dysfunction of ventrolateral striatal dopamine receptor type 2-expressing medium spiny neurons impairs instrumental motivation (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui-Kimura I, Takiue H, Yoshida K, Xu M, Yano R, Ohta H, Nishida H, Bouchekioua Y, Okano H, Uchigashima M, Watanabe M, Takata N, Drew MR, Sano H, Mimura M, Tanaka KF
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 8 ページ: 14304
  • DOI: 10.1038/ncomms14304
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Using a novel PV-Cre rat model to characterize pallidonigral cells and their terminations. (2016)
  • 著者名/発表者名: Oh YM, Karube F, Takahashi S, Kobayashi K, Takada M, Uchigashima M, Watanabe M, Nishizawa K, Kobayashi K, Fujiyama F.
  • 雑誌名: Brain Struct Funct 巻: 222(5) ページ: 2359-2378
  • DOI: 10.1007/s00429-016-1346-2
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Metabotropic Glutamate Receptor Subtype 1 Mediates Experience-Dependent Maintenance of Mature Synaptic Connectivity in the Visual Thalamus. (2016)
  • 著者名/発表者名: Narushima M, Uchigashima M, Yagasaki Y, Harada T, Nagumo Y, Uesaka N, Hashimoto K, Aiba A, Watanabe M, Miyata M, Kano M.
  • 雑誌名: Neuron 巻: 91(5) ページ: 1097-109
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2016.07.035
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] "Crucial Roles of the Endocannabinoid 2-Arachidonoylglycerol in the Suppression of Epileptic Seizures. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sugaya Y, Yamazaki M, Uchigashima M, Kobayashi K, Watanabe M, Sakimura K, Kano M.
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 16(5) ページ: 1405-15
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.06.083
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transsynaptic Modulation of Kainate Receptor Functions by C1q-like Proteins. (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsuda K, Budisantoso T, Mitakidis N, Sugaya Y, Miura E, Kakegawa W, Yamasaki M, Konno K, Uchigashima M, Abe M, Watanabe I, Kano M, Watanabe M, Sakimura K, Aricescu AR, Yuzaki M.
  • 雑誌名: Neuron 巻: 90(4) ページ: 752-67
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2016.04.001
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり