シグナル伝達ネットワークの安定性と可塑性の解析

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17017005
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 黒田 真也 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (50273850)
• 研究分担者: 川人 光男 株式会社国際電気通信基礎技術研究所, 脳情報通信総合研究所, 所長 (10144445)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2009
• キーワード: システム生物学 / シグナル伝達 / シナプス可塑性

研究概要

本研究では、シグナル伝達ネットワークの「安定性」や「可塑性」の解析対象として、シナプス可塑性を解析した。大脳新皮質のスパイクタイミング依存シナプス可塑性(STDP)の数理モデルを構築し、STDPの再現にはNMDA受容体の新規アロステリック性が必要であることを明らかにした。視蓋ニューロンは、特定方向に動く視覚刺激に反応する方向選択性と呼ばれる特性を持つ。方向選択性は、STDPにより神経ネットワークが変化することで獲得されると考えられている。STDPモデルを用いて方向選択性の学習機構を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Analysis of Development of Direction Selectivity in Retinotectum by a Neural Circuit Model with Spike Timing-Dependent Plasticity (2011)
  • 著者名/発表者名: Honda, M., Urakubo, H., Tanaka, K., Kuroda, S.
  • 雑誌名: J.Neurosci. 31(4) ページ: 1516-1527
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental and computational aspects of signaling mechanisms of spike-timing-dependent plasticity (2009)
  • 著者名/発表者名: Urakubo, H., Honda, M., Tanaka, K., Kuroda, S.
  • 雑誌名: HFSP Journal 3 ページ: 240-254
  • 査読あり
• [雑誌論文] Requirement of an allosteric kinetics of NMDA receptors for spike-timing-dependent plasticity (2008)
  • 著者名/発表者名: Urakubo, H., Honda, M., Froemke, R.C., Kuroda, S.
  • 雑誌名: J.Neurosci. 28 ページ: 3310-3323
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitric oxide regulates input specificity of long-term depression and context dependence of cerebellar learning (2007)
  • 著者名/発表者名: Ogasawara, H., Doi, T., Doya, K., Kawato, M.
  • 雑誌名: PLoS. Computat. Biol. 3 ページ: e179
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ca2+ requirements for cerebellar long-term synaptic depression : role for a postsynaptic leaky integrator (2007)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, K., Khiroug, L., Santamaria, F., Doi, T., Ogasawara, H., Ellis-Davies, G.C., Kawato, M., Augustine, G.J.
  • 雑誌名: Neuron 54 ページ: 787-800
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Mass Conserved Reaction--Diffusion System Captures Properties of Cell Polarity (2007)
  • 著者名/発表者名: Otsuji, M., Ishihara, S., Co C., Kaibuchi, K., Mochizuki, A., Kuroda, S.
  • 雑誌名: PLoS. Comput. Biol. 3 ページ: e108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ca2+-independent phospholipase A2-dependent sustained Rho-kinase activation exhibits all-or-none response (2006)
  • 著者名/発表者名: Maeda, A., Ozaki, Y., Sivakumaran, S., Akiyama, T., Urakubo, H., Usami, A., Sato, M., Kaibuchi, K., Kuroda, S.
  • 雑誌名: Genes Cells 11 ページ: 1071-1083
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inositol 1,4,5-trisphosphate-dependent Ca2+ threshold dynamics detect spike timing in cerebellar Purkinje cells (2005)
  • 著者名/発表者名: Doi, T., Kuroda, S., Michikawa, T., Kawato, M.
  • 雑誌名: J.Neurosci. 25(4) ページ: 950-961
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic characteristics of transient responses (2005)
  • 著者名/発表者名: Ozaki, Y., Sasagawa, S., Kuroda, S.
  • 雑誌名: J.Biochem. 137 ページ: 659-663
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prediction and validation of the distinct dynamics of transient and sustained ERK activation (2005)
  • 著者名/発表者名: Sasagawa, S., Ozaki, Y. Fujita, K., Kuroda, S.
  • 雑誌名: Nat.Cell Biol. 7 ページ: 365-373
  • 査読あり
• [学会発表] Acquirement of direction selectivity through STDP in retinotectum (2009)
  • 著者名/発表者名: Honda, M., Urakubo, H., Kuroda, S.
  • 学会等名: 第32回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20090900
• [学会発表] Simulation Analysis of Spike-Timing Dependent Synaptic Plasticity from Signal Transduction Pathway to Visual Neuronal Network (2008)
  • 著者名/発表者名: Honda, M., Urakubo, H., Kuroda, S.
  • 学会等名: The 2nd Taiwan-Japan Young Researchers Conference on Computational and System Biology
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20081100
• [学会発表] Systems biology of Spike-Timing Dependent synaptic Plasticity (2008)
  • 著者名/発表者名: 黒田真也、浦久保秀俊、本田稔、Robert C.Froemke
  • 学会等名: 第85回日本生理学会大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20080300
• [学会発表] Encoding of Visual Information into Neuronal Networks by Spike-Timing Dependent Synaptic plasticity (2008)
  • 著者名/発表者名: Honda, M., Urakubo, H., Kuroda, S.
  • 学会等名: The Japan-Taiwan Young Researchers Conference on Computational and Systems Biology
  • 発表場所: Taiwan
  • 年月日: 20080300
• [学会発表] 細胞成長を制御するシグナル伝達機構の定量的解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 藤田一広、黒田真也
  • 学会等名: 第30回日本分子生物学会年会・第80回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20071200
• [学会発表] スパイクタイミングシナプス可塑性のタイミング検知メカニズム (2007)
  • 著者名/発表者名: 浦久保秀俊
  • 学会等名: シナプス研究会「シナプスの形成と成熟の分子機序」
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 20071200
• [学会発表] An allosteric kinetics of NMDA receptors required for spike timing-dependent plasticity (2007)
  • 著者名/発表者名: Urakubo, H., Honda, M., Robert C. Froemke., Kuroda, S.
  • 学会等名: The 37th annual meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20071100
• [学会発表] スパイクタイミング依存シナプス可塑性のタイミング検知メカニズム (2007)
  • 著者名/発表者名: 浦久保秀俊、本田稔、Robert C.Froemke、黒田真也
  • 学会等名: 生命科学研究ネットワークシンポジウム2007
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20070900
• [学会発表] Prediction and validation of a novel allosteric kinetics of NMDARs as a spike-timing detector (2007)
  • 著者名/発表者名: Kuroda, S., Urakubo, H., Robert C.Froemke
  • 学会等名: Cosyne 2007 meeting
  • 発表場所: Salt Lake, USA
  • 年月日: 20070200
• [図書] 生命科学の新しい潮流理論生物学 (2010)
  • 著者名/発表者名: 望月敦史, 石原秀至, 杉村薫, 柴田達夫, 黒澤元, 齋藤大助, 津元国親, 小林徹也, 上田昌宏, 澤井哲, 大浪修一, 本田稔, 黒田真也, 小林亮, 中垣俊之, 三浦岳, 本多久夫, 森下喜弘
  • 総ページ数: 3-4
  • 出版者: 共立出版
• [備考] ホームページ等
• [備考] STDPの電気生理・生化学モデル
  • URL: http://www.kurodalab.org/info/STDP/index.html
• [備考] 0708071208(データベース)
• [備考] ミオシンリン酸化反応の生化学反応モデル
  • URL: http://www.kurodalab.org/info/myosin.g