活動依存的カルシウム流入による競合的シナプス回路発達の共通原理の解明

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19100005
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 渡辺 雅彦 北海道大学, 大学院・医学研究科, 教授 (70210945)
• 研究分担者: 崎村 建司 新潟大学, 脳研究所, 教授 (40162325)
• キーワード: シナプス / 脳 / 発達 / 小脳 / 大脳皮質

研究概要

小脳プルキンエ細胞においてカルシウム濃度上昇を媒介する最も主要な分子機構は、登上線維の強い脱分極作用により活性化して樹状突起にカルシウム流入を引き起こすP/Q型カルシウムチャネルである。本年度は、このカルシウムチャネル本体を構成するCav2.1のプルキンエ細胞選択的欠損マウス(Cav2.1-PC-KOマウス)を用いて、シナプス後部に発現するこの分子のシナプス回路発達や細胞機能制御における役割を検討した。その結果、以下の所見を得ることができた。
1)Cav2.1-PC-KOマウスでは、近位樹状突起を支配する登上線維の支配領域が減少し、本来、遠位樹状突起を支配する平行線維の支配領域が近位に向かって拡大した。
2)複数の登上線維による多重支配が成体期においても残存した。
3)分子発現に関する小脳コンパートメントの境界が翻訳後修飾のレベルで不明瞭化した。
4)生後3週以降より、プルキンエ細胞の細胞死が出現し、特に進行した。
以上の結果より、プルキンエ細胞に発現するP/Q型カルシウムチャネルは、一本の優勢な登上線維の強化分子機構として機能し、それにより平行線維と登上線維によるテリトリー的支配の形成と単一支配化という競合的シナプス回路発達に不可欠であることを示している。さらに、P/Q型カルシウムチャネルを介するカルシウム流入は、プルキンエ細胞のコンパートメント的な分子発現と細胞生存にも関わることも示している。

研究成果

• [雑誌論文] Unbalance of CB1 receptors expressed in GABAergic and glutamatergic neurons in a transgenic mouse model of Huntington's disease (2012)
  • 著者名/発表者名: Chiodi, Valentina ; Uchigashima, Motokazu ; Beggiato, Sarah, et
  • 雑誌名: Neurobiology of Disease 巻: 45(3) ページ: 983-991
  • DOI: 10.1016/j.nbd.2011.12.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitric oxide-induced calcium release via ryanodine receptors regulates neuronal function (2012)
  • 著者名/発表者名: Kakizawa, Sho ; Yamazawa, Toshiko ; Chen, Yili, et al
  • 雑誌名: Embo Journal 巻: 31(2) ページ: 417-428
  • DOI: 10.1038/emboj.2011.386
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ca(v) 2.1 in Cerebellar Purkinje Cells Regulates Competitive Excitatory Synaptic Wiring, Cell Survival, and Cerebellar Biochemical (2012)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, Taisuke ; Yamasaki, Miwako ; Hashimoto, Kouichi, et
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 32(4) ページ: 1311-1328
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2755-11.2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unique inhibitory synapse with particularly rich endocannabinoid signaling machinery on pyramidal neurons in basal amygdaloid nucleus (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, T.; Uchigashima, M.; Yamasaki, M., et al
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 108(7) ページ: 3059-3064
  • DOI: 10.1073/pnas.1012875108
  • 査読あり
• [雑誌論文] The SK2-long isoform directs synaptic localization and function of SK2-containing channels (2011)
  • 著者名/発表者名: Allen, D.; Bond, C.T.; Lujan, R., et al
  • 雑誌名: Nature Neuroscience 巻: 14(6) ページ: 744-749
  • DOI: 10.1038/nn.2832
  • 査読あり
• [雑誌論文] SynArfGEF is a guanine nucleotide exchange factor for Arf6 and localizes preferentially at post-synaptic specializations of inhibitory synapses (2011)
  • 著者名/発表者名: Fukaya, M.; Kamata, A.; Hara, Y., et al
  • 雑誌名: Journal of Neurochemistry 巻: 116(6) ページ: 1122-1137
  • DOI: 10.1111/j.1471-4159.2010.07167.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Some lumbar sympathetic neurons develop a glutamatergic phenotype after peripheral axotomy with a note on VGLUT(2)-positive perineuronal (2011)
  • 著者名/発表者名: Brumovsky, P.R.; Seroogy, K.B.; Lundgren, K.H., et al
  • 雑誌名: Experimental Neurology 巻: 230(2) ページ: 258-272
  • DOI: 10.1016/j.expneurol.2011.05.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] SK2 channels are neuroprotective for ischemia-induced neuronal cell death (2011)
  • 著者名/発表者名: Allen, D.; Nakayama, S.; Kuroiwa, M., et al
  • 雑誌名: Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism 巻: 31(12) ページ: 2302-2312
  • DOI: 10.1038/jcbfm.2011.90
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Neural Pathway Targeting Reveals Key Roles of Thalamostriatal Projection in the Control of Visual Discrimination (2011)
  • 著者名/発表者名: Kato, S.; Kuramochi, M.; Kobayashi, K., et al
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 31(47) ページ: 17169-17179
  • DOI: 10.1523/jneurosci.4005-11.2011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rho/Rho-kinase signaling pathway controls axon patterning of a specified subset of cranial motor neurons (2011)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, K.; Masuda, T.; Takahashi, M., et al
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 巻: 33(4) ページ: 612-621
  • DOI: 10.1111/j.1460-9568.2010.07554.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Retrieval of Conditioned Fear Activates the Basolateral and Intercalated Nucleus of Amygdala (2011)
  • 著者名/発表者名: Izumi, T.; Boku, S.; Shinmin, W., et al
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience Research 巻: 89(5) ページ: 773-790
  • DOI: 10.1002/jnr.22592
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redistribution of CB1 Cannabinoid Receptors in the Acute and Chronic Phases of Pilocarpine-Induced Epilepsy (2011)
  • 著者名/発表者名: Karlocai, M.R.; Toth, K.; Watanabe, M., et al
  • 雑誌名: Plos One 巻: 6(11)(on line)
  • DOI: e2719610.1371/journal.pone.0027196
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Study of NPY-Expressing GABAergic Neurons and Axons in Rat Spinal Dorsal Horn (2011)
  • 著者名/発表者名: Polgar, E.; Sardella, T.C.P.; Watanabe, M., et al
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 519(6) ページ: 1007-1023
  • DOI: 10.1002/cne.22570
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Detection of mu Opioid Receptor : Western Blot Analyses Using mu Opioid Receptor Knockout Mice (2011)
  • 著者名/発表者名: Kasai, S.; Yamamoto, H.; Kamegaya, E., et al
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 519(6) ページ: 219-222
  • DOI: 10.2174/157015911795016921
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prickle2 is localized in the postsynaptic density and interacts with PSD-95 and NMDA receptors in the brain (2011)
  • 著者名/発表者名: Hida, Y.; Fukaya, M.; Hagiwara, A., et al
  • 雑誌名: Journal of Biochemistry 巻: 149(6) ページ: 693-700
  • DOI: 10.1093/jb/mvr023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Postsynaptic P/Q-type Ca(2+) channel in Purkinje cell mediates synaptic competition and elimination in developing cerebellum (2011)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto, K.; Tsujita, M.; Miyazaki, T., et al
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 108(24) ページ: 9987-9992
  • DOI: 10.1073/pnas.1101488108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orexin Neurons Receive Glycinergic Innervations (2011)
  • 著者名/発表者名: Hondo, M.; Furutani, N.; Yamasaki. M., et al
  • 雑誌名: Plos One 巻: 6(9)(on line)
  • DOI: e2507610.1371/journal.pone.0025076
  • 査読あり
• [雑誌論文] NR3A-containing NMDARs promote neurotransmitter release and spike timing-dependent plasticity (2011)
  • 著者名/発表者名: Larsen, R.S.; Corlew, R.J.; Henson, M.A., et al
  • 雑誌名: Nature Neuroscience 巻: 14(3) ページ: 338-344
  • DOI: 10.1038/nn.2750
  • 査読あり
• [雑誌論文] NMDA Receptors in Hippocampal GABAergic Synapses and Their Role in Nitric Oxide Signaling (2011)
  • 著者名/発表者名: Szabadits, E.; Cserep, C.; Szonyi, A., et al
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 31(16) ページ: 5893-5904
  • DOI: 10.1523/jneurosci.5938-10.2011
  • 査読あり
• [雑誌論文] MOP Reduction During Long-Term Methamphetamine Withdrawal was Restored by Chronic Post-Treatment with Fluoxetine (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, H.; Takamatsu, Y.; Imai, K., et al
  • 雑誌名: Current Neuropharmacology 巻: 9(1) ページ: 73-78
  • DOI: 10.2174/157015911795017056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular reorganization of endocannabinoid signalling in Alzheimer's disease (2011)
  • 著者名/発表者名: Mulder, J.; Zilberter, M.; Pasquare, S.J., et al
  • 雑誌名: Brain 巻: 134 ページ: 1041-1060
  • DOI: 10.1093/brain/awr046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular and Morphological Configuration for 2-Arachidonoylglycerol-Mediated Retrograde Signaling at Mossy Cell-Granule Cell Synapses in the Dentate Gyrus (2011)
  • 著者名/発表者名: Uchigashima, M.; Yamazaki, M.; Yamasaki, M., et al
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 31(21) ページ: 7700-7714
  • DOI: 10.1523/jneurosci.5665-10.2011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of spinal phosphorylation cascade of Tyr1472-NR2B, Thr286-CaMKII, and Ser831-GluR1 in neuropathic pain (2011)
  • 著者名/発表者名: Katano, T.; Nakazawa, T.; Nakatsuka, T., et al
  • 雑誌名: Neuropharmacology 巻: 60(4) ページ: 609-616
  • DOI: 10.1016/j.neuropharm.2010.12.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glutamate Receptor delta 2 Is Essential for Input Pathway-Dependent Regulation of Synaptic AMPAR Contents in Cerebellar Purkinje Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamasaki, M.; Miyazaki, T.; Azechi, H., et al
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 31(9) ページ: 3362-3374
  • DOI: 10.1523/jneurosci.5601-10.2011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Galanin-immunoreactivity identifies a distinct population of inhibitory interneurons in laminae I-III of the rat spinal cord (2011)
  • 著者名/発表者名: Tiong, S.Y.X.; Polgar, E.; van Kralingen, J.C., et al
  • 雑誌名: Molecular Pain 巻: 7(on line)
  • DOI: 3610.1186/1744-8069-7-36
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression of Vesicular Glutamate Transporters type 1 and 2 in Sensory and Autonomic Neurons Innervating the Mouse Colorectum (2011)
  • 著者名/発表者名: Brumovsky, P.R.; Robinson, D.R.; La, J.H., et al
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 519(16) ページ: 3346-3366
  • DOI: 10.1002/cne.22730
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynorphin is expressed primarily by GABAergic neurons that contain galanin in the rat dorsal horn (2011)
  • 著者名/発表者名: Sardella, T.C.P.; Polgar, E.; Garzillo, F., et al
  • 雑誌名: Molecular Pain 巻: 7(on line)
  • DOI: 7610.1186/1744-8069-7-76
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct functions of kainate receptors in the brain are determined by the auxiliary subunit Netol (2011)
  • 著者名/発表者名: Straub, C.; Hunt, D.L.; Yamasaki, M., et al
  • 雑誌名: Nature Neuroscience 巻: 14(7) ページ: 866-873
  • DOI: 10.1038/nn.2837
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differential interactions of cerebellin precursor protein (Cbln) subtypes and neurexin variants for synapse formation of cortical neurons (2011)
  • 著者名/発表者名: Joo, J.Y.; Lee, S.J.; Uemura, T., et al
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 406(6) ページ: 627-632
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.02.108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental Switching of Perisomatic Innervation from Climbing Fibers to Basket Cell Fibers in Cerebellar Purkinje Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Ichikawa, R.; Yamasaki, M.; Miyazaki, T., et al
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 31(47) ページ: 16916-16927
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2396-11.2011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental regulation of G protein-gated inwardly-rectifying K+ (GIRK/Kir3) channel subunits in the brain (2011)
  • 著者名/発表者名: Fernandez-Alacid, L.; Watanabe, M.; Molnar, E., et al
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 巻: 34(11) ページ: 1724-1736
  • DOI: 10.1111/j.1460-9568.2011.07886.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an anatomical technique for visualizing the mode of climbing fiber innervation in Purkinje cells and its application to (2011)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, T.; Watanabe, M.
  • 雑誌名: Anatomical Science International 巻: 86(1) ページ: 10-18
  • DOI: 10.1007/s12565-010-0095-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] COMPLEMENTARY SYNAPTIC DISTRIBUTION OF ENZYMES RESPONSIBLE FOR SYNTHESIS AND INACTIVATION OF THE ENDOCANNABINOID 2-ARACHIDONOYLGLYCEROL IN THE HUMAN HIPPOCAMPUS (2011)
  • 著者名/発表者名: Ludanyi, A.; Hu, S.J.; Yamazaki, M., et al
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 174 ページ: 50-63
  • 査読あり
• [雑誌論文] Climbing fiber synapse elimination in cerebellar Purkinje cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M.; Kano, M.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 巻: 34(10) ページ: 1697-1710
  • DOI: 10.1111/j.1460-9568.2011.07894.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of NPY Y2 Receptor Protein Expression in the Mouse Brain. II. Coexistence with NPY, the Y1 Receptor, and Other Neurotransmitter-Related Molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: Stanic, D.; Mulder, J.; Watanabe, M., et al
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 519(7) ページ: 1219-1257
  • DOI: 10.1002/cne.22608
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cellular expression and subcellular localization of secretogranin II in the mouse hippocampus and cerebellum (2011)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, T.; Yamasaki, M.; Uchigashima, M., et al
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 巻: 33(1) ページ: 82-94
  • DOI: 10.1111/j.1460-9568.2010.07472.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] AMSH is required to degrade ubiquitinated proteins in the central nervous system (2011)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, S.; Tamai, K.; Watanabe, M., et al
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 408(2) ページ: 582-588
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.04.065
  • 査読あり
• [雑誌論文] Acute Cocaine Exposure Weakens GABA(B) Receptor-Dependent G-Protein-Gated Inwardly Rectifying K(+) Signaling in Dopamine Neurons of the Ventral Tegmental Area (2011)
  • 著者名/発表者名: Arora, D.; Hearing, M.; Haluk, D. M., et al
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 31(34) ページ: 12251-12257
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0494-11.2011
  • 査読あり
• [雑誌論文] A QUANTITATIVE STUDY OF NEURONAL NITRIC OXIDE SYNTHASE EXPRESSION IN LAMINAE I-III OF THE RAT SPINAL DORSAL HORN (2011)
  • 著者名/発表者名: Sardella, T.C.P.; Polgar, E.; Watanabe, M., et al
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 192 ページ: 708-720
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2011.07.011
  • 査読あり
• [学会発表] Elimination of somatic climbing fiber synapses proceeds with the differentiation of cerebellar interneurons (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮崎太輔、渡辺雅彦
  • 学会等名: 第117回解剖学会総会・全国学術集会
  • 発表場所: 山梨大学(中央市)
  • 年月日: 20120326-20120328
• [学会発表] Input pathway- and target cell type-dependent regulation of synaptic AMPAR subunits in hippocampal CA1 region (2012)
  • 著者名/発表者名: Miwako Yamasaki, Masahiro Fukaya, Manabu Abe, Hirotsugu Azechi, Kenji Sakimura, Masahiko Watanabe
  • 学会等名: 第117回解剖学会総会・全国学術集会
  • 発表場所: 山梨大学(中央市)
  • 年月日: 20120326-20120328
• [学会発表] 孤束核におけるコレシストキニンA受容体は迷走神経下神経節由来の軸索終末に局在する (2012)
  • 著者名/発表者名: 今野幸太郎、岩永敏彦、渡辺雅彦
  • 学会等名: 第117回解剖学会総会・全国学術集会
  • 発表場所: 山梨大学(中央市)
  • 年月日: 20120326-20120328
• [学会発表] 黒質線条体系ドーパミン投射における伝達様式の再検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 内ヶ島基政, 渡辺雅彦
  • 学会等名: 第117回解剖学会総会・全国学術集会
  • 発表場所: 山梨大学(中央市)
  • 年月日: 20120326-20120328
• [学会発表] 小脳プルキンエ細胞軸索初節におけるGABA作動性のシナプス伝達機構についての分子形態学的解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 岩倉淳、内ヶ島基政、渡辺雅彦
  • 学会等名: 第117回解剖学会総会・全国学術集会
  • 発表場所: 山梨大学(中央市)
  • 年月日: 20120326-20120328
• [学会発表] マウス小脳におけるKCC2発現および局在の発達に伴う変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 河北一誠, 渡辺雅彦
  • 学会等名: 第117回解剖学会総会・全国学術集会
  • 発表場所: 山梨大学(中央市)
  • 年月日: 20120326-20120328
• [学会発表] Glutamate transporter GLAST is essential for cytodifferentiation of Bergmann glia and maintenance of cerebellar excitatory wiring小脳興奮性回路網維持とバーグマングリアの形態分化におけるグルタミン酸トランスポーターGLASTの機能的役割 (2011)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Miyazaki, Miwako Yamasaki, Kouichi Hashimoto, Keiko Shimamoto, Kazuhisa Kohda, Michisuke Yuzaki, Kohichi Tanaka, Masanobu Kano, Masahiko Watanabe
  • 学会等名: 第34回日本神経科学大会Neuro2011
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川)
  • 年月日: 20110914-20110917
• [学会発表] Glutamate receptor d2 is essential for input pathway-dependent regulation of synaptic AMPAR contents in cerebellar Purkinje cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Miwako Yamasaki, Taisuke Miyazaki, Hirotsugu Azechi, Manabu Abe, Rie Natsume, Teruki Hagiwara, Atsu Aiba, Masayoshi Mishina, Kenji Sakimura, Masahiko Watanabe
  • 学会等名: 第34回日本神経科学大会Neuro2011
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川)
  • 年月日: 20110914-20110917
• [学会発表] Neurochemical characterization of neurons expressing mRNAs for the Clqlike (C1gl) family in the adult mouse brain (2011)
  • 著者名/発表者名: Kohtarou Konno, Miwako Yamasaki, Masahiko Watanabe
  • 学会等名: 第34回日本神経科学大会Neuro2011
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川)
  • 年月日: 20110914-20110917
• [学会発表] Immunohistochemical characterization of dopaminergic synapses in the mouse striatum (2011)
  • 著者名/発表者名: Motokazu Uchigashima, Masahiko Watanabe
  • 学会等名: 第34回日本神経科学大会Neuro2011
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川)
  • 年月日: 20110914-20110917
• [学会発表] Neurochemical characterization of neurons in the bed nucleus of the stria terminalis projecting to the ventral tegmental area (2011)
  • 著者名/発表者名: 工藤健大、内ヶ島基政、宮崎太輔、山崎美和子、南雅文、渡邉雅彦
  • 学会等名: 第34回日本神経科学大会Neuro2011
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川)
  • 年月日: 20110914-20110917
• [学会発表] Molecular and morphological configuration for 2-arachidonoylglycerol-mediated retrograde signaling at mossy cell-granule cell synapses in the dentate gyrus (2011)
  • 著者名/発表者名: Motokazu Uchigashima, Maya Yamazaki, Miwako Yamasaki, Asami Tanimura, Kenji Sakimura, Masanobu Kano, Masahiko Watanabe
  • 学会等名: 8th IBRO World Congress of Neuroscience
  • 発表場所: Congress centre (Italy)
  • 年月日: 20110714-20110718