| 研究課題/領域番号 |
19K06955
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
柿澤 昌 京都大学, 薬学研究科, 准教授 (40291059)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 活性酸素 / 一酸化窒素 / シナプス / 小脳 / カルシウム / 長期増強 / 長期抑圧 / 可塑性 |
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| 研究実績の概要 |
前年度の研究で、活性酸素(ROS)およびROSと一酸化窒素(NO)から産生される8-nitro-cGMPによって伝達されるシグナル系が、小脳平行線維シナプスにおける可塑的変化、長期抑圧(long-term depression; 小脳LTD)の誘導に必要であることが示された。小脳平行線維シナプスの可塑性においては、LTD誘導刺激により長期増強(小脳LTP)誘導に必要なシグナルも活性化され得ることが想定されるにも関らず、小脳LTD誘導刺激ではLTPに打ち消されることなく、LTDが誘導される。このことから、小脳LTD誘導刺激により活性化される因子が、小脳LTP誘導シグナルの一部を阻害している可能性が考えられる。そこで、この仮説を検証するため、今年度は、小脳LTD誘導刺激で活性化されることが明らかになったROS/8-nitro-cGMPシグナルの小脳LTPへの影響を調べた。若齢個体由来の小脳急性スライス標本において、ROS(過酸化水素)による前処理、あるいは記録電極を通じたプルキンエ細胞への8-nitro-cGMP投与により、小脳LTPは阻害された。さらに、このLTP誘導に必要なNO依存的カルシウム放出(NICR)も、同様に、ROSおよび8-nitro-cGMPにより阻害された。一方で、他のカルシウム放出機構は、ROS/8-nitro-cGMPによる阻害を受けなかった。これらの結果は、ROS/8-nitro-cGMPシグナルは、小脳LTDの誘導に必要であるとともに、小脳LTP誘導に必要なNICRを阻害することで、小脳シナプス可塑性の方向性の決定に関与していることを示唆する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
本研究課題は、活性酸素(ROS)の小脳依存的運動学習と神経回路網の可塑性への関与、神経活動依存的な産生、さらにはROSによる生体機能阻害の分子機構を明らかにし、脳におけるROSの正・負の作用を統合的に理解することを目的として立案されたものである。
計画初年度(前年度)には、ROS/8-nitro-cGMPシグナルが、小脳平行線維シナプスにおける長期抑圧(小脳LTD)の誘導に必要であることを、ROS産生酵素阻害薬・ROSスカベンジャー・8-nitro-cGMPシグナル伝達阻害薬などの投与による小脳LTD阻害を示すことで、明らかにした。さらに、ROS/8-nitro-cGMPシグナルは、小脳プルキンエ細胞内における一酸化窒素(NO)依存的カルシウム放出(NICR)を阻害することで、同じ平行線維シナプスにおける長期増強(小脳LTP)を阻害し、このことによりシナプス可塑性の方向性が決定されることを示した。本研究課題の前半の二年間は、主に活性酸素関連シグナルの生理的役割とそのメカニズムの解明を目標としており、この様にROS/8-nitro-cGMPシグナルが、小脳運動学習の細胞レベルでの基盤とされる小脳シナプスの可塑性の誘導と方向性の決定に関与することを示すことができたことから、本課題はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度の研究により、活性酸素(ROS)/8-nitro-cGMPシグナルは、小脳プルキンエ細胞内の一酸化窒素(NO)依存的カルシウム放出(NICR)の阻害を介して、小脳平行線維シナプスにおける長期増強(小脳LTP)を阻害することが示された。NICRは細胞内カルシウム貯蔵庫である小胞体膜上のカルシウム放出チャネル、１型リアノジン受容体(RyR1)がNOによりS-ニトロシル化修飾を受け(SNO化)活性化されることで起こる。タンパク質中のアミノ酸、システインのチオール基は、NOによるSNO化に加え、ROSによるジスルフィド化や8-nitro-cGMPによるグアニル化の標的でもある。そこで今後は、ROSや8-nitro-cGMPによるRyR1が化学修飾を受けることで、NOによるSNOが阻害され、NICRひいては小脳LTPが阻害されるという仮説を検証してゆく。さらに、LTD誘導刺激によりROSが産生されることをイメージングにより示すとともに、神経活動依存的なROSの産生機構の分子レベルでの解明も進める。
一方で、ROSは老化や生活習慣病の原因因子としても知られる。そこで、ROSの発生メカニズムは異なるものの、加齢個体においてもROSがRyR1のNOによる活性化を阻害し、これが加齢に伴う小脳LTPひいては小脳LTP依存的な生体機能の阻害へとつながることが推測される。本研究課題の残りの期間で、ROSによるRyR1の活性化阻害を介した生体機能の阻害機構についても、分子～細胞レベルでの解明を進めてゆく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
前年度と今年度に行った実験の多くは手法・消耗品の多くを共有するものであり、前年度に購入した薬品類で作成したストック試薬の多くを、今年度の実験に用いることが可能となったことから、当初の予定よりも物品費を節約することができた。
翌年度は、新たに生化学的な解析が加わるため、翌年度請求分と合わせた経費による物品（薬品類、プラスチック器具など）が必要となる。
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