樹状突起スパインの構造可塑性の分子機構

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20240032
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 林 康紀 独立行政法人理化学研究所, シナプス機能研究チーム, チームリーダー (90466037)
• キーワード: シナプス可塑性 / 樹上突起棘 / 細胞骨格 / コフィリン / アクチン / カルシウム / カルモジュリン依存性蛋白質リン酸化酵素(CaMKII) / 海馬スライス / 二光子レーザー顕微鏡

研究概要

本研究期間は昨年の研究期間中、cofilinがシナプスへ急速へ移行する事を観察したことから、その方向へ大きな転回を遂げた。様々なシナプス蛋白のLTPに伴うシナプスへの移行を検討する為、AMPA受容体、actin、cofilin、profilin、actinin、drebrin、CaMKII、SAP97、PSD-95、Shank、Homer1BをそれぞれGFP融合蛋白として海馬CA1錐体細胞に発現した。同時にRFPを共発現し、樹状突起スパインの体積と形状をモニターした。スパインは籠化グルタミン酸存在下にて二光子レーザーを短時間照射する事によりこれらの蛋白のうちcofilinとactinが体積に比例する以上にスパインに移行した。Actinin、drebrin、CaMKIIは2-3分の遅れをもってスパインに移行し、それはほぼ体積に比例した物であった。一方で、SAP97、PSD-95、Shank、Homer1Bは殆どスパインに移行しなかった。これらの蛋白質を種類別に考えると、アクチンとその結合蛋白が樹状突起スパインの構造可塑性、特にその初期に深く関与する事が分かる。一方で、所謂足場蛋白は殆どシナプスへ移行しなかった事から少なくとも初期の構造可塑性には関わらないと考えられた。次にcofilinが如何にシナプスへ移行するのかを調べる為にphotoactivatable GFPを用い、cofilinのturnoverを観察した所、刺激後30分までcofilinがシナプスに結合している事が分かった。Cofilinは濃度によりいくつかの作用が有り、最近の精製標品を用いた研究からは低濃度ではアクチンを脱重合させる一方、高濃度ではアクチン重合を促す事が知られており、コフィリンの濃度の上昇はアクチンの重合化、ひいてはスパインの拡大に寄与している物ご推察された。

研究成果

• [雑誌論文] The postsynaptic density proteins Homer and Shank form a polymeric network structure (2009)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M.K., Tang, C., Verpelli, C., Narayanan, R., Stearns, M.H., Xu, R.-M., Li, H., Sala, C., Hayashi, Y.
  • 雑誌名: Cell 137 ページ: 159-171
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional dynamics of polo-like kinase-1 at the centrosome (2009)
  • 著者名/発表者名: Kishi, K., van Vugt, M.A., Okamoto, K.-I., Hayashi, Y., Yaffe, M.B.
  • 雑誌名: Mol Cell Biol. 29 ページ: 3134-3150
  • 査読あり
• [雑誌論文] The roles of CaMKII and F-actin in the structural plasticity of dendritic spinesa potential molecular identity of a synaptic tag? (2009)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, K., Bosch, M., Hayashi, Y.
  • 雑誌名: Physiology 24 ページ: 357-366
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term potentiation : two pathways meet at neurogranin (2009)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, Y.
  • 雑誌名: EMBO J 28 ページ: 3027-3039
• [学会発表] Ultrastructural reorganization after long term potentiation of a single dendritic spine (2009)
  • 著者名/発表者名: J.Castro, M.Bosch, Y.Hayashi, M.Sur
  • 学会等名: Annual meeting of Society for Neuroscience
  • 発表場所: Chicago, Illinois, USA
  • 年月日: 2009-10-18
• [学会発表] Structural and molecular reorganization of a single dendritic spine during long-term potentiation (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Bosch, J.Castro, R.Narayanan, M.Sur, Y.Hayashi
  • 学会等名: Annual meeting of Society for Neuroscience
  • 発表場所: Chicago, Illinois, USA
  • 年月日: 2009-10-18
• [学会発表] Eye domain-specific synaptic CaMKII activation during ocular dominance plasticity in vivo (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Hayashi, A.F.Mower, S.Kwok, H.Yu, A.Majewska, K.Okamoto, M.Sur
  • 学会等名: Annual meeting of Society for Neuroscience
  • 発表場所: Chicago, Illinois, USA
  • 年月日: 2009-10-18
• [学会発表] Molecular mechanism of hippocampal synaptic plasticity (2009)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, Y.
  • 学会等名: Frontiers in Neurophotonics 2009
  • 発表場所: Ville de Quebec, Quebec, Canada
  • 年月日: 2009-06-08
• [備考]
  • URL: http://glutamate.brain.riken.jp
• [備考]
  • URL: http://www.riken.jp/r-world/info/release/press/2009/090403/index.html