樹状突起スパインの構造可塑性の分子機構

2011 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, 記憶メカニズム研究チーム, チームリーダー (90466037)
• キーワード: 細胞・組織 / シグナル伝達 / 神経科学 / 生理学 / 脳・神経

研究概要

当初研究では、シナプス後部に多量に存在するシグナル分子であるCa^<2+>/calmodulin-dependent protein kinase(CaMKII)がF-actinを束化する事で細胞骨格の一員として機能する事を示し、そのシナプスの機能的、構造的可塑性との関係について理解する事を主目的としていた。その結果、次の事が明らかとなり、投稿準備中である。
1.CaMKIIβはF-actin束化能を持ち、自己リン酸化がその活性を失わせた。
2.CaMKIIβによって束化されたF-actinはcofilinによる切断やArp2/3による重合促進を受けにくい。これにより、CaMKIIβはシナプスでF-actinの安定化に働いていると考えられる.
3.同定されたリン酸化部位のphosphoblock変異体を過剰発現すると優勢抑制体として働き、LTP誘導に伴うspineの構造変化が阻害された。これは、F-actin脱束化される事が構造可塑性に必要である事が判る.
4.同様に、電気生理学的に記録されるLTPもphosphoblock変異体の過剰発現により抑制された。
5.KR-CaMKIIβ融合蛋白を発現し、光を照射またはグルタミン酸アンケージ単独ではspineの形態は変化しなかった。が、両者を組み合わせると、spineが増大した.
この事から、CaMKIIβによるアクチン束化はシナプス可塑性のゲートとして働いていると考えられた.

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

ほぼ全ての仮説通りに実験が進んでいる。

今後の研究の推進方策

24年度はKRの最終実験が必要であるのと、論文の出版にあたっては追加データーを要求されることが予想される。一方で、上記の通り、CaMKIIがF-actinから外れた時にF-actinに作用する分子であり、また情報伝達系の下流でもあるcofilinがactinと共に新規構造を取っている事を見いだした.そのため、cofilinを中心とした実験を行なっていく。

研究成果

• [雑誌論文] A rapid and effective FISH protocol with hybridization-sensitive fluorescent linear oligo probes (2012)
  • 著者名/発表者名: Wang, D.O., Matsuno, H., Ikeda, S., Nakamura, A., Yanagisawa, H., Hayashi, Y., Okamoto, A
  • 雑誌名: RNA 巻: 18 ページ: 166-175
• [雑誌論文] Experience-dependent regulation of CaMKII activity within single visual cortex synapses in vivo (2011)
  • 著者名/発表者名: Mower, A.F., Kwok, S.M., Yu, H., Majewska, A.K., Okamoto, K.-I., Hayashi, Y.*, Sur, M.* (*: co-corresponding authors)
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci. 巻: 108 ページ: 21241-21246
  • DOI: 10.1073/pnas.1108261109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural plasticity of dendritic spines (2011)
  • 著者名/発表者名: Bosch, M., Hayashi, Y.
  • 雑誌名: Curr.Opin.Neurobiol. 巻: (印刷中)
  • DOI: doi:10.1016/j.conb.2011.09.002
  • 査読あり
• [学会発表] A quantitative anyalysis of AMPA receptor GluR1 phospho-isotypes (2011)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa, T., Hayashi, Y
  • 学会等名: SfN 2011
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 20111100
• [学会発表] The role of CaMKII beta in modulating dendritic spine structural plasticity (2011)
  • 著者名/発表者名: Lakhanpal, G., Kim, K., Kato-Hayashi, M., Hayashi, Y., Okamoto, K
  • 学会等名: SfN 2011
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 20111100
• [学会発表] CaMKII gates rapid structural plasticity in hippocampal dendritic spines (2011)
  • 著者名/発表者名: Kim, K., Hayashi, M., Narayanan, R., Suzuki, A., Matsuura, K., Okamoto, K., Hayashi, Y
  • 学会等名: SfN 2011
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 20111100
• [学会発表] In vivo two-photon imaging of neuronal circuit activity using transgenic mice that express fluorescent calcium sensor proteins in the brain (2011)
  • 著者名/発表者名: Sato, M., Kawano, M., Islam, T., Yamaguchi, Y., Ohkura, M., Nakai, J., Hayashi, Y
  • 学会等名: 第34回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20110900
• [学会発表] Structural roles of CaMKII (2011)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, Y.
  • 学会等名: 日本神経化学会
  • 発表場所: 金沢(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-26
• [学会発表] A quantitative anyalysis of AMPA receptor GluR1 phospho-isotypes (2011)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa, T., Hayashi, Y.
  • 学会等名: 第34回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] The regulation of dendritic spine structural plasticity by CaMKII beta (2011)
  • 著者名/発表者名: Lakhanpal, G.K., Kim, K., Kato-Hayashi, M., Hayashi, Y., Okamoto, K
  • 学会等名: 8^<th> IBRO World Congress of Neuroscience
  • 発表場所: Florence, Italy
  • 年月日: 2011-07-15
• [学会発表] Phosphoisotype analysis of AMPA receptor GluR1 (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasunori Hayashi
  • 学会等名: Gordon Research Conference Excitatory Synapses & Brain Function
  • 発表場所: Easton, MA, USA(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-29
• [備考]
  • URL: http://glutamate.brain.riken.jp