シナプス可塑性関連遺伝子Arcの神経特異的・活動依存的発現制御の分子機構

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21500301
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 奥野 浩行 東京大学, 大学院・医学系研究科, 助教 (80272417)
• キーワード: 脳・神経 / シグナル伝達 / シナプス / 遺伝子 / 長期記憶 / 海馬

研究概要

神経可塑性関連遺伝子Arc(またはArg3.1)は、大脳において神経活動に高感度に応答する神経特異的前初期遺伝子であり、同じく前初期遺伝子に属するc-fosやzif268と共に神経活動マーカーとして免疫組織化学やin situ hybridization(ISH)等に頻繁に利用されている。近年、Arc/Arg3.1タンパクはエンドサイトーシス過程に関与してグルタミン酸受容体動態の制御因子として働くことが示され、神経可塑性や神経ネットワークの恒常性、更に記憶・学習過程に関わる因子としても注目を集めている。本研究では、このArc/Arc3.1の活動依存的発現機構を解析し、シナプスから核へのシグナルカップリング機構およびArc/Arc3.1発現の生理的意義を明らかにすることを目的として生化学的・分子生物学的および生理学的解析を行う。平成23年度は、活動依存性プロモーター下に緑色蛍光タンパクを融合したArc/Arc3.1タンパクを配置した動態レポーター用いて、Arc/Arg3.1タンパクの樹状突起スパイン部における神経活動依存的な動態変化の解析を行った。その結果、Arc/Arg3.1は従来考えられていたように活動性の高いシナプスに動的に集積するのではなく、逆に活動性の低いシナプスにより多く集積することが明らかになった。さらに、このシナプス集積にはカルシウム・カルモジュリン依存的キナーゼIIのβサブユニット(CaMKIIβ)とのタンパクータンパク相互作用が重要であることが、生化学的および細胞生物学的な解析により示された。

研究成果

• [雑誌論文] Inverse synaptic tagging of inactive synapses via dynamic interaction of Arc/Arg3.1 with CaMKIIβ (2012)
  • 著者名/発表者名: Okuno, H; Akashi, K; Ishii, Y; Yagishita-Kyo, N; Suzuki, K; Nonaka, M; Kawashima, T; Fujii, H; Takemoto-Kimura, S; Abe, M; Natsume, R; Chowdhury, S; Sakimura, K; Worley, PF; Bito, H
  • 雑誌名: Cell 巻: (印刷中)(掲載確定)
  • DOI: 10.1016/j.cell.2012.02.062
  • 査読あり
• [雑誌論文] Schema-dependent gene activation and memory encoding in neocortex (2011)
  • 著者名/発表者名: Tse, D ; Takeuchi, T ; Kakeyama, M ; Kajii, Y ; Okuno, H ; Tohyama, C ; Bito, H, Morris, RGM.
  • 雑誌名: Science 巻: 333 ページ: 891-895
  • DOI: DOI:10.1126/science.1205274
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-time measurements of protein dynamics using fluorescence activation-coupled protein labeling method (2011)
  • 著者名/発表者名: Komatsu, T ; Johnsson, K ; Okuno, H ; Bito, H ; Inoue, T ; Nagano, T Urano, Y.
  • 雑誌名: JACS 巻: 133 ページ: 6745-6751
  • DOI: DOI:10.1021/ja200225m
  • 査読あり
• [学会発表] Mechanisms of Arc targeting to synapses (2011)
  • 著者名/発表者名: Okuno, H.
  • 学会等名: The 6th International Conference of Neurons and Brain Diseases/Association for the Study of Neurons and Diseases
  • 発表場所: 富山クラウンプラザホテル (富山県富山市)(招待講演)
  • 年月日: 2011-08-04
• [図書] "CREB" in "Encyclopedia of Signaling Molecules" (2012)
  • 著者名/発表者名: Yagishita-Kyo N, Inoue M, Nonaka M, Okuno H, Bito H
  • 出版者: Springer(印刷中)