Resonance特性の分子メカニズムと機能的意義の解析

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: 非線形発振現象を基盤としたヒューマンネイチャーの理解
• 研究課題/領域番号: 16H01615
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 橋本 浩一 広島大学, 医歯薬保健学研究院(医), 教授 (00303272)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2018-03-31
• キーワード: オシレーション / resonance特性 / ニューロン / 膜電位 / 下オリーブ核

研究実績の概要

脳内のある種の神経細胞には、サイン波状の周期的膜電位オシレーションを示す特徴があり、信号処理などに重要な関与をしていると考えられている。オシレーションの発現には細胞膜のイオンチャネルが必須と考えられているが、関与するイオンチャネルの種類や機能については不明な点が多かった。平成28年度の研究において、研究代表者らはオシレーションの発現に必須な要素と考えられている細胞膜の電気的特性である「resonance特性」に関与するイオンチャネルを解析した。延髄にある下オリーブ核の神経細胞から、ホールセル法で電気記録を行った。その結果、神経細胞膜のresonance特性にhyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channel 1（HCN1）と、電位依存性Ca2+チャネルの一種であるCav3.1チャネルが共同的に働くことが必須であることを明らかにした。Resonance特性の発現における両者の機能的役割は異なっており、HCN1はResonance特性の発現にダイレクトに関与するのに対し、Cav3.1はHCN1が作り出した膜電位変化を増強する作用があることが分かった。また、これらの分子は下オリーブ核神経細胞の樹状突起上にクラスター状に分布するが、両者の分布はお互い重ならないことも分かった。これらの成果をCell Reports誌にて発表した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究成果び一部をCell Reports誌に発表した。

今後の研究の推進方策

平成28年度までの解析から、神経細胞のResonance特性における電位依存性K+チャネルの関与を示唆する結果が得られている。電気生理学的なイオンチャネルの特性の解析、特異的抗体による形態学的な解析、候補遺伝子の組み換えマウスの作成を進め、電位依存性K+チャネルのresonance特性における機能的な意義を明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Ionic Basis for Membrane Potential Resonance in Neurons of the Inferior Olive. (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto-Makidono, Y., Nakayama, H., Yamasaki, M., Miyazaki, T., Kobayashi, K., Watanabe, M., Kano, M., Sakimura, K., Hashimoto, K.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 16 ページ: 994-1004
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.06.053.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] CAPS1 RNA Editing Promotes Dense Core Vesicle Exocytosis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Miyake, K., Ohta, T., Nakayama, H., Doe, N., Terao, Y., Oiki, E., Nagatomo, I., Yamashita, Y., Abe, T., Nishikura, K., Kumanogoh, A., Hashimoto, K., Kawahara, Y.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 17 ページ: 2004-2014
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.10.073.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Metabotropic Glutamate Receptor Subtype 1 Mediates Experience-Dependent Maintenance of Mature Synaptic Connectivity in the Visual Thalamus. (2016)
  • 著者名/発表者名: Narushima, M., Uchigashima, M., Yagasaki, Y., Harada, T., Nagumo, Y., Uesaka, N., Hashimoto, K., Aiba, A., Watanabe, M., Miyata, M., Kano, M.
  • 雑誌名: Neuron 巻: 91 ページ: 1097-1109
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2016.07.035.
  • 査読あり
• [学会発表] 神経細胞のResonance特性に関わるイオンチャネルの解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋本浩一、槇殿佳子、中山寿子、山崎美和子、宮崎太輔、小林和人、渡辺雅彦、狩野方伸、崎村建司
  • 学会等名: 第94回 日本生理学会大会
  • 発表場所: 浜松市
  • 年月日: 2017-03-28 – 2017-03-30
• [学会発表] Genetic manipulation of mTORC1 signaling in mouse cerebellar Purkinje cell. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kassai, H., Sakai, Y., Nakayama, H., Maeda, T., Hashimoto, K., Kano, M., Aiba, A.
  • 学会等名: Neuroscience 2016 annual meeting Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2016-11-12 – 2016-11-16
  • 国際学会
• [学会発表] 細胞膜resonance特性に関わるイオンチャネル (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋本浩一、槇殿佳子、中山寿子
  • 学会等名: 第68回 日本生理学会 中国四国地方会
  • 発表場所: 岡山市
  • 年月日: 2016-11-05 – 2016-11-06
• [学会発表] Ion channels responsible for the resonant property of neurons in the inferior olive. (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋本浩一、中山寿子、松本佳子
  • 学会等名: 第59回 日本神経化学会大会
  • 発表場所: 福岡市
  • 年月日: 2016-09-08 – 2016-09-10
• [学会発表] A mutation in CACNA1G causes autosomal dominant spinocerebellar ataxia. (2016)
  • 著者名/発表者名: Morino, H., Matsuda, Y., Muguruma, K., Miyamoto, R., Ohsawa, R., Ohtake, T., Otobe, R., Watanabe, M., Maruyama, H., Hashimoto, K., Kawakami, H.
  • 学会等名: 第39回 日本神経科学学会大会
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [備考] 広島大学 医歯薬保健学研究科 神経生理学
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/physiol2/