リン酸化シグナルに基づいた報酬系神経回路の操作技術開発

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 行動適応を担う脳神経回路の機能シフト機構
• 研究課題/領域番号: 17H05561
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 貝淵 弘三 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (00169377)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 神経科学 / 神経回路 / ドーパミン / リン酸化 / シグナル伝達

研究実績の概要

快情動行動が発現する際、ドーパミンがD1R-PKA-Rap1-MAPK経路を活性化させることで、側坐核のドーパミンD1受容体発現中型有棘神経細胞（D1R-MSN）が興奮性の低い状態から高い状態へとシフトし神経回路が作動し快情動行動が発現する（Nagai et al. 2016）。本研究では、これらの細胞内シグナル伝達機構の役割を分子レベルで観察・操作するために以下の研究を実施した。
1）リン酸化蛋白質結合タンパク質14-3-3を神経細胞種特異的に発現させることにより、神経細胞種特異的なin vivoリン酸化プロテオミクス解析を行う技術を開発した。
2）LOV-Trap法により光刺激依存的にRhoキナーゼの活性を制御する分子ツールを開発し、このツールを用いて、神経細胞の軸索形成時にRhoキナーゼが複数の軸索形成を抑制するメカニズムを解明した。
3）ドーパミンD2受容体発現中型有棘神経細胞（D2R-MSN）における細胞内シグナル解析を行い、D2R-MSNにおいても、D1R-MSNとシグナル経路が活性化していることを見出した。
4）側坐核において神経細胞の興奮性を制御するイオンチャネルを探索し、イオンチャンネルがリン酸化されることを見出した。
5）側坐核特異的に転写因子をノックアウトするマウスを作製し、条件付け場所嗜好性試験などを用いて、神経可塑性が長期的な神経回路シフトを制御する機構を解析した。また、側坐核特異的にRhoキナーゼをノックアウトするマウスを作製した。

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

1）in vivoリン酸化プロテオミクス解析は順調に進展しており、新たなリン酸化基質を同定しつつある。
2）LOV-Trap法により光刺激依存的にRhoキナーゼの活性を制御する分子ツールは開発が完了した。
3）ドーパミンD2受容体発現中型有棘神経細胞（D2R-MSN）における細胞内シグナル解析を行い、D2R-MSNにおいても、D2R-PKA-RAP1-MAPKシグナル経路が活性化していることを見出し、現在論文投稿準備中である。
4）側坐核において神経細胞の興奮性を制御するイオンチャネルを探索し、イオンチャンネルがリン酸化されることを見出した。
5）側坐核特異的に転写因子をノックアウトするマウスを作製し、条件付け場所嗜好性試験などを用いて、神経可塑性が長期的な神経回路シフトを制御する機構を解析した、論文投稿準備中である。また、側坐核特異的にRhoキナーゼをノックアウトするマウスの作製に成功した。

今後の研究の推進方策

1）新たに開発したin vivoリン酸化プロテオミクス解析法を用いて神経細胞の回路シフトに関係するリン酸化基質を同定する。
2）新たに開発したツールを用い個体内において光刺激依存的にRhoキナーゼの活性を制御する技術を開発する。
3）D2R-MSN特異的な細胞内シグナル解析を行い、D2R-MSNにおける細胞内シグナル解析を進める。
4）イオンチャネルのリン酸化が側坐核における神経細胞の興奮性を制御するメカニズムを解明する。
5）作製した側坐核特異的にRhoキナーゼをノックアウトするマウス用い、条件付け場所嗜好性試験などを用いて、神経可塑性が長期的な神経回路シフトを制御する機構を解析する。

研究成果

• [国際共同研究] University of North Carolina(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of North Carolina
• [雑誌論文] Targeting Tyro3 ameliorates a model of PGRN-mutant FTLD-TDP via tau-mediated synaptic pathology (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujita Kyota、Chen Xigui、Homma Hidenori、Tagawa Kazuhiko、Amano Mutsuki、Saito Ayumu、Imoto Seiya、Akatsu Hiroyasu、Hashizume Yoshio、Kaibuchi Kozo、Miyano Satoru、Okazawa Hitoshi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 433
  • DOI: 10.1038/s41467-018-02821-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery of long-range inhibitory signaling to ensure single axon formation (2017)
  • 著者名/発表者名: Takano Tetsuya、Wu Mengya、Nakamuta Shinichi、Naoki Honda、Ishizawa Naruki、Namba Takashi、Watanabe Takashi、Xu Chundi、Hamaguchi Tomonari、Yura Yoshimitsu、Amano Mutsuki、Hahn Klaus M.、Kaibuchi Kozo
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 33
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00044-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Daple Coordinates Planar Polarized Microtubule Dynamics in Ependymal Cells and Contributes to Hydrocephalus (2017)
  • 著者名/発表者名: Takagishi Maki、Sawada Masato、Ohata Shinya、Asai Naoya、Enomoto Atsushi、Takahashi Kunihiko、Weng Liang、Ushida Kaori、Ara Hosne、Matsui Shigeyuki、Kaibuchi Kozo、Sawamoto Kazunobu、Takahashi Masahide
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 20 ページ: 960～972
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.06.089
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Valosin-containing protein (VCP) is a novel IQ motif-containing GTPase activating protein 1 (IQGAP1)-interacting protein (2017)
  • 著者名/発表者名: Itoh Norimichi、Nagai Taku、Watanabe Takashi、Taki Kentaro、Nabeshima Toshitaka、Kaibuchi Kozo、Yamada Kiyofumi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 493 ページ: 1384～1389
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.09.159
  • 査読あり
• [雑誌論文] Meis1 Coordinates Cerebellar Granule Cell Development by Regulating Pax6 Transcription, BMP Signaling and Atoh1 Degradation (2017)
  • 著者名/発表者名: Owa T, Taya S, Miyashita S, Yamashita M, Adachi T, Yamada K, Yokoyama M, Aida S, Nishioka T, Inoue YU, Goitsuka R, Nakamura T, Inoue T, Kaibuchi K, Hoshino M.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 38 ページ: 1277-1294
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1545-17.2017
  • 査読あり
• [学会発表] ドパミン神経伝達により引き起こされる神経興奮と報酬関連行動の細胞内シグナル (2017)
  • 著者名/発表者名: 永井 拓 黒田 啓介 貝淵 弘三
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会