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2017 年度 実績報告書

運動学習をささえる小脳シナプス回路シフト

公募研究

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 17H05579
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

掛川 渉  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 准教授 (70383718)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワードシナプス改変 / 記憶学習 / 生後発達 / 小脳
研究実績の概要

自然免疫系補体C1qやその機能ドメインを有する分子から構成されたC1qファミリーは中枢シナプスの形成や機能を支える重要な分子群である。私たちは最近、小脳運動学習を担う登上線維-プルキンエ細胞シナプス (CFシナプス) に局在する新規C1qファミリー分子C1q様分子1 (C1qL1) を同定し、C1qL1が生後発達期にみられるCFシナプス回路の改変過程に寄与することを明らかにした (Kakegawa et al., Neuron, '15)。しかし、C1qL1が発達期の改変過程でどのように機能を発揮しているかは分かっていない。加えて、この分子が、成熟したCFシナプス回路の維持や制御にどのように関与しているかも不明である。そこで本研究では、小脳運動学習を担うCFシナプス回路の改変および維持過程にかかわるC1qL1の機能的役割を追究することにした。
本年度は、成熟期におけるC1qL1の機能的役割について解析を進めた。まず、成熟C1qL1-KOマウスのCF起始核細胞にC1qL1を強制発現させると、成熟期にもかかわらず、CFシナプスの形態異常および機能障害がほぼ完全に回復した。次に、成熟野生型マウスにおいてC1qL1を急性除去すると、驚くべきことに、CF上に形成されている多くのシナプスが外れ、それに伴ってCFの退縮が観察された。また、C1qL1を急性除去したマウスでは、運動記憶学習の分子基盤とされる平行線維シナプスでの長期抑圧現象が障害されるとともに、運動学習能も著しく低下した。さらに、同様な結果はC1qL1の受容体としてはたらくBAI3の急性除去によっても観察された。以上の結果から、成熟期のCFシナプスはC1qL1-BAI3結合を介して維持されるとともに、環境や神経活動に応じて動的に改変されうることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
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

成熟期に完成されたCFシナプスにおいて、C1qL1がどのように働いているかを明らかにすることは、本研究の大きな目標のひとつである。そのため、今年度に得られた新たな所見は、環境に伴った神経回路の改変機構、すなわち「適応回路シフト」の分子的理解のために有益な情報を与えうるものと確信している。また、これまでの成果は、班会議やいくつかの研究会を通じてすでに報告している。したがって、本研究課題は、現時点において「おおむね順調に発展している」と言える。

今後の研究の推進方策

今後は、C1qL1に加え、その受容体として機能するBAI3にも焦点をあて、一生涯を通して観察されるシナプス回路シフトの分子機構をより詳しく解析していきたい。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Oxford/University of Cambridge(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of Oxford/University of Cambridge
  • [国際共同研究] DZNE(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      DZNE
  • [国際共同研究] Montreal Clinical Research Institute(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      Montreal Clinical Research Institute
  • [雑誌論文] 特集―スクラップ&ビルドで発達する脳神経回路と高次脳機能:スクラップ&ビルドによる小脳神経回路の動的制御.2018

    • 著者名/発表者名
      掛川渉, 柚﨑通介
    • 雑誌名

      実験医学 (羊土社)

      巻: 印刷中 ページ: -

  • [雑誌論文] 記憶・学習の分子機構-そのときシナプスでは何が起きているのか?2018

    • 著者名/発表者名
      掛川渉, 柚﨑通介
    • 雑誌名

      BRAIN and NERVE-神経研究の進歩 (医学書院社)

      巻: 印刷中 ページ: -

  • [雑誌論文] 脳神経機能における素過程・構造をコントロールする分子群-17章 中枢神経系における分泌型シナプス形成因子.2018

    • 著者名/発表者名
      松田恵子, 掛川渉, 柚﨑通介
    • 雑誌名

      脳の分子論 (東京化学同人社)

      巻: 印刷中 ページ: -

  • [雑誌論文] Chemical labelling for visualizing native AMPA receptors in live neurons2017

    • 著者名/発表者名
      Wakayama, S., Kiyonaka, S., Arai, I., Kakegawa, W., Matsuda, S., Ibata, K., Nemoto, Y.L., Kusumi, A., Yuzaki, M., Hamachi, I.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 8 ページ: 14850

    • DOI

      10.1038/ncomms14850

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 特集―ニューロリハビリテーションの進歩:中枢神経の可塑性とは.2017

    • 著者名/発表者名
      河野まや, 掛川渉, 柚﨑通介
    • 雑誌名

      Clinical Neuroscience (中外医学社)

      巻: 5 ページ: 523-527

  • [学会発表] A novel D-serine signaling which underlies synaptic plasticity and motor learning in the cerebellum.2017

    • 著者名/発表者名
      Kakegawa, W., Yuzaki, M.
    • 学会等名
      第39回 日本生物学的精神医学会 (札幌)
    • 招待講演
  • [学会発表] Synergistic action of two different GluD2 ligands on D-serine signaling in the cerebellum.2017

    • 著者名/発表者名
      Kakegawa, W.
    • 学会等名
      The 3rd International Conference of D-Amino Acid Research (Italy)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 慶應義塾大学医学部生理学教室 (柚﨑通介研究室)

    • URL

      http://www.yuzaki-lab.org/

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-02-28  

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