シナプス後膜における受容体の局在・動態へのアミロイドβの作用

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: シナプス・ニューロサーキットパソロジーの創成
• 研究課題/領域番号: 25110717
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 平野 丈夫 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50181178)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: シナプス / グルタミン酸受容体 / 蛍光イメージング / 全反射顕微鏡 / エンドサイトーシス / アミロイドβ

研究実績の概要

アルツハイマー病等ではシナプス可塑性に異常があると考えられている。シナプス可塑性に際しては、シナプス後膜上のAMPA型グルタミン酸受容体数がダイナミックに増減し、シナプス後膜上の受容体数の制御には、エキソサイトーシス・エンドサイトーシス・側方移動がかかわる。私たちはこれら受容体動態を可視化する実験手法を開発してきた。培養神経細胞のシナプス後膜構造をガラスに面する形で形成させ、その神経細胞にpH依存性蛍光タンパク質SEPを融合したAMPA受容体を発現させ、その蛍光を全反射顕微鏡で観察することにより、シナプス後膜内外でのAMPA受容体のエキソサイトーシスおよび側方移動をライブイメージングした。本研究では、新たな実験手法を加えて、AMPA受容体の個別のエンドサイトーシスをシナプス後膜内外で可視化した。AMPA受容体のエンドサイトーシスを細胞膜上のSEP標識受容体からの蛍光シグナルの減少として同定することは、SN比が悪いために困難であった。そこで、エンドサイトーシスされた直後のSEP標識AMPA受容体のみを検出することを試みた。ガラス管を用いて細胞外液のpHを数ミリ秒で交換できるシステムを構築し、pHを7.3から6に換える実験を行ったところ、細胞膜上のSEPからの蛍光シグナルは消光し、エンドサイトーシスされた直後のSEP標識AMPA受容体シグナルのみを検出することができた。こうしたエンドサイトーシス直後の蛍光シグナルは、シナプス後膜外の他にシナプス後部に隣接した部位でも認められ、シナプス後膜隣接領域でAMPA受容体のエンドサイトーシスが起こることが明らかになり、エンドサイトーシスの頻度は長期抑圧を引き起こす刺激によって増加することも判明した。また、Aβのシナプス可塑性への作用を検討し、長期増強時のAMPA受容体数の増加がAβによって抑えられることを見出した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Opposite regulation of sustained CaMKII activity by alpha and beta subunits impacts inhibitory synaptic plasticity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nagasaki, N., Hirano, T. and Kawaguchi, S.
  • 雑誌名: J. Physiol. 巻: 592 ページ: 4891-4909
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2014.280230
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Around LTD hypothesis in motor learning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 雑誌名: Cerebellum 巻: 12 ページ: 645-650
  • DOI: 10.1007/s12311-014-0581-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dysfunction of KCNK potassium channels impairs neuronal migration in the developing mouse cerebral cortex. (2014)
  • 著者名/発表者名: Bando, Y., Hirano, T. and Tagawa, Y.
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 24 ページ: 1017-1029
  • DOI: 10.1093/cercor/bhs387
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of spontaneous Ca2+ transients is critical for neuronal maturation in the developing neocortex. (2014)
  • 著者名/発表者名: Bando, Y., Irie, K., Shimomura, T., Umeshima, H., Kushida, Y., Kengaku, M., Fujiyoshi, Y., Hirano, T. and Tagawa, Y.
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: On line ページ: On line
  • DOI: doi: 10.1093/cercor/bhu180
  • 査読あり
• [学会発表] Imaging of individual endocytosis of AMPA receptor around postsynaptic membrane. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 学会等名: Symposium “Forefront of exo- and endocytosis research” in the 92nd Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
  • 発表場所: Kobe
  • 年月日: 2015-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanisms and roles of synaptic plasticity. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 学会等名: 1st Kyoto University and UC San Diego Joint Symposium, Section “Changing Brain”.
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2015-03-11
  • 招待講演
• [学会発表] Inhibitory synaptic plasticity in cerebellar Purkinje neurons and its differential contribution to motor learning paradigms. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirano, T.
  • 学会等名: Symposium “Synaptic regulation in the cerebellum and motor control” in the 37th annual meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2014-09-11
  • 招待講演
• [備考] シナプス形成と可塑性の分子機構
  • URL: http://www.neurosci.biophys.kyoto-u.ac.jp/physiology.html