Actin-based model of synaptic plasticity

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H03557
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 白尾 智明 群馬大学, 大学院医学系研究科, 教授 (20171043)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 花村 健次 群馬大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (40361365)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: アクチン / ドレブリン / 海馬 / 培養 / 超解像顕微鏡 / スパイン / 分子動態解析 / シナプス

Outline of Annual Research Achievements

海馬CA1等に見られるシナプス可塑性では、NMDA受容体活性化を介してPSD-95などのscafold proteinの変化、神経伝達物質受容体のトラフィッキングの変化などが誘導され、シナプスの伝達効率が変化するが、この際のアクチン細胞骨格系の制御メカニズムはまだ完全には解明されていない。本研究では、コフィリンとドレブリンのバランスによって決定されると考えられる安定アクチン線維に着目して、スパイン内アクチン動態モデル作製を目指した。
本年度は、ラット脳の、海馬あるいは大脳から作成した初代培養用解離神経細胞を約100万個/バイアルで凍結保存して実験に使った。まず、これらの細胞の解凍後の生存率をよくする工夫を行った。ある種の凍結保存液を用いると、海馬の神経細胞では生存率の向上は認められなかったが、大脳皮質から調整した神経細胞の生存率が格段に良くなった。次に、これらの細胞を用いて、バンカー法により初代培養神経細胞を行い、培養三週間後に固定して、免疫染色を行い、ドレブリン、PSD-95、CaMKⅡのスパイン内微小局在を超解像顕微鏡で明らかとした。次に、NMDA受容体活性化前後におけるその局在変化を明らかとした。次に、正常マウスあるいはドレブリンノックアウトマウスの子宮内の胎児脳にGFP-ドレブリンやGFP-アクチンを発現させ、成熟後、生体内脳におけるドレブリンやアクチンの動態を解析した。今後は、正常マウスあるいはドレブリンノックアウトマウスの子宮内の胎児脳にGFP-ドレブリンやGFP-アクチンを発現させ、成熟後、生体内脳におけるドレブリンやアクチンの動態を解析する研究に、より重点を置いて、解析を進めたい。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

まだ最終的な結論が出た実験はないが、おおむね順調に進んでおり、今年度中には論文としてまとめることができそうである。

Strategy for Future Research Activity

従来の研究計画を継続するとともに、今後は、正常マウスあるいはドレブリンノックアウトマウスの子宮内の胎児脳にGFP-ドレブリンやGFP-アクチンを発現させ、成熟後、生体内脳におけるドレブリンやアクチンの動態を解析する研究に、より重点を置いて、解析を進めたい。

Research Products

• [Journal Article] Association between decreased serum TBIL concentration and immediate memory impairment in schizophrenia patients (2019)
  • Author(s): Yin Xiao Li、Jia Qiu Fang、Zhang Guang Ya、Zhang Jian Ping、Shirao Tomoaki、Jiang Cai Xia、Yin Xu Yuan、Liu Yan Song、Chen Peng、Gu Xiao Chu、Qian Zheng Kang、Yin Guang Zhong、Sen Xia Hai、Hui Li
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Pages: 1622
  • DOI: 10.1038/s41598-018-38227-6
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Drebrin Isoforms Critically Regulate NMDAR- and mGluR-Dependent LTD Induction (2018)
  • Author(s): Yasuda Hiroki、Kojima Nobuhiko、Hanamura Kenji、Yamazaki Hiroyuki、Sakimura Kenji、Shirao Tomoaki
  • Journal Title: Frontiers in Cellular Neuroscience Volume: 12 Pages: 330
  • DOI: 10.3389/fncel.2018.00330
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Isoform-dependent Regulation of Drebrin Dynamics in Dendritic Spines (2018)
  • Author(s): Hanamura Kenji、Kamata Yousuke、Yamazaki Hiroyuki、Kojima Nobuhiko、Shirao Tomoaki
  • Journal Title: Neuroscience Volume: 379 Pages: 67～76
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2018.02.038
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] N-methyl-D-aspartate Receptor Mediates X-irradiation-induced Drebrin Decrease in Hippocampus (2018)
  • Author(s): Miao Shuchuan、Koganezawa Noriko、Hanamura Kenji、Puspitasari Anggraeini、Shirao Tomoaki
  • Journal Title: The Kitakanto Medical Journal Volume: 68 Pages: 111～115
  • DOI: 10.2974/kmj.68.111
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CaMKIIβ is localized in dendritic spines as both drebrin-dependent and drebrin-independent pools (2018)
  • Author(s): Yamazaki Hiroyuki、Sasagawa Yoshio、Yamamoto Hideyuki、Bito Haruhiko、Shirao Tomoaki
  • Journal Title: Journal of Neurochemistry Volume: 146 Pages: 145～159
  • DOI: 10.1111/jnc.14449
  • Peer Reviewed
• [Presentation] High-throughput imaging analysis using cultured neurons for detecting phencyclidine-like substances (2019)
  • Author(s): Kenji Hanamura, Toshinari Mitsuoka, Ruri Kikura-Hanajiri, Yuko Sekino, Tomoaki Shirao
  • Organizer: The 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • Invited
• [Presentation] Drebrin depletion affects stability of microtubules in dendrites (2019)
  • Author(s): Noriko Koganezawa, Hiroyuki Yamazaki, Tomoaki Shirao
  • Organizer: The 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
• [Presentation] High-throughput imaging analysis for detecting the effects of irradiation on synaptic status (2019)
  • Author(s): Kenji Hanamura, Shuchuan Miao, Natsume Tanaka, Noriko Koganezawa, Anggraeini Puspitasari, Hidetaka Ueno, Takaaki Suzuki, Tomoaki Shirao
  • Organizer: The 9th International Society of Radiation Neurobiology Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The direct response of immature developing neurons to X-irradiation or C-ion irradiation (2019)
  • Author(s): Anggraeini Puspitasari, Hiroyuki Yamazaki, Tomoaki Shirao, Kathryn D Held
  • Organizer: The 9th International Society of Radiation Neurobiology Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] LTD is regulated by drebrin isoforms conversion likely due to the difference in the isoform dynamics (2019)
  • Author(s): Tomoaki Shirao, Kenji Hanamura, Nobuhiko Kojima, Hiroki Yasuda, Yuko Sekino
  • Organizer: The 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 一次繊毛局在型GPCRを介した神経細胞繊毛長の調節機構 (2019)
  • Author(s): 斎藤祐見子,三木大輔,岡田智哉,友恵桜子,関野祐子, 小金澤紀子, 白尾智明,小林勇喜
  • Organizer: 第92回日本薬理学会年会
• [Presentation] Nanoscale organization of synaptic proteins in response to glutamate stimulation (2018)
  • Author(s): Noriko Koganezawa and Tomoaki Shirao
  • Organizer: 18th World Coongress of Basic and Clinical Pharmacology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CaMKIIb is localized in dendritic spines as both drebrin-dependent and drebrin-independent pools (2018)
  • Author(s): Hiroyuki Yamazaki and Tomoaki Shirao
  • Organizer: 18th World Coongress of Basic and Clinical Pharmacology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-content imaging analysis of the status of synapses using drebrin in cultured neurons (2018)
  • Author(s): Kenji Hanamura, Yuko Sekino and Tomoaki Shirao
  • Organizer: 18th World Coongress of Basic and Clinical Pharmacology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Radiation effects on neurons and its consequences: investigation by in vitro, in vivo and in silico studies (2018)
  • Author(s): Anggraeini Puspitasari, Hiroyuki Yamazaki, Noriko Koganezawa, Nobuhiko Kojima, Hidemasa Kawamura, Aimee Louise McNamara, Jan P Schuemann, Harald Paganetti, Tomoaki Shirao, Takashi Nakano, Kathryn D Held
  • Organizer: The 3rd Meeting of Federati on of Asian Organizations for Radiation Oncology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Developing neurons are sensitive to 0.5 Gy and 1 Gy of X-irradiation which also causes a decrease in the number of bystander neurons (2018)
  • Author(s): Anggraeini Puspitasari, Hiroyuki Yamazaki, Akihisa Takahashi, Tomoaki Shirao, Takashi Nakano, Kathryn D Held
  • Organizer: 64th Annual Radiation Research Society Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Drebrin binds to CaMKIIβ and forms activity-dependent tripartite interaction between drebrin, CaMKII and F-actin in dendritic spines (2018)
  • Author(s): Shirao T, Yamazaki H, Sekino Y
  • Organizer: Society for Neuroscience 47th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Drebrin depletion affects accumulation of NMDAR subunits and causes less immunoreactivity of MAP2 (2018)
  • Author(s): Koganezawa N, Yamazaki H and Shirao T
  • Organizer: Society for Neuroscience 47th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CaMKIIβ is localized in dendritic spines as both drebrin-dependent and drebrin-independent pools (2018)
  • Author(s): Hiroyuki Yamazaki and Tomoaki Shirao
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] High-content imaging analysis of synaptic status in cultured neurons : evaluation of activity-dependent regulation of drebrin clusters along dendrites by NMDA receptors (2018)
  • Author(s): Kenji Hanamura, Noriko Koganezawa, Yuko Sekino, Tomoaki Shirao
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Effect of drebrin knockout on synaptic plasticity (2018)
  • Author(s): omoaki Shirao, Yuko Sekino, Hiroki Yasuda, Nobuhiko Kojima
  • Organizer: 第61回日本神経化学会大会
• [Presentation] ヒトiPSC細胞由来神経細胞における非シナプスマーカー一次繊毛の検出 (2018)
  • Author(s): 三木 大輔,小林 勇喜, 宮本 達雄, 小金澤紀子, 武井 延之, 関野 祐子, 白尾 智明, 斎藤祐見子
  • Organizer: 第61回日本神経化学会大会
• [Presentation] 環境センサー「一次繊毛」機能アッセイ系の構築に向けて (2018)
  • Author(s): 斎藤祐見子, 三木 大輔, 宮本 達雄, 関野 祐子, 白尾 智明, 小林 勇喜
  • Organizer: 第61回日本神経化学会大会
  • Invited
• [Presentation] アルツハイマー病のシナプス機能異常を視る：シナプスタンパク質の微小局在変化解析 (2018)
  • Author(s): 小金澤紀子, 山川 佳苗, 山崎 博幸, 白尾 智明
  • Organizer: 第61回日本神経化学会大会
  • Invited
• [Presentation] NMDA型グルタミン酸受容体阻害作用を持つ危険ドラッグの検出方法の開発研究 (2018)
  • Author(s): 光岡俊成,花村健次,関野祐子,花尻（木倉）瑠璃,白尾智明,池谷裕二
  • Organizer: 第18回東京大学 生命科学シンポジウム