【研究分野】生理学一般

【研究領域課題番号】16K15183 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞接着 / Gタンパク質共役型受容体 / シナプス / 記憶・学習 / Ｇタンパク質共役型受容体 / シグナル伝達 / 神経科学

【研究成果の概要】

近年、記憶・学習を担う「シナプス」を制御する分子として、細胞接着型Gタンパク共役受容体 (adhesion-GPCR; ADGR) が注目されている。ADGRは種々の機能ドメインを有する細胞外領域と、GPCRに共通な７回膜貫通部位およびGタンパクと結合する細胞内領域からなるユニークな分子であるが、シナプスでどのように働いているかは不明な点が多い。本研究では、ADGRメンバーのBAI3が、運動記憶を担う小脳のプルキンエ細胞に発現し、延髄下オリーブ核登上線維 (climbing fiber; CF) 間で形成されるCFシナプスの形態・機能に重要であることを明らかにし、その活動様式を追究した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】26830043 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Ca2+シグナル / シナプス可塑性 / シナプス / シグナル伝達 / 神経科学 / 生化学 / イメージング / Ca2+シグナリング / 蛍光プローブ / 顕微鏡 / 分子生物学

【研究成果の概要】

脳機能を理解するためには、複雑な脳の中での神経活動とそれによって活性化される生化学反応を計測し、演算を理解する必要がある。神経細胞での生化学演算を計測するために、本研究では非常にダイナミックレンジを改善した新型のCa2+依存的酵素に対するプローブを開発した。そして、これらのプローブを用いて、Ca2+依存的リン酸化酵素(CaMKII)と脱リン酸化酵素(カルシニューリン)の活性化の時空間的プロファイルを生きた神経細胞の樹状突起およびシナプスにおいて計測し、全く異なることが明らかになった。この成果は、神経細胞における生化学演算機構の一端を明らかにし、高次脳機能の理解につながるものと考えられる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】生理学一般

【研究領域課題番号】26293042 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シナプス / 小脳 / 運動記憶 / プルキンエ細胞 / 精神神経疾患 / 補体 / C1qファミリー / 記憶・学習 / シグナル伝達 / 神経科学

【研究成果の概要】

神経細胞どうしをつなぐ「シナプス」の形態および機能を制御する分子機構の解明は、「記憶」の形成過程を理解する上で重要である。本研究において、私たちは補体C1qの機能ドメインを有する新規C1qファミリー分子群が、小脳や海馬の興奮性シナプスを動的に制御していることを明らかにした (Elegheert, Kakegawa et al., Science, ’16; Matsuda et al., Neuron, ’16; Kakegawa et al., Neuron, ’15)。そのため、本成果は記憶を担う中枢シナプスの普遍的かつ新しい形成・動作原理を理解するうえで有益な情報を提供しうる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】24300117 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シナプス / 長期記憶 / 海馬 / Arc / CaMKII / 活動依存的遺伝子発現 / 可塑性 / 神経科学 / 脳・神経 / 遺伝子 / シグナル伝達

【研究成果の概要】

シナプスで起った可塑的変化を長い期間にわたり保持・持続するためには、活動依存的な新規遺伝子発現が必須である。しかし誘導された遺伝子産物がシナプス機能制御を行うメカニズムは不明な点が多い。本研究では代表的な活動依存的遺伝子の１つArcに注目し、そのシナプス制御機構および生理機能について解析を行った。その結果、ArcとCaMKII複合体による逆シナプスタグという新しい仮説を提唱した。また、転写コアクチベーターCRTC1がArc発現に果たす役割を解析し、Arcエンハンサーを介した活動依存的な遺伝子発現やシナプス機能および認知機能を調節していることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】21500301 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シナプス / 脳・神経 / ゲノム / 転写調節 / Arc / シグナル伝達 / 遺伝子 / 長期記憶 / 海馬

【研究成果の概要】

神経特異的前初期遺伝子Arcはシナプスの長期可塑性や長期記憶形成に関わり、その発現は神経活動によって制御されている。本研究においては、まず、このArcの活動依存性を担うゲノム領域を決定し、この転写調節に関わる因子を同定した。また、Arc遺伝子産物であるArcタンパクがシナプスに局在し、グルタミン酸受容体の動態を制御する新たな機構を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】21220006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 生理学 / 脳・神経 / シナプス / 生理活性物質 / シグナル伝達 / シナプズ

【研究成果の概要】

これまでの研究を継続・発展させ、平成25年度に以下の研究を行った。脳スライス及びin vivoの個体脳の解析は狩野が、培養海馬ニューロンの解析は少作が、行動学的解析は岸本と狩野が担当した。また、遺伝子改変マウスの維持は崎村が担当した。
１． 内因性カンナビノイド(eCB)系によるNMDA受容体機能調節のメカニズム： 逆行性シナプス伝達を担うeCBである2-アラキドノイルグリセロール(2-AG)の合成酵素DGLαの欠損マウスと、2-AGの受容体であるCB1の欠損マウスの側坐核中型有棘ニューロンの興奮性シナプスにおいて、NMDA受容体機能の低下が認められた。その原因として、NR2Bサブユニットを含むNMDA受容体の寄与が低下していることを示す電気生理学的所見を得た。
２．大脳基底核の運動学習におけるeCB系の役割：　3レバーオペラント課題のマウスへの適用について、平成２４年度に引き続き検討した。
３．分界条床核の抑制性シナプス伝達の2-AGによる逆行性伝達抑圧のメカニズム：分界条床核の抑制性シナプスの逆行性伝達抑圧が、eCB系遺伝子改変マウスにおいてどのように変化しているかについて、継続して電気生理学的解析を行った。
４．eCB系の海馬機能における役割： eCB系遺伝子改変マウスにおいて、瞬目反射条件付けのLI (latent inhibition)課題に関する解析を継続した。
５．eCB系の抗炎症作用：U87-MGヒト悪性グリオーマ細胞における、NF-kBシグナルを介する炎症作用に注目し、グリアのeCB系による抗炎症作用のメカニズムを調べるための条件検討を行った。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2009-05-11 - 2014-03-31

【配分額】210,340千円 (直接経費: 161,800千円、間接経費: 48,540千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】17100004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子 / 細胞神経科学 / ニューロン / シナプス / 神経回路 / 神経発生 / 神経発達 / 神経再生 / 神経再建 / 姿勢 / 運動制御 / 神経科学 / シグナル伝達 / 生理学 / 脳・神経 / 逆行性シグナル / シナプス伝達調節 / カンナビノイド / シナプス伝達調整

【研究成果の概要】

脳内に存在するマリファナ類似物質(内因性カンナビノイド)はニューロンのシナプス後部から放出され、逆行性にシナプス前終末のカンナビノイドCB_1受容体に作用して、神経伝達物質放出の減少を引き起こす。本研究では、内因性カンナビノイドのシナプス伝達調節の機構とその脳機能における役割の解明を目指した。4年間の研究において、中枢シナプスにおける内因性カンナビノイドの生合成、放出、分解の分子機構をほぼ解明し、また、内因性カンナビノイド系の小脳運動学習への関与を証明するなど、当初の目的をほぼ達成することができた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2005 - 2008

【配分額】105,560千円 (直接経費: 81,200千円、間接経費: 24,360千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】12480236 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ドレブリン / 樹状突起スパイン / アクチン / シナプス可塑性 / シグナル伝達 / 神経培養 / 細胞骨格 / SH3P7 / シナプス / アクチン結合蛋白 / 培養 / 神経細胞

【研究成果の概要】

本研究はドレブリンファミリー蛋白(ドレブリンE、ドレブリンA、SH3P7)を介したシグナル伝達機構を担う蛋白群を、ドレブリンに結合する蛋白あるいはドレブリンを修飾する蛋白として網羅的に同定し、次に、これらの蛋白群ネットワークによるアクチン細胞骨格再構築制御のメカニズムで解析し、スパイン内シグナル伝達の分子基盤を解明することを目的とする研究である。まず、イーストツーハイブリッドシステムを用いて、ドレブリンファミリー蛋白(ドレブリンE、ドレブリンA、SH3P7)と結合する蛋白のcDNAクローニングを行い、ドレブリン結合蛋白DRAP1を同定し、そのアミノ酸配列を明らかにした。また、生化学的解析により、DRAP1のN末端領域がドレブリンのN末端領域と結合することがわかった。また、GFP融合DRAP1を発現するベクターを作製し、これを用いて線維芽細胞を形質転換させて強制発現させるとDRAP1は細胞内小器官特異的に集積することがわかった。
一方、初代大脳皮質神経細胞培養系に、アンチセンスオリゴヌクレオチド法を適用し、ドレブリンAの発現を抑制したところ、シナプス後部機能蛋白の神経活動依存的集積に変化が生じることを発見した。また、シナプス前部の機能蛋白の集積も減弱する事を見いだした。この発見は、ドレブリンを介したシグナル伝達が、シナプス前部ばかりでなくシナプス機能全体を調節している可能性を示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】14,900千円 (直接経費: 14,900千円)