【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】17K17681 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

2光子顕微鏡カルシウムイメージング / 嗅覚記憶学習 / ショウジョウバエ / キノコ体 / 2光子カルシウムイメージング / 匂い応答地図 / 光遺伝学 / シナプス可塑性 / 神経科学 / 行動遺伝学 / 記憶学習 / 神経可塑性

【研究成果の概要】

ショウジョウバエのキノコ体は、忌避/報酬刺激と嗅覚刺激の連合学習による記憶形成の場である。キノコ体神経には機能が異なるサブタイプが存在し、各々の軸索束は投射先別に複数の出力領域に区画化され制御をうけると考えられている。
2光子顕微鏡を用い、サブタイプを分離した軸索束の複数出力領域における学習前の匂い応答をカルシウムイメージングし、可塑性解析の基盤となる神経科学的回路地図を構築することを計画した。発現特異性の高いキノコ体神経のsplit-Gal4系統と、それらの出力領域を区画化標識するために適したLexA系統の組み合わせを見出し、匂い刺激へのカルシウム応答をサブタイプ毎に記録して解析した。

【研究の社会的意義】

キノコ体のポストシナプス側であるMBON神経においては、網羅的に単一神経レベルの解像度で匂い応答が調べられ、可塑的変化が顕微鏡下で示された。
一方、プレシナプス側であるKCsにも可視的に検出可能なレベルの可塑性があるのかどうかは未だはっきりしていない。これには、それぞれのKCサブタイプの区画化された出力域においてどのような活動や制御があるのかについて多くが未知であり、変化の検出の前提となる生理学的知見が不足していることが一因として考えられる。サブタイプを分離した発現系統を用いることで、可視的に、時空間的分解能が高い回路地図の構築が可能となり、匂い記憶の形成メカニズムの理解に近づけると考える。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】統合動物科学

【研究領域課題番号】16K08070 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シナプス可塑性 / 加齢 / Ca2+ホメオスタシス / 記憶・学習 / シナプス / 長期増強 / 神経科学 / 老化 / 生理学

【研究成果の概要】

海馬神経伝達および神経ネットワークにおけるCa2+シグナルは細胞内Ca2+ホメオスタシスの基に一定に成り立っており、これが崩壊するとシナプス機能にも大きく影響があると考えられる。本研究により記憶・学習の素過程とされるシナプス可塑性へのCa2+ホメオスタシス関連分子群の関与、および加齢性認知機能低下のメカニズムとしてCa2+ホメオスタシスの加齢性変化が関与していることが定量的に明らかになった。

【研究の社会的意義】

海馬神経伝達およびシナプス可塑性を代表とする神経ネットワークに関与するCa2+シグナルに関する研究は多くあるが、Ca2+ホメオスタシスという観点から行われた研究は比較的少なく、本研究によって加齢・疾患における脳機能障害の新たな創薬のターゲットとなること、あるいは神経疾患の早期診断への寄与といった予防医学的な応用が期待され、これはヒトのアルツハイマー病などの神経変性疾患と細胞内Ca2+ホメオスタシスとの関連といった医学領域に限らず、近年伴侶動物の高齢化による認知機能障害が叫ばれる獣医学領域においても意義深い研究となる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【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】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】薬理学一般

【研究領域課題番号】16209008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 薬理学 / 生理学 / 感染症 / 体液恒常性 / 体液塩濃度 / 塩分・水分摂取 / Naチャンネル / ナトリウムセンサー / グリア細胞 / 受容体型チロシンホスファターゼ / 記憶・学習

【研究成果の概要】

本研究では主に遺伝子ノックアウトマウスの解析を通して、プロテインチロシンホスファターゼζ(PTPζ)とNa_xイオンチャンネルの関わる生命現象とその分子・細胞機構を明らかにすることを目指す。本年度の研究成果は以下の通りである。
a)PTPζのシグナル伝達系
1.基質分子中の基質サイトの同定
PTPζの基質分子中の基質サイトの同定については、昨年度p190 RhoGAP中のY1105が明らかになったが、本年度はGit1(ArfGAP)とMagi1について、そのサイトを決定した。
2.PTPζ遺伝子ノックアウトマウスのメタンアンフェタミンに対する不感受性の分子機序について、ドーパミン・トランスポーターの細胞内への取り込み能について細胞生物学的解析を行なった。
3.眼におけるPTPζのisoformの多様性について解析を行なった結果、受容体型PTPζがsheddingを受けている可能性が明らかになった。
b)Na_xチャンネル
1.昨年度Na_xとNa^+,K^+-ATPaseのα1サブユニットが結合していることを見出したが、その後この結合が細胞内Naレベルの上昇に応答してNa^+,K^+-ATPaseが活性化するために必要であることが明らかになった。また、Na_x陽性細胞ではNa^+,K^+-ATPase活性化の結果、糖代謝の増加、並びに乳酸の産生と分泌が上昇することが確認された。
2.マウスの尿中におけるバソプレッシン量を測定する系を確立した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2007

【配分額】46,540千円 (直接経費: 35,800千円、間接経費: 10,740千円)