【研究領域課題番号】19H04437 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経 / 細胞・組織 / 神経工学 / 微小電極アレイ / 脳・神経 / 脳神経疾患 / シグナル伝達 / ナノバイオ

【研究成果の概要】

てんかん発作の発生における“final common path”と考えられている興奮性／抑制性（Excitatory/Inhibitory; EI）の不均衡に焦点を当て，iPS細胞を神経系に分化誘導する際の操作により興奮性／抑制性細胞の比率を制御した培養神経回路を調整，電極アレイ基板を利用して自発活動を観測した．同期バースト活動の特性がEI比率によって異なり，培養日数の経過と共にその差異が小さくなる方向に変化する，GABAA受容体に対するantagonistであるbicuculline投与による抑制性シナプス結合阻害の効果が時間経過と共に減弱する等，恒常的可塑性の関与を示唆する結果が得られた．

【研究の社会的意義】

EIバランスと神経回路活動の関係は，興奮性／抑制性シナプス結合の数とその強度によって制御されるが，電気刺激等人工的な手法で誘起されるシナプス活動と本来の感覚入力に対して活性化されるシナプスは異なる，興奮性シナプス，抑制性シナプス，そのサブタイプそれぞれにおいて可塑性のメカニズムが異なるなど関係する要素は多岐にわたる．本研究では恒常性を維持する可塑性の関与を示唆する結果が得られた．今後は，シナプス－ニューロン－神経回路という階層構造各段階における制御機構，その背景となる可塑性の作用を統合した研究の遂行により，てんかん発作を生じるメカニズム解明に向けた知見が得られることが期待できる．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究分野】神経科学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19442 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / シグナル伝達 / 神経活動

【研究成果の概要】

細胞種特異的に多色の次世代GECIプローブを同時に発現する実験システム構築に向けた開発を行い、特に青色GECI (XCaMP-B)、並びに黄色GECI (XCaMP-Y) を創出し、赤/緑GECIなどと共計測する条件を定め、シナプスプレポストに発現するシステムの構築を試みた。一方、活動応答性人工プロモーターE-SAREの原理に基づき、記憶痕跡細胞ネットワークにのみ発現誘導させる遺伝子改変マウスを用い、長期記憶操作実験を実施した。

【研究の社会的意義】

分子生物学・生化学・解剖学・生理学・神経細胞生物学等の手法を結集して、長期記憶の想起を制御する神経細胞ネットワークを同定し、個々の細胞活動をin vivo脳で計測・操作することは、脳神経科学の大きなチャレンジのひとつである。本研究により、従来のシナプス可塑性シグナル解析と遺伝子改変動物の行動学的長期記憶解析との間の大きな溝を埋め、覚醒非拘束動物において記憶想起に必要かつ十分な細胞集団の神経活動動態計測が実現する端緒となる成果が得られた。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】免疫学

【研究領域課題番号】17H06175 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

免疫制御 / マクロファージ / 制御性T細胞 / 神経炎症 / 組織修復 / 免疫学 / 脳神経 / シグナル伝達 / 生体分子 / 生理活性 / 炎症 / 免疫 / アレルギー・喘息 / 細胞・組織 / 獲得免疫 / 慢性炎症 / 脳梗塞 / 組織損傷 / 創傷治癒 / アストロサイト / 神経症状 / 脳・神経

【研究成果の概要】

マウス脳梗塞モデルを中心に臓器損傷によって誘発される炎症および組織修復に関与する免疫機構を解明した。脳梗塞発症後1日以内の急性期に炎症が起き症状の悪化が起きるが、3日目以降には炎症は終息し始める。これにマクロファージとその表面に発現するスカベンジャー受容体が関与することを明らかにした。さらに発症２週間目以降の慢性期に脳内に大量の制御性T細胞が蓄積し、ミクログリアやアストロサイトの過剰な活性化を抑制して神経症状の回復に寄与することを明らかにした。

【研究の社会的意義】

ヒト脳梗塞とTregの関連を示唆する報告は多い。例えばヒト脳梗塞において末梢血のTregの数と予後の関係が報告されている。セロトニントランスポーター阻害剤(SSRI)は脳梗塞患者の神経症状を改善することが複数報告されている。したがってヒト脳梗塞慢性期においても脳Tregが神経修復に働いている可能性はある。腎傷害モデルにおいてもやはり慢性期にTreg が腎臓に集積し腎機能回復を促進していることを我々は報告している。組織に浸潤するTregは炎症の収束のみならず組織修復にも重要な役割があることが示された。さらに組織特異的なTregを用いた組織特異的な治療法の開発につながることが期待される。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2017-05-31 - 2022-03-31

【配分額】205,790千円 (直接経費: 158,300千円、間接経費: 47,490千円)

【研究分野】基盤・社会脳科学

【研究領域課題番号】16K13105 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カルシウム / シグナル伝達 / 脳・神経

【研究成果の概要】

申請研究者は、これまでのCa2+指示遺伝子や化学的なCa2+指示薬を上回る性能を持つGECIであるR-CaMP2の開発に成功した。これは、研究代表者のこれまでのカルシウム・カルモジュリン結合蛋白に関する生化学研究の蓄積に基づくR-CaMP2の合理的設計による画期的成果である。本研究では、既存の２色（緑・赤）を超える多色イメージング法をさらに拡張する合理的なタンパク工学的手法により実現した。多色の細胞活動計測は喫緊の課題であり、独創的GECI設計コンセプトに基づく、新たな生体高速多重Ca2+イメージングシステムを、本研究を通じて世界に先駆けて展開する端緒を築いた。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】15H02358 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 遺伝子 / シグナル伝達

【研究成果の概要】

本研究課題では、生きた脳内におけるニューロンへのCa2+/カルモジュリン依存的な情報書込み過程を解明するため、①新規改良Ca2＋シグナリングセンサー群の開発し、②１光子イメージングによるCa2+シグナル・Ca2+エフェクター活性化の伝播・情報処理過程の解明を成体脳・発達期脳で進めた。さらに③長期記憶の固定におけるCa2+/カルモジュリン依存的な情報処理の高次機能発現における役割の解明をめざし、「神経回路への情報書込み」の分子的実体に迫る成果をいくつか得た。今後ともこれらの成果を元に、脳の根本的な作動原理の一端が一層明らかになるとともに、脳機能の計測から操作に至る基盤技術の開発が期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】42,510千円 (直接経費: 32,700千円、間接経費: 9,810千円)

【研究分野】基盤・社会脳科学

【研究領域課題番号】26560457 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経 / 神経科学 / シグナル伝達

【研究成果の概要】

本研究では、近年開発されたケミカルタグを用い、シナプス可塑性と連動して発生するグルタミン酸受容体の側方拡散とexo-endocytosisを、スパイン等の局所ミクロドメインにて、高感度かつ実時間で計測する手法の開発を試みた。膜非透過性低分子プローブの蛍光標識条件の最適化を実施し、海馬初代培養神経細胞への遺伝子導入の最適化を行い、受容体ダイナミクスのイメージング計測法を開発した。さらにパルスチェース測定可能な蛍光リガンドのスクリーニングを行い可視化実験に供することのできるコンパウンドを同定した。予備的にこれらのイメージング条件を統合し、可塑性刺激時のGluA1の動態計測を実施した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2015-03-31

【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】発生生物学

【研究領域課題番号】26291047 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経遺伝学 / ショウジョウバエ / 軸索投射 / 受容体型膜タンパク質 / 軸索間相互作用 / 神経生物学 / 神経回路形成 / カドヘリン / リガンド・受容体 / 視神経系 / 発生・分化 / 神経科学 / シグナル伝達 / 脳・神経 / 遺伝子 / 発生生物学 / 軸索誘導 / 視覚神経系

【研究成果の概要】

Fmiの機能解析をサナギ初期において初めて行ったところ、Fmiはフィロポーディアの形成と伸長を促進する機能を持っていることがわかり、Gogoはこれを抑制する機能を持っていることが分かった。このGogoの機能が、サナギ初期でR8軸索どうしが距離を一定に保つことにつながっている。サナギの後半でGogoの発現が弱くなると、Fmiのフィロポーディア伸長のスイッチが入り、R8がM3に到達することになる。これは、軸索どうしの一定間隔の維持に、フィロポーディアの活動を抑制するというGogoの機能が深く関係していることを示唆している。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)

【研究分野】水産化学

【研究領域課題番号】24248037 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水産業 / シグナル伝達 / 発現制御 / ストレス / 細胞・組織 / 脳・神経

【研究成果の概要】

魚類の視覚によるストレス負荷モデルの作成を行った．次いで，ストレスがエネルギー代謝に及ぼす影響を調べるために，組織中のタンパク質分解物をNanoLC-MS/MSを用いた定量的かつ網羅的に解析する定量的プロテオフラグメントーム解析手法を確立した．魚類筋組織ではタンパク質分解が定常的に起こっていること，絶食モデルでその分解が増大することが明らかとなった．過密ストレスおよび低温ストレスでは，魚種によって免疫系への影響が異なることなどが明らかにがった．次世代シークエンサーを用いた網羅的遺伝子発現解析によって，マダイの炎症・免疫応答系遺伝子を同定した．γオリザノールにストレス緩和作用を確認した．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2012-10-31 - 2015-03-31

【配分額】42,120千円 (直接経費: 32,400千円、間接経費: 9,720千円)

【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】24220010 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 体液恒常性 / イオンチャネル / シグナル伝達 / 水分摂取 / 塩分摂取 / 脳弓下器官 / イオンチャンネル

【研究成果の概要】

脳弓下器官(SFO)に、分界条床核腹側部(vBNST)へ投射して水欲求を制御する“水ニューロン”、あるいは終板脈官器官(OVLT)に投射して塩欲求を制御する“塩ニューロン”と呼ぶべき、AT1a陽性ニューロンの集団があることを見出した。前者はコレシストキニンの、後者はNa+の濃度上昇で活性化する、異なるGABA作動性ニューロンから、それぞれ抑制的制御を受けていた。また、脳内Na+センサー、NaxのNa+濃度感受性がエンドセリン-3によって調節されること、OVLTにおいて、Naxのシグナルがエポキシエイコサトリエン酸を介してTRPV4陽性ニューロンを活性化し、水摂取を制御していることを見出した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2012-05-31 - 2017-03-31

【配分額】223,600千円 (直接経費: 172,000千円、間接経費: 51,600千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】24227001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 網膜 / 光 / シグナル伝達 / サーカディアンリズム / 転写因子 / リン酸化 / ユビキチン / 体内時計 / シグナル・伝達 / 光生物 / 長期記憶 / 転写遺伝子 / 遺伝子改変マウス

【研究成果の概要】

体内時計は活動や代謝など様々な生理機能の日周リズムを生み出すと共に、光や食餌など環境・生体シグナルの変化に応答して翌日のサイクルを予知する。ほ乳類では視床下部に存在する中枢時計の上に高次の脳機能が発達した。本研究では体内時計の応答や発振の分子機構を探求し、さらに脳機能への時計出力の分子機構を探った。その結果、１）入力経路に関わる新たな分子群を発見した。２）記憶や情動などの脳機能を体内時計が制御していることを明らかにし、その鍵分子SCOPを同定した。さらに３）体内時計の振動因子としてFBXL3/21やADAR2など新しい分子群を同定し、時計発振における転写後・翻訳後修飾の重要性を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2012-10-26 - 2017-03-31

【配分額】217,360千円 (直接経費: 167,200千円、間接経費: 50,160千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】23248058 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

食品 / 味覚 / 脳・神経 / シグナル伝達 / 細胞・組織

【研究成果の概要】

味覚システムの統合的解析は、(1)塩味受容(type I)細胞の膜電位特性を構築する遺伝子AnoI, Kene3, Sec61a1を見い出した。(2)PLC-beta2-WGAメダカの解析から、苦味およびアミノ酸の受容味細胞から終脳にいたる味覚伝達路の全容を解明した。PKD1L3-WGAマウスの酸味受容細胞からNST味覚領域の可視化にも成功した。(3)マウス離乳期に大脳味覚野で発現するSNAP25, EGr-2, Krox-20マーカー遺伝子が離乳期に固形食を摂取させたマウスでは流動食摂取に比べ顕著な発現化が生じた。(4)味覚刺激と食物選択に相関性があることを示した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】50,830千円 (直接経費: 39,100千円、間接経費: 11,730千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】23240065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経疾患 / 細胞・組織 / シグナル伝達 / ナノバイオ / 脳・神経 / 神経科学 / 神経工学 / 分子認識

【研究成果の概要】

難治性てんかんに対する治療手法として臨床医療の場で用いられている迷走神経刺激療法VNSの作用機構解明に向けて，刺激を直接受容する脳幹の神経核（青斑核，縫線核）と，その標的組織である海馬から神経細胞を採取して培養系に再構成，電気活動時空間パターンの計測と解析を行った．海馬培養神経回路網は，全体で同期したバースト発火を繰り返し生じることが特徴とされているが，脳幹神経核のニューロン群の活動には同期性は認められず，これらと共培養した場合は海馬の周期活動も抑制される傾向が認められた．脳幹神経核に対する電気刺激により外部からその活動を制御し，VNSが有効に作用する最適条件を見出すことが今後の課題である．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】48,100千円 (直接経費: 37,000千円、間接経費: 11,100千円)

【研究分野】眼科学

【研究領域課題番号】23592549 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

眼細胞生物学 / RGC障害評価動物モデル / 緑内障 / 疾患モデル動物 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 脳神経疾患 / 脳・神経 / 神経科学 / 遺伝子改変動物

【研究成果の概要】

網膜の神経節細胞の障害を経時的に可視化して評価可能なシステムの研究開発は、緑内障などの重要な眼疾患の本体が視神経症であることから、創薬の効果の評価にとってもきわめて有用な系である。我々は、蛍光色素(CFP)によってその網膜障害を経時的に数値化して評価できるCFP/Vavマウスを研究開発し解析した。その結果、障害数の解析だけではなく障害パターンの解析も可能な評価系であることが示され、極めて有効であることを認めた。網膜の神経節細胞に有効なことは脳神経にも応用可能であり、今後の発展性が見込まれる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】22300106 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 遺伝学 / シグナル伝達 / 神経科学

【研究成果の概要】

mTORシグナルは結節性硬化症や自閉症といったヒトの疾患に深く関与することから、神経細胞において重要な役割を担っていることが考えられる。そこで、活性化型mTOR変異体を用いて、神経細胞において直接mTOR経路を亢進することができるトランスジェニックマウスの作製・解析を行った。前脳におけるmTORの活性化はてんかん発作および神経変性を引き起こし、小脳においてはプルキンエ細胞の形態とシナプス除去に異常が観察された。これらの研究を通してmTOR経路の破綻による疾患の理解が深まることが期待できる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【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】21240026 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生物・生体工学 / シグナル伝達 / 生理学 / 糖尿病 / 脳・神経

【研究成果の概要】

光刺激法を中心とした2光子顕微鏡法の開拓を目的として、以下(1)～(5)の研究を推進した。
(1)光刺激によるシナプス可塑性誘発法の系統的開拓、(2)スパイン収縮・除去の分子基盤の可視化、(3)個体動物における光によるシナプス可塑性誘発法の開発、(4)精神障害モデル動物におけるスパイン運動異常の可視化の開発、(5)シナプス前終末・開口放出機構の可視化手法の開拓。
このうち、(1)～(3)の研究を特に中心的に推進し、多様な知見の蓄積を得た。(1)では、マクロアンケイジング法で多数のスパインを光刺激して収縮を誘発させる手法により、スパインの除去・新生を含む多様な可塑性を光刺激で誘発する技術をスライス標本で観察し、知見を蓄積した。これにより、スパイン収縮、除去および新生を自由に誘発する可能性を開拓した。(2)では、光で活性化する低分子量G蛋白質Rac(PA-Rac)等を用いて、スパイン収縮・除去の分子基盤の可視化を試み、知見を蓄積した。これにより、大筋解明されていないスパイン頭部収縮や除去を起こすカルシウム濃度分布を明らかにし、各可塑性の最適誘発条件を解明する可能性を開拓した。(3)では、スパイン頭部増大、収縮、除去、生成などの可塑性をin vivoで効率よく誘発し、定量化する手法に関する知見を蓄積した。これにより、大脳各領域や変異動物における可塑性の特徴を明らかにし、シナプス可塑性と神経細胞・個体機能への影響を解明する可能性を開拓した。
以上のように、我々は、シナプス可塑性の網羅的解析および開口放出現象の独自な研究手法を継続して開発した。本研究の推進により、2光子励起顕微鏡の技術を一層増強・発展させ、この方法論の広い利用を通じて、医学・生物学分野に貢献する基盤を整えた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009

【配分額】14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)

【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】薬理学一般

【研究領域課題番号】21229004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

受容体 / チャネル / 輸送系 / シグナル情報伝達 / シグナル伝達 / 生体分子 / 脳・神経 / 薬理学 / 生理学

【研究成果の概要】

中枢神経系において、Ca2+シグナルの未知機能探索とシグナル分子可視化研究を介して中枢神経ネットワーク機能について以下の成果を得た。(1) アストロサイト細胞内Ca2+シグナルを介したアストログリオーシス機構および神経細胞保護作用を明らかにした。(2) グルタミン酸シグナルがどのような時空間分布をとって伝達を行っているかについて、直接的な解析に初めて成功した。生体脳内測定へと拡張し、感覚入力によりグルタミン酸スピルオーバーが起きることを証明した。(3) NOによるCa2+放出（NICR）を発見。小脳シナプス長期増強を惹起することとNOによる神経細胞死にNICRが関与し得ることを示した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2009-05-11 - 2014-03-31

【配分額】238,940千円 (直接経費: 183,800千円、間接経費: 55,140千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】21390075 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞内情報伝達 / 分子神経生物学 / 神経可塑性 / シグナル伝達 / 脳・神経 / スパイン / RICS/PX-RICS / NMDA受容体 / CaMKII / 14-3-3 / GABARAP / シナグル伝達 / 14-3-3ζ/θ / ニューロン / 樹状突起 / RICS / PX-RIGS / N-cadherin / β-catenin

【研究成果の概要】

RICSは神経細胞のシナプス後部に局在し、興奮性シグナルとシナプス接着とのリンクに関係すると考えられている。本研究でノックアウトマウス由来神経細胞を用いた解析を行い、NMDA受容体→CaMKII→RICS→Cdc42およびJNKというシグナル伝達経路を見出した。PX-RICSは、非神経細胞ではN-cadherin/β-catenin複合体の輸送に関与することが示されている。本研究で、PX-RICS依存的輸送系の構成因子が、spine apparatus(樹状突起に広く分布する小胞体・ゴルジ体様の膜構造)に局在することを見出した。したがって、PX-RICS依存的輸送系が、樹状突起およびスパインにおいても機能している可能性が示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】20670002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カルシウム / リン酸化 / 突起伸展 / シナプスから核へのシグナリング / 脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

「経験」に基づく情報を、神経回路内に長期的に「書き込む」シグナル伝達機構については多 くの謎が残っている。本研究課題を通じ、(1)神経突起の形態制御を司る新たなCaMKK-CaMKカスケード、(2)シナプス活動が新規遺伝子発現を引き起こすメカニズム、(3)神経活動によって誘導され た遺伝子産物がシナプスを修飾する逆シナプスタギング機構、等を解明し、「経験」が神経情報 として神経回路に貯蔵される仕組みを世界に先駆けて明らかにした。

【研究種目】若手研究(S)

【研究期間】2008 - 2012

【配分額】104,780千円 (直接経費: 80,600千円、間接経費: 24,180千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】19300126 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

Rho依存的アクチン制御ならびに神経活動依存性アクチン再編成と、神経回路網のダイナミックな機能再構築との間の関係については、まだ未解明な点が多い。そこで本研究計画においては、大脳皮質細胞、および小脳プルキンエ細胞の突起形態形成においで、活動依存性Ca^<2+>流入と低分子量G蛋白・アクチンシグナル経路がどのようにクロストークするか、という点を集中的に明らかにする。
これまでの研究に引き続き、本年度に入ってから、特に以下のことを明らかにした。
1.大脳皮質細胞において、膜挿入型CaMKであるCLICK-III/CaMKIgammaのアイソフォームの形態形成能を探索したところ、細胞質局在型のCaMKIα依存的に軸索形態の変化が制御されることを明らかにした。さらにこの形態変化の上流に位置する神経細胞形態誘導因子を複数同定し、各々の下流で活性化される低分子量GTPaseを明らかにした。本成果は、Ageta-Ishihara et al.として投稿準備中である。
2.海馬錐体細胞形態形成過程においては、アクチン制御が神経活動によって発生するカルシウム流人と相加的に作用することを先に報告したが、小脳プルキンエ細胞樹状突起においては、全く逆に、活動依存的Ca^<2+>流入とアクチン重合活性化が拮抗的に働く可能性を見出した。
この段階で、平成20年度若手研究(S)が採択されたため、本研究課題を廃止することとなった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】19107002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 視覚 / 光 / シグナル伝達 / サーカディアンリズム / 転写因子 / タンパク質リン酸化 / 松果体 / 網膜 / 視細胞 / 動物生理 / 化学 / 位相シフト / 視覚網膜 / 位相シフト制御 / TGF-β / 翻訳後修飾

【研究成果の概要】

本研究では、1)松果体と網膜の光受容ニューロンの特異性を規定する遺伝子ネットワーク、2)概日時計の位相制御機構、3)網膜光受容細胞の光応答特性、という3課題を設定し、動物光受容システムの統合的理解を目指した。その結果、1)松果体特異的な遺伝子発現を司る転写因子等を発見、2)概日時計の位相制御に関わる複数因子を同定して位相決定機構を解明、3)桿体と錐体の光応答特性の違いを生み出す分子機構を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2007 - 2011

【配分額】106,080千円 (直接経費: 81,600千円、間接経費: 24,480千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】19570121 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

蛋白質 / 酵素 / ストレス / 脳・神経 / シグナル伝達 / 蛋白質工学 / グロビン蛋白質 / 細胞死保護 / 酸化ストレス

【研究成果の概要】

ニューログロビン(Ngb)は酸化ストレスに応答しシグナル伝達過程を制御することにより、神経細胞死を防いでいる可能性が高い。本研究では、この仮説を検証することを目的とした。その結果、神経細胞死抑制活性にヒトNgb の「GDP 解離抑制蛋白質」としての活性が極めて重要であることを実証した。また、魚のNgb が「細胞膜貫通特性」を持つことを発見し、さらに、蛋白質工学的手法を駆使することにより、培地に加えるだけで細胞内に導入され細胞を保護する新規人工蛋白質の創製にも成功した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【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】医化学一般

【研究領域課題番号】19659065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

細胞は試験管とは異なり、化学反応が局所的におこる。自由拡散している酵素と基質が確率的に出会うのではなく、数十nm四方の「ミクロドメイン」に濃縮された関連分子の間で効率よくシグナルが共役・伝達されている。然るに、この「マイクロドメイン」内における代謝反応論・酵素学はこれまでほとんど明らかにされていない。
本研究では、神経可塑性発現や神経回路形成に際し、膜ミクロドメインや微小突起レベルで制御される蛋白リン酸化反応が必須であることを手がかりに、単一シナプスおよびその近傍において生じるリン酸化反応を定量し、また突起制御に貢献する蛋白蛋白相互作用を可視化し、さらにウィルスベクター等を応用し、多数の酵素反応を同時定量したり、細胞種特異的定量を可能にする基盤技術の創成を試みる。このような計画に基づき、以下のような基盤技術を確立した。
1.CaMKIgamma/CLICK-IIIの膜状自己凝集化をFRETによって有意に検出することに成功した。本成果は、Takemoto-Kimura, et. al.としてNeuron誌に発表した。
2.単一シナプスを刺激して、その近傍でCa2+上昇やキナーゼ活性上昇などをリアルタイムで可視化するUV uncaging FRETシステムを完成させた(Fujii, et. al.投稿準備中)。
3.京都大学工学部森研究室との共同研究で、アクティブゾーン蛋白RIMlaと電位依存性カルシウムチャンネルのシナプス終末における共局在を定量することに成功した(Kiyonaka, et. al.Nature Neurosci. 2007)。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2007

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】18650101 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

本研究を通じ、神経可塑性を担うシグナル分子が、シナプス蛋白複合体内で、あるいは単一スパインや単一シナプス近傍にて、どのように挙動するかを可視化・定量測定する新規技術を開発することを試みた.
まず樹状突起スパインに存在するCaMKIIとその類縁キナーゼについて、スパインやミクロドメイン内相互作用を検出できるFRETプローブ作成を行った。その結果、脂質ラフト近傍におけるCLICK-III/CaMKIgammaの分子間相互作用やCaMKIIとArcのスパイン内相互作用を定量的に計測することに成功した(Takemoto-Kimura et al.改訂中).また、PSD局在が報告されているにCaMK類似キナーゼがCREB転写を抑制的に制御する機構を明らかにした(Ohmae et al.,J. Biol. Chem.2006).さらに、プルキンエ細胞スパインにおけるアクチン動態の可視化を実施し、これに基づき新たな制御因子の探索を実施した(Fuse et al.準備中).
共同研究においては、我々の開発したEGFP-actinプローブを用い、東京医科歯科大学岡部繁男研究室と共同で、アクチン線維と興奮性シナプス機能分子複合体の相互作用を単一スパインレベルで解析した。(Kuriu et al. J. Neurosci.,2006).一方、シナプスでのカルシウムチャンネル局在制御について京都大学工学部森泰生研究室と共同で探索し、RIM1がカルシウムチャンネルとの相互作用により、プレシナプスへ集積する機構を明らかにした(Kiyonaka et al. Nature Neurosci. inpress).

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2006

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【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】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】17300116 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 酵素 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子 / カルシウム / キナーゼ / 低分子量GTP結合蛋白質 / アクチン

【研究成果の概要】

本研究では、Rho活性やカルシウム流入のより生じる神経アクチン細胞骨格などの再編成機構と、その下流の生理作用などについて探索した。
まず樹状突起形成・伸展を制御するCaMK分子種を調べた。大脳皮質培養細胞の樹状突起形成は、CaMKIα、CaMKIIやCaMKIVのRNAiでは全く阻害されず、CLICK-III/CaMKIγのRNAiのみ顕著な短縮とRac活性の低下が明らかとなった。さらなる実験から、CLICK-III/CaMKIγ一STEF-Rac経路の重要性が示された(Takemoto-Kimura et al.改訂中)。
続いて、CaMK類似キナーゼであるCLICK-I/DCAMKL1およびCLICK-II/DCaMKL2の樹状突起形態に対する影響を調べたところ、doublecortin領域を有するアイソフォームでは、過剰発現により微小管bundlingを起こすが、アクチン骨格への大きな影響は見られなかった(Ohmae et al. J. Biol. Chem. 2006)。
上記の過程で、lipofection、adenovirus、遺伝子銃による遺伝子導入法の最適化を行い、スパインにおけるPSD-95変異体の機能異常(Nonaka et al.,J. Neurosci.,2006)や、アクチン線維・カルシウム流入による海馬・Purkinje細胞樹状突起における、cortactinやShankの局在変化を明らかにした(Iki et al.,Eur. J. Neurosci. 2005; Fuse et al.準備中)。
さらに、幼弱細胞の移動時にはRho-mDial依存的アクチン骨格再編成により、ApcやSrcの複合体の位置が制御されていることを解明した(Yamana et al. Mol. Cell Biol. 2006)。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】15,100千円 (直接経費: 15,100千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】16108004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

味覚システム / トランスジェニック動物 / DNAマイクロアレイ / 味覚伝道路 / 摂食行動 / トランスジェニックメダカ / 魚T1Rs / 魚T2R / 味覚受容体 / アミノ酸 / 魚T2Rs / 味覚 / 食品 / ゲノム / シグナル伝達 / 脳・神経 / ホスホリパーゼCβ2 / 味覚行動 / モデル魚

【研究成果の概要】

味覚は、動物が適正な摂食行動を行う上で、そしてヒトが高度の食文化を形成し、近代食品産業を発展させる基盤として、きわめて重要な要因である。本年度は味の受容・伝達情報に関するゲノミクスとして、1)モデル魚を用いた味覚システム、2)味覚情報経路の解析を行い、以下の結果を得た。(1)GPCR→Gタンパク質→PLCβ2→TRPM5経路のうち、まず味覚バイオマーカーとして確認したPLCβ2がモデル魚(ゼブラとメダカ)の味蕾に発現すること、次いでT1R系およびT2R系のGPCRおよびTRPM5がヒトや齧歯類とほぼ同様に存在し、T1R1/3,T1R2/3で各種アミノ酸を、T2Rsで苦味物質を受容することを示し、ヒトから魚類に至る脊椎動物共通に「味の嗜好・忌避」システムが存在することを示した。またPLCプロモーターにドミナントネガティブGタンパク質を連結し、トランスジェニック(Tg)不活性型メダカを作出した。(2)T1R3プロモーターに小麦胚芽レクチンWGAを連結して発現させたトランスジェニックマウスを作出した。このマウスの味蕾、一次神経(GG,PNG,TG)および延髄孤束核(NST)におけるWGAシグナルの観察を行った。WGA mRNAおよびWGAタンパク質は、味蕾のT1R3陽性細胞にのみ発現し、他の味、苦味や酸味細胞には観察されなかった。また、鼓索神経節(GG)、舌咽神経節(NPG)、さらには延髄孤束核(NST)の一部の神経細胞にもWGAシグナルを観察し、甘・旨味受容に関わる味細胞-味神経-NST細胞の伝導路を解明することに成功した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2004 - 2007

【配分額】101,530千円 (直接経費: 78,100千円、間接経費: 23,430千円)