Regulatory mechanisms of synaptic protein accumulation and maintenance during memory formation.

记忆形成过程中突触蛋白积累和维持的调节机制。

基本信息

批准号：
21H02595
负责人：
実吉岳郎
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

記憶の基盤であるシナプス可塑性の誘導・発現機構は詳細に検討されているが、刺激後にシナプス強度を維持する仕組みについてはほとんど明らかになっていない。本研究は、記憶の細胞レベルの現象と考えられる長期増強現象(LTP)に伴うシナプスタンパク質のダイナミクスを生物学的液-液相分離で説明することを目指している。In vitroでの実験の結果を神経細胞へと還元することで記憶形成に伴う分子のシナプス微小空間での動態を明らかにすることを目的とする。具体的には（１）CaMKIIは相分離により一過性のCa2+上昇を長期的な情報伝達の切り替えスイッチとして機能することを検証する、（２）CaMKIIは相分離によりシナプス内部構造制御を介し伝達効率を向上させることを実験的に証明する、（３）CaMKIIによる相分離を人為的に制御することでシナプス可塑性が誘導あるいは解除されるか検討する。今年度は、CaMKIIとアクチン細胞骨格系制御分子の相分離について、最小構成タンパク質とリン酸化の関与の検討をした。構成要素にシナプスタンパク質が必要であること、特定分子のリン酸化が必須であることがわかった。また、CaMKIIの１２－１４量体形成と相分離形成に関して、TEVプロテアーゼよって多量体から単量体にできるCamKIIを作製し、細胞内でのグルタミン酸受容体との相分離による液滴形成に多量体が関わることを確かめた。相分離の光操作を試みたが、光活性化の波長と酵素活性プローブ検出の相性が悪く条件検討中である。一方で、化学遺伝学的なアプローチで薬物による局在制御はうまく実験系を構築できたので、これを生かしたシナプスでのシグナル人為制御による検証を予定している。

尽管作为记忆基础的突触可塑性的诱导和表达机制已经被详细研究，但对于刺激后维持突触强度的机制知之甚少。本研究旨在利用生物液-液相分离来解释与长时程增强（LTP）相关的突触蛋白的动力学，长时程增强被认为是细胞水平的记忆现象。目的是通过将体外实验的结果应用于神经元，阐明突触微空间中参与记忆形成的分子的动力学。具体来说，（1）我们将通过相分离改变瞬时Ca2+的增加来验证CaMKII作为长期信息传输的转换开关；（2）CaMKII将通过控制突触的内部结构来通过相分离进行传输（3）。 ) 检查通过 CaMKII 人为控制相分离是否诱导或释放突触可塑性。今年，我们研究了最小组成蛋白和磷酸化在 CaMKII 和肌动蛋白细胞骨架调节分子相分离中的参与。研究发现，突触蛋白是必需的成分，并且特定分子的磷酸化是必需的。此外，关于CaMKII的12-14聚体的形成和相分离，我们创建了可以通过TEV蛋白酶从多聚体转化为单体的CamKII，我证实了它的参与。我们尝试了相分离的光学操纵，但光活化的波长和酶活性探针的检测不兼容，因此我们目前正在研究条件。另一方面，我们已经成功构建了一个利用化学遗传方法进行药物局部控制的实验系统，我们计划利用它来验证突触信号的人工控制。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

CaMKIIの液ー液相分離した集合体は記憶の分子実体か

CaMKII 的液-液相分离聚集体是记忆的分子实体吗？

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
実吉岳郎
通讯作者：
実吉岳郎

シナプスとアクチンシグナル

突触和肌动蛋白信号

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
實吉岳郎;林康紀
通讯作者：
林康紀

CaMKII binds both substrates and activators at the active site

CaMKII 在活性位点结合底物和激活剂

DOI：
10.1016/j.celrep.2022.111064
发表时间：
2022-07-12
期刊：
Cell reports
影响因子：
8.8
作者：
Ozden, Can;Sloutsky, Roman;Mitsugi, Tomohiro;Santos, Nicholas;Agnello, Emily;Gaubitz, Christl;Foster, Joshua;Lapinskas, Emily;Esposito, Edward A.;Saneyoshi, Takeo;Kelch, Brian A.;Garman, Scott C.;Hayashi, Yasunori;Stratton, Margaret M.
通讯作者：
Stratton, Margaret M.

CaMKII binds both substrates and activators at the active site

CaMKII 在活性位点结合底物和激活剂

DOI：
10.1016/j.celrep.2022.111064
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
8.8
作者：
Can Ozden;Roman Sloutsky;Tomohiro Mitsugi; Nicholas Santos; Emily Agnello; Christl Gaubitz; Joshua Foster; Emily Lapinskas; Edward A. Esposito; Takeo Saneyoshi; Brian A. Kelch; Scott C. Garman; Yasunori Hayashi;Margaret M. Stratton
通讯作者：
Margaret M. Stratton

シナプスタンパク質の生物学的相分離の操作による可塑性、臨界期誘導法の開発

通过操纵突触蛋白的生物相分离开发可塑性和关键期诱导方法