単一シナプス生化学の創成

单突触生物化学的创建

• 批准号: 19659065
• 负责人: 尾藤 晴彦
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19659065/
• 关键词: 脳・神経; 発生・分化; 遺伝子; シグナル伝達; 生体分子

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)。

与试管不同，化学反应发生在细胞局部。信号不是自由扩散的酶和随机相遇的底物，而是在集中在几十纳米见方的“微域”中的相关分子之间有效耦合和传输。然而，迄今为止，这个“微域”内的代谢反应理论和酶学尚未阐明。在这项研究中，我们量化了单个突触及其附近发生的磷酸化反应，基于这样的事实：在膜微结构域和微突起水平上控制的蛋白质磷酸化反应对于神经可塑性的表达和神经回路的形成至关重要。还将可视化有助于突出调节的蛋白质-蛋白质相互作用，我们还将应用病毒载体来尝试创建基本技术，从而能够同时定量多种酶反应和细胞类型特异性定量。基于这个计划，我们建立了以下基础技术。 1.我们成功地通过FRET显着检测到CaMKIgamma/CLICK-III的膜自聚集。 Takemoto-Kimura 等人将该结果发表在 Neuron 杂志上。 2. 我们已经完成了 UV 解笼锁 FRET 系统，该系统可刺激单个突触并实时可视化附近 Ca2+ 和激酶活性的增加（Fujii 等人正在准备提交）。 3. 在与京都大学工学院森实验室的联合研究中，我们成功地量化了突触末端活性区蛋白RIMla和电压门控钙通道的共定位（Kiyonaka等人Nature Neurosci.2007）。

项目成果

Molecular biology and neuronal functions of CaMK family genes

CaMK家族基因的分子生物学和神经功能

• 发表时间: 2007
• 作者: Tanaka;J.;Harada;H.;Nakamura;H.;Fuse T;Masahiro Fukaya;Bito H
• 通讯作者: Bito H

Regulation of Arc localization at synapses via interaction with CaMKII beta.

通过与 CaMKII beta 相互作用调节突触的 Arc 定位。

• 发表时间: 2007
• 作者: Iijima N.;Yokoyama T.;小林大介 飯島典生 横山尚彦;Takemoto-Kimura S;Kiyonaka S;Okuno H;Bito H;Kiyonaka S;Okuno H;Bito H;Okuno H
• 通讯作者: Okuno H

Quantitative imaging for elucidating neuronal signal transduction mechanisms.

用于阐明神经元信号转导机制的定量成像。

• 发表时间: 2007
• 作者: Harada;H.Tanaka;J.Matsuda;Y.Suzuki-Hirano;A.Nakamura;H.;Okuno H
• 通讯作者: Okuno H

Regulation of PSD complex by neuronal activity.

神经元活动对 PSD 复合体的调节。

• 发表时间: 2007
• 作者: Sakagami;H.;Sanda;M.;Fukaya;M.;Miyazaki;T.;Sukegawa;J.;Yanagisawa;T.;Suzuki;T.;Fukunaga;K.;Watanabe;M.;Kondo;K.;Hou X.Katahira T.Kimura J.Nakamura H.;Bito H
• 通讯作者: Bito H

The active zone protein RIM1 confers sustained activity and neurotransmitter vesicle anchoring to presynaptic Ca^<2+> channels.

活性区蛋白RIM1赋予突触前Ca 2+ 通道持续的活性和神经递质囊泡锚定。

• 发表时间: 2007
• 作者: Iijima N.;Yokoyama T.;小林大介 飯島典生 横山尚彦;Takemoto-Kimura S;Kiyonaka S;Okuno H;Bito H;Kiyonaka S
• 通讯作者: Kiyonaka S