大脳皮質ニューロン樹状突起へのRNA結合蛋白によるRNA輸送機構の解明

阐明RNA结合蛋白向大脑皮层神经元树突的RNA转运机制

基本信息

批准号：
14780497
负责人：
藤井律子
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Osaka Bioscience Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14780497/
关键词：
RNA結合蛋白神経樹状突起 RNA輸送

项目摘要

神経系が高次脳機能を発現するためには、シナプスが形成された後、さらに経験・学習に適応してシナプスを再構成し、独自の神経回路網を発達させることが必要である。このようなシナプス可塑性を司る神経樹状突起部にはmRNAやポリリボソームが存在することから、細胞体で合成されたある種のmRNAは選択的に樹状突起の棘突起に輸送され、局所的に蛋白が合成されると考えられている。しかしながらmRNAの極性輸送のメカニズムについては未知の点が多い。そこでわれわれは、大脳皮質ニューロンのシナプス可塑生の分子制御機構を探る端緒として、神経細胞体から樹状突起へのRNA極性輸送を担う新規分子のクローニングを行い、その輸送機構を解明することにした。まず、大脳新皮質に高発現がみられる新規RNA結合蛋白としてTLSをクローニングした。このRNA結合蛋白の神経細胞内動態をマウス海馬および大脳皮質の神経初代培養細胞系を用いて解析したところ、細胞体を出たのち、微小管とアクチン系の両細胞骨格系により樹状突起へ輸送されていることが明らかとなった。次にわれわれは、この蛋白が興奮性後シナプス部を形成している棘突起に特異的に集積しており、さらにこの集積はmGluR5の刺激依存的に起こることを明らかにした。実際にTLSが棘突起内で機能しているアクチン系モーター蛋白と相互作用していることや、TLSの標的RNAと会合した状態で棘突起に存在していたことから、TLSがmGluR5シグナル依存的に棘突起へRNAを輸送していることが示唆された。現在までに、TLSの標的RNAとして28S RNAやアクチン重合を安定化させる蛋白をコードしているRNAなどを同定している。これと平行して、TLSのノックアウトマウスよりTLS機能欠損型の神経細胞を調製し、この細胞と正常神経細胞の比較検討を行った。TLS機能欠損型の神経細胞では棘突起の形態異常が認められ、棘突起の密度が顕著に減少していた。またTLS機能欠損型の神経細胞ではmGluR5シグナル依存的なRNAの輸送量が減少していた。以上の結果より、TLSはmGluR5の活性に伴う棘突起の構築変化を安定化させるために必要なRNAの輸送に関与するRNA結合蛋白と考えられる。現在、TLS標的RNAの生細胞内動態の解析と棘突起内輸送に関わる分子の同定を進めている。

为了让神经系统表达更高的大脑功能，突触形成后，需要进一步适应经验和学习，重新配置突触，发展出独特的神经网络。由于mRNA和多核糖体存在于控制突触可塑性的神经元树突中，因此细胞体中合成的某些类型的mRNA被选择性地转运至树突的棘突并定位于其中合成蛋白质。然而，关于mRNA的极性运输机制还有许多未知之处。因此，作为探索大脑皮层神经元突触可塑性的分子控制机制的起点，我们决定克隆一种负责RNA从神经元细胞体到树突的极性运输的新分子，并阐明其运输机制。首先，我们克隆了 TLS，一种在大脑新皮质中高度表达的新型 RNA 结合蛋白。我们使用来自小鼠海马和大脑皮层的原代神经元培养细胞系分析了这种RNA结合蛋白的神经元内动力学，发现它离开细胞体后，通过微管和肌动蛋白细胞骨架系统转运到树突。很明显它正在被运输。接下来，我们发现这种蛋白质特异性地积聚在形成兴奋性突触后区域的棘突中，并且这种积聚以依赖于 mGluR5 刺激的方式发生。事实上，TLS 与棘突内功能的基于肌动蛋白的运动蛋白相互作用，并且与 TLS 靶标 RNA 一起存在于棘突中，表明 TLS 依赖于 mGluR5 信号。迄今为止，我们已经鉴定出 28S RNA 和编码稳定肌动蛋白聚合的蛋白质的 RNA 作为 TLS 的靶 RNA。与此同时，我们从 TLS 敲除小鼠中制备了缺乏 TLS 功能的神经元，并将这些细胞与正常神经元进行比较。在缺乏TLS功能的神经元中，观察到棘突形态异常，棘突密度显着降低。此外，在 TLS 缺陷的神经元中，mGluR5 信号依赖性 RNA 转运减少。基于上述结果，TLS被认为是一种RNA结合蛋白，参与稳定由mGluR5活性引起的棘突结构变化所必需的RNA运输。我们目前正在分析活细胞中 TLS 靶标 RNA 的动态，并鉴定参与棘内运输的分子。