シナプス可塑性の基盤となるカルシウムシグナルの可視化

突触可塑性钙信号的可视化

• 批准号: 16F16712
• 负责人: 宮脇 敦史
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-07-27 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16F16712/
• 关键词: Fluorescent protein; FRET; LTP; N-WASP; Calcium signalling; Long term potentiation; Biosensors; Protein engineering

シナプスにおける伝達効率の長期的変化の1つの形態としてLTP (long term potentiation)がある。LTPによりシナプス伝達効率が上昇するに伴い、シナプスの体積が大きくなることが知られている。そのメカニズムとして細胞骨格（アクチン繊維）が再構成されることが報告されている。 LTPを誘導する刺激が入ると、(1) シナプス内のカルシウムイオン濃度の上昇、(2) CaMKII (calcium-calmodulin-dependent kinase type II)の活性化、(3) CaMKIIによるRho1タンパク質の活性化、(4) アクチン繊維ネットワークの再構成、が順次起こるとされている。しかしながら、この過程の時空間的動態は未解明である。本課題では、(3)から(4)を媒介するN-WASPの活性化に注目した。まず、N-WASPの活性を可視化するためFRETプローブ（N-WASP intramolecular sensorsおよびN-WASP/Arp2-3 inter-molecular sensors）の開発に取り組んだ。多くのプローブの作製と培養細胞を用いたスクリーニングを繰り返し、N-WASP活性化刺激に対して高い応答を示すプーブを得ることに成功した。本プローブ群を用いたLTP誘導時のN-WASP活性化の可視化解析は、京都大学医学部（林康紀研究室）にて行った。脳スライスにプローブを導入し、LTPを誘導した際のN-WASP活性化の時空間パターンを蛍光寿命顕微鏡FLIMを用いて検討した。LTPのトリガーとなるカルシウムイオン濃度変化からN-WASP活性変化、アクチン繊維変化、スパインの形態変化を包括的に解析することに成功した。N-WASPセンサーの開発と改良により、in vivoにおける神経シグナル伝達の理解促進が期待される。

LTP（长期电位）是突触时传输效率的长期变化的一种形式。众所周知，随着LTP提高突触传递效率，突触的体积增加。据报道，将细胞骨架（肌动蛋白纤维）重建为一种机制。当引入LTP诱导刺激时，人们认为（1）突触内钙离子浓度的升高，（2）激活CAMKII（钙 - 钙统治蛋白依赖性激酶II型），（3）Camkii和（4）camkii和（4）rho1蛋白质的激活，以及（4）catstitution contstitution。但是，此过程的时空动力学尚不清楚。在这个主题中，我们专注于n-WASP的激活，n-wasp介导（3）至（4）。首先，我们研究了FRET探针（N-WASP分子内传感器和N-WASP/ARP2-3分子间传感器）的开发，以可视化N-WASP的活性。我们反复产生了许多探针并使用培养细胞进行了筛选，并成功获得了对N-WASP激活刺激的高反应的pouve。使用这组探针在LTP诱导期间N-WASP激活的可视化分析是在京都大学医学院（Hayashi Yasunori实验室）进行的。使用荧光寿命显微镜FLIM研究了将探针引入脑切片并诱导LTP时N-WASP激活的时空模式。我们已经成功地全面地分析了N-WASP活性，肌动蛋白纤维和脊柱形态的变化，这是由于触发LTP的钙离子浓度变化而变化。 N-WASP传感器的发展和改进有望促进对体内神经信号传导的理解。

项目成果

Development of FRET-based biosensors to monitor the activity of actin regulators in dendritic spines

开发基于 FRET 的生物传感器来监测树突棘中肌动蛋白调节剂的活性

• 发表时间: 2018
• 作者: Geslin E.;Lekieffre C.;Nardelli P.;Maire O.;Barras C.;Schweizer M.;Thibault de Chanvalon;Langlet D.;A. Meibom;Metzger E.;Morgane Rosendale
• 通讯作者: Morgane Rosendale