Elucidation of mechanisms of neuronal network formation by visualization and manipuration of membrane traffic

通过膜交通的可视化和操纵阐明神经元网络形成的机制

基本信息

批准号：
22K06213
负责人：
戸島拓郎
金额：
$ 2.66万
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 Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

全ての脳機能は発生期に構築される神経回路の正確な配線パタンに依存しており、神経配線の異常は種々の神経疾患に直結する。発生過程の神経細胞から伸びる軸索突起の先端部（成長円錐）は、周辺環境を感知して方向転換しながら移動し、遥か遠隔の標的まで正確に辿り着く。本課題では、成長円錐の運動性を統御する司令塔として膜交通機構に焦点を当て、膜交通が各種機能分子群（細胞骨格制御因子・接着因子等）の細胞内局在や動態を適材適所にコントロールすることで、成長円錐の臨機応変な運動性を生み出す仕組みを解明することを目指している。そのために、研究代表者らが開発した高速超解像顕微鏡と光遺伝学ツールを駆使し、生きた成長円錐内における様々な膜交通現象を精密に観て、操作する。令和４年度は、高速超解像顕微鏡観察に適した新奇蛍光タンパク質として、耐褪色性能に優れた性能を呈するStayGoldの検討を行った。小胞体で新規合成された膜／分泌タンパク質の輸送を可視化できるRUSH法の蛍光タグとしてこれを付加すると、長時間露光に対してほとんど褪色が見られず、高い時間分解能で長期的な積荷輸送動態を観察できることが分かった。さらに、2種類の膜タンパク質受容体をRUSH法の積荷として用いると、これらが輸送出発点の小胞体においてすでに異なる分布を取ることが予備実験で明らかになっていたが、本年度は各種変異体を用いた検証により、異なる小胞体局在を担う分子内責任領域を突き止めた。

所有大脑功能都取决于在新生阶段构建的神经回路的精确布线模式，而神经接线的异常与多种神经系统疾病直接相关。轴突过程的尖端（生长锥）从发育神经元延伸的尖端（生长锥）随着它们感知周围环境和改变方向而移动，并准确地达到了深远的目标。该主题侧重于控制生长锥运动的指挥中心，旨在阐明膜交通控制各种功能分子组的亚细胞定位和动态的机制（细胞骨架控制因子，粘附因子，粘合因子等），从而在合适的位置产生灵活的生长能力。为此，我们使用主要研究人员开发的高速超分辨率显微镜和光遗传学工具来精确观察和操纵生活生长锥体内的各种膜交通现象。在2022年，我们研究了具有出色褪色耐药性的Staygold，它是一种适合高速，超分辨率显微镜观察的新型荧光蛋白。已经发现，当将其添加为Rush方法的荧光标签时，可以在内质网中可视化新合成的膜/分泌蛋白的运输，并且由于长期暴露而导致长期的货物运输动力学几乎没有褪色。此外，初步实验表明，当两种类型的膜蛋白受体被用作Rush方法中的货物时，它们已经在内质网中具有不同的分布，在此起点是运输的起点，但是今年，我们已经确定了分子内负责任的区域，这些区域通过使用各种突变剂来测试不同的腹部负责。