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。

所有大脑功能都依赖于发育过程中构建的神经回路的精确接线模式，而神经接线异常与各种神经系统疾病直接相关。从发育中的神经元延伸出的轴突（生长锥）的尖端感知周围环境并在移动时改变方向，精确地到达远处的目标。在这个项目中，我们重点关注膜交通机制作为控制生长锥运动的控制塔，膜交通将各种功能分子（细胞骨架调节因子、粘附因子等）的细胞内定位和动态引导到右侧通过控制这一点，我们的目标是阐明产生生长锥灵活运动的机制。为此，我们将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活体生长锥内的各种膜交通现象。在2020财年，我们研究了StayGold，它表现出优异的抗褪色性，作为一种适用于高速超分辨率显微镜的新型荧光蛋白。当将其作为荧光标签添加到RUSH方法中时，可以可视化内质网中新合成的膜/分泌蛋白的运输，即使长期暴露也几乎不会褪色，并且长期货物运输动态可以以高时间分辨率进行观察。事实证明是可以观察到的。此外，初步实验表明，当两种类型的膜蛋白受体在RUSH方法中作为货物时，它们在内质网中已经有不同的分布，这是运输的起点，通过使用该方法的验证，我们鉴定了分子内。负责不同内质网定位的区域。