神経细胞の情报伝达効率を调节する新たな分子メカニズムを発见 学习や长期记忆の形成に関与
JST 課題達成型基礎研究の一環として、東京大学大学院医学系研究科の尾藤晴彦准教授と奥野浩行助教らは、マウスやラットを用いた実験により、神経細胞が外部からの刺激に応じて情報伝達効率を調節する新しい分子メカニズムを解明しました。
础谤肠のシナプス集积とグルタミン酸受容体除去
© Haruhiko Bito
长期増强を引き起こすような强いシナプス刺激をうけると、细胞体では础谤肠の発现诱导が起こります。础谤肠は不活性化型の颁补惭碍滨滨βサブユニットに结合することにより、活动性の低いシナプスに选択的に集积します。この集积した础谤肠はシナプス膜表面にある础惭笔础型グルタミン酸受容体をエンドサイトーシスにより细胞内に取り込みます。このようなメカニズムがあれば、増强されたシナプスは础谤肠の影响をうけずに强化されたままで残り、一方、活动性の低いシナプスは意図しないシナプス増强などを防ぐことができます。脳ではこのような巧妙な分子メカニズムによって长期记忆の形成が调节されていると考えられます。
记忆は、神経细胞のシナプスでの情报伝达効率の変化により保存されていますが、その変化は通常、数分から数时间で消失してしまいます（短期记忆）。しかし、强烈な経験や何度も同じ経験をすると、情报伝达効率の変化は数日以上の长期にわたり维持され、长期记忆が形成されます。これは、神経细胞が外部からの刺激に応じてシナプスの性质を长期的に変化させるためであり、こうした仕组みが脳の柔软性や记忆の形成?保持に必要であると考えられています。これまでの研究により、シナプスの长期変化には、神経细胞の细胞体で新规遗伝子の発现が必要なことが明らかになっています。しかし、神経活动によって発现された遗伝子の产物が细胞のどの部位で、どのような方法で神経细胞の性质を调节し変化させているのかについては、これまでほとんど分かっていませんでした。
本研究グループは、神経活动で発现される遗伝子の产物の1つである础谤肠（アーク）というたんぱく质に着目しました。础谤肠たんぱく质はシナプス部位に运ばれ集积しますが、活动性の高いシナプスではなく、逆に活动性の低いシナプスへ运ばれ集积されていることが明らかになりました。さらに、その集积度は神経伝达を担っているグルタミン酸受容体の量と逆相関であることがわかりました。このことから、长期的な记忆が形成されるにあたって、础谤肠たんぱく质が不要なシナプスの机能を抑える役割を果たしていると考えられます。
ヒトにおいても、このような遗伝子発现による神経机能调节机构は脳の発达や学习?记忆形成などに必须なメカニズムであると考えられます。今回の発见は、精神疾患や学习?记忆障害などの病态解明および治疗法の开発につながるものと期待されます。
论文情报
Hiroyuki Okuno, Kaori Akashi, Yuichiro Ishii, Nan Yagishita-Kyo, Kanzo Suzuki, Mio Nonaka, Takashi Kawashima, Hajime Fujii, Sayaka Takemoto-Kimura, Manabu Abe, Rie Natsume, Shoaib Chowdhury, Kenji Sakimura, Paul F. Worley, and Haruhiko Bito,
“Inverse synaptic tagging of inactive synapses via dynamic interaction of Arc/Arg3.1 with CaMKIIβ” ,
Cell, May 11, 2012, print issue. doi: 10.1016/j.cell.2012.02.062.
