蛍光生体イメージ / 研究課題（実吉岳郎）

光活性化蛋白質を用いた2光子機能イメージング法の開発とシナプス構造可塑性の解析

研究代表者（所属）：実吉岳郎（理化学研究所脳科学総合研究センター・研究員）

研究内容

　記憶は脳における神経回路網に貯蔵されると考えられているが、どのような形で貯蔵されているかは明らかではない。神経回路網を構成する基本単位として神経細胞間をつなぐシナプスとシナプスが存在するスパインがあげられる。スパインは神経細胞樹状突起上に存在するアクチンが豊富な突起構造物である。記憶のモデルとされる長期増強現象に際しスパインは急速にアクチン細胞骨格を利用してその構造を肥大化し、刺激後も維持される（シナプス構造可塑性）。スパインの構造変化は神経回路網の構造変化の1つであるため、シナプス構造可塑性制御の解明は記憶の分子メカニズムの理解に重要である。
　本研究計画は、記憶・学習の基礎となるシナプス構造可塑性の分子基盤を理解するため、光活性化タンパク質と蛍光寿命測定によるFRET（FLIM-FRET）法を用いた細胞内情報伝達経路に対する光学プローブ、そして2光子顕微鏡技術を組み合わせ長期増強時のスパインにおけるCaMKIIとRacによるアクチン細胞骨格制御の分子メカニズムを明らかにしようとするものである。小さなスパイン内で光により分子活性およびタンパク質間相互作用を制御した際のシグナル伝達分子活性のイメージングを行い、従来の手法、神経伝達分子や成長因子などを利用した刺激パラダイムでは明らかにできないシグナル伝達カスケードの中での単一分子活性化による生理現象の解析法の確立を目的としている。

代表的論文3編

Regulation of spine and synapse formation by activity-dependent intracellular signaling pathways.
Saneyoshi, T., Fortin, D.A., Soderling, T.R.
Curr Opin Neurobiol, 20, 108-115, (2010)

Activity-Dependent Synaptogenesis: Regulation by a CaM-Kinase Kinase/CaM-Kinase I/βPIX Signaling Complex.
Saneyoshi, T., Wayman, G.A., Fortin, D., Davare, M.A., Hoshi, N., Nozaki, N., Natsume, T. and Soderling, T.R.
Neuron, 57, 94-107, (2011)

Activity-dependent Dendritic Arbolization Mediated by CaM-kinase I Activation and Enhanced CREB-dependent Transcription of Wnt-2.
Wayman, G.A., Impey, S., Marks, D., Saneyoshi, T., Grant, G.F., Darkach, V., Soderling, T.R.
Neuron, 50, 897-909, (2006)