【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】22700402 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

IRBIT / CaMKII / brain / knockout mice / CaMKIIα / タンパク質相互作用 / カルシウム / リン酸化

【研究成果の概要】

IRBITによるCaMKIIα活性制御の分子機構およびその生理的意義を明らかにし、脳神経系におけるIRBITの役割を解明するため、in vitro kinase assay,細胞株発現系、培養神経細胞およびIRBITを全身で欠損したIRBIT KOマウスを用いてIRBITがCaMKIIα活性に及ぼす効果を検討した。いずれの実験系においてもIRBITがCaMKIIα活性を抑制する事を明らかにした。さらにIRBIT KOマウスが学習行動試験や社会性行動試験等の行動実験において行動異常を示す事を明らかにした。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】薬理学一般

【研究領域課題番号】18590239 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

中枢・末梢神経 / グルタミン酸受容体 / AMPA受容体 / 神経変性疾患 / 筋萎縮性側索硬化症 / カルシウム / グルタミン酸 / ADAR2 / RNA編集 / ノックアウトマウス / タモキシフェン / ALS(筋萎縮性側索硬化症) / 神経毒性

【研究成果の概要】

イオンチャネル型グルタミン酸受容体の機能異常が孤発性筋萎縮性側索硬化症の発症要因であるという仮説から、AMPA受容体のイオン選択透過性が生じる原因の解明と、人工的にイオン透過性を変化させた病体モデルの作成を行った。その結果、in vitro系での病態モデル系および、遺伝子改変マウスの作成に成功し、疾患治療研究への足がかりが出来た。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】4,100千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 600千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】16300149 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

流れずり応力 / 血流 / 機械受容 / ノックアウトマウス / 内皮細胞 / 血管 / P2×4受容体 / カルシウムイオン / P2X4受容体 / 血管内皮細胞 / カルシウム反応 / NO産生 / 血管リモデリング / 機械刺激感知 / P2X4レセプター / 機械的刺激感知 / カルシウム / 血圧調節

【研究成果の概要】

本研究では、内皮細胞が最初に流れずり応力を感知する機構に関わる血流センサー分子について、特にイオンチャネルの面から探索し、その情報が細胞内に伝達される経路を明らかにすると共に、生理的意義を評価する為に以下の検討を行った。血流に起因するメカニカルストレスである剪断応力の生体作用を明らかにするために、血管内皮細胞の剪断応力の受容機構の解析を行った。内皮細胞は剪断応力の強さの情報をATP作動性のカチオンチャネルであるP2×4を介する細胞外Ca^<2+>の流入反応に変換して伝達する血流センサー分子として機能していることが判明した。P2×4の欠損マウスを作製したところ、このマウスの内皮細胞では、剪断応力による細胞外Ca^<2+>の流入反応が消失し、引き続いておこる一酸化窒素産生が減弱することが示された。また、P2×4欠損マウスの細動脈では、正常マウスと比べて血流増加に伴う血管拡張反応が減弱した。この反応は摘出した腸間膜動脈のex vivo計測によっても裏付けられた。P2×4欠損マウスの頸動脈では、血流減少による血管のリモデリングに伴う血管径の縮小反応が正常マウスと比較して有意に阻害されていることが組織染色により明らかとなった。更に、P2×4欠損マウスでは、テレメトリー法を用いた覚醒時における全身性の血圧が顕著に上昇していた。以上の結果から、血流センサー分子であるP2×4を介する剪断応力の受容機構は血流依存性の血管のトーヌスや血管のリモデリングの調節に重要な役割を果たしていることが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】15,100千円 (直接経費: 15,100千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】12557062 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

NCX / ノックアウトマウス / 圧負荷 / 心肥大 / 拡張障害 / SERCA2 / L型Ca^<2+>チャネル / 虚血再灌流 / Ca^<2+>チャネル / ライアノジン受容体 / カルシウム / 心エコー / Na^+ / Ca^<2+>交換体 / CSX / 細胞内カルシウム

【研究成果の概要】

Na^+/Ca^<2+>交換体(NCX)は、神経や筋細胞などの興奮性細胞の細胞膜に存在し、Na^+とCa^<2+>の交換輸送に関与する。我々は心臓におけるNCXの役割を解明するために、NCXのノックアウトマウスを作成した。ノックアウトマウスのホモは胎生致死となったが、ヘテロは一見正常に発育した。そこでNCXのヘテロノックアウトマウスを用いて心機能に対するNCXの作用を検討した。
野生型(WT)マウスとこのヘテロノックアウト(KO)マウスの胸部大動脈を縮窄し、手術3週間後に心臓を調べた。シャム手術では、両者のマウス間で心機能の変化は認められなかったが、圧負荷後ではWTマウスに比べKOマウスでより高い左室圧と良好な左室収縮能を示した。KOマウスでは拘束性の拡張障害パターンを示し、WTマウスよりも著明な左室肥大と間質の線維化を認めた。また圧負荷によりWTではSERCA2の発現が低下したが、KOマウスでは変化がみられなかった。L型Ca^<2+>チャネルやライアノジン受容体の発現は両マウス間で差はなかった。これらの結果から、KOマウスでは圧負荷に対して心機能を正常に保ち、より著明な心肥大を生じることが明らかになった。NCXの減少により細胞内や小胞体内のCa^<2+>濃度が増力することが、この機序の一つとして考えられた。
次にWTマウスとKOマウスより摘出した心臓をランゲンドルフ心にて30分間虚血後、120分間再灌流し心機能を評価した。WTマウスとKOマウスで虚血前の心機能(心拍数、左室内圧)に有意差はなかった。KOマウスにおいて虚血前に比べて再灌流120分後の心収縮能はWTマウスより有意に保たれていた。TTC染色においてKOマウスの梗塞巣はWTマウスよりも有意に縮小していた。
以上の結果から、NCXが虚血・再灌流時の心筋障害を促進させる可能性が示唆された。本研究により、圧負荷や虚血・再灌流時においてNCXは心機能障害の一因となっている可能性が示唆された。したがって、このような病態ではNCXを抑制させることが心保護につながる可能性があることが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】12,500千円 (直接経費: 12,500千円)

【研究分野】細胞生物学

【研究領域課題番号】10480197 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

H-ras / N-ras / K-ras / ノックアウトマウス / 2重欠損マウス / トランスジェニックマウス / チロシンリン酸化 / MAPキナーゼ / Ras / NMDA受容体 / NR1 / NR2B / カルシウム / ERK / Src / Fyn

【研究成果の概要】

哺乳類の3種のras, H-, N-, K-rasをそれぞれ欠損したマウスおよび多重ras欠損マウスを作成、解析した。H-ras欠損およびN-ras欠損マウスさらにH-rasN-ras2重欠損マウスは見かけ上正常に発達、成長し、寿命も野生型と変わらなかったが、K-rasノックアウトマウスは胎生期に致死となった。H-ras欠損マウスではDMBAおよびTPAによる化学皮膚発がん実験で、皮膚パピローマの数が野生型の約7分の1になった。また、H-ras欠損マウスに生じたパピローマでは半数以上でK-rasに活性化型の変異が生じていることを明かとした。従って、腫瘍形成能については活性化型H-Rasの機能を活性化型K-Rasが捕えることがわかった。また、K-ras欠損マウスにヒトプロト型H-ras遺伝子を導入したトランスジェニックマウスでは致死が回復した。従ってRasタンパク質の機能は細胞増殖、初期発生において重複していると示唆された。また、H-ras欠損マウスの海馬ではグルタミン酸受容体の一種であるNMDA受容体チャンネルのNR2サブユニットのチロシンリン酸化の向上、それに伴うNMDA受容体を介するシナプス応答の上昇、さらにはシナプス伝達の長期増強の増加が見られた。従って、H-Rasタンパク質はNMDA受容体のチロシンリン酸化を制御することにより、NMDA受容体応答、長期増強を制御していることが示唆された。また、Ras情報伝達系とNMDA受容体の関係を明らかにするため、海馬培養細胞をNMDA刺激した。この時、ERKおよびp38MAPKの活性化と共に、NMDA受容体のチロシン脱リン酸化が起こることが明かとなった。また、このERKの活性化にはRasの活性が必要であることが明かとなった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 2000

【配分額】12,300千円 (直接経費: 12,300千円)

【研究分野】神経・筋肉生理学

【研究領域課題番号】09480239 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シナプス伝達 / グルタミン酸受容体 / 長期増強 / 海馬 / 電気生理学 / 分子生物学 / 可塑性 / ノックアウトマウス / カルシウム

【研究成果の概要】

1.海馬CA1領域において、シャッファー側枝を電気刺激し、放線状層にて興奮性シナプス電位を細胞外記録した。興奮性シナプス伝達の長期増強(LTP)にどのタイプのグルタミン酸受容体が関与するかを同定するため、まず、NMDAの細胞外投与の効果を検討した。NMDAの短時間投与では、シナプス電位の短期増強が観測されたが、LTPを誘導することはできなかった。一方、グルタミン酸短時間投与では、LTPが誘導でき、NMDA受容体以外のグルタミン酸受容体の関与が示唆された。2.代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)がLTPに関与する可能性を検討するため、mGluRのアゴニストであるACPDのシナプス伝達に対する効果を観察した。ACPDの潅流投与では、短期抑圧が誘導されるのみで、LTPは誘導できなかった。CA1錐体細胞からのホールセル記録でも同様の結果を得たACPD投与とともに、細胞に繰り返し脱分極パルスを与えカルシウムチャネルを活性化させるとLTPが誘導された。したがって、細胞内カルシウム濃度上昇とmGluRの活性化が同時に起こったときにのみ、LTPが誘導される可能性が示唆された。この研究をさらに発展させるため、CA1領域に存在することが知られているmGluR5の機能ドメインに点変異を導入したものを発現する遺伝子操作マウスを現在作製中であり、mGluR5のLTPにおける役割をさらに詳細に検討する予定である。3.代謝型グルタミン酸受容体mGluR2がその誘導に関与する海馬CA3領域のシナプス伝達可塑性にカルシウム依存性のタンパクリン酸化酵素が関与することを明らかにした。CA3領域での長期抑圧の誘導にはシナプス前終末のmGluRの活性化が必要であるが、それだけでは十分ではなく、シナプス前終末へのカルシウムイオン流入とそれに引き続く生化学過程の調節が必要であることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1997 - 1999

【配分額】12,000千円 (直接経費: 12,000千円)