神経生化学

スタッフ

教授 尾藤 晴彦

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研究概要

神経生化学教室では、脳機能の分子的実体としての化学反応の解明を目指しています。ニューロンは、他の細胞と違わずATPをエネルギー源としていますが、この化学ポテンシャルがどのように利用され、その結果、100億~1000億の神経細胞が、いかに一つの「脳」として統合され、個体が外界の刺激・環境変化に適応・対応してための器官として機能しているかを解き明かそうとしているのです。

記憶・学習を含め、様々な脳高次機能の基盤には、特異的な入・出力関係を保持する神経回路網が存在しています。このニューラル・ネットワークは決して静的な神経細胞集団ではなく、神経細胞間、あるいは神経細胞内の多種多様なシグナル伝達機構によってダイナミックに変貌を遂げることが20世紀後半に明らかになりました。すなわち中枢神経系を構築しているニューラル・ネットワークには、2つの普遍的な特徴があります。一つは、一定のプログラミングによって、普遍的に神経細胞同士が結合し、機能的なシステムを作り上げる「設計図」とそれを間違えずに読み出す、厳格な「文法」の存在です。もう一つは、個体ごとに内部・外部の環境の変化に刻一刻と対応できる「適応性・順応性」の存在と、過去の経験の記憶に基づき応答を修飾していく内在的な「学習能力」が備わっていることです。

このように「剛」と「柔」の特性を兼ね備える神経回路網を支えているシグナル伝達機構は、神経細胞特有の電気的シグナルと、すべての細胞に普遍的な化学的シグナルの密接な絡み合いから成り立っていることを、我々を含む多くのグループが解明してきました。我々は現在、初代培養神経細胞のシステムを手がかりに、このような一つ一つのシグナルを同定し、その作動原理を明らかにすることを試みています。特に、神経可塑性の研究を中核に据え、取り組んでいます。神経は、入力する刺激の量やパターンに応じ、シナプスの応答性や形態・構造を変化させて、学習などの機能に対応していると考えられています。このような神経可塑性が細胞内のどのような神経伝達により引き起こされるかを、激しく、楽しく、明るく、研究しています。

研究項目

CREB-Arc シグナル伝達解明に基づく可塑的回路の解明・標識・操作

長期記憶や長期可塑性の成立には、シナプス入力が引き金となる遺伝子発現誘導と、転写・翻訳された新規遺伝子産物のシナプスへの再分配が必要です。このような神経情報処理のコア経路としてNMDA 受容体-CaMKIV-CREB-Arcシグナル解明を進める中で、Arc promoter のシナプス活動応答性エレメントSARE を発見し、さらにこれを強化した人工プロモーターE-SARE を創出しました。現在、E-SARE 技術を駆使し、可塑的回路のイメージングと操作に取組み、記憶・行動制御を司る神経細胞アンサンブルの全貌解明に挑戦しています。

神経回路形成を司る新たなCa2+シグナリング機構に関する研究

可塑的な情報変換を過不足なく実行可能な神経回路形成・シナプス形成を支配するルールは何か。これを明らかにするため、回路構築・シナプス形成に至るまでの突起形成・伸展過程・細胞移動・アクチンダイナミクスなどの生化学・酵素学を探求しています。特に、当教室で初めて同定したCaMKI分子種等による制御の全貌解明に取り組んでいます。

 

単一シナプス生化学の創成

長期可塑性誘導の素過程となる個々のシナプスでの生化学反応の記録・操作を可能にするため、グルタミン酸光分解法を用いた局所刺激法、新規蛍光プローブの開発、遺伝子発現イメージング、単一シナプス蛋白相互作用解析、神経細胞におけるRNA 干渉法、ケミカルバイオロジー、オプトジェネティクス、ウイルスベクターによる表現系などの新規手法の導入や最適化などの方法論を駆使し、単一シナプス生化学の創成を図っています。

 

Publication list

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住所

〒113-0033 東京都文京区本郷7-3-1
東大医学部3号館S606

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hbito@m.u-tokyo.ac.jp

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