シナプス可塑性の基盤となるカルシウムシグナルの可視化

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シナプスにおける伝達効率の長期的変化の1つの形態としてLTP (long term potentiation)がある。LTPによりシナプス伝達効率が上昇するに伴い、シナプスの体積が大きくなることが知られている。そのメカニズムとして細胞骨格（アクチン繊維）が再構成されることが報告されている。 LTPを誘導する刺激が入ると、(1) シナプス内のカルシウムイオン濃度の上昇、(2) CaMKII (calcium-calmodulin-dependent kinase type II)の活性化、(3) CaMKIIによるRho1タンパク質の活性化、(4) アクチン繊維ネットワークの再構成、が順次起こるとされている。しかしながら、この過程の時空間的動態は未解明である。本課題では、(3)から(4)を媒介するN-WASPの活性化に注目した。まず、N-WASPの活性を可視化するためFRETプローブ（N-WASP intramolecular sensorsおよびN-WASP/Arp2-3 inter-molecular sensors）の開発に取り組んだ。多くのプローブの作製と培養細胞を用いたスクリーニングを繰り返し、N-WASP活性化刺激に対して高い応答を示すプーブを得ることに成功した。本プローブ群を用いたLTP誘導時のN-WASP活性化の可視化解析は、京都大学医学部（林康紀研究室）にて行った。脳スライスにプローブを導入し、LTPを誘導した際のN-WASP活性化の時空間パターンを蛍光寿命顕微鏡FLIMを用いて検討した。LTPのトリガーとなるカルシウムイオン濃度変化からN-WASP活性変化、アクチン繊維変化、スパインの形態変化を包括的に解析することに成功した。N-WASPセンサーの開発と改良により、in vivoにおける神経シグナル伝達の理解促進が期待される。