分子細胞脳科学分野

神経膜分子機能部門 ＜Laboratory of Neural Membrane Biology＞

部門長：髙森 茂雄 ＜Shigeo Takamori, Ph.D., D.V.M＞

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　我々の脳には数100億もの神経細胞が存在し、それらが秩序立った回路を形成して我々の脳高次機能を支えています。神経細胞同士、あるいは、神経細胞が支配する筋肉などの効果器との間の信号の伝達は、シナプスと呼ばれる微細な構造で行われています。出力側のシナプス終末には神経伝達物質を含むシナプス小胞と呼ばれる袋状の小器官（オルガネラ）が存在し、その周りにも様々なタンパク質がぎっしりと詰め込まれています。電気信号がシナプス終末に伝わると、この混み合った環境でシナプス小胞膜が形質膜に融合し、その後にまた局所でシナプス小胞が作られる、と行った現象が起こります。膜の立場から見ると、「融合と新生」という単純な過程ですが、実際には非常に多くのタンパク質が協調的に働いていると予想されています。神経膜分子機能部門では、タンパク質が混み合った細胞内環境で、如何にして膜の動態「融合と新生」が達成されるかに興味を持って研究を進めています。キーワードとしては、「膜融合」・「小胞形成」・「物質輸送」といった細胞生物学的な現象を対象としていますが、研究技法としては分子生物学・タンパク質生化学・神経培養細胞・蛍光イメージングといった分子細胞生物学の主要な技術を広く応用しています。細胞の中のミクロ〜ナノの現象に興味がある学生、一緒に細胞の神秘を探る旅に出ましょう。

研究テーマ

1. シナプス小胞の膜融合タンパク質分子多様性に関する研究〜シナプス小胞は全て同じなのか？それとも分子組成がまちまちなのか？
2. シナプス小胞膜とタンパク質の回収機構に関する研究〜膜とタンパク質は一緒に回収されるのか？それとも別々に回収されるのか？
3. シナプス小胞再生に関係するタンパク質群の協調的役割に関する研究〜シナプスにある可溶性タンパク質は一様に存在するのか？それとも組織化されているのか？
4. 神経伝達物質の充填速度とシナプス伝達の関係〜神経伝達物質が小胞に取り込まれる速度は、シナプス伝達に重要なのか？　そもそも充填速度はどのように制御されているのか？

主要論文

1. Yoshida T., Takenaka KI., Sakamoto H., Kojima Y., Sakano T., Shibayama K., Nakamura K., Hanawa-Suetsugu K., Mori Y., Hirabayashi Y., Hirose K. & Takamori S. Compartmentalization of soluble endocytic proteins in synaptic vesicle clusters by phase separation. iScience 106826 (2023).
2. Egashira Y., Katsurabayashi S. & Takamori S. Quantitative Analysis of Presynaptic Vesicle Luminal pH in Cultured Neurons. Methods Mol Biol 2417:45-58 (2022)
3. Hori T. & Takamori S. Physiological Perspectives on Molecular Mechanisms and Regulation of Vesicular Glutamate Transport: Lessons From Calyx of Held Synapses. Front Cell Neurosci 15:811892 (2022).
4. López-Hernández T., Takenaka KI., Mori Y., Kongpracha P., Nagamori S., Haucke V., Takamori S. Clathrin-independent endocytic retrieval of SV proteins mediated by the clathrin adaptor AP-2 at mammalian central synapses. Elife 11:e71198 (2022).
   
5. Mori Y., Takenaka KI., Fukazawa Y. & Takamori S. The endosomal Q-SNARE, Syntaxin 7, defines a rapidly replenishing synaptic vesicle recycling pool in hippocampal neurons. Commun Biol 4(1):981 (2021).
6.  Zacharie Taoufiq, Momchil Ninov, Alejandro Villar-Briones, Han-Ying Wang, Toshio Sasaki, Michael C Roy, Francois Beauchain, Yasunori Mori, Tomofumi Yoshida, Shigeo Takamori, Reinhard Jahn, & Tomoyuki Takahashi. Hidden proteome of synaptic vesicles in the mammalian brain. PNAS 117(52):33586-33596 (2020). 
7. Nakakubo Y., Abe S., Yoshida T., Takami C., Isa M., Wojcik S.M., Brose N., *Takamori S. & *Hori T. Vesicular Glutamate Transporter Expression Ensures High-Fidelity Synaptic Transmission at the Calyx of Held Synapses. Cell Rep 32(7):108040 (2020) * Co-corresponding authors.
8. Ono Y., Mori Y., Egashira Y., Sumiyama K. & Takamori S. Expression of plasma membrane calcuim ATPases confers Ca2+/H+ exchange in rodent synaptic vesicles. Sci Rep 9(1):4289 (2019).
9. Egashira Y., Mori Y., Yanagawa Y. & Takamori S. Development of lentiviral vectors for efficient glutamatergic-selective gene expression in cultured hippocampal neurons. Sci Rep 8(1):15156 (2018).
10. Mori Y. & Takamori S. Molecular Signatures Underlying Synaptic Vesicle Cargo Retrieval. Front Cell Neurosci 11:422 (2018).
11. Egashira Y., Takase M., Watanabe S., Ishida J., Fukamizu A., Kaneko R., Yanagawa Y. & Takamori S. Unique pH dynamics in GABAergic synaptic vesicles illuminates the mechanism and kinetics of GABA loading. PNAS. 113(38):10702-7 (2016).
12. Takamori S. Presynaptic molecular determinants for quantal size. Front Synaptic Neurosci 8;8:2（2016).
13. Takamori S. Vesicular glutamate transporters as anion channels? Pflügers Arch 468(3):513-8 (2016).
14. Tsujimura K., et al. miR-199a Links MeCP2 with mTOR Signaling and Its Dysregulation Leads to Rett Syndrome Phenotypes. Cell Rep. 12:1-15 (2015).
15. Egashira Y., Takase M. & Takamori S. Monitoring of Vacuolar-type H+ ATPase-mediated Proton Influx into Synaptic Vesicles. J. Neurosci. 35(8):3701-10 (2015).
16. Kumamaru E., Egashira Y., Takenaka R. & Takamori S. Valproic acid selectively suppresses the formation of inhibitory synapses in cultured cortical neurons. Neurosci Lett. 569, 142-7 (2014).
17. Schenck S., Wojcik S.M., Brose N., & Takamori S. A chloride conductance in VGLUT1 underlies maximal glutamate loading into synaptic vesicles. Nat. Neurosci. 12, 156-162 (2009).
18. Takamori S. (2006) VGLUT:‘exciting’times for glutamatergic research? Neurosci. Res. 55, 343-51 (2006).
19. Takamori S., et. al. Molecular anatomy of a trafficking organelle. Cell 127, 831-46 (2006).
20. Wojcik S.M., Rhee J.S., Herzog E., Sigler A., Jahn R., * Takamori S., * Brose N. & * Rosenmund C. An essential role for vesicular glutamate transporter 1 (VGLUT1) in postnatal development and control of quantal size. PNAS 101, 7158-63 (2004) * Co-corresponding authors.
21. Takamori S., Rhee J.S., Rosenmund C. & Jahn R. Identification of a vesicular glutamate transporter that defines a glutamatergic phenotype in neurons. Nature 407, 189-194 (2000).

メンバー

髙森 茂雄（教授）：Shigeo Takamori, Ph.D., D.V.M. (Principal investigator, Professor)
河野　洋幸（助教）：Hiroyuki Kawano, Ph.D. (Research assistant professor)

リンク

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