古屋大学大学院医学系研究科 研究科長 橋 英 神経情報薬理学 貝淵
弘 いぶちこう う 教授 責任著者 医療薬学 永井拓 い く
准教授 筆頭著者 研究 独自 手法を開発し 大規模 ン酸化
テ 解析 っ 脳内 パ ン 快感を生 出 を明
し し 本研究成果 米国科学 ュ ン 米国時間 1 月 「1 日
付 電子版 掲載さ し
パ ン 運動機能 意欲 び快感 関連 行動を担っ い 神経伝達
物質 パ キン ン病や統合失調症 種々 精神 神経疾患 病態 関連し
い 考え い 脳 興奮 線条体 いう脳 特定 場所
パ ン 大量 放出さ 線条体 パ ン ）1 受容体 ）1R を発現
神経細胞 ）1R-細胞 パ ン ）「 受容体 ）「R を発現 細胞 ）「R-
細胞 異 「 種類 神経細胞 存在し こ 研究 パ
ン ン酸化酵素 あ テインキ A PKA を活性化 こ 神
経細胞 興奮性を制御 こ 分 っ い し し し ）1R-細胞 ）「R-細
胞を個別 解析 こ 困難 さ い こ ）1R-細胞 PKA 細胞
興奮性や報酬関連行動を制御し い う 実際 証明さ
不明 し 図 1
本研究 感度 網羅的 ン酸化タンパ 質を解析 方法を独
自 開発 こ ）1R 流 存在 100 種類以 PKA ン酸化基質を
ウ 脳 新 定 こ 成功し し 細胞や動物 ベ 詳細 解
析を行っ 結果 パ ン ）1R 刺激 PKA-Raた1 シ を活性化し
）1R-細胞 興奮性を 報酬 快感 関連行動を引 起こ こ 分 し
図 「 わち Raた1 シ 報酬 快感 シ し 機能 こ
を本研究 世界 初 明 し し 図 」
本研究 発見さ 報酬シ 従来 解析手法 定 こ
困難 あ 脳科学研究 イ を起こし し パ ン
機能不全 様々 精神 神経疾患 病態解明や治療法 開発 繋
こ 大い 期待さ
本研究 国立研究開発法人 日本医療研究開発機構 AME） 脳科学研究戦略
推進 成 「7 度 文部科学省 移管 脳科学研究を支え
約的 体系的 情報基盤 構築 課題 G ＜拠点長 貝淵弘 ＞ 一環 し
行わ し
成 「8 1 月 「「 日
大規模 ン酸化 テ ク 解析で快感を生み出す ニ を解明
～ 脳科学研究の イク により精神 神経疾患創薬への道を拓く ～
⼤規模 ン酸化 解析 快感 ⽣ 出 解明
̶脳科学研究 イ ー 精神・神経疾患創薬 道 拓く̶
ポイント
快感 引 起こ 神経伝達物質 ーパ ン 刺激 活性化さ タンパ 質 網羅的 解析し 100 種類以上 候補 脳 ⾒ け した
報酬 快感 関連⾏動 制御 新しい し Rap1 シ 発⾒し した
ーパ ン 機能不全 認 精神・神経疾患 病態解明 繋 こ 期待さ
．背景
ーパ ン 運動機能 意欲 び快感 関連 ⾏動 担 い 神経伝達物質 脳 興奮 線条体 いう脳 特定 場所 ーパ ン ⼤量 放出さ 線条体 ーパ ン と1 受容 体 と1R 発現 神経細胞 と1R-細胞 ーパ ン と2 受容体 と2R 発現 細胞 と2R- 細胞 異 2 種類 神経細胞 存在し と1R イン ー A PはA 呼
ン酸化酵素 活性化し と2R 逆 PはA 抑制し PはA 細胞 興奮性や報酬 快感 関連⾏動 関係し い こ ーパ ン PはA 介し と1R-細胞 興奮性 ⾼ と2R-細胞 興奮性 抑制 考え した し し 過去 報告 活性化薬や阻害薬 使⽤した実験 あ こ 薬物 と1R-細胞 と2R-細胞 両⽅ 作⽤し し うた 神経細胞 機能 個別 解析
こ 困難 した した ーパ ン PはA 活性化 と1R-細胞 興奮性や報酬関連⾏
動 亢進 う 実際 証明さ そ く分 い 世界
中 研究者 こ 問題 取 組 PはA 作⽤
数種類 タンパ 質 基質 発⾒し い
い 基質
ーパ ン 神経細胞 興奮性 報酬 快感 関連⾏動 ⾄
説明 こ 困難 した ⾙淵教授
研究 ー 独⾃
開発した ン酸化タンパ 質 網羅的 解析⽅法 はiをasら-んriらをtらよ sウbstratら scrららをiをる, はIOSS 使⽤し PはA 下流 と1R-細胞 興奮性や報酬 快感 関連⾏動 制御 シ 伝達経路 存在 い 探索し した 図 1
D R 細胞
ド パ ン神経
D R 細胞
問題点：
P K A活性化阻害薬 両方 細胞 作用し しまうため 神経細胞 機能を個別 解析
す こ った
P K A ↑
興奮性 ? タ ン酸神経
DR
ド パ ン神経
P K A ↓
興奮性 ?
DR
タ ン酸神経
報酬 快感 関連行動 ?
報酬 快感 関連行動 ?
目的：
P K A D R 細胞 興奮性や報酬快感 関連行動を制御し い ？ 果たし そ カニ ？
図 本研究 背景
．研究成果
1. と1R 下流 存在 イン ー A ン酸化基質 新た 同定した
線条体 ⽤い はIOSS ⾏ た結果 と1R 下流 存在 PはA ン酸化基質 し 100 種類以上 タンパ 質 そ ン酸化部位 同定し した 同定した基質 ほ ーパ ン
シ し 報告さ い い新規 タンパ 質や ン酸化部位 した 得 た ータ 基 パ イ解析 ⾏ た結果 Rap1 シ 含 数種類 シ 伝達経路 有⼒ 候補 し 発
⾒し した
2. PはA Rasるrp2 ン酸化 Rap1 活性化 必要 あ
Rap1 シ 経路 含 PはA 基質 Rap1 活性化因⼦ あ Rasるrp2 Rap1 不活性化 因⼦ あ Rap1るap あ した Rap1 学習・記憶 脳機能 重要 役割 果た 推定さ
い タンパ 質 本研究 ー Rap1 シ 経路 と1R 介した神経機能 関係し い 推測し Rap1 活性化 Rasるrp2 解析 ⾏い した そ 結果 ーパ ン PはA 介し Rasるrp2 11ず 11せ すす4 び す。ず 番⽬ ン残基 ン酸化 こ 分 した た Rasるrp2 ン酸化 Rap1 活性化 必要 あ こ 分 した さ ーパ ン 増 加さ コ イン 投与した 側坐核 線条体 ⼀部 構成 脳領域 と1R-細胞 Rasるrp2 ン酸化 増加し Rap1 活性化 観察さ した
3. Rap1 活性化 MAPは 介し 神経 興奮性 報酬関連⾏動 制御
本研究 ー 側坐核 と1R-細胞 特異的 PはA や Rap1 恒常的 活性化し い
作製し こ と1R-細胞 興奮性 コ イン 効果 普通 ⽐ 増加 こ
⽰し した 図 2 た 側坐核 と1R-細胞 特異的 Rap1 ⽋損し い と1R- 細胞 興奮性 コ イン 効果 普通 減少 こ 確認し した 図 2 さ Rap1 下流 MAPは 呼 分⼦ 関係し い こ ⾒ け した 以上 結果 Rap1
シ 報酬 快感 シ し 機能 こ 本研究 ー 世界 初 明 し し
前試験
滞在時間測定 野生型 ウ
野生型 ウ
R a p 活性化 ウ
R a p 欠損 ウ
午前：生理食塩水 午後：生理食塩水
図 R a p 活性を操作す コカイン 嗜好性を制御
午前：生理食塩水 午後：コカイン
午前：生理食塩水 午後：コカイン
午前：生理食塩水 午後：コカイン
条件付け
薬物投与
後試験
滞在時間測定 変化 し
コカイン 投与さ た場所 滞在時間 延長
コ ア 平均値 秒 コカイン嗜好性
大 小
コカイン 投与さ た場所 滞在時間 さら 延長
コカイン 投与さ た場所 滞在時間 減少
た 通常 ーパ ン濃度 低く と1R-細胞 興奮性や神経活動 抑制さ い 状態 あ た 報酬 快感 関連⾏動 起こ 図 3A ーパ ン 側坐核 ⼤量 放出さ
と1R 介し PはA-Rap1 シ 活性化 起こ Rap1 シ 細胞 興奮性 ⾼ タ ン酸 興奮性⼊⼒ 応答し 神経活動 増加し 報酬 快感 関連⾏動 引 起こさ
図 3て
．今後の展開
本研究 ーパ ン と1R-細胞 興奮 性 報酬 快感 関連⾏動 制御 い Rap1 シ
必要 あ こ 分 した 線条体
と1R- 細 胞 他 と2R-細胞 存在し い
そ 興奮性 制御機 構 依然 し 不明 今後 Rap1 シ 関連性や他
関係し い 調
予定 さ ー パ ン 機 能 不 全 様々 精神・神経疾患
薬物や ャン 依存症 ーパ ン
快感 異常 求
状態 ーパ ン 過剰状態 統合失調症 注意⽋陥・多動性障害 び強迫性障害 関係し い う 病やパー ン ン病 ーパ ン 不⾜状態 あ こ 知 い 今後 こ 精神・神経疾患 関わ い 調 いく予定
．⽤語説明
ン酸化 タンパ 質 ン酸 いう物質 結合 こ 図 4 ⽣体内化学反応 ⼀ 細胞 特性 変化 さ た 病気 発症や促進あ い 抑制 関わ
い ン酸化酵素 特定 タンパ 質 ン酸 結
P K A
R a p R agp
ドーパミン濃度：低（通常）
神経活動:低 A
D R 細胞興奮性:低
M A P K ド パ ン神経
タン酸神経
タ ン酸
タン酸受容体
ド パン D R
P K A
R a p R agp
ドーパミン濃度：高
神経活動:高 B
D R 細胞興奮性:高
M A P K ド パ ン神経
タン酸神経
タン酸
タ ン酸受容体
ド パ ン D R
報酬快感関連行動
P P
図 本研究 成果
ン酸化酵素
基質 基質
P ン酸
図 タ ン パ 質 ン 酸化反応
ン酸化基質
合さ 酵素 こ ン酸化基質 酵素 特異的 作⽤し ン酸化反応 起こ 物質 総 称
．発表雑誌
Naるai へ, Nakamウta S, はウrんよa は, Nakaウcれi S, Nisれiんka へ, へakaをん へ, まれaをる X, へsウbんi と, なウをaれasれi Y, Nakaをん へ, Yんsれimんtん の, はんbaオasれi は, べcれiるasれima M, Wataをabら M, Miウra M, Nisれi A, はんbaオasれi は, Yamaよa は, Amaをん M, はaibウcれi は. Pれんspれん-prんtらんmics んり tれら よんpamiをら patれwaオ らをablらs よiscんェらrオ んり Rap1 actiェatiんを as a rらwarよ siるをal i i . Ne r ;のaを.21,201ず.
English ver.
http://www.med.nagoya-u.ac.jp/english01/dbps_data/_material_/nu_medical_en/_res/ResearchTopics/2015/Rap1_20160122en.pdf
