成体および乳児サルの運動野におけるプロテインキナーゼC基質mRNAの発現

Expression of protein kinase-C substrate mRNA in the motor cortex of adult and infant macaque monkeys.

• Noriyuki Higo
• Takao Oishi
• Akiko Yamashita
• Yumi Murata
• Keiji Matsuda
• Motoharu Hayashi

抄録

霊長類の運動野における可塑性の分子的・細胞的基盤を理解するために、我々は3つのプロテインキナーゼC（PKC）基質の発現を調べた。本研究では、シナプス可塑性を制御する重要な分子であるGAP-43、ミリストイル化アラニンリッチCキナーゼ基質（MARCKS）、ニューログラニンの3つのPKC基質の発現を調べた。これら3つのmRNAのシグナルは、主に錐体細胞で顕著に観察された。下行運動路を起源とするV層の大きな錐体細胞では、小さな錐体細胞に比べてGAP-43とニューログラニンのmRNAに対するシグナルが弱くなっていた。また、二重標識in situハイブリダイゼーションを行ったところ、GAP-43とニューログラニンmRNAがMARCKS陽性ニューロンの一部で発現していた。定量分析では、3つのmRNAの発現は層間で異なることが示された：層VIでは最も強いシグナルが、層IIでは最も弱いシグナルが含まれていた。V層のGAP-43およびMARCKS mRNAの発現レベルはIII層よりも高かったが、V層のニューログラニンmRNAの発現レベルはIII層とほぼ同じであった。新生児から成人までの発生解析では、3つのmRNAの発現レベルは成人よりも乳児の運動野の方が高いことが示された。また、GAP-43とニューログラニンmRNAの両方の発現は、産後数ヶ月にわたって一過性に増加した。本研究では、3つのPKC基質の発現は、細胞タイプ、皮質層、および生後の発生ステージに特異的であることが示された。この特異的な発現は、乳幼児と成人の運動野における可塑性のための機能的な特殊化を反映している可能性がある。

To understand the molecular and cellular bases of plasticity in the primate motor cortex, we investigated the expression of three protein kinase-C (PKC) substrates: GAP-43, myristoylated alanine-rich C-kinase substrate (MARCKS), and neurogranin, which are key molecules regulating synaptic plasticity. Prominent signals for the three mRNAs were primarily observed in pyramidal cells. Large pyramidal cells in layer V, from which the descending motor tract originates, contained weaker hybridization signals for GAP-43 and neurogranin mRNAs than did the smaller pyramidal cells. We also performed double-label in situ hybridization showing that GAP-43 and neurogranin mRNAs were expressed in a subset of MARCKS-positive neurons. Quantitative analysis showed that the expression was different between the layers: layer VI contained the strongest and layer II the weakest signals for all three mRNAs. The expression levels of GAP-43 and MARCKS mRNA in layer V were higher than in layer III, while the expression level of neurogranin mRNA in layer V was almost the same as in layer III. Developmental analysis from the newborn to adult indicated that the expression levels of the three mRNAs were higher in the infant motor cortex than in the adult. The expression of both GAP-43 and neurogranin mRNAs transiently increased over several months postnatally. The present study showed that the expression of the three PKC substrates was specific to cell types, cortical layers, and postnatal developmental stage. The specific expression may reflect functional specialization for plasticity in the motor cortex of both infants and adults.