CaMキナーゼIIとプロテインキナーゼCの活性化は、ラット海馬CA1領域におけるネフィラセタムによる長期増強を媒介している

CaM kinase II and protein kinase C activations mediate enhancement of long-term potentiation by nefiracetam in the rat hippocampal CA1 region.

• Shigeki Moriguchi
• Norifumi Shioda
• Feng Han
• Toshio Narahashi
• Kohji Fukunaga

抄録

ネフィラセタムはピロリジン関連の強心薬であり、認知促進作用をはじめとする様々な薬理作用を示す。私たちはこれまでに、ネフィラセタムがラット培養皮質ニューロンのNMDA誘導電流を増強することを明らかにしてきました。ネフィラセタムが海馬のNMDA受容体依存性シナプス可塑性に影響を与えるかどうかを検討するために、電気生理学的にNMDA受容体依存性長期増強（LTP）に及ぼすネフィラセタムの影響を、免疫ブロッティング分析によってシナプス蛋白質のLTP誘導性リン酸化に及ぼす影響を評価した。ネフィラセタムを1-1000nMで投与すると、fEPSPの傾きが用量依存的に増加した。この増加は、シナプシンIのリン酸化に影響を与えることなく、カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII（CaMKII）の活性化を介したα-アミノ-3-ヒドロキシ-5-メチルイソオキサゾール-4-プロピオン酸（AMPA）受容体のリン酸化の増加と関連していた。さらに、ネフィラセタム処理は、10nMでピークを迎えるベル型の用量反応曲線においてPKCalpha活性を増加させ、それによってミリストイル化アラニンリッチプロテインキナーゼC基質およびNMDA受容体のリン酸化を増加させた。ネフィラセタム処理はプロテインキナーゼA活性に影響を与えなかった。PKCalphaのベル型活性化と一致し、ネフィラセタム投与はラット海馬CA1領域のLTPを増加させた。これらの結果から、ネフィラセタムはCaMKIIの活性化を介してAMPA受容体を介したfEPSPを増強し、シナプス後のCaMKIIとプロテインキナーゼCの活性化を介してNMDA受容体依存性のLTPを増強することが示唆された。また、ニコチン性アセチルコリン受容体機能の増強と合わせて、ネフィラセタムのAMPAおよびNMDA受容体機能の増強が認知機能の改善に寄与している可能性が示唆された。

Nefiracetam is a pyrrolidine-related nootropic drug exhibiting various pharmacological actions such as cognitive-enhancing effect. We previously showed that nefiracetam potentiates NMDA-induced currents in cultured rat cortical neurons. To address questions whether nefiracetam affects NMDA receptor-dependent synaptic plasticity in the hippocampus, we assessed effects of nefiracetam on NMDA receptor-dependent long-term potentiation (LTP) by electrophysiology and LTP-induced phosphorylation of synaptic proteins by immunoblotting analysis. Nefiracetam treatment at 1-1000 nM increased the slope of fEPSPs in a dose-dependent manner. The enhancement was associated with increased phosphorylation of alpha-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionate (AMPA) receptor through activation of calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) without affecting synapsin I phosphorylation. In addition, nefiracetam treatment increased PKCalpha activity in a bell-shaped dose-response curve which peaked at 10 nM, thereby increasing phosphorylation of myristoylated alanine-rich protein kinase C substrate and NMDA receptor. Nefiracetam treatment did not affect protein kinase A activity. Consistent with the bell-shaped PKCalpha activation, nefiracetam treatment enhanced LTP in the rat hippocampal CA1 region with the same bell-shaped dose-response curve. Furthermore, nefiracetam-induced LTP enhancement was closely associated with CaMKII and PKCalpha activation with concomitant increases in phosphorylation of their endogenous substrates except for synapsin I. These results suggest that nefiracetam potentiates AMPA receptor-mediated fEPSPs through CaMKII activation and enhances NMDA receptor-dependent LTP through potentiation of the post-synaptic CaMKII and protein kinase C activities. Together with potentiation of nicotinic acetylcholine receptor function, nefiracetam-enhanced AMPA and NMDA receptor functions likely contribute to improvement of cognitive function.