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光遺伝学プローブによるシナプス除去の分子メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 13J06372
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Neurophysiology and muscle physiology
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

細島 頌子  東北大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywordsオプトジェネティクス / チャネルロドプシン / シナプス除去 / 活動依存性 / ランタニドナノ粒子 / 脳深部刺激
Outline of Annual Research Achievements

【研究の目的】本研究では、“活動的なシナプスが選択され、非活動的なシナプスが除去される”という仮説に基づき、ニワトリ胚の毛様体神経節の杯状シナプスにチャネルロドプシン(ChR)を発現させ、光刺激を与え、シナプスを発火させることで神経活動を引き起こし、そのシナプスの電気的性質および形態を解析し、シナプス除去機構が活動依存的なのかを明らかにすることを目的としている。
【研究実施計画】本年度は特に下記2点、1.脳深部での神経活動を誘発させるための高感度ChR(SFO)の解析、2.脳深部に発現したChRを活性化させる近赤外オプトジェネティクスの構築に取り組んだ。
【研究の具体的内容、意義、重要性】1.高感度チャネルロドプシンの解析 哺乳類の脳に比べ、ニワトリ胚の脳は光透過性が良いため、本研究では脳外部から光刺激を行い、脳内部のChRを活性化することにした。しかし光は脳組織を通過することで減衰するため、非常に弱い光でも活性化することができるSFOの作製と解析を行った。解析の結果、SFOは弱い光でも活性化するが、そのためには長い光照射時間が必要であり、高頻度刺激には向かないことが判明した。2.そこで組織透過性の高い近赤外光と、近赤外光エネルギーを吸収し、可視光を放出するランタニドナノ粒子を利用したオプトジェネティクスを構築した。今後、このランタニドナノ粒子を利用したチャネルロドプシンの光駆動を用いて、ニワトリ胚の杯状シナプスへの神経活動誘発を行い、シナプス除去が活動依存的か否かを検証する予定である。またこの方法は将来的に脳深部刺激等の医療への応用も期待される。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2015 2014

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Kinetic evaluation of photosensitivity in bi-stable variants of chimeric channelrhodopsins.2015

    • Author(s)
      Hososhima S, Sakai S, Ishizuka T, Yawo H.
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: - Issue: 3 Pages: e0119558-e0119558

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0119558

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Near-infrared (NIR) optogenetics using up-conversion system.2015

    • Author(s)
      Hososhima S, Yuasa H, Ishizuka T, Hiromu Y.
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE

      Volume: 9305 Pages: 93052I-93052I

    • DOI

      10.1117/12.2081530

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Near-infrared (NIR) optogenetics using up-conversion system2015

    • Author(s)
      Shoko Hososhima, Hideya Yuasa, Toru Ishizuka, Yawo Hiromu
    • Organizer
      PhotonicsWest 2015
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
    • Year and Date
      2015-02-07
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] ランタニドナノ粒子のアップコンバージョン効果を応用した生体の近赤外光操作2014

    • Author(s)
      細島頌子, 湯浅英哉, 石塚徹, 八尾寛
    • Organizer
      第36回バイオマテリアル学会大会
    • Place of Presentation
      東京都、船堀
    • Year and Date
      2014-11-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] ステップ関数型キメラチャネルロドプシンのキネティクス2014

    • Author(s)
      細島 頌子、石塚 徹、八尾 寛
    • Organizer
      第46回東北生理談話会
    • Place of Presentation
      福島県、福島市
    • Year and Date
      2014-10-25
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi-stable variants of chimeric channelrhodopsins - kinetics-dependent activation of neurons2014

    • Author(s)
      Shoko Hososhima, Toru Ishizuka, Yawo Hiromu
    • Organizer
      ICRP2014
    • Place of Presentation
      Nagahama-shi, Shiga-ken, Japan
    • Year and Date
      2014-10-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi-stability of chimeric channelrhodopsins2014

    • Author(s)
      Shoko Hososhima, Toru Ishizuka, Yawo Hiromu
    • Organizer
      第91回日本生理学会大会
    • Place of Presentation
      Kagoshima, Japan
    • Year and Date
      2014-03-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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