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オプトジェネティクスを用いたMuse細胞の分化メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 15J05551
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field General medical chemistry
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

五十嵐 敬幸  東北大学, 医学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsオプトジェネティクス / 細胞内カルシウム / 小胞体 / 筋分化 / ステップ関数型オプシン / 遺伝子改変ラット / レポーター系統 / カルシウムシグナル / オルガネラ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、細胞内セカンドメッセンジャーとして機能するカルシウムイオン(Ca2+)を光操作し、活動依存的な多能性幹細胞の分化メカニズム解明を目指した実験を行った。その過程において、高い時空間分解能での細胞内Ca2+ダイナミクス制御を実現するために、細胞内Ca2+ストアとして機能する小胞体に特異的に局在する光遺伝学ツールの開発に成功した。この新規光遺伝学ツールを単能性を有する筋芽細胞株(C2C12)に発現させたところ、
(1) 超解像顕微鏡下で小胞体マーカー(KDEL)との共局在が確認でき、細胞膜マーカー(WGA)の発現パターンとは一致しなかった。
(2) 蛍光カルシウムインジケーターRhod-FFによってリアルタイムカルシウムイメージングを行ったところ、青色光刺激と同期した赤色蛍光の上昇が確認され、この上昇は細胞外Ca2+非依存的に持続した。しかし、Calcium transport ATPase (SERCA)阻害薬のThapsigargin存在下で頻回光刺激を与えるとこの応答は消失した。
(3) パッチクランプ法により、細胞膜発現型チャネルロドプシン(ChR)と小胞体局在型ChR発現細胞の光電流を比較したところ、膜発現型ChRが光刺激と同期して大きな光電流を誘起したのに対し、小胞体ChRでは光電流が流れなかった。
上記結果をまとめ、論文として投稿した。また、筋細胞分化における小胞体Ca2+放出の影響を調べた論文を現在準備中である。並行して、光遺伝学研究を推進するために、ステップ関数型オプシンをCre存在下においてユビキタスに発現する遺伝子改変ラットの作製に成功し、解析結果をまとめて論文として発表した(Igarsahi et al., 2018)。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2018 2017 2016 2015 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Targeted expression of step-function opsins in transgenic rats for optogenetic studies2018

    • Author(s)
      Igarashi Hiroyuki、Ikeda Keiko、Onimaru Hiroshi、Kaneko Ryosuke、Koizumi Kyo、Beppu Kaoru、Nishizawa Kayo、Takahashi Yukari、Kato Fusao、Matsui Ko、Kobayashi Kazuto、Yanagawa Yuchio、Muramatsu Shin-Ichi、Ishizuka Toru、Yawo Hiromu
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 5435-5435

    • DOI

      10.1038/s41598-018-23810-8

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Novel Reporter Rat Strain That Conditionally Expresses the Bright Red Fluorescent Protein tdTomato.2016

    • Author(s)
      Igarashi H, Koizumi K, Kaneko R, Ikeda K, Egawa R, Yanagawa Y, Muramatsu S, Onimaru H, Ishizuka T, Yawo H.
    • Journal Title

      PLoS One.

      Volume: 11 Issue: 5 Pages: e0155687-e0155687

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0155687

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A Chimera Na+-Pump Rhodopsin as an Effective Optogenetic Silencer.2016

    • Author(s)
      Hoque MR, Ishizuka T, Inoue K, Abe-Yoshizumi R, Igarashi H, Mishima T, Kandori H, Yawo H.
    • Journal Title

      PLoS One.

      Volume: 11 Issue: 11 Pages: e0166820-e0166820

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0166820

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A Phox2b BAC Transgenic Rat Line Useful for Understanding Respiratory Rhythm Generator Neural Circuitry.2015

    • Author(s)
      Ikeda K, Takahashi M, Sato S, Igarashi H, Ishizuka T, Yawo H, Arata S, Southard-Smith EM, Kawakami K, Onimaru H.
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 10 Issue: 7 Pages: 1-23

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0132475

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] オルガネラ・オプトジェネティクス‐細胞内Ca2+ダイナミクスの光制御2017

    • Author(s)
      五十嵐敬幸
    • Organizer
      第94回日本生理学会大会
    • Place of Presentation
      アクトシティ浜松(静岡県浜松市)
    • Year and Date
      2017-03-28
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 小胞体Ca2+ダイナミクスの光操作 -光感受性C2C12を用いたSarcomere assembly 研究モデル-2017

    • Author(s)
      五十嵐敬幸
    • Organizer
      第6回超異分学会2017
    • Place of Presentation
      秋葉原UDX(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2017-03-02
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 小胞体 Ca2+ダイナミクスの光操作 -神経回路への応用と筋細胞におけるSarcomere assembly 研究モデル-2017

    • Author(s)
      五十嵐 敬幸
    • Organizer
      第6回東北脳科学ウィンタースクール
    • Place of Presentation
      ラフォーレ蔵王リゾート&スパ(宮城県刈田郡蔵王町)
    • Year and Date
      2017-02-18
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規トランスジェニックラット3系統の開発 -tdTomatoレポーターラット,Flameラット, ChRFR(C167A) レポーターラット-2017

    • Author(s)
      五十嵐敬幸
    • Organizer
      平成28年度【先端モデル動物支援プラットフォーム】成果発表会
    • Place of Presentation
      琵琶湖ホテル(滋賀県大津市)
    • Year and Date
      2017-02-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 小胞体Ca2+ダイナミクスの光操作 -光感受性C2C12を用いたSarcomere assembly 研究モデル-2017

    • Author(s)
      五十嵐 敬幸
    • Organizer
      第6回超異分学会2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 小胞体局在型オプトジェネティクスツールの開発と応用2017

    • Author(s)
      五十嵐 敬幸
    • Organizer
      第2回 イオンチャネル研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 光による小胞体Ca2+ダイナミクス操作と展望 光感受性マウス筋芽細胞を用いた筋再生研究モデル-2017

    • Author(s)
      五十嵐 敬幸
    • Organizer
      本庄国際奨学財団設立20周年記念国際シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of novel transgenic rat reporter strains for connectomics/optogenetic studies2017

    • Author(s)
      Hiroyuki Igarashi
    • Organizer
      第9回 光操作研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Organelle-optogenetics - Direct manipulation of intracellular Ca2+ dynamics -2017

    • Author(s)
      Hiroyuki Igarashi
    • Organizer
      The 4th International Workshop on Technologies for Optogenetics and Neurophotonics OPTOGEN2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 小胞体Ca2+ダイナミクスの光操作-適応回路シフト研究の新展開-2016

    • Author(s)
      五十嵐敬幸
    • Organizer
      「適応回路シフト」第4回領域会議
    • Place of Presentation
      一橋講堂(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2016-12-19
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Intervention of the intracellular Ca2+ dynamics by light - light-sensitive myoblasts as in vitro model of sarcomereassembly -2016

    • Author(s)
      Hiroyuki Igarashi
    • Organizer
      International Conference on Retinal Proteins (ICRP2016)
    • Place of Presentation
      Am Neuen Palais 10, 14469 Potsdam, Germany
    • Year and Date
      2016-10-02
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 小胞体Ca2+ダイナミクスの光操作 -光感受性C2C12を用いたSarcomere Assembly研究モデル-2016

    • Author(s)
      五十嵐敬幸
    • Organizer
      第二回日本筋学会学術集会
    • Place of Presentation
      国立精神・神経医療研究センター(東京都小平市)
    • Year and Date
      2016-08-05
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of new optogenetic tools to manipulate internal Ca2+ dynamics2016

    • Author(s)
      五十嵐 敬幸
    • Organizer
      第8回 大学院生研究発表会 「次世代を担う若手研究者の挑戦~医学研究の最前線~」
    • Place of Presentation
      東北大学医学部6号館, 宮城県仙台市
    • Year and Date
      2016-01-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規トランスジェニックラット3系統の開発 -tdTomatoレポーターラット, Flameラット, ChR(SFO)発現ラット-2015

    • Author(s)
      五十嵐 敬幸
    • Organizer
      2015年度 包括脳ネットワーク冬のシンポジウム
    • Place of Presentation
      一橋大学 一橋講堂 学術総合センター 2F, 東京
    • Year and Date
      2015-12-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 小胞体局在型新規オプトジェネティクスツールの開発2015

    • Author(s)
      五十嵐 敬幸
    • Organizer
      生理学研究所 研究会 「シナプス・神経ネットワークの機能ダイナミクス」
    • Place of Presentation
      生理学研究所, 愛知県岡崎市
    • Year and Date
      2015-12-02
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規トランスジェニックレポーターラットの開発 -赤色蛍光タンパク質(tdTomato)及びステップ関数型オプシンレポーターラットの解析-2015

    • Author(s)
      五十嵐 敬幸
    • Organizer
      生理学研究所 研究会 「シナプス・神経ネットワークの機能ダイナミクス」
    • Place of Presentation
      生理学研究所, 愛知県岡崎市
    • Year and Date
      2015-12-02
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Novel transgenic animals for tracing and optogenetics -Flame rats and bistable ChR reporter rats-2015

    • Author(s)
      五十嵐 敬幸
    • Organizer
      NTNU - Tohoku Univ. Brain Science Meeting
    • Place of Presentation
      東北大学 生命科学プロジェクト総合研究棟, 宮城県仙台市
    • Year and Date
      2015-11-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of a novel transgenic rat strains -Flame rats and ChR reporter rats-2015

    • Author(s)
      Hiroyuki Igarashi
    • Organizer
      Society for Neuroscience 45th annual meeting
    • Place of Presentation
      McCormick Place, Chicago, Illinois, USA
    • Year and Date
      2015-10-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 新規トランスジェニックレポーターラットの開発 -赤色蛍光タンパク質(tdTomato)及びステップ関数型オプシンレポーターラットの解析-2015

    • Author(s)
      五十嵐 敬幸
    • Organizer
      第1回「適応回路シフト」領域会議
    • Place of Presentation
      ホテルグランデコ, 福島県耶麻郡北塩原村
    • Year and Date
      2015-06-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Remarks] 細胞/臓器/個体を自在に光らせる!世界初の赤色蛍光レポーターラット

    • URL

      http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2016/05/press20160520-02.html

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      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] 細胞/臓器/個体を自在に光らせる!世界初の赤色蛍光レポーターラット

    • URL

      http://www.med.tohoku.ac.jp/news/3145.html

    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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