新規発光膜電位センサーを用いたマウスの運動指令形成メカニズム解明

• Project/Area Number: 16J00111
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 稲垣 成矩 大阪大学, 生命機能研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 化学発光タンパク質 / 膜電位指示薬 / イメージング / 自由行動 / 脳活動計測 / 光遺伝学ツール / ドラッグスクリーニング

Outline of Annual Research Achievements

平成28年度、報告者は世界初の化学発光膜電位指示薬（LOTUS-V）の開発に成功した（Inagaki, S. et al. Scientific Reports. 7:42398. 2017）。平成29年度では、アデノ随伴ウィルスを介してこのLOTUS-Vを、マウス第一次視覚野の神経細胞特異的に発現させ、ファイバー・フリーな状態で脳活動計測を行った。このファイバー・フリー計測手法の優れた点は、細胞種特異的な電気的シグナルを、自由行動下の複数マウスから計測可能な点である。この新規の計測法を用いて報告者は、第一次視覚野の神経細胞の活動が、マウスの移動速度に応じて、有意に上昇することを確認した。また四匹のマウスを同じケージに入れ、暗箱下で同時に脳活動計測を行うと、興味深いことにマウスどうしが互いに接触した際に、第一次視覚野の神経細胞の活動が有意に上昇することを発見した。またこの活動はマウスが移動している状態（Active state）、止まっている状態(Resting state)でも同程度上昇した。
以上の結果から、報告者の開発した新規のファイバー・フリー計測法を用いれば、社会性行動時の脳活動を複数動物から計測可能であり、また新規の神経活動の発見に有用であることが示唆された。さらにこの計測法を用いれば、簡易に脳活動を計測可能であることから、対人恐怖症などの社会性不安障害を和らげる薬の開発などに有効であることが予想される。以上の結果については現在論文投稿作業中であり、今年度中に国際誌にアクセプトされることが期待される。

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。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Oxford(英国)
• [Int'l Joint Research] Ｅｍｏｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(米国)
• [Journal Article] A novel fiber-free technique for brain activity imaging in multiple freely behaving mice (2018)
  • Author(s): Inagaki Shigenori、Agetsuma Masakazu、Nagai Takeharu
  • Journal Title: Proc. SPIE. Volume: 10482 Pages: 11-11
  • DOI: 10.1117/12.2302396
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bioluminescent indicator applicable to membrane voltage recording in various excitable cell types (2017)
  • Author(s): Inagaki Shigenori、Nagai Takeharu
  • Journal Title: Proc. SPIE. Volume: 1025102 Pages: 1025102-1025102
  • DOI: 10.1117/12.2267502
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In vivo brain activity imaging of interactively locomoting mice (2017)
  • Author(s): Inagaki Shigenori、Agetsuma Masakazu、Ohara Shinya、Iijima Toshio、Wazawa Tetsuichi、Arai Yoshiyuki、Nagai Takeharu
  • Journal Title: bioRxiv Volume: なし
  • DOI: 10.1101/203422
  • Open Access
• [Journal Article] Fluorescence and Bioluminescence Imaging of Angiogenesis in Flk1-Nano-lantern Transgenic Mice. (2017)
  • Author(s): Matsushita, J*., Inagaki, S*(equal contribution)., Nishie, T., Sakasai, T., Tanaka, J., Watanabe, C., Mizutani, K., Miwa, T., Matsumoto, K., Takara, K., Naito, H., Kidoya, H., Takakura, N., Nagai, T., Takahashi, S., Ema, M.
  • Journal Title: Scientific Reports. Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetically encoded bioluminescent voltage indicator for multi-purpose use in wide range of bioimaging. (2017)
  • Author(s): Inagaki S, Tsutsui H, Suzuki K, Agetsuma M, Arai Y, Jinno Y, Bai G, Daniels M, Okamura Y, Matsuda M, and Nagai T
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 42398-42398
  • DOI: 10.1038/srep42398
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An Investigation of Effect of Bioluminescent Light on Human using Electroencephalogram. (2016)
  • Author(s): Thammasan, N., Iwano, M., Moriyama, K., Fukui, K., Kawintiranon, K., Buatong, Y., Inagaki, S., Nagai, T., and Numao, M.
  • Journal Title: Proc. The 23nd International Display Workshop in conjunction with Asia Display Volume: なし Pages: 57-60
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Current progress in genetically encoded voltage indicators for neural activity recording (2016)
  • Author(s): Inagaki, S., Nagai, T.
  • Journal Title: Current Opinion In Chemical Biology Volume: 33 Pages: 95-100
  • DOI: 10.1016/j.cbpa.2016.05.023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The current trends and future prospect of neural activity measurement by genetically-encoded voltage indicators (2016)
  • Author(s): 稲垣成矩、永井健治
  • Journal Title: Drug Delivery System Volume: 31 Issue: 2 Pages: 119-126
  • DOI: 10.2745/dds.31.119
  • NAID: 130005158784
  • ISSN: 0913-5006, 1881-2732
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A novel fiber-free technique for brain activity imaging in multiple freely behaving mice. (2018)
  • Author(s): Inagaki S, Agetsuma M, Nagai T.
  • Organizer: SPIE Photonic West BiOS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemiluminescent voltage indicator applicable to brain activity recording in freely moving mice (2017)
  • Author(s): Inagaki, S., Agetsuma, M., Hidekazu, T., Ohara, S., Arai, Y., Suzuki, K., Jinno, Y., Matsuda, T., Iijima, T., Okamura, Y. Nagai, T.
  • Organizer: Humanware International Symposium 2017
  • Place of Presentation: Senri Hankyu Hotel
  • Year and Date: 2017-01-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genetically encoded chemiluminescent voltage indicator applicable to brain activity recording in freely moving mice. (2017)
  • Author(s): Inagaki, S., Agetsuma, M., Ohara, S., Iijima, T., Wazawa, T., Arai, Y., Nagai, T.
  • Organizer: 9th Optogenetics Research Society Japan International Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] /複数の自由 行動マウスにおける脳活動計測が可能な化学発光膜電位センサーの開発 (2017)
  • Author(s): 稲垣成矩・揚妻正和・筒井秀和・大原慎也・新井由之・神野有香・白貴蓉・ 飯島敏夫・Matthew J. Daniels・岡村康司・松田知己・永井健治
  • Organizer: 第55回日本生物物理学会年会
• [Presentation] 複数マウスの脳活動を自 由行動下で同時計測可能な化学発光膜電位センサーの開発 (2017)
  • Author(s): 稲垣成矩・揚妻正和・筒井秀和・大原慎也・新井由之・鈴木和志・神野有 香・松田知己・飯島敏夫・岡村康司・永井健治
  • Organizer: 第40回日本神 経科学大会
• [Presentation] Chemiluminescent voltage indicator applicable to brain activity recording in freely moving mice. (2016)
  • Author(s): 1.Inagaki, S., Agetsuma, M., Hidekazu, T., Ohara, S., Arai, Y., Suzuki, K., Jinno, Y., Matsuda, T., Iijima, T., Okamura, Y. Nagai, T.
  • Organizer: The 20th ISIR International Symposium
  • Place of Presentation: Knowledge Capital Congrès Convention Center
  • Year and Date: 2016-12-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自由行動マウスの脳活動計測を可能にする化学発光膜電位センサーの開発 (2016)
  • Author(s): 稲垣成矩・揚妻正和・筒井秀和・新井由之・鈴木和志・神野有香・岡村康司・松田知己・永井健治
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] 自由行動マウスの脳活動計測を可能にする化学発光膜電位センサーの開発 (2016)
  • Author(s): 稲垣成矩・揚妻正和・筒井秀和・新井由之・鈴木和志・神野有香・岡村康司・松田知己・永井健治
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] Development of a chemiluminescent voltage indicator applicable to brain activity recording in freely moving mice (2016)
  • Author(s): Shigenori Inagaki, Masakazu Agetsuma, Tsutsui Hidekazu, Yoshiyuki Arai, Kazushi Suzuki, Yuka Jinno, Yasushi Okamura, Tomoki Matsuda and Takeharu Nagai
  • Organizer: QBiC Symposium 2016 Decoding Organisms by Quantitative Cell Profiling
  • Place of Presentation: Senri Life Science Center
  • Year and Date: 2016-09-05
• [Presentation] 自由行動マウスの脳活動計測を可能にする化学発光膜電位センサーの開発 (2016)
  • Author(s): 稲垣成矩
  • Organizer: 蛋白研セミナー「膜タンパク質の構造ダイナミクス」
  • Place of Presentation: 大阪大学蛋白質研究所
  • Year and Date: 2016-05-12
  • Invited
• [Remarks] 永井研究室ホームページ
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bse/index.html
• [Remarks] 大阪大学大学院生命機能研究科 研究成果
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/jpn/events/achievement/inagaki-nagai-20170213/