神経活動依存的遺伝子発現レポーターによる神経回路可視化法の開発と応用

• Project/Area Number: 18019008
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 奥野 浩行 The University of Tokyo, 大学院・医学系研究科, 助教 (80272417)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2007: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2006: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 活動依存的遺伝子発現 / 神経ネットワーク / シナプス / 蛍光イメージング / 発光イメージング / ウイルスベクター / 神経可塑性 / 前初期遺伝子 / 神経回路

Research Abstract

神経特異的前初期遺伝子Arcは、記憶課題負荷や感覚刺激等によって成熟動物の海馬や大脳新皮質において速やかに発現誘導されることから、活動依存的な遺伝子発現を指標とした個体動物における脳マッピングにおいて最も信用度の高いマーカーの一つとして頻用されている。しかしながら、Arcの発現制御に関しての知見は乏しく、長期神経可塑性を誘起する神経活動の際にどのような機構でArcの発現が誘導されるかについては不明である。そこで本研究においては、Arc遺伝子の高い神経特異性および刺激依存性機構の解析を行い、その制御機構をレポーターとして応用することにより、遺伝子発現を伴う神経可塑性に関連した神経活動をモニターする系を構築することを目的とする。
平成19年度においては以下の成果を得た。
1.Arcの神経活動依存的発現に重要であるゲノム領域を単離し、この領域の制御下にレポーター遺伝子としてルシフェラーゼおよび蛍光タンパクをコードするcDNAを配置したベクターを構築し、単一神経細胞において内在性Arcと同様の神経特異的かつ活動依存的な遺伝子発現のリアルタイムイメージングに成功した。
2.上記Arc遺伝子制御領域から、神経活動依存的遺伝子発現に特に重要なエレメントを絞り込み、ごく短い制御領域を同定した。さらに、この制御領域を用いた神経活動依存的遺伝子発現レポーターウイルスの作成に成功した。このレポーターウイルスを用いることによりマウス大脳の神経活動に依存したレポーター蛍光タンパクの発現を検出することに成功し、このウイルスが個体動物における神経ネットワークの活動を解析するうえで極めて有用なツールになりうることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Regulation of dendritogenesis via a lipid-raft-associated Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase CLICK-III/CaMKl gamma. (2007)
  • Author(s): Takemoto-Kimura S, Ageta-Ishihara N, Nonaka M, Adachi-Morishima A, Mano T, Okamura M, Fujii H, Fuse T, Hoshino M, Suzuki S, Kojima M, Mishina M, Okuno H, Bito H
  • Journal Title: Neuron 54 Pages: 755-770
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Activity-dependent gene regulation : How do synapses talk to the nucleus and fine-tune neuronal outputs? (2007)
  • Author(s): Bito H, Takemoto-Kimura S, Okuno H.
  • Journal Title: in "Molecular Pain" (M. Zhuo ed.Springer) (in press.)
• [Journal Article] CREB1. (2006)
  • Author(s): Okuno, H., Bito H.
  • Journal Title: AfCS/Nature Molecule Pages (On-line)
• [Journal Article] Arc interacts with the endocytic machinery to regulate AMPA receptor trafficking. (2006)
  • Author(s): Chowdhury S, Shepherd JD, Okuno H, Lyford G, Petralia RS, Plath N, Kuhl D, Huganir RL, Worley PF.
  • Journal Title: Neuron 52 Pages: 445-459
• [Journal Article] Molecular identification and characterization of a family of kinases with homology to CaMKI/CaMKIV. (2006)
  • Author(s): Ohmae S, Takemoto-Kimura S, Okamura M, Adachi-Morishima A, Nonaka M, Fuse T, Kida S, Tanji M, Furuyashiki T, Arakawa Y, Narumiya S, Okuno H, Bito H.
  • Journal Title: J. Biol. Chem 281 Pages: 20427-20439
• [Presentation] Quantitative imaging for elucidating neuronal signal transduction mechanisms (2007)
  • Author(s): Okuno H, Fujii H, Nonaka M, Ageta-Ishihara N, Fuse T, Takemoto-Kimura S, Bito H
  • Organizer: 第30回日本分子生物年会・第80回日本生化学会大会・合同大会BMB2007
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2007-12-14
• [Presentation] Synaptic targeting of Arc via high affinity interaction with Ca^<2+>/calmodulin-dependent kinase II beta. (2007)
  • Author(s): Okuno H, Naruse H, Kawashima T, Fujii H, Nonaka M, Chowdhury S., Worley P, Bito H
  • Organizer: 第37回北米神経科学学会年会
  • Place of Presentation: San Diego, USA.
  • Year and Date: 2007-11-04
• [Presentation] Regulation of Arc localization at synapses via interaction with CaMKII beta. (2007)
  • Author(s): Okuno H, Naruse H, Kawashima T, Fujii H, Chowdhury S, Worley P, Bito, H
  • Organizer: 第30回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2007-09-10
• [Presentation] Visualization of activity-dependent protein synthesis in dendritic regions of neurons. (2007)
  • Author(s): Okuno H
  • Organizer: ISNM2007/MB-ITR2007
  • Place of Presentation: 岡崎
  • Year and Date: 2007-04-20
• [Book] 情報素子としてのシナプス-構造・機能ならびに新たな疾患制御標的としての意義-inナノメディシン宇理須恒雄編 (2008)
  • Author(s): 奥野浩行、藤井哉、尾藤晴彦
  • Publisher: オーム社
• [Remarks]
  • URL: http://www.neurochem.m.u-tokyo.ac.jp/