個体内単一ニューロン選択的遺伝子改変による機能解析法の開発

• Project/Area Number: 20650047
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Neuroscience in general
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 喜多村 和郎 The University of Tokyo, 大学院・医学系研究科, 助教 (60423159)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2009: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2008: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 神経科学 / 生理学 / 2光子励起顕微鏡 / 生体イメージンゲ / 整理学 / 生体イメージング

Research Abstract

本研究では、これまでに独自に開発した単一ニューロン選択的遺伝子改変法を用いて、脳内における単一ニューロンの機能解析を行うことを目的とする。これにより、動物個体内で単一ニューロンの機能/形態解析を直接行うことを可能にする。また、従来の遺伝子改変技術では達成不可能であった、脳内におけるただ一つのニューロンの機能改変法が可能になると期待される。昨年度までに、緑色蛍光タンパク質(EGFP)を用いて、大脳ニューロンにおいて発現効率が最大(約70%)となるような条件を見いだし、遺伝子を導入したニューロンからホールセル記録やカルシウムイメージングを行うための慢性記録用チャンバーを開発した。これにより、脳内で最大20個程度の特定のニューロンに選択的に遺伝子を導入する方法を確立した。これらの方法を用い、光活性型チャネルChannelrhodopsin-2を大脳皮質錐体細胞に発現させ、青色レーザーで刺激を行うことで、マウス脳内において特定のニューロンだけを活性化することに成功した。また、特定のニューロン活動を経時的にin vivoで可視化するためのカルシウムセンサープローブを導入することに成功した。これらの技術を組み合わせることで、脳内の任意の少数ニューロンを同時に刺激してその活動をモニターすることが可能となった。従来までの電極を用いる方法と比較して、任意のニューロンを時空間パターンを制御して刺激することが可能で、同時に活動をモニターできるという点で優れた方法である。

Research Products

• [Journal Article] Spatial pattern coding of sensory information by climbing fiber-evoked calcium signals in networks of neighboring cerebellar Purkinje cells. (2009)
  • Author(s): S.R.Schultz, et al.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience 29 Pages: 8005-8015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Targeted in vivo single-cell electroporation. (2009)
  • Author(s): B.Judkewitz, et al.
  • Journal Title: Nature Protocols 4 Pages: 862-869
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2光子イメージングを用いた個体脳単一ニューロンからの選択的記録法 (2009)
  • Author(s): 喜多村和郎
  • Journal Title: 脳21 12 Pages: 70-76
• [Journal Article] 2光子励起顕微鏡法を使った単一ニューロンの機能計測. (2009)
  • Author(s): 喜多村和郎
  • Journal Title: バイオインダストリー 26 Pages: 47-55
• [Journal Article] in vivoにおける神経活動の2光子励起観察法 (2008)
  • Author(s): 喜多村和郎
  • Journal Title: 実験医学増刊 26 Pages: 157-164
• [Presentation] 小脳シナプス回路のin vivo解析 (2010)
  • Author(s): 喜多村和郎
  • Organizer: 第115回日本解剖学会総会・全国学術集会(シンポジウム)
  • Place of Presentation: 盛岡、岩手県民会館
  • Year and Date: 2010-03-30
• [Presentation] 発達期小脳における神経回路形成のin vivo解析 (2009)
  • Author(s): 喜多村和郎
  • Organizer: 生理学研究所研究会「大脳皮質局所回路の機能原理」
  • Place of Presentation: 岡崎、生理学研究所
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] Whole-cell recording and two-photon imaging in awake animals (2009)
  • Author(s): 喜多村和郎
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会年会(シンポジウム)
  • Place of Presentation: 徳島、アスティ徳島
  • Year and Date: 2009-11-01
• [Presentation] Whole-cell patch-clamp recordings from cerebellar Purkinje cell in awake mouse (2009)
  • Author(s): 喜多村和郎
  • Organizer: 第32回日本神経科学大会(シンポジウム)
  • Place of Presentation: 名古屋、名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2009-09-17