Bio-imaging technology to unify the information of multi-layered structure

• Project Area: Resonance Biology for Innovative Bioimaging
• Project/Area Number: 18H04743
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 日置 寛之 順天堂大学, 医学部, 准教授 (00402850)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000); Fiscal Year 2019: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2018: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: 透明化 / 神経 / ズームイン / 光学顕微鏡 / 電子顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

神経回路構造を明らかにするためには、全脳レベルからシナプスレベルまで、複合的な階層システムを解析しなければならない。我々は、単一神経細胞レベルで軸索投射様式を解析し、そこに共通する『原理・原則』を見出すことで、中枢神経系の基本構築解明を目指してきた。しかし、これまでに用いてきた手法には、技術的制約や実験効率といった観点から、多くの問題点があった。そこで本研究課題では、(A) 目的とする神経細胞を隅々まで標識し、高速かつ高解像度でイメージングする基盤技術、(B) 厚みのある標本で、シナプス前・後構造を標識する基盤技術、(C) 『マクロ-メゾ-ミクロ』の各階層をシームレスに解析する実践的応用開発を推進し、従来法の問題点を解決する。本領域で展開されている、色素、光学顕微鏡、イメージングソフトウェア、サンプル調製を包括する技術開発を参考にしながら、令和元年度は以下の課題に取り組んだ。
(1)アデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターによる標識：我々が独自に開発した「高発現型AAVシステム（Sohn et al., 2017）」を用いて、光学顕微鏡観察および電子顕微鏡観察の両者に対応する標識技術を確立した。さらに、超解像顕微鏡にも適応可能なベクターを開発し、in vitroで実証実験を行った。
(2)電子顕微鏡観察にも適した透明化法を開発した。スライス標本を半日程度で透明化することができ、膨張や収縮は生じない。マウス脳を用い、全脳レベルからシナプスレベルへのズームインに成功した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Loyola University/Edward Hines, Jr. V.A. Hospital/National Institute on Alcohol Abuse(米国)
• [Int'l Joint Research] Institute of Cancer Research(英国)
• [Int'l Joint Research] University of Navarra(スペイン)
• [Int'l Joint Research] Loyola University/McGill University(米国)
• [Int'l Joint Research] IBENS(フランス)
• [Int'l Joint Research] Institute of experimental Medicine(ハンガリー)
• [Int'l Joint Research] Institutes of Advanced Technology(中国)
• [Int'l Joint Research] MRC Centre for Neurodevelop. Disorders(英国)
• [Journal Article] Generation of a MOR‐CreER knock‐in mouse line to study cells and neural circuits involved in mu opioid receptor signaling (2019)
  • Author(s): Okunomiya Taro、Hioki Hiroyuki、Nishimura Chika、Yawata Satoshi、Imayoshi Itaru、Kageyama Ryoichiro、Takahashi Ryosuke、Watanabe Dai
  • Journal Title: genesis Volume: 58 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1002/dvg.23341
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reduction of Freezing Behavior by Acupuncture Stimulation at HT7 in Contextual Fear-Conditioned Mice (2019)
  • Author(s): HWANG JUNGWON、KOIKE MASATO、HIOKI HIROYUKI
  • Journal Title: Juntendo Medical Journal Volume: 65 Issue: 6 Pages: 554-560
  • DOI: 10.14789/jmj.2019.65.JMJ19-OA17
  • NAID: 130007784488
  • ISSN: 2187-9737, 2188-2126
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] GABAergic malfunction in the anterior cingulate cortex underlying maternal immune activation-induced social deficits (2018)
  • Author(s): Okamoto Kazuki、Hitora-Imamura Natsuko、Hioki Hiroyuki、Ikegaya Yuji
  • Journal Title: Journal of Neuroimmunology Volume: 321 Pages: 92-96
  • DOI: 10.1016/j.jneuroim.2018.06.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Projection Patterns of Corticofugal Neurons Associated with Vibrissa Movement (2018)
  • Author(s): Shibata Ken-Ichi、Tanaka Takuma、Hioki Hiroyuki、Furuta Takahiro
  • Journal Title: eneuro Volume: 5 Issue: 5 Pages: 0190-18
  • DOI: 10.1523/eneuro.0190-18.2018
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Intrinsic Projections of Layer Vb Neurons to Layers Va, III, and II in the Lateral and Medial Entorhinal Cortex of the Rat (2018)
  • Author(s): Ohara Shinya、Onodera Mariko、Simonsen ?yvind W.、Yoshino Rintaro、Hioki Hiroyuki、Iijima Toshio、Tsutsui Ken-Ichiro、Witter Menno P.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 24 Issue: 1 Pages: 107-116
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.06.014
  • NAID: 120006491716
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Preferential inputs from cholecystokinin-positive neurons to the somatic compartment of parvalbumin-expressing neurons in the mouse primary somatosensory cortex (2018)
  • Author(s): Hioki Hiroyuki、Sohn Jaerin、Nakamura Hisashi、Okamoto Shinichiro、Hwang Jungwon、Ishida Yoko、Takahashi Megumu、Kameda Hiroshi
  • Journal Title: Brain Research Volume: 1695 Pages: 18-30
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2018.05.029
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 神経病理と新技術 組織透明化技術ScaleS法による脳組織の探索 (2018)
  • Author(s): 濱裕, 日置寛之, 並木香奈, 星田哲志, 黒川裕, 斎藤貴志, 西道隆臣, 宮脇敦史
  • Journal Title: Dementia Japan Volume: 32 Pages: 24-35
• [Journal Article] 組織透明化技術 (2018)
  • Author(s): 日置寛之, 濱裕, 宮脇敦史
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 36 Pages: 3564-3566
• [Journal Article] 透明化技術が切り拓くバイオイメージングの新たな展開 (2018)
  • Author(s): 日置寛之
  • Journal Title: 組織細胞化学2018 Volume: - Pages: 195-206
• [Presentation] Multi-Scale Imaging from the Whole Brain Level to the Ultrastructure Level by Using a Modified ScaleS Method. (2020)
  • Author(s): Yamauchi Kenta, Okamoto Shinichiro, Isa Kaoru, Ishida Yoko, Takenaka Aya, Takahashi Megumu, Hwang Jungwon, Yoshida Atsushi, Uchiyama Yasuo, Koike Masato, Isa Tadashi, Furuta Takahiro, Hioki Hiroyuki
  • Organizer: 第8回 国際神経回路会議
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Excitatory and Inhibitory Inputs to PV-Expressing GABAergic Neurons in the Mouse Primary Motor Cortex. (2020)
  • Author(s): Hiroyuki Hioki, Jaerin Sohn, Shinichiro Okamoto, Hiroshi Kameda
  • Organizer: 第8回 国際神経回路会議
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新しい広域２光子励起顕微鏡Cosmoscopeによる単一細胞解像度のIn vivoカルシウムイメージング (2020)
  • Author(s): 太田桂輔、大石康博、鈴木崇之、伊東翼、伊藤圭基、小林憲太、小林碧、小田川摩耶、松原智恵、黒岩義典、堀越勝、松下純也、日置寛之、大倉正道、中井淳一、大泉匡史、宮脇敦史、青西亨、大出孝博、村山正宜
  • Organizer: 第97回日本生理学会大会
• [Presentation] ラットの前頭皮質における視床前腹側核VA由来神経終末のシナプスターゲット構造 -ATUM-SEM法による解析- (2020)
  • Author(s): 窪田芳之、倉本恵梨子、孫在隣、日置寛之、川口泰雄
  • Organizer: 第125回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] SC4 階層をまたぐイメージング技術で神経組織を解析する - 生体レベルから電顕レベルまで (2020)
  • Author(s): 日置寛之、山内健太、古田貴寛
  • Organizer: 第125回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] Multi-Scale Imaging from the Whole Brain Level to the Ultrastructure Level with a Modified ScaleS Method. (2019)
  • Author(s): Kenta Yamauchi, Takahiro Furuta, Hiroyuki Hioki
  • Organizer: 2019年革新脳キックオフミーティング
• [Presentation] 新しい広視野２光子励起顕微鏡Cosmoscopyによる刺激符号化ニューロンの同定 (2019)
  • Author(s): 太田桂輔、大石康、鈴木崇之、伊東翼、伊藤圭基、小林憲太、小林碧、小田川摩耶、松原智恵、松下純也、日置寛之、大倉正道、中井淳一、大泉匡史、宮脇敦史、青西亨、大出孝博、村山正宜
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会（Neuroscience2019）
• [Presentation] 全脳レベルから超微細構造レベルまでをつなぐ神経回路形態マルチスケール解析を目指すScaleS法の活用 (2019)
  • Author(s): 古田貴寛、山内健太、岡本慎一郎、石田葉子、竹中綾、黄晶媛、伊佐かおる、伊佐正、日置寛之
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会（Neuroscience2019）
• [Presentation] A hypothalamic novelty hub in the mammalian brain. (2019)
  • Author(s): He Linmeng, Chen Shuo, Gu Mingxiao, Zheng Weiyi, Huang Arthur J.Y., Adam Z. Weitemier, Polygalov Denis, Namiki Kana, Hama Hiroshi, Hiroyuki Hioki, Miyawaki Atsushi, Thomas J. McHugh
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会（Neuroscience2019）
• [Presentation] Parallel hypothalamic inputs to the hippocampus selectively modulate contextual and social memory. (2019)
  • Author(s): Gu Mingxiao, Chen Shuo, He Linmeng, Zheng Weiyi, Huang Arthur J.Y., Adam Z. Weitemier, Polygalov Denis, Namiki Kana, Hama Hiroshi, Hiroyuki Hioki, Miyawaki Atsushi, Thomas J. McHugh
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会（Neuroscience2019）
• [Presentation] 神門への鍼治療は恐怖文脈条件付けしたマウスのすくみ反応を減弱させる (2019)
  • Author(s): 黄晶媛、小池正人、日置寛之
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会（Neuroscience2019）
• [Presentation] 扁桃体中心核におけるソマトスタチン陽性GABA作動性神経細胞の多様性 (2019)
  • Author(s): 森川勝太、香取和生、佐々木拓哉、日置寛之、田村英紀、池谷裕二
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会（Neuroscience2019）
• [Presentation] 新規に作成したノックインマウスMOR-CreERによるμオピオイド受容体陽性神経回路の可視化 (2019)
  • Author(s): 奥宮太郎、今吉格、日置寛之、西村知華、矢和多智、影山龍一郎、高橋良輔、渡邉大
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会（Neuroscience2019）
• [Presentation] 直接路ニューロンから淡蒼球外節への投射は近接する間接路ニューロンの投射領域に包含される (2019)
  • Author(s): 岡本慎一郎、孫在隣、高橋慧、石田葉子、山内健太、小池正人、藤山文乃、日置寛之
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会（Neuroscience2019）
• [Presentation] Multi-scale imaging from the whole brain level to the ultrastructure level by using a modified ScaleS method. (2019)
  • Author(s): Hiroyuki Hioki, Kenta Yamauchi, Shinichiro Okamoto, Kaoru Isa, Yoko Ishida, Aya Takenaka, Megumu Takahashi, Jungwon Hwang, Atsushi Yoshida, Yasuo Uchiyama, Masato Koike, Tadashi Isa, Takahiro Furuta
  • Organizer: Resonance Bio International Symposium (RBIS 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-scale imaging from the whole brain level to the ultrastructure level by using a modified scales method. (2019)
  • Author(s): Hioki Hiroyuki, Yamauchi Kenta, Okamoto Shinichiro, Isa Kaoru, Ishida Yoko, Takenaka Aya, Takahashi Megumu, Hwang Jungwon, Yoshida Atsushi, Uchiyama Yasuo, Koike Masato, Isa Tadashi, Furuta Takahiro
  • Organizer: The 49th Society for Neuroscience Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigating the effects of chondroitin sulfate on dendritic spines of pyramidal neurons. (2019)
  • Author(s): Tanaka Takahiro, Kerever Aurelien, Suzuki Yuji, Kato Kana, Toyoda Miwako, Saitow Fumihito, Suzuki Hidenori, Hioki Hiroyuki, Hirasawa Eri
  • Organizer: The 49th Society for Neuroscience Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fluorescent glass pipettes for optically targeted electrophysiological recordings. (2019)
  • Author(s): Okamoto Kazuki, Ebina Teppei, Fuji Naoki, Konishi Kuniaki, Sato Yu, Kashima Tetsuhiko, Nakano Risako, Hioki Hiroyuki, Takeuchi Haruki, Yumoto Junji, Matsuzaki Masanori, Ikegaya Yuji
  • Organizer: The 49th Society for Neuroscience Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-Scale Imaging from the Whole Brain Level to the Ultrastructure Level by using a Modified ScaleS Method. (2019)
  • Author(s): Yamauchi Kenta, Furuta Takahiro, Okamoto Shinichiro, Isa Kaoru, Ishida Yoko, Takenaka Aya, Takahashi Megumu, Hwang Jungwon, Yoshida Atsushi, Uchiyama Yasuo, Koike Masato, Isa Tadashi, Hioki Hiroyuki
  • Organizer: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム
• [Presentation] テルビウムドープガラスの蛍光を手がかりにした標的パッチクランプ法 (2019)
  • Author(s): 岡本和樹、藤井直樹、蝦名鉄平、小西邦昭、佐藤由宇、中野利沙子、日置寛之、山口瞬、竹内春樹、湯本潤司、松崎政紀、池谷裕二
  • Organizer: 日本薬学会第139年会
• [Presentation] Multi-Scale Imaging from the Whole Brain Level to the Ultrastructure Level with a Modified ScaleS Method (2019)
  • Author(s): Hiroyuki Hioki, Takahiro Furuta, Kenta Yamauchi
  • Organizer: 革新脳国際シンポジウム ISBM2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Grand Design of the Neocortex (2018)
  • Author(s): Hiroyuki Hioki
  • Organizer: iCeMS セミナー
  • Invited
• [Presentation] 透明化技術が切り拓くバイオイメージングの新たな展開 (2018)
  • Author(s): 日置寛之
  • Organizer: 第43回組織細胞化学講習会
  • Invited
• [Presentation] マウス第一次運動野パルブアルブミン陽性GABA細胞に対する興奮性・抑制性入力の定量的解析 (2018)
  • Author(s): 日置寛之、孫在隣、岡本慎一郎、亀田浩司
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Distinct inputs to the entorhinal layer Va and Vb of the rat. (2018)
  • Author(s): 小野寺麻理子、大原慎也、Oyvind Wilsgard Simonsen、日置寛之、飯島敏夫、Menno P. Witter、筒井健一郎
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: https://juntendo-cellbio.jp
• [Remarks] 研究室webページ
  • URL: https://www.juntendo.ac.jp/staff/kaibou2/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 顕微鏡への観察標本セット用具及び方法 (2019)
  • Inventor(s): 日置寛之
  • Industrial Property Rights Holder: 日置寛之
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-109509
  • Filing Date: 2019
• [Patent(Industrial Property Rights)] 標的タンパク質のイメージング方法 (2019)
  • Inventor(s): 日置寛之, 山内健太, 石田葉子
  • Industrial Property Rights Holder: 日置寛之, 山内健太, 石田葉子
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-205623
  • Filing Date: 2019