光分子センサー・メラノプシンの神経細胞種依存的な活性化機構のモーダルシフトと応用

• Project Area: Molecular interaction and modal shift of cellular sensors
• Project/Area Number: 21026030
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 小泉 周 生理学研究所, 細胞器官研究系, 准教授 (10296551)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 謙二 生理学研究所, 分子生理研究系, 助教 (30329700)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥5,800,000 (Direct Cost: ¥5,800,000); Fiscal Year 2010: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2009: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
• Keywords: 脳・神経 / 神経科学 / 生理学 / 脳神経疾患 / バイオテクノロジー

Research Abstract

本研究は、一部の網膜神経節細胞に発現している光分子センサーであるメラノプシンを他の神経細胞等に遺伝子導入させ、その神経細胞の機能を変化(モーダルシフト)させ、神経種特異的な発現パターンや光による活性化機構を明らかにすることを目的とした研究である。網膜には、視細胞におけるロドプシンと呼ばれる光感受性タンパク質のほか、一部の網膜神経節細胞にメラノプシンと呼ばれる7回膜貫通型の光受容センサーが発現している。このメラノプシンはGタンパク質と共役し、細胞内のシグナル伝達系を介して、神経細胞を脱分極させることが知られている。このメラノプシンを他の神経細胞に異所性に発現させれば、その神経細胞の機能を"モーダルシフト"させ、光によって脱分極させることができるものと期待される。平成22年度においては、平成21年度に開発したげっ歯類成熟網膜組織培養法を用いて、遺伝子銃によって、野生型のメラノプシンや、遺伝子改変したメラノプシンを網膜組織に異所性に発現させる手法を確立させた。本培養法を用いることで、最大4日まで網膜を培養することができるので、遺伝子銃による遺伝子発現を十分に行うことができた。遺伝子銃によってメラノプシンの異所性導入にも成功した。メラノプシンを異所性に発現した場合、細胞質での凝集が認められるが、これに膜輸送シグナルを付加した改変メラノプシンを用いることで、細胞膜でのメラノプシンの発現が高まることがわかった。また、メラノプシンを異所性に発現するBitetO-OPN4遺伝子改変マウスを作成し、異所性のメラノプシンの発現を得ることができた。

Research Products

• [Journal Article] Regular mosaic of synaptic contacts among three retinal neurons. (2011)
  • Author(s): AMANE KOIZUMI, TATJANA C JAKOBS, RICHARD H.MASLAND
  • Journal Title: Journal of Comparative Neurology Volume: 519(2) Pages: 341-357
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ASYMMETRIC INHIBITORY CONNECTIONS ENHANCE DIRECTIONAL SELECTIVITY IN A THREE-LAYER SIMULATION MODEL OF RETINAL NETWORKS (2010)
  • Author(s): AMANE KOIZUMI, MISAKO TAKAYASU, HIDEKI TAKAYASU
  • Journal Title: Journal of Integrative Neuroscience Volume: 9 Pages: 337-350
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Organotypic tissue culture of adult rodent retina followed by particle-mediated acute gene transfer in vitro. (2010)
  • Author(s): Satoru Moritoh, Kenji F Tanaka, Hiroshi Jouhou, Kazuhiro Ikenaka, Amane Koizumi
  • Journal Title: PLoS One Volume: 5(9)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Spatial Regularity in the Arrangement of Excitatory Synapses Within the Inner Plexiform Layer. Manipulating gene expression in organotypic tissue culture of adult rat retina (2010)
  • Author(s): AMANE KOIZUMI
  • Organizer: Neurosciece 2010 (40^<th> Neuroscience Meeting第40回北米神経科学大会)
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center(USA)
  • Year and Date: 2010-11-17
• [Presentation] Spatial Regularity in the Arrangement of Excitatory Synapses Within the Inner Plexiform Layer. (2010)
  • Author(s): AMANE KOIZUMI
  • Organizer: ARVO(The Association for Research in Vision and Ophthalmology) 2010 Annual Meeting
  • Place of Presentation: Greater Fort Lauderdale/Broward County Convention Center(USA)
  • Year and Date: 2010-05-02
• [Presentation] 成熟ラット網膜組織培養方法の開発 (2009)
  • Author(s): 小泉周
  • Organizer: 第32回 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知)
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] Organotypic culture of adult rat retina (2009)
  • Author(s): Amane Koizumi
  • Organizer: 国際生理学会(IUPS)
  • Place of Presentation: 京都国際会議場(京都)
  • Year and Date: 2009-07-28