線虫の出力系回路における神経活動の可視化と解析

• Project Area: Systems molecular ethology to understand the operating principle of the nervous system
• Project/Area Number: 23115704
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 安藤 恵子 埼玉大学, 脳科学融合研究センター, 特任准教授 (40221741)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2012: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2011: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 線虫 / イメージング / 運動 / 神経回路

Outline of Annual Research Achievements

ロコモーションは哺乳動物から無脊椎動物まで広く認められる周期的な運動であるが、神経回路がどのように運動パターンを生成し制御するのかについてはよくわかっていない。本研究は、我々の研究グループで新たに開発した改良型G-CaMPを線虫に応用し、運動中の個体における回路活動の定量的評価システムを確立するとともに、そのシステムを用いて出力系回路のイメージング解析を行い運動制御機構を明らかにすることを目的とした。
本年度の研究実施計画に基づいて実験を行い、以下の研究結果を得た。①我々が新たに開発した蛍光Ca2+センサーG-CaMP6およびG-CaMP7を線虫に応用し、細胞活動を高感度で再現性良く測定できる遺伝子改変動物を樹立した。G-CaMP6を線虫の後退運動で活性化するアセチルコリン作動性運動ニューロンに発現させたところ、従来のG-CaMPと比較して後退運動時に約2倍の蛍光強度変化を示し、in vivoで性能の向上が認められた②線虫の体の一部をパターン認識により自動追尾し、運動中の神経活動のリアルタイムレシオ蛍光画像と透過像を同時に撮像できるイメージングシステムを開発した（東北大・橋本浩一先生との共同研究）。③周期性運動におけるGABAの役割を明らかにするため、野生型およびGABA欠損変異体の前進運動および後退運動時の筋のCa2+動態を解析した。野生型では、前進・後退運動で筋細胞間を規則的に伝播するCa2+波が観察されたが、GABA欠損変異体では、後退時にCa2+波の伝播に異常が認められた。④運動ニューロンの発火パターンと筋細胞の出力パターンの機能的連関を明らかにするために、チャネルロドプシンを用いて運動ニューロンを光刺激した際の筋の応答をCa2+イメージングにより解析する系を確立した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Genetically encoded green fluorescent Ca2+ indicators with improved detectability for neuronal Ca2+ signals (2012)
  • Author(s): M. Ohkura, T. Sasaki. J. Sadakari, K. Gengyo-Ando, Y. Kagawa-Nagamura, C. Kobayashi, Y. Ikegaya, J. Nakai
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 7 Issue: 12 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0051286
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single/low-copy integration of transgenes in Caenorhabditis elegans using an ultraviolet trimethylpsoralen method (2012)
  • Author(s): Kage-Nakadai E, Kobuna H, Funatsu O, Otori M, Gengyo-Ando K, Yoshina S, Hori S, Mitani S
  • Journal Title: BMC Biotechnol Volume: 12 Issue: 1 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1186/1472-6750-12-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] large-scale screening for targeted knockouts in the Caenorhabditis elegans genome. (2012)
  • Author(s): C. elegans Deletion Mutant Consortium
  • Journal Title: G3 (Bethesda) Volume: 2 Issue: 11 Pages: 1415-25
  • DOI: 10.1534/g3.112.003830
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Caenorhabditis elegans insulin-like peptide, INS-17: its physiological function and expression pattern. (2012)
  • Author(s): Matsunaga Y, Nakajima K, Gengyo-Ando K, Mitani S, Iwasaki T, Kawano T.
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem Volume: 76 Pages: 2168-72
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neuronally expressed Ras-family GTPase Di-Ras modulates synaptic activity in Caenorhabditis elegans (2012)
  • Author(s): Tada M, Gengyo-Ando K, Kobayashi T, Fukuyama M, Mitani S, Kontani K, Katada T
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 17(9) Issue: 9 Pages: 778-89
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2012.01627.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Depletion of mboa-7, anenzyme that incorporates polyunsaturated fatty acids into phosphatidylinositol (PI),impairs PI3-phosphate signaling in Caenorhabditis elegans. (2012)
  • Author(s): Lee HC, Kubo T, Kono N, Kage-Nakadai E, Gengyo-Ando K, Mitani S, Inoue T, Arai H
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 17(9) Issue: 9 Pages: 748-57
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2012.01624.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physiological function, expression pattern, and transcriptional regulation of a Caenorhabditis elegans insulin-like peptide, INS-18. (2012)
  • Author(s): Matsunaga Y, Gengyo-Ando K, Mitani S, Iwasaki T, Kawano T.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 423 Issue: 3 Pages: 478-83
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.05.145
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GPI-anchor synthesis is indispensable for the germline development of the nematode Caenorhabditis elegans (2012)
  • Author(s): Murata D, Nomura KH, Dejima K, Mizuguchi S, Kawasaki N, Matsuishi-Nakajima Y, Ito S,Gengyo-Ando K, Kage-Nakadai E, Mitani S, Nomura K
  • Journal Title: Mol Biol Cell Volume: 23(6) Issue: 6 Pages: 982-95
  • DOI: 10.1091/mbc.e10-10-0855
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 香りの評価法の検討―バイオアッセイを用いた香り評価の試みー (2012)
  • Author(s): 中井淳一, 永村ゆう子, 大倉正道, 清宮はるな, 藤 田孝, 松永祐, 長谷川登志夫, 安藤恵子
  • Journal Title: Aroma Research Volume: 50 Pages: 126-131
• [Presentation] In vivo calcium imaging of motor circuit in freely moving animals using improved G-CaMPs. (2013)
  • Author(s): Gengyo-Ando K, Kagawa-Nagamura Y, Ohkura M, Fei X, Suzuki M, Hashimoto K, Nakai J
  • Organizer: The 19th international C. elegans meeting 2013
  • Place of Presentation: USA（UCLA)
  • Year and Date: 2013-06-26
• [Presentation] Real-time optogenetic control and imaging of neuromuscular activity in freely moving Caenorhabditis elegans. (2013)
  • Author(s): Kagawa-Nagamura Y, Gengyo-Ando K, Osawa A, Hashimoto K, Ohkura M, Nakai J
  • Organizer: 第36回神経科学学会
  • Place of Presentation: 京都（国立京都国際会館）
  • Year and Date: 2013-06-20
• [Presentation] Development of a high-resolution Ca2+ imaging system for freely moving C. elegans. (2013)
  • Author(s): Gengyo-Ando K, Kagawa-Nagamura Y, Ohkura M, Fei X, Suzuki M, Hashimoto K, Nakai J
  • Organizer: 第46回発生生物学会
  • Place of Presentation: 埼玉（新都心ビジネス交流プラザ）
  • Year and Date: 2013-05-28
• [Presentation] 改良型G-CaMPを用いた自由運動中の線虫神経筋活動のCa2+イメージング (2012)
  • Author(s): 安藤恵子,宇佐美篤,永村ゆう子,大倉正道,池谷裕 二,松木則夫,中井淳一
  • Organizer: 35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡（福岡国際会議場）
  • Year and Date: 2012-12-11
• [Presentation] Molecular physiological study of the neuromuscular circuit for locomotion behabior in Caenorhabditis elegans. (2012)
  • Author(s): Kagawa-Nagamura Y, Gengyo-Ando K, Ohkura M, Nakai J
  • Organizer: RIKEN BSI RETREAT 2012
  • Place of Presentation: 松江（くにびきメッセ）
  • Year and Date: 2012-11-12
• [Presentation] Dynamic neuromuscular regulation in freely crawling C. elegans: multicellular Ca2+ imaging using GCaMPs. (2012)
  • Author(s): Gengyo-Ando K, Usami A, Kagawa-Nagamura Y, Ohkura M, Ikegaya Y, Matsuki N Nakai J
  • Organizer: 第35回日本神経科学学会
  • Place of Presentation: 名古屋（名古屋国際会議場）
  • Year and Date: 2012-09-18
  • Invited
• [Presentation] モデル動物線虫を利用したゲノム創薬 (2012)
  • Author(s): 安藤恵子
  • Organizer: 埼玉バイオIII研究交流会バイオ創薬～生物進化を超えて～
  • Place of Presentation: 埼玉(埼玉大学)
  • Year and Date: 2012-03-21
• [Presentation] Functional analysis of neuromuscular circuit using high-resolution in vivo Ca^<2+> imaging in C.elegans (2011)
  • Author(s): Gengyo-Ando, K., Usami, A., Kagawa-Nagamura, Y., Yoshida, Y., Matsuki, N., Ikegaya, Y., Nakai, J.
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会,ワークショップ
  • Place of Presentation: 横浜(パシフィコ横浜)
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Presentation] 自由運動下での線虫神経筋活動のカルシウムイメージング (2011)
  • Author(s): 宇佐美篤, 安藤恵子, 大倉正道, 松木則夫, 池谷裕二, 中井淳一
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜(パシフィコ横浜)
  • Year and Date: 2011-09-14
• [Presentation] in vivo Ca^<2+> imagingを用いた線虫運動出力系の調節機構の解明 (2011)
  • Author(s): 宇佐美篤, 安藤恵子, 池谷裕二, 中井淳一, 松木則夫
  • Organizer: 次世代を担う創薬・医療薬理シンポジウム2011
  • Place of Presentation: 東京(日本薬学会記念ホール)
  • Year and Date: 2011-08-31
• [Presentation] High-resolution in vivo Ca^<2+> imaging of neuromuscular system in Caenorhabditis elegans (2011)
  • Author(s): Gengyo-Ando, K., Usami, A., Kagawa-Nagamura, Y., Yoshida, Y., Matsuki, N., Ikegaya, Y., Nakai, J.
  • Organizer: 18^<th> International C.elegans Meeting
  • Place of Presentation: ロサンゼルスUSA (University of California)
  • Year and Date: 2011-06-24
• [Presentation] 蛍光Ca^<2+>センサータンパク質G-CaMP4による神経活動の可視化 (2011)
  • Author(s): 宇佐美篤, 安藤恵子, 大倉正道, 池谷裕二, 中井淳一, 松木則夫
  • Organizer: 第11回東京大学生命科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京(東京大学)
  • Year and Date: 2011-06-04