小脳バーグマングリア微小突起によるシナプス修飾の維持・破綻に関する研究

• Project Area: Brain Environment
• Project/Area Number: 24111509
• 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: 大倉 正道 埼玉大学, 脳科学融合研究センター, 准教授 (70369172)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2013: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2012: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 神経科学 / 小脳 / グリア―神経連関 / アストロサイト微小突起 / 樹状突起スパイン / グリアー神経連関

Research Abstract

小脳は姿勢制御・運動学習等の中枢であるが、小脳皮質において唯一の出力神経細胞であるプルキンエ細胞（PC）の発火活動は、PCとアストロサイトの一種であるバーグマングリア（BG）とのグリア―神経連関により修飾され、その異常によって脊髄小脳失調症（SCA7
）等の疾患が引き起こされる。近年シナプス近傍の環境に重大な影響を与えるアストロサイト微小突起が海馬等でシナプス活動に伴って短時間のうちにダイナミックに伸縮することが分かってきた。本研究では、小脳でもBGの微小突起が伸縮するのか、またその伸縮が
突起内Ca2+濃度、シナプス活動、およびシナプス近傍の神経外環境の変化とどのように関係するのかを明らかにし、シナプスの機能維持・障害のメカニズムを解明することを目的としている。我々はこれまでに神経細胞における単一発火活動、発火閾値下のシナプス入力活動やアストロサイトにおける突起内 Ca2+活動を可視化できる高感度・高性能な緑色と赤色の蛍光Ca2+プローブを開発した。そして三者間シナプスを構築する軸索終末、樹状突起スパイン、アストロサイト微小突起の形態とCa2+活動を可視化できる蛍光プローブを作製した。最終年度は作製したプローブを発現させた神経細胞とアストロサイトの共培養系を用いて、グリア―神経連関を修飾することが知られている各種伝達物質やその阻害薬の投与、あるいは光感受性非選択性カチオンチャネルであるchannelrhodopsin-2を用いて細胞種特異的な光刺激等を行い、三者間シナプスの局所形態とCa2+活動への影響について可視化解析を進めた。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Large-scale imaging of subcellular calcium dynamics of cortical neurons with G-CaMP6-actin (2014)
  • Author(s): 小林千晃, 他
  • Journal Title: Neuroreport Volume: 25(7) Issue: 7 Pages: 501-506
  • DOI: 10.1097/wnr.0000000000000126
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Imaging of astrocytic activity in living rodents. (2014)
  • Author(s): Takata N, Shinohara Y, Ohkura M, Mishima T, Nakai J, *Hirase H
  • Journal Title: Neuromethods Volume: 85 Pages: 191-207
  • DOI: 10.1007/978-1-62703-785-3_12
  • ISBN: 9781627037846, 9781627037853
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Principal component analysis of odor coding at the level of third-order olfactory neurons in Drosophila. (2013)
  • Author(s): Hiroi M, Ohkura M, Nakai J, Matsuda N, Hashimoto K, Inoue K, Fiala A, *Tabata T
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 18 Issue: 12 Pages: 1070-1081
  • DOI: 10.1111/gtc.12094
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pretreatment of donor islets with the Na(+) /Ca(2+) exchanger inhibitor improves the efficiency of islet transplantation (2013)
  • Author(s): Mera T, Itoh T, Kita S, Kodama S, Kojima D, Nishinakamura H, Okamoto K, Ohkura M, Nakai J, Iyoda T, Iwamoto T, Matsuda T, Baba A, Omori K, Ono J, Watarai H, Taniguchi M, Yasunami Y.
  • Journal Title: Am J Transplant Volume: 13 Issue: 8 Pages: 2154-2160
  • DOI: 10.1111/ajt.12306
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ca²⁺ imaging of neurons and astrocytes with genetically encoded Ca²⁺ indicators (2013)
  • Author(s): *大倉正道，*中井淳一
  • Journal Title: Folia Pharmacologica Japonica Volume: 142 Issue: 5 Pages: 226-230
  • DOI: 10.1254/fpj.142.226
  • NAID: 130003382526
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
• [Journal Article] Real-time visualization of neuronal activity during perception (2013)
  • Author(s): Muto A, Ohkura M, Abe G, Nakai J, Kawakami K
  • Journal Title: Current Biology Volume: 23 Issue: 4 Pages: 307-311
  • DOI: 10.1016/j.cub.2012.12.040
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of the genetically encoded red fluorescent Ca²⁺ indicator R-CaMP1.07 (2013)
  • Author(s): 大倉正道，中井淳一
  • Journal Title: Folia Pharmacologica Japonica Volume: 141 Issue: 3 Pages: 175-175
  • DOI: 10.1254/fpj.141.175
  • NAID: 10031156958
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
• [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] An improved genetically encoded red fluorescent Ca2+ indicator for detecting opticallyevoked action potentials (2012)
  • Author(s): M. Ohkura, T. Sasaki. C. Kobayashi, Y. Ikegaya, J. Nakai
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 7 Issue: 7 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0039933
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] タンパク質でできた高性能な蛍光カルシウムセンサー. (2012)
  • Author(s): 大倉正道，貞苅純子，中井淳一
  • Journal Title: ケミカルエンジニヤリング Volume: 57 Pages: 926-931
• [Presentation] 改良型緑色蛍光カルシウムプローブ蛋白質G-CaMP7aを用いたゼブラフィッシュの視覚認知における神経活動の可視化. (2014)
  • Author(s): 大倉正道，武藤彩，阿部玄武，川上浩一，中井淳一
  • Organizer: 第87回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
• [Presentation] タンパク質型Ca2+インジケーターによる小胞体・ミトコンドリア内腔Ca2+動態の可視化と機能解析. (2014)
  • Author(s): 鈴木純二，金丸和典，石井邦明，大倉正道，大久保洋平，飯野正光
  • Organizer: 第87回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
• [Presentation] ホヤ幼生の遊泳運動神経回路の構造と生理機能に関する研究. (2014)
  • Author(s): 堀江健生，大倉正道，日下部岳広，中井淳一，中川将司
  • Organizer: 第91回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県鹿児島市）
• [Presentation] ２光子カルシウムイメージングを用いた単一オペラント条件付けにおける自発神経活動の報酬依存的な活動変化. (2014)
  • Author(s): 平理一郎，大久保文貴，正水芳人，大倉正道，中井淳一，岡田尚巳，松崎政紀
  • Organizer: 第91回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県鹿児島市）
• [Presentation] GECI overview. (2014)
  • Author(s): Ohkura M, Nakai J
  • Organizer: 高等研プロジェクト「ゲノム工学とイメージングサイエンスに基づく生命システム研究の新展開」研究会
  • Place of Presentation: 国際高等研究所（京都府木津川市）
  • Invited
• [Presentation] In vivoマウス脳における皮質間の相互連絡. (2013)
  • Author(s): 真仁田聡，鈴木崇之，小田川摩耶，松原智恵，大倉正道，佐藤正晃，中井淳一，林康紀，M.E. Larkum，村山正宜
  • Organizer: 第90回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 東京（タワーホール船堀）
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] 改良型赤色蛍光カルシウムプローブ蛋白質R-CaMP1.07を用いたchannelrhodopsin-2の光刺激による神経発火の可視化. (2013)
  • Author(s): 大倉正道，佐々木拓哉，小林千晃，池谷裕二，中井淳一
  • Organizer: 第86回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 福岡（福岡国際会議場）
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] 高感度かつ高速応答性のG-CaMP型改良カルシウムプローブ蛋白質を用いた細胞単位およびシナプス単位での神経活動の可視化. (2013)
  • Author(s): 貞苅純子，大倉正道，佐々木拓哉，安藤恵子，永村ゆう子，小林千晃，池谷裕二，中井淳一
  • Organizer: 第86回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 福岡（福岡国際会議場）
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] タンパク質型Ca2+インジケーターによる小胞体内腔Ca2+動態の可視化と機能解析. (2013)
  • Author(s): 鈴木純二，金丸和典，石井邦明，大倉正道，飯野正光
  • Organizer: 第86回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 福岡（福岡国際会議場）
  • Year and Date: 2013-03-21
• [Presentation] 蛍光カルシウムプローブ蛋白質を用いたグリア―神経連関の可視化. (2013)
  • Author(s): 大倉正道
  • Organizer: 第86回日本薬理学会年会シンポジウム
  • Place of Presentation: 福岡（福岡国際会議場）
  • Year and Date: 2013-03-21
  • Invited
• [Presentation] Development and neuronal application of G-CaMP-type genetically encoded Ca2+ indicators with (2013)
  • Author(s): Ohkura M, Nakai J
  • Organizer: 高等研プロジェクト「ゲノム工学とイメージングサイエンスに基づく生命システム研究の新展開」研究会
  • Place of Presentation: 木津川（国際高等研究所）
  • Year and Date: 2013-02-22
  • Invited
• [Presentation] 難治性てんかんの責任遺伝子Munc18-1変異の機能解析. (2013)
  • Author(s): 大澤明香音，安藤恵子，永村ゆう子，大倉正道，中井淳一
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
• [Presentation] Hippocampal CA1 network dynamics during locomotion in virtual reality. (2013)
  • Author(s): Sato M, Mizuta K, Kawano M, Takekawa T, Islam T, Yamakawa H, Yamaguchi Y, Fukai T, Ohkura M, Nakai J, Hayashi Y
  • Organizer: Neuroscience 2013
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center（San Diego, USA）
• [Presentation] Operant conditioning of single-neurons in mouse motor cortex by two-photon calcium imaging. (2013)
  • Author(s): Hira R, Ohkubo F, Masamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • Organizer: Neuroscience 2013
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center（San Diego, USA）
• [Presentation] 生体における海馬神経回路活動の可視化. (2013)
  • Author(s): 佐藤正晃，水田恒太郎，河野真子，竹川高志，イスラムタンビル，山川宏，山口陽子，深井朋樹，大倉正道，中井淳一，林康紀
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [Presentation] ゼブラフィッシュ嗅球における匂い地図の包括的解析. (2013)
  • Author(s): 小出哲也，脇阪紀子，宮坂信彦，大倉正道，中井淳一，吉原良浩
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [Presentation] 大脳新皮質第5層の皮質外投射ニューロンが構成する微小機能単位の機能解析. (2013)
  • Author(s): 丸岡久人，中川直，佐伯麻衣，松本直実，大倉正道，中井淳一，細谷俊彦
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [Presentation] 二次運動野からのトップダウン入力による体性感覚の制御. (2013)
  • Author(s): 真仁田聡，鈴木崇之，松元崇，本間千尋，山田一之，太田桂輔，小田川摩耶，松原智恵，大倉正道，佐藤正晃，中井淳一，林康紀，ラーカムマシュー，村山正宜
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [Presentation] 高感度な改良G-CaMPカルシウムプローブを用いた樹状突起棘における発火閾値下のシナプス入力の可視化. (2013)
  • Author(s): 貞苅純子，大倉正道，佐々木拓哉，安藤恵子，永村ゆう子，小林千晃，池谷裕二，中井淳一
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [Presentation] 自由運動中の線虫の光刺激とカルシウムイメージングを可能とするシステムの開発. (2013)
  • Author(s): 永村ゆう子，安藤恵子，大澤明香音，橋本浩一，大倉正道，中井淳一
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [Presentation] 緑色蛍光タンパク質GFPを用いた高感度なカルシウムプローブの開発. (2013)
  • Author(s): 大倉正道
  • Organizer: 日本化学会関東支部栃木地区講演会
  • Place of Presentation: 宇都宮大学工学部（栃木県宇都宮市）
  • Invited
• [Presentation] 高性能な赤色蛍光カルシウムセンサー蛋白質. (2013)
  • Author(s): 大倉正道
  • Organizer: とちぎ光技術研究発表会
  • Place of Presentation: マロニエプラザ（栃木県宇都宮市）
  • Invited
• [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: 第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] Development and application of G-CaMP-type genetically encoded Ca2+ indicators. (2012)
  • Author(s): Ohkura M, Nakai J
  • Organizer: 2012 Fall Janelia Conference “Fluorescent Proteins and Biological Sensors Ⅲ”
  • Place of Presentation: Ashburn, USA （Janelia Farm Research Campus）
  • Year and Date: 2012-11-04
  • Invited
• [Presentation] 生体Ca2+ imagingを用いた線虫運動出力系の調節機構の解明. (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: 第35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: 2012-09-18
• [Presentation] 深層における特定のニューロナルサブタイプからのin vivoカルシウムイメージング. (2012)
  • Author(s): 丸岡久人，中川直，佐伯麻衣，松本直実，大倉正道，中井淳一，細谷俊彦
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋（名古屋国際会議場）
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] 二光子カルシウムイメージングのためのマウス仮想ナビゲーションシステム. (2012)
  • Author(s): 佐藤正晃，イスラムタンビル，竹川高志，山川宏，河野真子，山口陽子，深井朋樹，大倉正道，中井淳一，林康紀
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋（名古屋国際会議場）
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] 生体での細胞活動を検出できる高性能蛍光Ca2+センサーの開発：G-CaMPからR-CaMPまで. (2012)
  • Author(s): 大倉正道
  • Organizer: 九州大学大学院薬学研究院 第1回創薬育薬産学官連携セミナー
  • Place of Presentation: 福岡（九州大学大学院薬学研究院）
  • Year and Date: 2012-08-16
  • Invited
• [Presentation] Probing activities of single neurons with an improved genetically encoded Ca2+ indicator. (2012)
  • Author(s): Ohkura M, Sasaki T, Ikegaya Y, Nakai J
  • Organizer: 8th FENS Forum of Neuroscience
  • Place of Presentation: Barcelona, Spain （International Convention Center）
  • Year and Date: 2012-07-14
• [Book] 蛍光バイオセンサーの開発. 『進化分子工学～高速分子進化によるタンパク質・核酸の開発～』 (2013)
  • Author(s): 大倉正道, 中井淳一
  • Total Pages: 424
  • Publisher: （株）エヌ・ティー・エス
• [Book] 光遺伝学ツールを用いた光制御および蛍光測定手法の開発. 『オプトジェネティックス～光工学と遺伝学による行動制御技術の最前線～』 (2013)
  • Author(s): 大倉正道, 中井淳一
  • Total Pages: 324
  • Publisher: （株）エヌ・ティー・エス
• [Remarks] 埼玉大学 研究機構 脳末梢科学研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/
• [Remarks] 埼玉大学研究機構脳科学融合研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 赤色蛍光蛋白質を用いたカルシウムセンサー蛋白質. (2012)
  • Inventor(s): 大倉正道，中井淳一
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人埼玉大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2012-137434
  • Filing Date: 2012-06-19