蛍光プローブによる細胞移動の予測と移動秩序の分子機構の解明

• Project Area: Cross-talk between moving cells and microenvironment as a basis of emerging order in multicellular systems
• Project/Area Number: 25111703
• 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: 中井 淳一 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (80237198)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2014: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2013: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
• Keywords: カルシウム / 細胞移動 / 初期発生 / R-CaMP2 / ゼブラフィッシュ

Outline of Annual Research Achievements

発生初期には多くの細胞が目的の位置に移動する現象が頻繁に見られ、細胞移動にはガイダンス分子や細胞内シグナル伝達系が関与するが、細胞内カルシウムイオンの変化が深くかかわっていることが示されている。本研究ではゼブラフィッシュ初期胚を用いて、細胞移動とカルシウムイオンの関係について検討した。実験はゼブラフィッシュの受精卵に蛍光カルシウムプローブ（G-CaMPまたはR-CaMP）を発現させ、レーザー顕微鏡を用いて、発生中の細胞（epiboly中のenvelope細胞）の細胞移動と細胞内カルシウム変動を経時的に計測した。その結果、envelop細胞の細胞内カルシウム濃度が高いグループと、低いグループの２つのタイプがあることが分かった。これらの２つの細胞種を詳しく観察したところ、カルシウム濃度が高いグループの細胞は非常に活発に周りの細胞をかき分けて「能動的に」移動していることがわかった。一方、細胞内カルシウム濃度が低いグループの細胞は周りの細胞との位置関係が比較的保たれて移動しており、「受動的」または周囲よりの力に「流されて」移動していると考えられた。また、細胞移動中のカルシウム計測をより高感度に行う事ができるよう赤色の蛍光を持つ蛍光カルシウムセンサーR-CaMP2を開発した。線虫、マウスの神経、筋細胞にR-CaMP2とG-CaMPおよび/またはチェネルロドプシン2を発現させin vivoカルシウムイメージングを行い2波長でのカルシウム同時イメージング、光遺伝学との併用も可能であることを示した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] JSAP1/JIP3 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2015)
  • Author(s): Sato T, Ishikawa M, Mochizuki M, Ohta M, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • Journal Title: Cell Death Differ Volume: - Issue: 8 Pages: 1260-1274
  • DOI: 10.1038/cdd.2014.207
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RING finger protein 121 facilitates the degradation and membrane localization of voltage-gated sodium channels (2015)
  • Author(s): Ogino, K., Low, S.E., Yamada, K., Saint-Amant, L., Zhou, W., Muto, A., Asakawa, K., Nakai, J., Kawakami, K., Kuwada, J.Y., and Hirata, H.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 112 Issue: 9 Pages: 2859-2864
  • DOI: 10.1073/pnas.1414002112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • Author(s): Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • Journal Title: Nat Methods Volume: 12 Issue: 1 Pages: 64-70
  • DOI: 10.1038/nmeth.3185
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mitochondrial Ca2+ uptake by the voltage-dependent anion channel 2 regulates cardiac rhythmicity. (2014)
  • Author(s): Shimizu H, Schredelseker J, Huang J, Lu K, Naghdi S, Lu F, Franklin S, Fiji HD, Wang K, Zhu H, Tian C, Lin B, Nakano H, Ehrlich A, Nakai J, Stieg AZ, Gimzewski JK, Nakano A, Goldhaber JI, Vondriska TM, Hajnoczky G, Kwon O, Chen JN.
  • Journal Title: Elife Volume: 4 Pages: 1-20
  • DOI: 10.7554/elife.04801
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reward-timing-dependent bidirectional modulation of cortical microcircuits during optical single-neuron operant conditioning. (2014)
  • Author(s): Hira R et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Issue: 1 Pages: 5551-5551
  • DOI: 10.1038/ncomms6551
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Excitation propagation in three-dimensional engineered hearts using decellularized extracellular matrix. (2014)
  • Author(s): Yasui H, Lee JK, Yoshida A, Yokoyama T, Nakanishi H, Miwa K, Naito AT, Oka T, Akazawa H, Nakai J, Miyagawa S, Sawa Y, Sakata Y, Komuro I
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 35 Issue: 27 Pages: 7839-7850
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2014.05.080
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Toll-like receptor 9 protects non-immune cells from stress by modulating mitochondrial ATP synthesis through the inhibition of SERCA2. (2014)
  • Author(s): Shintani Y, Drexler HC, Kioka H, Terracciano CM, Coppen SR, Imamura H, Akao M, Nakai J, Wheeler AP, Higo S, Nakayama H, Takashima S, Yashiro K, Suzuki K.
  • Journal Title: EMBO Reports Volume: 15 Issue: 4 Pages: 438-445
  • DOI: 10.1002/embr.201337945
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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] 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] 蛍光Ca2+プローブタンパク質を用いた神経細胞とアストロサイトのCa2+イメージング (2013)
  • Author(s): 大倉正道，中井淳一
  • Journal Title: 日本薬理学雑誌 Volume: 142 Pages: 226-230
• [Presentation] A new transgenic mouse model revealed a role of astrocytic calcium in vivo (2015)
  • Author(s): Tanaka M, Shih P-Y, Gomi H, Yoshida T, Nakai J, Ando R, Furuichi T, Mikoshiba K, Samyanov A, Itohara S.
  • Organizer: 第88回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [Presentation] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • Author(s): 井上昌俊、竹内敦也、堀金慎一郎、大倉正道、安藤恵子、藤井哉、上條諭志、 竹本―木村さやか、狩野方伸、中井淳一、喜多村和郎、尾藤晴彦
  • Organizer: 第88回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [Presentation] 個体(線虫) レベルでの超多並列刺激応答モニターシステム (2014)
  • Author(s): 藤泰一、高橋尚也、安藤恵子、大倉正道、中井淳一、西垣功一
  • Organizer: 第３７回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] 低分子量GTPase RAB-11の新規結合因子REI-1/REI-2は受精後のRAB-11再局在化を制御する (2014)
  • Author(s): 坂口愛沙、佐藤美由紀、安藤恵子、佐藤克哉、中井淳一、佐藤健
  • Organizer: 第３７回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Imaging Deep-Layer Neuronal Activity in Mouse Barrel Cortex using 1040-nm Excitation of a Red Fluorescent Protein Calcium Indicator (2014)
  • Author(s): Carta S, Liu W, Sych Y, Voigt FF, Chen JL, Schneider B, Ohkura M, Nakai J, Helmchen F
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington, DC USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] A comparative study of the two-photon performances of GCaMPs and GECOs (2014)
  • Author(s): Podor B, Zhao Y, Wu J, Hu Y-L, Ohkura M, Nakai J, Campbell R, Croll R, Fine A
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington, DC USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] Neuronal mechanisms of decision making in C. elegans olfactory behavior revealed by a highly integrated microscope system. (2014)
  • Author(s): Tanimoto Y, Yamazoe A, Fujita K, Kawazoe Y, Miyanishi Y, Yamazaki SJ, Gengyo-Ando K, Nakai J, Fei X, Iwasaki Y, Hashimoto K, Kimura K
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] Single-neuron operant conditioning by two-photon imaging induces reward-timing-dependent modulation in cortical microcircuit. (2014)
  • Author(s): Hira R, Ohkubo F, Mazamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] The top-down circuit for sensory perception in the cerebral cortex of the mouse. (2014)
  • Author(s): Manita S, Suzuki T, Homma C, Matsumoto T, Odagawa M, Yamada K, Ota K, Matsubara C, Inutsuka A, Sato M, Ohkura M, Yamanaka A, Yanagawa Y, Nakai J, Hayashi Y, Larkum ME, Murayama M
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] Imaging of the neural circuit activities during retrieval of behavioral program for active avoidance in zebrafish. (2014)
  • Author(s): Kakinuma H, Aoki R, Aoki T, Yamazaki M, Shiraki T, Takahoko M, Eizumi K, Koide T, Yoshihara Y, Nakai J, Kawakami K, Okamoto H
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] Visualization of cerebral cortical calcium dynamics by a transgenic mouse that express G-CaMP7 in neurons and glia. (2014)
  • Author(s): Monai H, Ohkura M, Tanaka M, Itohara S, Nakai J, Hirase H
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] JSAP1 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2014)
  • Author(s): Sato T, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] 蛍光カルシウムプローブ G-CaMP による in vivo カルシウムイメージング (2014)
  • Author(s): 中井淳一、大倉正道, 安藤恵子
  • Organizer: 第５８回日本薬学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 昭和大学
  • Year and Date: 2014-10-04
• [Presentation] ホヤ幼生の遊泳運動神経回路の構造と生理機能の解析 (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: 日本動物学会第85回大会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 細胞触覚センサのための小型蛍光観察システムの開発 (2014)
  • Author(s): 民山浩輔, 清水正宏, 宮坂恒太, 小椋利彦, 中井淳一, 大倉正道, 細田耕
  • Organizer: 第32回日本ロボット学会学術講演会
  • Place of Presentation: 九州産業大学
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [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
• [Presentation] 可変焦点レンズを持いた二光子蛍光イメージングの焦点調節の高速化 (2014)
  • Author(s): 中井淳一, 大出孝博，今井欽之，小林潤也
  • Organizer: 応用物理学会2014年春季講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学
• [Presentation] Analysis of C. elegans neuromuscular system with genetics, imaging and optogenetics (2014)
  • Author(s): Nakai J, Ohkura M, Gengyo-Ando K
  • Organizer: The conference at International Institute for Advanced Studies, Novel developments on the study of life and biological systems based on genome engineering and imaging science
  • Place of Presentation: International Institute for Advanced Studies, Nara
  • 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
• [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 (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 (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
  • Place of Presentation: 京都国際会館
• [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: 京都国際会館
• [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: 京都国際会館
• [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: 京都国際会館
• [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: 京都国際会館
• [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: 京都国際会館
• [Presentation] 蛍光カルシウムプローブタンパク質を用いたバイオイメージング (2013)
  • Author(s): 中井淳一
  • 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
  • Invited
• [Book] Optical Imaging of Neocortical Dynamics, Neuromethods, vol. 85 (2014)
  • Author(s): Takata N., Shinohara Y., Ohkura M., Mishima T., Nakai J. & Hirase H.
  • Total Pages: 296
  • Publisher: Springer Science Business Media
• [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
  • Publisher: 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
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
• [Remarks] 埼玉大学脳末梢科学研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/
• [Remarks] 埼玉大学脳科学融合研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] カルシウム指示遺伝子 (2014)
  • Inventor(s): 尾藤晴彦, 井上 昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉 正道
  • Industrial Property Rights Holder: 尾藤晴彦, 井上 昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉 正道
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-06-11