グルタミン酸イメージングによる神経回路内プレシナプス機能解析技術の開発

• Project Area: Mesoscopic neurocircuitry: towards understanding of the functional and structural basis of brain information processing
• Project/Area Number: 25115704
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 並木 繁行 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (90452193)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2013: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: シナプス / グルタミン酸 / イメージング / 神経回路

Outline of Annual Research Achievements

前年度までに開発したグルタミン酸蛍光プローブの神経細胞への特異的標識技術を用いて、大脳皮質スライス標本においてグルタミン酸イメージングを行った。これまでに開発した複数のプローブ特異的標識法をテストした結果、PDGF受容体の細胞外ドメインにHoloTagを融合したタグ分子を神経細胞への選択的遺伝子発現が可能なレンチウイルスベクターを用いて導入することによって大脳皮質内の神経細胞にHoloTagリガンドをラベルした蛍光プローブを選択的に標識することができた。この標本の共焦点レーザー顕微鏡による観察によって、樹状突起上のスパインも明瞭に標識されていることが確認できた。続いて、大脳皮質スライス標本内の神経細胞上の樹状突起スパインの近傍への電気刺激によって惹起された近傍のプレシナプスからのグルタミン酸放出を共焦点レーザー顕微鏡によるタイムラプスイメージングによって単一スパインレベルの空間分解能で可視化することに成功した。これによって、脳スライス標本内で形成されている神経回路内のシナプスの活性化の時空間パターンを精密に計測することが可能になった。本研究の成果は神経回路制御機構を神経回路内の個々のシナプスの活性からボトムアップ的理解への貢献が期待できる。

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] Spatiotemporal Control of Receptor Tyrosine Kinase Activity by Caged Ligands (2015)
  • Author(s): Isa M, Namiki S, Asanuma D, Hirose K.
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 44 Issue: 2 Pages: 150-151
  • DOI: 10.1246/cl.140901
  • NAID: 130004868345
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acidic-pH-activatable fluorescence probes for visualizing exocytosis dynamics. (2014)
  • Author(s): Asanuma D, Takaoka Y, Namiki S, Takikawa K, Kamiya M, Nagano T, Urano Y, Hirose K.
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition. Volume: 53 Issue: 24 Pages: 6085-9
  • DOI: 10.1002/anie.201402030
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-throughput development of a hybrid-type fluorescent glutamate sensor for analysis of synaptic transmission. (2014)
  • Author(s): Takikawa K, Asanuma D, Namiki S, Sakamoto H, Ariyoshi T, Kimpara N, Hirose K.
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 49 Issue: 49 Pages: 13439-43
  • DOI: 10.1002/anie.201407181
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-throughput screening system to identify small molecules that induce internalization and degradation of HER2. (2014)
  • Author(s): Isa M, Asanuma D, Namiki S, Kumagai K, Kojima H, Okabe T, Nagano T, Hirose K.
  • Journal Title: ACS Chemical Biology. Volume: 9 Issue: 10 Pages: 2237-41
  • DOI: 10.1021/cb500654q
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シナプス前部における Munc13-1 ナノクラスタ形成の分子機構について (2015)
  • Author(s): 有吉哲郎、坂本寛和、並木繁行、廣瀬謙造
  • 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
• [Presentation] 超解像顕微鏡によって視覚化されたシナプス前終末におけるカルシウムチャネルの空間配置 (2014)
  • Author(s): 金原直也、坂本寛和、並木繁行、廣瀬謙造
  • Organizer: 第37回分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-25
• [Presentation] Analyzing molecular basis of neurotransmitter release with fluorescent glutamate imaging (2014)
  • Author(s): Naoya Kinpara, Hirokazu Sakamoto, Shigeyuki Namiki and Kenzo Hirose
  • Organizer: 17th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology (WCP2014)
  • Place of Presentation: Cape Town International Convention Centre（南アフリカ共和国ケープタウン）
  • Year and Date: 2014-07-16 – 2014-07-17
• [Presentation] Supramolecular assemblies of synaptic proteins for synaptic vesicle release site at central synapses (2014)
  • Author(s): Shigeyuki Namiki, Hirokazu Sakamoto, Tetsuro Ariyoshi, Naoya Kinpara and Kenzo Hirose
  • Organizer: 17th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology (WCP2014)
  • Place of Presentation: Cape Town International Convention Centre（南アフリカ共和国ケープタウン）
  • Year and Date: 2014-07-16 – 2014-07-17
• [Presentation] グルタミン酸イメージングによる単一シナプスレベルでのシナプス機能解析 (2014)
  • Author(s): 並木繁行
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第70回記念学術講演会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2014-05-12
  • Invited
• [Presentation] 細胞スクリーニングを介した自閉症関連遺伝子の探索 (2014)
  • Author(s): 武井大祐、並木 繁行、太向 勇、浅沼 大祐、伊佐 真幸、菅生 厚太郎、竹島 美幸、岩山 佳美、山田 和男、吉川 武男、竹島 浩、廣瀬 謙造
  • Organizer: 第87回日本薬理学会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2014-03-21
• [Presentation] シナプス伝達を可視化する蛍光性グルタミン酸センサーの開発 (2014)
  • Author(s): 瀧川健司、並木繁行、坂本寛和、有吉哲郎、金原直也、浅沼大祐、廣瀬謙造
  • Organizer: 第87回日本薬理学会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2014-03-20
• [Remarks] 東京大学大学院医学系研究科脳神経医学専攻神経生物学
  • URL: http://www.neurobiol.m.u-tokyo.ac.jp/