In vivo neural projection mapping technology with a novel PET ligand

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K12772
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 南本 敬史 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 脳機能イメージング研究部, チームリーダー(定常) (50506813)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 脳・神経 / イメージング / 霊長類 / 遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

本研究では(1)ウイルスベクターを用いて導入した霊長類の脳での外来遺伝子の発現状態を生きた状態でモニターする技術、(2)神経細胞軸索終末に発現させた遺伝子を可視化することによる生体神経路トレーサー技術、の２つの技術を確立することを目的とする。そのために、脳内人工受容体の発現を鋭敏に捉える新規PETプローブを開発し、人工受容体の検出感度と検出精度を飛躍的に向上させたイメージング法を確立することを目指す。
H28年度は、サル脳にウイルスベクターを用いて発現させた抑制性人工受容体hM4Diを11C-clozapine (CLZ)を用いたPET測定で可視化することに成功し、非侵襲の遺伝子発現可視化技術が確立できた(Nagaiら2016)。人工受容体の検出感度と検出精度を向上することを狙い、CLZの類似化合物からPET薬剤を開発し、サル脳における人工受容体DREDD発現の可視化を試みた。その結果、サルの被殻に発現させたhM4Di領域において、新PET薬剤の高い集積が認められ11C-CLZより約10%増加する一方で、hM4Diを発現しない皮質下領域での集積は約30%低下した。さらに被殻の投射先である淡蒼球や黒質にも集積を認めたことから、軸索終末でのhM4Di発現を検出したと示唆された。今後さらなる特性評価の必要があるものの、新PET薬剤は人工受容体への高い選択性を有し、サル生体脳における発現を鋭敏に捉えうるPETプローブであることが期待でき、PETによる生体神経路トレーサー技術に利用可能性が高いと評価する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] National Institute of Health(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: National Institute of Health
• [Journal Article] PET imaging-guided chemogenetic silencing reveals a critical role of primate rostromedial caudate in reward evaluation. (2016)
  • Author(s): 1.Nagai Y, Kikuchi E, Lerchner W, Inoue Ki, Ji B, Eldridge MA, Kaneko H, Kimura Y, Oh-Nishi A, Hori Y, Kato Y, Hirabayashi T, Fujimoto A, Kumata K, Zhang MR, Aoki I, SuharaT, Higuchi M, Takada M, Richmond BJ, Minamimoto T
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Pages: 13605
  • DOI: 10.1038/ncomms13605
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] DREADD-expressing neurons in living brain and their application to implantation of iPSC-derived neuroprogenitors. (2016)
  • Author(s): Ji B, Kaneko H, Minamimoto T, Inoue H, Takeuchi H, Kumata K, Zhang MR, Aoki I, Seki C, Ono M, Tokunaga M, Tsukamoto S, Tanabe K, Shin RM, Minamihisamatsu T, Kito S, Richmond BJ, Suhara T, Higuchi M.
  • Journal Title: J. Neuroscience Volume: 36 Pages: 11544-11558
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1279-16.2016
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 化学遺伝学イメージングによるサル脳科学研究の展開 (2017)
  • Author(s): 南本敬史
  • Organizer: 平成28年度京都大学霊長類研究所共同利用研究会
  • Place of Presentation: 霊長類研究所, 犬山
  • Year and Date: 2017-03-18 – 2017-03-18
  • Invited
• [Presentation] 5.PET imaging-guided chemogenetic manipulation of primate neural circuits (2016)
  • Author(s): Takafumi Minamimoto
  • Organizer: NHP Chemogenetics workshop, NIH
  • Place of Presentation: Bethesda, USA
  • Year and Date: 2016-12-01 – 2016-12-01
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] システム神経回路研究チーム
  • URL: http://www.nirs.qst.go.jp/seika/brain/team/system_09.html