回路ロジックに迫る新規配列に基づく超高速多色Ca2+インディケーターの開発

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K18372
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 井上 昌俊 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 客員研究員 (60750065)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: Ca2+インディケーター / 多色

Outline of Annual Research Achievements

脳は複数の異なる種のニューロンからなり、それぞれが協調的に働くことにより正常な脳機能を発揮すると考えられている。近年、この発火パターンを読み取るために、神経発火の代用としてカルシウム（Ca2+）インディケーターを用いて、数百‐千個の神経細胞の活動を同時計測する方法が取られつつある。しかしながら、従来のCa2+インディケーターは入力の有無もしくは強度のみを検出しており、どのような入力（発火頻度、回数）であるかを読み取るには不十分であった。
本研究課題では高頻度発火する抑制性パルアルブミン（PV）細胞の神経活動を可視化を可能にする超高速カルシウムインディケーターの作成を目的とする。
本研究計画の初年度である平成27年度において高頻度発火する抑制性パルアルブミン（PV）細胞の神経活動を可視化を可能にする超高速カルシウムインディケーターの作成を試みた。
具体的には、これまでに、開発してきたいくつかの高速センサー分子候補各種について、マウス感染実験をするためのウィルスベクターへパッケージし、産生・精製した。これを崎村らとの共同研究にて作出されたPV-Creマウスの大脳皮質バレル野へ感染させ、プローブ発現確認後、PV neuronにおける活動測定を試みた。予備的実験において、少なくとも一つの変異センサーについては、麻酔に伴うPV neuronに伴う発頻度の上下制御や、基底活動下における 高速発火に伴うCa2+活動の測定に成功している。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

平成27年度から平成28年度の初期にかけてin vivoにおいて超高速カルシウムインディケーターのスクリーニングまでをする計画であったが、当初の計画以上に進んだため平成27年度中にスクリーニングが完了したため。

Strategy for Future Research Activity

今後は作成したCa2+インディケーターを用いて、PV神経細胞の活動を測定する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Simultaneous fast measurement of circuit dynamics at multiple sites across the mammalian brain. (2016)
  • Author(s): Kim CK, Yang SJ, Pichamoorthy N, Young NP, Kauvar I, Jennings JH, Lerner TN, Berndt A, Lee SY, Ramakrishnan C, Davidson TJ, Inoue M, Bito H, Deisseroth K.
  • Journal Title: Nature Methods Volume: 13 Pages: 325-328
  • DOI: 10.1038/nmeth.3770
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 神経活動を可視化する超高感度かつ超高速の赤色Ca2+センサー「R-CaMP2」の開発 (2015)
  • Author(s): 井上昌俊、尾藤晴彦
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 8 Pages: 1299-1302
• [Presentation] Postsynaptic mechanisms underlying activity-dependent adaptation of glutamatergic synapses (2016)
  • Author(s): Bito H, Kim R, Inoue M, Nonaka M, Ishii Y, Sakai K, Kawashima T, Yagishita-Kyo N, Matsushima A, Kamijo S, Okamura M, Goto M, Endo T, Horigane S, Okuno H, Takemoto-Kimura S, Fujii H
  • Organizer: 第93回日本生理学会大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌）
  • Year and Date: 2016-03-22 – 2016-03-24
  • Invited
• [Presentation] Rational design of ultrafast, high-affinity red calcium indicator for monitoring neuronal activity (2015)
  • Author(s): Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • Organizer: The 45th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Chicago
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rational design of a novel high-affinity, ultrafast, 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
  • Organizer: 第58回日本神経化学会大会
  • Place of Presentation: 大宮ソニックシティ（大宮）
  • Year and Date: 2015-09-11 – 2015-09-13
• [Presentation] Nonlinear Decoding and Asymmetric Representation of Neuronal Input Information by CaMKIIα and Calcineurin (2015)
  • Author(s): Fujii H, Inoue M, Okuno H, Sano Y, Takemoto-Kimura S, Kitamura K, Kano M, Bito H
  • Organizer: 第7回「光塾」
  • Place of Presentation: 広島大学 東広島キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-05 – 2015-09-06
• [Presentation] 高感度、超高速赤色カルシウムインディケーターの合理的設計による開発 (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38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・神戸国際展示場（神戸）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] ゼブラフィッシュおよび線虫の脳活動のリアルタイムイメージング (2015)
  • Author(s): 中井淳一, 大倉正道, 永村ゆう子, 武藤彩, 井上昌俊, 尾藤晴彦, 川上浩一, 安藤 恵子
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・神戸国際展示場（神戸）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] カルシウム指示遺伝子 (2015)
  • 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
  • Industrial Property Number: 015JP002869
  • Filing Date: 2015-06-08
  • Overseas