2016 Fiscal Year Annual Research Report
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16H04656
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
水関 健司 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 教授 (80344448)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 海馬 / 記憶 / 情報処理 / 光遺伝学 / 介在細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、海馬体の神経細胞間の相互作用・機能的結合が行動の相や経験によってどのように変化するかを調べることを目標とした。そのために、ラット海馬CA1、CA3、歯状回、内嗅領皮質から多数の神経細胞の発火と電場電位を同時に記録したデータを基に、神経細胞間のスパイク伝達効率が学習の過程、睡眠の前後、ならびに行動の相で変化していくことを明らかにしつつある。
また本研究は、光で活性化されるカチオンチャネルChR2またはプロトンポンプArchTを細胞種特異的な介在細胞に発現させ、それらの細胞を記録しつつその活動を攪拌させて、海馬体の主要な介在細胞のネットワーク活動や情報コードに対する役割を明らかにすることを目標とした。そのために、シリコンプローブを用いた多点同時記録法と光遺伝学を組み合わせ、特定の細胞種を同定した上でその活動を記録したり、特定の細胞種の活動を攪拌した上でその他の細胞の活動を記録したりするシステムを立ち上げつつある。
さらに本研究は、電気生理学と光遺伝学的手法を組み合わせることで海馬台の主細胞を投射先により分類し、海馬台主細胞による投射先特異的な情報伝達機構を解明することを目標とした。この目標のためには、海馬台の主細胞にChR2を発現させ、投射先を光で局所的に刺激して、ChR2陽性の軸索で生じ逆行性に伝達するスパイクを細胞体で記録することを利用して、投射先により主細胞を分類する。そのためには、海馬台の記録する部位と、その海馬台から投射する脳領域の部位を、脳定位的にサブミリメートルの空間精度で知っておく必要がある。そこで先ずはウイルスベクターを用いて背側の海馬台の主細胞をラベルし、それらがどの脳領域へ投射しているかを詳細に調べた。さらに、それぞれの投射先へ逆行性にラベルする色素またはウイルスベクターを注入し、記録しようとしている海馬台の主細胞が逆行性に染まることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は以下の3つのサブテーマに分かれており、それぞれのサブテーマにおいて、当初の予定から大きく変わることなく研究が進んでいる。
まず、海馬体の神経細胞間の相互作用・機能的結合が行動の相や経験によってどのように変化するかを調べる目標では、神経細胞間のスパイク伝達効率が学習の過程、睡眠の前後、ならびに行動の相で変化することを明らかにしつつある。
また本研究は、光で活性化されるカチオンチャネルChR2またはプロトンポンプArchTを細胞種特異的な介在細胞に発現させ、それらの細胞を記録しつつその活動を攪拌させて、海馬体の主要な介在細胞のネットワーク活動や情報コードに対する役割を明らかにすることを目標とした。そのために、シリコンプローブを用いた多点同時記録法と光遺伝学を組み合わせ、特定の細胞種を同定した上でその活動を記録したり、特定の細胞種の活動を攪拌した上でその他の細胞の活動を記録したりするシステムがほぼ立ち上がった。
さらに本研究は、電気生理学と光遺伝学的手法を組み合わせることで海馬台の主細胞を投射先により分類し、海馬台主細胞による投射先特異的な情報伝達機構を明らかにすることを目標とした。この目標のためには、海馬台の主細胞にChR2を発現させ、投射先を光で局所的に刺激して、ChR2陽性の軸索で生じ逆行性に伝達するスパイクを細胞体で記録することを利用して、投射先により主細胞を分類する。そのためには、海馬台の記録する部位と、その海馬台から投射する脳領域の部位を、脳定位的にサブミリメートルの空間精度で知っておく必要がある。そこで先ずはウイルスベクターを用いて背側の海馬台の主細胞をラベルし、それらがどの脳領域へ投射しているかを詳細に調べた。さらに、それぞれの投射先へ逆行性にラベルする色素またはウイルスベクターを注入し、記録しようとしている海馬台の主細胞が逆行性に染まることを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度はほぼ順調に研究が進んだので、今後はH28年度に達成したことをもとに、さらに研究を推進していく。本研究の3つのサブテーマごとに、方策を述べる。
まず、海馬体の神経細胞間の相互作用・機能的結合が行動の相や経験によってどのように変化するかを調べる目標では、神経細胞間のスパイク伝達効率が学習の過程、睡眠の前後、ならびに行動の相で変化していくことを明らかにし、論文に纏める。
また本研究は、光で活性化されるカチオンチャネルChR2またはプロトンポンプArchTを細胞種特異的な介在細胞に発現させ、それらの細胞を記録しつつその活動を攪拌させて、海馬体の主要な介在細胞のネットワーク活動や情報コードに対する役割を明らかにすることを目標とした。この目的のために、多点同時記録法と光遺伝学を組み合わせ、特定の細胞種を同定した上でその活動を記録したり、特定の細胞種の活動を攪拌した上でその他の細胞の活動を記録したりするシステムを完成させ、介在神経に適用し、それらの役割を明らかにする。
さらに本研究は、電気生理学と光遺伝学的手法を組み合わせることで海馬台の主細胞を投射先により分類し、海馬台主細胞による投射先特異的な情報伝達機構を明らかにすることを目標とした。H28年度に海馬台の記録する部位と、その海馬台から投射する脳領域の部位を、脳定位的にサブミリメートルの空間精度で調べたので、今後は海馬台の主細胞にChR2を発現させ、投射先を光で局所的に刺激して、ChR2陽性の軸索で生じ逆行性に伝達するスパイクを細胞体で記録することを利用して、投射先により主細胞を分類する。その上で、場所・報酬・罰・時間などの脳内表現を調べるのに適した行動中にこれらの主細胞から記録をとり、投射先と情報表現の相関を調べる。
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[Journal Article] A Comparison of Visual Response Properties in the Lateral Geniculate Nucleus and Primary Visual Cortex of Awake and Anesthetized Mice.2017
Author(s)
Durand,S., Iyer,R., Mizuseki,K., de,V.S., Mihalas,S., and Reid,R.C.
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Journal Title
J. Neurosci.
Volume: 36
Pages: 12144-12156
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] 海馬体神経回路の情報処理機構2016
Author(s)
水関健司
Organizer
RIKEN Center for Life Science Technologies, RIKEN Molecular Imaging Seminar
Place of Presentation
理化学研究所ライフサイエンス技術基盤研究センター（兵庫県神戸市）
Year and Date
2016-06-10 – 2016-06-10
Invited
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