赤色の新規シナプスクロライドプローブの開発

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K14552
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 大倉 正道 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (70369172)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 神経科学 / 神経活動 / 抑制性シナプス / クロライドプローブ / 蛍光イメージング

Outline of Annual Research Achievements

神経細胞の個々のシナプスへの興奮性入力による興奮性シナプス後電位（ＥＰＳＰ）と抑制性入力による抑制性シナプス後電位（ＩＰＳＰ）は時に可塑性を示しながら統合され、電気緊張電位として伝わり活動電位を発生させる。シナプスでの統合をより深く理解するためにはイオンの動きと膜電位の可視化が重要となる。ＩＰＳＰは一過性に細胞内クロライド濃度上昇を起こすが、これまでＩＰＳＰによるクロライド上昇は可視化されていない。本研究は、ＩＰＳＰの可視化を目指し、高感度で高い反応性を備えた赤色の新規蛍光クロライドプローブを開発し、抑制性のシナプス可塑性（ｉＬＴＰ）を可視化により解明することを目的としている。２８年度は、クロライド結合タンパク質をクロライド感受性素子として活用しながら、我々が独自に改変を行った赤色蛍光タンパク質ＲＦＰ のｃＤＮＡを基にしてクロライドプローブのプロトタイプを遺伝子工学的に多数試作した。試作したプローブは大腸菌に発現させてタンパク質精製し、蛍光分光光度計および分光光度計を用いてクロライド応答性や光学特性を解析した。クロライド濃度変化に伴う蛍光変化が認められたプローブは培養神経細胞に発現させ、ＧＡＢＡ受容体やグリシン受容体の刺激での蛍光応答の大きさを指標として細胞での性能を評価した。現在得られつつある有望なプローブは、ＰＣＲを用いたｒａｎｄｏｍ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓによりそのｃＤＮＡに変異導入を行い、改良を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

クロライド濃度変化に伴って蛍光変化を示すプローブの開発がおおむね順調に進んでいるため。

Strategy for Future Research Activity

最終年度は、これまでの研究成果に基づき、より反応性に優れたクロライドプローブの開発を継続し、モデル動物の抑制性シナプスに応用することで抑制性のシナプス学習過程を検出できるか検討する。

Research Products

• [Journal Article] Allogeneic transplantation of iPS cell-derived cardiomyocytes regenerates primate hearts. (2016)
  • Author(s): Shiba Y, Gomibuchi T, Seto T, Wada Y, Ichimura H, Tanaka Y, Ogasawara T, Okada K, Shiba N, Sakamoto K, Ido D, Shiina T, Ohkura M, Nakai J, Uno N, Kazuki Y, Oshimura M, Minami I, Ikeda U
  • Journal Title: Nature Volume: 538 Pages: 388-391
  • DOI: 10.1038/nature19815
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The integrative role of orexin/hypocretin neurons in nociceptive perception and analgesic regulation. (2016)
  • Author(s): Inutsuka A, Yamashita A, Chowdhury S, Nakai J, Ohkura M, Taguchi T, Yamanaka A
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6:29480 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1038/srep29480
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Olfactory receptor for prostaglandin F2a mediates male fish courtship behavior. (2016)
  • Author(s): Yabuki Y, Koide T, Miyasaka N, Wakisaka N, Masuda M, Ohkura M, Nakai J, Tsuge K, Tsuchiya S, Sugimoto Y, Yoshihara Y
  • Journal Title: Nature Neuroscience Volume: 19 Pages: 897-904
  • DOI: 10.1038/nn.4314
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 高性能な赤色蛍光Ca2+プローブタンパク質. (2016)
  • Author(s): 大倉正道，中井淳一
  • Journal Title: 化学工業 Volume: 67 Pages: 13-20
• [Presentation] アルツハイマー病モデルマウス海馬CA1領域における神経回路破綻過程の可視化. (2017)
  • Author(s): 高村理沙，水田恒太郎，関根友紀子，イスラムタンビル，斉藤貴志，大倉正道，中井淳一，西道隆臣，林康紀
  • Organizer: 第94回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: アクトシティ浜松（静岡県浜松市）
  • Year and Date: 2017-03-28 – 2017-03-30
• [Presentation] G-CaMP/R-CaMPテクノロジー. (2017)
  • Author(s): 大倉正道
  • Organizer: 日本薬学会第137年会シンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-24 – 2017-03-27
  • Invited
• [Presentation] 高速可変焦点機能を備えた新型内視鏡による超深部脳二光子イメージング. (2017)
  • Author(s): 佐藤正晃，茂木優貴，安藤恵子，大倉正道，中井淳一
  • Organizer: 第90回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 長崎ブリックホール（長崎県長崎市）
  • Year and Date: 2017-03-15 – 2017-03-17
• [Presentation] Ca2+指示タンパク質. (2017)
  • Author(s): 大倉正道
  • Organizer: 新学術領域研究「温度生物学」第2回若手の会
  • Place of Presentation: ホテル東海園（愛知県蒲郡市）
  • Year and Date: 2017-01-18 – 2017-01-18
  • Invited
• [Presentation] Rational design of ultrafast, high-affinity calcium indicators for monitoring neuronal activity. (2016)
  • Author(s): Masatoshi Inoue，Atsuya Takeuchi，Shin-ichiro Horigane，Hajime Fujii，Satoshi Kamijo，Sayaka Takemoto-Kimura，Masamichi Ohkura，Keiko Gengyo-Ando，Masanobu Kano，Junichi Nakai，Kazuo Kitamura，Haruhiko Bito
  • Organizer: The 7th International Neural Microcircuit Conference
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2016-12-08 – 2016-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Calcium imaging and single cell optogenetic analysis of a neural circuit for generate swimming locomotion of the Ciona intestinalis larva. (2016)
  • Author(s): Takeo Horie，Masamichi Ohkura，Kotaro Shimai，Ryoko Horie，Yasunori Sasakura，Takehiro G. Kusakabe，Junichi Nakai，Michael S. Levine，Masashi Nakagawa
  • Organizer: The 22nd International Zoological Meeting Symposium
  • Place of Presentation: 沖縄科学技術大学院大学（沖縄県国頭郡恩納村）
  • Year and Date: 2016-11-14 – 2016-11-19
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Super-field two-photon microscopy for simultaneous imaging of multiple cortical areas at cellular resolution. (2016)
  • Author(s): S.-I. Terada, M. Ohkura, J. Nakai, M. Matsuzaki
  • Organizer: Society for Neuroscience 2016 Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center（San Diego, USA）
  • Year and Date: 2016-11-12 – 2016-11-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temporal coding of reward event by subpopulations of hippocampal CA1 pyramidal neurons. (2016)
  • Author(s): K. Mizuta, M. Sato, Y. Sekine, M. Kawano, T. Islam, R. Takamura, T. Masumoto, T. Takekawa, M. Ohkura, T. Fukai, J. Nakai, Y. Hayashi
  • Organizer: Society for Neuroscience 2016 Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center（San Diego, USA）
  • Year and Date: 2016-11-12 – 2016-11-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Preferential stabilization of behaviorally relevant spatial representations in the hippocampal place map. (2016)
  • Author(s): M. Sato, K. Mizuta, T. Islam, M. Kawano, T. Takekawa, D. Gomez-Dominguez, H. Yamakawa, M. Ohkura, T. Fukai, J. Nakai, Y. Hayashi
  • Organizer: Society for Neuroscience 2016 Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center（San Diego, USA）
  • Year and Date: 2016-11-12 – 2016-11-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A TIGRE reporter mouse line driving Cre- and tTA-dependent expression of the red calcium indicator R-CaMP1.07. (2016)
  • Author(s): P. Bethge, L. Egolf, D.A. Lorenzo, D. Goniotaki, L. Madisen, F.F. Voigt, M. Ohkura, J. Nakai, H. Zeng, A. Aguzzi, F. Helmchen
  • Organizer: Society for Neuroscience 2016 Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center（San Diego, USA）
  • Year and Date: 2016-11-12 – 2016-11-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Representation of reward event by hippocampal CA1 pyramidal neurons. (2016)
  • Author(s): Kotaro Mizuta，Masaaki Sato，Yukiko Sekine，Masako Kawano，Tanvir Islam，Risa Takamura，Takashi Takekawa，Masamichi Ohkura，Tomoki Fukai，Junichi Nakai，Yasunori Hayashi
  • Organizer: 第13回 日韓脳科学・心筋・平滑筋合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 佐賀大学鍋島キャンパス（佐賀県佐賀市）
  • Year and Date: 2016-08-24 – 2016-08-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] チラミンによる線虫運動ニューロン活動の制御. (2016)
  • Author(s): 安藤恵子, 永村ゆう子, 大倉正道, 橋本浩一, 中井淳一
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [Presentation] マウス大脳皮質メゾスコピック回路機能研究のオール光アプローチ. (2016)
  • Author(s): 小泉協, 佐藤正晃, 中井淳一, 大倉正道, 林康紀, 八尾寛
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [Presentation] 行動上重要な場所の表象は海馬CA1場所地図において優先的に安定化される. (2016)
  • Author(s): 佐藤正晃, 水田恒太郎, Tanvir Islam, 河野真子, 竹川高志, Daniel Gomez-Dominguez, 山川宏, 大倉正道, 深井朋樹, 中井淳一, 林康紀
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [Presentation] 経頭蓋直流電気刺激が誘起する可塑性におけるグリア細胞の関与. (2016)
  • Author(s): 毛内拡, 大倉正道, 田中三佳, 大江佑樹, 今野歩, 平井宏和, 御子柴克彦, 糸原重美, 中井淳一, 岩井陽一, 平瀬肇
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [Presentation] Ca感受性蛍光プローブ蛋白発現によるiPS細胞由来心筋細胞興奮特性の長期観察技術の開発. (2016)
  • Author(s): 三輪佳子, 李鍾國, 安河内絢, 大倉正道, 中井淳一, 坂田泰史, 宮川繁, 澤芳樹
  • Organizer: 第37回日本炎症・再生医学会
  • Place of Presentation: 京都市勧業館みやこめっせ（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-06-16 – 2016-06-17
• [Presentation] Olfactory receptor for prostaglandin F2a mediates courtship behavior of male zebrafish. (2016)
  • Author(s): Yoichi Yabuki，Tetsuya Koide，Nobuhiko Miyasaka，Noriko Wakisaka，Miwa Masuda，Masamichi Ohkura，Junichi Nakai，Kyoshiro Tsuge，Soken Tsuchiya，Yukihiko Sugimoto，Yoshihiro Yoshihara
  • Organizer: The 17th International Symposium on Olfaction and Taste
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-06-05 – 2016-06-09
  • Int'l Joint Research
• [Book] 脳内環境辞典 (2017)
  • Author(s): 浅沼幹人，荒木敏之，五十嵐道弘，井川正道，上村紀仁，碓井理夫，内山安男，漆谷真，大海雄介，大倉正道，大西浩史，岡沢秀彦，岡野ジェイムス洋尚，岡村均，岡村康司，小川優樹，貝塚剛志，柿澤昌，河西春郎，加藤英政，他７９名
  • Total Pages: 156（30-31）
  • Publisher: （株）メディカルドゥ
• [Remarks] 埼玉大学研究機構脳末梢科学研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/