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2014 Fiscal Year Annual Research Report

ウイルスベクターシステムを駆使した線条体入力系の構造─機能連関の解明

Research Project

Project/Area Number 25250003
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

高田 昌彦  京都大学, 霊長類研究所, 教授 (00236233)

Project Period (FY) 2013-10-21 – 2016-03-31
Keywords神経回路 / 大脳基底核 / 線条体 / ウイルスベクター / 霊長類
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、さまざまなウイルスベクターを利用した先端的神経ネットワーク解析システムを確立し、それらを駆使して、霊長類の大脳基底核を巡る神経ネットワークの構造と機能を明らかにすることを目的としている。平成26年度は、まず「高発現型multi-color狂犬病ウイルスベクターを用いた前頭葉皮質への多シナプス性出力様式と皮質―線条体入力様式に基づく線条体の機能マッピング」において、前年度に開発した4種類の蛍光蛋白質をそれぞれ発現する狂犬病ウイルスベクターを、単一サル個体の異なる前頭前野領域に注入し、二次および三次ニューロンとして各蛍光蛋白質でラベルされた淡蒼球内節・黒質網様部ニューロンあるいは線条体ニューロンの分布、および複数の蛍光蛋白質で多重ラベルされたニューロンの分布を解析するとともに、アデノ随伴ウイルスベクターによる皮質領域からの順行性トレーシングを併用して、線条体への入力と線条体からの出力の局在関係を解析し、大脳皮質─大脳基底核ループ回路の基本的構築を明らかにする研究計画を進めている。また、「線条体の特定の部位に入力するニューロンの入出力解析法の確立」では、前年度に改良したマーカー蛋白質のリーク発現を低減した逆行性感染型レンチウイルスベクター(改変テトラサイクリン応答配列の下流にFLEX配列に挟まれた逆位の膜局在型蛍光蛋白質(pal-XFP1)遺伝子とシナプシンプロモータの下流にタグ遺伝子の2つの配列を組み込んだもの)を線条体に、Creリコンビナーゼ等の部位特異的組換え酵素と、flagタグを付加した改変テトラサイクリンアクチベータを発現するアデノ随伴ウイルスベクターを黒質に注入したモデルザルを作製し、線条体に投射する黒質ニューロンで2種類のベクターの多重感染が成立し、pal-XFPの発現が誘導され軸索が可視化されることを確認する研究計画を進めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

「高発現型multi-color狂犬病ウイルスベクターを用いた前頭葉皮質への多シナプス性出力様式と皮質―線条体入力様式に基づく線条体の機能マッピング」については、平成26年度の研究実施計画に記載したように、異なる前頭前野領域に注入した4種類の狂犬病ウイルスベクターで二次および三次ニューロンとして単一あるいは複数の蛍光蛋白質でラベルされた大脳基底核ニューロンの分布を解析するとともに、アデノ随伴ウイルスベクターによる皮質領域からの順行性トレーシングを併用して、線条体への入力と線条体からの出力の局在関係を解析する研究計画が進行中である。また、4種類の蛍光タンパク質を発現する改変型狂犬病ウイルスベクターを利用した前頭葉皮質からの多重逆行性越シナプス的トレーシングに成功し、現在、大脳基底核各領域におけるラベルされたニューロンの分布様式を解析中である。同様に、「線条体の特定の部位に入力するニューロンの入出力解析法の確立」についても、開発・改良に成功した2種類ウイルスベクターを用いて、線条体に投射する黒質ニューロンでベクターの多重感染が成立し、pal-XFPの発現が誘導され軸索が可視化されることを確認しており、全体として研究が順調に進展していると考えられるため。

Strategy for Future Research Activity

研究計画は当初の予定どおり順調に進展しているので、平成27年度(最終年度)は以下の3つの研究計画を進める。
(1)前年度から進めてきた「高発現型multi-color狂犬病ウイルスベクターを用いた前頭葉皮質への多シナプス性出力様式と皮質―線条体入力様式に基づく線条体の機能マッピング」および「線条体の特定の部位に入力するニューロンの入出力解析法の確立」に関する研究計画を継続する。
(2)「線条体の特定の部位に入力するニューロンの入出力解析法の確立」に関する研究計画を達成後、そこで開発した入出力解析法を用いて、「線条体の特定の部位に入力する視床および黒質のニューロン群の入出力解析」に着手する。具体的には、2種類の逆行性感染型レンチウイルスベクター(異なるpalXFPとTVAあるいはTVBをコード)をそれぞれ線条体の異なる部位に、アデノ随伴ウイルスベクターを視床(髄板内核など)や黒質に注入し、EnvAあるいはEnvBでシュードタイプされた2種類の感染伝播能欠失(G遺伝子欠損)型狂犬病ウイルスベクターをアデノ随伴ウイルスベクターと同じ領域に注入することにより、線条体の注入部位に投射するニューロン群においてベクターの多重感染を成立させ、TRE-XFPによる軸索の強力な可視化と、EnvA-TVAあるいはEnvB-TVBの結合による選択的感染を介する狂犬病ウイルスベクターの単シナプス的逆行性感染伝播をとおして、その入出力を同定する。
(3)(2)と同様、「線条体の特定の部位に入力するニューロンの入出力解析法の確立」に関する研究計画を達成後、そこで改良したTet-On発現制御法を用いて、「視床、黒質、前頭葉皮質から線条体の特定の部位に入力する神経路に対する機能介入」についても併せて検討する。

  • Research Products

    (29 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (25 results) (of which Invited: 4 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Morphological study of the accommodative apparatus in the monkey eye.2015

    • Author(s)
      Hiraoka M, Inoue K, Senoo H, Takada M
    • Journal Title

      Anat Rec

      Volume: 298 Pages: 630-636

    • DOI

      10.1002/ar.23100

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sporadic premature aging in a Japanese monkey: a primate model for progeria.2014

    • Author(s)
      Oishi T, Imai H, Go Y, Imamura M, Hirai H, Takada M
    • Journal Title

      PLoS ONE

      Volume: 9 Pages: e111867

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0111867

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Contribution of RGMa inhibition to recovery of motor functions after spinal cord injury in macaques.2015

    • Author(s)
      Nakagawa H, Ninomiya T, Yamashita T, Takada M
    • Organizer
      11th Goettingen Meeting of the German Neuroscience Society
    • Place of Presentation
      ドイツ,ゲッティンゲン
    • Year and Date
      2015-03-19 – 2015-03-19
  • [Presentation] 経路選択的な神経回路操作技術のマーモセット脳機能研究への応用2015

    • Author(s)
      高田昌彦
    • Organizer
      第4回マーモセット研究会
    • Place of Presentation
      犬山国際観光センターフロイデ(愛知県犬山市)
    • Year and Date
      2015-01-22 – 2015-01-22
    • Invited
  • [Presentation] ウィルスベクターを用いた外来遺伝子導入による疾患モデル霊長類の開発2014

    • Author(s)
      高田昌彦
    • Organizer
      システム神経科学セミナー
    • Place of Presentation
      国立精神・神経医療研究センター(東京都小平市)
    • Year and Date
      2014-12-15 – 2014-12-15
    • Invited
  • [Presentation] Enhanced functional recovery after spinal cord injury by inhibition of repulsive guidance molecule in macaques.2014

    • Author(s)
      Nakagawa H, Ninomiya T, Yamashita T, Takada M
    • Organizer
      VMT2014“Vision, Memory, Thought: how cognition emerges from neural network”
    • Place of Presentation
      伊藤国際学術研究センター(東京都文京区)
    • Year and Date
      2014-12-06 – 2014-12-07
  • [Presentation] Past outcome monitoring and subsequent behavioral adjustment in the primate lateral habenula and anterior cingulate cortex during a reversal learning task.2014

    • Author(s)
      Kawai T, Yamada H, Sato N, Takada M, Matsumoto M
    • Organizer
      VMT2014“Vision, Memory, Thought: how cognition emerges from neural network”
    • Place of Presentation
      伊藤国際学術研究センター(東京都文京区)
    • Year and Date
      2014-12-06 – 2014-12-06
  • [Presentation] Systemic delivery of an AAV vector in neonatal macaques results in widespread gene transduction into neurons throughout the brain.2014

    • Author(s)
      Inoue K, Kimura K, Yasukouchi R, Sugawara N, Okuda Y, Fujiwara M, Takada M
    • Organizer
      VMT2014“Vision, Memory, Thought: how cognition emerges from neural network”
    • Place of Presentation
      伊藤国際学術研究センター(東京都文京区)
    • Year and Date
      2014-12-06 – 2014-12-06
  • [Presentation] Intravascular administration of an AAV vector to neonatal macaques results in widespread gene transduction into neurons throughout the primate brain.2014

    • Author(s)
      Inoue K, Kimura K, Yasukochi R, Sugawara N, Okuda Y, Fujiwara M, Takada M
    • Organizer
      第44回北米神経学会大会(SFN)
    • Place of Presentation
      ワシントンDC,USA
    • Year and Date
      2014-11-19 – 2014-11-19
  • [Presentation] Effectiveness of inhibition of the repulsive guidance molecule, RGMa on the functional recovery following spinal cord injury in macaques.2014

    • Author(s)
      H. NAKAGAWA*; T. NINOMIYA; T. YAMASHITA; M. TAKADA.
    • Organizer
      第44回北米神経学会大会(SFN)
    • Place of Presentation
      ワシントンDC,USA
    • Year and Date
      2014-11-19 – 2014-11-19
  • [Presentation] Distinct cortical and subcortical networks drive myoclonic and vocal tics in the nonhuman primate model of Tourette syndrome: A PET and electrophysiological study.2014

    • Author(s)
      K. W. McCairn, Nagai Y, Hori Y, Iriki A, Takada M, Minamimoto T, Isoda M, Matsumoto M
    • Organizer
      第44回北米神経学会大会(SFN)
    • Place of Presentation
      ワシントンDC,USA
    • Year and Date
      2014-11-18 – 2014-11-18
  • [Presentation] Enhancement of INaP-mediated resonance by mGluR-I activation induces burst firing in mesencephalic trigeminal sensory neurons.2014

    • Author(s)
      Kang Y, Chung G, Saito M, Takada M, Bae Y, Kim J, Oh S
    • Organizer
      第44回北米神経学会大会(SFN)
    • Place of Presentation
      ワシントンDC,USA
    • Year and Date
      2014-11-18 – 2014-11-18
  • [Presentation] Brain shrinkage and reduced nerve conduction velocity in a progeroid-like macaque monkey.2014

    • Author(s)
      Oishi T, Imai H, Go Y, Hirai H, Takada M
    • Organizer
      第44回北米神経学会大会(SFN)
    • Place of Presentation
      ワシントンDC,USA
    • Year and Date
      2014-11-17 – 2014-11-17
  • [Presentation] In vivo PET imaging of the behaviorally active designer receptor in macaque monkeys.2014

    • Author(s)
      Nagai Y, Kikuchi E, W. Lerchner, Inoue K, Oh-nishi A, Kaneko H, Kato Y, Hori Y, B. Ji, Kumata K, M. Zhang , Aoki I, Suhara T, Takada M, Higuchi M, B. J. Richmond, Minamimoto T
    • Organizer
      第44回北米神経学会大会(SFN)
    • Place of Presentation
      ワシントンDC,USA
    • Year and Date
      2014-11-17 – 2014-11-17
  • [Presentation] 狂犬病ウイルスを駆使した多シナプス性神経ネットワークの解析2014

    • Author(s)
      高田昌彦
    • Organizer
      分子精神神経薬理学研究セミナー
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2014-11-07 – 2014-11-07
    • Invited
  • [Presentation] マカクザル脳における加齢に伴うアミロイドβ蛋白の蓄積変化2014

    • Author(s)
      木村活生,井上謙一,田中章景,高田昌彦
    • Organizer
      第37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
      2014-09-13 – 2014-09-13
  • [Presentation] ニホンザルが示した神経系等の早老症的症状2014

    • Author(s)
      大石高生,今井啓雄,郷康広,平井啓久,高田昌彦
    • Organizer
      第37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
      2014-09-13 – 2014-09-13
  • [Presentation] DREADDを用いたサルの行動制御とPET生体内イメージング2014

    • Author(s)
      永井裕司,菊池瑛理佳,Walter Lerchner,井上謙一,大西新,金子博之,加藤陽子,堀由紀子,季斌,熊田勝志,張明栄,青木伊知男,須原哲也,高田昌彦,樋口真人,Barry J Richmond,南本敬史
    • Organizer
      第37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
      2014-09-13 – 2014-09-13
  • [Presentation] 脊髄損傷からの回復過程における皮質脊髄路の再編2014

    • Author(s)
      澤田真寛,吉野-斎藤 紀美香,二宮太平,大石高生,山下俊英,高田昌彦,尾上浩隆,西村幸男,伊佐正
    • Organizer
      第37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
      2014-09-12 – 2014-09-12
  • [Presentation] AAVベクターによる霊長類新生児への全脳的遺伝子導入2014

    • Author(s)
      井上謙一,木村 活生,安河内 竜二,菅原 直也,小笠原 宇弥,奥田 泰弘,藤原 真紀,高田昌彦
    • Organizer
      第37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
      2014-09-12 – 2014-09-12
  • [Presentation] サル脊髄損傷後の運動機能回復と神経再生におけるRGMの役割2014

    • Author(s)
      中川浩,二宮太平,高田昌彦,山下俊英
    • Organizer
      第37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
      2014-09-11 – 2014-09-11
  • [Presentation] 運動課題遂行中のサルにおける淡蒼球ニューロン活動のグルタミン酸およびGABA作動性調節2014

    • Author(s)
      金子将也,畑中伸彦,高良沙幸,高田昌彦,南部篤
    • Organizer
      第37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
      2014-09-11 – 2014-09-11
  • [Presentation] 報酬履歴と行動切替に関わる外側手綱核と前部帯状皮質の異なる神経表現2014

    • Author(s)
      川合隆嗣,山田洋,佐藤暢哉,高田昌彦,松本正幸
    • Organizer
      第37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
      2014-09-11 – 2014-09-11
  • [Presentation] 霊長類モデルを用いた今後の研究展開2014

    • Author(s)
      高田昌彦
    • Organizer
      ワークショップ「システム神経科学の将来展望」
    • Place of Presentation
      ホテル鞠水亭(静岡県浜松市)
    • Year and Date
      2014-08-30 – 2014-08-30
  • [Presentation] パーキンソン病モデルサルにおける大脳皮質-大脳基底核経路の情報伝達異常2014

    • Author(s)
      高田昌彦
    • Organizer
      第39回日本大脳基底核研究会
    • Place of Presentation
      青森国際ホテル(青森県青森市)
    • Year and Date
      2014-08-23 – 2014-08-23
  • [Presentation] 黒質ドーパミン神経細胞への外来遺伝子導入によるパーキンソン病の予防的治療戦略2014

    • Author(s)
      高田昌彦
    • Organizer
      第10回横浜パーキンソン病治療研究会
    • Place of Presentation
      崎陽軒本店マンダリンイースト(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-07-16 – 2014-07-16
    • Invited
  • [Presentation] 手指屈筋由来の運動ニューロン分布とサル脊髄損傷後の手指機能回復について2014

    • Author(s)
      中川浩,二宮太平,高田昌彦,山下俊英
    • Organizer
      第49回日本理学療法学術大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-05-30 – 2014-06-01
  • [Book] Clinical neuroscience 「メインテーマ 脳のゆらぎ・同期・オシレーション」2014

    • Author(s)
      井上謙一,高田昌彦
    • Total Pages
      840
    • Publisher
      中外医学者
  • [Remarks] 京都大学霊長類研究所・統合脳システム分野 ホームページ

    • URL

      http://www.pri.kyoto-u.ac.jp/sections/systems_neuroscience/index.html

URL: 

Published: 2016-06-01  

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