高感度カルシウムプローブを用いた神経局所温度―活動連関の研究

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integrative understanding of biological phenomena with temperature as a key theme
• Project/Area Number: 16H01378
• 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 / シナプス / カルシウム活動 / 代謝活動 / 温度

Outline of Annual Research Achievements

海馬錐体細胞において、グルタミン酸作動性の興奮性シナプス入力部位である個々の樹状突起棘（スパイン）は記憶に重要な役割を果たしている。統合失調症等の一部の神経疾患では海馬でのスパインの萎縮やスパイン数の減少等に伴って進行性の記憶障害が生じるが、その１つの原因としてミトコンドリアの障害によるＡＴＰの産生低下、ひいてはシナプスでの熱産生の低下が関与する可能性がある。しかしＡＴＰ産生や熱産生の低下がどのようにスパインの活動不全を起こすのかは未だに明らかにされていない。本研究は、統合失調症様の症状を誘発させる薬物の投与や遺伝子の操作によって個々のスパインの温度、Ｃａ２＋活動、ＡＴＰ産生がどのように変化するのかを明らかにし、記憶障害の発現・進行に関わる神経局所温度―活動連関を解明することを目的としている。２９年度はシナプスの温度、Ｃａ２＋活動、ＡＴＰ産生の経時変化をイメージングで測定することを可能にする蛍光プローブの改良を行った。シナプス内のＣａ２＋活動を高精度に評価できるように蛍光Ｃａ２＋プローブの明るさと感度の改善を進めた結果、高輝度でＧ－ＣａＭＰ７．０９より格段に高感度なＣａ２＋プローブであるＧ－ＣａＭＰ７．０９改良体を開発することに成功した。開発したＣａ２＋プローブは、シナプス病態の経時的な進行を明らかにすべく既存の温度プローブ、ＡＴＰプローブとともに神経標本に適用し、長時間培養下での蛍光イメージングを行った。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Fast varifocal two-photon microendoscope for imaging neuronal activity in the deep brain. (2017)
  • Author(s): Sato M, Motegi Y, Yagi S, Gengyo-Ando K, Ohkura M, Nakai J
  • Journal Title: Biomed Opt Express Volume: 8 Pages: 4049-4060
  • DOI: 10.1364/BOE.8.004049
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Two-photon calcium imaging of the medial prefrontal cortex and hippocampus without cortical invasion. (2017)
  • Author(s): Kondo M, Kobayashi K, Ohkura M, Nakai J, Matsuzaki M
  • Journal Title: eLife Volume: 6:e26839 Pages: 1-20
  • DOI: 10.7554/eLife.26839
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A new platform for long-term tracking and recording of neural activity and simultaneous optogenetic control in freely behaving Caenorhabditis elegans. (2017)
  • Author(s): Gengyo-Ando K, Kagawa-Nagamura Y, Ohkura M, Fei X, Chen M, Hashimoto K, Nakai J
  • Journal Title: J Neurosci Methods Volume: 286 Pages: 56-68
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2017.05.017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An R-CaMP1.07 reporter mouse for cell-type-specific expression of a sensitive red fluorescent calcium indicator. (2017)
  • Author(s): Bethge P, Carta S, Lorenzo DA, Egolf L, Goniotaki D, Madisen L, Voigt FF, Chen JL, Schneider B, Ohkura M, Nakai J, Zeng H, Aguzzi A, Helmchen F
  • Journal Title: PLoS One Volume: 12:e0179460 Pages: 1-19
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0179460
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ca2＋センサーG-CaMPの進歩 (2017)
  • Author(s): 大倉正道, 中井淳一
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 68(5) Pages: 442-443
  • DOI: 10.11477/mf.2425200685
• [Presentation] 小脳苔状線維活動のカルシウムイメージングによる解析. (2018)
  • Author(s): 真仁田聡, 池添貢司, 佐藤正晃, 大倉正道, 中井淳一, 林康紀, 喜多村和郎
  • Organizer: 第95回日本生理学会大会
• [Presentation] タンパク質でできた蛍光センサーによる生体内カルシウムイメージング. (2018)
  • Author(s): 中井淳一, 大倉正道, 佐藤正晃, 安藤恵子
  • Organizer: レーザー学会技術講演会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Unraveling the dynamism of engram cells during contextual memory processing. (2017)
  • Author(s): Ghandour K, Ohkawa N, Fung CCA, Saitoh Y, Takekawa T, Asai H, Okubo-Suzuki R, Nomoto M, Soya S, Tsujimura S, Nishizono H, Matsuo M, Sato M, Ohkura M, Nakai J, Hayashi Y, Sakurai T, Osanai M, Fukai T, Inokuchi K
  • Organizer: Society for Neuroscience 2017 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Two-photon calcium imaging of medial prefrontal cortex and hippocampus without cortical invasion. (2017)
  • Author(s): Kondo M, Kobayashi K, Nakai J, Ohkura M, Matsuzaki M
  • Organizer: Society for Neuroscience 2017 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional breakdown processes of neural circuits in hippocampal CA1 region of Alzheimer’s disease model mice. (2017)
  • Author(s): Takamura R, Mizuta K, Sekine Y, Islam T, Saito T, Takekawa T, Ohkura M, Fukai T, Nakai J, Saido TC, Hayashi Y
  • Organizer: Society for Neuroscience 2017 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cellular mechanisms for the formation and plasticity of hippocampal cognitive maps. (2017)
  • Author(s): Sato M, Mizuta K, Islam T, Kawano M, Takekawa T, Gomez-Dominguez D, Yamakawa H, Ohkura M, Fukai T, Nakai J, Hayashi Y
  • Organizer: Society for Neuroscience 2017 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] カルシウムイメージング法によるホヤ幼生gnrh発現細胞の活動記録. (2017)
  • Author(s): 大川奈菜子, 島井光太郎, 大倉正道, 中井淳一, 堀江健生, 久原篤, 日下部岳広
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会 (ConBio2017)
• [Presentation] Ultra-thin fluorescence endoscope imaging system for functional biological imaging. (2017)
  • Author(s): Osanai M, Ohkawa N, Kamiya A, Inami C, Sato M, Ohkura M, Kojima T, Kohmura Y, Hayashi Y, Yanagawa Y, Ohsawa M, Nakai J, Inokuchi K, Homma N, Mushiake H
  • Organizer: 計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 2017
• [Presentation] 線虫自動追尾装置による神経活動の可視化. (2017)
  • Author(s): 中井淳一, 大倉正道, 橋本浩一, 安藤恵子
  • Organizer: 生理研研究会「心臓・血管系の頑健性と精緻な制御を支える分子基盤の統合的解明」
• [Presentation] 複数の空間スケールのカルシウムイメージングにより明らかにされる感覚誘発大脳皮質ダイナミクス. (2017)
  • Author(s): 茂木優貴, 佐藤正晃, 安藤恵子, 沖篤志, 岩井陽一, 毛内拡, 平瀬肇, 大倉正道, 中井淳一
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] 頭部固定コモンマーモセット一次運動野における前肢運動課題実行中の2光子イメージング. (2017)
  • Author(s): 蝦名鉄平, 正水芳人, 平川玲子, 渡我部昭哉, 大倉正道, 小林憲太, 纐纈大輔, 南部篤, 彦坂和雄, 佐々木えりか, 中井淳一, 山森哲雄, 松崎政紀
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] 海馬CA1セルアセンブリによる報酬事象表現. (2017)
  • Author(s): 水田恒太郎, 佐藤正晃, 関根友紀子, 河野真子, イスラム タンビル, 高村理沙, 竹川嵩志, 大倉正道, 深井朋樹, 中井淳一, 林康紀
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] 内側前頭野における皮質内非侵襲な二光子カルシウムイメージング法の開発. (2017)
  • Author(s): 近藤将史, 大倉正道, 中井淳一, 小林憲太, 松崎政紀
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] 超視野2光子励起顕微鏡による単一細胞解像度での複数領野同時イメージング法の開発. (2017)
  • Author(s): 寺田晋一郎, 大倉正道, 中井淳一, 小林憲太, 松崎政紀
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] 大脳皮質に投射した視床軸索の広視野カルシウムイメージング. (2017)
  • Author(s): 吉田恵梨子, 寺田晋一郎, 大倉正道, 中井淳一, 小林憲太, 松崎政紀
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] 脳機能イメージングのための極微細蛍光内視鏡イメージングシステム. (2017)
  • Author(s): 小山内実, 大川宜昭, 坂本一寛, 三輪秀樹, 菊田里美, 田村篤史, 佐藤正晃, 大倉正道, 小島太郎, 幸村裕治, 中井淳一, 林康紀, 柳川右千夫, 井ノ口馨, 本間経康, 虫明元
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Identification of characteristic dynamism of engram cells during learning. (2017)
  • Author(s): Ghandour K, Ohkawa N, Fung CCA, Saitoh Y, Takekawa T, Asai H, Okubo-Suzuki R, Nomoto M, Tsujimura S, Nishizono H, Matsuo M, Sato M, Ohkura M, Nakai J, Hayashi Y, Fukai T, Inokuchi K
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] 海馬認知地図形成の神経細胞ダイナミクス. (2017)
  • Author(s): 佐藤正晃, 水田恒太郎, Islam T, 河野真子, 竹川高志, Gomez-Dominguez D, 山川宏, 大倉正道, 深井朋樹, 中井淳一, 林康紀
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] アルツハイマー病モデルマウス海馬CA1領域における神経機能回路の破綻過程. (2017)
  • Author(s): 高村理沙, 水田恒太郎, 関根友紀子, Islam T, 斉藤貴志, 竹川高志, 大倉正道, 深井朋樹, 中井淳一, 西道隆臣, 林康紀
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] 遺伝子コード型プローブを用いたCa2+イメージング. (2017)
  • Author(s): 大倉正道
  • Organizer: 滋賀医科大学第123回実験実習支援センターセミナー
  • Invited
• [Presentation] 遺伝子コード型プローブを用いたCa2+イメージング. (2017)
  • Author(s): 大倉正道
  • Organizer: 第58回日本組織細胞化学会総会・学術集会
  • Invited
• [Presentation] 新規電位センサー・カルシウムセンサーを用いた神経活動測定. (2017)
  • Author(s): 中井淳一, 大倉正道, 佐藤正晃, 安藤恵子
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会シンポジウム
  • Invited
• [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/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 高輝度な緑色蛍光カルシウムセンサー蛋白質 (2017)
  • Inventor(s): 大倉正道, 中井淳一
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人埼玉大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2017- 80368