高感度シナプスカルシウムプローブを用いたスパイン病態進行機構の研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Unraveling micro-endophenotypes of psychiatric disorders at the molecular, cellular and circuit levels.
• Project/Area Number: 25116504
• 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): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 神経科学 / 海馬 / 樹状突起スパイン / シナプス形態―カルシウム活動連関 / 病態進行

Outline of Annual Research Achievements

海馬は記憶の形成や想起に関わる脳部位であり、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の入力部位である個々の樹状突起棘（スパイン）が記憶に重要であると考えられている。統合失調症等の一部の精神疾患では進行性の記憶障害が生じるが、そのマイクロ病態として海馬でのスパインの萎縮やスパイン数の減少等が明らかにされてきた。しかしこれらのマイクロ病態がどのように進行しているのかは未だに解明されていない。本研究では、マウス海馬スライスの錐体細胞を標本として用い、統合失調症様精神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形態・機能やシナプス近傍の神経内外環境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・進行に関わるマイクロ病態を解明することを目的としている。26年度は前年度に引き続きシナプスの形態とCa2+活動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作製を行った。さらにシナプス病態の経時的な進行を明らかにするため、統合失調症様精神症状の誘発との関連が想定されている異常なDisc1変異体等を神経細胞に発現させ、その効果を蛍光イメージングで検討した。一方研究代表者らが以前に開発した赤色Ca2+プローブであるR-CaMP1.07を基にして、超高感度かつ超高速で微弱な神経活動を検出できる赤色蛍光Ca2+プローブR-CaMP2を開発し、従来以上に高精度に神経活動を解析できることを示した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • Author(s): Inoue M, Takeuchi A, Horigane SI, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, *Nakai J, *Kitamura K, *Bito H
  • Journal Title: Nature Methods Volume: 12 Pages: 64-70
  • DOI: 10.1038/nmeth.3185
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Water-soluble jack-knife prawn extract inhibits 5-hydroxytryptamine-induced vasoconstriction and platelet aggregation in humans. (2015)
  • Author(s): Gamoh S, Kanai T, Tanaka-Totoribe N, Ohkura M, Kuwabara M, Nakamura E, Yokota A, Yamasaki T, Watanabe A, Hayashi M, Fujimoto S, *Yamamoto R
  • Journal Title: Food Funct Volume: 6 Pages: 444-449
  • DOI: 10.1039/C4FO00716F
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reward-timing-dependent bidirectional modulation of cortical microcircuits during optical single-neuron operant conditioning. (2014)
  • Author(s): Hira R, Ohkubo F, Masamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, *Matsuzaki M
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5:5551 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/ncomms6551
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Imaging intraorganellar Ca2+ at subcellular resolution using CEPIA. (2014)
  • Author(s): Suzuki J, Kanemaru K, Ishii K, Ohkura M, Okubo Y, *Iino M
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5:4153 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1038/ncomms6551
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [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92回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [Presentation] マウス皮質において正確な知覚に必要なトップダウン制御のメカニズム. (2015)
  • Author(s): 真仁田聡, 鈴木崇之, 本間千尋, 松元崇, 小田川摩耶, 山田一之, 太田桂輔, 松原智恵, 犬束歩, 佐藤正晃, 大倉正道, 山中章弘, 柳川右千夫, 中井淳一, 林康紀, Matthew E. Larkum, 村山正宜
  • Organizer: 第92回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [Presentation] 海馬CA1における価値表現の選択的保持. (2015)
  • 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, 大倉正道, 中井淳一, 林康紀
  • Organizer: 第92回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [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88回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [Presentation] タンパク質型Ca2+インジケーターCEPIAを用いた小胞体・ミトコンドリア内腔Ca2+動態の可視化と機能解析. (2015)
  • Author(s): 鈴木純二, 金丸和典, 石井邦明, 大倉正道, 大久保洋平, 飯野正光
  • Organizer: 第88回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [Presentation] 蛍光カルシウムタンパクG-CaMPによるin vivoカルシウムイメージング. (2014)
  • Author(s): 中井淳一, 大倉正道, 安藤恵子
  • Organizer: 東京理科大学総合研究機構イメージングフロンティア研究部門 2014年度シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学野田キャンパス（千葉県野田市）
  • Year and Date: 2014-12-20 – 2014-12-20
  • Invited
• [Presentation] 個体（線虫）レベルでの超多並列刺激応答モニターシステム (2014)
  • Author(s): 藤泰一, 高橋尚也, 安藤恵子, 大倉正道, 中井淳一, 西垣功一
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Imaging deep-layer neuronal activity in mouse barrel cortex using 1040-nm excitation of a red fluorescent-protein calcium indicator. (2014)
  • Author(s): Carta S, Chen J, Voigt F, Schneider B, Ohkura M, Nakai J, Helmchen F
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Walter E. Washington Convention Center（Washington DC, USA）
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] A comparative study of the two-photon performance of GCaMPs and GECOs. (2014)
  • Author(s): Podor B, Zhao Y, Wu J, Hu Y, Ohkura M, Nakai J, Campbell R, Croll R, Fine A
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Walter E. Washington Convention Center（Washington DC, USA）
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] 神経細胞内局所カルシウム動態の可視化を目指した高感度シナプスカルシウムプローブG-CaMP6-actinの応用. (2014)
  • Author(s): 大倉正道, 小林千晃, 貞苅純子, 佐々木拓哉, 池谷裕二, 中井淳一
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] Visualization of cerebral calcium dynamics by a transgenic mouse that express G-CaMP7 in neurons and glia. (2014)
  • Author(s): Monai H, Ohkura M, Tanaka M, Itohara S, Nakai J, Iwai Y, Hirase H
  • 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 – 2014-09-13
• [Presentation] Single-neuron operant conditioning by two-photon imaging induces reward-timing-dependent modulation in cortical microcircuit. (2014)
  • Author(s): Hira R, Ohkubo F, Masamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • 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 – 2014-09-13
• [Presentation] 大脳皮質におけるトップダウン回路の構造と機能. (2014)
  • Author(s): 真仁田聡, 鈴木崇之, 本間千尋, 松元崇, 小田川摩耶, 山田一之, 太田桂輔, 松原智恵, 犬束歩, 佐藤正晃, 大倉正道, 山中章弘, 柳川右千夫, 中井淳一, 林康紀, Matthew E. Larkum, 村山正宜
  • 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 – 2014-09-13
• [Presentation] ホヤ幼生の遊泳運動神経回路の構造と生理機能の解析. (2014)
  • Author(s): 堀江健生, 大倉正道, 日下部岳広, 中井淳一, 中川将司
  • Organizer: 日本動物学会第85回大会
  • Place of Presentation: 東北大学川内北キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 細胞触覚センサのための小型蛍光観察システムの開発. (2014)
  • Author(s): 民山浩輔, 清水正宏, 宮坂恒太, 小椋利彦, 中井淳一, 大倉正道, 細田耕
  • Organizer: 第32回日本ロボット学会学術講演会
  • Place of Presentation: 九州産業大学（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [Presentation] Ca2+イメージング. (2014)
  • Author(s): 大倉正道
  • Organizer: 第39回組織細胞化学講習会
  • Place of Presentation: ピアザ淡海（滋賀県大津市）
  • Year and Date: 2014-08-06 – 2014-08-08
  • Invited
• [Presentation] Cerebral blood flow modulation by basal forebrain or whisker stimulation can occur independently of large cytosolic Ca2+ signaling in astrocytes. (2014)
  • Author(s): Oe Y, Ozawa K, Takata N, Nagai T, Konno A, Ohkura M, Hirai H, Nakai J, Mikoshiba K, Hirase H
  • Organizer: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • Place of Presentation: MiCo （Milan, Italy）
  • Year and Date: 2014-07-05 – 2014-07-09
• [Presentation] Single-neuron operant conditioning by two-photon imaging induces reward-timing-dependent biderectional modulations in cortical microcircuit. (2014)
  • Author(s): Hira R, Ohkubo F, Masamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • Organizer: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • Place of Presentation: MiCo （Milan, Italy）
  • Year and Date: 2014-07-05 – 2014-07-09
• [Presentation] Imaging subcellular Ca2+ dynamics of neurons with a highly responsive genetically encoded Ca2+ indicator. (2014)
  • Author(s): Ohkura M, Kobayashi C, Sadakari J, Sasaki T, Ikegaya Y, Nakai J
  • Organizer: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • Place of Presentation: MiCo （Milan, Italy）
  • Year and Date: 2014-07-05 – 2014-07-09
• [Book] 高感度Ca2+プローブG-CaMPを用いた脳内シナプス活動のイメージング.『脳内環境-恒常性維持機構の破綻と病気』 (2014)
  • Author(s): 大倉正道, 中井淳一
  • Total Pages: 220（108-113）
  • Publisher: （株）メディカルドゥ
• [Book] Ca2+イメージング.『組織細胞化学2014』 (2014)
  • Author(s): 大倉正道, 中井淳一
  • Total Pages: 230（161-168）
  • Publisher: 日本組織細胞化学会
• [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)] カルシウム指示遺伝子 (2014)
  • 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: 独立行政法人科学技術振興機構
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2014-120828
  • Filing Date: 2014-06-11