運動学習における長期記憶機構の研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 26115504
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 中井 淳一 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (80237198)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 長期記憶 / 運動学習 / カルシウム / G-CaMP / ゼブラフィッシュ

Outline of Annual Research Achievements

短期記憶から長期記憶へと移行することを記憶の定着という。小脳においては、運動学習に関して記憶の定着の際、記憶が小脳皮質から小脳核へと移行すると考えられている。しかし、記憶の定着についてはそのメカニズムがまだよく分かっていない。本研究では運動学習の長期記憶メカニズムを解明することを目的としている。そこでゼブラフィッシュの稚魚をもちいて視覚刺激によるoptokinetic response(OKR)を計測可能な測定系を立ち上げた。現在はOKR学習の実験システムをテストしOKRの責任部位の探索を行っている。小脳神経細胞の可視化に関して、顆粒細胞特異的にGFPを発現するトランスジェニックラインを用いて小脳神経細胞を可視化することも可能となっている。現在蛍光カルシウムプローブであるG-CaMPやR-CaMPをプルキンエ細胞、Eurydendroid cellの細胞に発現するトランスジェニックゼブラフィッシュを作成しつつある。それとともに学習に伴う神経活動記録を高感度に行うことができるR-CaMP2を開発した。R-CaMP2は高感度であり、かつ光遺伝学との併用も容易であるため実験系がシンプルになると期待している。本研究により小脳の運動学習・記憶の定着のメカニズムが解明され、記憶のメカニズムの解明が進むと期待される。また、研究成果は記憶力が落ちるメカニズムの解明や、脳卒中後のリハビリの効率化、スポーツ強化にもつながる可能性がある。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

optokinetic response(OKR)と小脳神経活動を計測可能な測定系は立ち上げがっている。OKRの責任部位の探索を進めている。しかし、プルキンエ細胞特異的な発現には新たにトランスジェニックラインを作成する必要があることが判明し、現在トランスジェニックゼブラフィッシュを作成しつつある。トランスジェニックラインの確立には時間が必要でその点でやや遅れ気味と判断した。

Strategy for Future Research Activity

今後は光遺伝学を取り入れつつ責任部位の探索を進める。当初はプルキンエ細胞とEurydendroid cellの蛍光測定を計画していたが、プルキンエ細胞特異的な蛍光プローブの発現系の確立には時間を要する模様のため、顆粒細胞および下オリーブ核特異的発現ラインの解析を加え研究を遂行する予定である。

Research Products

• [Journal Article] JSAP1/JIP3 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2015)
  • Author(s): Sato T, Ishikawa M, Mochizuki M, Ohta M, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • Journal Title: Cell Death Differ Volume: - Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1038/cdd.2014.207.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RING finger protein 121 facilitates the degradation and membrane localization of voltage-gated sodium channels. (2015)
  • Author(s): Ogino K, Low SE, Yamada K, Saint-Amant L, Zhou W, Muto A, Asakawa K, Nakai J, Kawakami K, Kuwada JY, Hirata H
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 112 Pages: 2859-2864
  • DOI: 10.1073/pnas.1414002112.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rational design of a novel high-affinity, ultrafast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • Author(s): Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • Journal Title: Nat. Methods Volume: 12 Pages: 64-70
  • DOI: 10.1038/nmeth.3185.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mitochondrial Ca2+ uptake by the voltage-dependent anion channel 2 regulates cardiac rhythmicity. (2014)
  • Author(s): Shimizu H, Schredelseker J, Huang J, Lu K, Naghdi S, Lu F, Franklin S, Fiji HD, Wang K, Zhu H, Tian C, Lin B, Nakano H, Ehrlich A, Nakai J, Stieg AZ, Gimzewski JK, Nakano A, Goldhaber JI, Vondriska TM, Hajnoczky G, Kwon O, Chen JN.
  • Journal Title: Elife Volume: 4 Pages: 1-20
  • DOI: 10.7554/eLife.04801.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reward-timing-dependent bidirectional modu- lation 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: Nat. Commun. Volume: 24 Pages: 5551
  • DOI: 10.1038/ncomms6551.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Excitation propagation in three-dimensional engineered hearts using decellularized extracellular matrix. (2014)
  • Author(s): Yasui H, Lee JK, Yoshida A, Yokoyama T, Nakanishi H, Miwa K, Naito AT, Oka T, Akazawa H, Nakai J, Miyagawa S, Sawa Y, Sakata Y, Komuro I
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 35 Pages: 7839-7850
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2014.05.080.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Toll-like receptor 9 protects non-immune cells from stress by modulating mitochondrial ATP synthesis through the inhibition of SERCA2. (2014)
  • Author(s): Shintani Y, Drexler HC, Kioka H, Terracciano CM, Coppen SR, Imamura H, Akao M, Nakai J, Wheeler AP, Higo S, Nakayama H, Takashima S, Yashiro K, Suzuki K
  • Journal Title: EMBO Rep Volume: 15 Pages: 438-445
  • DOI: 10.1002/embr.201337945.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Large-scale imaging of subcellular calcium dynamics of cortical neurons with G-CaMP6-actin. (2014)
  • Author(s): Kobayashi C, Ohkura M, Nakai J, Matsuki N, Ikegaya Y, Sasaki T
  • Journal Title: Neuroreport Volume: 25 Pages: 501-506
  • DOI: 10.1097/WNR.0000000000000126.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] A new transgenic mouse model revealed a role of astrocytic calcium in vivo (2015)
  • Author(s): Tanaka M, Shih P-Y, Gomi H, Yoshida T, Nakai J, Ando R, Furuichi T, Mikoshiba K, Samyanov A, Itohara S.
  • Organizer: 第88回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [Presentation] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (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
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [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
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] 低分子量GTPase RAB-11の新規結合因子REI-1/REI-2は受精後のRAB-11再局在化を制御する (2014)
  • Author(s): 坂口愛沙、佐藤美由紀、安藤恵子、佐藤克哉、中井淳一、佐藤健
  • Organizer: 第３７回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • 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, Liu W, Sych Y, Voigt FF, Chen JL, Schneider B, Ohkura M, Nakai J, Helmchen F
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington, DC USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] A comparative study of the two-photon performances of GCaMPs and GECOs (2014)
  • Author(s): Podor B, Zhao Y, Wu J, Hu Y-L, Ohkura M, Nakai J, Campbell R, Croll R, Fine A
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington, DC USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] Neuronal mechanisms of decision making in C. elegans olfactory behavior revealed by a highly integrated microscope system. (2014)
  • Author(s): Tanimoto Y, Yamazoe A, Fujita K, Kawazoe Y, Miyanishi Y, Yamazaki SJ, Gengyo-Ando K, Nakai J, Fei X, Iwasaki Y, Hashimoto K, Kimura K
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] Single-neuron operant conditioning by two-photon imaging induces reward-timing-dependent modulation in cortical microcircuit. (2014)
  • Author(s): Hira R, Ohkubo F, Mazamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] The top-down circuit for sensory perception in the cerebral cortex of the mouse. (2014)
  • Author(s): Manita S, Suzuki T, Homma C, Matsumoto T, Odagawa M, Yamada K, Ota K, Matsubara C, Inutsuka A, Sato M, Ohkura M, Yamanaka A, Yanagawa Y, Nakai J, Hayashi Y, Larkum ME, Murayama M
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] Imaging of the neural circuit activities during retrieval of behavioral program for active avoidance in zebrafish. (2014)
  • Author(s): Kakinuma H, Aoki R, Aoki T, Yamazaki M, Shiraki T, Takahoko M, Eizumi K, Koide T, Yoshihara Y, Nakai J, Kawakami K, Okamoto H
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] Visualization of cerebral cortical 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, Hirase H
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] JSAP1 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2014)
  • Author(s): Sato T, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • Organizer: 第34回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [Presentation] 蛍光カルシウムプローブ 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: 第５８回日本薬学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 昭和大学
  • Year and Date: 2014-10-04 – 2014-10-04
• [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
  • 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
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [Book] Optical Imaging of Neocortical Dynamics, Neuromethods, vol. 85 (2014)
  • Author(s): Takata N., Shinohara Y., Ohkura M., Mishima T., Nakai J. & Hirase H.
  • Total Pages: 296(191-207)
  • Publisher: Springer Science Business Media
• [Remarks] 埼玉大学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: 尾藤晴彦, 井上 昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉 正道
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2014-120828
  • Filing Date: 2014-06-11