記憶メカニズムの多次元解析 - nmからメゾスケール/ミリ秒から日スケールまで

• Project/Area Number: 22K21353
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (International Leading Research )
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 林 康紀 京都大学, 医学研究科, 教授 (90466037)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池谷 裕二 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (10302613) ; 柚崎 通介 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 教授 (40365226) ; 久保 郁 国立遺伝学研究所, 遺伝形質研究系, 准教授 (40786373) ; 根本 知己 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 教授 (50291084) ; 米原 圭祐 国立遺伝学研究所, 遺伝形質研究系, 教授 (80510619) ; 三國 貴康 新潟大学, 脳研究所, 教授 (90786477)
• Project Period (FY): 2022-12-20 – 2029-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥689,000,000 (Direct Cost: ¥530,000,000、Indirect Cost: ¥159,000,000); Fiscal Year 2028: ¥91,000,000 (Direct Cost: ¥70,000,000、Indirect Cost: ¥21,000,000); Fiscal Year 2027: ¥93,600,000 (Direct Cost: ¥72,000,000、Indirect Cost: ¥21,600,000); Fiscal Year 2026: ¥93,600,000 (Direct Cost: ¥72,000,000、Indirect Cost: ¥21,600,000); Fiscal Year 2025: ¥93,600,000 (Direct Cost: ¥72,000,000、Indirect Cost: ¥21,600,000); Fiscal Year 2024: ¥93,600,000 (Direct Cost: ¥72,000,000、Indirect Cost: ¥21,600,000); Fiscal Year 2023: ¥93,600,000 (Direct Cost: ¥72,000,000、Indirect Cost: ¥21,600,000); Fiscal Year 2022: ¥130,000,000 (Direct Cost: ¥100,000,000、Indirect Cost: ¥30,000,000)
• Keywords: 記憶 / シナプス可塑性 / 神経回路

Outline of Research at the Start

7研究室は分子解析チーム（林、柚﨑）、回路・行動解析チーム（池谷、久保、三國、米原）、技術開発チーム（根本）の3つに分かれる。分子解析チームはシナプス可塑性のナノスケールの分子機構に主眼を置く一方、新しい分子解析技術を回路・行動解析チームに提供する。神経回路・行動解析チームは、記憶に伴う神経回路の再構成をシナプス可塑性に重点を置き解析していく一方、分子解析チームに対して有用なプローブや操作技術などのアイデアを出す。このように3つのチームがそれぞれの研究を進める一方、国際先導研究の枠組みを活かして、国内拠点および海外拠点と相互交流することによって、新しい技術開発と研究を強力に推進する。

Outline of Annual Research Achievements

2023年8月には遺伝研　米原教授の主催で、第1回リトリートを行った。これは、まずお互いどのような研究を行なっているかをお互い知るためである。国内の7つの研究室からPI、若手教員、ポスドク、大学院生の参加があり、一方、Max Planck Floridaから4名のPIおよび準PI、Univ. Bordeauxからも2名のPI、それぞれ若手（ポスドク、院生）も8名、以上計14名の海外からの参加者があった。全部で、ポスター50題を数え、大いに研究交流が促進された。さらに海外からの若手は、リトリート後に日本国内の研究室を訪れ、実際に研究所の見学を行った。うち、一人はその後、京都大学にポスドクとして留学している。
2023年11月には研究代表者がMPFIを訪れ、研究に関するセミナーを行なったほか、本コンソーシアムに関する概説を行った。
2024年2月にはMPFIのイメージングコースに2名の若手を派遣した。それぞれレクチャーおよび実習に参加した。
2024年3月には研究代表者、および研究協力者4名がボルドー大学を訪れ、Keynote Speechを行ったほか、個々の研究者との交流を深めた。
そのほか、研究分担者柚﨑の研究室から、MPFIに共同研究のため若手を派遣した。これはその後、共同研究論文の出版につながっている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

予定していた交流計画（リトリート、留学長期1名、短期2名を達成したため。

Strategy for Future Research Activity

2024年には9月にMax Planck Florida研究所にてシンポジウムを開催する。日本側PIは6名が出席し、各研究室から最低2名の若手研究者を帯同する。またBordeauxのCajal courseに2名の若手を派遣する予定である。また可能であれば、teaching assistantを派遣する予定である。PIの相互訪問も予定している。
一方で、留学希望者はいるものの、必ずしもパートナーの2つの研究所を希望するものではない者が場合がある。この点緩和すべきか検討していく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ボルドー大学(フランス)
• [Int'l Joint Research] マックスプランク研究所(米国)
• [Journal Article] Multibeam continuous axial scanning two-photon microscopy for in vivo volumetric imaging in mouse brain (2024)
  • Author(s): Ataka Mitsutoshi、Otomo Kohei、Enoki Ryosuke、Ishii Hirokazu、Tsutsumi Motosuke、Kozawa Yuichi、Sato Shunichi、Nemoto Tomomi
  • Journal Title: Biomedical Optics Express Volume: 15 Issue: 2 Pages: 1089-1089
  • DOI: 10.1364/boe.514826
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Actin dynamics switches two distinct modes of endosomal fusion in yolk sac visceral endoderm cells (2024)
  • Author(s): Seiichi Koike、Masashi Tachikawa、Motosuke Tsutsumi、Takuya Okada、Tomomi Nemoto、Kazuko Keino-Masu、Masayuki Masu
  • Journal Title: eLife Volume: 13
  • DOI: 10.7554/elife.95999.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Signal Improved ultra-Fast Light-sheet Microscope (SIFT) for large tissue imaging (2024)
  • Author(s): Md Nasful Huda Prince、Benjamin Garcia、Cory Henn、Yating Yi、Etsuo A Susaki、Yuki Watakabe、Tomomi Nemoto、Keith A Lidke、Hu Zhao、Irene Salinas、Sheng Liu、Tonmoy Chakraborty
  • Journal Title: Communications Engineering Volume: 3 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s44172-024-00205-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Large-scale cranial window for in vivo mouse brain imaging utilizing fluoropolymer nanosheet and light-curable resin (2024)
  • Author(s): Takahashi Taiga、Zhang Hong、Agetsuma Masakazu、Nabekura Junichi、Otomo Kohei、Okamura Yosuke、Nemoto Tomomi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 7 Issue: 1 Pages: 232-232
  • DOI: 10.1038/s42003-024-05865-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The hidden face of GluD1 at inhibitory synapses (2024)
  • Author(s): Itoh Masayuki、Yuzaki Michisuke
  • Journal Title: Cell Research Volume: 121 Issue: 6 Pages: 1-2
  • DOI: 10.1038/s41422-024-00931-6
  • Open Access
• [Journal Article] Bioorthogonal chemical labeling of endogenous neurotransmitter receptors in living mouse brains (2024)
  • Author(s): Nonaka Hiroshi、Sakamoto Seiji、Shiraiwa Kazuki、Ishikawa Mamoru、Tamura Tomonori、Okuno Kyohei、Kondo Takumi、Kiyonaka Shigeki、Susaki Etsuo A.、Shimizu Chika、Ueda Hiroki R.、Kakegawa Wataru、Arai Itaru、Yuzaki Michisuke、Hamachi Itaru
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 121 Issue: 6 Pages: 2313887121-2313887121
  • DOI: 10.1073/pnas.2313887121
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Neuronal DSCAM regulates the peri-synaptic localization of GLAST in Bergmann glia for functional synapse formation (2024)
  • Author(s): Dewa Ken-ichi、Arimura Nariko、Kakegawa Wataru et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 15 Issue: 1 Pages: 458-458
  • DOI: 10.1038/s41467-023-44579-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 光学顕微鏡を用いた生体蛍光イメージング技術の進歩 (2023)
  • Author(s): 坂本丞、石井宏和、根本知己
  • Journal Title: 週刊「医学のあゆみ」 Volume: 286 (5) Pages: 3124-317
• [Journal Article] All-synchronized picosecond pulses and time-gated detection improve the spatial resolution of two-photon STED microscopy in brain tissue imaging (2023)
  • Author(s): Hirokazu Ishii、Kohei Otomo、Ching-Pu Chang、Miwako Yamasaki、Masahiko Watanabe、Hiroyuki Yokoyama、Tomomi Nemoto
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 18(8) Issue: 8 Pages: 7462-7467
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0290550
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fluorescence radial fluctuation enables two-photon super-resolution microscopy (2023)
  • Author(s): Tsutsumi Motosuke、Takahashi Taiga、Kobayashi Kentaro、Nemoto Tomomi
  • Journal Title: Frontiers in Cellular Neuroscience Volume: 17
  • DOI: 10.3389/fncel.2023.1243633
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 生体組織・細胞を美しくイメージングするための高分子ナノ薄膜 (2023)
  • Author(s): 岡村陽介、高橋泰伽、根本知己
  • Journal Title: バイオマテリアル Volume: 41(4) Pages: 284-289
• [Journal Article] Cold-induced Suspension and Resetting of Ca2+ and Transcriptional Rhythms in the Suprachiasmatic Nucleus Neurons. (2023)
  • Author(s): Ryosuke Enoki、Naohiro Kon、Kimiko Shimizu、Kenta Kobayashi、Sota Hiro、Ching-Pu Chang、Tatsuto Nakane、Hirokazu Ishii、Joe Sakamoto、Yoshifumi Yamaguchi、Tomomi Nemoto
  • Journal Title: iScience Volume: 26(12) Issue: 12 Pages: 108390-108390
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.108390
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 極低温下における概日時計中枢のリズム発振機構 (2023)
  • Author(s): 榎木亮介、根本知己
  • Journal Title: 月刊「細胞」 Volume: 55(14) Pages: 32-35
• [Journal Article] In-phasic cytosolic-nuclear Ca2+ rhythms in suprachiasmatic nucleus neurons (2023)
  • Author(s): Sota Hiro、Kenta Kobayashi、Tomomi Nemoto、Ryosuke Enoki
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 17
  • DOI: 10.3389/fnins.2023.1323565
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Emerging computational motifs: Lessons from the retina (2023)
  • Author(s): Matsumoto Akihiro、Yonehara Keisuke
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: S0168～0102 Pages: 00108-6
  • DOI: 10.1016/j.neures.2023.06.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recombinase-independent AAV for anterograde transsynaptic tracing (2023)
  • Author(s): Faress Islam、Khalil Valentina、Yamamoto Haruka、Sajgo Szilard、Yonehara Keisuke、Nabavi Sadegh
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 16 Issue: 1 Pages: 66-66
  • DOI: 10.1186/s13041-023-01053-7
• [Journal Article] Subcortico-amygdala pathway processes innate and learned threats (2023)
  • Author(s): Khalil Valentina、Faress Islam、Mermet-Joret No?mie、Kerwin Peter、Yonehara Keisuke、Nabavi Sadegh
  • Journal Title: eLife Volume: 12
  • DOI: 10.7554/elife.85459
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] C1ql1-Bai3 signaling is necessary for climbing fiber synapse formation in mature Purkinje cells in coordination with neuronal activity (2023)
  • Author(s): Aimi Takahiro、Matsuda Keiko、Yuzaki Michisuke
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 16 Issue: 1 Pages: 61-61
  • DOI: 10.1186/s13041-023-01048-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Advanced observation of brain and nerve cells using two-photon microscopy with novel techniques (2022)
  • Author(s): Ishii Hirokazu、Takahashi Taiga、Yamaguchi Kazushi、Nemoto Tomomi
  • Journal Title: Microscopy Volume: 72 Issue: 2 Pages: 144-150
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfac047
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] All-pulsed two-photon STED microscopy for brain tissue nanoimaging (2024)
  • Author(s): Hirokazu Ishii、Joe Sakamoto、Kohei Otomo、Tomomi Nemoto
  • Organizer: Focus On Microscopy 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多光子過程を用いた細胞機能の顕微可視化解析の原理と展開 (2024)
  • Author(s): 根本知己
  • Organizer: 東北大学光メタセンシング共創研究所講演会
  • Invited
• [Presentation] 時空間蛍光相関解析による２光子深部超解像イメージング (2024)
  • Author(s): 堤 元佐、_橋泰伽、小林健太郎、根本知己
  • Organizer: 第６回ExCELLSシンポジウム
• [Presentation] 先端光技術を用いたイメージングでみえてきたもの (2024)
  • Author(s): 根本知己
  • Organizer: 先端光技術を基軸としたバイオイメージング研究会
  • Invited
• [Presentation] 高分子ナノシートを活用したマウス脳の広範囲in vivo二光子イメージング技術の開発 (2023)
  • Author(s): 高橋泰伽、張宏、揚妻正和、鍋倉淳一、大友康平、岡村陽介、根本知己
  • Organizer: AMED精神・神経疾患領域/早期ライフ連携推進Workshop
• [Presentation] In vivo two-photon imaging through a large-scale cranial window for mouse brain utilizing fluoropolymer nanosheet and light-curable resin (2023)
  • Author(s): 高橋泰伽、張宏、揚妻正和、鍋倉淳一、大友康平、岡村陽介、根本知己
  • Organizer: 第66回日本神経化学会大会
• [Presentation] 超解像二光子イメージング法による オルガネラ可視化 (2023)
  • Author(s): 石井宏和、根本知己
  • Organizer: ExCELLS先端共創プラットフォーム「オルガネラの時空間アトラス編纂」キックオフミーティング
• [Presentation] Long-term imaging of organellar rhythms in the suprachiasmatic nucleus neurons (2023)
  • Author(s): Sota Hiro他
  • Organizer: Gordon research coference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cold-induced Suspension and Resetting of Ca2+ and Transcriptional Rhythms in the Suprachiasmatic Nucleus Neurons (2023)
  • Author(s): Ryosuke Enoki他
  • Organizer: Gordon Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 先端光技術を用いたバイオイメージングの展開 (2023)
  • Author(s): 根本知己
  • Organizer: 第34回生理科学実験技術トレーニングコース
  • Invited
• [Presentation] 視交叉上核の神経細胞における細胞内カルシウムおよび時計遺伝子転写のリズムは低温により停止しリセットする (2023)
  • Author(s): 榎木亮介、金尚宏、山口良文、根本知己
  • Organizer: 日本神経科学学会大会
• [Presentation] Fundamentals of optical microscopy using multi-photon process induced by near-infrared ultra-short pulse laser light, (2023)
  • Author(s): Tomomi Nemoto
  • Organizer: Retreat for multidimensional analysis of memory mechanics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Fluorescence Radial Fluctuation Enables Two-photon Super-Resolution Microscopy (2023)
  • Author(s): Tsutsumi M.、Takahashi T.、Kobayashi K.、Nemoto T.
  • Organizer: Retreat for multidimensional analysis of memory mechanics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] All-pulsed two-photon_STED microscopy for_brain tissue imaging (2023)
  • Author(s): Hirokazu Ishii、Kohei Otomo、Tomomi Nemoto
  • Organizer: Retreat for multidimensional analysis of memory mechanics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 二光子励起過程を用いたレーザー走査型顕微鏡の基礎とバイオイメージングへの応用 (2023)
  • Author(s): 根本知己
  • Organizer: 光響レーザーセミナー
  • Invited
• [Presentation] 時空間蛍光相関解析による生体深部超解像観察法の確立 (2023)
  • Author(s): 堤 元佐、_橋泰伽、小林健太郎、根本知己
  • Organizer: AMED精神・神経疾患領域/早期ライフ連携推進Workshop
• [Presentation] 時空間蛍光相関解析による ２光子深部超解像イメージング (2023)
  • Author(s): 堤 元佐、_橋泰伽、小林健太郎、根本知己
  • Organizer: 生理学研究所研究会「細胞システム理解のためのシグナル応答原理解明の最前線」
  • Invited
• [Presentation] 全パルス式二光子 STED 顕微鏡による脳組織「ナノ」イメージング (2023)
  • Author(s): 石井宏和、大友康平、根本知己
  • Organizer: 第13回 名古屋大学医学系研究科・生理学研究所合同シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 時空間蛍光相関解析による２光子深部超解像イメージング (2023)
  • Author(s): 堤 元佐、_橋泰伽、小林健太郎、根本知己
  • Organizer: 名大医・生理研合同シンポジウム2023
• [Presentation] 全パルス式二光子 STED 顕微鏡による 生体深部「ナノ」イメージングへの展開 (2023)
  • Author(s): 石井宏和，大友康平、根本知己
  • Organizer: 第70回 中部日本生理学会
• [Presentation] 全パルス式二光子STED顕微鏡の開発と 脳組織「ナノ」イメージングへの展開 (2023)
  • Author(s): 石井宏和、大友康平、根本知己
  • Organizer: 第32回日本バイオイメージング学会学術集会
• [Presentation] Two-Photon Microscopy Advanced by Controlling Laser Light Beam via Liquid Crystal Devices (2023)
  • Author(s): Tomomi Nemoto、Hirokazu Ishii、Kohei Otomo
  • Organizer: the 16th International Symposium of Nanomedicine (ISNM2023)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Fluorescence Radial Fluctuation Enables Two-photon Super-Resolution Microscopy (2023)
  • Author(s): Tsutsumi M.、Takahashi T.、Kobayashi K.、Nemoto T.
  • Organizer: The 7th Australia-Belgium-Japan joint symposium on excitonics and cellular communication
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] レーザー光ビームの波面制御による多光子顕微鏡の高度化 (2023)
  • Author(s): 根本知己
  • Organizer: 極端紫外光研究施設40周年記念行事およびUVSORシンポジウム2023
  • Invited
• [Presentation] Liquid Crystal Devices for Controlling Laser Light and Advanced Multi-Photon Microscopy Imaging (2023)
  • Author(s): Tomomi Nemoto、Hirokazu Ishii、Kohei Otomo
  • Organizer: the 30th International Display Workshops (IDW ’23)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 新規多光子顕微鏡による細胞生理のイメージング (2023)
  • Author(s): 根本知己
  • Organizer: 生理学研究会「多次元脳形態研究会」
  • Invited
• [Presentation] Comprehensive GABA imaging in the mouse retina (2023)
  • Author(s): Keisuke Yonehara
  • Organizer: Neuro2023
• [Presentation] Development of cell contact-mediated viral labeling technique (2023)
  • Author(s): Keisuke Yonehara
  • Organizer: The 2nd CJK International Meeting, Zhuhai China
• [Presentation] Use of AAV and genetically-modified rabies virus for visual circuit mapping (2023)
  • Author(s): Keisuke Yonehara
  • Organizer: ARVO SIGs
• [Presentation] Neural circuits for visually-mediated behaviors in the mouse (2023)
  • Author(s): Keisuke Yonehara
  • Organizer: BRI-DANDRITE Partnership Sympoium
• [Presentation] 視覚を介した摂食行動と防衛行動の神経回路 (2023)
  • Author(s): Keisuke Yonehara
  • Organizer: 第１００回記念大会日本生理学会大会
• [Presentation] 神経活動依存的な細胞標識とトランスクリプトーム解析を用いた神経ネットワーク解析 (2023)
  • Author(s): 久保 郁
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会 2023年12月 口頭発表、招待有り
  • Invited
• [Presentation] Genetically targeted pretectal neurons constitute inhibitory circuits for optic flow processing (2023)
  • Author(s): Koji Matsuda, Carolina Fiallos Oliveros, Tomoya Shiraki, Koichi Kawakami, Fumi Kubo
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting, Zebrafish Neurobiology 2023 Nov. Poster
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Intersectional genetics for investigating putative pretectal hub neurons in the optic flow processing circuit (2023)
  • Author(s): Chung-Han Wang, Fumi Kubo.
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting, Zebrafish Neurobiology 2023 Nov. Poster
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional and morphological characterization of zebrafish retinal ganglion cell subtypes expressing the transcription factor Satb2 (2023)
  • Author(s): Ayjan Urazbayeva, Fumi Kubo.
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting, Zebrafish Neurobiology 2023 Nov. Poster
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regulation of Neuronal Function by Extracellular Scaffold Proteins. US-Japan Joint Workshop on the Neurovascular Unit (2023)
  • Author(s): Yuzaki M.
  • Organizer: US-Japan Joint Workshop on the Neurovascular Unit
• [Presentation] Building principles of synapse nanoarchitecture revealed by expansion microscopy techniques. (2023)
  • Author(s): Nozawa K, Sogabe T, Hayashi A, Motohashi J, Miura E, Arai I, Yuzaki M.
  • Organizer: Max Planck Florida Institute for Neuroscience Biennial Neural Circuits Research Conference
• [Presentation] The Localization and function of Cbln1 in PNS. (2023)
  • Author(s): Takasugi S, Matsuda K, Yuzaki M.
  • Organizer: UK-Japan Neuroscience Symposium, Cardiff, UK
• [Presentation] The role of Cblnl in age-related hearing loss: insights from Cblnl knockout. (2023)
  • Author(s): Shiozaki M.
  • Organizer: UK-Japan Neuroscience Symposium, Cardiff, UK
• [Presentation] Exploring novel therapeutic strategies targeting synapses through synaptic organizers. (2023)
  • Author(s): Yuzaki M.
  • Organizer: A symposium on Neuroscience of dementia. Lee Kong Chian School of Medicine, Singapore, 2023
• [Presentation] Bridge over troubled synapses; exploring novel therapeutic strategies for synaptopathy (2023)
  • Author(s): Yuzaki M.
  • Organizer: Duke-NUS symposia, Singapore, 2023.
• [Presentation] The C1q family synaptic organizers: Unlocking therapeutic potential for neuropsychiatric and neurological disorders (2023)
  • Author(s): Yuzaki M.
  • Organizer: BBB seminar, University of Bergen, Norway, 2024.
• [Remarks] https://plaza.umin.ac.jp/mamm/en/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光学部材とその製造方法 (2023)
  • Inventor(s): 高橋泰伽、根本知己、岡村陽介
  • Industrial Property Rights Holder: 高橋泰伽、根本知己、岡村陽介
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2023
• [Funded Workshop] Retreat for Multidimensional Analysis of Memory Mechanisms (2023)