新規単シナプス性感染伝播ベクターを利用した神経回路選択的な活動計測・操作法の開発

• Project Area: Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing
• Project/Area Number: 20H05062
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 井上 謙一 京都大学, 霊長類研究所, 助教 (90455395)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 神経科学 / 脳・神経 / バイオテクノロジー / ウイルスベクター / 逆行性

Outline of Research at the Start

外来遺伝子発現を長期間持続できる低細胞毒性型の伝播能欠損型狂犬病ウイルス(RV)ベクターを開発することにより、特定の神経回路のみの神経活動計測・操作をげっし類および霊長類で実現することを目的とする。具体的には、これまで独自に開発してきた、逆行性感染能と外来遺伝子の発現能が高くかつ毒性低いCVS株由来のRVベクターに改変を加え、長期間外来遺伝子発現を持続できる低細胞毒性型の伝播能欠損型RVベクターを開発する。次いで同ベクターの活動計測・操作ベクターとしての性能評価を行なうと共に、特定ニューロン種からの単シナプス性感染伝播を惹起させる系を構築する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、外来遺伝子発現を長期間持続できる低細胞毒性型の伝播能欠損型狂犬病ウイルス(RV)ベクターを開発することにより、特定の神経回路のみの神経活動計測・操作をげっし類および霊長類で実現することを目的とする。今年度は、昨年度に開発した一ヶ月程度の外来遺伝子発現を実現する低細胞毒性型・伝播能欠損型RVベクターを更に改変したベクターを作製した。同ベクターはin vitroで複製速度の減弱が見られたため、このベクターをラットに注入し、生存期間を振って還流固定を行ない、組織学的解析によりin vivoでの発現量、発現期間、細胞毒性などを検証したところ、開発したベクターでは2-3ヶ月の外来遺伝子発現を実現し、かつ逆向性感染効率・外来遺伝子発現量も十分であることが示された。この結果を受け、カルシウムイメージングプローブXCaMP-G, XCaMP-Rを発現する低細胞毒性型・伝播能欠損型RVベクター（新型）の回収を試み、これに成功した。また、特定細胞種への投射細胞選択的な細胞活動イメージングを実現するため、EnvXシュードタイピングベクターと、Creリコンビナーゼ存在下でTVXとRVGを発現するアデノ随伴ウイルスベクターの構築と回収を行なった。今後これらのベクターをラットに注入してin vivoでの発現量とイメージング効率およびイメージング可能期間、細胞毒性などを検証し、最終的に数ヶ月以上生理機能解析を可能とする低細胞毒性型・伝播能欠損型RVベクターシステムを確立する。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Conservation of the Direct and Indirect Pathway Dichotomy in Mouse Caudal Striatum With Uneven Distribution of Dopamine Receptor D1- and D2-Expressing Neurons (2022)
  • Author(s): Ogata Kumiko、Kadono Fuko、Hirai Yasuharu、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko、Karube Fuyuki、Fujiyama Fumino
  • Journal Title: Frontiers in Neuroanatomy Volume: 16 Pages: 1-22
  • DOI: 10.3389/fnana.2022.809446
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chronic Behavioral Manipulation via Orally Delivered Chemogenetic Actuator in Macaques (2022)
  • Author(s): Oyama Kei、Hori Yukiko、Nagai Yuji、Miyakawa Naohisa、Mimura Koki、Hirabayashi Toshiyuki、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko、Higuchi Makoto、Minamimoto Takafumi
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 42 Issue: 12 Pages: 2552-2561
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1657-21.2021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Claustrum mediates bidirectional and reversible control of stress-induced anxiety responses. (2022)
  • Author(s): Niu M, Kasai A, Tanuma M, Seiriki K, Igarashi H, Kuwaki T, Nagayasu K, Miyaji K, Ueno H, Tanabe W, Seo K, Yokoyama R, Ohkubo J, Ago Y, Hayashida M, Inoue KI, Takada M, Yamaguchi S, Nakazawa T, Kaneko S, Okuno H, Yamanaka A, Hashimoto H.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 8 Issue: 11
  • DOI: 10.1126/sciadv.abi6375
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A multisynaptic pathway from the ventral midbrain toward spinal motoneurons in monkeys (2022)
  • Author(s): Suzuki Michiaki、Inoue Ken‐ichi、Nakagawa Hiroshi、Ishida Hiroaki、Kobayashi Kenta、Isa Tadashi、Takada Masahiko、Nishimura Yukio
  • Journal Title: The Journal of Physiology Volume: 600 Issue: 7 Pages: 1731-1752
  • DOI: 10.1113/jp282429
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Perturbation of monoamine metabolism and enhanced fear responses in mice defective in the regeneration of tetrahydrobiopterin (2022)
  • Author(s): K Miyajima, Y Sudo, S Sanechika, Y Hara, M Horiguchi, F Xu, M Suzuki, S Hara, K Tanda, K Inoue, M Takada, N Yoshioka, H Takebayashi, M Mori-Kojima, M Sugimoto, C Sumi-Ichinose, K Kondo, K Takao, T Miyakawa, H Ichinose
  • Journal Title: J Neurochemistry Volume: 161(2) Issue: 2 Pages: 129-145
  • DOI: 10.1111/jnc.15600
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rapid processing of threatening faces in the amygdala of nonhuman primates: subcortical inputs and dural roles (2022)
  • Author(s): Mikio Inagaki, Ken-ichi Inoue, Soshi Tanabe, Kei Kimura, Masahiko Takada, Ichiro Fujita
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: - Issue: 3 Pages: 1-21
  • DOI: 10.1093/cercor/bhac109
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chemogenetic dissection of the primate prefronto-subcortical pathways for working memory and decision-making (2021)
  • Author(s): Oyama Kei、Hori Yukiko、Nagai Yuji、Miyakawa Naohisa、Mimura Koki、Hirabayashi Toshiyuki、Inoue Ken-ichi、Suhara Tetsuya、Takada Masahiko、Higuchi Makoto、Minamimoto Takafumi
  • Journal Title: Science Advances Volume: 7 Issue: 26 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1126/sciadv.abg4246
  • NAID: 120007089253
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Retrograde Transgene Expression via Neuron-Specific Lentiviral Vector Depends on Both Species and Input Projection. (2021)
  • Author(s): Otsuka Y, Tsuge H, Uezono S, Tanabe S, Fujiwara M, Miwa M, Kato S, Nakamura K, Kobayashi K, Inoue K, Takada M
  • Journal Title: Viruses Volume: 13(7) Issue: 7 Pages: 1387-1387
  • DOI: 10.3390/v13071387
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Microendoscopic calcium imaging of the primary visual cortex of behaving macaques. (2021)
  • Author(s): Oguchi M, Jiasen J, Yoshioka TW, Tanaka YR, Inoue K, Takada M, Kikusui T, Nomoto K, Sakagami M
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 17021-17021
  • DOI: 10.1038/s41598-021-96532-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single caudate neurons encode temporally discounted value for formulating motivation for action. (2021)
  • Author(s): Hori Y, Mimura K, Nagai Y, Fujimoto A, Oyama K, Kikuchi E, Inoue KI, Takada M, Suhara T, Richmond BJ, Minamimoto T.
  • Journal Title: eLife Volume: 10 Pages: 61248-61248
  • DOI: 10.7554/elife.61248
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemogenetic activation of nigrostriatal dopamine neurons in freely moving common marmosets. (2021)
  • Author(s): Mimura K, Nagai Y, Inoue K, Matsumoto J, Hori Y, Sato C, Kimura K, Okauchi T, Hirabayashi T, Nishijo H, Yahata N, Takada M, Suhara T, Higuchi M, Minamimoto T
  • Journal Title: iScience Volume: 24(9) Issue: 9 Pages: 103066-103066
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.103066
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chemogenetic sensory fMRI reveals behaviorally-relevant bidirectional changes in primate somatosensory network. (2021)
  • Author(s): Hirabayashi T, Nagai Y, Hori Y, Inoue KI, Aoki I, Takada M, Suhara T, Higuchi M, Minamimoto T.
  • Journal Title: Neuron Volume: 109 Issue: 20 Pages: 3312-3322
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2021.08.032
  • NAID: 120007166034
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Specific gene expression in unmyelinated dorsal root ganglion neurons in nonhuman primates by intranerve injection of adeno-associated virus 6 vector. (2021)
  • Author(s): Kudo M, Wupuer S, Fujiwara M, Saito Y, Kubota S, Inoue K, Takada M, Seki K
  • Journal Title: Molecular Therapy - Methods & Clinical Development Volume: 23 Pages: 11-22
  • DOI: 10.1016/j.omtm.2021.07.009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Laminar Organization of the Entorhinal Cortex in Macaque Monkeys Based on Cell-Type-Specific Markers and Connectivity (2021)
  • Author(s): Ohara Shinya、Yoshino Rintaro、Kimura Kei、Kawamura Taichi、Tanabe Soshi、Zheng Andi、Nakamura Shinya、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko、Tsutsui Ken-Ichiro、Witter Menno P.
  • Journal Title: Frontiers in Neural Circuits Volume: 15 Pages: 790116-790116
  • DOI: 10.3389/fncir.2021.790116
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nonhuman primate optogenetics: current status and future prospects. (2021)
  • Author(s): Inoue K; Matsumoto M; Takada M
  • Journal Title: Adv Exp Med Biol Volume: 1293 Pages: 345-358
  • DOI: 10.1007/978-981-15-8763-4_22
  • ISBN: 9789811587627, 9789811587634
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MacaquePose: a novel ‘in the wild’ macaque monkey pose dataset for markerless motion capture. (2021)
  • Author(s): Labuguen RT, Matsumoto J, Negrete SB, Nishimaru H, Nishijo H, Takada M, Go Y, Inoue K, Shibata T
  • Journal Title: Front Behav Neurosci Volume: 14 Pages: 581154-581154
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2020.581154
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of optogenetic suppression of cortical input on primate thalamic neuronal activity during goal-directed behavior. (2021)
  • Author(s): Suzuki T W, Inoue K, Takada M, Tanaka M
  • Journal Title: eNeuro Volume: 8 Issue: 2 Pages: ENEURO.0511-20.2021
  • DOI: 10.1523/eneuro.0511-20.2021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Optogenetic manipulation of a value-coding pathway from the primate caudate tail facilitates saccadic gaze shift. (2020)
  • Author(s): Amita H; Kim H; Inoue K; Takada M; Hikosaka O
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1876-1876
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15802-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Primate amygdalo-nigral pathway for boosting oculomotor action in motivating situations. (2020)
  • Author(s): Maeda K, Inoue K, Kunimatsu J, Takada M, Hikosaka O
  • Journal Title: iScience Volume: 23 Issue: 6 Pages: 101194-101194
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101194
  • NAID: 120007163351
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New Cerebello-Cortical Pathway Involved in Higher-Order Oculomotor Control (2019)
  • Author(s): Lu X; Inoue KI; Ohmae S; Uchida Y
  • Journal Title: Cerebellum Volume: - Issue: 3 Pages: 401-408
  • DOI: 10.1007/s12311-020-01108-8
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deschloroclozapine: a potent and selective chemogenetic actuator enables rapid neuronal and behavioral modulations in mice and monkeys (2019)
  • Author(s): Nagai Y, Miyakawa N, et al.
  • Journal Title: bioRxiv Volume: - Pages: 1157-1167
  • DOI: 10.1101/854513
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞種特異的分子マーカーと投射関係を用いたマカクザル嗅内皮質V層の構造解析 (2022)
  • Author(s): 吉野倫太郎; 木村慧; 田辺創思; Andi Zheng; 中村晋也; 大原慎也; 井上謙一; 高田昌彦; 筒井健一郎
  • Organizer: 第99回日本生理学会大会
• [Presentation] マウス尾側線条体における直接路・間接路細胞の分布と投射様式 (2022)
  • Author(s): 緒方久美子; 苅部冬紀; 角野風子; 平井康治; 井上謙一; 高田昌彦; 藤山文乃
  • Organizer: 第127回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] MacaquePose: A Novel In the Wild Macaque Monkey Pose Dataset for Markerless Motion Capture. (2021)
  • Author(s): Labuguen R; Matsumoto J; Negrete SB; Nishimaru H; Nishijo H; Takada M; Go Y; Inoue KI; Shibata T
  • Organizer: Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR) 2021; CV4Animals: Computer Vision for Animal Behavior Tracking and Modeling
• [Presentation] 経済学的意思決定に関わるサル報酬系神経活動ダイナミクス (2021)
  • Author(s): 禰占 雅史，惲 夢曦，川合 隆嗣，山田 洋，井上 謙一，高田 昌彦，松本 正幸
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] 改変AAVベクターを用いた非ヒト霊長類新生仔への全脳的遺伝子導入 (2021)
  • Author(s): 井上 謙一，木村 慧，吉田 哲，田辺 創思，藤原 真紀，上野 瑠惟，高田 裕生，兼子 峰明，篠本 有里，中野 真由子，田中 江美子，角谷 絵里，岡野 栄之，高田 昌彦
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] 霊長類線条体へのパルブアルブミン陽性ニューロン選択的遺伝子導入 (2021)
  • Author(s): Andi Zheng，木村 慧，永井 佑茉，藤原 真紀，中野 真由子，永安 一樹，井上 謙一，高田 昌彦
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] 化学遺伝学的手法を用いた霊長類側坐核の活動低下は接近回避葛藤タスク開始時の意欲を低下させる (2021)
  • Author(s): オ ジョンミン，雨森 智子，井上 謙一，木村 慧，高田 昌彦，雨森 賢一
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] 細胞種特異的分子マーカーと神経トレーサーを用いたマカクザル嗅内皮質の構造解析 (2021)
  • Author(s): 吉野 倫太郎，川村 太一，中村 晋也，木村 慧，田辺 創思，Andi Zheng，井上 謙一，高田 昌彦，Menno Witter，筒井 健一郎，大原 慎也
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] 精神神経疾患の霊長類モデル確立に向けたマカクザルのマーカーレスモーションキャプチャー用大規模教師データセットの作成とその応用 (2021)
  • Author(s): 松本 惇平，ラブグエン ローリン，兼子 峰明，ブランコ サルバトール，ジア グオ，西丸 広史，西条 寿夫，高田 昌彦，郷 康広，井上 謙一，柴田 智広
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] 課題遂行中のサル第一次視覚野からの微小内視鏡カルシウムイメージング (2021)
  • Author(s): 小口 峰樹; Jiang Jiasen; 吉岡 敏秀; 田中 康裕; 井上 謙一; 髙田 昌彦，菊水 健史，野元 謙作，坂上 雅道
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] 化学遺伝学によるてんかん制御～薬剤モデルマカクザル研究 (2021)
  • Author(s): 宮川 尚久; 永井 裕司; 川嵜 圭祐; 堀 由紀子，小山 佳，折原 あすみ，松尾 健，鈴木 隆文，井上 謙一，高田 昌彦，須原 哲也，樋口 真人，南本 敬史
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] 内側前頭極は記憶と社会的な視覚・聴覚情報を統合する (2021)
  • Author(s): 石田裕昭; 井上謙一; 木村 慧; 高田昌彦
  • Organizer: 日本心理学会
• [Presentation] Pathway-selective silencing of ventral striatum neurons projecting to the ventral pallidum elevates motivational states under approach-avoidance conflict in nonhuman primates (2021)
  • Author(s): Oh J; Amemori S; Inoue K; Kimura K; Takada M; Amemori K;
  • Organizer: Neuroscience 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemogenetic suppression of pharmacologically induced frontal lobe epilepsy in a macaque monkey (2021)
  • Author(s): Miyakawa N; Nagai Y; Kawasaki K; Hori Y; Oyama K; Orihara A; Matsuo T; Suzuki T; Inoue K; Takada M; Suhara T; Higuchi M; Minamimoto T
  • Organizer: 75th Annual Meeting of the American Epilepsy Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multiple Monkey Pose Estimation Using OpenPose (2021)
  • Author(s): Negrete SB; Labuguen R; Matsumoto J; Go Y; Inoue K; Shibata T
  • Organizer: 25th INternational Conference on Pattern recognition (IPCR 2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 価値にもとづく眼球運動を制御する霊長類大脳基底核回路 (2020)
  • Author(s): 網田 英敏; Hyoung F Kim; 井上 謙一; 高田 昌彦; 彦坂 興秀
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] マカカ属サルにおける上丘から扁桃体への多シナプス性経路 (2020)
  • Author(s): 稲垣 未来男; 井上 謙一; 田辺 創思; 木村 慧; 高田 昌彦; 藤田 一郎
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] 改変AAVベクターを用いた新生児霊長類への全脳的遺伝子導入 (2020)
  • Author(s): 井上 謙一; 田辺 創思; 吉田 哲; 藤原 真紀; 木村 慧; 上野 瑠惟; 高田 裕生; 木村 活生; 兼子 峰明; 篠本 有里; 中野 真由子; 田中 江美子; 今度 ゆりこ; 角谷 絵里; 岡野 栄之; 高田 昌彦
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] マカク一次視覚野における微小内視鏡を用いたカルシウムイメージング (2020)
  • Author(s): 小口-田中 峰樹; 将 嘉森; 吉岡 敏秀; 田中 康裕; 井上 謙一; 高田 昌彦; 菊水 健史; 野元 謙作; 坂上 雅道
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] DREADDを用いた経路選択的阻害法による、サル前頭前野と視床MD核及び線条体を結ぶ神経経路のワーキングメモリにおける役割の解明 (2020)
  • Author(s): 小山 佳; 堀 由紀子; 永井 裕司; 宮川 尚久; 三村 喬生; 平林 敏行; 井上 謙一; 高田 昌彦; 樋口 真人; 南本 敬史
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] マカクザル内側前頭皮質の側坐核及び扁桃体への投射様式の違いによる領域区分 (2020)
  • Author(s): 吉野 倫太郎; 木村 慧; 田辺 創思; 大原 慎也; 中村 晋也; 井上 謙一; 高田 昌彦
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] 扁桃体が腹側視覚皮質における社会・情動性の視覚情報表現に果たす役割 ～化学遺伝学神経操作によるアプローチ (2020)
  • Author(s): 宮川 尚久; 永井 裕司; 堀 由紀子; 松尾 健; 鈴木 隆文; 井上 謙一; 小山 桂; 平林 敏行; 高田 昌彦; 須原 哲也; 樋口 真人; 川嵜 佳祐; 南本 敬史
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] Pathway-selective activity manipulation in the primate brain by means of modified viral vectors (2020)
  • Author(s): Inoue K
  • Organizer: 7th ESI Systems Neuroscience Conference 2020 (ESI SyNC 2020)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 街上毒狂犬病ウイルスの脳内侵入経路に関する実験病理学的研究 (2020)
  • Author(s): 河合 せりな; 志和 希; 君付 和範; 山田 健太郎; 井上 謙一; 井上 智; 朴 天鎬
  • Organizer: 第163回日本獣医学会学術集会
• [Book] 実験医学別冊; 「決定版 ウイルスベクターによる遺伝子導入実験ガイド」（平井宏和、日置寛之、小林和人 編集） (2021)
  • Author(s): 井上謙一、高田昌彦
  • Total Pages: 281
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758122474
• [Book] 実験医学別冊; 「決定版 ウイルスベクターによる遺伝子導入実験ガイド」 (2020)
  • Author(s): 井上謙一、高田昌彦
  • Total Pages: 281
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758122474
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://www2.ehub.kyoto-u.ac.jp/sections/systems_neuroscience/
• [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