記憶・情動における多領野間脳情報動態の光学的計測と制御

• 研究領域: 脳情報動態を規定する多領野連関と並列処理
• 研究課題/領域番号: 17H06312
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 尾藤 晴彦 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (00291964)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 219,440千円 (直接経費: 168,800千円、間接経費: 50,640千円); 2021年度: 40,560千円 (直接経費: 31,200千円、間接経費: 9,360千円); 2020年度: 43,680千円 (直接経費: 33,600千円、間接経費: 10,080千円); 2019年度: 43,680千円 (直接経費: 33,600千円、間接経費: 10,080千円); 2018年度: 46,800千円 (直接経費: 36,000千円、間接経費: 10,800千円); 2017年度: 44,720千円 (直接経費: 34,400千円、間接経費: 10,320千円)
• キーワード: 脳情報動態 / カルシウム / 記憶 / 情動 / 神経科学 / 脳・神経 / 海馬

研究成果の概要

本研究により、1) Ａｒｃ エンハンサー・プロモーター技術を用いた記憶痕跡細胞集団の標識と操作技術が向上した。また2)　Ｃａ２＋応答性を強化した最高性能Ca2+センサーXCaMPを創出しin vivo 多色計測技術を飛躍的に進展させた。3)CaMK-CREB-Arc経路のin vivo生理学・病理学における意義を解明した。これら成果は、すべて申請者が世界に先駆けて構築した実験系システムによってもたらされたものであり、脳情報動態学の創成に大きく貢献した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究を通じ、記憶転送や記憶痕跡創発に寄与する脳情報動態・情報処理解明に資する研究手法の開発がなされたことは特筆されるところである。すべて申請者らが世界に先駆けて構築した実験系であり、今後、全く新たな脳情報動態学の創成の端緒となることが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Stanford University(米国)
• [国際共同研究] Cornell University/Stanford University(米国)
• [国際共同研究] Stanford University(米国)
• [国際共同研究] Cornell University/Stanford University(米国)
• [国際共同研究] MIT(米国)
• [国際共同研究] Stanford University(米国)
• [雑誌論文] Arc controls alcohol cue relapse by a central amygdala mechanism (2022)
  • 著者名/発表者名: Pagano R, Salamian A, Zielinski J, (25名省略), Bito H, Muller CP, Schumann G, Okuno H, Radwanska K.
  • 雑誌名: Mol Psychiatry 巻: 28(2) 号: 2 ページ: 733-745
  • DOI: 10.1038/s41380-022-01849-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Forster resonance energy transfer-based kinase mutation phenotyping reveals an aberrant facilitation of Ca2+/calmodulin-dependent CaMKIIα activity in de novo mutations related to intellectual disability (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujii Hajime、Kidokoro Hiroyuki、Kondo Yayoi、Kawaguchi Masahiro、Horigane Shin-ichiro、Natsume Jun、Takemoto-Kimura Sayaka、Bito Haruhiko
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Neuroscience 巻: 15 ページ: 1-20
  • DOI: 10.3389/fnmol.2022.970031
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In Vivo Wide-Field and Two-Photon Calcium Imaging from a Mouse using a Large Cranial Window (2022)
  • 著者名/発表者名: Manita S, Shigetomi E, Bito H, Koizumi S, Kitamura K
  • 雑誌名: Journal of Visualized Experiments 巻: 186 号: 186 ページ: 186-186
  • DOI: 10.3791/64224
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A non-invasive system to monitor in vivo neural graft activity after spinal cord injury (2022)
  • 著者名/発表者名: Ago K、Nagoshi N、Imaizumi K、Kitagawa T、Kawai M、Kajikawa K、Shibata R、Kamata Y、Kojima K、Shinozaki M、Kondo T、Iwano S、Miyawaki A、Ohtsuka M、Bito H、Kobayashi K、Shibata S、Shindo T、Kohyama J、Matsumoto M、Nakamura M、Okano H
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 5 号: 1 ページ: 803-803
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03736-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deciphering Ca2+-controlled biochemical computation governing neural circuit dynamics via multiplex imaging. (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujii H, Bito H.
  • 雑誌名: Neurosci Res. 巻: 179 ページ: 79-90
  • DOI: 10.1016/j.neures.2022.04.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] In utero electroporation and cranial window implantation for in vivo wide-field two-photon calcium imaging using G-CaMP9a transgenic mice. (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto M, Ota K, Kondo Y, Okamura M, Fujii H, Bito H.
  • 雑誌名: Star Protocols 巻: 3 号: 2 ページ: 101421-101421
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2022.101421
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Flp-dependent G-CaMP9a transgenic mouse for neuronal imaging in vivo (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto Masayuki, Inoue Masatoshi, Takeuchi Atsuya, Kobari Shigetaka, Yokoyama Tatsushi, Horigane Shin-ichiro, Takemoto-Kimura Sayaka, Abe Manabu, Sakimura Kenji, Kano Masanobu, Kitamura Kazuo, Fujii Hajime, Bito Haruhiko
  • 雑誌名: Cell Reports Methods 巻: 2 号: 2 ページ: 100168-100168
  • DOI: 10.1016/j.crmeth.2022.100168
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gastrin-releasing peptide regulates fear learning under stressed conditions via activation of the amygdalostriatal transition area (2022)
  • 著者名/発表者名: Goto Fumiko、Kiyama Yuji、Ogawa Itone、Okuno Hiroyuki、Ichise Taeko、Ichise Hirotake、Anai Motonobu、Kodama Tatsuhiko、Yoshida Nobuaki、Bito Haruhiko、Manabe Toshiya
  • 雑誌名: Molecular Psychiatry 巻: - 号: 3 ページ: 1694-1703
  • DOI: 10.1038/s41380-021-01408-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distinctive Regulation of Emotional Behaviors and Fear-Related Gene Expression Responses in Two Extended Amygdala Subnuclei With Similar Molecular Profiles (2021)
  • 著者名/発表者名: Ueda S, Hosokawa M, Arikawa K, Takahashi K, Fujiwara M, Kakita M, Fukada T, Koyama H, Horigane SI, Itoi K, Kakeyama M, Matsunaga H, Takeyama H, Bito H, Takemoto-Kimura S.
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Neuroscience 巻: 14 ページ: 741895-741895
  • DOI: 10.3389/fnmol.2021.741895
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Photodeactivatable Antagonist for Controlling CREB-Dependent Gene Expression (2020)
  • 著者名/発表者名: Imoto Takuma、Minoshima Masafumi、Yokoyama Tatsushi、Emery Ben P.、Bull Steven D.、Bito Haruhiko、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: ACS Central Science 巻: 6 号: 10 ページ: 1813-1818
  • DOI: 10.1021/acscentsci.0c00736
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative Studies of the Fluorescence Properties of Microbial Rhodopsins: Spontaneous Emission Versus Photointermediate Fluorescence (2020)
  • 著者名/発表者名: Kojima Keiichi、Kurihara Rika、Sakamoto Masayuki、Takanashi Tsukasa、Kuramochi Hikaru、Zhang Xiao Min、Bito Haruhiko、Tahara Tahei、Sudo Yuki
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 124 号: 34 ページ: 7361-7367
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c06560
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an L-type Ca 2+ channel-dependent Ca 2+ transient during the radial migration of cortical excitatory neurons (2020)
  • 著者名/発表者名: Horigane S, Hamada S, Kamijo S, Yamada H, Yamasaki M, Watanabe M, Bito H, Ohtsuka T, Takemoto-Kimura S
  • 雑誌名: Neurosci Res 巻: S0168-0102(20)30391-6 ページ: 30391-6
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.06.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photolytic Release of a Caged Inhibitor of an Endogenous Transcription Factor Enables Optochemical Control of CREB-Mediated Gene Expression (2019)
  • 著者名/発表者名: Imoto Takuma、Kawase Akihiro、Minoshima Masafumi、Yokoyama Tatsushi、Bito Haruhiko、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 22 号: 1 ページ: 22-25
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b03568
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kilohertz two-photon brain imaging in awake mice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Zhang T, Hernandez O, Chrapkiewicz R, Shai A, Wagner MJ, Zhang Y, Wu CH, Li JZ, Inoue M, Gong Y, Ahanonu B, Zeng H, Bito H, Schnitzer MJ.
  • 雑誌名: Nature Methods 巻: 16 号: 11 ページ: 1119-1122
  • DOI: 10.1038/s41592-019-0597-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rational Engineering of XCaMPs, a Multicolor GECI Suite for In Vivo Imaging of Complex Brain Circuit Dynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, Manita S, Horigane S-i, Sakamoto M, Kawakami R, Yamaguchi K, Otomo K, Yokoyama H, Kim R, Yokoyama T, Takemoto-Kimura S, Abe M, Okamura M, Kondo Y, Quirin S, Ramakrishnan C, Imamura T, Sakimura K, Nemoto T, Kano M, Fujii H, Deisseroth K, Kitamura K, Bito H.
  • 雑誌名: Cell 巻: 177 号: 5 ページ: 1346
  • DOI: 10.1016/j.cell.2019.04.007
  • URL: https://localhost/en/publications/a48843c1-543d-4414-a93c-3cab0e1df627
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sustained rescue of prefrontal circuit dysfunction by antidepressant-induced spine formation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Moda-Sava RN, Murdock MH, Parekh PK, Fetcho RN, Huang BS, Huynh TN, Witztum J, Shaver DC, Rosenthal DL, Alway EJ, Lopez K, Meng Y, Nellissen L, Grosenick L, Milner TA, Deisseroth K, Bito H, Kasai H, Liston C.
  • 雑誌名: Science 巻: 364 号: 6436
  • DOI: 10.1126/science.aat8078
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Involvement of SRF coactivator MKL2 in BDNF-mediated activation of the synaptic activity-responsive element in the Arc gene. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi K, Ihara D, Fukuchi M, Tanabe H, Ishibashi Y, Tsujii J, Tsuda M, Kaneda M, Sakagami H, Okuno H, Bito H, Yamazaki Y, Ishikawa M, Tabuchi A.
  • 雑誌名: Journal of Neurochemistry 巻: 148 号: 2 ページ: 204-218
  • DOI: 10.1111/jnc.14596
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-term consolidation of ensemble neural plasticity patterns in hippocampal area CA1. (2018)
  • 著者名/発表者名: Attardo A, Lu J, Kawashima T, Okuno H, Fitzgerald JE, Bito H, Schnitzer MJ.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 25 号: 3 ページ: 640-650
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.09.064
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Astrocytes in the mouse visual cortex reliably respond to visual stimulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Sonoda Keita、Matsui Teppei、Bito Haruhiko、Ohki Kenichi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 505 号: 4 ページ: 1216-1222
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.10.027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Locally coordinated synaptic plasticity of visual cortex neurons in vivo. (2018)
  • 著者名/発表者名: El-Boustani S, Ip JPK, Breton-Provencher V, Knott GW, Okuno H, Bito H, Sur M.
  • 雑誌名: Science 巻: 360 号: 6395 ページ: 1349-1354
  • DOI: 10.1126/science.aao0862
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Critical Neurodevelopmental Role for L-Type Voltage-Gated Calcium Channels in Neurite Extension and Radial Migration (2018)
  • 著者名/発表者名: Kamijo Satoshi、Ishii Yuichiro、Horigane Shin-ichiro、Suzuki Kanzo、Ohkura Masamichi、Nakai Junichi、Fujii Hajime、Takemoto-Kimura Sayaka、Bito Haruhiko
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 38 号: 24 ページ: 5551-5566
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2357-17.2018
  • 査読あり
• [雑誌論文] CaMKIIβ is localized in dendritic spines as both drebrin-dependent and drebrin-independent pools. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki H, Sasagawa Y, Yamamoto H, Bito H, Shirao T.
  • 雑誌名: Journal of Neurochemistry 巻: 146 号: 2 ページ: 145-159
  • DOI: 10.1111/jnc.14449
  • 査読あり
• [雑誌論文] Delayed Degradation and Impaired Dendritic Delivery of Intron-Lacking EGFP-Arc/Arg3.1 mRNA in EGFP-Arc Transgenic Mice. (2018)
  • 著者名/発表者名: Steward O, Matsudaira Yee K, Farris S, Pirbhoy PS, Worley P, Okamura K, Okuno H, Bito H.
  • 雑誌名: Front Mol Neurosci. 巻: 10 ページ: 435-435
  • DOI: 10.3389/fnmol.2017.00435
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Inverse synaptic tagging: An inactive synapse-specific mechanism to capture activity-induced Arc/arg3.1 and to locally regulate spatial distribution of synaptic weights. (2018)
  • 著者名/発表者名: Okuno H, Minatohara K, Bito H.
  • 雑誌名: Semin Cell Dev Biol. 巻: 77 ページ: 43-50
  • DOI: 10.1016/j.semcdb.2017.09.025
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Higher Arc Nucleus-to-Cytoplasm Ratio during Sleep in the Superficial Layers of the Mouse Cortex. (2017)
  • 著者名/発表者名: Honjoh S, de Vivo L, Okuno H, Bito H, Tononi G, Cirelli C.
  • 雑誌名: Front Neural Circuits. 巻: 11 ページ: 60-60
  • DOI: 10.3389/fncir.2017.00060
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Multiplex imaging of neural activity and signaling dynamics (2022)
  • 著者名/発表者名: Bito H.
  • 学会等名: 6th International Symposium Frontiers in Neurophotonics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A stepwise recruitment of cortical active ensembles into Arc-based engram cells during tone-reward associative memory formation (2022)
  • 著者名/発表者名: Leonie S. Brebner, Michiko Okamura, Yayoi Kondo, Tatsushi Yokoyama, Ranmaru Shimoda, Ryang Kim, Hiroyuki Okuno, Haruhiko Bito
  • 学会等名: Engrams and Neuronal Ensembles in Learning and Memory: from Molecules to Behaviour
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Deciphering brain information dynamics through probing of Ca2+ and Ca2+ signaling (2022)
  • 著者名/発表者名: Bito H.
  • 学会等名: Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 招待講演
• [学会発表] Lessons learned from elucidating calcium-dependent neural circuit control mechanisms (2022)
  • 著者名/発表者名: Bito H.
  • 学会等名: 94th Annual Meeting of the Japanese Pharmacological Society
  • 招待講演
• [学会発表] Plasticity and memory mechanisms in vivo (2020)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: Stockholm Trio & University of Tokyo Strategic Partnership Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Lessons learned from elucidating calcium-dependent neural circuit control mechanisms (2020)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: Japanese Pharmacology Society Annual Meeting
  • 招待講演
• [学会発表] Multiplex Imaging of Neural Activity and Signaling Dynamics. (2020)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: 8th International Neural Microcircuit Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Arc-dependent regulation of long-term synaptic plasticity. (2019)
  • 著者名/発表者名: Bito H, Ishii Y, Fujii H, Okuno H.
  • 学会等名: 2019 Meeting of the Australasian Neuroscience Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiplex Imaging of Neural Activity and Signaling Dynamics. (2019)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: 13th Biennial Conference of the Chinese Neuroscience Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Arc-dependent regulation of long-term synaptic plasticity. (2019)
  • 著者名/発表者名: Bito H, Ishii Y, Fujii H, Hayashi T, Okamura M, Kondo Y, Abe M, Sakimura K, Okuno H.
  • 学会等名: 10th IBRO World Congress satellite meeting "Synaptic Function and Neural Circuitry".
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Towards multiplex imaging of neural activity and signaling dynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: The 42nd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society; The 62nd Annual Meeting of the Japanese Society for Neurochemistry
  • 招待講演
• [学会発表] Inverse synaptic tagging: an inactive synapse-targeted mechanism to capture activity-induced Arc (2019)
  • 著者名/発表者名: Haruhiko Bito, Yuichiro Ishii, Hiroyuki Okuno
  • 学会等名: 9th FAOPS Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Arc-dependent long-term memory control (2018)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: 13th International Conference of Neurons and Brain Diseases
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ca2+-dependent signaling in regulation of cognitive behavior (2018)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 招待講演
• [学会発表] Probing Ca2+ and Ca2+-dependent gene expression in vivo to decipher information processing underlying cognitive behavior. (2018)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Yokoyama T, Fujii H, Sakamoto M, Bito H.
  • 学会等名: Janelia Conference Fluorescent Proteins and Biological Sensors VI
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiplex imaging of neuronal Ca2+-mediated signal transduction. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hajime Fujii, Masatoshi Inoue, Haruhiko Bito.
  • 学会等名: Janelia Conference Fluorescent Proteins and Biological Sensors VI
  • 国際学会
• [学会発表] Specification of a remote memory cell ensemble during cortical tagging. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryang Kim, Yayoi Kondo, Takashi Kawashima, Michiko Okamura, Masatoshi Inoue, Yuichiro Ishii, Kasumi Inokuchi, Kazuki Sakai, Mio Nonaka, Masayuki Sakamoto, Hiroyuki Okuno, Haruhiko Bito.
  • 学会等名: Annual Meeting of the Society for Neuroscience 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Specification of a remote memory cell ensemble during cortical tagging. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryang Kim, Yayoi Kondo, Takashi Kawashima, Michiko Okamura, Masatoshi Inoue, Yuichiro Ishii, Kasumi Inokuchi, Kazuki Sakai, Mio Nonaka, Masayuki Sakamoto, Hiroyuki Okuno, Haruhiko Bito.
  • 学会等名: The 17th Annual Molecular Cellular Cognition Society Symposium.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiplex imaging of neural activity and signaling dynamics. (2018)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Meeting Announcement: Advances in Optical Imaging of Living Cells & Organisms: Focus on the Brain
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrafast two-photon microscopy for high-speed brain imaging in awake mice. (2018)
  • 著者名/発表者名: Radoslaw Chrapkiewicz, Tong Zhang, Oscar Hernandez, Adam S. Shai, Mark J. Wagner, Yanping Zhang, Cheng-Hsun Wu, Jin Zhong Li, Yiyang Gong, Masatoshi Inoue, Haruhiko Bito, Mark J. Schnitzer.
  • 学会等名: SPIE Photonics Europe
  • 国際学会
• [学会発表] Arc-haeology of long-term memory. (2018)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: Brain Research Program International Symposium, Korean Brain Science Institute, Daegu, Korea.
  • 招待講演
• [学会発表] Multiplex imaging of neural activity and signaling dynamics. (2017)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: 16th Annual Meeting of the Molecular & Cellular Cognition Society-ASIA. Center for Life Sciences, National University of Singapore.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Arc-haeology of long-term memory. (2017)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research.Basel, Switzerland
  • 招待講演
• [学会発表] Genetically encoded calcium indicators. (2017)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: EMBO Practical Course “Two-photon imaging of brain dynamics: Illuminating neuronal and glial function”University of Zurich, Switzerland.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CREB-Arc signaling in long-term memory formation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Bito H
  • 学会等名: Department of Neuroscience Seminar, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden.
  • 招待講演
• [学会・シンポジウム開催] Cold Spring Harbor Asia Meeting Announcement: Advances in Optical Imaging of Living Cells & Organisms: Focus on the Brain (2018)