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オプトジェネティクスを用いたMuse細胞の分化メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 15J05551
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 医化学一般
研究機関東北大学

研究代表者

五十嵐 敬幸  東北大学, 医学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードオプトジェネティクス / 細胞内カルシウム / 小胞体 / 筋分化 / ステップ関数型オプシン / 遺伝子改変ラット / レポーター系統 / カルシウムシグナル / オルガネラ
研究実績の概要

本研究では、細胞内セカンドメッセンジャーとして機能するカルシウムイオン(Ca2+)を光操作し、活動依存的な多能性幹細胞の分化メカニズム解明を目指した実験を行った。その過程において、高い時空間分解能での細胞内Ca2+ダイナミクス制御を実現するために、細胞内Ca2+ストアとして機能する小胞体に特異的に局在する光遺伝学ツールの開発に成功した。この新規光遺伝学ツールを単能性を有する筋芽細胞株(C2C12)に発現させたところ、
(1) 超解像顕微鏡下で小胞体マーカー(KDEL)との共局在が確認でき、細胞膜マーカー(WGA)の発現パターンとは一致しなかった。
(2) 蛍光カルシウムインジケーターRhod-FFによってリアルタイムカルシウムイメージングを行ったところ、青色光刺激と同期した赤色蛍光の上昇が確認され、この上昇は細胞外Ca2+非依存的に持続した。しかし、Calcium transport ATPase (SERCA)阻害薬のThapsigargin存在下で頻回光刺激を与えるとこの応答は消失した。
(3) パッチクランプ法により、細胞膜発現型チャネルロドプシン(ChR)と小胞体局在型ChR発現細胞の光電流を比較したところ、膜発現型ChRが光刺激と同期して大きな光電流を誘起したのに対し、小胞体ChRでは光電流が流れなかった。
上記結果をまとめ、論文として投稿した。また、筋細胞分化における小胞体Ca2+放出の影響を調べた論文を現在準備中である。並行して、光遺伝学研究を推進するために、ステップ関数型オプシンをCre存在下においてユビキタスに発現する遺伝子改変ラットの作製に成功し、解析結果をまとめて論文として発表した(Igarsahi et al., 2018)。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Targeted expression of step-function opsins in transgenic rats for optogenetic studies2018

    • 著者名/発表者名
      Igarashi Hiroyuki、Ikeda Keiko、Onimaru Hiroshi、Kaneko Ryosuke、Koizumi Kyo、Beppu Kaoru、Nishizawa Kayo、Takahashi Yukari、Kato Fusao、Matsui Ko、Kobayashi Kazuto、Yanagawa Yuchio、Muramatsu Shin-Ichi、Ishizuka Toru、Yawo Hiromu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1 ページ: 5435-5435

    • DOI

      10.1038/s41598-018-23810-8

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Novel Reporter Rat Strain That Conditionally Expresses the Bright Red Fluorescent Protein tdTomato.2016

    • 著者名/発表者名
      Igarashi H, Koizumi K, Kaneko R, Ikeda K, Egawa R, Yanagawa Y, Muramatsu S, Onimaru H, Ishizuka T, Yawo H.
    • 雑誌名

      PLoS One.

      巻: 11 号: 5 ページ: e0155687-e0155687

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0155687

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Chimera Na+-Pump Rhodopsin as an Effective Optogenetic Silencer.2016

    • 著者名/発表者名
      Hoque MR, Ishizuka T, Inoue K, Abe-Yoshizumi R, Igarashi H, Mishima T, Kandori H, Yawo H.
    • 雑誌名

      PLoS One.

      巻: 11 号: 11 ページ: e0166820-e0166820

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0166820

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Phox2b BAC Transgenic Rat Line Useful for Understanding Respiratory Rhythm Generator Neural Circuitry.2015

    • 著者名/発表者名
      Ikeda K, Takahashi M, Sato S, Igarashi H, Ishizuka T, Yawo H, Arata S, Southard-Smith EM, Kawakami K, Onimaru H.
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 10 号: 7 ページ: 1-23

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0132475

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 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] オルガネラ・オプトジェネティクス‐細胞内Ca2+ダイナミクスの光制御2017

    • 著者名/発表者名
      五十嵐敬幸
    • 学会等名
      第94回日本生理学会大会
    • 発表場所
      アクトシティ浜松(静岡県浜松市)
    • 年月日
      2017-03-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 小胞体Ca2+ダイナミクスの光操作 -光感受性C2C12を用いたSarcomere assembly 研究モデル-2017

    • 著者名/発表者名
      五十嵐敬幸
    • 学会等名
      第6回超異分学会2017
    • 発表場所
      秋葉原UDX(東京都千代田区)
    • 年月日
      2017-03-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 小胞体 Ca2+ダイナミクスの光操作 -神経回路への応用と筋細胞におけるSarcomere assembly 研究モデル-2017

    • 著者名/発表者名
      五十嵐 敬幸
    • 学会等名
      第6回東北脳科学ウィンタースクール
    • 発表場所
      ラフォーレ蔵王リゾート&スパ(宮城県刈田郡蔵王町)
    • 年月日
      2017-02-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 新規トランスジェニックラット3系統の開発 -tdTomatoレポーターラット,Flameラット, ChRFR(C167A) レポーターラット-2017

    • 著者名/発表者名
      五十嵐敬幸
    • 学会等名
      平成28年度【先端モデル動物支援プラットフォーム】成果発表会
    • 発表場所
      琵琶湖ホテル(滋賀県大津市)
    • 年月日
      2017-02-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 小胞体Ca2+ダイナミクスの光操作 -光感受性C2C12を用いたSarcomere assembly 研究モデル-2017

    • 著者名/発表者名
      五十嵐 敬幸
    • 学会等名
      第6回超異分学会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 小胞体局在型オプトジェネティクスツールの開発と応用2017

    • 著者名/発表者名
      五十嵐 敬幸
    • 学会等名
      第2回 イオンチャネル研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光による小胞体Ca2+ダイナミクス操作と展望 光感受性マウス筋芽細胞を用いた筋再生研究モデル-2017

    • 著者名/発表者名
      五十嵐 敬幸
    • 学会等名
      本庄国際奨学財団設立20周年記念国際シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Development of novel transgenic rat reporter strains for connectomics/optogenetic studies2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Igarashi
    • 学会等名
      第9回 光操作研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Organelle-optogenetics - Direct manipulation of intracellular Ca2+ dynamics -2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Igarashi
    • 学会等名
      The 4th International Workshop on Technologies for Optogenetics and Neurophotonics OPTOGEN2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 小胞体Ca2+ダイナミクスの光操作-適応回路シフト研究の新展開-2016

    • 著者名/発表者名
      五十嵐敬幸
    • 学会等名
      「適応回路シフト」第4回領域会議
    • 発表場所
      一橋講堂(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-12-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Intervention of the intracellular Ca2+ dynamics by light - light-sensitive myoblasts as in vitro model of sarcomereassembly -2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Igarashi
    • 学会等名
      International Conference on Retinal Proteins (ICRP2016)
    • 発表場所
      Am Neuen Palais 10, 14469 Potsdam, Germany
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 小胞体Ca2+ダイナミクスの光操作 -光感受性C2C12を用いたSarcomere Assembly研究モデル-2016

    • 著者名/発表者名
      五十嵐敬幸
    • 学会等名
      第二回日本筋学会学術集会
    • 発表場所
      国立精神・神経医療研究センター(東京都小平市)
    • 年月日
      2016-08-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Development of new optogenetic tools to manipulate internal Ca2+ dynamics2016

    • 著者名/発表者名
      五十嵐 敬幸
    • 学会等名
      第8回 大学院生研究発表会 「次世代を担う若手研究者の挑戦~医学研究の最前線~」
    • 発表場所
      東北大学医学部6号館, 宮城県仙台市
    • 年月日
      2016-01-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 新規トランスジェニックラット3系統の開発 -tdTomatoレポーターラット, Flameラット, ChR(SFO)発現ラット-2015

    • 著者名/発表者名
      五十嵐 敬幸
    • 学会等名
      2015年度 包括脳ネットワーク冬のシンポジウム
    • 発表場所
      一橋大学 一橋講堂 学術総合センター 2F, 東京
    • 年月日
      2015-12-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 小胞体局在型新規オプトジェネティクスツールの開発2015

    • 著者名/発表者名
      五十嵐 敬幸
    • 学会等名
      生理学研究所 研究会 「シナプス・神経ネットワークの機能ダイナミクス」
    • 発表場所
      生理学研究所, 愛知県岡崎市
    • 年月日
      2015-12-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 新規トランスジェニックレポーターラットの開発 -赤色蛍光タンパク質(tdTomato)及びステップ関数型オプシンレポーターラットの解析-2015

    • 著者名/発表者名
      五十嵐 敬幸
    • 学会等名
      生理学研究所 研究会 「シナプス・神経ネットワークの機能ダイナミクス」
    • 発表場所
      生理学研究所, 愛知県岡崎市
    • 年月日
      2015-12-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Novel transgenic animals for tracing and optogenetics -Flame rats and bistable ChR reporter rats-2015

    • 著者名/発表者名
      五十嵐 敬幸
    • 学会等名
      NTNU - Tohoku Univ. Brain Science Meeting
    • 発表場所
      東北大学 生命科学プロジェクト総合研究棟, 宮城県仙台市
    • 年月日
      2015-11-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a novel transgenic rat strains -Flame rats and ChR reporter rats-2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Igarashi
    • 学会等名
      Society for Neuroscience 45th annual meeting
    • 発表場所
      McCormick Place, Chicago, Illinois, USA
    • 年月日
      2015-10-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 新規トランスジェニックレポーターラットの開発 -赤色蛍光タンパク質(tdTomato)及びステップ関数型オプシンレポーターラットの解析-2015

    • 著者名/発表者名
      五十嵐 敬幸
    • 学会等名
      第1回「適応回路シフト」領域会議
    • 発表場所
      ホテルグランデコ, 福島県耶麻郡北塩原村
    • 年月日
      2015-06-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 細胞/臓器/個体を自在に光らせる!世界初の赤色蛍光レポーターラット

    • URL

      http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2016/05/press20160520-02.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 細胞/臓器/個体を自在に光らせる!世界初の赤色蛍光レポーターラット

    • URL

      http://www.med.tohoku.ac.jp/news/3145.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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