新規発光膜電位センサーを用いたマウスの運動指令形成メカニズム解明

• 研究課題/領域番号: 16J00111
• 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: 生物物理学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 稲垣 成矩 大阪大学, 生命機能研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2016年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 化学発光タンパク質 / 膜電位指示薬 / イメージング / 自由行動 / 脳活動計測 / 光遺伝学ツール / ドラッグスクリーニング

研究実績の概要

平成28年度、報告者は世界初の化学発光膜電位指示薬（LOTUS-V）の開発に成功した（Inagaki, S. et al. Scientific Reports. 7:42398. 2017）。平成29年度では、アデノ随伴ウィルスを介してこのLOTUS-Vを、マウス第一次視覚野の神経細胞特異的に発現させ、ファイバー・フリーな状態で脳活動計測を行った。このファイバー・フリー計測手法の優れた点は、細胞種特異的な電気的シグナルを、自由行動下の複数マウスから計測可能な点である。この新規の計測法を用いて報告者は、第一次視覚野の神経細胞の活動が、マウスの移動速度に応じて、有意に上昇することを確認した。また四匹のマウスを同じケージに入れ、暗箱下で同時に脳活動計測を行うと、興味深いことにマウスどうしが互いに接触した際に、第一次視覚野の神経細胞の活動が有意に上昇することを発見した。またこの活動はマウスが移動している状態（Active state）、止まっている状態(Resting state)でも同程度上昇した。
以上の結果から、報告者の開発した新規のファイバー・フリー計測法を用いれば、社会性行動時の脳活動を複数動物から計測可能であり、また新規の神経活動の発見に有用であることが示唆された。さらにこの計測法を用いれば、簡易に脳活動を計測可能であることから、対人恐怖症などの社会性不安障害を和らげる薬の開発などに有効であることが予想される。以上の結果については現在論文投稿作業中であり、今年度中に国際誌にアクセプトされることが期待される。

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。

研究成果

• [国際共同研究] University of Oxford(英国)
• [国際共同研究] Ｅｍｏｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(米国)
• [雑誌論文] A novel fiber-free technique for brain activity imaging in multiple freely behaving mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Inagaki Shigenori、Agetsuma Masakazu、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: Proc. SPIE. 巻: 10482 ページ: 11-11
  • DOI: 10.1117/12.2302396
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bioluminescent indicator applicable to membrane voltage recording in various excitable cell types (2017)
  • 著者名/発表者名: Inagaki Shigenori、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: Proc. SPIE. 巻: 1025102 ページ: 1025102-1025102
  • DOI: 10.1117/12.2267502
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo brain activity imaging of interactively locomoting mice (2017)
  • 著者名/発表者名: Inagaki Shigenori、Agetsuma Masakazu、Ohara Shinya、Iijima Toshio、Wazawa Tetsuichi、Arai Yoshiyuki、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: なし
  • DOI: 10.1101/203422
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorescence and Bioluminescence Imaging of Angiogenesis in Flk1-Nano-lantern Transgenic Mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsushita, J*., Inagaki, S*(equal contribution)., Nishie, T., Sakasai, T., Tanaka, J., Watanabe, C., Mizutani, K., Miwa, T., Matsumoto, K., Takara, K., Naito, H., Kidoya, H., Takakura, N., Nagai, T., Takahashi, S., Ema, M.
  • 雑誌名: Scientific Reports. 巻: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genetically encoded bioluminescent voltage indicator for multi-purpose use in wide range of bioimaging. (2017)
  • 著者名/発表者名: Inagaki S, Tsutsui H, Suzuki K, Agetsuma M, Arai Y, Jinno Y, Bai G, Daniels M, Okamura Y, Matsuda M, and Nagai T
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 42398-42398
  • DOI: 10.1038/srep42398
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Investigation of Effect of Bioluminescent Light on Human using Electroencephalogram. (2016)
  • 著者名/発表者名: Thammasan, N., Iwano, M., Moriyama, K., Fukui, K., Kawintiranon, K., Buatong, Y., Inagaki, S., Nagai, T., and Numao, M.
  • 雑誌名: Proc. The 23nd International Display Workshop in conjunction with Asia Display 巻: なし ページ: 57-60
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current progress in genetically encoded voltage indicators for neural activity recording (2016)
  • 著者名/発表者名: Inagaki, S., Nagai, T.
  • 雑誌名: Current Opinion In Chemical Biology 巻: 33 ページ: 95-100
  • DOI: 10.1016/j.cbpa.2016.05.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] 遺伝子にコードされた膜電位センサーによる神経活動計測の現状と展望 (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲垣成矩、永井健治
  • 雑誌名: Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ 巻: 31 号: 2 ページ: 119-126
  • DOI: 10.2745/dds.31.119
  • NAID: 130005158784
  • ISSN: 0913-5006, 1881-2732
  • 査読あり
• [学会発表] A novel fiber-free technique for brain activity imaging in multiple freely behaving mice. (2018)
  • 著者名/発表者名: Inagaki S, Agetsuma M, Nagai T.
  • 学会等名: SPIE Photonic West BiOS
  • 国際学会
• [学会発表] Chemiluminescent voltage indicator applicable to brain activity recording in freely moving mice (2017)
  • 著者名/発表者名: Inagaki, S., Agetsuma, M., Hidekazu, T., Ohara, S., Arai, Y., Suzuki, K., Jinno, Y., Matsuda, T., Iijima, T., Okamura, Y. Nagai, T.
  • 学会等名: Humanware International Symposium 2017
  • 発表場所: Senri Hankyu Hotel
  • 年月日: 2017-01-26
  • 国際学会
• [学会発表] Genetically encoded chemiluminescent voltage indicator applicable to brain activity recording in freely moving mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Inagaki, S., Agetsuma, M., Ohara, S., Iijima, T., Wazawa, T., Arai, Y., Nagai, T.
  • 学会等名: 9th Optogenetics Research Society Japan International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] /複数の自由 行動マウスにおける脳活動計測が可能な化学発光膜電位センサーの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 稲垣成矩・揚妻正和・筒井秀和・大原慎也・新井由之・神野有香・白貴蓉・ 飯島敏夫・Matthew J. Daniels・岡村康司・松田知己・永井健治
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 複数マウスの脳活動を自 由行動下で同時計測可能な化学発光膜電位センサーの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 稲垣成矩・揚妻正和・筒井秀和・大原慎也・新井由之・鈴木和志・神野有 香・松田知己・飯島敏夫・岡村康司・永井健治
  • 学会等名: 第40回日本神 経科学大会
• [学会発表] Chemiluminescent voltage indicator applicable to brain activity recording in freely moving mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: 1.Inagaki, S., Agetsuma, M., Hidekazu, T., Ohara, S., Arai, Y., Suzuki, K., Jinno, Y., Matsuda, T., Iijima, T., Okamura, Y. Nagai, T.
  • 学会等名: The 20th ISIR International Symposium
  • 発表場所: Knowledge Capital Congrès Convention Center
  • 年月日: 2016-12-12
  • 国際学会
• [学会発表] 自由行動マウスの脳活動計測を可能にする化学発光膜電位センサーの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲垣成矩・揚妻正和・筒井秀和・新井由之・鈴木和志・神野有香・岡村康司・松田知己・永井健治
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] 自由行動マウスの脳活動計測を可能にする化学発光膜電位センサーの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲垣成矩・揚妻正和・筒井秀和・新井由之・鈴木和志・神野有香・岡村康司・松田知己・永井健治
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Development of a chemiluminescent voltage indicator applicable to brain activity recording in freely moving mice (2016)
  • 著者名/発表者名: Shigenori Inagaki, Masakazu Agetsuma, Tsutsui Hidekazu, Yoshiyuki Arai, Kazushi Suzuki, Yuka Jinno, Yasushi Okamura, Tomoki Matsuda and Takeharu Nagai
  • 学会等名: QBiC Symposium 2016 Decoding Organisms by Quantitative Cell Profiling
  • 発表場所: Senri Life Science Center
  • 年月日: 2016-09-05
• [学会発表] 自由行動マウスの脳活動計測を可能にする化学発光膜電位センサーの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲垣成矩
  • 学会等名: 蛋白研セミナー「膜タンパク質の構造ダイナミクス」
  • 発表場所: 大阪大学蛋白質研究所
  • 年月日: 2016-05-12
  • 招待講演
• [備考] 永井研究室ホームページ
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bse/index.html
• [備考] 大阪大学大学院生命機能研究科 研究成果
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/jpn/events/achievement/inagaki-nagai-20170213/