単純な脊椎動物の腸神経系機能の可視化と光遺伝学による腸運動の制御

• 研究課題/領域番号: 16K06998
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 神経生理学・神経科学一般
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 八田 公平 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 教授 (40183909)
• 研究分担者: 二階堂 昌孝 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 准教授 (70344950) ; 中川 将司 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 助教 (00212085)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 光遺伝学 / 腸神経系 / カルシウムイメージング / 咽頭歯 / 平滑筋 / 蠕動運動 / ゼブラフィッシュ / 摂食行動 / 腸神経 / ICC / チャネルロドプシン２ / GCaMP / ライブイメージング / 再生 / コリンアセチルトランスフェラーゼ / GFP / 神経分化 / X線イメージング / 腸 / 蠕動反射 / チャネルロドプシン / 徐波 / SPring-8

研究成果の概要

脊椎動物の腸は独自の神経系をもち、第２の脳とよばれている。私達は、体が透明で腸を外部から見ることができるゼブラフィッシュ幼生を用いて、腸の発生・再生・機能を非侵襲的に調べる実験系を確立した。
腸神経細胞を多色ラベルし、腸の上における一個一個の遊走神経堤細胞の移動・分裂・神経分化の追跡に成功した。腸神経細胞・ペースメーカー細胞（ICC）・平滑筋細胞・粘膜細胞・EC細胞などのCa2+イメージングを行ない、腸の運動との関係を明らかにした。
また、これらの細胞にチャネルロドプシン２を発現させ、腸の細胞１～数個を光で興奮させるだけで、様々な腸の運動をひきおこしたり停止したりできることをはじめて示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

透明なゼブラフィッシュの幼生を用いて、生きた個体内で腸神経系の発生・機能・再生をライブイメージングによって調べることができる実験系を確立した。また、光遺伝学的手法によって、光で腸の動きを体内で制御することに成功した。これらの成果は、腸の発生と機能をひとつひとつの細胞レベルで解析し、ヒルシュスプルング病や過敏性腸症候群（IBS）など、さまざまな腸の疾病の原因や治療法を明らかにするための基礎を提供する。

研究成果

• [雑誌論文] Local heat‐shock mediated multi‐color labeling visualizing behaviors of enteric neural crest cells associated with division and neurogenesis in zebrafish gut (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuwata Mai、Nikaido Masataka、Hatta Kohei
  • 雑誌名: Developmental Dynamics 巻: ePub 号: 6 ページ: 437-448
  • DOI: 10.1002/dvdy.36
  • 査読あり
• [雑誌論文] Early development of the enteric nervous system visualized by using a new transgenic zebrafish line harboring a regulatory region for choline acetyltransferase a ( chata ) gene (2018)
  • 著者名/発表者名: Nikaido Masataka、Izumi Saki、Ohnuki Honoka、Takigawa Yuki、Yamasu Kyo、Hatta Kohei
  • 雑誌名: Gene Expression Patterns 巻: 28 ページ: 12-21
  • DOI: 10.1016/j.gep.2018.01.003
  • 査読あり
• [学会発表] マイクロCTおよびX線ライブ動画の動物学への適用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 八田公平
  • 学会等名: 第90回日本動物学会
  • 招待講演
• [学会発表] ゼブラフィッシュ幼生の腸組織のカルシウムイメージングと光遺伝学的解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高御堂大慈、西田さやか、兒島 卓也、二階堂 昌孝、川上浩一、岡本 晋一、八田 公平
  • 学会等名: 第42回日本神経科学大会
• [学会発表] Ca2+ imaging and optogenetic analysis of tissues in the zebrafish gut (2019)
  • 著者名/発表者名: Daiji Takamido, Sayaka Nishida, Takuya Kojima, Masataka Nikaido, Shin-ichi Okamoto, Koichi Kawakami,Kohei Hatta
  • 学会等名: 14th International Zebrafish Conference (Suzhou, China)
  • 国際学会
• [学会発表] ゼブラフィシュを用いた腸神経細胞除去後の再生機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: Maria Ohno, Natsumi Horiuchi, Koichi Kawakami, Masataka Nikaido, Kohei Hatta
  • 学会等名: 第52回日本発生生物学会
• [学会発表] Imaging and optogenetic analysis of the second brain to control gut motility in zebrafish larvae (2018)
  • 著者名/発表者名: Daiji Takamido, Sayaka Nishida, Takuya Kojima, Masataka Nikaido, Shin-ichi Okamoto, Kohei Hatta
  • 学会等名: CSH Asia meeing on Latest Advances in Development & Function of Neuronal Circuits (Awaji Japan)
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of neuronal and non-neuronal cells associated with either peristalsis or slow waves in the zebrafish intestine (2018)
  • 著者名/発表者名: Daiji Takamido, Sayaka Nishida, Takuya Kojima, Masataka Nikaido, Kohei Hatta
  • 学会等名: 13th International Zebrafish Conference (Madison, USA)
  • 国際学会
• [学会発表] ゼブラフィッシュを用いた腸神経系傷害後の再生機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大野 真理愛、堀内 奈津美、川上浩一、二階堂 昌孝、八田 公平
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会
• [学会発表] Ca2+ imaging and optogenetic analysis of cells derived from ectodermal, mesodermal and endodermal germ layers in the zebrafish gut. (2018)
  • 著者名/発表者名: 高御堂大慈、西田さやか、兒島 卓也、二階堂 昌孝、川上浩一、岡本 晋一、八田 公平
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会
• [学会発表] ゼブラフィッシュを用いた腸神経系傷害後の再生機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大野 真理愛、堀内 奈津美、川上浩一、二階堂 昌孝、八田 公平
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] ゼブラフィッシュ幼生の単純な腸における徐波と蠕動運動に関連して活動する細胞群の光遺伝学による機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 八田 公平、兒島 卓也、高御堂 大慈、西田 さやか、二階堂 昌孝、岡本 晋一
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] ゼブラフィッシュ幼生の腸における蠕動運動と徐波に関連して活動する神経および非神経細胞群の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高御堂 大慈、西田 さやか、兒島 卓也、二階堂 昌孝、岡本 晋一、八田 公平
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] A heat-shock mediated multi-color labeling of the enteric neural crest cells for analyzing the patterns of their migration, division and differentiation in zebrafish gut. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mai Kuwata, Masataka Nikaido, Koichi Kawakami, Kohei Hatta
  • 学会等名: 第51回日本発生生物学会
• [学会発表] Ca2+-imaging and optogenetic analysis of peristalsis in the simple gut of larval zebrafish (2017)
  • 著者名/発表者名: 八田公平
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
  • 発表場所: 幕張メッセ 東京
  • 年月日: 2017-07-20
• [学会発表] Early development of the enteric nervous systems visualized by a transgenic zebrafish line harboring regulatory region for choline acetyltransferase. (2017)
  • 著者名/発表者名: 二階堂昌孝
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
  • 発表場所: 幕張メッセ 東京
  • 年月日: 2017-07-20
• [学会発表] 迷走神経堤の可視化による腸神経分化過程の細胞動態の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑田舞
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
  • 発表場所: 幕張メッセ 東京
  • 年月日: 2017-07-20
• [学会発表] Ca2+-imaging and photo-manipulation of the simple gut of zebrafish larvae in vivo (2017)
  • 著者名/発表者名: 八田公平
  • 学会等名: 10th European Zebrafish Meeting 欧州セブラフィッシュ発生遺伝学会議
  • 発表場所: ブダペスト、ハンガリー
  • 年月日: 2017-07-03
  • 国際学会
• [学会発表] Ca2+-imaging and photo-manipulation of the simple gut of zebrafish larvae in vivo (2017)
  • 著者名/発表者名: 八田公平
  • 学会等名: 第50回日本発生生物学会
  • 発表場所: 船堀タワーホール 東京
  • 年月日: 2017-05-10
• [学会発表] Ca2+-imaging and photo-manipulation of the simple gut of zebrafish larvae in vivo (2017)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichi Okamoto & ◯Kohei Hatta
  • 学会等名: 10th European Zebrafish Meeting, Budapest, Hungary（ポスター）
  • 国際学会
• [学会発表] Synchrotron mCT and live-imaging analysis of pharyngeal jaws of ancient fish, arowana, gar, polypterus and lungfish, in feeding. (2017)
  • 著者名/発表者名: Taiki Komori, Saki Shiomoto, Shota Nomura, Kenta Kuwabara, Tomohiro Inoue, Takanori Ikenaga, Kentaro Uesugi, Masato Hoshino, Masataka Nikaido, Mai Kuwata, Maria Ohno, Mio Aoki, Takuya Kojima, Daiji Takamido, Sayaka Nishida, Miei Honda, and ◯Kohei Hatta
  • 学会等名: The Joint Symposium between The 2nd Brain Research Institute Monash Sunway-University of Toyama International Symposium 富山 （口演）
  • 国際学会
• [学会発表] ゼブラフィッシュ幼生の単純な腸の生体内カルシウムイメージングと光操作 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡本 晋一、 〇八田公平
  • 学会等名: 第５０回 日本発生生物学会 船堀、東京（口演）
• [学会発表] ゼブラフィッシュ幼生の単純な腸における蠕動運動のCa2+イメージングおよび光遺伝学解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 〇八田公平、岡本 晋一
  • 学会等名: 第４０回 日本神経科学大会（Neurosceince 2017）幕張、東京（口演）
• [学会発表] コリンアセチルトランスフェラーゼ調節領域を使用した遺伝子導入魚による腸神経系の初期発生過程の可視化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 〇二階堂昌孝、泉早紀、大貫穂乃佳、瀧川雄基、弥益恭、八田公平
  • 学会等名: 第４０回 日本神経科学大会（Neurosceince 2017）幕張、東京 （口演）
• [学会発表] 迷走神経堤の可視化による腸神経分化過程の細胞動態の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 〇桑田舞、八田公平、二階堂昌孝
  • 学会等名: 第４０回 日本神経科学大会（Neurosceince 2017）幕張、東京 （ポスター）
• [学会発表] ゼブラフィッシュを用いた腸神経系傷害後の機能回復機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 〇大野 真理愛、堀内 奈津美、二階堂 昌孝、八田 公平
  • 学会等名: 生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017 第４０回日本分子生物学会年会）神戸（ポスター）
• [学会発表] ゼブラフィッシュ幼生の単純な腸のカルシウムイメージングと光遺伝学解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本 晋一、高御堂 大慈、西田 さやか、兒島 卓也、二階堂 昌孝、〇八田 公平
  • 学会等名: 生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017 第４０回日本分子生物学会年会）神戸（ポスター）
• [学会発表] ゼブラフィッシュ幼生の腸の運動と関連して活動する細胞の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 〇高御堂 大慈、西田 さやか、兒島 卓也、二階堂 昌孝、岡本 晋一、八田 公平
  • 学会等名: 生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017 第４０回日本分子生物学会年会）神戸（ポスター）
• [学会発表] ２つの脳の作り方：～いろいろな色の光と遺伝子による挑戦～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 〇桑田舞、大野 真理愛、青木澪、兒島卓也、古森大樹、高御堂大慈、西田さやか、本多美瑛、二階堂昌孝、中川将司、八田公平
  • 学会等名: 知の交流シンポジウム 神戸 （ポスター）
• [学会発表] 身近にいるエイリアン？ 魚がかくし持つ第２のあごのなぞをSPring-8でときあかす (2017)
  • 著者名/発表者名: 〇八田公平、〇古森大樹
  • 学会等名: やさしいサイエンスセミナー 光都オプトピアシアター 赤穂郡 （口演）
  • 招待講演