哺乳類神経回路の単一ニューロン解析システムの構築

• 研究課題/領域番号: 16K14559
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 神経生理学・神経科学一般
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 岩里 琢治 国立遺伝学研究所, 個体遺伝研究系, 教授 (00311332)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2017年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 神経科学 / マウス / 遺伝学 / 神経回路 / 脳 / 新規手法 / 遺伝子ノックアウト / 細胞標識 / 遺伝子 / ノックアウト / 蛍光標識 / in vivo / 哺乳類

研究実績の概要

ほ乳類の脳は無数のニューロンが作る複雑なネットワーク（神経回路）として機能する。その中から構成要素である単一のニューロンを選んでその性質を理解することは、ネットワークの構造と機能を理解する上で重要であり、本研究課題はそのための汎用性の高い方法論の構築を目的としている。本年度の研究において、これまでに開発に成功した単一細胞標識システムの汎用性をさらに高めるために様々な観点からの改良を行った。新生仔マウスの大脳皮質のニューロンを主要なターゲットとして研究を遂行した。細胞密度の高い大脳皮質のニューロンの詳細な形態を生体で解析するためには非常に明るい蛍光蛋白が必要であり、その目的のためにいくつかの蛍光タンパク質を比較検討した。また、複数の蛍光蛋白質と組合せて用いることができればさらに汎用性が高まることから、それぞれの組合せに最適の蛍光蛋白質を選ぶための検討を行った。また、形態の解析に加えて、細胞内分子の挙動の解析などを同時に行うことができれば、さらに有益である。そのためには外からの遺伝子導入、内在性遺伝子の改変などいくつかの方式が利用可能であるが、それぞれ一長一短あることから、それらを比較検討した。さらに、新生仔マウスの脳のネットワーク機能を理解するためには、個々のニューロンの活動パターンを解析し、その同調性を解析することが必要である。そのために、いくつかのカルシウムインディケーターの特徴の比較検討を行った。一連の研究により、使いやすく応用範囲の広い汎用性の高いシステムが構築されてきた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

特に問題なく順調に進展している。

今後の研究の推進方策

システムの汎用性をさらに高めるため、様々な条件の検討およびシステムの改良を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Patchwork-Type Spontaneous Activity in Neonatal Barrel Cortex Layer 4 Transmitted via Thalamocortical Projections. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizuno Hidenobu、Ikezoe Koji、Nakazawa Shingo、Sato Takuya、Kitamura Kazuo、Iwasato Takuji
  • 雑誌名: Cell reports 巻: 22 ページ: 123-135
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.12.012
  • 査読あり / オープンアクセスとしている
• [雑誌論文] Protocadherin-αC2 is required for diffuse projections of serotonergic axons. (2017)
  • 著者名/発表者名: Katori Shota、Noguchi-Katori Yukiko、Okayama Atsushi、Kawamura Yoshimi、Luo Wenshu、Sakimura Kenji、Hirabayashi Takahiro、Iwasato Takuji、Yagi Takeshi
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 7 号: 1 ページ: 15908-15908
  • DOI: 10.1038/s41598-017-16120-y
  • 査読あり / オープンアクセスとしている
• [雑誌論文] Spinal RacGAP α-chimaerin is required to establish the midline barrier for proper corticospinal axon guidance. (2017)
  • 著者名/発表者名: Katori Shota、Noguchi-Katori Yukiko、Itohara Shigeyoshi、Iwasato Takuji
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 37 ページ: 7682-7699
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3123-16.2017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prenatal thalamic waves regulate cortical area size prior to sensory processing (2017)
  • 著者名/発表者名: Moreno-Juan, V., Filipchuk, A., Antoｎ-Bolarios, N., Mezzera, C., Gezelius, H., Andes, B., Rodriguez-Malmierca, L., Susin, R., Schaad, O., Iwasato, T., Schuele, R., Rutlin, M., Nelson, S., Ducret, S., Valdeolmillos, M., Rijli, F., Lopez-Bendito, G.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 14172-14172
  • DOI: 10.1038/ncomms14172
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] Supernova: A Versatile Vector System for Single-Cell Labeling and Gene Function Studies in vivo (2016)
  • 著者名/発表者名: Luo, W., Mizuno, H., Iwata, R., Nakazawa, S., Yasuda, K., Itohara, S., Iwasato, T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 35747-35747
  • DOI: 10.1038/srep35747
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] CAPS1 stabilizes the state of readily releasable synaptic vesicles to fusion competence at CA3-CA1 synapses in adult hippocampus. (2016)
  • 著者名/発表者名: 6.Shinoda Y, Ishii C, Fukazawa Y, Sadakata T, Ishii Y, Sano Y, Iwasato T, Itohara S, Furuichi T
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 6 ページ: 31540-31540
  • DOI: 10.1038/srep31540
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In vitro Assay for Dendritic Spine Retraction of Hippocampal Neurons with Sparse Labeling (2016)
  • 著者名/発表者名: Iwata, R., Iwasato, T.
  • 雑誌名: Bio-Protocol 巻: 6
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 謝辞記載あり
• [学会発表] マウス遺伝学を用いた体性感覚系神経回路発達の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: 新潟大学脳研究所共同研究合同セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Unveiling the mechanisms of neuronal circuit refinement in the neonatal mouse barrel Cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: Academia Sinica Symposium
  • 国際共著/国際学会である / 招待講演
• [学会発表] マウス大脳皮質の生後発達期神経回路リモデリング (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: 第12回「認識と形成」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 生後発達期の大脳皮質リモデリング (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「大脳皮質回路の機能原理を探る」
  • 招待講演
• [学会発表] マウス大脳皮質の生後発達期神経回路リモデリング (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: 第5回「幸福脳」研究会（名古屋大学・慶応大学合同ミーティング）
  • 招待講演
• [学会発表] 哺乳類中枢神経系における神経回路形成の遺伝学的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: 新潟大学脳研究所共同研究合同セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] In vivo imaging of neonatal mouse barrel cortex (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Iwasato
  • 学会等名: Dart Neuroscience Seminar Series at TSRI
  • 発表場所: SD, ＵＳＡ
  • 年月日: 2016-11-18
  • 国際共著/国際学会である / 招待講演
• [学会発表] Supernova: Extensible vector systems that enable high intensity single-cell labeling and labeled cell-specific gene knockout and editing In vivo (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Nakazawa., W. Luo., R. Iwata., H. Mizuno., T. Iwasato.
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2016
  • 発表場所: SD, USA
  • 年月日: 2016-11-12
  • 国際共著/国際学会である
• [学会発表] 独自の二光子イメージング技術を用いた、新生仔マウス大脳皮質における神経回路発達の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: 第159回日本獣医学会学術集会
  • 発表場所: 藤沢
  • 年月日: 2016-09-07
  • 招待講演
• [学会発表] In vivo imaging of neonatal mouse barrel cortex (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Iwasato.
  • 学会等名: Circuit Construction in the Mammalian Brain
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2016-08-08
  • 国際共著/国際学会である / 招待講演
• [学会発表] 単一細胞蛍光標識と標識細胞特異的遺伝子操作を可能とするベクターシステム (2016)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: 第13回アカデミックフォーラム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-05-13
  • 招待講演
• [産業財産権] ベクターシステム、遺伝子発現方法、標的遺伝子ノックアウト方法、標的遺伝子ノックダウン方法、標的遺伝子編集方法、及び遺伝子発現キット (2016)
  • 発明者名: 岩里琢治、水野秀信、羅ブンジュウ、岩田亮平
  • 権利者名: 情報・システム研究機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-094814
  • 出願年月日: 2016-05-10
  • 出願年: 2016