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, 遺伝形質研究系, 教授 (00311332)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018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 / 神経回路 / 単一細胞解析 / 細胞標識 / 遺伝子ノックアウト / 発達 / マウス / 遺伝学 / 脳 / 新規手法 / 遺伝子 / ノックアウト / 蛍光標識 / in vivo / 哺乳類

研究成果の概要

単一細胞の標識と同時に標識細胞特異的に遺伝子ノックアウトができる簡便で効率のよい方法（Supernova法）の開発に成功した。Supernova法では、2種類のベクターを脳に導入することにより、ベクターが導入された細胞のうちの一部でのみ遺伝子発現が増幅され、少数の細胞のみが極めて明るく蛍光標識される。また、標識された細胞特異的に遺伝子をノックアウトできる画期的なシステムである。

研究成果の学術的意義や社会的意義

遺伝子を操作するためにTALEN, CRISPR/Cas9などの最新のゲノム編集技術を取り入れることで、高性能で汎用性のあるSupernovaシリーズを構築した。その結果、遺伝子組換え動物ではない多くのモデル生物においても単一細胞遺伝子ノックアウトできるようになった。また、ベクター導入に、これまでの子宮内電気穿孔法に加えてアデノ随伴ウイルス（AAV）が利用できるようになり、幅広い組織への適用が可能になった。

研究成果

• [雑誌論文] In Vivo Two-photon Imaging of Cortical Neurons in Neonatal Mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizuno H*, Nakazawa S, Iwasato T (* correspondence)
  • 雑誌名: Journal of Visualized Experiments 巻: 140 号: 140
  • DOI: 10.3791/58340
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Differential dynamics of cortical neuron dendritic trees revealed by long-term in vivo imaging in neonates (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakazawa Shingo、Mizuno Hidenobu、Iwasato Takuji
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 3106-3106
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05563-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of tactile sensory circuits in the CNS (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwasato Takuji、Erzurumlu Reha S.
  • 雑誌名: Current Opinion in Neurobiology 巻: 53 ページ: 66-75
  • DOI: 10.1016/j.conb.2018.06.001
  • 査読あり / 国際共著
• [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, H., Ikezoe, K., Nakazawa, S., Sato, T., Kitamura, K., Iwasato, T.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 22 号: 1 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
• [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: Scientific Reports 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
• [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: The Journal of Neuroscience 巻: 37 号: 32 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 Commun. 巻: 8 号: 1 ページ: 14172-14172
  • DOI: 10.1038/ncomms14172
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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: Sci Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 35747-35747
  • DOI: 10.1038/srep35747
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 31540-31540
  • DOI: 10.1038/srep31540
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 赤ん坊の脳の中での神経回路の発達 ―マウス遺伝学と二光子イメージングを用いた研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: 第18回BIRD脳科学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] In vivo imaging of barrel cortex layer 4 during thalamocortical reorganization (2018)
  • 著者名/発表者名: Takuji Iwasato
  • 学会等名: 遺伝研研究会2018 “Circuit construction in the mammalian brain”
  • 招待講演
• [学会発表] In vivo imaging of barrel cortex circuit refinement in neonates (2018)
  • 著者名/発表者名: Takuji Iwasato
  • 学会等名: Spontaneous Activity in Brain Development (SPONT 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] In vivo functional and morphological imaging of neural circuit refinement in the neonatal barrel cortex (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: CSHA(Cold Spring Harbor Asia) on Neuroscience 2018 「Latest Advances in Development and Function of Neuronal Circuits」サテライトシンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新生仔マウスのバレル皮質神経回路発達のin vivoイメージング (In vivo imaging of barrel cortex circuit refinement in neonates) (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] マウスで迫る「赤ん坊の脳の発達のしくみ」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: JT生命誌研究館・国立遺伝学研究所共同企画シンポジウム「遺伝学の最先端研究から見る生命誌」
  • 招待講演
• [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
  • 国際学会 / 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
  • 国際学会 / 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
  • 国際学会
• [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
  • 国際学会 / 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