大規模機能的コネクトミクス法の創出

• 研究課題/領域番号: 17K19438
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 神経科学およびその関連分野
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 林 朗子 (高木朗子) 群馬大学, 生体調節研究所, 教授 (60415271)
• 研究協力者: 小尾 紀翔 群馬大学, 生体調節研究所・脳病態制御分野
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: AS-PaRac1 / 大規模機能的コネクトミクス / セル・アンサンブル / シナプス・アンサンブル / シナプス / 機能的コネクトミクス / シナプス光遺伝学 / スパイン / コネクトミクス / 2光子励起

研究成果の概要

増強したスパインとともに、シナプス前・後部神経細胞を神経活動依存的に同時標識する方法を確立し、学習時に活動した特定のニューロン集団（セル・アンサンブル）と、学習に伴い増強するシナプス群（シナプス・アンサンブル）を大規模に標識する手法の創出を目指した。そのために神経活動依存性プロモーターや蛍光タンパク質の種類、蛋白質分解誘導ペプチドの付加などの条件検討を行い、シナプス前部プローブ、シナプス後部側の神経細胞形態マーカー、AS-PaRac1-mCloverを発現するトリプル・トランスジェニック（TG）マウスを作成し、大規模かつ定量的な「機能的」コネクトミクスのための技術基盤の準備をおこなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来型の「形態的」コネクトミクスを用いて、神経回路地図の構築が目指されていますが、如何に詳細な地図を作ろうと、どの神経回路が実際に使用され、強化もしくは減弱されたかを示すことは出来ません。そこでシナプスの可塑性の情報を含めた「機能的」コネクトミクスを描出する技術が必要です。本研究課題で私たちが確立した「機能的」コネクトミクス」は、シナプス増強プローブ（赤色）と共に、そのシナプス前部（青色）とシナプス後部神経細胞（緑色）を神経活動依存性に3色に標識するものであり、高次機能を担う神経回路の全容を、新たな角度より解明できると考えます。

研究成果

• [雑誌論文] Synaptic functions and their disruption in schizophrenia: From clinical evidence to synaptic optogenetics in an animal model (2019)
  • 著者名/発表者名: Kisho Obi-Nagata, Yusuke Tenma, Akiko Hayashi-Takagi
  • 雑誌名: Proceedings of the Japan Academy, Ser. B 巻: 未定
  • 査読あり
• [雑誌論文] 増大特集 記憶と忘却に関わる脳のしくみ-分子機構から健忘の症候まで 学習･記憶の細胞基盤-シナプス･アンサンブルを可視化･操作する技術の創出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 壮泰、宮本 成美、千葉 久実、小尾 紀翔、林(高木) 朗子
  • 雑誌名: BRAIN and NERVE 巻: 70 号: 7 ページ: 713-721
  • DOI: 10.11477/mf.1416201072
  • ISSN: 1344-8129, 1881-6096
  • 年月日: 2018-07-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical Landscape for Tissue Clearing Based on Hydrophilic Reagents. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tainaka K, Murakami TC, Susaki EA, Shimizu C, Saito R, Takahashi K, Hayashi-Takagi A, Sekiya H, Arima Y, Nojima S, Ikemura M, Ushiku T, Shimizu Y, Murakami M, Tanaka KF, Iino M, Kasai H, Sasaoka T, Kobayashi K, Miyazono K, Morii E, Isa T, Fukayama M, Kakita A, Ueda HR.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 24 号: 8 ページ: 2196-2210
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.07.056
  • NAID: 120006542018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Calcineurin knockout mice show a selective loss of small spines (2018)
  • 著者名/発表者名: Okazaki H, Hayashi-Takagi A, Nagaoka A, Negishi M, Ucar H, Yagishita S, Ishii K, Toyoizumi T, Kasai H
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 巻: 671 ページ: 99-102
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2018.02.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Increased EphA4-ephexin1 signaling in the medial prefrontal cortex plays a role in depression-like phenotype. (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhang JC, Yao W, Qu Y, Nakamura M, Dong C, Yang C, Ren Q, Ma M, Han M, Shirayama Y, Hayashi-Takagi A, Hashimoto K
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 7 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-017-07325-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 光によるマウスを用いた精神神経疾患の病態解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小尾紀翔、林（高木）朗子
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 68 ページ: 486-487
• [雑誌論文] 学習・記憶の細胞基盤：シナプス・アンサンブル (2017)
  • 著者名/発表者名: 小尾紀翔、白井福寿、林（高木）朗子
  • 雑誌名: 生化学 巻: 89 ページ: 546-550
  • NAID: 40021312490
• [学会発表] Systemic response as a causal/exacerbating factor for psychiatric disorders (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takagi A
  • 学会等名: 日本生理学会（日本、高松）
  • 招待講演
• [学会発表] Development of innovative wide-view mapping of synaptic ensemble in the psychiatric model (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takagi A
  • 学会等名: 日本生理学会（日本、高松）
  • 招待講演
• [学会発表] 精神疾患の神経回路異常の解明にむけた革新的な機能的コネクトミクス法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 林（高木）朗子
  • 学会等名: 第1回三融会・武田神経科学シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 精神疾患の神経回路異常の解明にむけた機能的コネクトミクス法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 林（高木）朗子
  • 学会等名: 九州大学・大学院セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] （女性）研究者として～大脳シナプスバイオロジー (2018)
  • 著者名/発表者名: 林（高木）朗子
  • 学会等名: 前橋女子高校、スーパーサイエンススクール出前授業
  • 招待講演
• [学会発表] 青い光で記憶を消す～心の仕組みとその基盤～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 林（高木）朗子
  • 学会等名: 第49回藤田学園医学会シンポジウム
  • 招待講演