神経活動をゲノムに記録するシステムの開発

• 研究課題/領域番号: 18K19494
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分51:ブレインサイエンスおよびその関連分野
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 田中 光一 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (80171750)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2018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: 神経活動 / 記録 / DNA / ゲノム編集 / ゲノム記録 / CRISPR/Cas

研究成果の概要

脳の情報処理機構を解明するためには、脳を構成する全ての神経細胞の活動を経時的に長期間記録し、機能との対応を解析することが必要である。本研究では、ゲノム編集技術を用い、神経細胞の活動履歴をDNA上に記録できる系の開発を目指した。 グリオーマ細胞株を用い、神経活動で発現が上昇するc-fos遺伝子座にCas9を発現させ、神経活動の履歴をDNA上の配列変化として記録可能な細胞株の作成を試みたが、目的の細胞を作成することはできなかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脳を構成する全ての神経細胞の長期間に亘る活動履歴をゲノムに記録できるれば、空間的に離れた脳領域間の機能的結合や脳全体のネットワークとしての特性を、ゲノムの配列解析からレトロスペクティブに解明できる。さらに、単一細胞分析と併用することにより、単一神経細胞レベルでの機能的結合も解析でき、細胞・局所神経回路・脳全体の機能的ネットワークを縦断的に解明できる可能性を秘めている。申請者の作成した細胞系を改良し、目的の実験系が確立されれば、脳機能の解明に大きな貢献をすると期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Heinrich Heine University(ドイツ)
• [雑誌論文] Exacerbation of Epilepsy by Astrocyte Alkalization and Gap Junction Uncoupling (2021)
  • 著者名/発表者名: Mariko Onodera, Jan Meyer, Kota Furukawa, Yuichi Hiraoka, Tomomi Aida, Kohichi Tanaka, Kenji F. Tanaka, Christine R. Rose and Ko Matsui
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 41 号: 10 ページ: 2106-2118
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2365-20.2020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Glial glutamate transporter GLT ‐1 determines susceptibility to spreading depression in the mouse cerebral cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Aizawa Hidenori、Sun Weinan、Sugiyama Kaori、Itou Yukiko、Aida Tomomi、Cui Wanpeng、Toyoda Saori、Terai Haruhi、Yanagisawa Michiko、Tanaka Kohichi
  • 雑誌名: Glia 巻: 68 号: 12 ページ: 2631-2642
  • DOI: 10.1002/glia.23874
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dopaminergic signaling in the nucleus accumbens modulates stress-coping strategies during inescapable stress. (2020)
  • 著者名/発表者名: Cui, W., Aida, T., Ito, H., Kobayashi, K., Wada, Y., Kato, S., Nakano, T., Zhu, M., Isa, K., Kobayashi, K., Isa, T., Tanaka, K. and Aizawa, H.
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 40 号: 38 ページ: 7241-7254
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0444-20.2020
  • NAID: 120007170786
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Establishment of a tTA-dependent photoactiveatable Cre recombinease knock-in mouse model for optogenetic genome engineering. (2020)
  • 著者名/発表者名: 9.Takao, T., Hiraoka, Y., Kawabe, K., Yamada, D., Ming, L., Tanaka, K., Sato, M., Takarada, T.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 526 号: 1 ページ: 213-217
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.03.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Functional roles of glial glutamate transporter (GLAST) in emotional and cognitive abnormalities of mice after repeated phencyclidine administration. (2019)
  • 著者名/発表者名: chida, M., Hida, H., Mori, K., Yoshimi, A., Kitagaki, S., Yamada, K., Hiraoka, Y., Aida, T., Tanaka, K., Ozaki, N., Noda, Y.
  • 雑誌名: European Neuropsychopharmacology 巻: 29 号: 8 ページ: 914-924
  • DOI: 10.1016/j.euroneuro.2019.06.005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biased genome editing using the local accumulation of DSB repair molecules system. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakade S, Mochida K, Kunii A, Nakamae K, Aida T, Tanaka K, Sakamoto N, Sakuma T, Yamamoto T
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9(1) 号: 1 ページ: 3270-3270
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05773-6
  • 査読あり / オープンアクセス