2光子励起ケイジドGABA活性化法による単一抑制性シナプス機能・構造の包括的研究

• 研究課題/領域番号: 19680020
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 神経・筋肉生理学
• 研究機関: 基礎生物学研究所
• 研究代表者: 松崎 政紀 基礎生物学研究所, 生殖生物学研究部門, 教授 (50353438)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 25,220千円 (直接経費: 19,400千円、間接経費: 5,820千円); 2010年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2009年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2008年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2007年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
• キーワード: ニューロン / シナプス機能 / 脳・神経 / 神経科学 / 高性能レーザー

研究概要

ケイジドGABAであるCDNI-GABAの2光子励起活性化法によって、シナプス前終末からのGABA放出によるGABA受容体シナプス電流とほぼ同じキネティックスをもつGABA受容体電流を得ることができ、その空間解像度は光軸に対しておよそ2μmであった。これを用いて、GABA受容体の3次元機能マッピングを行い、細胞体付近および細胞体近傍の樹状突起の膜上に沿ってGABA受容体のホットスポットが点在していること、GABA受容体のホットスポットがグルタミン酸受容体のホットスポットと異なること、軸索起始部においても機能的GABA受容体が存在することを明らかにした。また別のケイジドGABAであるDCAC-GABAとケイジドグルタミン酸CDNI-Gluとを併用する方法を開発した。この方法によって細胞体に存在する抑制性シナプスをケイジドGABAによる2光子励起法で刺激し過分極を誘発させると、ケイジドグルタミン酸を多数のシナプスで2光子刺激して誘発された大きな脱分極の細胞体への伝播を抑えて活動電位誘発を阻害できることを再現よく繰り返すことが出来るようになった。

研究成果

• [雑誌論文] Simultaneous two-photon activation of presynaptic cells and calcium imaging in postsynaptic dendritic spines. (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M., Ellis-Davies G.C.R., Kanemoto Y., Kasai H.
  • 雑誌名: Neural Systems & Circuits 1 ページ: 2-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous two-photon activation of presynaptic cells and calcium imaging in postsynaptic dendritic spines. (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M., et al.
  • 雑誌名: Neural Systems & Circuits 巻: 1 ページ: 2-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-photon uncaging of γ-aminobutyric acid in intact brain tissue. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M., Hayama T., Kasai H., Ellis-Davies G.C.R.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 6 ページ: 255-257
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-color, two-photon uncaging of glutamate and GABA. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kantevari S., Matsuzaki M., Kanemoto Y., Kasai H., Ellis-Davies G.C.R.
  • 雑誌名: Nature Methods 7 ページ: 123-125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-photon uncaging of γ-aminobutyric acid in intact brain tissue. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M., et al.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 6 ページ: 123-125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-photon uncaging of γ-aminobutyric acid in intact brain tissue. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M., Hayama T., Kasai H., #Ellis-Davies G.C.R.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 6 ページ: 255-257
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-color, two-photon uncaging of glutamate and GABA. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kantevari S., *Matsuzaki M., Kanemoto Y., Kasai H., Ellis-Davies G.C.R.
  • 雑誌名: Nature Methods 7 ページ: 123-125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-photon uncaging of γ-aminobutyric acid in intact brain tissue (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M., et al.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 6 ページ: 255-257
  • 査読あり
• [雑誌論文] 1-Acyl-5-methoxy-8-nitro-1, 2-dihydroquinoline : A biologically useful photolabile precursor of carboxylic acids (2010)
  • 著者名/発表者名: Obi N., et al.
  • 雑誌名: Tetrahedron letters 51 ページ: 1642-1647
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-color, two-photon uncaging of glutamate and GABA (2010)
  • 著者名/発表者名: Kantevari S., et al.
  • 雑誌名: Nature Methods 7 ページ: 123-125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcranial optogenetic stimulation for functional mapping of the motor cortex. (2009)
  • 著者名/発表者名: Hira R., Honkura N., Noguchi J., Maruyama Y., Augustine G.J., Kasai H., Matsuzaki M.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience Methods 179 ページ: 258-263
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcranial optogenetic stimulation for functional mapping of the motor cortex (2009)
  • 著者名/発表者名: Hira R. et.al.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience Methods 179 ページ: 258-263
  • 査読あり
• [雑誌論文] Principles of long-term dynamics of dendritic spines. (2008)
  • 著者名/発表者名: Yasumatsu N., Matsuzaki M., Miyazaki T., Noguchi J., Kasai H.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 28 ページ: 13592-13608
  • 査読あり
• [雑誌論文] The subspine organization of actin fibers regulates the structure and plasticity of dendritic spines. (2008)
  • 著者名/発表者名: Honkura N., Matsuzaki M., Noguchi J., Ellis-Davies G.C.R., Kasai H.
  • 雑誌名: Neuron 57 ページ: 719-729
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein-synthesis and neurotrophin dependent structural plasticity of single dendritic spines. (2008)
  • 著者名/発表者名: Tanaka J., Horiike Y., Matsuzaki M., Miyazaki T., Ellis-Davies G.C.R., Kasai H.
  • 雑誌名: Science 319 ページ: 1683-1687
  • NAID: 130007039544
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-resolution mapping of synaptic connections by two-photon macro photolysis of caged glutamate. (2008)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M., Ellis-Davies G.C.R., Kasai H.
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 99 ページ: 1535-1544
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ellis-Davies G.C.R. and Kasai H. The subspine organization of actin fibers regulates the structure and plasticity of dendritic spines. (2008)
  • 著者名/発表者名: Honkura N., Matsuzaki M., Noguchi J.
  • 雑誌名: Neuron 57 ページ: 719-729
  • 査読あり
• [雑誌論文] Principles of long-term dynamics of dendritic spines (2008)
  • 著者名/発表者名: Yasumatsu N. et.al.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 28 ページ: 13592-13608
  • 査読あり
• [雑誌論文] The subspine organization of actin fibers regulates the structure and plasticity of dendritic spines (2008)
  • 著者名/発表者名: Honkura N., et. al.
  • 雑誌名: Neuron 57 ページ: 719-729
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein-synthesis and neurotrophin dependent structural plasticiy of single dendritic spines (2008)
  • 著者名/発表者名: Tanaka J., et. al.
  • 雑誌名: Science 319 ページ: 1683-1687
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-resolution mapping of synaptic connections by two-photon macro photolysis of caged glutamate (2008)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M., et. al.
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 99 ページ: 1535-1544
  • 査読あり
• [雑誌論文] 4-carboxymethoxy-5, 7-dinitroindolinyl-glu : an improved caged glutamate for expeditious ultraviolet and 2-photon photolysis in brain slices. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ellis-Davies G.C.R., Matsuzaki M., Paukert M., Kasai H., Bergles D.E.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 27 ページ: 6601-6604
  • 査読あり
• [雑誌論文] 4-carboxymethoxy-5, 7-dinitroindolinyl-glu: an improved caged glutamate for expeditious ultraviolet and 2-photon photolysis in brain slices. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ellis-Davies G.. C.R., Matsuzaki M., Paukert M., Kasai H., Bergles D.E.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 27 ページ: 6601-6604
  • 査読あり
• [雑誌論文] 4-carboxymethoxy-5,7-dinitroindolinyl-glu: an improved caged glutamate for exped itious ultraviolet and 2-photon photolysis in brain slices (2007)
  • 著者名/発表者名: Ellis-Davies GCR., et. al.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 27 ページ: 6601-6604
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed mapping of synaptic connectivity using photostimulation in Channelkh odopsin-2 transgenic mice (2007)
  • 著者名/発表者名: Wang H., et. al.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104 ページ: 8143-8148
  • 査読あり
• [学会発表] Imaging and optical manipulation of neural activity in the brain. (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第88回日本生理学会大会
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] Imaging and optical manipulation of neural activity in the brain. (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第88回日本生理学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川)
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] Neural function revealed by new methods of chemical biology and optogenetics. (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第84回日本薬理学会年会
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2011-03-23
• [学会発表] Neural function revealed by new methods of chemical biology and optogenetics. (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第84回日本薬理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川)
  • 年月日: 2011-03-23
• [学会発表] Optical methods for revealing the synaptic function and structure in the local circuit. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第33回日本神経科学大会
  • 発表場所: Kobe
  • 年月日: 2010-09-03
• [学会発表] Optical methods for revealing the synaptic function and structure in the local circuit. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第33回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター(兵庫)
  • 年月日: 2010-09-03
• [学会発表] Optical methods for revealing the synaptic function and structure in the local circuit. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: The fourth international neural microcircuitry conference
  • 発表場所: Okinawa
  • 年月日: 2010-07-25
• [学会発表] Optical methods for revealing the synaptic function and structure in the local circuit. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: The Fifth International Neural Microcircuitry Conference
  • 発表場所: 日本科学未来館(東京)
  • 年月日: 2010-06-30
• [学会発表] Optical methods for revealing the synaptic function and structure in the local circuit. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: The Fourth International Neural Microcircuitry Conference
  • 発表場所: カヌチャリゾート(沖縄)
  • 年月日: 2010-06-25
• [学会発表] Optical stimulation of synapses and neurons. (2009)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: Tokushima
  • 年月日: 2009-11-01
• [学会発表] Optical Stimulation of synapses and neurons. (2009)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: Tokushima
  • 年月日: 2009-11-01
• [学会発表] Optical Stimulation of synapses and neurons (2009)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: アスティとくしま(徳島)
  • 年月日: 2009-11-01
• [学会発表] Transcranial optigenetic stimulation of the mouse motor cortex (2009)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 第32回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(名古屋)
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] High-resolution mapping of synaptic connections in rat visual cortex by defbcused two-photon uncaging of glutamate (2007)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki M.
  • 学会等名: 37th Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2007-11-07
• [学会発表] 2光子励起グルタミン酸活性化法によるラット視覚野錐体細胞に対するシナプス入力細胞のマッピんグ (2007)
  • 著者名/発表者名: 松崎政紀
  • 学会等名: 第30回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都、日本
  • 年月日: 2007-09-11
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/circuits/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.bm2.m.u-tokyo.ac.jp/
• [産業財産権] 生体脳における単一神経細胞での多重遺伝子発現 (2010)
  • 発明者名: 河崎洋志, 他
  • 権利者名: 国立大学法人 東京大学
  • 産業財産権番号: 2010-248940
  • 出願年月日: 2010-11-05
• [産業財産権] 走査型顕微鏡及び標本画像取得方法 (2007)
  • 発明者名: 河西春郎 松崎政紀 服部敏征 松川康成 上野牧男 中田竜男
  • 権利者名: オリンパス株式会社
  • 産業財産権番号: 2007-285938
  • 出願年月日: 2007-11-02