イオン透過性・細胞内局在において多様なチャネルロドプシンの創出

• 研究課題/領域番号: 25670103
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生理学一般
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 八尾 寛 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (00144353)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2014年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 光遺伝学 / オプトジェネティクス / チャネルロドプシン / キネティクス / イオン選択性 / 近赤外 / ランタニドナノ粒子 / アップコンバージョン / イオンチャネル / Gd3+ / オルガネラ / 筋小胞体 / 筋収縮 / サルコメア / 受容体 / 国際情報交換 / アメリカ合衆国

研究成果の概要

（１）ChR1とChR2のキメラ体であるChRWRとChRFRのステップ関数型変異体(SFO)を作製し、光電流キネティクスを波長、光強度、および照射時間の関数として解析した。また作製した改変体のうちの１つであるChRFR-C167Aをラット大脳皮質神経初代培養細胞に発現させ、膜電位を光強度と照射時間の関数として定量的に解析した。（２）Na+選択性において優れたMvChR1を改変し、大きな光電流を得ることに成功した。また、そのイオン透過様式を解明した。（３）ランタニドナノ粒子(LNP)をドナーとして近赤外光エネルギーを可視光に変換し、ChRをアクセプターとして神経細胞を光制御することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Optogenetic induction of contractile ability in immature C2C12 myotubes. (2015)
  • 著者名/発表者名: Asano T, Ishizuka T, Morishima K, Yawo H
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 5 号: 1 ページ: 8317-8317
  • DOI: 10.1038/srep08317
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Kinetic evaluation of photosensitivity in bi-stable variants of chimeric channelrhodopsins. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hososhima S, Sakai S, Ishizuka T, Yawo H.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: - 号: 3 ページ: e0119558-e0119558
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0119558
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural basis for Na+ transport mechanism by a light-driven Na+ pump (2015)
  • 著者名/発表者名: H. E. Kato, K. Inoue, R. Abe-Yoshizumi, Y. Kato, H. Ono, M. Konno, S. Hososhima, T. Ishizuka, M. R. Hoque, H. Kunitomo, J. Ito, S. Yoshizawa, K. Yamashita, M. Takemoto, T. Nishizawa, R. Taniguchi, K. Kogure, A. D. Maturana, Y. Iino, H. Yawo, R. Ishitani, H. Kandori*, O. Nureki*
  • 雑誌名: Nature 巻: 未定 号: 7550 ページ: 48-53
  • DOI: 10.1038/nature14322
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chimeras of channelrhodopsin-1 and -2 from Chlamydomonas reinhardtii possess distinctive light-induced structural changes with less protonation change of a key glutamate residue for the gating behavior. (2015)
  • 著者名/発表者名: Inaguma A, Tsukamoto H, Kato HE, Kimura T, Ishizuka T, Yawo H, Nureki O, Furutani Y
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: Mar 21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-infrared (NIR) optogenetics using up-conversion system (2015)
  • 著者名/発表者名: Shoko Hososhima, Hideya Yuasa, Toru Ishizuka, Hiromu Yawo
  • 雑誌名: Proc. SPIE, Optical Techniques in Neurosurgery, Neurophotonics, and Optogenetics II 巻: 9305 ページ: 93052R-93052R
  • DOI: 10.1117/12.2078875
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optogenetic patterning of whisker-barrel cortical system in transgenic rat expressing channelrhodopsin-2. (2014)
  • 著者名/発表者名: Honjoh T, Ji Z-G, Yokoyama Y, Sumiyoshi A, Shibuya Y, Matsuzaka Y, Kawashima R, Mushiake H, Ishizuka T, Yawo H.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 (4) 号: 4 ページ: 28134-28170
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0093706
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Regulation of later neurogenic stages of adult-derived neural stem/progenitor cells by L-type Ca2+ channels. (2014)
  • 著者名/発表者名: Teh DBL, Ishizuka T, Yawo H
  • 雑誌名: Develop Growth Differ. 巻: 56 ページ: 583-594
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photofunctional nanomodulators for bioexcitation. (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyako E, Russier J, MauroM, Cebrian C, Yawo H, Menard-Moyon C, Hutchison JA, Yudasaka M, Iijima S, De Cola L, Bianco A
  • 雑誌名: Angew Chem Int Ed. 巻: 53 号: 48 ページ: 13121-13125
  • DOI: 10.1002/anie.201407169
  • 査読あり
• [雑誌論文] オプトジェネティクスによる細胞機能の光操作． (2014)
  • 著者名/発表者名: 江川遼，八尾寛
  • 雑誌名: 細胞 巻: 46 ページ: 35-38
  • NAID: 40020155660
• [雑誌論文] Optogenetic stimulation of the auditory pathway. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hernandez VH, Gehrt A, Reuter K, Jing Z, Jeschke M, Mendoza Schulz A, Hoch G, Bartels M, Vogt G, Garnham CW, Hiromu Yawo H, Fukazawa Y, Augustine GJ, Bamberg E, Kügler S, Salditt T, de Hoz L, Strenzke N, Moser T
  • 雑誌名: J Clin Invest 巻: 124 号: 3 ページ: 1114-1129
  • DOI: 10.1172/jci69050
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光遺伝学に有用なツール開発：分子、遺伝子導入、光照射の実際. (2014)
  • 著者名/発表者名: 八尾 寛、江川 遼
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 33 ページ: 243-248
• [雑誌論文] Optogenetically induced Seizure and the Longitudinal Hippocampal Network. (2013)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichiro Osawa, , Hajime Mushiake
  • 雑誌名: PLos One 巻: 8 号: 4 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0060928
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optogenetic manipulation of neural and non-neural functions. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yawo H, Asano T, Sakai S, Ishizuka T
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 55 号: 4 ページ: 474-490
  • DOI: 10.1111/dgd.12053
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hindbrain V2a neurons in the excitation of spinal locomotor circuits during zebrafish swimming (2013)
  • 著者名/発表者名: Kimura, Y., Satou, C., Fujioka, S., Shoji, W., Umeda, K., Ishizuka, T., Yawo, H., and Higashijima, S.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 23 号: 10 ページ: 843-849
  • DOI: 10.1016/j.cub.2013.03.066
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] オプトジェネティクスを用いたin vivoラット脳の双方向性プロービング． (2013)
  • 著者名/発表者名: 本城達也，八尾 寛
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 31 ページ: 927-933
• [学会発表] チャネルロドプシン光電変換の特性と応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 八尾 寛
  • 学会等名: 理研シンポジウム「細胞システムの動態と論理 Ⅶ」
  • 発表場所: 和光市
  • 年月日: 2015-04-02 – 2015-04-03
  • 招待講演
• [学会発表] A new reporter rat line which express bright red fluorescent protein (tdTomato) conditionally under Cre-loxP system. (2015)
  • 著者名/発表者名: Igarashi H, Koizumi K, Kaneko R, Ikeda K, Onimaru H, Yanagawa Y, Muramatsu S-I, Ishizuka T, Yawo H
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] Discrimination of optogenetic whisker pattern in channelrhodopsin-2 transgenic rat. (2015)
  • 著者名/発表者名: Abe K, Ishizuka T, Yawo H
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] Opt-fMRI study of whisker-barrel cortical responses using channelrhodopsin-2 expressing rat. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama Y, Sumiyoshi A, Kawashima R, Yawo H
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] チャネルロドプシンの分子ダイナミクス. (2015)
  • 著者名/発表者名: 八尾寛
  • 学会等名: 蛋白研セミナー「光運動反応・光センサー蛋白質・光遺伝学」
  • 発表場所: 吹田
  • 年月日: 2015-03-10 – 2015-03-11
  • 招待講演
• [学会発表] Near-infrared (NIR) optogenetics using up-conversion system. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hososhima S, Yuasa H, Ishizuka T, Yawo H
  • 学会等名: SPIE Photonics West-Bios
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2015-02-07 – 2015-02-12
• [学会発表] 光で生命機能に干渉する ～オプトジェネティクス（光遺伝学）の現況と展望～（チュートリアル）. (2014)
  • 著者名/発表者名: 八尾寛
  • 学会等名: 応用物理学会 量子エレクトロニクス研究会
  • 発表場所: 軽井沢
  • 年月日: 2014-12-19 – 2014-12-20
  • 招待講演
• [学会発表] 触覚時空間パターン脳内表現のオプトジェネティクス. (2014)
  • 著者名/発表者名: 八尾寛
  • 学会等名: 第35 回日本レーザー医学会総会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-11-29 – 2014-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] ランタニドナノ粒子のアップコンバージョン効果を応用した生体の近赤外光操作. (2014)
  • 著者名/発表者名: 細島頌子, 湯浅英哉, 石塚徹, 八尾寛
  • 学会等名: 第36回日本バイオマテリアル学会大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-18
• [学会発表] Developmental connectomics of axonal reorganization in avian ciliary ganglion. (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Egawa, S. Hososhima, T. Ishizuka, H. Yawo
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] Evaluation of a novel reporter rat line which conditionally expresses red fluorescent protein (tdTomato). (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Igarashi, K. Koizumi, R. Kaneko, K. Ikeda, H. Onimaru, Y. Yanagawa, S.-I. Muramatsu, T. Ishizuka, H. Yawo
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] 感覚の遺伝子工学. (2014)
  • 著者名/発表者名: 八尾寛
  • 学会等名: 第５回感性センシング応用ロードマップ技術分科会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-11-04
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenetic patterning of touch perception -- sensing light by skin. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yawo H, Yokoyama Y, Sumiyoshi A, Abe A, Koizumi K, Egawa R, Liu Y, Ohshiro T, Matsuzaka Y, Kawashima R, Mushiake H, Ishizuka T.
  • 学会等名: The 16th International Conference on Retinal Proteins (ICRP2014)
  • 発表場所: Nagahama, Japan
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-10
  • 招待講演
• [学会発表] Bi-stable variants of chimeric channelrhodopsins - kinetics-dependent activation of neurons. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hososhima S, Ishizuka T, Yawo H
  • 学会等名: The 16th International Conference on Retinal Proteins (ICRP2014)
  • 発表場所: Nagahama, Japan
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-10
• [学会発表] Light-induced membrane depolarization by two-component optogenetic. (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Zamani, T. Ishizuka, H. Yawo
  • 学会等名: The 16th International Conference on Retinal Proteins (ICRP2014)
  • 発表場所: Nagahama, Japan
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-10
• [学会発表] Functional MRI signal to optogenetic tactile pattern of channelrhodopsin-2 expressing rat in barrel cortex. (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Yokoyama, A. Sumiyoshi, R. Kawashima, H. Yawo
  • 学会等名: The 16th International Conference on Retinal Proteins (ICRP2014)
  • 発表場所: Nagahama, Japan
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-10
• [学会発表] 触覚パターンのオプトジェネティクス制御. (2014)
  • 著者名/発表者名: 八尾寛, 横山超一, 住吉晃, 阿部健太, 小泉協, 江川遼, 劉越人, 大城朝一, 松坂義哉, 川島隆太, 虫明元, 石塚徹
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
  • 招待講演
• [学会発表] 赤色蛍光タンパク質tdTomatoをCre-loxPコンディショナルに発現するレポーターラットの評価． (2014)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐敬幸，小泉協，金子涼輔，池田啓子，鬼丸洋，柳川右千夫，村松 慎一，石塚 徹，八尾寛
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] ニワトリ胚毛様体神経節の発達期におけるカスパーゼ6依存的なシナプスリモデリング． (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤秀理，江川遼，細島頌子，石塚徹，八尾寛
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] ニワトリ胚毛様体神経節における軸索再編成の発達期コネクトミクス研究． (2014)
  • 著者名/発表者名: 江川遼，細島頌子，石塚徹，八尾寛
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] オプトジェネティックスを用いた触覚パターンによるバレル野のfMRI応答． (2014)
  • 著者名/発表者名: 横山超一，住吉晃，川島隆太，八尾寛
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] 光を触覚として感じるラット (2014)
  • 著者名/発表者名: 八尾寛
  • 学会等名: 光操作研究会シンポジウム
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-08-21 – 2014-08-22
  • 招待講演
• [学会発表] Target-dependent direction of Muse cell differentiation -- a proposal of in vitro model system. (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Igarashi, T. Morita, T. Murakami, Y. Matsuzaki, A. Konno, T. Ishizuka, M. Dezawa, H. Yawo
  • 学会等名: 5th International Congress on Stem Cells and Tissue Formation
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2014-07-08 – 2014-07-11
• [学会発表] 発達期ニワトリ胚毛様体神経節で見られるプレシナプス刈り込みへのカスパーゼ6の関与 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤秀理，江川遼，細島頌子，石塚徹，八尾寛
  • 学会等名: 第47回発生生物学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-05-27 – 2014-05-30
• [学会発表] Rat-Based Systems for Basic and Clinical Optogenetics. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yawo H
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Photosensory Receptors and Signal Transduction
  • 発表場所: Lucca (Barga), Italy
  • 年月日: 2014-04-06 – 2014-04-11
  • 招待講演
• [学会発表] The molecular determinants involved in the Gd3+-dependent channel block of channelrhodopsins. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yawo H, Watanabe S, Ishizuka T
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Photosensory Receptors and Signal Transduction
  • 発表場所: Lucca (Barga), Italy
  • 年月日: 2014-04-06 – 2014-04-11
• [学会発表] Optogenetic Patterning of Somatosensory Perception (2014)
  • 著者名/発表者名: Yawo H
  • 学会等名: "International Institute for Advanced Studies" Conference
  • 発表場所: 木津川市
  • 招待講演
• [学会発表] キメラチャネルロドプシンの双安定性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 細島頌子、石塚徹、八尾 寛
  • 学会等名: 第91回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島
• [学会発表] Light-Evoked Touch Sense with Channelrhodopsin-Optogenetics (2013)
  • 著者名/発表者名: Yawo H
  • 学会等名: NIH-Tohoku University-JSPS Symposium
  • 発表場所: 仙台
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenetic delivery of touch sense into peripheral and central nervous systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Yawo H
  • 学会等名: IUPS2013
  • 発表場所: Birmingham, イギリス
  • 招待講演
• [学会発表] The molecular determinants involved in ion flux regulation of channelrhodopsins (2013)
  • 著者名/発表者名: Yawo H
  • 学会等名: International Symposium Optogenetics 2013
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenetic patterning of whisker-barrel tactile perception (2013)
  • 著者名/発表者名: Yawo H
  • 学会等名: A symposium organized by the WCI Center for Functional Connectomics “lluminating brain function: New tools and new applications”
  • 発表場所: Seoul, 韓国
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenetic manipulation of presynaptic activity in the ciliary ganglion during embryogenesis of the chick (2013)
  • 著者名/発表者名: Shoko Hososhima, Toru lshizuka, Hiromu Yawo
  • 学会等名: IUPS 2013
  • 発表場所: Birmingham, イギリス
• [学会発表] A DMD-based multicolor irradiation system for the optogenetic analysis of neural circuits (2013)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Sakai, Takaaki Mishima, Toru lshizuka, Hiromu Yawo
  • 学会等名: IUPS 2013
  • 発表場所: Birmingham, イギリス
• [学会発表] Whisker photostimulation evokes barrel cortical response of ChR2 transgenic rat (2013)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Honjoh, Akira Sumiyoshi, Yukinobu Yokoyama, Zhi-Gang Ji, Toru lshizuka, Ryuta Kawashima, Hiromu Yawo
  • 学会等名: IUPS 2013
  • 発表場所: Birmingham, イギリス
• [学会発表] Involvement of caspases in the synaptogenesis of chick ciliary ganglion (2013)
  • 著者名/発表者名: Hidetaka Katow, Ryo Egawa, Shoko Hososhima, Toru lshizuka, Hiromu Yawo
  • 学会等名: IUPS 2013
  • 発表場所: Birmingham, イギリス
• [学会発表] Optogenetically-evoked Ca2+ release from intracellular store in the calyx-type presynaptic terminal of the embryonic chick ciliary ganglion (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryo Egawa, Shoko Hososhima, Hidetaka Katow, Toru Ishizuka, Hiromu Yawo
  • 学会等名: IUPS 2013
  • 発表場所: Birmingham, イギリス
• [学会発表] 光遺伝学的に誘起された杯状シナプス前終末小胞体ストアからのCa2+放出 (2013)
  • 著者名/発表者名: 江川遼、細島頌子、加藤秀理、石塚徹、八尾寛
  • 学会等名: 第45回東北生理談話会
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] ニワトリ胚毛様体神経節杯状シナプス前終末における光遺伝学的操作・計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 江川遼、細島頌子、侯旭濱、加藤秀理、石塚徹、仲村春和、八尾 寛
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都
• [図書] Optogenetics: Light-Sensing Proteins and Their Applications (2015)
  • 著者名/発表者名: Yawo H, Kandori H, Koizumi Eds.
  • 総ページ数: 512
  • 出版者: Springer, Tokyo
• [図書] “Optogenetics: Light-Sensing Proteins and Their Applications”, Chaptor 8. General description: Future prospects of optogenetics. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yawo, H., Egawa, R., Hososhima, S., Wen, L.
  • 総ページ数: 22
  • 出版者: Springer, Tokyo
• [図書] “Optogenetics: Light-Sensing Proteins and Their Applications”, Chaptor 21. Strategies to probe mechanoreception: from mechanical to optogenetic approaches. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ji, Z.-G., Ishizuka, T., Yawo, H
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: Springer, Tokyo
• [図書] オプトジェネティクス―光工学と遺伝学による行動制御技術の最前線 (2013)
  • 著者名/発表者名: 八尾 寛
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] Optogenetics (2013)
  • 著者名/発表者名: Oertner TG, Helmchen F, de Lecea L, Beck H, Konnerth A, Kaupp B, Knopfel T, Yawo H, Musser M
  • 出版者: De Gruyter, Dahlem Workshop Reports, Berlin
• [備考] 東北大学研究者紹介
  • URL: http://db.tohoku.ac.jp/whois/detail/0684d30b13c056e926b65120463918fb.html
• [備考] 東北大学大学院生命科学研究科
  • URL: http://www.lifesci.tohoku.ac.jp/
• [備考] 脳機能解析分野
  • URL: http://neuro.med.tohoku.ac.jp/
• [備考] 東北大学脳科学センター
  • URL: http://www.bsc.tohoku.ac.jp/contents/c2_32/c2_32_yao_h.html
• [備考] 東北大学プレスリリース
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2015/02/press20150205-01.html
• [備考] 東北大学研究者紹介
  • URL: http://db.tohoku.ac.jp/whois/detail/0684d30b13c056e926b65120463918fb.html
• [備考] 東北大学大学院生命科学研究科
  • URL: http://www.lifesci.tohoku.ac.jp/teacher/t_yawo/
• [備考] 脳機能解析分野
  • URL: http://neuro.med.tohoku.ac.jp/