記憶・学習を介する神経回路の機能制御と優れた学習モデル動物作出の試み

• 研究課題/領域番号: 25702053
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 基盤・社会脳科学
• 研究機関: 福島県立医科大学
• 研究代表者: 加藤 成樹 福島県立医科大学, 医学部, 講師 (90443879)
• 連携研究者: 佐野 裕美 生理学研究所, その他の部局等, 助教 (00363755) ; 深掘 良二 福島県立医科大学, 医学部, 助教 (40457784)
• 研究協力者: 菅原 正晃 福島県立医科大学, 医学部, 技術補佐 ; 金松 真紀子 福島県立医科大学, 医学部, 技術補佐 ; 澤田 渚 福島県立医科大学, 医学部, 技術補佐
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2015年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2014年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2013年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 行動柔軟性 / 実行機能 / 視床線条体路 / 特定神経路機能操作 / 特定神経回路機能 / 逆行性ベクター / 大脳基底核 / 記憶・学習 / 視床線条体経路 / 神経回路 / 逆行性ウイルスベクター / 逆行性レンチウイルスベクター

研究成果の概要

連合学習は様々な脳領域が互いに密に連絡することで制御されていることはわかっているが、その詳細なメカニズムは未だ不明のままである。我々は、独自に開発した特定の神経回路機能路操作する技術を用い、多くの出入力を統御する線条体が視床からの入力によって、学習や経験に基づく行動の実行および刺激やルールの変更に伴って行動を切り替える際の柔軟性を促進することを見出した。今回注目した視床の髄板内核はパーキンソン病等の脳神経疾患で変性することが知られており、今回の研究成果は、神経変性に関わる疾患の病態機序の解明や治療薬の開発に結び付くと考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] MIT/Emory University/University of Kansas Medical Center(米国)
• [国際共同研究] Navarra University(スペイン)
• [国際共同研究] San Raffaele Scientific Institute(イタリア)
• [国際共同研究] MIT/Albert Einstein College of Medicine(米国)
• [国際共同研究] University of Navarra(Spain)
• [国際共同研究] Seoul National University(韓国)
• [国際共同研究] MIT/Albert Einstein College of Medicine(米国)
• [国際共同研究] University of Navarra(Spain)
• [国際共同研究] University of Basel(Switzerland)
• [雑誌論文] Action Selection and Flexible Switching Controlled by the Intralaminar Thalamic Neurons (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato Shigeki、Fukabori Ryoji、Nishizawa Kayo、Okada Kana、Yoshioka Nozomu、Sugawara Masateru、Maejima Yuko、Shimomura Kenju、Okamoto Masahiro、Eifuku Satoshi、Kobayashi Kazuto
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 22 号: 9 ページ: 2370-2382
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.02.016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Copy number elevation of 22q11.2 genes arrests the developmental maturation of working memory capacity and adult hippocampal neurogenesis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Boku, S., Izumi, T., Abe, S., Takahashi, T., Nishi, A., Nomaru, H., Naka, Y., Kang, G., Nagashima, M., Hishimoto, A., Enomoto, S., Duran-Torres, G., Tanigaki, K., Zhang, J., Ye, K., Kato, S., Mannisto, PT., Kobayashi, K. and Hiroi, N.
  • 雑誌名: Mol. Psychiatry 巻: 23 ページ: 985-992
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Gene therapy approaches in the non-human primate model of Parkinson’s disease. (2018)
  • 著者名/発表者名: Pignataro, D., Sucunza, D., Rico, A., Dopeso-Reyes, I., Roda, E., Rodriguez-Perez, A., Labandeira-Garcia, J., Broccoli, V., Kato. S., Kobayashi, K. and Lanciego, J.
  • 雑誌名: J Neural Transm. 巻: 125 ページ: 575-589
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Purkinje cells in the mouse cerebellar vermis directly project their axons to medial parabrachial nucleus. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto, M., Yamanaka, A., Tanifuji, M., Yaginuma, H.
  • 雑誌名: Front Neural Circuit, 巻: 12 ページ: 00006-00006
  • DOI: 10.3389/fncir.2018.00006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genetic manipulation of specific neural circuits by use of a viral vector system. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, K., Kato, S., and Kobayashi, K.
  • 雑誌名: J. Neural Transm. 巻: in press 号: 1 ページ: 67-75
  • DOI: 10.1007/s00702-016-1674-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Segregated Excitatory?Inhibitory Recurrent Subnetworks in Layer 5 of the Rat Frontal Cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Morishima Mieko、Kobayashi Kenta、Kato Shigeki、Kobayashi Kazuto、Kawaguchi Yasuo
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 27 号: 12 ページ: 5846-5857
  • DOI: 10.1093/cercor/bhx276
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pseudotyped lentiviral vectors for retrograde gene delivery into target brain regions. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi K; Inoue K; Tanabe S; Kato S; Takada M; Kobayashi K
  • 雑誌名: Front Neuroanat 巻: 11 ページ: 65-65
  • DOI: 10.3389/fnana.2017.00065
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neuronal cytoskeletal gene dysregulation and mechanical hypersensitivity in a rat model of Rett Syndrome. (2017)
  • 著者名/発表者名: Bhattacherjee, A., Mu, Y., Winter, M., Knapp, J., Eggiman, L., Gunewardena, S., Kobayashi, K., Kato, S., Krizsan-Agbas, D. and Smith, P.
  • 雑誌名: PNAS 巻: 114 号: 33
  • DOI: 10.1073/pnas.1618210114
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The use of an optimized chimeric envelope glycoprotein enhances the efficiency of retrograde gene transfer of a pseudotyped lentiviral vector in the primate brain. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanabe S, Inoue K, Tsuge H, Uezono S, Nagaya K, Fijiwara M, Kato S, Kobayashi K, Takada M
  • 雑誌名: Neurosci Res 巻: 印刷中 ページ: 45-52
  • DOI: 10.1016/j.neures.2017.02.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Gene therapy approaches in the non-human primate model of Parkinson’s disease. (2017)
  • 著者名/発表者名: Pignataro, D., Sucunza, D., Rico, A.J., Dopeso-Reyes, I.G., Roda, E., Rodríguez-Perez, A.I., Labandeira-Garcia, J.L., Broccoli, V., Kato,S., Kobayashi, K., and Lanciego, J.L.
  • 雑誌名: J. Neural Transm. 巻: in press 号: 3 ページ: 575-589
  • DOI: 10.1007/s00702-017-1681-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 4. Involvement of mesolimbic dopaminergic network in neuropathic pain relief by treadmill exercise: A study for specific neural control with Gi-DREADD in mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Wakaizumi, K., Kondo, T., Hamada, Y., Narita, M., Kawabe, R., Narita, H., Watanabe, M., Kato, S., Senba, E., Kobayashi, K., Kuzumaki, N., Yamanaka, A., Morisaki, H. and Narita, M.
  • 雑誌名: Mol. Pain. 巻: 12 ページ: 1-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Survival of corticostriatal neurons by Rho/Rho-kinase signaling pathway. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi K, Sano H, Kato S, Kuroda K, Nakamuta S, Isa T, Nambu A, Kaibuchi K, Kobayashi K.
  • 雑誌名: Neurosci Lett. 巻: 630 ページ: 45-52
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2016.07.020
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Altering Entry Site Preference of Lentiviral Vectors into Neuronal Cells by Pseudotyping with Envelope Glycoproteins. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi K, Kato S, Inoue K, Takada M, Kobayashi K.
  • 雑誌名: Methods Mol Biol. 巻: 1382: ページ: 175-86
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-3271-9_12
  • ISBN: 9781493932702, 9781493932719
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Avian sarcoma leukosis virus receptor-envelope system for simultaneous dissection of multiple neural circuits in mammalian brain. (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama, M., Ohashi, Y., Tsubota, T., Yaguchi, M., Kato, S., Kobayashi, K. and Miyashita, Y.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 112 号: 22 ページ: 2947-2956
  • DOI: 10.1073/pnas.1423963112
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Double Virus Vector Infection to the Prefrontal Network of the Macaque Brain (2015)
  • 著者名/発表者名: Oguchi M, Okajima M, Tanaka S, Koizumi M, Kikusui T, Ichihara N, Kato S, Kobayashi K, and Sakagami M.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 10(7) 号: 7 ページ: e0132825-e0132825
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0132825
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Simultaneous visualization of extrinsic and intrinsic axon collaterals in Golgi-like detail for mouse corticothalamic and corticocortical cells: a double viral infection method (2014)
  • 著者名/発表者名: Watakabe, A., Takaji, M., Kato, S., Kobayashi, K., Mizukami, H., Ozawa, K., Ohsawa, S., Matsui, R., Watanabe, D., and Yamamori, T.
  • 雑誌名: Frontiers in neural circuits 巻: 8 ページ: 110-110
  • DOI: 10.3389/fncir.2014.00110
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improved transduction efficiency of a lentiviral vector for neuron-specific retrograde gene transfer by optimizing the junction of fusion envelope glycoprotein. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kato, S., Kobayashi, K., and Kobayashi, K.
  • 雑誌名: J Neurosci. Methods 巻: 227 ページ: 151-158
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2014.02.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Viral vector-mediated selective and reversible blockade of the pathway for visual orienting in mice. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sooksawate T, Isa K, Matsui R, Kato S, Kinoshita M, Kobayashi K, Watanabe D, Kobayashi K, Isa T.
  • 雑誌名: Frontiers in Neural Circuits 巻: 7 ページ: 162-162
  • DOI: 10.3389/fncir.2013.00162
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly efficient retrograde gene transfer into motor neurons by lentiviral vector pseudotyped with fusion glycoprotein. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirano et al.
  • 雑誌名: PLos One 巻: 8 号: 9 ページ: e75896-e75896
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0075896
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elucidating information processing in primate basal ganglia circuitry: a novel technique for pathway-selective ablation mediated by immunotoxin. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takada et al.
  • 雑誌名: Front. Neural Circuits 巻: 7 ページ: 140-140
  • DOI: 10.3389/fncir.2013.00140
  • 査読あり
• [学会発表] 特定神経回路の機能制御を可能とする逆行性ウイルスベクターの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 加藤 成樹、井上 謙一、高田 昌彦、小林 和人
  • 学会等名: 平成28年度 京都大学霊長類研究所共同利用研究会
  • 発表場所: 京都大学霊長類研究所 大会議室
  • 年月日: 2017-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] Behavioral selection and flexible switching through thalamostriatal circuit. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeki KATO
  • 学会等名: International Workshop on Basal Ganglia Functions 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thalamostriatal circuit controls action selection and flexible switching in learning behavior. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeki KATO
  • 学会等名: 平成29年度第2回大脳基底核機能研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 行動選択および行動柔軟性における視床-線条体路の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 加藤 成樹, 小林 和人
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会
• [学会発表] Optimizing the junction of chimeric fusion glycoprotein of a lentiviral vector for highly neuron-specific retrograde gene transfer. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeki KATO, Masateru Sugawara and Kazuto KOBAYASHI
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Pathway-selective manipulation of neural function by using HiRet/NeuRet vector system. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shigeki KATO
  • 学会等名: The International Workshop for Strategy for Neuroscience
  • 発表場所: Convention Center, National Institute of Physiological Science, Okazaki, Japan
  • 年月日: 2016-12-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Comparative study of gene transduction efficiency for retrograde gene transfer lentiviral vector with novel fusion envelope glycoproteins. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shigeki KATO and Kazuto KOBAYASHI
  • 学会等名: Neuroscience 2016
  • 発表場所: SanDiego.CA.USA・San Diego Convention Center
  • 年月日: 2016-11-16
  • 国際学会
• [学会発表] 特定神経回路を標的とした機能制御システムの開発と応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 加藤 成樹、菅原 正晃、小林 和人
  • 学会等名: 第7回福島運動器疼痛セミナー
  • 発表場所: ホテルサンルートプラザ福島
  • 年月日: 2016-11-05
  • 招待講演
• [学会発表] 線条体Striosome/Matrixシステムの行動機能的意義の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 加藤 成樹
  • 学会等名: 福島県立医科大学・Molecular Medicine Seminar
  • 発表場所: 福島県立医科大学10号館会議室
  • 年月日: 2016-10-26
  • 招待講演
• [学会発表] Comparative study of gene transduction efficiency for retrograde gene transfer lentiviral vector with novel fusion envelope glycoproteins (2016)
  • 著者名/発表者名: Kato, S. and Kobayashi, K.
  • 学会等名: International Symposium on Adaptive Circuit Shift 2016 (ACS2016)
  • 発表場所: Kyoto, Japan・Kambaikan, Doshisha University
  • 年月日: 2016-03-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thalamostriatal system controls selection and flexible switching of behavior (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, K. and Kato, S.
  • 学会等名: International Symposium on Adaptive Circuit Shift 2016 (ACS2016)
  • 発表場所: Kyoto, Japan・Kambaikan, Doshisha University
  • 年月日: 2016-03-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optimizing the junction of fusion glycoprotein for the transduction efficiency of a lentiviral vector for neuron-specific retrograde gene transfer. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigeki KATO, Kenta Kobayashi and Kazuto KOBAYASHI
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜・パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] 高頻度逆行性ベクターによる大脳ー小脳ー基底核ネットワークへの遺伝子導入
  • 著者名/発表者名: 加藤 成樹, 菅原 正晃, 小林 和人
  • 学会等名: 平成25年度 領域ミーティング(CREST)
  • 発表場所: 東京・JST東京本部別館1階ホール
• [学会発表] 刺激弁別学習における2種類の主要な視床線条体路の行動生理学的役割/Behavioral and physiological roles of two major thalamostriatal pathways in sensory discrimination learning.
  • 著者名/発表者名: 加藤 成樹, 深堀良二, 小林 和人
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸・神戸ポートアイランド
• [学会発表] Functional control of specific neural pathways in basal ganglia circuit by HiRet.
  • 著者名/発表者名: Shigeki KATO, Ryoji FUKABORI, Kenta Kobayashi, Hiromu Yawo, Yoshikazu Isomura and Kazuto KOBAYASHI
  • 学会等名: Neuroscience 2013
  • 発表場所: SanDiego.CA.USA・San Diego Convention Center
• [学会発表] Comparative analysis for behavioral roles of the central lateral and parafascicular nuclear groups projecting to the dorsolateral striatum.
  • 著者名/発表者名: Shigeki KATO, Ryoji FUKABORI and Kazuto KOBAYASHI
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都・京都国際会館
• [図書] Gene Therapy (2013)
  • 著者名/発表者名: Kato, S., Kobayashi, K., Inoue, K., Takada, M., and Kobayashi, K.
  • 総ページ数: 12
  • 出版者: InTech