グリアの発する信号が神経活動・行動に及ぼす影響を探る

• 研究課題/領域番号: 25702054
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 松井 広 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (20435530)
• 研究協力者: 別府 薫
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 24,570千円 (直接経費: 18,900千円、間接経費: 5,670千円); 2016年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2015年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2014年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2013年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 脳科学 / グリア細胞 / 光遺伝学 / オプトジェネティクス / グルタミン酸 / 細胞内イオン

研究成果の概要

本研究では、グリア細胞のうち、アストロおサイト内でのpHやCa2+イオン濃度変化を検出するため、それぞれのイオン濃度に応じて蛍光が変化するタンパク質を発現する遺伝子改変マウスを作製した。これらの動物から急性脳スライス標本を作製し、細胞内pHやCa2+計測を高精度に行った。従来の色素を用いた方法と比較して、はるかに感度良く応答が記録できるとともに、細胞種特異性が維持できるため、細胞の細かい突起状の箇所での変化を計測することが可能になった。また、生きているマウスの頭蓋骨に小さな窓を開け、そこに光ファイバーを通すことで、覚醒時行動中のマウスのグリア細胞内イオン濃度変動を実測することに成功した。

研究成果

• [国際共同研究] Heinrich-Heine-Universitaet(Germany)
• [雑誌論文] 脳内情報処理を担うpHの役割：アストロサイト光操作法を用いた新展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 148 ページ: 64-68
• [雑誌論文] 神経科学を越えた光遺伝学の応用可能性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 雑誌名: 日本レーザー医学誌 巻: 36 ページ: 473-477
  • NAID: 130005966839
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unveiling astrocytic control of cerebral blood flow with optogenetics (2015)
  • 著者名/発表者名: Masamoto K, Unekawa M, Watanabe T, Toriumi H, Takuwa H, Kawaguchi H, Kanno I, Matsui K, Tanaka K F, Tomita Y, Suzuki N
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 5 号: 1 ページ: 11455-11455
  • DOI: 10.1038/srep11455
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Na,K-ATPaseα3 is a death target of alzheimer patient amyloid-β assembly. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi T, ..., Matsui K, ..., Hoshi M （計35名, 記載欄不足）
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 112 号: 32 ページ: 4465-4474
  • DOI: 10.1073/pnas.1421182112
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] イオン濃度操作ツールとしてのオプトジェネティクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 33 ページ: 3074-3078
• [雑誌論文] Nanoscale distribution of presynaptic Ca2+ channels and its impact on vesicular release during development. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Y, Harada H, Kamasawa N, Matsui K, Rothman JS, Shigemoto R, Silver RA, DiGregorio DA, Takahashi T
  • 雑誌名: Neuron 巻: 85 号: 1 ページ: 145-158
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2014.11.019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vivo visualization of subtle, transient and local activity of astrocytes using an ultrasensitive Ca2+ indicator. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanemaru K, Sekiya H, Xu M, Satoh K, Kitajima N, Yoshida K, Okubo Y, Sasaki T, Moritoh S, Hasuwa H, Mimura M, Horikawa K, Matsui K, Nagai T, Iino M, Tanaka KF
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 8(1),311 号: 1 ページ: 311-318
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.05.056
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 光遺伝学のグリア細胞への応用と新知見 (2014)
  • 著者名/発表者名: 別府 薫、松井 広
  • 雑誌名: 日本臨牀 巻: 72 ページ: 2243-2249
• [雑誌論文] Optogenetic countering of glial acidosis suppresses glial glutamate release and ischemic brain damage (2014)
  • 著者名/発表者名: Beppu K, Sasaki T, Tanaka K F, Yamanaka A, Fukazawa Y, Shigemoto R, Matsui K
  • 雑誌名: Neuron 巻: 81(2) 号: 2 ページ: 314-320
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2013.11.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] グリア機能の光制御から見えてきた脳科学研究の新しい地平 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 33 ページ: 275-280
• [雑誌論文] Evaluation of glutamate concentration transient in the synaptic cleft of the rat calyx of Held (2013)
  • 著者名/発表者名: Budisantoso T, Harada H, Kamasawa N, Fukazawa Y, Shigemoto R Matsui K
  • 雑誌名: Journal of Physiology 巻: 591 号: 1 ページ: 219-239
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2012.241398
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative localization of Ca(v)2.1 (P/Q-type) voltage-dependent calcium channels in Purkinje cells: somatodendritic gradient and distinct somatic coclustering with calcium-activated potassium channels (2013)
  • 著者名/発表者名: Indriati DW, Kamasawa N, Matsui K, Meredith AL, Watanabe M, Shigemoto R
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 33 号: 8 ページ: 3668-3678
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2921-12.2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] 心に占めるグリア細胞の役割－光操作技術のもたらすパラダイム・シフト (2013)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 31 ページ: 1712-1717
• [雑誌論文] マウスの心の光操作－脳細胞活動と心の機能の因果関係を探る (2013)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 雑誌名: BRAIN and NERVE 巻: 65 ページ: 609-621
• [雑誌論文] 視床：単なる中継核ではない‐生理学的基礎 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 雑誌名: Clinical Neuroscience 巻: 31 ページ: 24-26
• [雑誌論文] Kv4.2 potassium channels segregate to extrasynaptic domains in amygdala intercalated neurons and influence intrasynaptic NMDA receptor NR2B subunit expression (2012)
  • 著者名/発表者名: Kaufmann WA, Matsui K, Jeromin A, Nerbonne J, Ferraguti F
  • 雑誌名: Brain Structure and Function 巻: - 号: 5 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1007/s00429-012-0450-1
  • 査読あり
• [学会発表] グリア機能を光で操り、こころの源を探る (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 新学術領域研究「グリアアセンブリ」第4回公開シンポジウム
  • 発表場所: 九州大学医学部百年講堂大ホール（福岡県）
• [学会発表] Neural signal modulation by astrocyte activity (2017)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: 第三回 Neuroscience Network in Kobe
  • 発表場所: 神戸大学大学院医学研究科神緑会館（兵庫県）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optogenetic Control of Astrocytes and Mind (2017)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: Gordon Research Conferences
  • 発表場所: Ventura, CA, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Glial regulation of neuronal oscillations (2017)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: 日本生理学会
  • 発表場所: アクトシティ浜松（静岡県）
  • 国際学会
• [学会発表] Glial regulation of neuronal activity and memory formation (2017)
  • 著者名/発表者名: Soojin Kwon, Kaoru Beppu, Ko Matsui
  • 学会等名: 日本生理学会
  • 発表場所: アクトシティ浜松（静岡県）
  • 国際学会
• [学会発表] グリア細胞による神経信号増幅機能の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 日本薬学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 2016-03-29
• [学会発表] オプトジェネティクスを用いた脳病態研究の新展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 日本薬学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 2016-03-28
• [学会発表] 神経信号のグリア増幅回路の光制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 公益財団法人千里ライフサイエンスセミナー
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンタービル（豊中市）
  • 年月日: 2016-02-26
  • 招待講演
• [学会発表] アストロサイトによる神経信号の増幅機能と暴走過程の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: Neurovascular Unit 研究会
  • 発表場所: 慶應義塾大学（新宿区）
  • 年月日: 2016-01-23
  • 招待講演
• [学会発表] Possibility of pathology control via manipulation of astrocyte function (2016)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: 日本神経科学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • 国際学会
• [学会発表] グリア光操作による脳虚血ダメージの軽減 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 生体機能と創薬シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学川内北キャンパス（宮城県）
  • 招待講演
• [学会発表] 光遺伝学による脳虚血神経障害発生メカニズムの解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 日本酸化ストレス学会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県）
  • 招待講演
• [学会発表] 精神は機能だ (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 伊香保BSの会
  • 発表場所: 群馬大学刀城会館（群馬県）
  • 招待講演
• [学会発表] Functional editing of brain function via glial control (2016)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: JSPS Core-to-Core Program & OIST Joint Symposium
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学（沖縄県）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グリア細胞による神経系発振ステート制御機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム
  • 発表場所: 一橋講堂（東京都）
• [学会発表] グリア機能の光操作による脳病態機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 筋委縮性側索硬化症（ALS）新規治療法開発をめざした病態解明
  • 発表場所: 都市センターホテル（千代田区）
  • 年月日: 2015-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] Glia optogenetics (2015)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: Tohoku Forum for Creativity
  • 発表場所: 東北大学（仙台市）
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 脳虚血時におけるグリア活動暴走の光遺伝学的制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 日本薬理学会
  • 発表場所: 名古屋（名古屋国際会議場）
  • 年月日: 2015-03-18
• [学会発表] ポスト神経至上主義：グリア光操作による新たな展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 蔵王カンファレンス
  • 発表場所: 山形（蔵王四季のホテル）
  • 年月日: 2015-01-30
  • 招待講演
• [学会発表] 「神経」科学からの脱出：グリア光操作技術による統合脳科学への挑戦 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 立命館大学視覚科学統合研究センターセミナー
  • 発表場所: 滋賀（立命館大学）
  • 年月日: 2014-12-17
  • 招待講演
• [学会発表] 光操作でグリア暴走を止める (2014)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 日本レーザー医学会
  • 発表場所: 東京（京王プラザホテル）
  • 年月日: 2014-11-30
• [学会発表] Glial glutamate release and its role in neuronal information (2014)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: NIH-Japan-JSPS Symposium
  • 発表場所: Bethesda, USA
  • 年月日: 2014-10-24
  • 招待講演
• [学会発表] Glial control of behavior and brain damage (2014)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: Glial Heterogeneity Meeting
  • 発表場所: Dusseldorf, Germany
  • 年月日: 2014-10-13
  • 招待講演
• [学会発表] Active role of glia in neuronal circuit modulation and rampant glial signals in pathology (2014)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: CiNet Friday Lunch Seminar
  • 発表場所: 大阪（脳情報通信融合研究センター）
  • 年月日: 2014-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] 光で操作するグリア細胞活動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 創薬薬理フォーラム
  • 発表場所: 東京（日本薬学会長井記念館）
  • 年月日: 2014-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] プラトンの洞窟からの脱出：オプトジェネティクスの光と影 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: グリアアセンブリ若手の会
  • 発表場所: 京都（仁和寺）
  • 年月日: 2014-08-07
• [学会発表] グリア光制御による脳神経細胞死防御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 日本解剖学会総会
  • 発表場所: 自治医科大学キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenic relief of ischemic brain damage (2014)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: 光科学技術で拓く脳・精神科学平和探究研究会
  • 発表場所: 浜松
  • 招待講演
• [学会発表] 神経－グリアネットワークの機能と破綻 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「グローバルネットワークによる脳情報処理」
  • 発表場所: 岡崎
  • 招待講演
• [学会発表] Source and effect of glutamate liberate into the extracellular space (2013)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: KIST Seminar
  • 発表場所: ソウル、韓国
  • 招待講演
• [学会発表] Proton triggered glial glutamate release underlies excitotoxicity upon ischemia (2013)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: JSPS Core-to-Core Program Symposium "Mechanisms of Synaptic Transmission"
  • 発表場所: 同志社大学田辺キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenetic glial alkalization relieves ischemic brain damage (2013)
  • 著者名/発表者名: K. BEPPU, T. SASAKI, K. F. TANAKA, A. YAMANAKA, Y. FUKAZAWA, R. SHIGEMOTO, K. MATSUI
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] 脳と心の光操作 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: オプトジェネティクス講習会
  • 発表場所: 仙台
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenetics for rescue (2013)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: 光操作研究会
  • 発表場所: 慶應大学三田キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] 光遺伝学応用の新たな展開 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 包括的脳科学研究推進支援ネットワーク・夏のワークショップ
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] Optogenetic control of glial cell activity (2013)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: European Meeting on Glial Cells in Health and Disease
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenetic analysis of the role of glial cells in cerebellar circuit (2013)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: 日本神経科学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
  • 招待講演
• [学会発表] 脳と行動の光操作 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松井 広
  • 学会等名: 日本神経科学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
  • 招待講演
• [学会発表] Unveiling brain intercellular communication with optoelectrophysiology and simulations (2013)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 学会等名: 理化学研究所BSIセミナー招待講演
  • 発表場所: 和光
  • 招待講演
• [図書] Chapter 22. Casting Light on the Role of Glial Cells in Brain Function. in "Optogenetics: Light-sensing proteins and their applications." (2015)
  • 著者名/発表者名: Ko Matsui
  • 総ページ数: 409
  • 出版者: Springer
• [図書] オプトジェネティクス―光工学と遺伝学による行動抑制技術の最前線 (2013)
  • 著者名/発表者名: 神取秀樹、松井広ほか執筆者45名
  • 総ページ数: 288
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [備考] 東北大学・松井広研究室
  • URL: http://www.ims.med.tohoku.ac.jp/matsui/
• [備考] Young Glia
  • URL: http://www.ims.med.tohoku.ac.jp/youngglia/
• [備考] 東北大学大学院医学系研究科・脳神経科学コアセンター・新医学領域創生分野
  • URL: http://www.ims.med.tohoku.ac.jp/matsui/
• [備考] 東北大学大学院医学系研究科・脳神経科学コアセンター・新医学領域創生分野
  • URL: http://www.ims.med.tohoku.ac.jp/matsui/index.html
• [備考] 東北大学医学部プレスリリース「脳虚血時の細胞死誘導メカニズムへ光」
  • URL: http://www.med.tohoku.ac.jp/news/2357.html
• [備考] 東北大学プレスリリース「脳虚血時の細胞死誘導メカニズムへ光」
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2014/01/press20140122-03.html