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大脳の記憶シナプスや回路の2光子顕微鏡と新規光プローブとを用いた研究

研究課題

研究課題/領域番号 26221001
研究種目

基盤研究(S)

配分区分補助金
研究分野 神経生理学・神経科学一般
研究機関東京大学

研究代表者

河西 春郎  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (60224375)

研究分担者 林 朗子 (高木朗子)  東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (60415271)
研究協力者 髙橋 倫子  
野口 潤  
柳下 祥  
研究期間 (年度) 2014-05-30 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
195,000千円 (直接経費: 150,000千円、間接経費: 45,000千円)
2018年度: 34,710千円 (直接経費: 26,700千円、間接経費: 8,010千円)
2017年度: 34,710千円 (直接経費: 26,700千円、間接経費: 8,010千円)
2016年度: 34,710千円 (直接経費: 26,700千円、間接経費: 8,010千円)
2015年度: 36,660千円 (直接経費: 28,200千円、間接経費: 8,460千円)
2014年度: 54,210千円 (直接経費: 41,700千円、間接経費: 12,510千円)
キーワードシナプス / 学習・記憶 / ドーパミン / 大脳皮質 / 大脳基底核 / グルタミン酸 / 蛋白質合成 / 条件学習 / 精神症状 / D2受容体 / 記憶 / 光刺激 / 光プローブ / 2光子顕微鏡 / 蛍光プローブ / スパイン / カルシウム / 樹状突起スパイン / 学習
研究成果の概要

我々は強化増大した樹状突起スパインシナプスを特異的に標識するASプローブを構築し、運動学習が増強・新生スパインに依存することを操作的に証明し(Nature 2015)、ケタミンの抗うつ作用に前頭葉のスパイン新生が関与することを明らかにした(Science 2019)。同様な標識手法が軸索にも応用可能であり、増強スパインに入力するシナプス終末であることがわかってきた(未発表)。条件学習のドーパミン過程についてシナプスレべルではD1細胞のスパインが増強すること(Science 2014)、また、弁別学習の際にはD2細胞のスパインが増強し、それが弁別学習に関与することを明らかにしつつある(未発表)。

研究成果の学術的意義や社会的意義

心を育む脳の働きは神経回路の電気化学的活動で起きると信じられている。しかし、学習するときには、これに加えて神経を繋ぐシナプスが運動することを我々は見出し、これが運動学習、うつ症状など個体レベルで使われていることを証明した(Nature 2015, Science 2019)。また、条件付け学習の際には、脳内報酬信号であるドーパミンは適切なタイミングで神経から放出されれば記憶を強く促す作用があることを明らかにした(Science 2014)。この個性的に運動する脳の描像は我々の個性や病気を理解する新しい鍵となるであろう。

評価記号
検証結果 (区分)

A

評価記号
評価結果 (区分)

A+: 当初目標を超える研究の進捗があり、期待以上の成果が見込まれる

報告書

(10件)
  • 2019 研究進捗評価(検証) ( PDF )
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書   研究概要(研究進捗評価) ( PDF )   研究進捗評価(評価結果) ( PDF )
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 研究概要(採択時) ( PDF )   実績報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 6件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 10件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 17件、 招待講演 22件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] University of North Carolina(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] Cardiff University(英国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] University of North Carolina(米国)

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [国際共同研究] Cardiff University(英国)

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [雑誌論文] Calcineurin knockout mice show a selective loss of small spines2018

    • 著者名/発表者名
      Okazaki H, Hayashi-Takagi A, Nagaoka A, Negishi M, Ucar H, Yagishita S, Ishii K, Toyoizumi T, Kasai H
    • 雑誌名

      Neuroscience Letters

      巻: 671 ページ: 99-102

    • DOI

      10.1016/j.neulet.2018.02.006

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical Landscape for Tissue Clearing Based on Hydrophilic Reagents.2018

    • 著者名/発表者名
      Tainaka K, Murakami TC, Susaki EA, Shimizu C, Saito R, Takahashi K, Hayashi-Takagi A, Sekiya H, Arima Y, Nojima S, Ikemura M, Ushiku T, Shimizu Y, Murakami M, Tanaka KF, Iino M, Kasai H, Sasaoka T, Kobayashi K, Miyazono K, Morii E, Isa T, Fukayama M, Kakita A, Ueda HR.
    • 雑誌名

      Cell Rep.

      巻: 24 号: 8 ページ: 2196-2210

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2018.07.056

    • NAID

      120006542018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] In Vivo Volume Dynamics of Dendritic Spines in the Neocortex of Wild-Type and Fmr1 KO Mice.2018

    • 著者名/発表者名
      Ishii K, Nagaoka A, Kishida Y, Okazaki H, Yagishita S, Ucar H, Takahashi N, Saito N, Kasai H.
    • 雑誌名

      eNeuro

      巻: 5 号: 5 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1523/eneuro.0282-18.2018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Strong stimulation triggers full fusion exocytosis and very slow endocytosis of the small dense core granules in carotid glomus cells.2018

    • 著者名/発表者名
      Tse A, Lee AK, Takahashi N, Gong A, Kasai H, Tse FW.
    • 雑誌名

      J Neurogenet

      巻: 32 号: 3 ページ: 267-278

    • DOI

      10.1080/01677063.2018.1497629

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Engineering Pak1 allosteric switches2017

    • 著者名/発表者名
      Dagliyan, O., Karginov, A., Yagishita, S., Gale, M., Wang, H., DerMardirossian, C., Wells, C., Dokholyan, N., Kasai, H. & Hahn, K.
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 6 号: 7 ページ: 1257-1262

    • DOI

      10.1021/acssynbio.6b00359

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Abnormal intrinsic dynamics of dendritic spines in a fragile X syndrome mouse model in vivo.2016

    • 著者名/発表者名
      Nagaoka A, Takehara H, _Hayashi-Takagi A_, Noguchi J, Ishii K, Shirai F, Yagishita S, Akagi T, Ichiki T, Kasai H.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 号: 1 ページ: 26651-26651

    • DOI

      10.1038/srep26651

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Implantable Microfluidic Device with Hydrogel Permeable Membrane for Delivering Chemical Compounds and Imaging Neural Cells in Living Mice2016

    • 著者名/発表者名
      Takehara, H., Nagaoka, A., Noguchi, J., Akagi, T., Kasai, H. & Ichiki, T.
    • 雑誌名

      Journal of Photopolymer Science and Technology

      巻: 29 号: 4 ページ: 513-518

    • DOI

      10.2494/photopolymer.29.513

    • NAID

      130005261780

    • ISSN
      0914-9244, 1349-6336
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Design and Synthesis of a 4-Nitrobromobenzene Derivative Bearing an Ethylene Glycol Tetraacetic Acid Unit for a New Generation of Caged Calcium Compounds with Two-Photon Absorption Properties in the Near-IR Region and Their Application in Vivo2016

    • 著者名/発表者名
      Satish Jakkampudi, Manabu Abe, Naomitsu Komori Ryukichi Takagi, Ko Furukawa, Claudine Katan, Wakako Sawada, Noriko Takahashi, and Haruo Kasai
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 1 号: 2 ページ: 193-201

    • DOI

      10.1021/acsomega.6b00119

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] State-dependent diffusion of actin-depolymerizing factor/cofilin underlies the enlargement and shrinkage of dendritic spines.2016

    • 著者名/発表者名
      Noguchi, J., Hayama, T., Watanabe, S., Ucar, H., Yagishita, S., Takahashi, N. & Kasai, H.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 号: 1 ページ: 32897-32897

    • DOI

      10.1038/srep32897

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Opposing roles for SNAP23 in secretion in exocrine and endocrine pancreatic cells2016

    • 著者名/発表者名
      Masataka Kunii, et al,
    • 雑誌名

      J. Cell Biol.

      巻: 215 号: 1 ページ: 121-138

    • DOI

      10.1083/jcb.201604030

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Design and synthesis of a new chromophore, 2-(4-nitrophenyl)benzofuran, for two-photon uncaging using near-IR light2016

    • 著者名/発表者名
      Komori, N.; Jakkampudi, S.; Motoishi, R.; Abe, M.; Kamada, K.; Furukawa, K.; Katan, C.; Sawada, W.; Takahashi, N.; Kasai, H.; Xue, B.; Kobayashi, T.
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 52 号: 2 ページ: 331-334

    • DOI

      10.1039/c5cc07664a

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書 2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Labelling and optical erasure of synaptic memory traces in the motor cortex.2015

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi A, Yagishita S, Nakamura M, Shirai F, Wu YI, Loshbaugh AL, Kuhlman B, Hahn KM, Kasai H
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 525 号: 7569 ページ: 333-338

    • DOI

      10.1038/nature15257

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書 2014 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Two-photon fluorescence lifetime imaging of primed SNARE complexes in presynaptic terminals and β cells.2015

    • 著者名/発表者名
      Takahashi N#, Sawada W#, Noguchi J#, Watanabe S#, Ucar H, Hayashi-Takagi A, Yagishita S, Ohno M, Tokumaru H & Kasai H. (#Equally contributed).
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 6 号: 1 ページ: 8531-8531

    • DOI

      10.1038/ncomms9531

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書 2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Dopamine receptors, synaptic plasticity and psychiatric disorders2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kasai
    • 学会等名
      Japan-UK Neuroscience Symposium 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mechanical forces of spine enlargement detected by presynaptic FRET/FLIM imaging2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kasai
    • 学会等名
      Federation of the Asian and Oceanian Physiolgocial Societies (FAOPS), Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synaptic optogenetics for memory structures.2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kasai
    • 学会等名
      World Congress of Pharmacological Sciences 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dopamine actions on the dendritic spines for reward and aversive learning in the nucleus accumbens2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kasai
    • 学会等名
      World Congress of Pharmacological Sciences
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Bidirectional tuning of behavioral conditioning and synaptic plasticity by dopamine in the nucleus accumbens, Japan-Canadian Joint Symposium2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kasai, Y. Iino, R. Nakazato, K. Yamaguchi, T. Sawada, S. Yagishita
    • 学会等名
      Japanese Society of Neuroscience 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synaptic optogenetics for memory structures2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kasai
    • 学会等名
      Mini-Symposium, Japanese Society of Neuroscience 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Identification of the synapses involved in memory formation2017

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai
    • 学会等名
      The brain Conferences
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dopamine actions on the dendritic spines of medium spiny neurons in the nucleus accumbens for classical conditioning2017

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai, Yusuke Iino, Yoshitomo Maeda, Ryo Nakazato, Sho Yagishita
    • 学会等名
      新学術国際シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dopamine actions on the structural plasticity of dendritic spines2017

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Synaptic Transmission
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Plasticity and fluctuations of dendritic spines; synaptic bases of memory and mental disorders2017

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai
    • 学会等名
      Neurosci 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dopamine actions on the dendritic spines and conditioned behaviors2017

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai
    • 学会等名
      The 48th NIPS International Symposium on “Neural circuitry and plasticity underlying brain functions”
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 2光子励起蛍光寿命画像法で解析した開口放出部位におけるSNAP25の分子構造、第94回日本生理学会2017

    • 著者名/発表者名
      高橋、渡辺、澤田、河西
    • 学会等名
      第94回日本生理学会
    • 発表場所
      アクトシティ浜松(静岡県浜松市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Plasticity and fluctuations of dendritic spines studied with synaptic optogenetics.2016

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai
    • 学会等名
      iCeMS, MRC and AMED workshop
    • 発表場所
      Cambridge, UK
    • 年月日
      2016-03-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書 2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural Plasticity of Dendritic Spines in NAc for Reinforcement Learning2016

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai
    • 学会等名
      Gordon Conference
    • 発表場所
      Ventura, CA, USA
    • 年月日
      2016-03-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural Plasticity of Dendritic Spines in NAc for Reinforcement Learning2016

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai
    • 学会等名
      Gordon Conference
    • 発表場所
      Ventural, CA, USA
    • 年月日
      2016-03-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synaptic optogenetics2016

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai
    • 学会等名
      Neocortical Organization Ⅲ
    • 発表場所
      東京大学小柴ホール(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-02-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synaptic optogenetics2016

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai
    • 学会等名
      Neocortical Organization Ⅲ
    • 発表場所
      東京大学小柴ホール(東京都,文京区)
    • 年月日
      2016-02-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rapid regulations of spine plasticity by dopamine in the D1 and D2 projection neurons in the nucleus accumbens. Cold Spring Harbor Asia Conference2016

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai, Sho Yagishita, Yusuke Iino, Yosuke Nakazato, Yoshitomo Maeda
    • 学会等名
      Cold Spring Harbor Asia Conference
    • 発表場所
      Suzhou, China
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Plasticity and fluctuations of dendritic spines in mice models of autism and schizophrenia.2016

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai
    • 学会等名
      Symposium in JNS meeting 2016
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dendritic spines shaping memory and behaviors2016

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai
    • 学会等名
      Special Lecture, Society for Neuroscience
    • 発表場所
      San Diego, CA, USA
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spine synapses shaping memory and behavior, Lecture, Nanyang Technical University2016

    • 著者名/発表者名
      Haruo Kasai
    • 学会等名
      Lecture, Nanyang Technical University
    • 発表場所
      Nanyang Drive, Singapore
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳シナプスの生理と精神神経疾患2015

    • 著者名/発表者名
      河西春郎
    • 学会等名
      青森ドーパミン研究会
    • 発表場所
      ホテルJALシティ青森(青森県青森市)
    • 年月日
      2015-11-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大脳シナプスの生理と精神神経疾患2015

    • 著者名/発表者名
      河西春郎
    • 学会等名
      青森ドーパミン研究会
    • 発表場所
      ホテルJALシティ青森(青森県,青森市)
    • 年月日
      2015-11-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 河西研究室

    • URL

      http://www.bm2.m.u-tokyo.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 河西研究室ホームページ

    • URL

      http://www.bm2.m.u-tokyo.ac.jp

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 河西研究室

    • URL

      http://www.bm2.m.u-tokyo.ac.jp

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書 2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-06-05   更新日: 2022-04-28  

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