シナプスイメージングに基づいた統合失調症モデルのニューロコンピュテーション

• 研究課題/領域番号: 26293260
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 精神神経科学
• 研究機関: 群馬大学 (2016-2017); 東京大学 (2014-2015)
• 研究代表者: 林 朗子 (高木朗子 / 林 朗子(高木朗子)) 群馬大学, 生体調節研究所, 教授 (60415271)
• 研究分担者: 田中 昌司 上智大学, 理工学部, 教授 (30188304)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円); 2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2015年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2014年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: 統合失調症 / シナプス / 2光子イメージング / シナプス後電流 / 巨大スパイン / 2光子励起イメージング / 神経発火 / GCaMP6f / 精神疾患 / コンピューテーション / 樹状突起スパイン / カルシウムイメージング / DISC1

研究成果の概要

スパインは刺激に応じてシナプス伝達効率が変化するため、脳の基本素子と考えられている。統合失調症ではスパイン形態・密度異常が報告されているが、その病態生理への意義は、解明されていない。そこで、統合失調症モデルマウスである、DISC1 KDマウスやカルシニューリンKOマウスのin vivo 2光子励起イメージングを行った。2つのモデルで共通していた所見は、巨大スパインの出現が有意に高いことだった。単一スパインのNMDA-EPSC/AMPA-EPSC比を求め、この計測データを基に、回路モデリングを行った。シミュレーションの結果、巨大スパインがある場合、回路動態が不安定になるとの手ごたえを得た。

研究成果

• [雑誌論文] Calcineurin knockout mice show a selective loss of small spines (2018)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Increased EphA4-ephexin1 signaling in the medial prefrontal cortex plays a role in depression-like phenotype. (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhang JC, Yao W, Qu Y, Nakamura M, Dong C, Yang C, Ren Q, Ma M, Han M, Shirayama Y, Hayashi-Takagi A, Hashimoto K
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 7 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-017-07325-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 光によるマウスを用いた精神神経疾患の病態解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小尾紀翔、林（高木）朗子
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 68 ページ: 486-487
• [雑誌論文] 学習・記憶の細胞基盤：シナプス・アンサンブル (2017)
  • 著者名/発表者名: 小尾紀翔、白井福寿、林（高木）朗子
  • 雑誌名: 生化学 巻: 89 ページ: 546-550
• [雑誌論文] Synaptic ensemble underling for selection and consolidation of neuronal circuits during learning. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hoshiba Y, Wada T, _Hayashi-Takagi A (CA)
  • 雑誌名: Frontiers in Neural Circuits 巻: 印刷中
  • DOI: 10.3389/fncir.2017.00012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optogenetics: Applications in psychiatric research. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shirai F, _Hayashi-Takagi A (CA)
  • 雑誌名: Psychiatry Clin Neurosci 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 363-372
  • DOI: 10.1111/pcn.12516
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synapse pathology and translational applications for schizophrenia. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takagi A (CA)
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 114 ページ: 3-8
  • DOI: 10.1016/j.neures.2016.09.001
  • 査読あり
• [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
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fast 3D visualization of endogenous brain signals with high-sensitivity laser scanning photothermal microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Miyazaki, T.Iida, S. Tanaka, A. Hayashi-Takagi, H. Kasai, S. Okabe, and T. Kobayashi
  • 雑誌名: Biomed. Opt. Express 巻: 7 号: 5 ページ: 1702-1710
  • DOI: 10.1364/boe.7.001702
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [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
  • 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
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A critical time window for dopamine actions on the structural plasticity of dendritic spines. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yagishita, S., Hayashi-Takagi, A., Ellis-Davies, G.C.R., Urakubo, H., Ishii, S., & Kasai, H.
  • 雑誌名: Science 巻: 345 号: 6204 ページ: 1616-1620
  • DOI: 10.1126/science.1255514
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sub-diffraction resolution pump-probe microscopy with shot-noise limited sensitivity using laser diodes (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, J., Tsurui, H., Hayashi-Takagi, A., Kasai, H. & Kobayashi, T.
  • 雑誌名: Opt Express 巻: 22 号: 8 ページ: 9024-32
  • DOI: 10.1364/oe.22.009024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PAKs inhibitors ameliorate schizophrenia-associated dendritic spine deterioration in vitro and in vivo during late adolescence (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takagi, A., Araki, Y., Nakamura, M., Vollrath, B., Duron, S.G., Yan, Z., Kasai, H., Huganir, R.L., Campbell, D.A. & Sawa, A.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 111 号: 17 ページ: 6461-6
  • DOI: 10.1073/pnas.1321109111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Peripheral biomarkers revisited: integrative profiling of peripheral samples for psychiatric research. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takagi A, Vawter MP, Iwamoto K.
  • 雑誌名: Biol Psychiatry 巻: 75 ページ: 920-928
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Systemic response as a causal/exacerbating factor for psychiatric disorders (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takagi A
  • 学会等名: 日本生理学会（日本、高松）
  • 招待講演
• [学会発表] Development of innovative wide-view mapping of synaptic ensemble in the psychiatric model (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takagi A
  • 学会等名: 日本生理学会（日本、高松）
  • 招待講演
• [学会発表] 精神疾患の神経回路異常の解明にむけた革新的な機能的コネクトミクス法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 林（高木）朗子
  • 学会等名: 第1回三融会・武田神経科学シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 精神疾患の神経回路異常の解明にむけた機能的コネクトミクス法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 林（高木）朗子
  • 学会等名: 九州大学・大学院セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] （女性）研究者として (2018)
  • 著者名/発表者名: 林（高木）朗子
  • 学会等名: 前橋女子高校、スーパーサイエンススクール出前授業
  • 招待講演
• [学会発表] 青い光で記憶を消す～心の仕組みとその基盤～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 林（高木）朗子
  • 学会等名: 第49回藤田学園医学会シンポジウ
  • 招待講演
• [学会発表] Wide-field mapping of Hebbian synaptic potentiation using the synaptic optoprobes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takagi A
  • 学会等名: Gordon Research Conference
  • 発表場所: Lucca
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mapping of Hebbian synaptic potentiation using the synaptic optoprobes (2016)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takagi A
  • 学会等名: Brian Mind Institute Symposium
  • 発表場所: EPFL, Switzerland
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mapping of Hebbian synaptic potentiation using the synaptic optoprobes (2016)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takagi A
  • 学会等名: Janelia Conference
  • 発表場所: Janelia, Virginia, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] unctional connectomics using synaptic optogenetics and an activity-dependent neuronal tracing (2016)
  • 著者名/発表者名: Hayashi-Takagi A
  • 学会等名: Cold Spring Harbor - Asia Meetings,
  • 発表場所: Suzhuo, China
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Visualization of learning-related memory trace and its erasure by "Synaptic optogenetics" (2015)
  • 著者名/発表者名: Akiko Hayashi-Takagi
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 発表場所: Chicago（USA)
  • 年月日: 2015-10-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 大脳皮質シナプスと個体レベル行動との関連解析：新規光感受性シナプスプローブを用いたSynaptic optogenetics法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林（高木）朗子
  • 学会等名: 第37回日本生物学的精神医学会
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • 年月日: 2015-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] 新規光感受性シナプスプローブAS-PaRac1を用いた記憶回路の可視化・操作 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林（高木）朗子
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-07-28
  • 招待講演
• [学会発表] Synapse protection as a novel therapeutic strategy for psychiatric diseases (2015)
  • 著者名/発表者名: Akiko Hayashi-Takagi
  • 学会等名: 第92回日本生理学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-23
  • 招待講演
• [学会発表] 大脳皮質シナプスと個体レベル行動との関連解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林（高木）朗子
  • 学会等名: 第88回 日本薬理学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-03-18
  • 招待講演