神経細胞における動的な生化学情報処理機構の解明

• 研究課題/領域番号: 26830043
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 神経化学・神経薬理学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤井 哉 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (80717546)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: Ca2+シグナル / シナプス可塑性 / シナプス / シグナル伝達 / 神経科学 / 生化学 / イメージング / Ca2+シグナリング / 蛍光プローブ / 顕微鏡 / 分子生物学

研究成果の概要

脳機能を理解するためには、複雑な脳の中での神経活動とそれによって活性化される生化学反応を計測し、演算を理解する必要がある。神経細胞での生化学演算を計測するために、本研究では非常にダイナミックレンジを改善した新型のCa2+依存的酵素に対するプローブを開発した。そして、これらのプローブを用いて、Ca2+依存的リン酸化酵素(CaMKII)と脱リン酸化酵素(カルシニューリン)の活性化の時空間的プロファイルを生きた神経細胞の樹状突起およびシナプスにおいて計測し、全く異なることが明らかになった。この成果は、神経細胞における生化学演算機構の一端を明らかにし、高次脳機能の理解につながるものと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Calmodulin kinases: essential regulators in health and disease. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takemoto-Kimura S, Suzuki K, Horigane SI, Kamijo S, Inoue M, Sakamoto M, Fujii H, Bito H.
  • 雑誌名: J Neurochem. 巻: - 号: 6 ページ: 808-818
  • DOI: 10.1111/jnc.14020
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Facilitation of axon outgrowth via a Wnt5a-CaMKK-CaMKIα pathway during neuronal polarization. (2016)
  • 著者名/発表者名: Horigane S, Ageta-Ishihara N, Kamijo S, Fujii H, Okamura M, Kinoshita M, Takemoto-Kimura S, Bito H
  • 雑誌名: Mol Brain. 巻: 9 号: 1 ページ: 8-8
  • DOI: 10.1186/s13041-016-0189-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • 雑誌名: Nat Methods 巻: 12 号: 1 ページ: 64-70
  • DOI: 10.1038/nmeth.3185
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Ca2+シグナル伝達のプローブ開発と多重イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤井哉、井上昌俊、尾藤晴彦
  • 学会等名: 第11回NIBBバイオイメージングフォーラム
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2017-02-14
  • 招待講演
• [学会発表] Imaging long-term potentiation of surface glutamate receptors at single synapses (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishii Y, Okuno H, Fujii H, Bito H.
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会
  • 発表場所: 浜松
  • 招待講演
• [学会発表] Rational engineering of sensors for hierarchical and orthogonal Ca2+ signaling (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤井哉、井上昌俊、尾藤晴彦
  • 学会等名: 第8回イメージング若手の会「光塾」
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-12-17
• [学会発表] Nonlinear Decoding and Asymmetric Representation of Neuronal Input Information by CaMKIIα and Calcineurin. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujii H, Inoue M, Bito H
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会シンポジウム
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2016-11-25
  • 招待講演
• [学会発表] Ca2+シグナリングの可視化プローブの開発と多重イメージング (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤井哉、井上昌俊、尾藤晴彦
  • 学会等名: 生理学研究所 研究会「シナプス伝達の細胞分子調節機構」
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2016-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] 恐怖記憶を制御する活動依存的神経細胞集団 (2016)
  • 著者名/発表者名: 尾藤晴彦、金亮、井上昌俊、坂本雅行、藤井哉
  • 学会等名: 第59回日本神経化学会、第38回日本生物学的精神医学会合同年会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2016-09-08
  • 招待講演
• [学会発表] Development and imaging of new color indicators for Ca2+ signaling in living neurons. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujii H, Inoue M, Bito H
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-07-20
  • 招待講演
• [学会発表] Calcium-dependent phosphorylation signaling in emotional and social limbic circuit (2016)
  • 著者名/発表者名: Takemoto-Kimura S, Suzuki K, Endo T, Kim R, Koyama H, Horigane S, Fujii H, Bito H.
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-07-20
  • 招待講演
• [学会発表] Facilitation of axon outgrowth via a Wnt5a-CaMKK-CaMKIα pathway. (2016)
  • 著者名/発表者名: Horigane S, Ageta-Ishihara N, Kamijyo S, Fujii H, Okamura M, Kinoshita M, Takemoto-Kimura S, Bito H
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-07-20
• [学会発表] Facilitation of axon outgrowth via a Wnt5a-CaMKK-CaMKIα pathway. (2016)
  • 著者名/発表者名: Horigane S, Ageta-Ishihara N, Kamijyo S, Fujii H, Okamura M, Kinoshita M, Takemoto-Kimura S, Bito H.
  • 学会等名: 第16回東京大学生命科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 扁桃体神経回路におけるカルシウム依存的リン酸化経路と情動行動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹本さやか、遠藤俊裕、金亮、鈴木敢三、藤井哉、尾藤晴彦
  • 学会等名: 第46回日本神経精神薬理学会
  • 発表場所: ソウル
  • 招待講演
• [学会発表] カルシウムシグナリングと脳高次機能制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 金亮, 井上昌俊, 野中美応, 川島尚之, 奧野浩行, 竹本-木村さやか, 坂本雅行, 藤井哉, 尾藤晴彦
  • 学会等名: 私立大学戦略的研究基盤形成支援事業 中間報告会シンポジウム「次世代の包括的緩和医療を支える最先端基礎/臨床融合型研究の基盤形成」
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] Rational engineering of sensors for hierarchical and orthogonal Ca2+ signaling. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujii H, Inoue M, Bito H.
  • 学会等名: The 46th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Excitation-morphogenesis coupling during corticogenesis: a critical role for L-type voltage-gated calcium channel-driven spontaneous calcium elevations in neurite extension and radial migration (2016)
  • 著者名/発表者名: Kamijo S, Suzuki K, Horigane S-I, Fujii H, Takemoto-Kimura S, Bito H
  • 学会等名: The 46th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Rational design of ultrafast, high-affinity calcium indicators for monitoring neuronal activity (2016)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, HoriganeS, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H.
  • 学会等名: The 7th International Neural Microcircuit Conference
  • 発表場所: Okazaki
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Rational design of ultrafast, high-affinity red calcium indicator for monitoring neuronal activity. (2015)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • 学会等名: The 45th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 2015-10-18
  • 国際学会
• [学会発表] Nonlinear Decoding and Asymmetric Representation of Neuronal Input Information by CaMKIIα and Calcineurin. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujii H, Inoue M, Okuno H, Sano Y, Takemoto-Kimura S, Kitamura K, Kano M, Bito H
  • 学会等名: 第7回「光塾」
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス
  • 年月日: 2015-09-05
• [学会発表] Rational design of a novel high-affinity, ultrafast, red calcium indicator R-CaMP2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito 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
• [学会発表] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-03-18
• [学会発表] Rational design of a novel high-affinity, ultrafast, red calcium indicator R-CaMP2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • 学会等名: 2014年度包括脳ネットワーク冬のシンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-12-11
• [学会発表] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • 学会等名: 生理学研究所 研究会「シナプス・神経ネットワークの機能ダイナミクス」
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2014-12-02
• [学会発表] Spontaneous L-type calcium channel activity regulates local calcium signaling in the neurites of developing cortical neurons. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kamijo S, Suzuki K, Horigae H, Fujii H, Takemoto-Kimura S, Bito H
  • 学会等名: The 44th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2014-11-19
• [学会発表] Nonlinear decoding and asymmetric representation of neuronal input information by CaMKIIalpha and calcineurin (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujii H, Inoue M, Okuno H, Sano Y, Takemoto-Kimura S, Kitamura K, Kano M, Bito H
  • 学会等名: HHMI Janelia Conference “Fluorescent proteins and biological sensors IV” 口頭発表
  • 発表場所: Ashburn, VA, USA
  • 年月日: 2014-09-30
• [学会発表] Nonlinear decoding and asymmetric representation of neuronal input information by CaMKIIalpha and calcineurin (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujii H, Inoue M, Okuno H, Sano Y, Takemoto-Kimura S, Kitamura K, Kano M, Bito H
  • 学会等名: HHMI Janelia Conference “Fluorescent proteins and biological sensors IV” ポスター発表
  • 発表場所: Ashburn, VA, USA
  • 年月日: 2014-09-29 – 2014-09-30
• [学会発表] Signaling from synapse to the nucleus and imaging of active neuronal ensembles (2014)
  • 著者名/発表者名: Bito H, Inoue M, Nonaka M, Yagishita-Kyo N, Kawashima T, Suzuki K, Ishii Y, Fujii H, Endo T, Goto M, Koyama H, Takemoto-Kimura S, Kim R
  • 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
  • 招待講演