マクロからミクロに至る多階層構造情報を束ねる観察・解析技術の基盤創成

• 研究領域: 共鳴誘導で革新するバイオイメージング
• 研究課題/領域番号: 16H01426
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 順天堂大学 (2017); 京都大学 (2016)
• 研究代表者: 日置 寛之 順天堂大学, 医学部, 准教授 (00402850)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円); 2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2016年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
• キーワード: 透明化 / 神経 / ズームイン / 光学顕微鏡 / 電子顕微鏡

研究実績の概要

透明化技術は三次元構造の高速な解析を実現するものであり、神経ネットワーク構造解明のブレイクスルーにつながると期待される。しかし、透明化された脳組織をいかに活用して神経回路構造を解析するかという『真の応用』はまだ始まったばかりである。本研究課題では透明化技術を軸に、『マクロ―メゾ―ミクロ』の各階層を有機的に結びつけ、神経ネットワーク構造を効率的に解析する方法論を確立することを目的としている。
本領域で展開されている、色素、光学顕微鏡、イメージングソフトウェア、サンプル調製を包括する技術開発を参考にしながら、平成29年度は以下の課題に取り組んだ。
(1) 大脳新皮質運動野から脊髄にまで軸索を展開する皮質脊髄路（CST）ニューロンを効率的に標識するため、順行性もしくは逆行性標識を試みた。順行性標識については、申請者らが開発した、神経細胞特異的で高発現を可能にする「AAV SynTetOff（Sohn et al., 2017）」をもとに、種々の膜移行シグナルを検討し、候補を絞ることができた。また、逆行性標識については、脂溶性カルボシアニン色素のアプライ法などを検討し、成体標本でも再現性良く標識する手法を定めた。
(2) 本領域で開発されている新規蛍光・発光プローブを、上記「AAV SynTetOff」に搭載して検討を行った。例えば平成29年度は、宮脇敦史（領域代表）らが開発した発光プローブを搭載し、その有用性を示すことができた（Iwano et al., 2018）。
(3) 透明化ステップの改変を行い、時間の短縮だけで無く、膨張・収縮を最小限に抑えるプロトコールを開発した。
(4) 光学顕微鏡観察から電子顕微鏡観察へとズームインする際に必要な、部位マーキング手法の開発を進めた。化学的・物理的マーキング法で有望な候補が複数あり、今後はさらなる検討を続けていく必要がある。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Layola University/New York Medical Center(米国)
• [国際共同研究] Georg-August-University(Germany)
• [国際共同研究] University of Oxford(英国)
• [国際共同研究] University of Debrecen(Hungary)
• [国際共同研究] IBioBA(Argentina)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] Loyola University/New York University Medical Center(米国)
• [国際共同研究] Georg-August-University(Germany)
• [国際共同研究] University of Oxford(英国)
• [国際共同研究] University of Debrecen(Hungary)
• [国際共同研究] IBioBA(Argentina)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Hippocampal ripples down-regulate synapses (2018)
  • 著者名/発表者名: Norimoto Hiroaki、Makino Kenichi、Gao Mengxuan、Shikano Yu、Okamoto Kazuki、Ishikawa Tomoe、Sasaki Takuya、Hioki Hiroyuki、Fujisawa Shigeyoshi、Ikegaya Yuji
  • 雑誌名: Science 巻: 359 号: 6383 ページ: 1524-1527
  • DOI: 10.1126/science.aao0702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-cell bioluminescence imaging of deep tissue in freely moving animals. (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwano S, Sugiyama M, Hama H, Watakabe A, Hasegawa N, Kuchimaru T, Tanaka KZ, Takahashi M, Ishida Y, Hata J, Shimozono S, Namiki K, Fukano T, Kiyama M, Okano H, Kizaka-Kondoh S, McHugh TJ, Yamamori T, Hioki H, Maki S, Miyawaki A.
  • 雑誌名: Science 巻: 359 号: 6378 ページ: 935-939
  • DOI: 10.1126/science.aaq1067
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Parvalbumin-producing striatal interneurons receive excitatory inputs onto proximal dendrites from the motor thalamus in male mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakano Yasutake、Karube Fuyuki、Hirai Yasuharu、Kobayashi Kenta、Hioki Hiroyuki、Okamoto Shinichiro、Kameda Hiroshi、Fujiyama Fumino
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience Research 巻: in press 号: 7 ページ: 1186-1207
  • DOI: 10.1002/jnr.24214
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 増大特集 細胞多様性解明に資する光技術─見て,動かす Ⅰ.見る,観る,視る マクロレベルからナノレベルまでの連続イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 日置 寛之、濱 裕、孫 在隣、黄 晶媛、並木 香奈、星田 哲志、黒川 裕、宮脇 敦史
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 68 号: 5 ページ: 416-417
  • DOI: 10.11477/mf.2425200672
  • ISSN: 0370-9531, 1883-5503
  • 年月日: 2017-10-15
• [雑誌論文] Shaping somatosensory responses in awake rats: cortical modulation of thalamic neurons (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirai Daichi、Nakamura Kouichi C.、Shibata Ken-ichi、Tanaka Takuma、Hioki Hiroyuki、Kaneko Takeshi、Furuta Takahiro
  • 雑誌名: Brain Structure and Function 巻: 223 号: 2 ページ: 851-872
  • DOI: 10.1007/s00429-017-1522-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dorsal and ventral parts of thalamic nucleus submedius project to different areas of rat orbitofrontal cortex: A single neuron-tracing study using virus vectors. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kuramoto E, Iwai H, Yamanaka A, Ohno S, Seki H, Tanaka YR, Furuta T, Hioki H, Goto T
  • 雑誌名: J Comp Neurol. 巻: 525 号: 18 ページ: 3821-3839
  • DOI: 10.1002/cne.24306
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parvalbumin-expressing interneurons can act solo while somatostatin-expressing interneurons act in chorus in most cases on cortical pyramidal cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Safari Mir-Shahram、Mirnajafi-Zadeh Javad、Hioki Hiroyuki、Tsumoto Tadaharu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 12764-12764
  • DOI: 10.1038/s41598-017-12958-4
  • NAID: 120006364103
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 脳透明化技術の現状と今後の発展―Sca<i>l</i>eS法に焦点を当てて― (2017)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之、濱裕、孫在隣、黄晶媛、並木香奈、星田哲志、黒川裕、宮脇敦史
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 149 号: 4 ページ: 173-179
  • DOI: 10.1254/fpj.149.173
  • NAID: 130005548847
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Single Vector Platform for High-Level Gene Transduction of Central Neurons: Adeno-Associated Virus Vector Equipped with the Tet-Off System. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sohn J, Takahashi M, Okamoto S, Ishida Y, Furuta T, Hioki H.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 12 号: 1 ページ: e0169611-e0169611
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0169611
  • NAID: 120005954461
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural Basis for Cholinergic Regulation of Neural Circuits in the Mouse Olfactory Bulb. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hamamoto H, Kiyokage E, Sohn J, Hioki H, Harada T, Toida K.
  • 雑誌名: J Comp Neurol 巻: 525 号: 3 ページ: 574-591
  • DOI: 10.1002/cne.24088
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Individual Mediodorsal Thalamic Neurons Project to Multiple Areas of the Rat Prefrontal Cortex: A Single Neuron-Tracing Study Using Virus Vectors. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kuramoto E, Pan SX, Furuta T, Tanaka YR, Iwai H, Yamanaka A, Ohno S, Kaneko T, Goto T, Hioki H.
  • 雑誌名: J Comp Neurol 巻: 525 号: 1 ページ: 166-185
  • DOI: 10.1002/cne.24054
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 組織の透明化技術 (2017)
  • 著者名/発表者名: 濱裕、日置寛之、並木香奈、星田哲志、黒川裕、宮脇敦史
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 68 ページ: 85-93
• [雑誌論文] Differential Inputs to the Perisomatic and Distal-Dendritic Compartments of VIP-Positive Neurons in Layer 2/3 of the Mouse Barrel Cortex. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sohn J, Okamoto S, Kataoka N, Kaneko T, Nakamura K, Hioki H.
  • 雑誌名: Front Neuroanat 巻: 10 ページ: 124-124
  • DOI: 10.3389/fnana.2016.00124
  • NAID: 120005997790
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] マウス第一次運動野パルブアルブミン陽性GABA細胞に対する興奮性・抑制性入力の定量的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之、孫在隣、岡本慎一郎、亀田浩司
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] Projection patterns of corticofugal neurons associated with vibrissa movement. (2018)
  • 著者名/発表者名: 古田貴寛、柴田憲一、田中琢真、日置寛之
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] マクロレベルからナノレベルまでの連続イメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之
  • 学会等名: 第43回レーザ顕微鏡研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Dorsal and ventral parts of the rat thalamic submedial nucleus provide two independent inputs to different areas of orbital cortex. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kuramoto E, Iwai H, Yamanaka A, Seki H, Ohno S, Sendo R, Koyanagi K, Toyodome S, Furuta T, Hioki H, Goto T.
  • 学会等名: 第122回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 2017-03-28
• [学会発表] A Single Vector Platform for High-Level Gene Transduction of Central Neurons: AAV Vector Equipped with the Tet-Off System. (2017)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之、孫在隣、高橋慧、岡本慎一郎、石田葉子、古田貴寛
  • 学会等名: 第122回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 2017-03-28
• [学会発表] Efficient Gene Delivery into Neuronal Cells using Adeno-Associated Virus Vector Equipped with the Tet-Off System. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hioki H.
  • 学会等名: The 1st ABiS Symposium -Towards the Future of Advanced Bioimaging for Life Sciences-
  • 発表場所: Okazaki
  • 年月日: 2017-02-19
  • 国際学会
• [学会発表] Tet-Off搭載アデノ随伴ウイルスベクターを用いた神経細胞への効率的遺伝子導入 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石田葉子、孫在隣、高橋慧、岡本慎一郎、古田貴寛、日置寛之
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会
• [学会発表] Efficient Gene Delivery into Neuronal Cells using Adeno-Associated Virus Vector Equipped with the Tet-Off System. (2017)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之、孫在隣、高橋慧、岡本慎一郎、石田葉子、古田貴寛
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Hippocampal ripples induce synaptic downscaling and restore memory capacity. (2017)
  • 著者名/発表者名: 乗本裕明、牧野健一、Mengxuan Gao、日置寛之、藤澤茂義 、池谷裕二
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Viral tracing with rabies virus vector identifies different disynaptic inputs to the hippocampal subfields along the dorsoventral axis in the rat. (2017)
  • 著者名/発表者名: 大原慎也、石井宏憲、日置寛之、筒井健一郎、、Menno P Witter、飯島敏夫
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Grand design of the neocortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Hioki
  • 学会等名: The 44th Seminar on RIKEN Center for Advanced Photonics
  • 招待講演
• [学会発表] 大脳新皮質のグランドデザインを読み解く ~解析例と技術開発~ (2017)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] A Single Vector Platform for High-Level Gene Transduction of Central Neurons: Adeno-Associated Virus Vector Equipped with the Tet-Off System. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hioki H, Sohn J, Takahashi M, Okamoto S, Ishida Y, Furuta T.
  • 学会等名: The 7th International Neural Microcircuit Conference
  • 発表場所: Okazaki
  • 年月日: 2016-12-08
  • 国際学会
• [学会発表] Differential Inputs to the Prismatic and Distal-Dendritic Compartments of VIP-Positive Neurons in Layer 2/3 of the Mouse Barrel Cortex. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sohn J, Okamoto S, Kataoka N, Kaneko T, Nakamura K, Hioki H.
  • 学会等名: The 7th International Neural Microcircuit Conference
  • 発表場所: Okazaki
  • 年月日: 2016-12-08
  • 国際学会
• [学会発表] 大脳新皮質GABA細胞が構成する特異的ネットワーク構造 (2016)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之
  • 学会等名: 第57回日本組織細胞化学会総会・学術集会
  • 発表場所: 三鷹
  • 年月日: 2016-09-03
  • 招待講演
• [学会発表] Cholecystokinin- and/or vasoactive intestinal polypeptide-positive neurons preferentially innervate the somatic compartment of parvalbumin-expressing neurons in the mouse primary somatosensory cortex. (2016)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之、孫在隣、中村悠、岡本 慎一郎、髙橋慧、亀田浩司
  • 学会等名: 第39回日本神経科学学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-07-20
• [学会発表] Two types of orbitofrontal cortical projection from the rat submedial thalamic nucleus: Possible function in descending pain modulation. (2016)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之、孫在隣、中村悠、岡本 慎一郎、髙橋慧、亀田浩司
  • 学会等名: 第39回日本神経科学学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-07-20
• [学会発表] Neocortical GABAergic malfunction underlying ASD-like social deficits. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Okamoto, Chiaki Kobayashi, Natsuko Hitora-Imamura, Hiroyuki Hioki, Yuji Ikegaya
  • 学会等名: The 10th FENS FORUM OF NEUROSCIENCE
  • 発表場所: Copenhagen
  • 年月日: 2016-07-02
  • 国際学会
• [学会発表] Basic architecture of neocortical circuits (2016)
  • 著者名/発表者名: Hioki H.
  • 学会等名: LEICA MEETS SCIENCE
  • 発表場所: Mannheim
  • 年月日: 2016-06-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 大脳新皮質のグランドデザイン解読を目指して (2016)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之
  • 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: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] 大脳新皮質のグランドデザインを読み解く～解析例と技術開発～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会（イブニングフォーラム）
  • 発表場所: 横浜
  • 招待講演
• [備考] 研究室webページ
  • URL: http://www.juntendo.ac.jp/graduate/laboratory/labo/shinkei_kozo/k2.html
• [備考] 研究室webページ
  • URL: http://www.mbs.med.kyoto-u.ac.jp