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「個性」創発メカニズム解明のためのシナプスイメージング法の開発と応用

公募研究

研究領域多様な「個性」を創発する脳システムの統合的理解
研究課題/領域番号 19H04898
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 複合領域
研究機関京都大学 (2020)
東京大学 (2019)

研究代表者

坂本 雅行  京都大学, 生命科学研究科, 特定准教授 (00777865)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード「個性」創発 / 活動イメージング / 生後発達期 / シナプス
研究開始時の研究の概要

本研究計画では、子供に最も大きな影響を与えるファクターの一つである親の養育行動が「個性」創発に及ぼす影響について、活動イメージング法を用いて解明することを目標とする。具体的には、2光子励起顕微鏡を用いた生体カルシウムイメージング法を用いて、生後発達期における大脳皮質のシナプス前およびシナプス後細胞の活動を同時に計測するイメージング法の開発をおこなう。本研究計画は、神経活動計測を介した「個性」創発メカニズムの解明のための新たな研究ストラテジーの創出だけでなく、理想的な親子関係を築くための重要な基礎知識を得られることが期待される。

研究実績の概要

哺乳類の生後発達期(幼児期―思春期)における親から受ける養育は、子供の「個性」創発に最も大きな影響を与える環境的要因の一つである。本研究では、子供に最も大きな影響を与えるファクターの一つである親の養育行動が「個性」創発に及ぼす影響について明らかにするため、幼児期―思春期において、生きた動物からニューロンの形態や活動を計測するためのイメージング技術の開発をおこなった。
前年度までに、異なる色(緑、赤)の高感度・高速カルシウムセンサーを用いてシナプス前細胞(Pre)の軸索とシナプス後細胞(Post)の樹状突起の活動を同時に計測する生体Pre-Postイメージングの確立に成功している。令和2年度は、この技術を応用して、マウスの生後発達期における大脳皮質2/3層のシナプスの形態および活動変化を経時的な観察をおこなった。その結果、軸索の活動パターンは発達段階に応じて変化することが明らかとなった。生後発達期初期で観察された軸索の自発発火は、時間の経過とともにその同期性ならびに発火頻度が有意に減少することが明らかとなった。また、生後発達期初期における軸索末端のカルシウムの変動とそれに伴う軸索の伸長について、長時間にわたって可視化および定量化することに成功した。さらに、赤色カルシウムセンサーを用いたトランスジェニックマウスを新たに作製し、生後発達期におけるニューロンの活動計測に利用可能なラインを新たに樹立することができた。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Comparative Studies of the Fluorescence Properties of Microbial Rhodopsins: Spontaneous Emission Versus Photointermediate Fluorescence2020

    • 著者名/発表者名
      Kojima Keiichi、Kurihara Rika、Sakamoto Masayuki、Takanashi Tsukasa、Kuramochi Hikaru、Zhang Xiao Min、Bito Haruhiko、Tahara Tahei、Sudo Yuki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 124 号: 34 ページ: 7361-7367

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c06560

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rational Engineering of XCaMPs, a Multicolor GECI Suite for In Vivo Imaging of Complex Brain Circuit Dynamics2019

    • 著者名/発表者名
      Inoue M, Takeuchi A, Manita S, Horigane S-i, Sakamoto M, Kawakami R, Yamaguchi K, Otomo K, Yokoyama H, Kim R, Yokoyama T, Takemoto-Kimura S, Abe M, Okamura M, Kondo Y, Quirin S, Ramakrishnan C, Imamura T, Sakimura K, Nemoto T, Kano M, Fujii H, Deisseroth K, Kitamura K, Bito H.
    • 雑誌名

      Cell

      巻: 177 号: 5 ページ: 1346

    • DOI

      10.1016/j.cell.2019.04.007

    • URL

      https://localhost/en/publications/a48843c1-543d-4414-a93c-3cab0e1df627

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Characterizing and engineering microbial rhodopsins for genetically encoded voltage indicator.2020

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Sakamoto, Xiao Min Zhang, Rika Kurihara, Keiichi Kojima, Yuki Sudo, Haruhiko Bito
    • 学会等名
      第43回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 膜電位感受性プローブの開発とその応用2020

    • 著者名/発表者名
      坂本雅行
    • 学会等名
      鹿児島大学医歯学総合研究科セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Imaging voltage in neurons with genetically encoded indicators.2020

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Sakamoto
    • 学会等名
      生理研記憶研究会 “Synapse and System Plasticity of Learning and Memory”
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Genetically encoded voltage indicators and their application.2020

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Sakamoto
    • 学会等名
      遺伝研研究会「哺乳類脳の機能的神経回路の構築メカニズム」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 遺伝子にコードされた膜電位センサーとその応用2019

    • 著者名/発表者名
      坂本 雅行
    • 学会等名
      Neuro2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Imaging voltage in dendritic spines with genetically encoded indicators.2019

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Sakamoto
    • 学会等名
      IBRO 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Measuring Voltage in Dendritic Spines with Genetically Encoded Voltage Indicators.2019

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Sakamoto, Taekung Kwon, Darcy S. Peterka, Rafael Yuste
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 個性創発メカニズム解明のための神経活動イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      坂本 雅行
    • 学会等名
      新学術領域「個性」創発脳 第4 回若手の会技術支援講習会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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