線虫の出力系回路における神経活動の可視化と解析

• 研究領域: 神経系の動作原理を明らかにするためのシステム分子行動学
• 研究課題/領域番号: 23115704
• 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: 埼玉大学
• 研究代表者: 安藤 恵子 埼玉大学, 脳科学融合研究センター, 特任准教授 (40221741)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2012年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2011年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: 線虫 / イメージング / 運動 / 神経回路

研究実績の概要

ロコモーションは哺乳動物から無脊椎動物まで広く認められる周期的な運動であるが、神経回路がどのように運動パターンを生成し制御するのかについてはよくわかっていない。本研究は、我々の研究グループで新たに開発した改良型G-CaMPを線虫に応用し、運動中の個体における回路活動の定量的評価システムを確立するとともに、そのシステムを用いて出力系回路のイメージング解析を行い運動制御機構を明らかにすることを目的とした。
本年度の研究実施計画に基づいて実験を行い、以下の研究結果を得た。①我々が新たに開発した蛍光Ca2+センサーG-CaMP6およびG-CaMP7を線虫に応用し、細胞活動を高感度で再現性良く測定できる遺伝子改変動物を樹立した。G-CaMP6を線虫の後退運動で活性化するアセチルコリン作動性運動ニューロンに発現させたところ、従来のG-CaMPと比較して後退運動時に約2倍の蛍光強度変化を示し、in vivoで性能の向上が認められた②線虫の体の一部をパターン認識により自動追尾し、運動中の神経活動のリアルタイムレシオ蛍光画像と透過像を同時に撮像できるイメージングシステムを開発した（東北大・橋本浩一先生との共同研究）。③周期性運動におけるGABAの役割を明らかにするため、野生型およびGABA欠損変異体の前進運動および後退運動時の筋のCa2+動態を解析した。野生型では、前進・後退運動で筋細胞間を規則的に伝播するCa2+波が観察されたが、GABA欠損変異体では、後退時にCa2+波の伝播に異常が認められた。④運動ニューロンの発火パターンと筋細胞の出力パターンの機能的連関を明らかにするために、チャネルロドプシンを用いて運動ニューロンを光刺激した際の筋の応答をCa2+イメージングにより解析する系を確立した。

現在までの達成度 (段落)

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Genetically encoded green fluorescent Ca2+ indicators with improved detectability for neuronal Ca2+ signals (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Ohkura, T. Sasaki. J. Sadakari, K. Gengyo-Ando, Y. Kagawa-Nagamura, C. Kobayashi, Y. Ikegaya, J. Nakai
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 7 号: 12 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0051286
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single/low-copy integration of transgenes in Caenorhabditis elegans using an ultraviolet trimethylpsoralen method (2012)
  • 著者名/発表者名: Kage-Nakadai E, Kobuna H, Funatsu O, Otori M, Gengyo-Ando K, Yoshina S, Hori S, Mitani S
  • 雑誌名: BMC Biotechnol 巻: 12 号: 1 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1186/1472-6750-12-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] large-scale screening for targeted knockouts in the Caenorhabditis elegans genome. (2012)
  • 著者名/発表者名: C. elegans Deletion Mutant Consortium
  • 雑誌名: G3 (Bethesda) 巻: 2 号: 11 ページ: 1415-25
  • DOI: 10.1534/g3.112.003830
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Caenorhabditis elegans insulin-like peptide, INS-17: its physiological function and expression pattern. (2012)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga Y, Nakajima K, Gengyo-Ando K, Mitani S, Iwasaki T, Kawano T.
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem 巻: 76 ページ: 2168-72
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neuronally expressed Ras-family GTPase Di-Ras modulates synaptic activity in Caenorhabditis elegans (2012)
  • 著者名/発表者名: Tada M, Gengyo-Ando K, Kobayashi T, Fukuyama M, Mitani S, Kontani K, Katada T
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 17(9) 号: 9 ページ: 778-89
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2012.01627.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Depletion of mboa-7, anenzyme that incorporates polyunsaturated fatty acids into phosphatidylinositol (PI),impairs PI3-phosphate signaling in Caenorhabditis elegans. (2012)
  • 著者名/発表者名: Lee HC, Kubo T, Kono N, Kage-Nakadai E, Gengyo-Ando K, Mitani S, Inoue T, Arai H
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 17(9) 号: 9 ページ: 748-57
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2012.01624.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physiological function, expression pattern, and transcriptional regulation of a Caenorhabditis elegans insulin-like peptide, INS-18. (2012)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga Y, Gengyo-Ando K, Mitani S, Iwasaki T, Kawano T.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 423 号: 3 ページ: 478-83
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.05.145
  • 査読あり
• [雑誌論文] GPI-anchor synthesis is indispensable for the germline development of the nematode Caenorhabditis elegans (2012)
  • 著者名/発表者名: Murata D, Nomura KH, Dejima K, Mizuguchi S, Kawasaki N, Matsuishi-Nakajima Y, Ito S,Gengyo-Ando K, Kage-Nakadai E, Mitani S, Nomura K
  • 雑誌名: Mol Biol Cell 巻: 23(6) 号: 6 ページ: 982-95
  • DOI: 10.1091/mbc.e10-10-0855
  • 査読あり
• [雑誌論文] 香りの評価法の検討―バイオアッセイを用いた香り評価の試みー (2012)
  • 著者名/発表者名: 中井淳一, 永村ゆう子, 大倉正道, 清宮はるな, 藤 田孝, 松永祐, 長谷川登志夫, 安藤恵子
  • 雑誌名: Aroma Research 巻: 50 ページ: 126-131
• [学会発表] In vivo calcium imaging of motor circuit in freely moving animals using improved G-CaMPs. (2013)
  • 著者名/発表者名: Gengyo-Ando K, Kagawa-Nagamura Y, Ohkura M, Fei X, Suzuki M, Hashimoto K, Nakai J
  • 学会等名: The 19th international C. elegans meeting 2013
  • 発表場所: USA（UCLA)
  • 年月日: 2013-06-26
• [学会発表] Real-time optogenetic control and imaging of neuromuscular activity in freely moving Caenorhabditis elegans. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kagawa-Nagamura Y, Gengyo-Ando K, Osawa A, Hashimoto K, Ohkura M, Nakai J
  • 学会等名: 第36回神経科学学会
  • 発表場所: 京都（国立京都国際会館）
  • 年月日: 2013-06-20
• [学会発表] Development of a high-resolution Ca2+ imaging system for freely moving C. elegans. (2013)
  • 著者名/発表者名: Gengyo-Ando K, Kagawa-Nagamura Y, Ohkura M, Fei X, Suzuki M, Hashimoto K, Nakai J
  • 学会等名: 第46回発生生物学会
  • 発表場所: 埼玉（新都心ビジネス交流プラザ）
  • 年月日: 2013-05-28
• [学会発表] 改良型G-CaMPを用いた自由運動中の線虫神経筋活動のCa2+イメージング (2012)
  • 著者名/発表者名: 安藤恵子,宇佐美篤,永村ゆう子,大倉正道,池谷裕 二,松木則夫,中井淳一
  • 学会等名: 35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡（福岡国際会議場）
  • 年月日: 2012-12-11
• [学会発表] Molecular physiological study of the neuromuscular circuit for locomotion behabior in Caenorhabditis elegans. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kagawa-Nagamura Y, Gengyo-Ando K, Ohkura M, Nakai J
  • 学会等名: RIKEN BSI RETREAT 2012
  • 発表場所: 松江（くにびきメッセ）
  • 年月日: 2012-11-12
• [学会発表] Dynamic neuromuscular regulation in freely crawling C. elegans: multicellular Ca2+ imaging using GCaMPs. (2012)
  • 著者名/発表者名: Gengyo-Ando K, Usami A, Kagawa-Nagamura Y, Ohkura M, Ikegaya Y, Matsuki N Nakai J
  • 学会等名: 第35回日本神経科学学会
  • 発表場所: 名古屋（名古屋国際会議場）
  • 年月日: 2012-09-18
  • 招待講演
• [学会発表] モデル動物線虫を利用したゲノム創薬 (2012)
  • 著者名/発表者名: 安藤恵子
  • 学会等名: 埼玉バイオIII研究交流会バイオ創薬～生物進化を超えて～
  • 発表場所: 埼玉(埼玉大学)
  • 年月日: 2012-03-21
• [学会発表] Functional analysis of neuromuscular circuit using high-resolution in vivo Ca^<2+> imaging in C.elegans (2011)
  • 著者名/発表者名: Gengyo-Ando, K., Usami, A., Kagawa-Nagamura, Y., Yoshida, Y., Matsuki, N., Ikegaya, Y., Nakai, J.
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会,ワークショップ
  • 発表場所: 横浜(パシフィコ横浜)
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] 自由運動下での線虫神経筋活動のカルシウムイメージング (2011)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美篤, 安藤恵子, 大倉正道, 松木則夫, 池谷裕二, 中井淳一
  • 学会等名: 第34回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜(パシフィコ横浜)
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] in vivo Ca^<2+> imagingを用いた線虫運動出力系の調節機構の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美篤, 安藤恵子, 池谷裕二, 中井淳一, 松木則夫
  • 学会等名: 次世代を担う創薬・医療薬理シンポジウム2011
  • 発表場所: 東京(日本薬学会記念ホール)
  • 年月日: 2011-08-31
• [学会発表] High-resolution in vivo Ca^<2+> imaging of neuromuscular system in Caenorhabditis elegans (2011)
  • 著者名/発表者名: Gengyo-Ando, K., Usami, A., Kagawa-Nagamura, Y., Yoshida, Y., Matsuki, N., Ikegaya, Y., Nakai, J.
  • 学会等名: 18^<th> International C.elegans Meeting
  • 発表場所: ロサンゼルスUSA (University of California)
  • 年月日: 2011-06-24
• [学会発表] 蛍光Ca^<2+>センサータンパク質G-CaMP4による神経活動の可視化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美篤, 安藤恵子, 大倉正道, 池谷裕二, 中井淳一, 松木則夫
  • 学会等名: 第11回東京大学生命科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京(東京大学)
  • 年月日: 2011-06-04