小脳バーグマングリア微小突起によるシナプス修飾の維持・破綻に関する研究

• 研究領域: 脳内環境：恒常性維持機構とその破綻
• 研究課題/領域番号: 24111509
• 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: 大倉 正道 埼玉大学, 脳科学融合研究センター, 准教授 (70369172)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013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); 2013年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2012年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: 神経科学 / 小脳 / グリア―神経連関 / アストロサイト微小突起 / 樹状突起スパイン / グリアー神経連関

研究概要

小脳は姿勢制御・運動学習等の中枢であるが、小脳皮質において唯一の出力神経細胞であるプルキンエ細胞（PC）の発火活動は、PCとアストロサイトの一種であるバーグマングリア（BG）とのグリア―神経連関により修飾され、その異常によって脊髄小脳失調症（SCA7
）等の疾患が引き起こされる。近年シナプス近傍の環境に重大な影響を与えるアストロサイト微小突起が海馬等でシナプス活動に伴って短時間のうちにダイナミックに伸縮することが分かってきた。本研究では、小脳でもBGの微小突起が伸縮するのか、またその伸縮が
突起内Ca2+濃度、シナプス活動、およびシナプス近傍の神経外環境の変化とどのように関係するのかを明らかにし、シナプスの機能維持・障害のメカニズムを解明することを目的としている。我々はこれまでに神経細胞における単一発火活動、発火閾値下のシナプス入力活動やアストロサイトにおける突起内 Ca2+活動を可視化できる高感度・高性能な緑色と赤色の蛍光Ca2+プローブを開発した。そして三者間シナプスを構築する軸索終末、樹状突起スパイン、アストロサイト微小突起の形態とCa2+活動を可視化できる蛍光プローブを作製した。最終年度は作製したプローブを発現させた神経細胞とアストロサイトの共培養系を用いて、グリア―神経連関を修飾することが知られている各種伝達物質やその阻害薬の投与、あるいは光感受性非選択性カチオンチャネルであるchannelrhodopsin-2を用いて細胞種特異的な光刺激等を行い、三者間シナプスの局所形態とCa2+活動への影響について可視化解析を進めた。

現在までの達成度 (区分)

理由

25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

25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] Large-scale imaging of subcellular calcium dynamics of cortical neurons with G-CaMP6-actin (2014)
  • 著者名/発表者名: 小林千晃, 他
  • 雑誌名: Neuroreport 巻: 25(7) 号: 7 ページ: 501-506
  • DOI: 10.1097/wnr.0000000000000126
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imaging of astrocytic activity in living rodents. (2014)
  • 著者名/発表者名: Takata N, Shinohara Y, Ohkura M, Mishima T, Nakai J, *Hirase H
  • 雑誌名: Neuromethods 巻: 85 ページ: 191-207
  • DOI: 10.1007/978-1-62703-785-3_12
  • ISBN: 9781627037846, 9781627037853
  • 査読あり
• [雑誌論文] Principal component analysis of odor coding at the level of third-order olfactory neurons in Drosophila. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroi M, Ohkura M, Nakai J, Matsuda N, Hashimoto K, Inoue K, Fiala A, *Tabata T
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 18 号: 12 ページ: 1070-1081
  • DOI: 10.1111/gtc.12094
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pretreatment of donor islets with the Na(+) /Ca(2+) exchanger inhibitor improves the efficiency of islet transplantation (2013)
  • 著者名/発表者名: Mera T, Itoh T, Kita S, Kodama S, Kojima D, Nishinakamura H, Okamoto K, Ohkura M, Nakai J, Iyoda T, Iwamoto T, Matsuda T, Baba A, Omori K, Ono J, Watarai H, Taniguchi M, Yasunami Y.
  • 雑誌名: Am J Transplant 巻: 13 号: 8 ページ: 2154-2160
  • DOI: 10.1111/ajt.12306
  • 査読あり
• [雑誌論文] 『高感度Ca²⁺プローブで脳の細胞活動を視る』 蛍光Ca²⁺プローブタンパク質を用いた神経細胞とアストロサイトのCa²⁺イメージング (2013)
  • 著者名/発表者名: *大倉正道，*中井淳一
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 142 号: 5 ページ: 226-230
  • DOI: 10.1254/fpj.142.226
  • NAID: 130003382526
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
• [雑誌論文] Real-time visualization of neuronal activity during perception (2013)
  • 著者名/発表者名: Muto A, Ohkura M, Abe G, Nakai J, Kawakami K
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 23 号: 4 ページ: 307-311
  • DOI: 10.1016/j.cub.2012.12.040
  • 査読あり
• [雑誌論文] 遺伝子コード型赤色蛍光Ca²⁺プローブR-CaMP1.07 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道，中井淳一
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 141 号: 3 ページ: 175-175
  • DOI: 10.1254/fpj.141.175
  • NAID: 10031156958
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
• [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] An improved genetically encoded red fluorescent Ca2+ indicator for detecting opticallyevoked action potentials (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Ohkura, T. Sasaki. C. Kobayashi, Y. Ikegaya, J. Nakai
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 7 号: 7 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0039933
  • 査読あり
• [雑誌論文] タンパク質でできた高性能な蛍光カルシウムセンサー. (2012)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道，貞苅純子，中井淳一
  • 雑誌名: ケミカルエンジニヤリング 巻: 57 ページ: 926-931
• [学会発表] 改良型緑色蛍光カルシウムプローブ蛋白質G-CaMP7aを用いたゼブラフィッシュの視覚認知における神経活動の可視化. (2014)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道，武藤彩，阿部玄武，川上浩一，中井淳一
  • 学会等名: 第87回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
• [学会発表] タンパク質型Ca2+インジケーターによる小胞体・ミトコンドリア内腔Ca2+動態の可視化と機能解析. (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木純二，金丸和典，石井邦明，大倉正道，大久保洋平，飯野正光
  • 学会等名: 第87回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
• [学会発表] ホヤ幼生の遊泳運動神経回路の構造と生理機能に関する研究. (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀江健生，大倉正道，日下部岳広，中井淳一，中川将司
  • 学会等名: 第91回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県鹿児島市）
• [学会発表] ２光子カルシウムイメージングを用いた単一オペラント条件付けにおける自発神経活動の報酬依存的な活動変化. (2014)
  • 著者名/発表者名: 平理一郎，大久保文貴，正水芳人，大倉正道，中井淳一，岡田尚巳，松崎政紀
  • 学会等名: 第91回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県鹿児島市）
• [学会発表] GECI overview. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohkura M, Nakai J
  • 学会等名: 高等研プロジェクト「ゲノム工学とイメージングサイエンスに基づく生命システム研究の新展開」研究会
  • 発表場所: 国際高等研究所（京都府木津川市）
  • 招待講演
• [学会発表] In vivoマウス脳における皮質間の相互連絡. (2013)
  • 著者名/発表者名: 真仁田聡，鈴木崇之，小田川摩耶，松原智恵，大倉正道，佐藤正晃，中井淳一，林康紀，M.E. Larkum，村山正宜
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: 東京（タワーホール船堀）
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] 改良型赤色蛍光カルシウムプローブ蛋白質R-CaMP1.07を用いたchannelrhodopsin-2の光刺激による神経発火の可視化. (2013)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道，佐々木拓哉，小林千晃，池谷裕二，中井淳一
  • 学会等名: 第86回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 福岡（福岡国際会議場）
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] 高感度かつ高速応答性のG-CaMP型改良カルシウムプローブ蛋白質を用いた細胞単位およびシナプス単位での神経活動の可視化. (2013)
  • 著者名/発表者名: 貞苅純子，大倉正道，佐々木拓哉，安藤恵子，永村ゆう子，小林千晃，池谷裕二，中井淳一
  • 学会等名: 第86回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 福岡（福岡国際会議場）
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] タンパク質型Ca2+インジケーターによる小胞体内腔Ca2+動態の可視化と機能解析. (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木純二，金丸和典，石井邦明，大倉正道，飯野正光
  • 学会等名: 第86回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 福岡（福岡国際会議場）
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] 蛍光カルシウムプローブ蛋白質を用いたグリア―神経連関の可視化. (2013)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道
  • 学会等名: 第86回日本薬理学会年会シンポジウム
  • 発表場所: 福岡（福岡国際会議場）
  • 年月日: 2013-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] Development and neuronal application of G-CaMP-type genetically encoded Ca2+ indicators with (2013)
  • 著者名/発表者名: Ohkura M, Nakai J
  • 学会等名: 高等研プロジェクト「ゲノム工学とイメージングサイエンスに基づく生命システム研究の新展開」研究会
  • 発表場所: 木津川（国際高等研究所）
  • 年月日: 2013-02-22
  • 招待講演
• [学会発表] 難治性てんかんの責任遺伝子Munc18-1変異の機能解析. (2013)
  • 著者名/発表者名: 大澤明香音，安藤恵子，永村ゆう子，大倉正道，中井淳一
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
• [学会発表] Hippocampal CA1 network dynamics during locomotion in virtual reality. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato M, Mizuta K, Kawano M, Takekawa T, Islam T, Yamakawa H, Yamaguchi Y, Fukai T, Ohkura M, Nakai J, Hayashi Y
  • 学会等名: Neuroscience 2013
  • 発表場所: San Diego Convention Center（San Diego, USA）
• [学会発表] Operant conditioning of single-neurons in mouse motor cortex by two-photon calcium imaging. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hira R, Ohkubo F, Masamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • 学会等名: Neuroscience 2013
  • 発表場所: San Diego Convention Center（San Diego, USA）
• [学会発表] 生体における海馬神経回路活動の可視化. (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤正晃，水田恒太郎，河野真子，竹川高志，イスラムタンビル，山川宏，山口陽子，深井朋樹，大倉正道，中井淳一，林康紀
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会シンポジウム
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [学会発表] ゼブラフィッシュ嗅球における匂い地図の包括的解析. (2013)
  • 著者名/発表者名: 小出哲也，脇阪紀子，宮坂信彦，大倉正道，中井淳一，吉原良浩
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [学会発表] 大脳新皮質第5層の皮質外投射ニューロンが構成する微小機能単位の機能解析. (2013)
  • 著者名/発表者名: 丸岡久人，中川直，佐伯麻衣，松本直実，大倉正道，中井淳一，細谷俊彦
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [学会発表] 二次運動野からのトップダウン入力による体性感覚の制御. (2013)
  • 著者名/発表者名: 真仁田聡，鈴木崇之，松元崇，本間千尋，山田一之，太田桂輔，小田川摩耶，松原智恵，大倉正道，佐藤正晃，中井淳一，林康紀，ラーカムマシュー，村山正宜
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [学会発表] 高感度な改良G-CaMPカルシウムプローブを用いた樹状突起棘における発火閾値下のシナプス入力の可視化. (2013)
  • 著者名/発表者名: 貞苅純子，大倉正道，佐々木拓哉，安藤恵子，永村ゆう子，小林千晃，池谷裕二，中井淳一
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [学会発表] 自由運動中の線虫の光刺激とカルシウムイメージングを可能とするシステムの開発. (2013)
  • 著者名/発表者名: 永村ゆう子，安藤恵子，大澤明香音，橋本浩一，大倉正道，中井淳一
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
• [学会発表] 緑色蛍光タンパク質GFPを用いた高感度なカルシウムプローブの開発. (2013)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道
  • 学会等名: 日本化学会関東支部栃木地区講演会
  • 発表場所: 宇都宮大学工学部（栃木県宇都宮市）
  • 招待講演
• [学会発表] 高性能な赤色蛍光カルシウムセンサー蛋白質. (2013)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道
  • 学会等名: とちぎ光技術研究発表会
  • 発表場所: マロニエプラザ（栃木県宇都宮市）
  • 招待講演
• [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: 第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] Development and application of G-CaMP-type genetically encoded Ca2+ indicators. (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohkura M, Nakai J
  • 学会等名: 2012 Fall Janelia Conference “Fluorescent Proteins and Biological Sensors Ⅲ”
  • 発表場所: Ashburn, USA （Janelia Farm Research Campus）
  • 年月日: 2012-11-04
  • 招待講演
• [学会発表] 生体Ca2+ imagingを用いた線虫運動出力系の調節機構の解明. (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: 第35回日本神経科学大会シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋（名古屋国際会議場）
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 深層における特定のニューロナルサブタイプからのin vivoカルシウムイメージング. (2012)
  • 著者名/発表者名: 丸岡久人，中川直，佐伯麻衣，松本直実，大倉正道，中井淳一，細谷俊彦
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋（名古屋国際会議場）
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 二光子カルシウムイメージングのためのマウス仮想ナビゲーションシステム. (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤正晃，イスラムタンビル，竹川高志，山川宏，河野真子，山口陽子，深井朋樹，大倉正道，中井淳一，林康紀
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋（名古屋国際会議場）
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 生体での細胞活動を検出できる高性能蛍光Ca2+センサーの開発：G-CaMPからR-CaMPまで. (2012)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道
  • 学会等名: 九州大学大学院薬学研究院 第1回創薬育薬産学官連携セミナー
  • 発表場所: 福岡（九州大学大学院薬学研究院）
  • 年月日: 2012-08-16
  • 招待講演
• [学会発表] Probing activities of single neurons with an improved genetically encoded Ca2+ indicator. (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohkura M, Sasaki T, Ikegaya Y, Nakai J
  • 学会等名: 8th FENS Forum of Neuroscience
  • 発表場所: Barcelona, Spain （International Convention Center）
  • 年月日: 2012-07-14
• [図書] 蛍光バイオセンサーの開発. 『進化分子工学～高速分子進化によるタンパク質・核酸の開発～』 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, 中井淳一
  • 総ページ数: 424
  • 出版者: （株）エヌ・ティー・エス
• [図書] 光遺伝学ツールを用いた光制御および蛍光測定手法の開発. 『オプトジェネティックス～光工学と遺伝学による行動制御技術の最前線～』 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, 中井淳一
  • 総ページ数: 324
  • 出版者: （株）エヌ・ティー・エス
• [備考] 埼玉大学 研究機構 脳末梢科学研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/
• [備考] 埼玉大学研究機構脳科学融合研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/
• [産業財産権] 赤色蛍光蛋白質を用いたカルシウムセンサー蛋白質. (2012)
  • 発明者名: 大倉正道，中井淳一
  • 権利者名: 国立大学法人埼玉大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-137434
  • 出願年月日: 2012-06-19