蛍光プローブによる細胞移動の予測と移動秩序の分子機構の解明

• 研究領域: 動く細胞と場のクロストークによる秩序の生成
• 研究課題/領域番号: 25111703
• 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: 中井 淳一 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (80237198)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2014年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2013年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
• キーワード: カルシウム / 細胞移動 / 初期発生 / R-CaMP2 / ゼブラフィッシュ

研究実績の概要

発生初期には多くの細胞が目的の位置に移動する現象が頻繁に見られ、細胞移動にはガイダンス分子や細胞内シグナル伝達系が関与するが、細胞内カルシウムイオンの変化が深くかかわっていることが示されている。本研究ではゼブラフィッシュ初期胚を用いて、細胞移動とカルシウムイオンの関係について検討した。実験はゼブラフィッシュの受精卵に蛍光カルシウムプローブ（G-CaMPまたはR-CaMP）を発現させ、レーザー顕微鏡を用いて、発生中の細胞（epiboly中のenvelope細胞）の細胞移動と細胞内カルシウム変動を経時的に計測した。その結果、envelop細胞の細胞内カルシウム濃度が高いグループと、低いグループの２つのタイプがあることが分かった。これらの２つの細胞種を詳しく観察したところ、カルシウム濃度が高いグループの細胞は非常に活発に周りの細胞をかき分けて「能動的に」移動していることがわかった。一方、細胞内カルシウム濃度が低いグループの細胞は周りの細胞との位置関係が比較的保たれて移動しており、「受動的」または周囲よりの力に「流されて」移動していると考えられた。また、細胞移動中のカルシウム計測をより高感度に行う事ができるよう赤色の蛍光を持つ蛍光カルシウムセンサーR-CaMP2を開発した。線虫、マウスの神経、筋細胞にR-CaMP2とG-CaMPおよび/またはチェネルロドプシン2を発現させin vivoカルシウムイメージングを行い2波長でのカルシウム同時イメージング、光遺伝学との併用も可能であることを示した。

現在までの達成度 (段落)

26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

26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] JSAP1/JIP3 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Ishikawa M, Mochizuki M, Ohta M, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • 雑誌名: Cell Death Differ 巻: - 号: 8 ページ: 1260-1274
  • DOI: 10.1038/cdd.2014.207
  • 査読あり
• [雑誌論文] RING finger protein 121 facilitates the degradation and membrane localization of voltage-gated sodium channels (2015)
  • 著者名/発表者名: Ogino, K., Low, S.E., Yamada, K., Saint-Amant, L., Zhou, W., Muto, A., Asakawa, K., Nakai, J., Kawakami, K., Kuwada, J.Y., and Hirata, H.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 112 号: 9 ページ: 2859-2864
  • DOI: 10.1073/pnas.1414002112
  • 査読あり
• [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
  • DOI: 10.1038/nmeth.3185
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mitochondrial Ca2+ uptake by the voltage-dependent anion channel 2 regulates cardiac rhythmicity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimizu H, Schredelseker J, Huang J, Lu K, Naghdi S, Lu F, Franklin S, Fiji HD, Wang K, Zhu H, Tian C, Lin B, Nakano H, Ehrlich A, Nakai J, Stieg AZ, Gimzewski JK, Nakano A, Goldhaber JI, Vondriska TM, Hajnoczky G, Kwon O, Chen JN.
  • 雑誌名: Elife 巻: 4 ページ: 1-20
  • DOI: 10.7554/elife.04801
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reward-timing-dependent bidirectional modulation of cortical microcircuits during optical single-neuron operant conditioning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hira R et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1 ページ: 5551-5551
  • DOI: 10.1038/ncomms6551
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Excitation propagation in three-dimensional engineered hearts using decellularized extracellular matrix. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yasui H, Lee JK, Yoshida A, Yokoyama T, Nakanishi H, Miwa K, Naito AT, Oka T, Akazawa H, Nakai J, Miyagawa S, Sawa Y, Sakata Y, Komuro I
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 35 号: 27 ページ: 7839-7850
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2014.05.080
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Toll-like receptor 9 protects non-immune cells from stress by modulating mitochondrial ATP synthesis through the inhibition of SERCA2. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shintani Y, Drexler HC, Kioka H, Terracciano CM, Coppen SR, Imamura H, Akao M, Nakai J, Wheeler AP, Higo S, Nakayama H, Takashima S, Yashiro K, Suzuki K.
  • 雑誌名: EMBO Reports 巻: 15 号: 4 ページ: 438-445
  • DOI: 10.1002/embr.201337945
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] 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] 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 ページ: 226-230
• [学会発表] A new transgenic mouse model revealed a role of astrocytic calcium in vivo (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanaka M, Shih P-Y, Gomi H, Yoshida T, Nakai J, Ando R, Furuichi T, Mikoshiba K, Samyanov A, Itohara S.
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • 著者名/発表者名: 井上昌俊、竹内敦也、堀金慎一郎、大倉正道、安藤恵子、藤井哉、上條諭志、 竹本―木村さやか、狩野方伸、中井淳一、喜多村和郎、尾藤晴彦
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] 個体(線虫) レベルでの超多並列刺激応答モニターシステム (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤泰一、高橋尚也、安藤恵子、大倉正道、中井淳一、西垣功一
  • 学会等名: 第３７回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] 低分子量GTPase RAB-11の新規結合因子REI-1/REI-2は受精後のRAB-11再局在化を制御する (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂口愛沙、佐藤美由紀、安藤恵子、佐藤克哉、中井淳一、佐藤健
  • 学会等名: 第３７回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] Imaging Deep-Layer Neuronal Activity in Mouse Barrel Cortex using 1040-nm Excitation of a Red Fluorescent Protein Calcium Indicator (2014)
  • 著者名/発表者名: Carta S, Liu W, Sych Y, Voigt FF, Chen JL, Schneider B, Ohkura M, Nakai J, Helmchen F
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington, DC USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] A comparative study of the two-photon performances of GCaMPs and GECOs (2014)
  • 著者名/発表者名: Podor B, Zhao Y, Wu J, Hu Y-L, Ohkura M, Nakai J, Campbell R, Croll R, Fine A
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington, DC USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] Neuronal mechanisms of decision making in C. elegans olfactory behavior revealed by a highly integrated microscope system. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto Y, Yamazoe A, Fujita K, Kawazoe Y, Miyanishi Y, Yamazaki SJ, Gengyo-Ando K, Nakai J, Fei X, Iwasaki Y, Hashimoto K, Kimura K
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] Single-neuron operant conditioning by two-photon imaging induces reward-timing-dependent modulation in cortical microcircuit. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hira R, Ohkubo F, Mazamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] The top-down circuit for sensory perception in the cerebral cortex of the mouse. (2014)
  • 著者名/発表者名: Manita S, Suzuki T, Homma C, Matsumoto T, Odagawa M, Yamada K, Ota K, Matsubara C, Inutsuka A, Sato M, Ohkura M, Yamanaka A, Yanagawa Y, Nakai J, Hayashi Y, Larkum ME, Murayama M
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] Imaging of the neural circuit activities during retrieval of behavioral program for active avoidance in zebrafish. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kakinuma H, Aoki R, Aoki T, Yamazaki M, Shiraki T, Takahoko M, Eizumi K, Koide T, Yoshihara Y, Nakai J, Kawakami K, Okamoto H
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] Visualization of cerebral cortical calcium dynamics by a transgenic mouse that express G-CaMP7 in neurons and glia. (2014)
  • 著者名/発表者名: Monai H, Ohkura M, Tanaka M, Itohara S, Nakai J, Hirase H
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] JSAP1 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] 蛍光カルシウムプローブ G-CaMP による in vivo カルシウムイメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 中井淳一、大倉正道, 安藤恵子
  • 学会等名: 第５８回日本薬学会関東支部大会
  • 発表場所: 昭和大学
  • 年月日: 2014-10-04
• [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の解析 (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: 日本動物学会第85回大会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] 細胞触覚センサのための小型蛍光観察システムの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 民山浩輔, 清水正宏, 宮坂恒太, 小椋利彦, 中井淳一, 大倉正道, 細田耕
  • 学会等名: 第32回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 九州産業大学
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [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
• [学会発表] 可変焦点レンズを持いた二光子蛍光イメージングの焦点調節の高速化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中井淳一, 大出孝博，今井欽之，小林潤也
  • 学会等名: 応用物理学会2014年春季講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
• [学会発表] Analysis of C. elegans neuromuscular system with genetics, imaging and optogenetics (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakai J, Ohkura M, Gengyo-Ando K
  • 学会等名: The conference at International Institute for Advanced Studies, Novel developments on the study of life and biological systems based on genome engineering and imaging science
  • 発表場所: International Institute for Advanced Studies, Nara
  • 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
• [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 (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 (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
  • 発表場所: 京都国際会館
• [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: 京都国際会館
• [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: 京都国際会館
• [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: 京都国際会館
• [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: 京都国際会館
• [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: 京都国際会館
• [学会発表] 蛍光カルシウムプローブタンパク質を用いたバイオイメージング (2013)
  • 著者名/発表者名: 中井淳一
  • 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
  • 招待講演
• [図書] Optical Imaging of Neocortical Dynamics, Neuromethods, vol. 85 (2014)
  • 著者名/発表者名: Takata N., Shinohara Y., Ohkura M., Mishima T., Nakai J. & Hirase H.
  • 総ページ数: 296
  • 出版者: Springer Science Business Media
• [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
  • 出版者: 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
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [備考] 埼玉大学脳末梢科学研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/
• [備考] 埼玉大学脳科学融合研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/
• [産業財産権] カルシウム指示遺伝子 (2014)
  • 発明者名: 尾藤晴彦, 井上 昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉 正道
  • 権利者名: 尾藤晴彦, 井上 昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉 正道
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-06-11