高感度シナプスカルシウムプローブを用いたスパイン病態進行機構の研究

• 研究領域: マイクロエンドフェノタイプによる精神病態学の創出
• 研究課題/領域番号: 25116504
• 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, 理工学研究科, 准教授 (70369172)
• 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: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2013年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: 神経科学 / 海馬 / 樹状突起スパイン / シナプス形態―カルシウム活動連関 / 病態進行

研究実績の概要

海馬は記憶の形成や想起に関わる脳部位であり、海馬錐体細胞においてグルタミン酸作動性の興奮性シナプスの入力部位である個々の樹状突起棘（スパイン）が記憶に重要であると考えられている。統合失調症等の一部の精神疾患では進行性の記憶障害が生じるが、そのマイクロ病態として海馬でのスパインの萎縮やスパイン数の減少等が明らかにされてきた。しかしこれらのマイクロ病態がどのように進行しているのかは未だに解明されていない。本研究では、マウス海馬スライスの錐体細胞を標本として用い、統合失調症様精神症状を誘発させる薬物の投与や遺伝子の操作によって個々のスパインの形態・機能やシナプス近傍の神経内外環境がどのように変化するのかを明らかにし、記憶障害の発現・進行に関わるマイクロ病態を解明することを目的としている。26年度は前年度に引き続きシナプスの形態とCa2+活動の経時変化をイメージングで測定することを可能にする蛍光プローブの作製を行った。さらにシナプス病態の経時的な進行を明らかにするため、統合失調症様精神症状の誘発との関連が想定されている異常なDisc1変異体等を神経細胞に発現させ、その効果を蛍光イメージングで検討した。一方研究代表者らが以前に開発した赤色Ca2+プローブであるR-CaMP1.07を基にして、超高感度かつ超高速で微弱な神経活動を検出できる赤色蛍光Ca2+プローブR-CaMP2を開発し、従来以上に高精度に神経活動を解析できることを示した。

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] 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: 64-70
  • 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] Water-soluble jack-knife prawn extract inhibits 5-hydroxytryptamine-induced vasoconstriction and platelet aggregation in humans. (2015)
  • 著者名/発表者名: Gamoh S, Kanai T, Tanaka-Totoribe N, Ohkura M, Kuwabara M, Nakamura E, Yokota A, Yamasaki T, Watanabe A, Hayashi M, Fujimoto S, *Yamamoto R
  • 雑誌名: Food Funct 巻: 6 号: 2 ページ: 444-449
  • DOI: 10.1039/c4fo00716f
  • 査読あり
• [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] 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
• [学会発表] 高感度、超高速赤色カルシウムインディケーターの合理的設計による開発. (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92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] マウス皮質において正確な知覚に必要なトップダウン制御のメカニズム. (2015)
  • 著者名/発表者名: 真仁田聡, 鈴木崇之, 本間千尋, 松元崇, 小田川摩耶, 山田一之, 太田桂輔, 松原智恵, 犬束歩, 佐藤正晃, 大倉正道, 山中章弘, 柳川右千夫, 中井淳一, 林康紀, Matthew E. Larkum, 村山正宜
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] 海馬CA1における価値表現の選択的保持. (2015)
  • 著者名/発表者名: 水田恒太郎, 佐藤正晃, 関根友紀子, 河野真子, イスラムタンビル, 大倉正道, 中井淳一, 林康紀
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] 高感度、超高速赤色カルシウムインディケーターの合理的設計による開発. (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（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] タンパク質型Ca2+インジケーターCEPIAを用いた小胞体・ミトコンドリア内腔Ca2+動態の可視化と機能解析. (2015)
  • 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88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] 蛍光カルシウムタンパク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: 東京理科大学総合研究機構イメージングフロンティア研究部門 2014年度シンポジウム
  • 発表場所: 東京理科大学野田キャンパス（千葉県野田市）
  • 年月日: 2014-12-20
  • 招待講演
• [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（神奈川県横浜市）
  • 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, Chen J, Voigt F, Schneider B, Ohkura M, Nakai J, Helmchen F
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Walter E. Washington Convention Center（Washington DC, USA）
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] A comparative study of the two-photon performance of GCaMPs and GECOs. (2014)
  • 著者名/発表者名: Podor B, Zhao Y, Wu J, Hu Y, Ohkura M, Nakai J, Campbell R, Croll R, Fine A
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Walter E. Washington Convention Center（Washington DC, USA）
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] 神経細胞内局所カルシウム動態の可視化を目指した高感度シナプスカルシウムプローブG-CaMP6-actinの応用. (2014)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, 小林千晃, 貞苅純子, 佐々木拓哉, 池谷裕二, 中井淳一
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] Visualization of cerebral 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, Iwai Y, Hirase H
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [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, Masamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] 大脳皮質におけるトップダウン回路の構造と機能. (2014)
  • 著者名/発表者名: 真仁田聡, 鈴木崇之, 本間千尋, 松元崇, 小田川摩耶, 山田一之, 太田桂輔, 松原智恵, 犬束歩, 佐藤正晃, 大倉正道, 山中章弘, 柳川右千夫, 中井淳一, 林康紀, Matthew E. Larkum, 村山正宜
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [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: 東北大学川内北キャンパス（宮城県仙台市）
  • 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（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [学会発表] Ca2+イメージング. (2014)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道
  • 学会等名: 第39回組織細胞化学講習会
  • 発表場所: ピアザ淡海（滋賀県大津市）
  • 年月日: 2014-08-06 – 2014-08-08
  • 招待講演
• [学会発表] Cerebral blood flow modulation by basal forebrain or whisker stimulation can occur independently of large cytosolic Ca2+ signaling in astrocytes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Oe Y, Ozawa K, Takata N, Nagai T, Konno A, Ohkura M, Hirai H, Nakai J, Mikoshiba K, Hirase H
  • 学会等名: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • 発表場所: MiCo （Milan, Italy）
  • 年月日: 2014-07-05 – 2014-07-09
• [学会発表] Single-neuron operant conditioning by two-photon imaging induces reward-timing-dependent biderectional modulations in cortical microcircuit. (2014)
  • 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: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • 発表場所: MiCo （Milan, Italy）
  • 年月日: 2014-07-05 – 2014-07-09
• [学会発表] Imaging subcellular Ca2+ dynamics of neurons with a highly responsive genetically encoded Ca2+ indicator. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohkura M, Kobayashi C, Sadakari J, Sasaki T, Ikegaya Y, Nakai J
  • 学会等名: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • 発表場所: MiCo （Milan, Italy）
  • 年月日: 2014-07-05 – 2014-07-09
• [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] 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
• [図書] 高感度Ca2+プローブG-CaMPを用いた脳内シナプス活動のイメージング.『脳内環境-恒常性維持機構の破綻と病気』 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, 中井淳一
  • 総ページ数: 220
  • 出版者: （株）メディカルドゥ
• [図書] Ca2+イメージング.『組織細胞化学2014』 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, 中井淳一
  • 総ページ数: 230
  • 出版者: 日本組織細胞化学会
• [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 脳末梢科学研究センター
  • 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: 独立行政法人科学技術振興機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-120828
  • 出願年月日: 2014-06-11