記憶想起のトップダウン信号 : 新開発MRI分子プローブによる起源の同定と機能の解明

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09J01438
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 田村 啓太 東京大学, 大学院・医学系研究科, 特別研究員(DC1)
• キーワード: 光遺伝学 / サル / MRI / 電気生理学 / 神経回路

研究概要

本研究では、脳の特定部位の神経活動を人為的に制御した際に他の脳部位の神経活動に現れる影響を観察することでその部位間の機能的関係を明らかにし、全脳的な機能的相互作用に基づく記憶想起のメカニズムを解明することを目指している。
2011年度は、神経活動を高速かつ可逆的に制御できる光遺伝学的手法のサルの脳への適用に取り組んだ。まず試験的にラット小脳へこの手法を適用することで血液循環機能を双方向性に高い時間分解能で光制御出来ることに成功し、動物個体レベルでの光制御のための条件を検討することができた。サル脳深部の標的部位にウイルスベクターを注入し遺伝子導入するために、小型脳定位精密注入システムを開発した。また、昨年度ラット用として開発を始めた低侵襲性オプトロードをサル脳深部用へと発展させ、より高効率な光入出力が可能な新型に改良した。これらを総合的に動員した結果、サル脳の標的部位に光遺伝学的遺伝子を導入し、蛍光測定により動物生存中に遺伝子発現をモニタリングしながら、神経活動を光制御することを実現した。さらに、MRIで生理機能を解析するための手法として細胞内部に導入可能なMRI分子プローブの開発を進め、蛍光撮影とMRI撮像によるin vivo dual modality molecular imagingにより、マウス生体内において分子プローブの時空間動態を可視化することにも成功した。
このように、本年度は、脳機能の制御および観察のための複合的手法を整え、サルを用いて記憶想起神経回路の動作原理の解明を目指す上で必要なステップを着実に進めることができた。これらは異なる研究目的にも応用可能な基幹的な研究成果であり、学会および論文にて発表した(第13項参照)。

研究成果

• [雑誌論文] Optogenetic inhibition of Purkinje cell activity reveals cerebellar control of blood pressure during postural alterations in anesthetized rats (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsubota, T., Ohashi, Y., Tamura, K., Miyashita, Y.
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: (掲載確定)(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optogenetic manipulation of cerebellar purkinje cell activity in vivo (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsubota, T., Ohashi, Y., Tamura, K., Sato, A., Miyashita, Y.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 6 ページ: e22400
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0022400PONE-D-11-08219[pii]
  • 査読あり
• [雑誌論文] Method for Enhancing Cell Penetration of Gd3+-based MRI Contrast Agents by Conjugation with Hydrophobic Fluorescent Dyes (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamane, T., Hanaoka, K., Muramatsu, Y., Tamura, K., Adachi, Y., Miyashita, Y., Hirata, Y., Nagano, T.
  • 雑誌名: Bioconjugate Chemistry 巻: 22 ページ: 2227-2236
  • DOI: 10.1021/bc200127t
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new glass-coated tungsten optrode enclosing multiple optic fibers for fluorescence measurement, optogenetic photo-stimulation, and single-unit recording in deep brain regions (2011)
  • 著者名/発表者名: Tamura, K., Ohashi, Y., Tsubota, T., Takeuchi, D., Hirabayashi, T., Yaguchi, M., Wang, N., Miyashita, Y.
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 71supplement ページ: e310-e311
  • DOI: 10.1016/j.neutes.2011.07.1354
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective visualization of rodent and macaque neural circuits using transsynaptic and stationary markers driven by a 2A-based bicistronic lentiviral vector (2011)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, Y., Tsubota, T., Sato, A., Koyano, K.W., Tamura, K., Matsuyama, M., Yaguchi, M., Wang, N., Miyashita, Y.
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 71supplement ページ: e411
  • DOI: 10.1016/j.neures.2011.07.1801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an optogenetic method for in vivo manipulation of cerebellar Purkinje cell activity (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsubota T, Ohashi Y, Tamura K, Sato A, Matsuyama M, Miyashita Y
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 71supplement ページ: e311
  • DOI: 10.1016/j.neures.2011.07.1357
  • 査読あり
• [雑誌論文] Similarities and differences of functional connectivity as measured by spontaneous correlation of fMRI signals and effective connectivity as measured by simultaneous intracortical microstimulation and fMRI (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsui, T., Koyano, K.W., Tamura, K., Watanabe, T., Takeuchi, D., Adachi, Y., Osada, T., Miyashita, Y.
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 71supplement ページ: e88
  • DOI: 10.1016/j.neures.2011.07.377
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensory and mnemonic demands flexibly recruit interlaminar microcircuits in macaque temporal cortex (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi, D., Hirabayashi, T., Tamura, K., Miyashita, Y.
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 71supplement ページ: e70
  • DOI: 10.1016/j.neures.2011.07.300
  • 査読あり
• [学会発表] Development of a novel glass-coated optrode for monkey optogenetics (2012)
  • 著者名/発表者名: Tamura K, Ohashi Y, Tsubota T, Takeuchi D, Hirabayashi T, Yaguchi M, Matsuyama M, Sekine T, Miyashita Y
  • 学会等名: The University of Tokyo Global COE, Integrative Life Sciences Based on the Study of Biosignaling Mechanisms, the 5th Retreat/Symposium
  • 発表場所: Yatsugatake Royal Hotel, Yamanashi, Japan
  • 年月日: 20120303-20120304
• [学会発表] Cell-type-specific optogenetic manipulation of Purkinje cell activity in vivo using lentiviral vectors (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsubota T, Ohashi Y, Tamura K, Sato A, Yaguchi M, Matsuyama M, Sekine T, Miyashita Y
  • 学会等名: The University of Tokyo Global COE, Integrative Life Sciences Based on the Study of Biosignaling Mechanisms, the 5th Retreat/Symposium
  • 発表場所: Yatsugatake Royal Hotel, Yamanashi, Japan
  • 年月日: 20120303-20120304
• [学会発表] A new glass-coated optical and electrical probe for optogenetic investigation of monkey brain functions (2012)
  • 著者名/発表者名: Tamura K, Ohashi Y, Tsubota T, Takeuchi D, Hirabayashi T, Yaguchi M, Matsuyama M, Sekine T, Miyashita Y
  • 学会等名: Kyoto University and The University of Tokyo Global COE Joint Symposium
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2012-01-20
• [学会発表] A lentivirus-based optogenetic method for cell-type-specific manipulation of cerebellar Purkinje cell activity in vivo (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsubota T, Ohashi Y, Tamura K, Sato A, Yaguchi M, Matsuyama M, Sekine T, Miyashita Y
  • 学会等名: Kyoto University and The University of Tokyo Global COE Joint Symposium
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2012-01-20
• [学会発表] 動脈硬化巣の可視化を目指したMRIプローブの開発と応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 花岡健二郎, 山根健浩, 村松泰明, 田村啓太, 足立雄哉, 宮下保司, 平田恭信, 長野哲雄
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会第6回年会
  • 発表場所: 東京工業大学、東京、日本
  • 年月日: 20110524-20110525
• [学会発表] Reciprocal interlaminar connectivity is differentially recruited during sensory and mnemonic processing in monkey temporal cortex (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi D, Hirabayashi T, Tamura K, Miyashita Y
  • 学会等名: The 41^<st> annual meeting of Society for Neuroscience
  • 発表場所: Walter E.Washington Convention Center, Washington DC, USA
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Selective manipulation of cerebellar Purkinje cell activity using optogenetics in vivo (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsubota T, Ohashi Y, Tamura K, Sato A, Miyashita Y
  • 学会等名: The 41^<st> annual meeting of Society for Neuroscience
  • 発表場所: Walter E.Washington Convention Center, Washington DC, USA
  • 年月日: 2011-11-13
• [学会発表] Selective visualization of rodent and macaque neural circuits using transsynaptic and stationary markers driven by a 2A-based bicistronic lentiviral vector (2011)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Y, Tsubota T, Sato A, Koyano KW, Tamura K, Matsuyama M, Yaguchi M, Wang N, Miyashita Y
  • 学会等名: The 34th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: PACIFICO Yokohama, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Similarities and differences of functional connectivity as measured by spontaneous correlation of fMRI signals and effective connectivity as measured by simultaneous intracortical microstimulation and fMRI (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsui T, Koyano K W, Tamura K, Watanabe T, Takeuchi D, Adachi Y, Osada T, Miyashita Y
  • 学会等名: The 34th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: PACIFICO Yokohama, Kanagawa Japan
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] A new glass-coated tungsten optrode enclosing multiple optic fibers for fluorescence measurement, optogenetic photo-stimulation, and single-unit recording in deep brain regions (2011)
  • 著者名/発表者名: Tamura K, Ohashi Y, Tsubota T, Takeuchi D, Hirabayashi T, Yaguchi M, Wang N, Miyashita Y
  • 学会等名: The 34th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: PACIFICO Yokohama, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] Development of an optogenetic method for in vivo manipulation of cerebellar Purkinie cell activity (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsubota T, Ohashi Y, Tamura K, Sato A, Matsuyama M, Miyashita Y
  • 学会等名: The 34th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: PACIFICO Yokohama, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] Sensory and mnemonic demands flexibly recruit interlaminar microcircuits in macaaue temporal cortex (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi D, Hirabayashi T, Tamura K, Miyashita Y
  • 学会等名: The 34th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: PACIFICO Yokohama, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2011-09-16