成体動物を用いた多ニューロン画像法で海馬病態システムに迫る

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10J05408
• 研究機関: 生理学研究所
• 研究代表者: 佐々木 拓哉 生理学研究所, 大脳皮質機能研究系, 特別研究員(PD)
• キーワード: 神経生理学 / イメージング / 海馬 / ニューロン / 活動電位 / アストロサイト / 軸索 / カルシウム

研究概要

蛍光電極を用いた軸索パッチクランプ法を詳細に記述した論文を執筆し、本研究成果はNature Protocols誌およびNeuroscience Research誌に掲載された。ニューロンでは、細胞体で脱分極が起こった際、活動電位の幅が増大するが、この増幅がどのように軸索を伝播していくかを解析した。海馬CA3野の錐体細胞より軸索パッチクランプ記録を行い、軸索の長さと分枝数に依存して、伝播する活動電位の幅が減衰して正常に戻ることを見出した。本研究成果はJournal o fNeuroscience誌およびJournal o fPhysiology誌に掲載された。
また、光感受性チャネルタンパク質を発現する遺伝子改変動物の導入に取り組んだ。本研究では、チャネルロドプシン2をアストロサイトに選択的に発現した遺伝子改変マウスを用いて、これらのアストロサイトを光刺激すると、神経活動が誘発されたことを明らかにした。また、スライス標本を用いた解析から、グリア細胞の光刺激により、グルタミン酸が放出され、小脳プルキンエ細胞のAMPA受容体を活性化させることが明らかになった。また、平行線維-プルキンエ細胞間のシナプスにおいては、グリア細胞の光刺激により、長期的な可塑性が観察された。さらに個体行動の解析から、グリア細胞の光刺激により誘発された神経活動は、小脳依存性の運動学習を制御するのに十分であることが示された。以上の結果から、グリア細胞が神経活動や個体行動を制御し、脳内の情報処理において重要な役割を担っていることが示唆された。
さらに、平成22年度に所属した埼玉大学との共同研究により、高感度の蛍光カルシウムセンサータンパク質の開発に成功し、PLoS ONE誌に2報の論文を掲載した。

研究成果

• [雑誌論文] The axon as a unique computational unit in the cortex (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 75 ページ: 83-88
  • DOI: 10.1016/j.neures.2012.12.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inter-pyramid spike transmission stabilizes the sparseness of recurrent network Activity (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Ikegaya, T. Sasaki. D. Ishikawa, N. Honma, K. Tao, G Minamisawa, N. Takahashi, S. Ujita, N. Matsuki.
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 23 ページ: 293-304
  • DOI: 10.1093/cercor/bhs006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Targeted axon-attached recording with fluorescent patch-clamp pipettes in brain Slices (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki. N. Matsuki, Y. Ikegaya
  • 雑誌名: Nature Protocols 巻: 7 ページ: 1228-1234
  • DOI: 10.1038/nprot.2012.061
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heterogeneity and independency of unitary synaptic outputs from hippocampal CA3 pyramidal cells (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki. N. Matsuki, Y. Ikegaya
  • 雑誌名: Journal of Physiology 巻: 590 ページ: 4869-4880
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2012.237685
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of an optogenetic byway for perturbing neuronal activity via glialphotostimulation. (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki. K. Beppu, K. Tanaka, Y. Fukazawa, R. Shigemoto, K. Matsui
  • 雑誌名: Proceedings National Academy of Sciences of the USA 巻: 109 ページ: 20720-20725
  • DOI: 10.1073/pnas.1213458109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of axonal topology on the somatic modulation of synaptic outputs (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki. N. Matsuki, Y. Ikegaya
  • 雑誌名: Journal of Neuro science 巻: 32 ページ: 2868-2876
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.5365-11.2012
  • 査読あり
• [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 ページ: e51286
  • 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 ページ: e39933
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0039933
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preinspiratory calcium rise in putative pre-Botzinger complex astrocytes (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Okada, T. Sasaki. Y. Oku, N. Takahashi, M. Seki, S. Ujita, K. Tanaka, N. Matsuki, Y. Ikegaya
  • 雑誌名: Journal of Physiology 巻: 590 ページ: 4933-4944
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2012.231464
  • 査読あり
• [雑誌論文] GABAA receptors regulate ectopic granule cell migration and development of epilepsy after experimental febrile seizures in the rat (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Koyama, K. Tao, T. Sasaki. J. Ichikawa, D. Miyamoto, R. Muramatsu, N. Matsuki, Y. Ikegaya
  • 雑誌名: Nature Medicine 巻: 18 ページ: 1271-1278
  • DOI: 10.1038/nm.2850
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expanding the repertoire of optogenetically targeted cells with an enhanced gene expression system (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka, K. Matsui, T. Sasaki. H. Sano, S. Sugio, K. Fan, K. Ikenaka, R. Hen, J. Nakai, Y. Yanagawa, H. Hasuwa, K. Deisseroth, A. Yamanaka
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 2 ページ: 397-406
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2012.06.011
  • 査読あり
• [学会発表] 光遺伝学的プローブを用いた細胞活動計測および操作 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐々木拓哉
  • 学会等名: 第4回光操作研究会
  • 発表場所: 生理学研究所(愛知県岡崎市)(招待講演)
  • 年月日: 2012-09-28
• [学会発表] Neuron-astrocyte interaction revealed by optogenetics (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki
  • 学会等名: The 11th Biennial Meeting of the Asian Pacific Society for Neurochemistry
  • 発表場所: Kobe, Hyogo, Japan(招待講演)
  • 年月日: 2012-09-24
• [学会発表] オプトジェネティクスを用いたニューロン-アストロサイト相互作用の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐々木拓哉
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 国際会議場(愛知県名古屋巾)(招待講演)
  • 年月日: 2012-09-19