2光子励起顕微鏡法を用いたシナプス・開口放出機構の研究

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16002012
• 研究種目: 特別推進研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学 (2005-2008); 生理学研究所 (2004)
• 研究代表者: 葛西 春郎 東京大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (60224375)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2008
• キーワード: 生物・生体工学 / シグナル伝達 / 生理学 / 糖尿病 / 脳・神経

研究概要

2光子励起顕微鏡法を用いて、ケイジドグルタミン酸の2光子アンケイジングを行うことにより、大脳のスパインにできるシナプスが学習刺激に伴って速く運動すること、その運動のアクチン基盤、また、スパインが長期間に渉って形態痕跡を留めるメカニズムを明らかにした。更に、ケイジドグルタミン酸と共用可能なケイジドGABA試薬の開発に成功した。また、分泌現象を可視化する新たな原理を確立し、その分子基盤を可視化することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] SNARE conformational changes that prepare vesicles for exocytosis. (2010)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, N., Hatakeyama, H., Okado, H., Noguchi, J. Ohno, M., Kasai, H.
  • 雑誌名: Cell Metabolism (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 1-Acyl-5-methoxy-8-nitro-1, 2-dihydroquinoline: A biologically useful photolabile precursor of carboxylic acids. (2010)
  • 著者名/発表者名: Obi, N., Momotake, A., Kanemoto, Y., Matsuzaki, M, Kasai, H., Arai, T.
  • 雑誌名: Tetrahedron letters 51 ページ: 1642-1657
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-color, two-photon uncaging of glutamate and GABA. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kantevari, S. *, Matsuzaki, M. *, Kanemoto, Y., Kasai, H. CA, Ellis-DaviesG.C.R. CA
  • 雑誌名: Nature Methods 7 ページ: 123-125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two photon uncaging of γ-aminobutyric acid probes on neurons in intact brain tissue. (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, M. Hayama, T., Kasai, H., Ellis-Davies, G.C. R
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 6 ページ: 255-257
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural dynamics of dendritic spines in memory and cognition. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kasai, H., Fukuda, M, Watanabe, S., Hayashi-Takagi, A., Noguchi, J.
  • 雑誌名: Trends Neurosci 33 ページ: 121-129
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exocytosis in islet beta-cells. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kasai, H., Hatakeyama, H., Ohno, M., Takahashi, N.
  • 雑誌名: Advances in Experimental Medicine and Biology 654 ページ: 03-336
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation, elimination and weight fluctuations of synapses in the cerebral cortex. (2009)
  • 著者名/発表者名: Morita, S., Yasumatsu, N. Noguchi, J., Kasai, H.
  • 雑誌名: Communicative and Integrative Biology 2 ページ: 1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcranial optogenetic stimulation for functional mapping of the motor cortex. (2009)
  • 著者名/発表者名: Hira, R., Honkura, N., Noguchi, J., Maruyama, Y., Augustine, G.J., Kasai, H., Matsuzaki, M.
  • 雑誌名: J. Neurosci. Methods 179 ページ: 258-263
  • 査読あり
• [雑誌論文] Principles of long-term dynamics of dendritic spines. (2008)
  • 著者名/発表者名: Yasumatsu, N., Matsuzaki, M., Miyazaki, T., Noguchi, J., Kasai, H.
  • 雑誌名: J. Neurosci. 28 ページ: 13592-13608
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein synthesis and neurotrophin-dependent structural plasticity of single dendritic spines. (2008)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, J., Horiike, Y., Matsuzaki, M., Miyazaki, T., Ellis-Davies, GCR, Kasai, H.
  • 雑誌名: Science 319 ページ: 1683-1687
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional 5 mapping of unitary synaptic connections by two-photon macro photolysis of caged glutamate. (2008)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki., M., Ellis-Davies, G.C.R., Kasai, H.
  • 雑誌名: J. Neurophysiol. 99 ページ: 1535-1544
  • 査読あり
• [雑誌論文] The subspine organization of actin fibers regulates the structure and plasticity of dendritic spines. (2008)
  • 著者名/発表者名: Honkura, N., Matsuzaki, M., Noguchi, J., Ellis-Davies, G.C.R., Kasai, H.
  • 雑誌名: Neuron 57 ページ: 719-729
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exocytic process analyzed with two-photon excitation imaging in endocrine pancreas. (2007)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, N., Kasai, H.
  • 雑誌名: Endocrine J. 54 ページ: 337-347
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two cAMP-dependent pathways differentially regulate large-dense core and small vesicles in mouse beta cells. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hatakeyama, H., Takahashi, N., Kishimoto, T., Nemoto, T., Kasai, H.
  • 雑誌名: J. Physiol. 582 ページ: 1087-1098
  • 査読あり
• [雑誌論文] CDNI-Glu: an improved caged glutamate for expeditious ultraviolet and 2-photon photolysis in brain slices. (2007)
  • 著者名/発表者名: Ellis-Davies, G.C.R., Matsuzaki, M., Paukert, M., Kasai, H., Bergles, D.E.
  • 雑誌名: J. Neurosci. 27 ページ: 6601-6604
  • 査読あり
• [雑誌論文] Activation and high-speed mapping of brain circuitry using photostimulation in Channelrhodopsin-2 transgenic mice. (2007)
  • 著者名/発表者名: Wang, H. *, Peca, J. *, Matsusaki, M. *, Matsuzaki, K., Noguchi, J., Qiu, L., Wang, D., Zhang, F., Boyden, E., Deisseroth, K., Kasai, H., Hall, W.C., Feng, G., Augustine, G.J.
  • 雑誌名: PNAS 104 ページ: 8143-8148
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-photon excitation imaging of exocytosis and endocytosis and determination of their spatial organization. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kasai, H., Kishimoto, T. Nemoto, T. Hatakeyama, H, Liu, T-T., Takahashi, N.
  • 雑誌名: Adv. Drug Delivery Rev. 58 ページ: 850-877
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vacuolar sequential exocytosis of large dense-core vesicles in adrenal medulla. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kishimoto, T., Kimura, R., Liu, T. -T., Nemoto, T., Takahashi, N., Kasai, H.
  • 雑誌名: EMBO J. 25 ページ: 673-682
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid glucose sensing by protein kinase A for insulin exocytosis in mouse pancreatic islets. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hatakeyama, H., Kishimoto, T., Nemoto, T., Kasai, H., Takahashi, N.
  • 雑誌名: J. Physiol. 570 ページ: 271-282
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exocytosis and endocytosis of small vesicle in PC12 cells studied with TEPIQ (two-photon extracellular polar-tracer imaging-based quantification) analysis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Liu, T. -T., Kishimoto, T., Hatakeyama, H., Nemoto, T., Takahashi, N., Kasai, H.
  • 雑誌名: J. Physiol. 568 ページ: 917-929
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sequential compound exocytosis of large dense-core vesicles in PC12 cells studied with TEPIQ (two-photon extracellular polar-tracer imaging-based quantification) analysis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kishimoto, T., Liu, T. -T., Hatakeyama, H., Nemoto, T., Takahashi, N., Kasai, H.
  • 雑誌名: J. Physiol. 568 ページ: 905-915
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new quantitative (two-photon extracellular polar-tracer imaging-based quantification (TEPIQ)) analysis for diameters of exocytic vesicles and its application to pancreatic islets. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kasai, H., Hatakeyama, H., Kishimoto, T., Liu, T. -T., Nemoto, T., Takahashi, N.
  • 雑誌名: J. Physiol. 568 ページ: 891-903
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spine-neck geometry determines NMDA receptor-dependent Ca^2+ signaling in dendrites. (2005)
  • 著者名/発表者名: Noguchi, J., Matsuzaki, M., Ellis-Davies, G.C.R., Kasai, H.
  • 雑誌名: Neuron 46 ページ: 609-622
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid Ca2+-dependent increase in oxygen consumption by mitochondria in single mammalian central neurons. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa, Y., Nemoto, T., Iino, M., Kasai, H.
  • 雑誌名: Cell Calcium 37 ページ: 359-370
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-photon microscopic analysis of acetylcholine-induced mucus secretion in guinea pig nasal glands. (2005)
  • 著者名/発表者名: Oshima, A., Kojima, T., Dejima, K., Hisa, I., Kasai, H., Nemoto, T.
  • 雑誌名: Cell Calcium 37 ページ: 349-357
  • 査読あり
• [雑誌論文] Number and Density of AMPA Receptors in Single Synapses in Immature Cerebellum. (2005)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, J., Matsuzaki, M., Tarusawa, E., Momiyama, A., Molnar, E., Kasai, H., Shigemoto, R.
  • 雑誌名: J. Neurosci. 25 ページ: 799-807
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-photon uncaging microscopy (2004)
  • 著者名/発表者名: Kasai, H., Matsuzaki, M., Ellis-Davies, G.C.R.
  • 雑誌名: In "Imaging in Neuroscience and Development, " CSH Lab (Press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stabilization of exocytosis by dynamic F-actin coating of zymogen granules in pancreatic acini. (2004)
  • 著者名/発表者名: Nemoto, T., Kojima, T., Oshima, A., Bito, H., Kasai, H.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 279 ページ: 37544-37550
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of long-term potentiation in single dendritic spines. (2004)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, M., Honkura, N., Ellis-Davies, G.C.R., Kasai, H.
  • 雑誌名: Nature 429 ページ: 761-766
  • 査読あり
• [学会発表] Two-photon imaging of brain cell dynamics (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai
  • 学会等名: Two-photon uncaging in vitro and in vivo. EMBO Practival course in 6
  • 発表場所: Zurich, Swiss
  • 年月日: 2009-09-09
• [学会発表] Protein synthesis and neurotrophin-dependent structural plasticity of dendritic spines. (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai
  • 学会等名: Neurotrophic Factor Gordon Research Conference
  • 発表場所: Rhode Island, USA
  • 年月日: 2009-06-23
• [学会発表] Patch-clamp, imaging and photostimulation. (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai
  • 学会等名: Third Neurizons Conference
  • 発表場所: Goettingen, Germany
  • 年月日: 2009-05-15
• [学会発表] Two-photon imaging, uncaging and photoactivation of dendritic spines. (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai
  • 学会等名: Jacques Monod Conference "Investigating brain function using light
  • 発表場所: Roscoff, France
  • 年月日: 2008-06-22
• [学会発表] Imaging of exocytosis and endocytosis with two-photon microscope. (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai
  • 学会等名: International Meeting on Exocytosis
  • 発表場所: Ljublijana, Slovenia
  • 年月日: 2008-05-23
• [学会発表] Principles of long-term dynamics of dendritic spines. (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai
  • 学会等名: Neuroscience Workshop in NUS
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2008-04-21
• [学会発表] Actin-based plasticity of dendritic spines. (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai
  • 学会等名: US-Japan Workshop
  • 発表場所: Asilomar, USA
  • 年月日: 2008-02-26
• [学会発表] Structure dependence of plasticity in dendritic spines. (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Synaptic transmission.
  • 発表場所: New London (USA)
  • 年月日: 2006-07-24
• [学会発表] Stability and plasticity of dendritic spines. (2005)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Excitatory Amino Acids.
  • 発表場所: Ausoir (France)
  • 年月日: 2005-09-13
• [学会発表] Dendritic spine structures critical for spine functions and plasticity. (2005)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Symposium on Learning and Memory.
  • 発表場所: Cold Spring Harbor (NY, USA)
  • 年月日: 2005-04-21
• [学会発表] Two-photon excitation imaging of exocytosis and endocytosis. (2004)
  • 著者名/発表者名: H. Kasai
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Cell Biology of the Neuron.
  • 発表場所: New London (NH, USA)
  • 年月日: 2004-06-23
• [備考] 新聞発表
  • URL: http://www.bm2.m.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] 2004年8月18日(木)朝刊朝日新聞2008年3月5日(水)朝刊日刊工業新聞「長期記憶の獲得時たんぱく合成で接合部徐々に増大」
• [備考] 2008年3月6日(水)朝刊日経産業新聞「たんぱく質が記憶促進」3. 2008年3月14日(金)科学新聞「大脳神経細胞の形態変化2光子励起顕微鏡を使って」
• [備考] 2008年3月24日(金)日経産業新聞「記憶形成神経細胞の変形関与」
• [備考] 2008年3月31日(月)高知新聞「脳の記憶素子に迫る東大教授ら実験」
• [備考] 2008年4月2日(水)福井新聞「脳の記憶素子に迫る東大教授ら実験」
• [備考] 2008年12月17日(木)日経産業新聞「脳神経の先端ゆらゆら」
• [備考] 2008年12月21日(木)毎日新聞「シナプス:自然に「揺らぐ」」
• [備考] 2008年12月21日(木)毎日新聞「シナプス:自然に「揺らぐ」」
• [備考] 2009年1月11日(日)読売新聞「脳神経細胞学習以外でも「ゆらぎ」」
• [備考] 2009年2月13日(金)科学新聞シナプス自然的ゆらぎ
• [産業財産権] 走査型顕微鏡及び標本画像取得方法 (2007)
  • 発明者名: 河西春郎、松崎政紀、服部敏征、松川康成、上野牧男、中田竜男
  • 権利者名: 河西春郎、松崎政紀、オリンパス株式会社
  • 産業財産権番号: 特願2007-285938
  • 出願年月日: 2007-01-12
• [産業財産権] 脂質膜小胞のサイズ決定方法、脂質膜小胞の存否の判定方法 (2005)
  • 発明者名: 岸本拓哉、河西春郎
  • 権利者名: 科学技術振興機構
  • 産業財産権番号: 特願2005-107593
  • 出願年月日: 2005-07-07