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2012 年度 実施状況報告書

メラノプシンを用いた長時間の神経活動制御法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23659128
研究機関名古屋大学

研究代表者

山中 章弘  名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (60323292)

研究分担者 小泉 周  生理学研究所, 細胞器官研究系, 准教授 (10296551)
キーワードメラノプシン / 睡眠覚醒 / 遺伝子改変マウス / 光操作
研究概要

オプトジェネティクスは、光によって活性化されるタンパク質(チャネルロドプシン2(ChR2)やハロロドプシンなど)を特定の神経に発現させ、その神経活動を光によって操作し、個体の行動を制御する技術である。しかし、これらの分子は長時間の光刺激では脱感作するため、発現から完了までに時間がかかる行動(摂食、睡眠覚醒、性行動などの本能行動)の制御は難しかった。そこで、本研究では、哺乳類の網膜神経節細胞に発現する光感受性色素である「メラノプシン」に着目し、特定の神経細胞への異所性発現によって、長時間神経活動を制御する方法を開発し、本能などの行動を調節する神経機構を解明することを目的としている。メラノプシンは一部の網膜神経節細胞に発現する光感受性色素である。メラノプシンを異所性に発現させた遺伝子改変マウスを作成し、光を用いてその神経の機能を操作する。睡眠覚醒に重要なオレキシン神経細胞にメラノプシンを発現する遺伝子改変マウスを作成した。組織化学的解析により、オレキシン神経特異的にメラノプシンが発現していることを確認した。また、スライスパッチクランプを用いてオレキシン神経活動がパルス青色光照射によって長時間持続的に活性化することを確認した。そこで、個体動物を用いて、視床下部に光を照射し、オレキシン神経活動を操作した。マウスが徐波睡眠時にオレキシン神経細胞を活性化すると、睡眠から覚醒に移行することを示した。これらの結果をまとめてNeurosciemce Researchに投稿し、掲載された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

メラノプシンの異所性発現によって、神経活動の操作と個体行動の制御に成功している。組織化学的に発現を確認し、電気生理学的解析によって機能を確認した。睡眠覚醒に重要なオレキシン神経細胞特異的に発現させて、脳内に光を照射することによって、個体の睡眠覚醒を制御できた。この成果をまとめてNeuroscience Researchに報告した。

今後の研究の推進方策

今後はオレキシン神経細胞以外の神経細胞にメラノプシンを異所性に発現させ、その機能を光で操作することによって、その神経が担う生理機能を個体レベルで明らかにすることを試みる。

次年度の研究費の使用計画

当初の予定通りの執行を行う。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (26件) (うち招待講演 25件)

  • [雑誌論文] Ectopic expression of melanopsin in orexin/hypocretin neurons enables control of wakefulness of mice in vivo by blue light2013

    • 著者名/発表者名
      Tsunematsu T, Tanaka KF, Yamanaka A, Koizumi A
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 75(1) ページ: 23-28

    • DOI

      10.1016/j.neures.2012.07.005.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Light-induced silencing of neural activity in Rosa26 knock-in mice conditionally expressing the microbial halorhodopsin eNpHR2.0.2013

    • 著者名/発表者名
      Imayoshi I, Tabuchi S, Hirano K, Sakamoto M, Kitano S, Miyachi H, Yamanaka A, Kageyama R
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 75(1) ページ: 53-58

    • DOI

      10.1016/j.neures.2012.03.008.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The manipulation of neural and cellular activities by ectopic expression of melanopsin.2013

    • 著者名/発表者名
      Koizumi A, Tanaka KF, Yamanaka A
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 75(1) ページ: 3-5

    • DOI

      10.1016/j.neures.2012.07.010.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The physiological role of orexin/hypocretin neurons in the regulation of sleep/wakefulness and neuroendocrine functions2013

    • 著者名/発表者名
      Inutsuka A, Yamanaka A
    • 雑誌名

      Frontiers in Endocrinology

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.3389

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The regulation of sleep and wakefulness by the hypotalamic neuropeptide orexin/hypocretin2013

    • 著者名/発表者名
      Inutsuka A, Yamanaka A
    • 雑誌名

      Nagoya Journal of Medical Science

      巻: 75 ページ: 29-36

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Expanding the repertoire of optogenetically targeted cells with an enhanced gene expression system2012

    • 著者名/発表者名
      Tanaka K F, Matsui K, Sasaki T, Sano Hiromi, Sugio S, Fan K, Hen R, Nakai J, Yanagawa Y, Hasuwa H, Okabe M, Deisseroth K, Ikenaka K, Yamanaka A
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 2(2) ページ: 397-406

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2012.06.011.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Role of Orexin/Hypocretin in the Central Nervous System and Peripheral Tissues2012

    • 著者名/発表者名
      Tsunematsu T, Yamanaka A
    • 雑誌名

      Vitamins and Hormones

      巻: 89 ページ: 19-33

    • DOI

      10.1016/B978-0-12-394623-2.00002-0.

  • [学会発表] オレキシン神経活動操作と運命制御による睡眠覚醒調節機構の解明2013

    • 著者名/発表者名
      山中章弘、常松友美、田淵紗和子
    • 学会等名
      第155回日本獣医学会学術集会 生理学・生化学分科会 シンポジウム「睡眠研究の新展開」
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130328-20130330
    • 招待講演
  • [学会発表] オレキシン神経の時期特異的運命制御を用いた新規ナルコレプシーモデルマウスの解析2013

    • 著者名/発表者名
      田淵紗和子、常松友美、富永真琴、山中章弘
    • 学会等名
      第90回日本生理学会大会 シンポジウム 睡眠・覚醒の包括的な理解を目指した若手研究者による新しいアプローチ
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130327-20130329
    • 招待講演
  • [学会発表] オプトジェネティクスを用いた神経活動操作と本能行動制御2013

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      第90回日本生理学会大会 シンポジウム インビボサイエンスに迫る最新研究
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130327-20130329
    • 招待講演
  • [学会発表] 視床下部神経細胞の機能操作と運命制御による分子病態解析2013

    • 著者名/発表者名
      山中章弘、常松友美、田淵紗和子
    • 学会等名
      第86回日本薬理学会年会 シンポジウム「脳神経疾患の分子病態解析のための最新アイデアと新技術」
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      20130321-20130323
    • 招待講演
  • [学会発表] オプトジェネティクスを用いた神経活動操作と行制御による本能発現機構の解析2013

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      大阪学蛋白質研究所セミナー 中枢神経研究を拓く新しい潮流
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      20130308-20130309
    • 招待講演
  • [学会発表] 睡眠覚醒の脳科学~睡眠と覚醒を調節する脳の仕組み~2013

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      名古屋大学予防早期医療創成センター 第3回ワークショップ
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20130129-20130129
    • 招待講演
  • [学会発表] あなたの知らない睡眠の世界(睡眠科学研究の最前線)2012

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      静薬学友会東海支部 第36回薬剤師セミナー
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20121216-20121216
    • 招待講演
  • [学会発表] Perturbation using optogenetics affects autonomic regulation of sleep/wakefulness cycle2012

    • 著者名/発表者名
      Yamanaka A
    • 学会等名
      The 13th RIES-Hokudai International Symposium "律" Joined with The 1st International Symposium of Nano-Macro Materials, Devices, and System Research Alliance Project
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20121213-20121214
    • 招待講演
  • [学会発表] Optogenetical approach to reveal the regulatory mechanism of instinctive behaviors by the hypothalamic neurons2012

    • 著者名/発表者名
      Yamanaka A, Tsunematsu T
    • 学会等名
      Sydney 2012 Joint AuPS/PSNZ/ASB Meeting Symposia: Brain dysfunction and translational neurophysiology
    • 発表場所
      Sydney, Australia
    • 年月日
      20121202-20121205
    • 招待講演
  • [学会発表] Optogenetic manipulation of orexin neuronal activity affects sleep/wakefulness state in mice2012

    • 著者名/発表者名
      Tsunematsu, Boyden Edward S, Yamanaka A
    • 学会等名
      The 7th Asian Sleep Research Society Congress Symposium "Neuroendocrines on Sleep”
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20121130-20121202
    • 招待講演
  • [学会発表] オプトジェネティクスによる睡眠覚醒制御2012

    • 著者名/発表者名
      常松友美、山中章弘
    • 学会等名
      第7回NIBBバイオイメージングフォーラム
    • 発表場所
      岡崎
    • 年月日
      20121127-20121127
    • 招待講演
  • [学会発表] オプトジェネティクスを用いた神経活動操作と行動制御2012

    • 著者名/発表者名
      山中章弘、常松友美
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会 5.0
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      20121121-20121122
    • 招待講演
  • [学会発表] 本能行動を司る視床下部神経回路の機能操作による動作原理解明2012

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      群馬大学生体調節研究所 名古屋大学環境医学研究所 第9回合同シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20121102-20121102
  • [学会発表] Timing controlled ablation of orexin/hypocretin neurons reveals the mechanism of narcolepsy2012

    • 著者名/発表者名
      Yamanaka A
    • 学会等名
      SRI International Symposium
    • 発表場所
      MenloPark, CA, U.S.A.
    • 年月日
      20121019-20121019
    • 招待講演
  • [学会発表] Timing controlled ablation of orexin/hypocretin neurons reveals the mechanism of narcolepsy2012

    • 著者名/発表者名
      Yamanaka A
    • 学会等名
      Neuroscience 2012: Symposium "Dissection of CNS Circuitry Regulating Sleep and Arousal: Conditional Transgenics and Genetically Engineered Receptor-Channel Systems."
    • 発表場所
      New Orleans, LA, U.S.A.
    • 年月日
      20121013-20121017
    • 招待講演
  • [学会発表] 光遺伝学を用いた視床下部神経による本能制御機構の解明2012

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      神経化学大会公開シンポジウム
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      20120930-20121002
    • 招待講演
  • [学会発表] 光遺伝学を用いた視床下部神経による本能制御機構の解明2012

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      日本遺伝学会第84回大会 ワークショップ マウス遺伝学が支える生命科学 part 2
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      20120924-20120926
    • 招待講演
  • [学会発表] "オプトジェネティクスを用いた睡眠覚醒調節に関わる神経回路の動作原理解明2012

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年会 シンポジウム レチナール蛋白質と光遺伝学
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20120922-20120924
    • 招待講演
  • [学会発表] オプトジェネティクスを用いたマウス本能行動制御2012

    • 著者名/発表者名
      山中章弘、常松友美
    • 学会等名
      第35回日本神経科学会大会 シンポジウム 「光操作で探る神経回路の作動原理」
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20120918-20120921
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳を育む:『睡眠覚醒の脳科学』2012

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      第20回 脳の世紀シンポジウム 若手研究者によるパネルディスカッション「脳科学研究これからの20年」
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20120912-20120912
    • 招待講演
  • [学会発表] オプトジェネティクスと生物リズム2012

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      生物リズム若手研究者の集い2012
    • 発表場所
      筑波
    • 年月日
      20120804-20120805
    • 招待講演
  • [学会発表] 様々な神経細胞の活動制御と行動発現2012

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      2012年包括型脳科学研究推進支援ネットワーク夏のワークショップ 新学術領域研究「大脳新皮質構築」「メゾ神経回路」合同ワークショップ
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20120724-20120727
    • 招待講演
  • [学会発表] オレキシン神経活動操作と運命制御による睡眠覚醒調節機構の解明2012

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      第2回睡眠研究会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20120705-20120706
    • 招待講演
  • [学会発表] セロトニン神経からオレキシン神経への抑制性入力の睡眠覚醒調節における役割2012

    • 著者名/発表者名
      田淵紗和子、常松友美、杉尾翔太、田中謙二、富永真琴、山中章弘
    • 学会等名
      日本睡眠学会第37回定期学術集会 若手シンポジウム
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      20120628-20120630
    • 招待講演
  • [学会発表] オレキシン神経の運命制御を用いた睡眠覚醒調節機構の解明2012

    • 著者名/発表者名
      山中章弘、常松友美、田淵紗和子
    • 学会等名
      日本睡眠学会第37回定期学術集会 若手シンポジウム
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      20120628-20120630
    • 招待講演
  • [学会発表] オプトジェネティクスを用いた長時間神経活動操作と睡眠覚醒制御2012

    • 著者名/発表者名
      常松友美、山中章弘
    • 学会等名
      日本睡眠学会第37回定期学術集会 若手シンポジウム
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      20120628-20120630
    • 招待講演

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公開日: 2014-07-24  

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