大脳の記憶シナプスや回路の２光子顕微鏡と新規光プローブとを用いた研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26221001
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 河西 春郎 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (60224375)
• 研究期間 (年度): 2014-05-30 – 2019-03-31
• キーワード: 記憶 / シナプス / ２光子顕微鏡 / 光プローブ

研究実績の概要

昨年度は運動記憶に関係したシナプスを標識し、光照射によりそのシナプスだけでなく、行動レベルの記憶を消去することに成功したが(Nature 2015)、このプローブを学習記憶現象により強力に自由に応用するためには、幾つかの改良を施す必要がある。まず、単一細胞での記憶シナプスの同定を確実にするために背景染色を減らす方法を見出し、また、神経細胞の十分に疎な標識により単一の神経細胞形態を間違いなく可視化する必要があった。これらの問題に対してはそれぞれ解決する手法がわかってきた。更に、記憶回路の標識のためにはシナプス前部や軸索の記憶依存的な標識ができることが望まれていた。これは容易なことではないが、我々は偶然その様な標識を達成する手法を見出したので、その検証作業を進めている。回路標識のために必要な複数の蛋白質を選定することにも成功した。覚醒動物の学習過程のイメージングに際しては、領野と刺激を選べば、高率にスパイン増大現象が起きるので調査可能であることがわかってきた。ただし、シナプスの前部と後部の両方にカルシウム指示蛋白を発現させ、学習刺激の開始を記録する必要があるので、回路標識の方法論の開発を待つ必要がある。スパイン増大に伴い、シナプス前部が押されることにより、シナプス前部の機能が変わることの確認作業を進めてきたが、複数の方法でこれを確認し、結論は確実な情勢となってきたが、論文発表までにデータの質や量を上げていく作業を進めた。

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

新しい手法の開拓を目的とした課題で、リスクを負った挑戦的な研究計画であったが、多数の試行錯誤から見出された偶然、及び共同研究者の努力により、実績の概要に記した様に予想もしなかった新しい展望に立つに至っている。

今後の研究の推進方策

これまでの発見を有効に利用しながら、目標とする①記憶プローブの改善、②記憶回路の可視化、③学習過程のイメージング、④スパイン頭部増大のプレシナプスへの影響の検証という目標を有効に達成できる様に、あらゆる工夫をしていく。

研究成果

• [雑誌論文] Abnormal intrinsic dynamics of dendritic spines in a fragile X syndrome mouse model in vivo. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagaoka, A., Takehara, A., Hayashi-Takagi, A., Shirai, F., Ishii, K., Noguchi, J., Ichiki, K. & Kasai, H.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 26651
  • DOI: 10.1038/srep26651
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Implantable microfluidic device with hydrogel permeable membrane for delivering chemical compounds and imaging neural cells in living mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takehara, H., Nagaoka, A., Noguchi, J., Akagi, T., Kasai, H. & Ichiki, T.
  • 雑誌名: Journal of Photopolymer Science and Technology 巻: 29 ページ: 513-518
  • DOI: 10.2494/photopolymer.29.513
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and synthesis of a 4-nitrobromobenzene derivative bearing an ethylene glycol tetraacetic acid unit for a new generation of caged calcium compounds with two-photon absorption properties in the near-IR region and their application in vivo. (2016)
  • 著者名/発表者名: Jakkampudi, S., Abe, M.*, Komori, N., Takagi, R., Furukawa, K., Katan, C., Sawada, W., Takahashi, N. & Kasai, H.
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 1 ページ: 193-201
  • DOI: 10.1021/acsomega.6b00119
  • 査読あり
• [雑誌論文] State-dependent diffusion of actin-depolymerizing factor/cofilin underlies the enlargement and shrinkage of dendritic spines. (2016)
  • 著者名/発表者名: Noguchi, J., Hayama, T., Watanabe, S., Ucar, H., Yagishita, S., Takahashi, N. & Kasai, H.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 32897
  • DOI: 10.1038/srep32897
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The opposite roles of SNAP23 in the exocrine and endocrine pancreas. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kunii, M., Ohara-Imaizumi, M., Takahashi, N., Kobayashi, M., Kawakami, R., Kondoh, Y., Shimizu, T., Simizu, S., Lin, B., Nunomura, K., Aoyagi, K., Ohno, M., Ohmuraya, M., Sato, T., Yoshimura, S., Sato, K., Harada, R., Kim, Y., Osada, H., Nemoto, T., Kasai, H., Kitamura, T., Nagamatsu, S., & Harada, A.
  • 雑誌名: J. Cell Biol. 巻: 215 ページ: 121-138
  • DOI: 10.1083/jcb.201604030
  • 査読あり
• [学会発表] 2光子励起蛍光寿命画像法で解析した開口放出部位におけるSNAP25の分子構造、第94回日本生理学会 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋、渡辺、澤田、河西
  • 学会等名: 第94回日本生理学会
  • 発表場所: アクトシティ浜松（静岡県浜松市）
  • 年月日: 2017-03-24 – 2017-03-24
• [学会発表] Spine synapses shaping memory and behavior, Lecture, Nanyang Technical University (2016)
  • 著者名/発表者名: Haruo Kasai
  • 学会等名: Lecture, Nanyang Technical University
  • 発表場所: Nanyang Drive, Singapore
  • 年月日: 2016-12-08 – 2016-12-08
  • 招待講演
• [学会発表] Dendritic spines shaping memory and behaviors (2016)
  • 著者名/発表者名: Haruo Kasai
  • 学会等名: Special Lecture, Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2016-11-13 – 2016-11-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Plasticity and fluctuations of dendritic spines in mice models of autism and schizophrenia. (2016)
  • 著者名/発表者名: Haruo Kasai
  • 学会等名: Symposium in JNS meeting 2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-07-20 – 2016-07-20
  • 招待講演
• [学会発表] Rapid regulations of spine plasticity by dopamine in the D1 and D2 projection neurons in the nucleus accumbens. Cold Spring Harbor Asia Conference (2016)
  • 著者名/発表者名: Haruo Kasai, Sho Yagishita, Yusuke Iino, Yosuke Nakazato, Yoshitomo Maeda
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conference
  • 発表場所: Suzhou, China
  • 年月日: 2016-05-19 – 2016-05-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 河西研究室ホームページ
  • URL: http://www.bm2.m.u-tokyo.ac.jp