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2015 年度 実績報告書

シナプスイメージングに基づいた統合失調症モデルのニューロコンピュテーション

研究課題

研究課題/領域番号 26293260
研究機関東京大学

研究代表者

林 朗子 (高木朗子)  東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (60415271)

研究分担者 田中 昌司  上智大学, 理工学部, 教授 (30188304)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード精神疾患 / 樹状突起スパイン / コンピューテーション / 統合失調症 / カルシウムイメージング
研究実績の概要

シナプスは統合失調症の病態に関与すると考えられ、各種モデル動物においてもシナプス異常が再現されている。しかし、シナプス異常と個体レベルの行動とが如何に関連するかは実際のところ未解明であり、おそらく実験的に両者の直接的因果関係をメカニズムまで踏み込むことは困難と考えられる。そこで本申請では、モデルマウスのウエットデータから特徴的な要素を抽出してモデル化する(シミュレーション)。そのために本年度は、統合失調症モデルであるDISC1ノックダウンモデルマウスのスパインの体積分布や密度など検証や、DISC1ノックダウンマウスでとりわけで顕著に観察される現象である“巨大
スパイン”の解析を固定標本を用いて形態学的に行った。これらの基礎データより、巨大スパインの出現が観察される時期の同定を行った。また形態学的解析と合わせて機能的解析を行うために、Cre リコンビネースによるスパースラベリング法で極少量のニューロンに高感度の蛋白性Ca2+指示薬(GCaMP6)と神経形態マーカーである赤色蛍光色素tdTomato を前頭前野の錐体細胞に共発現させる実験系を確立した。GCaMPなどのカルシウム指示薬の毒性を抑えることと、DISC1遺伝子のノックダウンを時間的に制御するために、タモキシフェンによるInducibleの発現システムを採用し、実際に発現誘導がかかることを確認した。またこの実験系で作成された実験マウスより急性スライス標本を作製し、実際のカルシウムイメージングの実験条件の検討を開始した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

タモキシフェンによるInducibleなDISC1ノックダウンおよびGCaMPの発現系が完成し、これらの動物から作成した急性脳スライス標本を用いた実験を開始出来たため、当初の予定通りに進行していると考えられる。

今後の研究の推進方策

(戦略 1)in vivo スパインイメージング:
平成 28年度:SZ モデルであるDISC1ノックダウンモデルマウスのスパインの体積分布や密度など、DISC1ノックダウンマウスでとりわけで顕著に観察される現象である“巨大
スパイン”の解析を前年度に引き続き行う。本年度は本格的に単一ニューロンのスパインを詳細に解析し、同時に神経発火頻度・発火パターンをin vivo Ca2+イメージングにより解析する。またシナプスへの神経入力と活動電位の発生の時間的関連を模索するために、前頭野より作成した急性脳スライス標本を作製し、シナプス入力はGCaMPfの蛍光輝度で、活動電位の発生はセルアタッチ法による電気生理学的に検出する。

(戦略 2)上記実験データに基づいたシナプス体積分布と密度と、細胞体において計測された発火頻度とのどのような関連があるのかをモデリングする。モデリングは上智大学の田中昌司が担当する。年に数回のDiscussionを通じて、モデルと実測結果の整合性や展開などを議論する。

次年度使用額が生じた理由

研究代表者の異動に伴い物品発注に若干の遅れが生じ、次年度に当初の予定通りの物品を購入する。

次年度使用額の使用計画

培地などの試薬やプラスチック消耗品

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Labelling and optical erasure of synaptic memory traces in the motor cortex.2015

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi A, Yagishita S, Nakamura M, Shirai F, Wu YI, Loshbaugh AL, Kuhlman B, Hahn KM, Kasai H
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 525 ページ: 333-338

    • DOI

      10.1038/nature15257

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Two-photon fluorescence lifetime imaging of primed SNARE complexes in presynaptic terminals and β cells.2015

    • 著者名/発表者名
      Takahashi N, Sawada W, Noguchi J, Watanabe S, Ucar H, Hayashi-Takagi A, Yagishita S, Ohno M, Tokumaru H, Kasai H.
    • 雑誌名

      Nat Commun. 2015 Oct 6;6:8531. doi:

      巻: 8531 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1038/ncomms9531

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Visualization of learning-related memory trace and its erasure by "Synaptic optogenetics"2015

    • 著者名/発表者名
      Akiko Hayashi-Takagi
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 発表場所
      Chicago(USA)
    • 年月日
      2015-10-20 – 2015-10-20
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 大脳皮質シナプスと個体レベル行動との関連解析:新規光感受性シナプスプローブを用いたSynaptic optogenetics法の開発2015

    • 著者名/発表者名
      林(高木)朗子
    • 学会等名
      第37回日本生物学的精神医学会
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • 年月日
      2015-09-26 – 2015-09-26
    • 招待講演
  • [学会発表] 新規光感受性シナプスプローブAS-PaRac1を用いた記憶回路の可視化・操作2015

    • 著者名/発表者名
      林(高木)朗子
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-07-28 – 2015-07-28
    • 招待講演

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公開日: 2017-01-06  

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