高速走査型光刺激装置の開発

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26560456
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 中井 淳一 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (80237198)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 光遺伝学 / 多光子励起 / 高速走査 / KTNスキャナー

研究実績の概要

近年チャネルロドプシン等の光感受性機能分子が応用され、神経回路の研究に大きく寄与するようになってきた。光感受性機能分子の光活性化にはレーザーのピンポイント照射、面照射・多点照射などがある。特に脳深部の細胞単位またはシナプスレベルでの局所の光活性化にはピンポイント照射による必要がある。そこで本研究では光感受性機能分子をピンポイントで励起するための光刺激装置を開発した。特に本研究では最近開発されたタンタル酸ニオブ酸カリウム(KTN)結晶を使用した高速XYスキャナー（KTNスキャナー）を用いて高速で刺激用レーザー光をXY移動制御可能な光刺激装置の開発を行なった。光刺激用レーザーとしてフェムト秒超短パルスレーザーChameleon Vision　II（コヒーレントジャパン）を用い、KTNスキャナーには（NTTアドバンストテクノロジ）を用い、サンプルとして蛍光分子fluoresceinを用い、XYスキャンにより二光子励起による蛍光を観察した。その結果、KTNスキャナーを用いた世界初の多光子光刺激装置の開発に成功した。光刺激の際の光照射位置のXY移動が従来技術であるガルバノスキャナーによる方法より10倍以上高速化された。本研究成果は光操作技術を進歩させるもので、光を利用する脳科学や自然科学が飛躍的な前進が今後期待される。またレーザー技術は生物分野以外にレーザー加工機など工業分野、マイクロマシンや医療分野への利用が考えられ、今後幅広い分野への応用が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] JSAP1/JIP3 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Ishikawa M, Mochizuki M, Ohta M, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • 雑誌名: Cell Death Differ 巻: - ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1038/cdd.2014.207.
  • 査読あり
• [雑誌論文] RING finger protein 121 facilitates the degradation and membrane localization of voltage-gated sodium channels. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ogino K, Low SE, Yamada K, Saint-Amant L, Zhou W, Muto A, Asakawa K, Nakai J, Kawakami K, Kuwada JY, Hirata H
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 112 ページ: 2859-2864
  • DOI: 10.1073/pnas.1414002112.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rational design of a novel high-affinity, ultrafast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • 雑誌名: Nat. Methods 巻: 12 ページ: 64-70
  • DOI: 10.1038/nmeth.3185.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mitochondrial Ca2+ uptake by the voltage-dependent anion channel 2 regulates cardiac rhythmicity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimizu H, Schredelseker J, Huang J, Lu K, Naghdi S, Lu F, Franklin S, Fiji HD, Wang K, Zhu H, Tian C, Lin B, Nakano H, Ehrlich A, Nakai J, Stieg AZ, Gimzewski JK, Nakano A, Goldhaber JI, Vondriska TM, Hajnoczky G, Kwon O, Chen JN.
  • 雑誌名: Elife 巻: 4 ページ: 1-20
  • DOI: 10.7554/eLife.04801.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reward-timing-dependent bidirectional modu- lation of cortical microcircuits during optical single neuron operant conditioning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hira R, Ohkubo F, Masamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 24 ページ: 5551
  • DOI: 10.1038/ncomms6551.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Excitation propagation in three-dimensional engineered hearts using decellularized extracellular matrix. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yasui H, Lee JK, Yoshida A, Yokoyama T, Nakanishi H, Miwa K, Naito AT, Oka T, Akazawa H, Nakai J, Miyagawa S, Sawa Y, Sakata Y, Komuro I
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 35 ページ: 7839-7850
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2014.05.080.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Toll-like receptor 9 protects non-immune cells from stress by modulating mitochondrial ATP synthesis through the inhibition of SERCA2. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shintani Y, Drexler HC, Kioka H, Terracciano CM, Coppen SR, Imamura H, Akao M, Nakai J, Wheeler AP, Higo S, Nakayama H, Takashima S, Yashiro K, Suzuki K
  • 雑誌名: EMBO Rep 巻: 15 ページ: 438-445
  • DOI: 10.1002/embr.201337945.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large-scale imaging of subcellular calcium dynamics of cortical neurons with G-CaMP6-actin. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi C, Ohkura M, Nakai J, Matsuki N, Ikegaya Y, Sasaki T
  • 雑誌名: Neuroreport 巻: 25 ページ: 501-506
  • DOI: 10.1097/WNR.0000000000000126.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] A new transgenic mouse model revealed a role of astrocytic calcium in vivo (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanaka M, Shih P-Y, Gomi H, Yoshida T, Nakai J, Ando R, Furuichi T, Mikoshiba K, Samyanov A, Itohara S.
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • 著者名/発表者名: 井上昌俊、竹内敦也、堀金慎一郎、大倉正道、安藤恵子、藤井哉、上條諭志、竹本―木村さやか、狩野方伸、中井淳一、喜多村和郎、尾藤晴彦
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] 個体(線虫) レベルでの超多並列刺激応答モニターシステム (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤泰一、高橋尚也、安藤恵子、大倉正道、中井淳一、西垣功一
  • 学会等名: 第３７回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] 低分子量GTPase RAB-11の新規結合因子REI-1/REI-2は受精後のRAB-11再局在化を制御する (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂口愛沙、佐藤美由紀、安藤恵子、佐藤克哉、中井淳一、佐藤健
  • 学会等名: 第３７回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] Imaging Deep-Layer Neuronal Activity in Mouse Barrel Cortex using 1040-nm Excitation of a Red Fluorescent Protein Calcium Indicator (2014)
  • 著者名/発表者名: Carta S, Liu W, Sych Y, Voigt FF, Chen JL, Schneider B, Ohkura M, Nakai J, Helmchen F
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington, DC USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] A comparative study of the two-photon performances of GCaMPs and GECOs (2014)
  • 著者名/発表者名: Podor B, Zhao Y, Wu J, Hu Y-L, Ohkura M, Nakai J, Campbell R, Croll R, Fine A
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington, DC USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] Neuronal mechanisms of decision making in C. elegans olfactory behavior revealed by a highly integrated microscope system. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto Y, Yamazoe A, Fujita K, Kawazoe Y, Miyanishi Y, Yamazaki SJ, Gengyo-Ando K, Nakai J, Fei X, Iwasaki Y, Hashimoto K, Kimura K
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] Single-neuron operant conditioning by two-photon imaging induces reward-timing-dependent modulation in cortical microcircuit. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hira R, Ohkubo F, Mazamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] The top-down circuit for sensory perception in the cerebral cortex of the mouse. (2014)
  • 著者名/発表者名: Manita S, Suzuki T, Homma C, Matsumoto T, Odagawa M, Yamada K, Ota K, Matsubara C, Inutsuka A, Sato M, Ohkura M, Yamanaka A, Yanagawa Y, Nakai J, Hayashi Y, Larkum ME, Murayama M
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] Imaging of the neural circuit activities during retrieval of behavioral program for active avoidance in zebrafish. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kakinuma H, Aoki R, Aoki T, Yamazaki M, Shiraki T, Takahoko M, Eizumi K, Koide T, Yoshihara Y, Nakai J, Kawakami K, Okamoto H
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] Visualization of cerebral cortical calcium dynamics by a transgenic mouse that express G-CaMP7 in neurons and glia. (2014)
  • 著者名/発表者名: Monai H, Ohkura M, Tanaka M, Itohara S, Nakai J, Hirase H
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] JSAP1 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] 蛍光カルシウムプローブ G-CaMP による in vivo カルシウムイメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 中井淳一、大倉正道, 安藤恵子
  • 学会等名: 第５８回日本薬学会関東支部大会
  • 発表場所: 昭和大学
  • 年月日: 2014-10-04 – 2014-10-04
• [学会発表] ホヤ幼生の遊泳運動神経回路の構造と生理機能の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀江健生, 大倉正道, 日下部岳広, 中井淳一, 中川将司
  • 学会等名: 日本動物学会第85回大会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] 細胞触覚センサのための小型蛍光観察システムの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 民山浩輔, 清水正宏, 宮坂恒太, 小椋利彦, 中井淳一, 大倉正道, 細田耕
  • 学会等名: 第32回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 九州産業大学
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [図書] Optical Imaging of Neocortical Dynamics, Neuromethods, vol. 85 (2014)
  • 著者名/発表者名: Takata N., Shinohara Y., Ohkura M., Mishima T., Nakai J. & Hirase H.
  • 総ページ数: 296(191-207)
  • 出版者: Springer Science Business Media
• [備考] 埼玉大学脳末梢科学研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/
• [産業財産権] カルシウム指示遺伝子 (2014)
  • 発明者名: 尾藤晴彦, 井上昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉正道
  • 権利者名: 尾藤晴彦, 井上昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉正道
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-120828
  • 出願年月日: 2014-06-11