抑制性のシナプス学習過程を検出可能な新規シナプスクロライドプローブの開発

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26640002
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 大倉 正道 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (70369172)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 神経科学 / 神経活動 / 抑制性シナプス / クロライドプローブ / 蛍光イメージング

研究実績の概要

神経細胞の個々のシナプスへの興奮性入力による興奮性シナプス後電位（EPSP）と抑制性入力による抑制性シナプス後電位（IPSP）は時に可塑性を示しながら統合され、電気緊張電位として伝わり活動電位を発生させる。シナプスでの統合をより深く理解するためにはイオンの動きと膜電位の可視化が重要となる。IPSPは一過性に細胞内Cl-濃度上昇を起こすが、これまでIPSPによるCl-上昇は可視化されていない。本研究は、IPSPの可視化を目指し、高感度で高い反応性を備えた蛍光Cl-プローブを開発し、抑制性のシナプス可塑性(iLTP)を可視化により解明することを目的としている。26年度は、Cl-結合蛋白質をCl-感受性素子として活用しながら、我々独自の改変GFP cDNAを基にCl-プローブのプロトタイプを遺伝子工学的に多数試作した。試作したプローブは大腸菌に発現させて蛋白精製し、蛍光分光光度計および分光光度計を用いてCl-応答性や光学特性を解析した。その結果、Cl-濃度変化での蛍光変化量が大きいプローブを数種類見出すことができた。蛍光変化量が大きいプローブは培養神経細胞に発現させ、GABA受容体やグリシン受容体の刺激での蛍光応答の大きさを指標として細胞での性能を評価した。現在得られつつある有望なプローブは、PCRを用いたrandom mutagenesisによりそのcDNAに変異導入を行い、改良を進めている。

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

Cl-濃度変化での蛍光変化量が大きいプローブの開発がおおむね順調に進んでいるため。

今後の研究の推進方策

今後も反応性に優れたCl-プローブの開発を継続し、モデル動物の抑制性シナプスに応用することで抑制性のシナプス学習過程を検出できるか検討する。

研究成果

• [雑誌論文] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, Horigane SI, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, *Nakai J, *Kitamura K, *Bito H
  • 雑誌名: Nature Methods 巻: 12 ページ: 64-70
  • DOI: 10.1038/nmeth.3185
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Water-soluble jack-knife prawn extract inhibits 5-hydroxytryptamine-induced vasoconstriction and platelet aggregation in humans. (2015)
  • 著者名/発表者名: Gamoh S, Kanai T, Tanaka-Totoribe N, Ohkura M, Kuwabara M, Nakamura E, Yokota A, Yamasaki T, Watanabe A, Hayashi M, Fujimoto S, *Yamamoto R
  • 雑誌名: Food Funct 巻: 6 ページ: 444-449
  • DOI: 10.1039/C4FO00716F
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reward-timing-dependent bidirectional modulation 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: Nature Communications 巻: 5:5551 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/ncomms6551
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imaging intraorganellar Ca2+ at subcellular resolution using CEPIA. (2014)
  • 著者名/発表者名: Suzuki J, Kanemaru K, Ishii K, Ohkura M, Okubo Y, *Iino M
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5:4153 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1038/ncomms6551
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 高感度、超高速赤色カルシウムインディケーターの合理的設計による開発. (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92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] マウス皮質において正確な知覚に必要なトップダウン制御のメカニズム. (2015)
  • 著者名/発表者名: 真仁田聡, 鈴木崇之, 本間千尋, 松元崇, 小田川摩耶, 山田一之, 太田桂輔, 松原智恵, 犬束歩, 佐藤正晃, 大倉正道, 山中章弘, 柳川右千夫, 中井淳一, 林康紀, Matthew E. Larkum, 村山正宜
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] 海馬CA1における価値表現の選択的保持. (2015)
  • 著者名/発表者名: 水田恒太郎, 佐藤正晃, 関根友紀子, 河野真子, イスラムタンビル, 大倉正道, 中井淳一, 林康紀
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] 高感度、超高速赤色カルシウムインディケーターの合理的設計による開発. (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（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] タンパク質型Ca2+インジケーターCEPIAを用いた小胞体・ミトコンドリア内腔Ca2+動態の可視化と機能解析. (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木純二, 金丸和典, 石井邦明, 大倉正道, 大久保洋平, 飯野正光
  • 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（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] 蛍光カルシウムタンパク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: 東京理科大学総合研究機構イメージングフロンティア研究部門 2014年度シンポジウム
  • 発表場所: 東京理科大学野田キャンパス（千葉県野田市）
  • 年月日: 2014-12-20 – 2014-12-20
  • 招待講演
• [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（神奈川県横浜市）
  • 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, Chen J, Voigt F, Schneider B, Ohkura M, Nakai J, Helmchen F
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Walter E. Washington Convention Center（Washington DC, USA）
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] A comparative study of the two-photon performance of GCaMPs and GECOs. (2014)
  • 著者名/発表者名: Podor B, Zhao Y, Wu J, Hu Y, Ohkura M, Nakai J, Campbell R, Croll R, Fine A
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Walter E. Washington Convention Center（Washington DC, USA）
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] 神経細胞内局所カルシウム動態の可視化を目指した高感度シナプスカルシウムプローブG-CaMP6-actinの応用. (2014)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, 小林千晃, 貞苅純子, 佐々木拓哉, 池谷裕二, 中井淳一
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] Visualization of cerebral 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, Iwai Y, Hirase H
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [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, Masamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] 大脳皮質におけるトップダウン回路の構造と機能. (2014)
  • 著者名/発表者名: 真仁田聡, 鈴木崇之, 本間千尋, 松元崇, 小田川摩耶, 山田一之, 太田桂輔, 松原智恵, 犬束歩, 佐藤正晃, 大倉正道, 山中章弘, 柳川右千夫, 中井淳一, 林康紀, Matthew E. Larkum, 村山正宜
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [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: 東北大学川内北キャンパス（宮城県仙台市）
  • 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（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [学会発表] Ca2+イメージング. (2014)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道
  • 学会等名: 第39回組織細胞化学講習会
  • 発表場所: ピアザ淡海（滋賀県大津市）
  • 年月日: 2014-08-06 – 2014-08-08
  • 招待講演
• [学会発表] Cerebral blood flow modulation by basal forebrain or whisker stimulation can occur independently of large cytosolic Ca2+ signaling in astrocytes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Oe Y, Ozawa K, Takata N, Nagai T, Konno A, Ohkura M, Hirai H, Nakai J, Mikoshiba K, Hirase H
  • 学会等名: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • 発表場所: MiCo （Milan, Italy）
  • 年月日: 2014-07-05 – 2014-07-09
• [学会発表] Single-neuron operant conditioning by two-photon imaging induces reward-timing-dependent biderectional modulations in cortical microcircuit. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hira R, Ohkubo F, Masamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • 学会等名: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • 発表場所: MiCo （Milan, Italy）
  • 年月日: 2014-07-05 – 2014-07-09
• [学会発表] Imaging subcellular Ca2+ dynamics of neurons with a highly responsive genetically encoded Ca2+ indicator. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohkura M, Kobayashi C, Sadakari J, Sasaki T, Ikegaya Y, Nakai J
  • 学会等名: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • 発表場所: MiCo （Milan, Italy）
  • 年月日: 2014-07-05 – 2014-07-09
• [図書] 高感度Ca2+プローブG-CaMPを用いた脳内シナプス活動のイメージング.『脳内環境-恒常性維持機構の破綻と病気』 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, 中井淳一
  • 総ページ数: 220（108-113）
  • 出版者: （株）メディカルドゥ
• [図書] Ca2+イメージング.『組織細胞化学2014』 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, 中井淳一
  • 総ページ数: 230（161-168）
  • 出版者: 日本組織細胞化学会
• [備考] 埼玉大学 研究機構 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: 独立行政法人科学技術振興機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2014-120828
  • 出願年月日: 2014-06-11