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

2015 年度 実績報告書

• 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を可視化により解明することを目的としている。27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作製することを継続して行った。作製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、前年度までに作製したプローブよりもCl-濃度変化での蛍光変化量がさらに大きいプローブを見出した。蛍光変化量が大きいプローブは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。この有望なプローブは、これまで作製したプローブの変異部分を種々の組み合わせでシャッフルすることにより、またPCRを用いたrandom mutagenesisを行うことにより、さらなる改良を進めている。

研究成果

• [雑誌論文] Calcium imaging reveals glial involvement in transcranial direct current stimulation-induced plasticity in mouse brain. (2016)
  • 著者名/発表者名: Monai H, Ohkura M, Tanaka M, Oe Y, Konno A, Hirai H, Mikoshiba K, Itohara S, Nakai J, Iwai Y, Hirase H
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7:11100 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/ncomms11100
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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 and Differentiation 巻: 22(8) ページ: 1260-1274
  • DOI: 10.1038/cdd.2014.207
  • 査読あり
• [雑誌論文] A top-down cortical circuit for accurate sensory perception. (2015)
  • 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
  • 雑誌名: Neuron 巻: 86(5) ページ: 1304-1316
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2015.05.006
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Generation and imaging of transgenic mice that express G-CaMP7 under a tetracycline response element. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato M, Kawano M, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Nakai J, Hayashi Y
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10(5):e0125354 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0125354
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of genetically encoded calcium indicators for monitoring action potentials in mammalian brain by two-photon excitation fluorescence microscopy. (2015)
  • 著者名/発表者名: Podor B, Hu Y, Ohkura M, Nakai J, Croll R, Fine A
  • 雑誌名: Neurophotonics 巻: 2(2):021014 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1117/1.NPh.2.2.021014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 意識下活動動物からの特定神経活動記録法の開発. (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下哲, 犬束歩, Srikanta Chowdhury, 中井淳一, 大倉正道, 田口徹, 桑木共之, 山中章弘
  • 学会等名: 第93回日本生理学会大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター （北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-03-22 – 2016-03-24
• [学会発表] 光刺激・計測によるマウス大脳皮質層間信号統合のin vivo解析. (2016)
  • 著者名/発表者名: 小泉協, 佐藤正晃, 大倉正道, 中井淳一, 林康紀, 八尾寛
  • 学会等名: 第93回日本生理学会大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター （北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-03-22 – 2016-03-24
• [学会発表] ２光子イメージング法での神経発火活動の検出に適した蛍光カルシウムプローブ蛋白質の比較検討. (2016)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, Borbala Podor, Yi-ling Hu, Roger Croll, Alan Fine, 中井淳一
  • 学会等名: 第89回日本薬理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 （神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-03-09 – 2016-03-11
• [学会発表] タンパク質型Ca2+インジケーターCEPIAを用いた細胞小器官Ca2+シグナルの可視化と機能解析. (2016)
  • 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89回日本薬理学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 （神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-03-09 – 2016-03-11
• [学会発表] 生体内光刺激・計測によるマウス大脳皮質層間信号統合の可視化. (2015)
  • 著者名/発表者名: 小泉協, 佐藤正晃, 中井淳一, 大倉正道, 林康紀, 八尾寛
  • 学会等名: 生理研研究会「シナプス・神経ネットワークの機能ダイナミクス」
  • 発表場所: 生理学研究所 （愛知県岡崎市）
  • 年月日: 2015-12-02 – 2015-12-03
• [学会発表] G-CaMP7発現マウス大脳皮質脳細胞活動の細胞-領野スケール長期イメージング実験解析法. (2015)
  • 著者名/発表者名: 茂木優貴, 安藤恵子, 沖篤志, 岩井陽一, 毛内拡, 平瀬肇, 大倉正道, 中井淳一
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場 （兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] Rational design of ultrafast, high-affinity calcium indicators for monitoring neuronal activity. (2015)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Inoue, Atsuya Takeuchi, Shin-ichiro Horigane, Hajime Fujii, Satoshi Kamijo, Sayaka Takemoto-Kimura, Masamichi Ohkura, Keiko Gengyo-Ando, Masanobu Kano, Junichi Nakai, Kazuo Kitamura, and Haruhiko Bito
  • 学会等名: Neuroscience 2015
  • 発表場所: McCormick Place （Chicago, USA）
  • 年月日: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • 国際学会
• [学会発表] 生細胞イメージングに向けた抗CD3抗体結合CdSe/ZnS 量子ドットのエンドサイトーシスの検討. (2015)
  • 著者名/発表者名: 宇高光, 福田武司, 鈴木美穂, 大倉正道, 中井淳一, 鎌田憲彦
  • 学会等名: 第24回日本バイオイメージング学会学術集会
  • 発表場所: 東京理科大学葛飾キャンパス （東京都葛飾区）
  • 年月日: 2015-09-26 – 2015-09-28
• [学会発表] Slow frequency modulation of hippocampal theta oscillations as a carrier for encoding in a spatial-cued running task in rodents. (2015)
  • 著者名/発表者名: Daniel Gomez-Dominguez, Kotaro Mizuta, François Laurent, Masaaki Sato, Takashi Takekawa, Masamichi Ohkura Junichi Nakai, Tomoki Fukai, Yasunori Hayashi, Liset Menendez de la Prida
  • 学会等名: 16th National Congress of the Spanish Society of Neuroscience
  • 発表場所: Palacio de Congresos de Granada （Granada, Spain）
  • 年月日: 2015-09-23 – 2015-09-25
  • 国際学会
• [学会発表] Rational design of a novel high-affinity, ultrafast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Inoue, Atsuya Takeuchi, Shin-ichiro Horigane, Hajime Fujii, Satoshi Kamijo, Sayaka Takemoto-Kimura, Masamichi Ohkura, Keiko Gengyo-Ando, Masanobu Kano, Junichi Nakai, Kazuo Kitamura, Haruhiko Bito
  • 学会等名: 第58回日本神経化学大会
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ （埼玉県さいたま市）
  • 年月日: 2015-09-11 – 2015-09-13
• [学会発表] Cortical top-down inputs for precise sensory perception in mice. (2015)
  • 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38回日本神経科学大会シンポジウム
  • 発表場所: 神戸国際会議場 （兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [学会発表] Roles of zebrafish cerebellar neural circuitry in classical fear conditioning. (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsuda K, Yoshida M, Asakawa K, Ohkura M, Nakai J, Kawakami K, Hibi M, Shimizu T
  • 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 – 2015-07-31
• [学会発表] 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
  • 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 – 2015-07-31
• [学会発表] Selective representation of a valued place in hippocampal CA1. (2015)
  • 著者名/発表者名: Mizuta K, Sato M, Sekine Y, Kawano M, Tanvir I, Masumoto T, Ohkura M, Nakai J, Hayashi Y
  • 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 – 2015-07-31
• [学会発表] Real-time visualization of neuronal activity in zebrafish and C. elegans. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakai J, Ohkura M, Kagawa-Nagamura Y, Muto A, Inoue M, Bito H, Kawakami K, Gengyo-Ando K
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会シンポジウム
  • 発表場所: 神戸国際会議場 （兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-07-28 – 2015-07-31
  • 招待講演
• [学会発表] Structual and physiological analysis of neural circuit for swimming locomotion of the larva of Ciona intestinalis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeo Horie, Masamichi Ohkura, Yasunori Sasakura, Takehiro G. Kusakabe, Junichi Nakai, Michael S. Levine, Masashi Nakagawa
  • 学会等名: 8th International Tunicate Meeting
  • 発表場所: リンクスステーションホール青森 （青森県青森市）
  • 年月日: 2015-07-13 – 2015-07-17
  • 国際学会
• [学会発表] G-CaMP7を大脳皮質に発現するマウスを用いた神経活動のミクロマクロ解析法. (2015)
  • 著者名/発表者名: 茂木優貴, 安藤恵子, 沖篤志, 岩井陽一, 毛内拡, 平瀬肇, 大倉正道, 中井淳一
  • 学会等名: 第132回日本薬理学会関東部会
  • 発表場所: 明海大学浦安キャンパス （千葉県浦安市）
  • 年月日: 2015-07-04 – 2015-07-04
• [学会発表] Imaging intraorganellar Ca2+ at subcellular resolution using CEPIA. (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki J, Kanemaru K, Ishii K, Ohkura M, Okubo Y, Iino M
  • 学会等名: New Biological Frontiers Illuminated by Molecular Sensors and Actuators
  • 発表場所: GIS Convention Center at National Taiwan University （Taipei, Taiwan）
  • 年月日: 2015-06-28 – 2015-07-01
  • 国際学会
• [学会発表] G-CaMP開発の現状とイメージング技術への応用. (2015)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, 中井淳一
  • 学会等名: 新学術領域研究「マイクロ精神病態」公募研究キックオフミーティング
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス （東京都世田谷区）
  • 年月日: 2015-06-11 – 2015-06-11
  • 招待講演
• [図書] Optogenetic manipulation and probing. 『Optogenetics: light-sensing proteins and their applications』Part 2, Chapter 9 (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohkura M, Sadakari J, Nakai J
  • 総ページ数: 409 （133-148）
  • 出版者: Springer
• [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/