多重選択を用いた投射経路別遺伝子発現による次世代光遺伝学ツールの開発

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26640041
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 山中 章弘 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (60323292)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 投射経路特異的 / 遺伝子改変マウス / 遺伝子発現制御 / Creリコンビナーゼ / 神経特異的 / 光遺伝学 / アデノ随伴ウイルス / 薬理遺伝学

研究実績の概要

光遺伝学は特定神経の活動を光で操作する新しい技術であり、複雑な神経回路の機能と動作原理の解明に大きな進歩をもたらした。この技術をさらに進化させ、次世代の光遺伝学を達成するためには、投射経路選択的な遺伝子発現制御が必要となってくる。本研究では、Creリコンビナーゼやフリッパーゼ(FLPe)などの組換え酵素を経シナプス的に順行性トレーサー、もしくは逆行性トレーサー分子との融合タンパク質として発現させることで、多重選択による投射経路特異的な遺伝子発現を達成し、複数領域から入出力を受ける神経細胞に対して光遺伝学の適用を可能にする。この多重選択を用いた投射経路特異的遺伝子発現制御が実現すれば、動物個体を用いた神経回路の同定と動作原理の解明に大きく貢献出来ると考えられる。これまでに経シナプス逆行性の機能を持つテタヌストキシン無毒化C末端断片とCreの融合タンパク質を発現するアデノ随伴ウイルスベクター(AAV-CMV-Cre-TTC-2A-mCherry)の開発を行った。Cre依存的に遺伝子を発現するAAV-CMV-FLEX-GFPウイルスベクターとの組み合わせによって投射経路特異的に遺伝子発現誘導を確認した。CreとFlpの二重選択で遺伝子発現を誘導するアデノ随伴ウイルスベクター(dFRT-CMV-FLEX-GFP)の開発に成功しており、これらを用いて多重選択による投射経路特異的な遺伝子発現制御を試みる。

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

当初の予定をほぼ達成しており、計画通りに順調に進展している。

今後の研究の推進方策

経シナプスCreの開発は出来ているが、移行効率が高くない。そのため多重選択では、十分な数の神経細胞に遺伝子発現を行うことが難しい。そこで、様々なモチーフの追加や配列の工夫によってこれを向上させるための改変を行っている。

研究成果

• [雑誌論文] Modulation of water efflux through functional interaction between TRPV4 and TMEM16A/anoctamin 1. (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayama Y, Shibasaki K, Suzuki Y, Yamanaka A, Tominaga M
  • 雑誌名: FASEB J 巻: 28 ページ: 2238-2248
  • DOI: doi: 10.1096/fj.13-243436
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GABAB agonism promotes sleep and reduces cataplexy in murine narcolepsy. (2014)
  • 著者名/発表者名: Black SW, Morairty SR, Chen TM, Leung AK, Wisor JP, Yamanaka A, Kilduff TS
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 34 ページ: 6485-6494
  • DOI: doi: 10.1523/JNEUROSCI.0080-14.2014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conditional ablation of orexin/hypocretin neurons: A new mouse model for the study of narcolepsy and orexin system function. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tabuchi S, Tsunematsu T, Black SW, Tominaga M, Maruyama M, Takagi K, Minokoshi Y, Sakurai T, Kilduff TS, Yamanaka A
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 34 ページ: 6495-6509
  • DOI: doi: 10.1523/JNEUROSCI.0073-14.2014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optogenetic manipulation of activity and temporally-controlled cell-specific ablation reveal a role for MCH neurons in sleep/wake regulation. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsunematsu T,Ueno T, Tabuchi S, Inutsuka A,Tanaka KF, Hasuwa H, Kilduff TS, Terao A, Yamanaka A
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 34 ページ: 6896-6909
  • DOI: doi: 10.1523/JNEUROSCI.5344-13.2014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optogenetic activation of dorsal raphe serotonin neurons enhances patience for future rewards. (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki KW, Miyazaki K, Tanaka KF, Yamanaka A, Takahashi A, Tabuchi S, Doya K
  • 雑誌名: Curr Biol 巻: 24 ページ: 2033-2040
  • DOI: doi: 10.1016/j.cub.2014.07.041.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Concurrent and robust regulation of feeding behaviors and metabolism by orexin neurons. (2014)
  • 著者名/発表者名: Inutsuka A, Inui A, Tabuchi S, Tsunematsu T, Lazarus M, Yamanaka A
  • 雑誌名: Neuropharmacology 巻: 85 ページ: 451-460
  • DOI: doi: 10.1016/j.neuropharm.2014.06.015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optogenetic activation of serotonergic neurons enhances anxiety-like behavior in mice. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohmura Y, Tanaka KF, Tsunematsu T, Yamanaka A,Yoshioka M
  • 雑誌名: Int J Neuropsychopharmacology 巻: 17 ページ: 1777-1783
  • DOI: doi: http://dx.doi.org/10.1017/S1461145714000637
  • 査読あり
• [学会発表] リズムと本能行動調節のメカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会 シンポジウム：流れる時と繰り返す時間の解剖生理学
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-22
  • 招待講演
• [学会発表] オレキシンの基礎的なメカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会 ランチョンセミナー
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] 特定神経活動操作による神経回路機能の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘、犬束 歩、山下 哲
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会 シンポジウム「特定細胞ネットワーク活性制御システムの脳機能／脳疾患解析への応用：脳細胞のシングルセルアナリシスへの挑戦」
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] Development of new tools for multiple selected gene expression control for specific neural pathway labeling in vivo using trans synaptic Cre recombinase. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A
  • 学会等名: SRI International Seminar
  • 発表場所: Menlo Park, CA, U.S.A.
  • 年月日: 2015-02-13
  • 招待講演
• [学会発表] 光遺伝学を用いた精神神経薬理研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 第44回日本神経精神薬理学会 教育セミナー
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] Regulatory mechanism of sleep/wakefulness revealed by using optogenetics. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A
  • 学会等名: 16th International Conference on Retinal Proteins
  • 発表場所: Nagahama, Japa
  • 年月日: 2014-10-09
  • 招待講演
• [学会発表] Neural regulatory mechanism of state transitions: wakefulness, non-REM and REM sleep. (2014)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 藤原セミナー
  • 発表場所: 伊豆
  • 年月日: 2014-09-27
  • 招待講演
• [学会発表] 覚醒ーノンレム睡眠ーレム睡眠調節における視床下部メラニン凝集ホルモン産生神経の役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘、犬束 歩、常松 友美
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会 シンポジウム 光遺伝学や科学遺伝学を用いた神経回路機能操作と行動制御
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-12
  • 招待講演
• [学会発表] Orexin/hypocretin and its physiological roles. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A
  • 学会等名: 5th International Symposium on the Physiology and Pharmacology of Temperature Regulation (PPTR)
  • 発表場所: Skukuza, South Africa
  • 年月日: 2014-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] Activity control or fate control of melanin concentrating hormone (MCH)-containing neurons. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A, Tsunematsu T, Inutsuka A
  • 学会等名: Korean Association for Laboratory Animal Science 2014 International Symposium
  • 発表場所: Yeosu, Korea
  • 年月日: 2014-08-21
  • 招待講演
• [学会発表] Behavior control by activity manipulatino of hypothalamic neurons using optogenetics. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A
  • 学会等名: University of Strathclyde Seminar
  • 発表場所: Glasgow, UK
  • 年月日: 2014-07-23
  • 招待講演
• [学会発表] Manipulation of neural activity and behavior control. (2014)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 第37回内藤コンファレンス
  • 発表場所: ニセコ
  • 年月日: 2014-07-16
  • 招待講演
• [学会発表] 睡眠覚醒調節におけるオレキシン神経の役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 日本睡眠学会第39回定期学術集会 シンポジウム：オレキシンの基礎から臨床
  • 発表場所: 徳島
  • 年月日: 2014-07-04
  • 招待講演
• [学会発表] Behavior Control by Activity Manipulation of Hypothalamic Neurons Using Optogenetics. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A
  • 学会等名: iCeMS International Symposium
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2014-06-13
  • 招待講演