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

2015 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 / Creリコンビナーゼ / フリッパーゼ / 逆行性感染

研究実績の概要

特定の領域に投射している神経細胞特異的に遺伝子を発現させるために、破傷風毒素の無毒化C末断片を融合させた経シナプスCre(Cre-TTC)を作成した。これを発現するアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターを作成し、様々な脳領域において発現と機能を確認した。投射元の神経細胞にCre-TTCを発現させ、投射元神経細胞に投射している神経にはCre依存的に遺伝子発現を起こすAAVを感染させた。また、AAVだけではなく、逆行性感染を起こすことが知られているイヌアデノウイルス(CAV2)を用いて投射経路特異的な遺伝子発現を確認した。投射先領域にCre依存的にフリッパーゼ(Flp)を発現するCAV2を感染させ、投射する神経にはFlp依存的に遺伝子発現を起こすAAVを感染させた。つまりCAV2を感染させた領域に投射するCre発現神経細胞だけで、Flpが発現して機能することになる。FlpはFRT配列を認識して組換えを起こすため、Cre活性とは別に遺伝子発現を制御することが可能となる。この方法を用いてCre-TTCとCAV2との投射経路特異的な遺伝子発現効率を比較して検討をおこなった。CAV2と比べてCre-TTCによる投射経路特異的ラベルは、遺伝子発現細胞が認められるものの、数が少なかった。これは、経シナプスの効率が悪いためと考えられる。そのため、さらに効率を上昇させるような改良が必要であることが分かった。

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

投射経路特異的な遺伝子発現を確認することが出来ており、Cre-TTCが経シナプス逆行性に移行することを確認した。逆行性感染をするCAV2と効率を比較することで機能を評価することが可能となった。

今後の研究の推進方策

Cre-TTCの経シナプス移行効率を向上させるために、様々な付加配列を検討しており、それらを付加したタンパク質を発現するためのプラスミド構築を進めている。これらを用いて移行効率が上昇するかどうか確認を行っていく。

研究成果

• [国際共同研究] University of Strathclyde(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Strathclyde
• [国際共同研究] SRI International(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: SRI International
• [雑誌論文] Progressive Loss of the Orexin Neurons Reveals Dual Effects on Wakefulness (2016)
  • 著者名/発表者名: Branch AF, Navidi W, Tabuchi S, Terao A, Yamanaka A, Scammell TE, Behn CD.
  • 雑誌名: Sleep 巻: 39 (2) ページ: 369-377
  • DOI: 10.5665/sleep.5446.
• [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: 1304-16
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2015.05.006.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Atomistic design of microbial opsin-based blue-shifted optogenetics tools (2015)
  • 著者名/発表者名: Kato HE, Kamiya M, Sugo S, Ito J, Taniguchi R, Orito A, Hirata K, Inutsuka A,Yamanaka A, Maturana AD, Ishitani R, Sudo Y, Hayashi S, Nureki O
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 6 ページ: 7177
  • DOI: 10.1038/ncomms8177.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Insular neural system controls decision-making in healthy and methamphetamine-treated rats (2015)
  • 著者名/発表者名: Mizoguchi H, Katahira K, Inutsuka A, Fukumoto K, Nakamura A, Wang T, Nagai T, Sato J, Sawada M, Ohira H,Yamanaka A, Yamada K
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 112 (29) ページ: E3930-9
  • DOI: 10.1073/pnas.1418014112
  • 査読あり
• [雑誌論文] TRPV4 activation at the physiological temperature is a critical determinant of neuronal excitability and behavior. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shibasaki K, Sugio S, Takao K, Yamanaka A, Miyakawa T, Tominaga M, Ishizaki Y
  • 雑誌名: Pflugers Arch 巻: 467 (12) ページ: 2495-2507
  • DOI: 10.1007/s00424-015-1726-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neuronal Heterotopias Affect the Activities of Distant Brain Areas and Lead to Behavioral Deficits (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishii K, Kubo K, Endo T, Yoshida K, Benner S, Ito Y, Aizawa H, Aramaki M, Yamanaka A, Tanaka K, Takata N, Tanaka KF, Mimura M, Tohyama C, Kakeyama M, Nakajima K.
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 35 (36) ページ: 12432-12445
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3648-14.2015.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Near-infrared (NIR) up-conversion optogenetics. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hososhima S, Yuasa H, Ishizuka T, Hoque MR, Yamashita T, Yamanaka A, Sugano E, Tomita H, Yawo H
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 5 ページ: 16533
  • DOI: 10.1038/srep16533.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Challenges in the development of therapeutics for narcolepsy (2015)
  • 著者名/発表者名: Black SW, Yamanaka A, Kilduff TS
  • 雑誌名: Prog Neurobiol 巻: 印刷中 ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.pneurobio.2015.12.002.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] How genetically engineered systems are helping to define, and in some cases redefine, the neurobiological basis of sleep and wake (2015)
  • 著者名/発表者名: Fuller PM, Yamanaka A, Lazarus M
  • 雑誌名: Temperature 巻: 2 (3) ページ: 406-417
  • DOI: 10.1080/23328940.2015.1075095
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 光遺伝学、薬理遺伝学を用いた睡眠覚醒調節メカニズムの解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 2015年度第2回バイオ単分子研究会
  • 発表場所: いわき
  • 年月日: 2016-03-30 – 2016-03-31
  • 招待講演
• [学会発表] 視床下部神経細胞による睡眠覚醒調節と記憶の制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 日本薬学会第136年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-03-26 – 2016-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] 視床下部ペプチド作動性神経細胞による睡眠覚醒と記憶の制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 年月日: 2016-03-22 – 2016-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] オレキシン神経の活動操作と運命制御による痛み知覚における役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘、犬束 歩、山下 哲
  • 学会等名: 第89回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-03-09 – 2016-03-11
  • 招待講演
• [学会発表] 睡眠覚醒調節と睡眠関連脳機能の制御メカニズムについて (2016)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 千里ライフサイエンスセミナー J5： 光遺伝学による脳・生物学研究最前線
  • 発表場所: 豊中
  • 年月日: 2016-02-26
  • 招待講演
• [学会発表] MCH neurons regulates sleep/wakefulness and memory (2016)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 大脳新皮質構築終了国際シンポジウム「Neocortical Organization III」
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-02-11 – 2016-02-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hypothalamic peptidergic neurons regulates sleep/wakefulness and memory (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: International Symposium Optogenetics 2015
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-12-04 – 2015-12-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 光遺伝学、薬理遺伝学を用いた神経活動操作と講堂制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 医用光学・分光学系合同研究会 Medical Optics & Spectoscopy 2016
  • 発表場所: 宮崎
  • 年月日: 2015-11-12
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝学、薬理遺伝学を用いた青斑核ノルアドレナリン神経活動操作と自律機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 第68回日本自立神経学会総会 シンポジウム5： 自律神経の中枢制御
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-10-29 – 2015-10-30
  • 招待講演
• [学会発表] オレキシンとは？ 睡眠覚醒調節における役割について (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 第42回日本脳科学会ランチョンセミナー
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-10-29 – 2015-10-30
  • 招待講演
• [学会発表] 視床下部神経による睡眠覚醒調節と記憶の制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 比較記憶研究会「異なる動物種間での記憶回路制御機構の統合的理解による記憶回路原理の解明」
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2015-10-08 – 2015-10-09
  • 招待講演
• [学会発表] 丸ごと動物を用いた特定神経の活動操作と活動記録 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘、犬束 歩、山下 哲
  • 学会等名: 第42回日本神経内分泌学会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2015-09-18 – 2015-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] 睡眠と記憶の調節に関わる視床下部神経の役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘、常松友美、伊澤俊太郎、上野貴文、大村 優、寺尾 晶
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-07-28 – 2015-07-31
  • 招待講演
• [学会発表] How does the brain regulate sleep/wakefulness? (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: RIKEN BSI Summer Program Lecture Course
  • 発表場所: 和光
  • 年月日: 2015-07-20 – 2015-07-24
  • 招待講演
• [学会発表] 神経活動操作と運命制御を用いた睡眠関連機能の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘、犬束 歩、山下 哲
  • 学会等名: 日本睡眠学会第40回定期学術集会
  • 発表場所: 宇都宮
  • 年月日: 2015-07-02 – 2015-07-03
  • 招待講演
• [学会発表] Manipulation of specific neurons using optogenetics or pharmacogenetics (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 第56回日本神経学会学術大会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2015-05-20 – 2015-05-23
  • 招待講演
• [学会発表] Study of neuroendocrine system in hypothalamus using optogenetics and pharma (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: Seoul International Congress of Endocrinology and Metabolism
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2015-04-30 – 2015-05-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 光遺伝学、薬理遺伝学を用いた内分泌研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘、犬束 歩、常松友美、山下 哲
  • 学会等名: 第88回日本内分泌学会学術総会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-04-23 – 2015-04-25
  • 招待講演
• [図書] 光と生命の事典 (分担執筆） (2016)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 総ページ数: 420 (136-137)
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 分子脳科学 分子から脳機能と心に迫る (分担執筆） (2015)
  • 著者名/発表者名: 犬束歩、山中章弘
  • 総ページ数: 291 (171-180)
  • 出版者: 化学同人
• [図書] Orexin and Sleep (分担執筆） (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A, Tsunematsu T
  • 総ページ数: 410 (81-92)
  • 出版者: Springer
• [図書] Optogenetics: Light-Sensing Proteins and Their Applications (分担執筆） (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A
  • 総ページ数: 409 (241-248)
  • 出版者: Springer Japan
• [図書] Optogenetics: Light-Sensing Proteins and Their Applications (分担執筆） (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A, Tsunematsu T
  • 総ページ数: 409 (249-264)
  • 出版者: Springer Japan
• [備考] 名古屋大学環境医学研究所
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/
• [備考] 名古屋大学環境医学研究所神経系分野２
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/4/drof1/nr/