高感度カルシウムプローブを用いた神経局所温度―活動連関の研究

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 温度を基軸とした生命現象の統合的理解
• 研究課題/領域番号: 16H01378
• 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): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 神経科学 / シナプス / カルシウム活動 / 代謝活動 / 温度

研究実績の概要

海馬錐体細胞において、グルタミン酸作動性の興奮性シナプス入力部位である個々の樹状突起棘（スパイン）は記憶に重要な役割を果たしている。統合失調症等の一部の神経疾患では海馬でのスパインの萎縮やスパイン数の減少等に伴って進行性の記憶障害が生じるが、その１つの原因としてミトコンドリアの障害によるＡＴＰの産生低下、ひいてはシナプスでの熱産生の低下が関与する可能性がある。しかしＡＴＰ産生や熱産生の低下がどのようにスパインの活動不全を起こすのかは未だに明らかにされていない。本研究は、統合失調症様の症状を誘発させる薬物の投与や遺伝子の操作によって個々のスパインの温度、Ｃａ２＋活動、ＡＴＰ産生がどのように変化するのかを明らかにし、記憶障害の発現・進行に関わる神経局所温度―活動連関を解明することを目的としている。２９年度はシナプスの温度、Ｃａ２＋活動、ＡＴＰ産生の経時変化をイメージングで測定することを可能にする蛍光プローブの改良を行った。シナプス内のＣａ２＋活動を高精度に評価できるように蛍光Ｃａ２＋プローブの明るさと感度の改善を進めた結果、高輝度でＧ－ＣａＭＰ７．０９より格段に高感度なＣａ２＋プローブであるＧ－ＣａＭＰ７．０９改良体を開発することに成功した。開発したＣａ２＋プローブは、シナプス病態の経時的な進行を明らかにすべく既存の温度プローブ、ＡＴＰプローブとともに神経標本に適用し、長時間培養下での蛍光イメージングを行った。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Fast varifocal two-photon microendoscope for imaging neuronal activity in the deep brain. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato M, Motegi Y, Yagi S, Gengyo-Ando K, Ohkura M, Nakai J
  • 雑誌名: Biomed Opt Express 巻: 8 ページ: 4049-4060
  • DOI: 10.1364/BOE.8.004049
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two-photon calcium imaging of the medial prefrontal cortex and hippocampus without cortical invasion. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kondo M, Kobayashi K, Ohkura M, Nakai J, Matsuzaki M
  • 雑誌名: eLife 巻: 6:e26839 ページ: 1-20
  • DOI: 10.7554/eLife.26839
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A new platform for long-term tracking and recording of neural activity and simultaneous optogenetic control in freely behaving Caenorhabditis elegans. (2017)
  • 著者名/発表者名: Gengyo-Ando K, Kagawa-Nagamura Y, Ohkura M, Fei X, Chen M, Hashimoto K, Nakai J
  • 雑誌名: J Neurosci Methods 巻: 286 ページ: 56-68
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2017.05.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] An R-CaMP1.07 reporter mouse for cell-type-specific expression of a sensitive red fluorescent calcium indicator. (2017)
  • 著者名/発表者名: Bethge P, Carta S, Lorenzo DA, Egolf L, Goniotaki D, Madisen L, Voigt FF, Chen JL, Schneider B, Ohkura M, Nakai J, Zeng H, Aguzzi A, Helmchen F
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 12:e0179460 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0179460
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ca2＋センサーG-CaMPの進歩 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, 中井淳一
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 68(5) ページ: 442-443
  • DOI: 10.11477/mf.2425200685
• [学会発表] 小脳苔状線維活動のカルシウムイメージングによる解析. (2018)
  • 著者名/発表者名: 真仁田聡, 池添貢司, 佐藤正晃, 大倉正道, 中井淳一, 林康紀, 喜多村和郎
  • 学会等名: 第95回日本生理学会大会
• [学会発表] タンパク質でできた蛍光センサーによる生体内カルシウムイメージング. (2018)
  • 著者名/発表者名: 中井淳一, 大倉正道, 佐藤正晃, 安藤恵子
  • 学会等名: レーザー学会技術講演会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Unraveling the dynamism of engram cells during contextual memory processing. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ghandour K, Ohkawa N, Fung CCA, Saitoh Y, Takekawa T, Asai H, Okubo-Suzuki R, Nomoto M, Soya S, Tsujimura S, Nishizono H, Matsuo M, Sato M, Ohkura M, Nakai J, Hayashi Y, Sakurai T, Osanai M, Fukai T, Inokuchi K
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2017 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Two-photon calcium imaging of medial prefrontal cortex and hippocampus without cortical invasion. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kondo M, Kobayashi K, Nakai J, Ohkura M, Matsuzaki M
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2017 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Functional breakdown processes of neural circuits in hippocampal CA1 region of Alzheimer’s disease model mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takamura R, Mizuta K, Sekine Y, Islam T, Saito T, Takekawa T, Ohkura M, Fukai T, Nakai J, Saido TC, Hayashi Y
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2017 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Cellular mechanisms for the formation and plasticity of hippocampal cognitive maps. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato M, Mizuta K, Islam T, Kawano M, Takekawa T, Gomez-Dominguez D, Yamakawa H, Ohkura M, Fukai T, Nakai J, Hayashi Y
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2017 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] カルシウムイメージング法によるホヤ幼生gnrh発現細胞の活動記録. (2017)
  • 著者名/発表者名: 大川奈菜子, 島井光太郎, 大倉正道, 中井淳一, 堀江健生, 久原篤, 日下部岳広
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会 (ConBio2017)
• [学会発表] Ultra-thin fluorescence endoscope imaging system for functional biological imaging. (2017)
  • 著者名/発表者名: Osanai M, Ohkawa N, Kamiya A, Inami C, Sato M, Ohkura M, Kojima T, Kohmura Y, Hayashi Y, Yanagawa Y, Ohsawa M, Nakai J, Inokuchi K, Homma N, Mushiake H
  • 学会等名: 計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 2017
• [学会発表] 線虫自動追尾装置による神経活動の可視化. (2017)
  • 著者名/発表者名: 中井淳一, 大倉正道, 橋本浩一, 安藤恵子
  • 学会等名: 生理研研究会「心臓・血管系の頑健性と精緻な制御を支える分子基盤の統合的解明」
• [学会発表] 複数の空間スケールのカルシウムイメージングにより明らかにされる感覚誘発大脳皮質ダイナミクス. (2017)
  • 著者名/発表者名: 茂木優貴, 佐藤正晃, 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40回日本神経科学大会
• [学会発表] 頭部固定コモンマーモセット一次運動野における前肢運動課題実行中の2光子イメージング. (2017)
  • 著者名/発表者名: 蝦名鉄平, 正水芳人, 平川玲子, 渡我部昭哉, 大倉正道, 小林憲太, 纐纈大輔, 南部篤, 彦坂和雄, 佐々木えりか, 中井淳一, 山森哲雄, 松崎政紀
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] 海馬CA1セルアセンブリによる報酬事象表現. (2017)
  • 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, 高村理沙, 竹川嵩志, 大倉正道, 深井朋樹, 中井淳一, 林康紀
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] 内側前頭野における皮質内非侵襲な二光子カルシウムイメージング法の開発. (2017)
  • 著者名/発表者名: 近藤将史, 大倉正道, 中井淳一, 小林憲太, 松崎政紀
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] 超視野2光子励起顕微鏡による単一細胞解像度での複数領野同時イメージング法の開発. (2017)
  • 著者名/発表者名: 寺田晋一郎, 大倉正道, 中井淳一, 小林憲太, 松崎政紀
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] 大脳皮質に投射した視床軸索の広視野カルシウムイメージング. (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田恵梨子, 寺田晋一郎, 大倉正道, 中井淳一, 小林憲太, 松崎政紀
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] 脳機能イメージングのための極微細蛍光内視鏡イメージングシステム. (2017)
  • 著者名/発表者名: 小山内実, 大川宜昭, 坂本一寛, 三輪秀樹, 菊田里美, 田村篤史, 佐藤正晃, 大倉正道, 小島太郎, 幸村裕治, 中井淳一, 林康紀, 柳川右千夫, 井ノ口馨, 本間経康, 虫明元
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Identification of characteristic dynamism of engram cells during learning. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ghandour K, Ohkawa N, Fung CCA, Saitoh Y, Takekawa T, Asai H, Okubo-Suzuki R, Nomoto M, Tsujimura S, Nishizono H, Matsuo M, Sato M, Ohkura M, Nakai J, Hayashi Y, Fukai T, Inokuchi K
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] 海馬認知地図形成の神経細胞ダイナミクス. (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤正晃, 水田恒太郎, Islam T, 河野真子, 竹川高志, Gomez-Dominguez D, 山川宏, 大倉正道, 深井朋樹, 中井淳一, 林康紀
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] アルツハイマー病モデルマウス海馬CA1領域における神経機能回路の破綻過程. (2017)
  • 著者名/発表者名: 高村理沙, 水田恒太郎, 関根友紀子, Islam T, 斉藤貴志, 竹川高志, 大倉正道, 深井朋樹, 中井淳一, 西道隆臣, 林康紀
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] 遺伝子コード型プローブを用いたCa2+イメージング. (2017)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道
  • 学会等名: 滋賀医科大学第123回実験実習支援センターセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝子コード型プローブを用いたCa2+イメージング. (2017)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道
  • 学会等名: 第58回日本組織細胞化学会総会・学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 新規電位センサー・カルシウムセンサーを用いた神経活動測定. (2017)
  • 著者名/発表者名: 中井淳一, 大倉正道, 佐藤正晃, 安藤恵子
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会シンポジウム
  • 招待講演
• [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] 高輝度な緑色蛍光カルシウムセンサー蛋白質 (2017)
  • 発明者名: 大倉正道, 中井淳一
  • 権利者名: 国立大学法人埼玉大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2017- 80368