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2012 年度 実績報告書

グリア細胞操作を起点とする神経活動変化と伝播様式解析

公募研究

研究領域脳内環境:恒常性維持機構とその破綻
研究課題/領域番号 24111551
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

田中 謙二  慶應義塾大学, 医学部, 准教授 (30329700)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワード神経科学 / 解剖学 / グリア / オプトジェネティクス / fMRI
研究実績の概要

グリア細胞操作を起点とする神経活動変化を調べるために、オプトジェネティクスを用いてグリア細胞だけを操作する実験系を用いた。具体的には、アストロサイト特異的にチャネルロドプシンを発現するマウスを遺伝子改変マウスの交配によって作成し、得られたマウスの大脳皮質に光を照射し、その時の神経活動変化を電気生理学的に解析した。光照射直後から、大脳皮質におけるシナプス電流の増加を反映する所見が、照射部位近傍から得られた。
神経細胞の応答の後に、大脳皮質全体へ活動が伝播することが知られていたが、脳のどこまで伝播するかc-fos mRNAのin situ hybridizationで明らかにした。c-fos mRNAは、照射側の大脳皮質に広範囲に発現した。対側の大脳皮質においてはc-fos mRNAの誘導は起こらなかった。
脳を構成する細胞の活性化、それに引き続く伝播をリアルタイムで可視化するために、オプトジェネティクスによる特定細胞集団の活性化と、fMRIによる活動伝播を組み合わせた実験系を構築した。この予備実験では海馬CA1神経細胞のオプトジェネティクスによる強制発火を用いた。麻酔下でMRI装置にマウスを入れ、後頭から刺入した光ファイバーを通じて背側海馬を照射した。麻酔下という条件があるものの、背側海馬からBOLD信号を取得することに成功した。アストロサイトの光刺激によってBOLD信号がどのように変化するか調べる実験系が整った。

現在までの達成度 (区分)
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

マウスfunctional MRIという難易度の高い実験を高い精度で構築することが出来た。海馬神経細胞を選択的に操作した場合のBOLD信号が光のon , offに応じて変化する様子を捉えることが出来た。
カルシウム濃度を操作できるマウスの作出については、ようやくtTAマウスと交配できる段階に来た。

今後の研究の推進方策

引き続き、グリア神経相互作用をオプトジェネティクスによって明確に切り分け、神経活動の変化を組織学的、電気生理学的、脳機能画像的に解析する。
カルシウム濃度を操作できるマウスの条件検討を進める。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Olig2-lineage cells preferentially differentiate into oligodendrocytes but their processes degenerate at the chronic demyelinating stage of proteolipid protein-overexpressing mouse.2013

    • 著者名/発表者名
      Shimizu T
    • 雑誌名

      J Neurosci Res.

      巻: 91 ページ: 178-186

    • DOI

      10.1002/jnr.23153.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Increased astrocytic ATP release results in enhanced excitability of the hippocampus.2013

    • 著者名/発表者名
      Lee HU
    • 雑誌名

      Glia.

      巻: 61 ページ: 210-224

    • DOI

      10.1002/glia.22427.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identification of optogenetically activated striatal medium spiny neurons by npas4 expression.2012

    • 著者名/発表者名
      Bepari AK
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 7 ページ: e52783

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0052783.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of an optogenetic byway for perturbing neuronal activity via glial photostimulation.2012

    • 著者名/発表者名
      Sasaki T
    • 雑誌名

      Proc Natl Acad Sci U S A

      巻: 109 ページ: 20720-20725

    • DOI

      10.1073/pnas.1213458109.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preinspiratory calcium rise in putative pre-Botzinger complex astrocytes.2012

    • 著者名/発表者名
      Okada Y
    • 雑誌名

      J Physiol

      巻: 590 ページ: 4933-44

    • DOI

      10.1113/jphysiol.2012.231464.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Shared Synaptic Pathophysiology in Syndromic and Nonsyndromic Rodent Models of Autism.2012

    • 著者名/発表者名
      Baudouin SJ
    • 雑誌名

      Science

      巻: 338 ページ: 128-132

    • DOI

      10.1126/science.1224159.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The manipulation of neural and cellular activities by ectopic expression of melanopsin.2012

    • 著者名/発表者名
      Koizumi A
    • 雑誌名

      Neurosci

      巻: 75 ページ: 3-5

    • DOI

      10.1016/j.neures.2012.07.010.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Serotonin receptor expression along the dorsal-ventral axis of mouse hippocampus.2012

    • 著者名/発表者名
      Tanaka KF
    • 雑誌名

      Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci

      巻: 367 ページ: 2395-2401

    • DOI

      10.1098/rstb.2012.0038.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ectopic expression of melanopsin in orexin/hypocretin neurons enables control of wakefulness of mice in vivo by blue light.2012

    • 著者名/発表者名
      Tsunematsu T
    • 雑誌名

      Neurosci

      巻: 75 ページ: 23-28

    • DOI

      10.1016/j.neures.2012.07.005.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Expanding the Repertoire of Optogenetically Targeted Cells with an Enhanced Gene Expression System.2012

    • 著者名/発表者名
      Tanaka KF
    • 雑誌名

      Cell Rep

      巻: 2 ページ: 397-406

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2012.06.011.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gene induction in mature oligodendrocytes with a PLP-tTA mouse line.2012

    • 著者名/発表者名
      Inamura N
    • 雑誌名

      Genesis

      巻: 50 ページ: 424-428

    • DOI

      10.1002/dvg.20808.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mitral cells in the olfactory bulb are mainly excited through a multistep signaling path.2012

    • 著者名/発表者名
      Gire DH
    • 雑誌名

      J Neurosci.

      巻: 32 ページ: 2964-2975

    • DOI

      10.1523/JNEUROSCI.5580-11.2012.

    • 査読あり
  • [学会発表] Npas4 mRNA expression can trace photoactivation of striatal medium spiny neurons at the cellular level.2013

    • 著者名/発表者名
      竹林 浩秀
    • 学会等名
      第118回日本解剖学会総会・全国学術集会
    • 発表場所
      香川
    • 年月日
      2013-03-28 – 2013-03-30
  • [学会発表] 光遺伝学を用いたチャネルロドプシン発現アストロサイトの活性化は神経活動を亢進させる2013

    • 著者名/発表者名
      吉田 慶多朗
    • 学会等名
      第90回日本生理学会大会
    • 発表場所
      東京 江戸川区
    • 年月日
      2013-03-27 – 2013-03-29
  • [学会発表] 精神科領域に重要な投射神経の発火をコントロールするマウスの開発2013

    • 著者名/発表者名
      田中 謙二
    • 学会等名
      第90回日本生理学会大会
    • 発表場所
      東京 江戸川区
    • 年月日
      2013-03-27 – 2013-03-29
    • 招待講演
  • [学会発表] 光操作による細胞機能制御2012

    • 著者名/発表者名
      田中 謙二
    • 学会等名
      光操作研究会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-09-27 – 2012-09-28
  • [学会発表] 発達期プルキンエ細胞体における登上線維シナプス排除機構2012

    • 著者名/発表者名
      宮崎 太輔
    • 学会等名
      第35回日本神経科学大会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-09-18 – 2012-09-21
  • [学会発表] ChR2-induced astrocytic depolarization augments neuronal activities in vivo.2012

    • 著者名/発表者名
      高田 則雄
    • 学会等名
      APRU-BMAP 2012/FIRST 2012シンポジウム「脳/心の進化と疾患(Diseases and Evolution of Brain and Mind)」
    • 発表場所
      東京 港区
    • 年月日
      2012-08-29 – 2012-08-31
  • [備考] 生理学研究所 生きたままのマウスの脳細胞を光で操作する技術の開発

    • URL

      http://www.nips.ac.jp/contents/release/entry/2012/07/post-219.html

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公開日: 2018-02-02  

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