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2014 年度 実績報告書

樹状突起における情報処理ダイナミクスの解析

公募研究

研究領域メゾスコピック神経回路から探る脳の情報処理基盤
研究課題/領域番号 25115701
研究機関東北大学

研究代表者

八尾 寛  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (00144353)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワードニューロン新生 / 海馬 / 神経幹細胞 / Ca2+チャネル / 筋細胞分化 / オプトジェネティクス / チャネルロドプシン / 大脳皮質
研究実績の概要

海馬歯状回においては、成体においても顆粒細胞が新生されている。ニューロン新生は、ネットワーク活動に依存し、アトラクター形成に関与していることが示唆されている。また、その異常がてんかん発症のメカニズムの一つとして重要である。しかし、海馬の神経幹細胞が活動依存的にニューロンに分化するメカニズムは未解明である。われわれは、成体ラット海馬歯状回からクローニングされた神経幹細胞PZ5をモデル系に用い、PZ5から産生されるニューロンがL型Ca2+チャネルの活性化により増加し、その抑制により減少することを見出した。さらに、そのプロセスの詳細を研究し、L型Ca2+チャネルが臨界期における新生ニューロンの生存と成熟を促進することを明らかにした(Teh et al., 2014)。ChRGR遺伝子をマウスの筋芽細胞C2C12に組み込んだ。この改変型チャネル遺伝子導入で、青緑色光に感受性を持つ筋細胞を作り、リズミックに照射した。その結果、青緑色光の照射を受けた細胞は、サルコメア構造の発達が促進され、光刺激に応答して収縮することを解明した(Asano et al., 2015)。オプトジェネティクスを用いたメゾスコピック研究を促進する目的で、ChR1とChR2のキメラのChRWR, ChRFRに点変異度導入し、その機能を詳細に研究した。とくにChRFR-C167Aは、膜発現効率や光電流の大きさにおいてすぐれており、大脳皮質錐体細胞など比較的大型のニューロンを微弱光で光刺激をする目的に最適化されていた(Hososhima et al., 2015)。また、バクテリア由来のNa+トランスポーター型ロドプシンをニューロンに発現させることにより、光依存的に長時間安定した活動抑制が引き起こされることを確認した(Kato et al., 2015)。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (43件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (26件) (うち招待講演 9件) 図書 (3件) 備考 (5件)

  • [雑誌論文] Optogenetic induction of contractile ability in immature C2C12 myotubes.2015

    • 著者名/発表者名
      Asano T, Ishizuka T, Morishima K, Yawo H
    • 雑誌名

      Sci Rep.

      巻: 5 ページ: 8317

    • DOI

      10.1038/srep08317

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Kinetic evaluation of photosensitivity in bi-stable variants of chimeric channelrhodopsins.2015

    • 著者名/発表者名
      Hososhima S, Sakai S, Ishizuka T, Yawo H
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 10 ページ: e0119558

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0119558

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structural basis for Na+ transport mechanism by a light-driven Na+ pump.2015

    • 著者名/発表者名
      Kato HE, Inoue K, Abe-Yoshizumi R, Kato Y, Ono H, Konno M, Ishizuka T, Hoque MR, Hososhima S, Kunitomo H, Ito J, Yoshizawa S, Yamashita K, Takemoto M, Nishizawa T, Taniguchi R, Kogure K, Maturana AD, Iino Y, Yawo H, Ishitani R, Kndori H, Nureki O
    • 雑誌名

      Nature

      巻: Apr 6 ページ: -

    • DOI

      10.1038/nature14322

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chimeras of channelrhodopsin-1 and -2 from Chlamydomonas reinhardtii possess distinctive light-induced structural changes with less protonation change of a key glutamate residue for the gating behavior.2015

    • 著者名/発表者名
      Inaguma A, Tsukamoto H, Kato HE, Kimura T, Ishizuka T, Yawo H, Nureki O, Furutani Y
    • 雑誌名

      J Biol Chem

      巻: Mar 21 ページ: -

    • DOI

      jbc.M115.642256

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Near-infrared (NIR) optogenetics using up-conversion system.2015

    • 著者名/発表者名
      Shoko Hososhima ; Hideya Yuasa ; Toru Ishizuka and Hiromu Yawo
    • 雑誌名

      Proc. SPIE

      巻: 9305 ページ: 93052R

    • DOI

      10.1117/12.2078875

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optogenetic patterning of whisker-barrel cortical system in transgenic rat expressing channelrhodopsin-2.2014

    • 著者名/発表者名
      Honjoh T, Ji Z-G, Yokoyama Y, Sumiyoshi A, Shibuya Y, Matsuzaka Y, Kawashima R, Mushiake H, Ishizuka T, Yawo H
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 9 ページ: e93706

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0093706

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Regulation of later neurogenic stages of adult-derived neural stem/progenitor cells by L-type Ca2+ channels.2014

    • 著者名/発表者名
      Teh DBL, Ishizuka T, Yawo H
    • 雑誌名

      Develop Growth Differ

      巻: 56 ページ: 583-594

    • DOI

      0.1111/dgd.12158

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Photofunctional nanomodulators for bioexcitation.2014

    • 著者名/発表者名
      Miyako E, Russier J, MauroM, Cebrian C, Yawo H, Menard-Moyon C, Hutchison JA, Yudasaka M, Iijima S, De Cola L, Bianco A
    • 雑誌名

      Angew Chem Int Ed.

      巻: 53 ページ: 13121-13125

    • DOI

      10.1002/anie.201407169

    • 査読あり
  • [雑誌論文] オプトジェネティクスによる細胞機能の光操作.2014

    • 著者名/発表者名
      江川遼,八尾寛
    • 雑誌名

      細胞

      巻: 46 ページ: 35-38

  • [学会発表] チャネルロドプシン光電変換の特性と応用2015

    • 著者名/発表者名
      八尾 寛
    • 学会等名
      理研シンポジウム「細胞システムの動態と論理 Ⅶ」
    • 発表場所
      和光市
    • 年月日
      2015-04-02 – 2015-04-03
    • 招待講演
  • [学会発表] A new reporter rat line which express bright red fluorescent protein (tdTomato) conditionally under Cre-loxP system.2015

    • 著者名/発表者名
      Igarashi H, Koizumi K, Kaneko R, Ikeda K, Onimaru H, Yanagawa Y, Muramatsu S-I, Ishizuka T, Yawo H
    • 学会等名
      第92回日本生理学会大会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-23
  • [学会発表] Discrimination of optogenetic whisker pattern in channelrhodopsin-2 transgenic rat.2015

    • 著者名/発表者名
      Abe K, Ishizuka T, Yawo H
    • 学会等名
      第92回日本生理学会大会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-23
  • [学会発表] Opt-fMRI study of whisker-barrel cortical responses using channelrhodopsin-2 expressing rat.2015

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Y, Sumiyoshi A, Kawashima R, Yawo H
    • 学会等名
      第92回日本生理学会大会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-23
  • [学会発表] 八尾寛. チャネルロドプシンの分子ダイナミクス.2015

    • 著者名/発表者名
      八尾寛
    • 学会等名
      蛋白研セミナー「光運動反応・光センサー蛋白質・光遺伝学」
    • 発表場所
      吹田
    • 年月日
      2015-03-10 – 2015-03-11
    • 招待講演
  • [学会発表] Near-infrared (NIR) optogenetics using up-conversion system.2015

    • 著者名/発表者名
      Hososhima S, Yuasa H, Ishizuka T, Yawo H
    • 学会等名
      SPIE Photonics West-Bios
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2015-02-07 – 2015-02-12
  • [学会発表] 光で生命機能に干渉する ~オプトジェネティクス(光遺伝学)の現況と展望~(チュートリアル).2014

    • 著者名/発表者名
      八尾寛
    • 学会等名
      応用物理学会 量子エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      軽井沢
    • 年月日
      2014-12-19 – 2014-12-20
    • 招待講演
  • [学会発表] 触覚時空間パターン脳内表現のオプトジェネティクス.2014

    • 著者名/発表者名
      八尾寛
    • 学会等名
      第35 回日本レーザー医学会総会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-11-29 – 2014-11-30
    • 招待講演
  • [学会発表] ランタニドナノ粒子のアップコンバージョン効果を応用した生体の近赤外光操作.2014

    • 著者名/発表者名
      細島頌子, 湯浅英哉, 石塚徹, 八尾寛
    • 学会等名
      第36回日本バイオマテリアル学会大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-11-17 – 2014-11-18
  • [学会発表] Developmental connectomics of axonal reorganization in avian ciliary ganglion.2014

    • 著者名/発表者名
      R. Egawa, S. Hososhima, T. Ishizuka, H. Yawo
    • 学会等名
      Neuroscience 2014
    • 発表場所
      Washington DC, USA
    • 年月日
      2014-11-15 – 2014-11-19
  • [学会発表] Evaluation of a novel reporter rat line which conditionally expresses red fluorescent protein (tdTomato).2014

    • 著者名/発表者名
      H. Igarashi, K. Koizumi, R. Kaneko, K. Ikeda, H. Onimaru, Y. Yanagawa, S.-I. Muramatsu, T. Ishizuka, H. Yawo
    • 学会等名
      Neuroscience 2014
    • 発表場所
      Washington DC, USA
    • 年月日
      2014-11-15 – 2014-11-19
  • [学会発表] 感覚の遺伝子工学.2014

    • 著者名/発表者名
      八尾寛
    • 学会等名
      第5回感性センシング応用ロードマップ技術分科会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-11-04 – 2014-11-04
    • 招待講演
  • [学会発表] Optogenetic patterning of touch perception -- sensing light by skin.2014

    • 著者名/発表者名
      Yawo H. Yokoyama Y, Sumiyoshi A, Abe A, Koizumi K, Egawa R, Liu Y, Ohshiro T, Matsuzaka Y, Kawashima R, Mushiake H, Ishizuka T
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Retinal Proteins (ICRP2014)
    • 発表場所
      Nagahama, Japan
    • 年月日
      2014-10-05 – 2014-10-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Bi-stable variants of chimeric channelrhodopsins - kinetics-dependent activation of neurons2014

    • 著者名/発表者名
      Hososhima S, Ishizuka T, Yawo H.
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Retinal Proteins (ICRP2014)
    • 発表場所
      Nagahama, Japan
    • 年月日
      2014-10-05 – 2014-10-10
  • [学会発表] Light-induced membrane depolarization by two-component optogenetic.2014

    • 著者名/発表者名
      A. Zamani, T. Ishizuka, H. Yawo
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Retinal Proteins (ICRP2014)
    • 発表場所
      Nagahama, Japan
    • 年月日
      2014-10-05 – 2014-10-10
  • [学会発表] Functional MRI signal to optogenetic tactile pattern of channelrhodopsin-2 expressing rat in barrel cortex.2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Yokoyama, A. Sumiyoshi, R. Kawashima, H. Yawo
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Retinal Proteins (ICRP2014)
    • 発表場所
      Nagahama, Japan
    • 年月日
      2014-10-05 – 2014-10-10
  • [学会発表] 触覚パターンのオプトジェネティクス制御.2014

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 横山超一, 住吉晃, 阿部健太, 小泉協, 江川遼, 劉越人, 大城朝一, 松坂義哉, 川島隆太, 虫明元, 石塚徹
    • 学会等名
      第52回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2014-09-25 – 2014-09-27
    • 招待講演
  • [学会発表] ニワトリ胚毛様体神経節の発達期におけるカスパーゼ6依存的なシナプスリモデリング.2014

    • 著者名/発表者名
      加藤秀理,江川遼,細島頌子,石塚徹,八尾寛.
    • 学会等名
      第37回日本神経科学大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-09-11 – 2014-09-30
  • [学会発表] ニワトリ胚毛様体神経節における軸索再編成の発達期コネクトミクス研究.2014

    • 著者名/発表者名
      江川遼,細島頌子,石塚徹,八尾寛
    • 学会等名
      第37回日本神経科学大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-09-11 – 2014-09-30
  • [学会発表] オプトジェネティックスを用いた触覚パターンによるバレル野のfMRI応答.2014

    • 著者名/発表者名
      横山超一,住吉晃,川島隆太,八尾寛
    • 学会等名
      第37回日本神経科学大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-09-11 – 2014-09-30
  • [学会発表] 赤色蛍光タンパク質tdTomatoをCre-loxPコンディショナルに発現するレポーターラットの評価.2014

    • 著者名/発表者名
      五十嵐敬幸,小泉協,金子涼輔,池田啓子,鬼丸洋,柳川右千夫,村松 慎一,石塚 徹,八尾寛
    • 学会等名
      第37回日本神経科学大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-09-11 – 2014-09-13
  • [学会発表] 光を触覚として感じるラット.2014

    • 著者名/発表者名
      八尾寛
    • 学会等名
      光操作研究会シンポジウム
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2014-08-21 – 2014-08-22
    • 招待講演
  • [学会発表] Target-dependent direction of Muse cell differentiation -- a proposal of in vitro model system.2014

    • 著者名/発表者名
      H. Igarashi, T. Morita, T. Murakami, Y. Matsuzaki, A. Konno, T. Ishizuka, M. Dezawa, H. Yawo
    • 学会等名
      5th International Congress on Stem Cells and Tissue Formation
    • 発表場所
      Dresden, Germany
    • 年月日
      2014-07-08 – 2014-07-11
  • [学会発表] 発達期ニワトリ胚毛様体神経節で見られるプレシナプス刈り込みへのカスパーゼ6の関与.2014

    • 著者名/発表者名
      加藤秀理,江川遼,細島頌子,石塚徹,八尾寛
    • 学会等名
      第47回発生生物学会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-05-27 – 2014-05-30
  • [学会発表] Rat-Based Systems for Basic and Clinical Optogenetics.2014

    • 著者名/発表者名
      Yawo H.
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Photosensory Receptors and Signal Transduction
    • 発表場所
      Lucca (Barga), Italy
    • 年月日
      2014-04-06 – 2014-04-11
    • 招待講演
  • [学会発表] The molecular determinants involved in the Gd3+-dependent channel block of channelrhodopsins.2014

    • 著者名/発表者名
      Yawo H, Watanabe S, Ishizuka T
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Photosensory Receptors and Signal Transduction
    • 発表場所
      Lucca (Barga), Italy
    • 年月日
      2014-04-06 – 2014-04-11
  • [図書] Optogenetics: Light-Sensing Proteins and Their Applications2015

    • 著者名/発表者名
      Yawo H, Kandori H, Koizumi Eds.
    • 総ページ数
      512
    • 出版者
      Springer, Tokyo
  • [図書] Chaptor 8. General description: Future prospects of optogenetics. “Optogenetics: Light-Sensing Proteins and Their Applications”2015

    • 著者名/発表者名
      Yawo, H., Egawa, R., Hososhima, S., Wen, L
    • 総ページ数
      22
    • 出版者
      Springer, Tokyo
  • [図書] Chaptor 21. Strategies to probe mechanoreception: from mechanical to optogenetic approaches. “Optogenetics: Light-Sensing Proteins and Their Applications”2015

    • 著者名/発表者名
      Ji, Z.-G., Ishizuka, T., Yawo, H
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      Springer, Tokyo
  • [備考] 東北大学研究者紹介

    • URL

      http://db.tohoku.ac.jp/whois/detail/0684d30b13c056e926b65120463918fb.html

  • [備考] 東北大学大学院生命科学研究科

    • URL

      http://www.lifesci.tohoku.ac.jp/

  • [備考] 脳機能解析分野

    • URL

      http://neuro.med.tohoku.ac.jp/

  • [備考] 東北大学脳科学センター

    • URL

      http://www.bsc.tohoku.ac.jp/contents/c2_32/c2_32_yao_h.html

  • [備考] 東北大学プレスリリース

    • URL

      http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2015/02/press20150205-01.html

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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