高感度シナプスカルシウムプローブを用いたスパイン病態進行機構の研究

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: マイクロエンドフェノタイプによる精神病態学の創出
• 研究課題/領域番号: 25116504
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 大倉 正道 埼玉大学, 脳科学融合研究センター, 准教授 (70369172)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 神経科学 / 海馬 / 樹状突起スパイン / シナプス形態―カルシウム活動連関 / 病態進行

研究概要

海馬は記憶の形成や想起に関わる脳部位であり、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の入力部位である個々の樹状突起棘（スパイン）が記憶に重要であると考えられている。統合失調症等の一部の精神疾患では進行性の記憶障害が生じるが、そのマイクロ病態として海馬でのスパインの萎縮やスパイン数の減少等が明らかにされてきた。しかしこれらのマイクロ病態がどのように進行しているのかは未だに解明されていない。本研究では、マウス海馬スライスの錐体細胞を標本として用い、統合失調症様精神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形態・機能やシナプス近傍の神経内外環境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・進行に関わるマイクロ病態を解明することを目的としている。25年度はまずシナプスの形態とCa2+活動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作製を行った。さらにシナプス病態の経時的な進行を明らかにするため、長時間培養下での蛍光イメージングを行うための実験条件を検討した。一方研究代表者らが以前に開発した高感度なシナプスCa2+プローブであるG-CaMP6-actinをマウス海馬スライスのCA3神経細胞に発現させて蛍光Ca2+イメージングを行った結果、発火閾値下での膜電位変化量と樹状突起スパインにおけるCa2+蛍光変化量に相関があることを見出した。

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

シナプスの形態とCa2+活動の解析用プローブの作製や長時間培養イメージングの条件検討が順調に進んでいるため。

今後の研究の推進方策

最終年度は、これまでの研究成果に基づき、統合失調症様精神症状を誘発させる薬物の投与や遺伝子の操作によりシナプス病態がどのように進行するのかを解析する。

研究成果

• [雑誌論文] Large-scale imaging of subcellular calcium dynamics of cortical neurons with G-CaMP6-actin. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi C, Ohkura M, Nakai J, Matsuki N, Ikegaya Y, *Sasaki T
  • 雑誌名: NeuroReport 巻: 25 ページ: 501-506
  • DOI: 10.1097/WNR.0000000000000126
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imaging of astrocytic activity in living rodents. (2014)
  • 著者名/発表者名: Takata N, Shinohara Y, Ohkura M, Mishima T, Nakai J, *Hirase H
  • 雑誌名: Neuromethods 巻: 85 ページ: 191-207
  • DOI: 10.1007/978-1-62703-785-3_12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Principal component analysis of odor coding at the level of third-order olfactory neurons in Drosophila. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroi M, Ohkura M, Nakai J, Matsuda N, Hashimoto K, Inoue K, Fiala A, *Tabata T
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 18 ページ: 1070-1081
  • DOI: 10.1111/gtc.12094
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pretreatment of donor islets with the Na+/Ca2+ exchanger inhibitor improves the efficiency of islet transplantation. (2013)
  • 著者名/発表者名: Mera T, Itoh T, Kita S, Kodama S, Kojima D, Nishinakamura H, Okamoto K, Ohkura M, Nakai J, Iyoda T, Iwamoto T, Matsuda T, Baba A, Omori K, Ono J, Watarai H, Taniguchi M, *Yasunami Y
  • 雑誌名: Am J Transplantation 巻: 13 ページ: 2154-2160
  • DOI: 10.1111/ajt.12306
  • 査読あり
• [雑誌論文] 蛍光Ca2+プローブタンパク質を用いた神経細胞とアストロサイトのCa2+イメージング. (2013)
  • 著者名/発表者名: *大倉正道，*中井淳一
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 142 ページ: 226-230
  • DOI: 10.1254/fpj.142.226
• [学会発表] 改良型緑色蛍光カルシウムプローブ蛋白質G-CaMP7aを用いたゼブラフィッシュの視覚認知における神経活動の可視化. (2014)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道，武藤彩，阿部玄武，川上浩一，中井淳一
  • 学会等名: 第87回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 20140319-20140321
• [学会発表] タンパク質型Ca2+インジケーターによる小胞体・ミトコンドリア内腔Ca2+動態の可視化と機能解析. (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木純二，金丸和典，石井邦明，大倉正道，大久保洋平，飯野正光
  • 学会等名: 第87回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 20140319-20140321
• [学会発表] ホヤ幼生の遊泳運動神経回路の構造と生理機能に関する研究. (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀江健生，大倉正道，日下部岳広，中井淳一，中川将司
  • 学会等名: 第91回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県鹿児島市）
  • 年月日: 20140316-20140318
• [学会発表] ２光子カルシウムイメージングを用いた単一オペラント条件付けにおける自発神経活動の報酬依存的な活動変化. (2014)
  • 著者名/発表者名: 平理一郎，大久保文貴，正水芳人，大倉正道，中井淳一，岡田尚巳，松崎政紀
  • 学会等名: 第91回日本生理学会大会
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県鹿児島市）
  • 年月日: 20140316-20140318
• [学会発表] GECI overview. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohkura M, Nakai J
  • 学会等名: 高等研プロジェクト「ゲノム工学とイメージングサイエンスに基づく生命システム研究の新展開」研究会
  • 発表場所: 国際高等研究所（京都府木津川市）
  • 年月日: 20140227-20140228
  • 招待講演
• [学会発表] 緑色蛍光タンパク質GFPを用いた高感度なカルシウムプローブの開発. (2013)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道
  • 学会等名: 日本化学会関東支部栃木地区講演会
  • 発表場所: 宇都宮大学工学部（栃木県宇都宮市）
  • 年月日: 20131209-20131209
  • 招待講演
• [学会発表] 難治性てんかんの責任遺伝子Munc18-1変異の機能解析. (2013)
  • 著者名/発表者名: 大澤明香音，安藤恵子，永村ゆう子，大倉正道，中井淳一
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 20131203-20131206
• [学会発表] 高性能な赤色蛍光カルシウムセンサー蛋白質. (2013)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道
  • 学会等名: とちぎ光技術研究発表会
  • 発表場所: マロニエプラザ（栃木県宇都宮市）
  • 年月日: 20131126-20131126
  • 招待講演
• [学会発表] Hippocampal CA1 network dynamics during locomotion in virtual reality. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato M, Mizuta K, Kawano M, Takekawa T, Islam T, Yamakawa H, Yamaguchi Y, Fukai T, Ohkura M, Nakai J, Hayashi Y
  • 学会等名: Neuroscience 2013
  • 発表場所: San Diego Convention Center（San Diego, USA）
  • 年月日: 20131109-20131113
• [学会発表] Operant conditioning of single-neurons in mouse motor cortex by two-photon calcium imaging. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hira R, Ohkubo F, Masamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • 学会等名: Neuroscience 2013
  • 発表場所: San Diego Convention Center（San Diego, USA）
  • 年月日: 20131109-20131113
• [学会発表] 生体における海馬神経回路活動の可視化. (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤正晃，水田恒太郎，河野真子，竹川高志，イスラムタンビル，山川宏，山口陽子，深井朋樹，大倉正道，中井淳一，林康紀
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会シンポジウム
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 20130620-20130623
• [学会発表] ゼブラフィッシュ嗅球における匂い地図の包括的解析. (2013)
  • 著者名/発表者名: 小出哲也，脇阪紀子，宮坂信彦，大倉正道，中井淳一，吉原良浩
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 20130620-20130623
• [学会発表] 大脳新皮質第5層の皮質外投射ニューロンが構成する微小機能単位の機能解析. (2013)
  • 著者名/発表者名: 丸岡久人，中川直，佐伯麻衣，松本直実，大倉正道，中井淳一，細谷俊彦
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 20130620-20130623
• [学会発表] 二次運動野からのトップダウン入力による体性感覚の制御. (2013)
  • 著者名/発表者名: 真仁田聡，鈴木崇之，松元崇，本間千尋，山田一之，太田桂輔，小田川摩耶，松原智恵，大倉正道，佐藤正晃，中井淳一，林康紀，ラーカムマシュー，村山正宜
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 20130620-20130623
• [学会発表] 高感度な改良G-CaMPカルシウムプローブを用いた樹状突起棘における発火閾値下のシナプス入力の可視化. (2013)
  • 著者名/発表者名: 貞苅純子，大倉正道，佐々木拓哉，安藤恵子，永村ゆう子，小林千晃，池谷裕二，中井淳一
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 20130620-20130623
• [学会発表] 自由運動中の線虫の光刺激とカルシウムイメージングを可能とするシステムの開発. (2013)
  • 著者名/発表者名: 永村ゆう子，安藤恵子，大澤明香音，橋本浩一，大倉正道，中井淳一
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 20130620-20130623
• [図書] 蛍光バイオセンサーの開発. 『進化分子工学～高速分子進化によるタンパク質・核酸の開発～』 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, 中井淳一
  • 総ページ数: 424（267-273）
  • 出版者: （株）エヌ・ティー・エス
• [図書] 光遺伝学ツールを用いた光制御および蛍光測定手法の開発. 『オプトジェネティックス～光工学と遺伝学による行動制御技術の最前線～』 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大倉正道, 中井淳一
  • 総ページ数: 324（107-117）
  • 出版者: （株）エヌ・ティー・エス
• [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/