運動学習における長期記憶機構の研究

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 多様性から明らかにする記憶ダイナミズムの共通原理
• 研究課題/領域番号: 26115504
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 中井 淳一 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (80237198)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 長期記憶 / 運動学習 / カルシウム / G-CaMP / ゼブラフィッシュ

研究実績の概要

短期記憶から長期記憶へと移行することを記憶の定着という。小脳においては、運動学習に関して記憶の定着の際、記憶が小脳皮質から小脳核へと移行すると考えられている。しかし、記憶の定着についてはそのメカニズムがまだよく分かっていない。本研究では運動学習の長期記憶メカニズムを解明することを目的としている。そこでゼブラフィッシュの稚魚をもちいて視覚刺激によるoptokinetic response(OKR)を計測可能な測定系を立ち上げた。現在はOKR学習の実験システムをテストしOKRの責任部位の探索を行っている。小脳神経細胞の可視化に関して、顆粒細胞特異的にGFPを発現するトランスジェニックラインを用いて小脳神経細胞を可視化することも可能となっている。現在蛍光カルシウムプローブであるG-CaMPやR-CaMPをプルキンエ細胞、Eurydendroid cellの細胞に発現するトランスジェニックゼブラフィッシュを作成しつつある。それとともに学習に伴う神経活動記録を高感度に行うことができるR-CaMP2を開発した。R-CaMP2は高感度であり、かつ光遺伝学との併用も容易であるため実験系がシンプルになると期待している。本研究により小脳の運動学習・記憶の定着のメカニズムが解明され、記憶のメカニズムの解明が進むと期待される。また、研究成果は記憶力が落ちるメカニズムの解明や、脳卒中後のリハビリの効率化、スポーツ強化にもつながる可能性がある。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

optokinetic response(OKR)と小脳神経活動を計測可能な測定系は立ち上げがっている。OKRの責任部位の探索を進めている。しかし、プルキンエ細胞特異的な発現には新たにトランスジェニックラインを作成する必要があることが判明し、現在トランスジェニックゼブラフィッシュを作成しつつある。トランスジェニックラインの確立には時間が必要でその点でやや遅れ気味と判断した。

今後の研究の推進方策

今後は光遺伝学を取り入れつつ責任部位の探索を進める。当初はプルキンエ細胞とEurydendroid cellの蛍光測定を計画していたが、プルキンエ細胞特異的な蛍光プローブの発現系の確立には時間を要する模様のため、顆粒細胞および下オリーブ核特異的発現ラインの解析を加え研究を遂行する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] JSAP1/JIP3 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Ishikawa M, Mochizuki M, Ohta M, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • 雑誌名: Cell Death Differ 巻: - ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1038/cdd.2014.207.
  • 査読あり
• [雑誌論文] RING finger protein 121 facilitates the degradation and membrane localization of voltage-gated sodium channels. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ogino K, Low SE, Yamada K, Saint-Amant L, Zhou W, Muto A, Asakawa K, Nakai J, Kawakami K, Kuwada JY, Hirata H
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 112 ページ: 2859-2864
  • DOI: 10.1073/pnas.1414002112.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rational design of a novel high-affinity, ultrafast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H
  • 雑誌名: Nat. Methods 巻: 12 ページ: 64-70
  • DOI: 10.1038/nmeth.3185.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mitochondrial Ca2+ uptake by the voltage-dependent anion channel 2 regulates cardiac rhythmicity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimizu H, Schredelseker J, Huang J, Lu K, Naghdi S, Lu F, Franklin S, Fiji HD, Wang K, Zhu H, Tian C, Lin B, Nakano H, Ehrlich A, Nakai J, Stieg AZ, Gimzewski JK, Nakano A, Goldhaber JI, Vondriska TM, Hajnoczky G, Kwon O, Chen JN.
  • 雑誌名: Elife 巻: 4 ページ: 1-20
  • DOI: 10.7554/eLife.04801.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reward-timing-dependent bidirectional modu- lation of cortical microcircuits during optical single neuron operant conditioning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hira R, Ohkubo F, Masamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 24 ページ: 5551
  • DOI: 10.1038/ncomms6551.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Excitation propagation in three-dimensional engineered hearts using decellularized extracellular matrix. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yasui H, Lee JK, Yoshida A, Yokoyama T, Nakanishi H, Miwa K, Naito AT, Oka T, Akazawa H, Nakai J, Miyagawa S, Sawa Y, Sakata Y, Komuro I
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 35 ページ: 7839-7850
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2014.05.080.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Toll-like receptor 9 protects non-immune cells from stress by modulating mitochondrial ATP synthesis through the inhibition of SERCA2. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shintani Y, Drexler HC, Kioka H, Terracciano CM, Coppen SR, Imamura H, Akao M, Nakai J, Wheeler AP, Higo S, Nakayama H, Takashima S, Yashiro K, Suzuki K
  • 雑誌名: EMBO Rep 巻: 15 ページ: 438-445
  • DOI: 10.1002/embr.201337945.
  • 査読あり
• [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 / 謝辞記載あり
• [学会発表] A new transgenic mouse model revealed a role of astrocytic calcium in vivo (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanaka M, Shih P-Y, Gomi H, Yoshida T, Nakai J, Ando R, Furuichi T, Mikoshiba K, Samyanov A, Itohara S.
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] Rational design of a high-affinity, fast, red calcium indicator R-CaMP2. (2015)
  • 著者名/発表者名: 井上昌俊、竹内敦也、堀金慎一郎、大倉正道、安藤恵子、藤井哉、上條諭志、竹本―木村さやか、狩野方伸、中井淳一、喜多村和郎、尾藤晴彦
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] 個体(線虫) レベルでの超多並列刺激応答モニターシステム (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤泰一、高橋尚也、安藤恵子、大倉正道、中井淳一、西垣功一
  • 学会等名: 第３７回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] 低分子量GTPase RAB-11の新規結合因子REI-1/REI-2は受精後のRAB-11再局在化を制御する (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂口愛沙、佐藤美由紀、安藤恵子、佐藤克哉、中井淳一、佐藤健
  • 学会等名: 第３７回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] Imaging Deep-Layer Neuronal Activity in Mouse Barrel Cortex using 1040-nm Excitation of a Red Fluorescent Protein Calcium Indicator (2014)
  • 著者名/発表者名: Carta S, Liu W, Sych Y, Voigt FF, Chen JL, Schneider B, Ohkura M, Nakai J, Helmchen F
  • 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] A comparative study of the two-photon performances of GCaMPs and GECOs (2014)
  • 著者名/発表者名: Podor B, Zhao Y, Wu J, Hu Y-L, Ohkura M, Nakai J, Campbell R, Croll R, Fine A
  • 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] Neuronal mechanisms of decision making in C. elegans olfactory behavior revealed by a highly integrated microscope system. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto Y, Yamazoe A, Fujita K, Kawazoe Y, Miyanishi Y, Yamazaki SJ, Gengyo-Ando K, Nakai J, Fei X, Iwasaki Y, Hashimoto K, Kimura K
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] Single-neuron operant conditioning by two-photon imaging induces reward-timing-dependent modulation in cortical microcircuit. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hira R, Ohkubo F, Mazamizu Y, Ohkura M, Nakai J, Okada T, Matsuzaki M
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] The top-down circuit for sensory perception in the cerebral cortex of the mouse. (2014)
  • 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
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] Imaging of the neural circuit activities during retrieval of behavioral program for active avoidance in zebrafish. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kakinuma H, Aoki R, Aoki T, Yamazaki M, Shiraki T, Takahoko M, Eizumi K, Koide T, Yoshihara Y, Nakai J, Kawakami K, Okamoto H
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] Visualization of cerebral cortical calcium dynamics by a transgenic mouse that express G-CaMP7 in neurons and glia. (2014)
  • 著者名/発表者名: Monai H, Ohkura M, Tanaka M, Itohara S, Nakai J, Hirase H
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] JSAP1 and JLP regulate kinesin-1-dependent axonal transport to prevent neuronal degeneration. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Ohkura M, Nakai J, Takamatsu N, Yoshioka K
  • 学会等名: 第34回日本神経科学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-13
• [学会発表] 蛍光カルシウムプローブ G-CaMP による in vivo カルシウムイメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 中井淳一、大倉正道, 安藤恵子
  • 学会等名: 第５８回日本薬学会関東支部大会
  • 発表場所: 昭和大学
  • 年月日: 2014-10-04 – 2014-10-04
• [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の解析 (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: 日本動物学会第85回大会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] 細胞触覚センサのための小型蛍光観察システムの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 民山浩輔, 清水正宏, 宮坂恒太, 小椋利彦, 中井淳一, 大倉正道, 細田耕
  • 学会等名: 第32回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 九州産業大学
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [図書] Optical Imaging of Neocortical Dynamics, Neuromethods, vol. 85 (2014)
  • 著者名/発表者名: Takata N., Shinohara Y., Ohkura M., Mishima T., Nakai J. & Hirase H.
  • 総ページ数: 296(191-207)
  • 出版者: Springer Science Business Media
• [備考] 埼玉大学脳末梢科学研究センター
  • URL: http://subsi.saitama-u.ac.jp/
• [産業財産権] カルシウム指示遺伝子 (2014)
  • 発明者名: 尾藤晴彦, 井上 昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉 正道
  • 権利者名: 尾藤晴彦, 井上 昌俊, 竹内敦也, 中井淳一, 大倉 正道
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-120828
  • 出願年月日: 2014-06-11