2017 Fiscal Year Annual Research Report
The development of fundamental bioimaging technologies for comprehensive understanding
| Project Area | Resonance Biology for Innovative Bioimaging |
|---|
| Project/Area Number |
15H05948
|
|---|
| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
宮脇 敦史 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, チームリーダー (80251445)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
牧 昌次郎 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (20266349)
下薗 哲 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員 (40391982)
阪上 朝子 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員 (90462689)
小松 直貴 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員 (30737440)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
|
| Keywords | バイオイメージング / 共鳴エネルギー移動 / 細胞周期 / レチノイン酸 / 固定イメージング |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
「生体深部イメージング」において、新しい生物発光システムAkaBLIを開発した。これは、人工基質AkaLumineと、AkaLumineに合わせて開発した人工酵素Akalucから構成される。深部からの発光シグナルを、従来と比べ100～1,000倍の強さで検出できることがわかった。AkaBLIを用いて、マウスの線条体の中の標識神経細胞からの発光を、無麻酔かつ自由行動の状態で非侵襲的に可視化することに成功した。AkaBLIを使えば、注目する神経回路を遺伝的にAkalucで標識し、その活性化を非侵襲的かつ包括的にモニタすることができる。本技術は、高等動物の高次脳機能をより自然な状況で解析するための技術として期待できる。また、Akalucで標識した腫瘍細胞がマウスの肺の毛細血管にトラップされる現象を一細胞レベルで可視化することにも成功した。AkaBLIは、少数の腫瘍細胞や幹細胞の新生や移入、さらにその後に起こる生着、増殖、転移などの現象を高感度にかつ定量的に観察することを可能にし、動物個体を扱う生命科学分野で幅広い活躍が期待される。
「ストレスイメージング」の要素技術として、細胞周期の間期であるG1期・S期・G2期をそれぞれ赤・緑・黄の3色で識別できるFucciCA）を開発した。通常の光学顕微鏡で形態観察を併せればM期も識別できる、四つの細胞周期全てを光学的に分離することができる技術として世界に発信した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
<RETプローブ>(1)BRETとFRETとを組み合わせたカルシウムプローブを開発し、植物の光受容におけるカルシウム動態を解析した（論文作成中）。(2)FRET型カルシウムプローブ、YC2.60を小脳のすべてのプルキンエ細胞に発現するtransgenic mouse lineを作製した。小脳を広く（多くのプルキンエ細胞を同時に）可視化するための光学システムを構築した。
<細胞の個性>(1)従来のFucci (= Fucci(SA))に加えて、新規のFucci(CA)を開発し、追跡できる細胞周期の位相情報を飛躍的に向上した。(2)酸化ストレスプローブのtransgenic mouse lineの作製を開始した。(3)DNAメチル化を可視化する新規プローブを開発し、脱メチル化剤の効果を可視化する系を作製した。
<個体イメージング>新規の生物発光システムAkaBLIを開発し、無麻酔、自由行動下で、非侵襲的に、脳深部の神経細胞からの発光シグナルを追跡できることを証明した。AkaBLIを使って、実際に神経細胞の興奮を可視化する実験にも取り組んだ。一連の実験が終了した後に、脳を固定、ScaleS試薬で透明化しAkalucが導入された神経細胞を海馬領域で数えたところ、わずかに49個であることが判明した。極少数の標識で海馬の神経興奮を追跡したことで、AkaBLIの実用的な明るさを証明することができた。従来こうした実験は、多数のマウスを白いハッポースチロール箱、青いバケツ、飼育ケージ、対照の群に分け、多くの脳切片を調整してc-fos発現量を定量し、個体間で統計的に比較するやり方で行われてきた。この成果は、「機能と形態の連関」を「発光」と「蛍光」の融合で達成したものと言える。生きた状態で発光シグナルをもとに機能情報を集め、固定後に蛍光シグナルをもとに形態情報の大規模・高精細の３次元再構成を行うアプローチ法を提案することができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
＜RETプローブ＞（１）FRET型カルシウムプローブを用いて、マウス小脳皮質におけるプルキンエ細胞の発火の時空間的パターンを解析する。（２）BRETとFRETとを組み合わせたカルシウムプローブを開発する。（３）発光基質の個体投与によって、発光酵素から光操作ツールへのRETを介して神経発火を引き起こす新しい技術を開発する。
＜細胞の個性＞細胞周期プローブにおいて、蛍光タンパク質Azaleaとh2-3を組み込んだバージョンFucci(SA)5およびFucci(CA)5を開発する。
＜個体イメージング＞（１）レチノイン酸プローブを用いて、下垂体に現れるレチノイン酸の濃度勾配について、その生成機序と生理的意義を探る。（２）新しく開発した人工生物発光システムを使って、カルシウムプローブを開発する。（３）固定脳組織透明化技術において３次元再構築する技術を開発し、大規模３次元の解剖ガイドとして有用な手法として発表する。
|
Research Products
(7 results)
-
[Journal Article] Single-cell bioluminescence imaging of deep tissue in freely moving animals.2018
Author(s)
Iwano S, Sugiyama M, Hama H, Watakabe A, Hasegawa N, Kuchimaru T, Tanaka KZ, Takahashi M, Ishida Y, Hata J, Shimozono S, Namiki K, Fukano T, Kiyama M, Okano H, Kizaka-Kondoh S, McHugh TJ, Yamamori T, Hioki H, Maki S, Miyawaki A.
-
Journal Title
Science
Volume: 359
Pages: 935-939
DOI
Peer Reviewed
-
-
-
-
-
-
