認知行動を制御するCa2+/CaMKシグナル伝達機構解明と操作

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H02358
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 尾藤 晴彦 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00291964)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 神経科学 / 脳・神経 / 遺伝子 / シグナル伝達

Outline of Annual Research Achievements

平成２７年度は、本計画の開始期にあたり、まず、行動実験系の準備と、既存の蛍光プローブを越える新規センサー分子開発に取り組んだ。具体的には、マウスモデルにおける種々の認知行動実験やそれに付随するイメージング・諸計測システムを実現する環境を整え、一つ一つの実験の最適化に取り組んだ。場所記憶の生成・想起に必要と考えられている嗅内野-海馬歯状回の回路を刺激する光遺伝学的条件を整え、マウス疾患モデルに対する応用が可能となった（Yamamoto et al. Cell Rep 2015）。さらに、前年度中に開発した高速Ca2+インディケーターR-CaMP2を用い、種々のin vivo 実験への応用を試みたところ、線条体機能評価のためのファイバーフォトメトリー (Kim et al. Nature Met 2016) や、小脳学習課題（Gaffield et al. J. Neurophys）などへの有用性が示された。
さらに、R-CaMP2の他色への展開を図るとともに、これまでにないカルシウムシグナリングプローブの一例として、CREBリン酸化を感受する新たなセンサー分子pCREB-ARを創出した。これら一連のプローブは、改良とともに幅広い有用性が期待され、認知行動メカニズムの探索のみならず、その基盤となる回路形成におけるカルシウムシグナリング動態測定にも今後応用範囲が広がると考えられる（Horigane et al. Mol Brain 2016）。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初計画に基づき、新規カルシウムシグナルセンサープローブの開発が実現しているだけでなく、認知行動実験系も予想を上回る展開で順調に整備され、関連する論文発表も進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

次年度以降に、初年度に開発・改良したプローブ群や行動実験系を、Ca2+/CaMKシグナル伝達機構解明のために活用していく予定である。

Research Products

• [Journal Article] Chronic imaging of Purkinje cell calcium activity in awake behaving mice. (2016)
  • Author(s): Gaffield MA, Amat SB, Bito H, Christie JM.
  • Journal Title: Journal of Neurophysiology Volume: 115 Pages: 413-422
  • DOI: 10.1152/jn.00834.2015
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Facilitation of axon outgrowth via a Wnt5a-CaMKK-CaMKIα pathway during neuronal polarization. (2016)
  • Author(s): Horigane S, Ageta-Ishihara N, Kamijo S, Fujii H, Okamura M, Kinoshita M, Takemoto-Kimura S, Bito H
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 9 Pages: 8
  • DOI: 10.1186/s13041-016-0189-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simultaneous fast measurement of circuit dynamics at multiple sites across the mammalian brain (2016)
  • Author(s): Kim CK, Yang SJ, Pichamoorthy N, Young NP, Kauvar I, Jennings JH, Lerner TN, Berndt A, Lee SY, Ramakrishnan C, Davidson TJ, Inoue M, Bito H, Deisseroth K
  • Journal Title: Nature Methods Volume: 13 Pages: 325-328
  • DOI: 10.1038/nmeth.3770
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chronic optogenetic activation augments Abeta pathology in a mouse model of Alzheimer disease. (2015)
  • Author(s): Yamamoto K, Tanei Z, Hashimoto T, Wakabayashi T, Okuno H, Naka Y, Yizhar O, Fenno LE, Fukayama M, Bito H, Cirrito JR, Holtzman DM, Deisseroth K, Iwatsubo T.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 11 Pages: 859-865
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2015.04.017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Postsynaptic mechanisms underlying activity-dependent adaptation of glutamatergic synapses. (2016)
  • Author(s): Bito H, Kim R, Inoue M, Nonaka M, Ishii Y, Sakai K, Kawashima T, Yagishita-Kyo N, Matsushima A, Kamijo S, Okamura M, Goto M, Endo T, Horigane S, Okuno H, Takemoto-Kimura S, Fujii H.
  • Organizer: 第93回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: 2016-03-22 – 2016-03-24
• [Presentation] Rational design of ultrafast, high-affinity red calcium indicator for monitoring neuronal activity. (2015)
  • Author(s): Inoue M, Takeuchi A, Horigane S, Fujii H, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Ohkura M, Gengyo-Ando K, Kano M, Nakai J, Kitamura K, Bito H.
  • Organizer: The 45th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synapse-to-Nucleus Signaling and CREB Regulation in Fear Memory. (2015)
  • Author(s): Bito H
  • Organizer: Gordon Research Conference on Amygdala in Health & Disease.
  • Place of Presentation: Stonehill College, Easton, Massachusetts, USA
  • Year and Date: 2015-08-02 – 2015-08-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Novel functions of Ca2+-dependent phosphorylation cascades in dendritogenesis and emotional behavior. (2015)
  • Author(s): Takemoto-Kimura S, Suzuki K, Kamijo S, Horigane S, Kim R, Bito H.
  • Organizer: Gordon Research Conference on Amygdala in Health & Disease.
  • Place of Presentation: Stonehill College, Easton, Massachusetts, USA
  • Year and Date: 2015-08-02 – 2015-08-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高感度、超高速赤色カルシウムインディケーターの合理的設計による開発. (2015)
  • Author(s): 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.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・神戸国際展示場（神戸）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] 樹状突起形成および情動行動におけるカルシウム依存的リン酸化経路の新規機能解明. (2015)
  • Author(s): 竹本ー木村さやか, 鈴木敢三, 上條諭志, 金 亮, 堀金慎一郎, 尾藤晴彦.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・神戸国際展示場（神戸）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Imaging of active neuronal ensembles in vivo. (2015)
  • Author(s): Bito H
  • Organizer: 10th International Conference for Neurons and Brain Diseases.
  • Place of Presentation: Xian Jiatong University, Xian, China
  • Year and Date: 2015-06-22 – 2015-06-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Understanding Arc to understand a memory engram (2015)
  • Author(s): Bito H
  • Organizer: The 28th Annual Meeting on the Neurobiology of Learning and Memory.
  • Place of Presentation: University of California at Irvine, Irvine, California, USA
  • Year and Date: 2015-04-23 – 2015-04-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] カルシウム指示遺伝子 (2015)
  • Inventor(s): 尾藤晴彦、井上昌俊、竹内敦也、中井淳一、大倉正道
  • Industrial Property Rights Holder: 尾藤晴彦、井上昌俊、竹内敦也、中井淳一、大倉正道
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: PCT/JP2015/002869
  • Filing Date: 2015-06-08
  • Overseas