高精細全脳イメージングによるマイクロ精神病態の探索

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Unraveling micro-endophenotypes of psychiatric disorders at the molecular, cellular and circuit levels.
• Project/Area Number: 15H01288
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 橋本 均 大阪大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (30240849)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 精神疾患 / 脳 / イメージング / 疾患モデル

Outline of Annual Research Achievements

脳は高度に機能が局在しており、脳疾患の解明のためには、全脳細胞の形態・機能を捉え、仮説を設定することなく、その中に潜む症状と相関する変化を見出し、それを手掛かりに病態と治療機序の究明を目指す研究が必要である。本課題は、疾患モデル動物における脳細胞の形態・機能変化およびそれらと疾患モデルの表現型との関連を全脳レベルで解析して、新たなマイクロエンドフェノタイプの創出を目指すことを目標としている。このため申請者が最近構築した、全脳細胞をサブミクロンの高精細でイメージングするシステムを用いて、精神疾患モデル動物の全脳細胞の分布や神経活動等をメゾスコピックに解析して、新たなマイクロ精神病態を探索し、その解明を目指す。
今年度は、高精細の全脳イメージング装置に、以下の改良を加えた。顕微鏡の光学系やカメラ、顕微鏡ソフトウェア、イメージデータファイルの転送など、細部を変更・改良することにより、空間解像度を低下させることなく、約6倍高速化した。また、必要に応じて、高精細に撮影する設定も可能にした。さらに、取得した全脳イメージングの画像処理や解析方法についても、新たな工夫や改良を加えた。一方、全脳イメージングの実施後に、その一部の切片について、通常の免疫組織化学染色や超解像顕微鏡観察を実施し、それらのイメージを最初に取得した全脳の3次元イメージに重ね合わせることも可能にした。この装置を用いて、これまでに、細胞種に特異的な標識法を用いた全脳イメージングや、ストレス後の神経活動の全脳マッピングなどを実施した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

現在の全脳イメージング法における最大の障壁の1つは、イメージングの速度にある。とくに高い空間解像度での全脳イメージングは、依然非常に困難である。本課題では、研究実績の概要の通り、この問題を大幅に改善した。顕微鏡装置だけでなく、イメージデータの取扱いなど、ボトルネックを解消した結果、全体としての処理速度が大きく向上した。高性能な顕微鏡関連機器の導入が可能になったことなどの寄与も大きく、当初の計画を上回るレベルの改善になった。
全脳イメージング法では、脳の継時的な観察ができないため、疾患脳と正常脳を、個体（群）間で比較する必要があるため、多数のサンプルのイメージングが必要である。イメージングスループットの向上は、今後の本課題研究の実施に大きく貢献するものと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

今後は、種々の精神疾患モデル動物の機能障害あるいは構造変化を、予め仮説を設定することなく、網羅的に検出する研究を進める。これらの解析によって同定された脳領域や細胞が、行動異常や神経生理学的な機能障害に関与するかどうか、脳領域や特定細胞の機能制御技術を用いて確認するとともに、その領域や細胞の脳内結合を、トレーシング法などを用いて解析する。以上により、マイクロエンドフェノタイプを探索しその機構を解明する研究に貢献する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学ロサンゼルス校(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: カリフォルニア大学ロサンゼルス校
• [Journal Article] Improvement by methylphenidate and atomoxetine of social interaction deficits and recognition memory impairment in a mouse model of valproic acid-induced autism (2016)
  • Author(s): Hara Y, Ago Y, Taruta A, Katashiba K, Hasebe S, Takano E, Onaka Y, Hashimoto H, Matsuda T, Takuma K.
  • Journal Title: Autism Res. Volume: 9(9) Pages: 926-939
  • DOI: 10.1002/aur.1596
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Whole-exome sequencing and neurite outgrowth analysis in autism spectrum disorder (2016)
  • Author(s): Hashimoto R, Nakazawa T, Tsurusaki Y, Yasuda Y, Nagayasu K, Matsumura K, Kawashima H, Yamamori H, Fujimoto M, Ohi K, Umeda-Yano S, Fukunaga M, Fujino H, Kasai A, Hayata-Takano A, Shintani N, Takeda M, Matsumoto N, Hashimoto H.
  • Journal Title: J Human Genet. Volume: 61(3) Pages: 199-206
  • DOI: 10.1038/jhg.2015.141
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) is involved in adult mouse hippocampal neurogenesis after stroke (2016)
  • Author(s): Matsumoto M, Nakamachi T, Watanabe J, Sugiyama K, Ohtaki H, Murai N, Sasaki S, Xu Z, Hashimoto H, Seki T, Miyazaki A, Shioda S.
  • Journal Title: J Mol Neurosci. Volume: 未定 Pages: 未定
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) contributes to the proliferation of hematopoietic progenitor cells in murine bone marrow via PACAP-specific receptor (2016)
  • Author(s): Xu Z, Ohtaki H, Watanabe J, Miyamoto K, Murai N, Sasaki S, Hashimoto H, Hiraizumi Y, Matsumoto M, Numazawa S, Shioda S.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 6 Pages: 22373
  • DOI: 10.1038/srep22373
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Emerging roles of ARHGAP33 in intracellular trafficking of TrkB and pathophysiology of neuropsychiatric disorders (2016)
  • Author(s): Nakazawa T, Hashimoto R, Sakoori K, Sugaya Y, Tanimura A, Hashimotodani Y, Ohi K, Yamamori H, Yasuda Y, Umeda-Yano S, Kiyama Y, Konno K, Inoue T, Yokoyama K, Inoue T, Numata S, Ohnuma T, Iwata N, Ozaki N, Hashimoto H, Watanabe M, Manabe T, Yamamoto T, Takeda M, Kano M
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 7 Pages: 10594
  • DOI: 10.1038/ncomms11466
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rivastigmine improves isolation rearing-induced prepulse inhibition deficits via muscarinic acetylcholine receptors in mice (2016)
  • Author(s): Higashino K, Ago Y, Umeki T, Hasebe S, Onaka Y, Hashimoto H, Takuma K, Matsuda T.
  • Journal Title: Psychopharmacology (Berl). Volume: 233(3) Pages: 521-528
  • DOI: 10.1007/s00213-015-4123-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structured line illumination Raman microscopy (2015)
  • Author(s): Watanabe K, Palonpon AF, Smith NI, Chiu LD, Kasai A, Hashimoto H, Kawata S, Fujita K.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 6 Pages: 10095
  • DOI: 10.1038/ncomms10095
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The female encounter test, a novel method for evaluating reward-seeking behavior or motivation in mice (2015)
  • Author(s): Ago Y, Hasebe S, Nishiyama S, Oka S, Onaka Y, Hashimoto H, Takuma K, Matsuda T.
  • Journal Title: Int J Neuropsychopharmacol. Volume: 18(11) Pages: pyv062
  • DOI: 10.1093/ijnp/pyv062
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pharmacological profile of encounter-induced hyperactivity in isolation-reared mice (2015)
  • Author(s): Hasebe S, Ago Y, Nishiyama S, Oka S, Hashimoto H, Takuma K, Matsuda T.
  • Journal Title: Behav Pharmacol. Volume: 26(7) Pages: 681-690
  • DOI: 10.1097/FBP.0000000000000140
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reductions in synaptic proteins and selective alteration of prepulse inhibition in male C57BL/6 mice after postnatal administration of a VIP receptor (VIPR2) agonist (2015)
  • Author(s): Ago Y, Condro MC, Tan YV, Ghiani CA, Colwell CS, Cushman JD, Fanselow MS, Hashimoto H, Waschek JA.
  • Journal Title: Psychopharmacology (Berl). Volume: 232(12) Pages: 2181-2189
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2015.03.062
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Atomoxetine reverses locomotor hyperactivity, impaired novel object recognition, and prepulse inhibition impairment in mice lacking pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) (2015)
  • Author(s): Shibasaki Y, Hayata-Takano A, Hazama K, Nakazawa T, Shintani N, Kasai A, Nagayasu K, Hashimoto R, Tanida M, Katayama T, Matsuzaki S, Yamada K, Taniike M, Onaka Y, Ago Y, Waschek JA, Koves K, Reglodi D, Tamas A, Matsuda T, Baba A, Hashimoto H.
  • Journal Title: Neuroscience Volume: 297 Pages: 95-104
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2015.03.062
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reduced prefrontal dopaminergic activity in valproic acid-treated mouse autism model (2015)
  • Author(s): Hara Y, Takuma K, Takano E, Katashiba K, Taruta A, Higashino K, Hashimoto H, Ago Y, Matsuda T.
  • Journal Title: Behav Brain Res. Volume: 289 Pages: 39-47
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2015.04.022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CRTH2, a prostaglandin D2 receptor, mediates depression-related behavior in mice (2015)
  • Author(s): Onaka Y, Shintani N, Nakazawa T, Haba R, Ago Y, Wang H, Kanoh T, Hayata-Takano A, Hirai H, Nagata K, Nakamura N, Hashimoto R, Matsuda T, Waschek JA, Kasai A, Nagayasu K, Baba A, Hashimoto H.
  • Journal Title: Behav Brain Res. Volume: 284 Pages: 131-137
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2015.02.013
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Anxiolytic-like effects of restraint during the dark cycle in adolescent mice (2015)
  • Author(s): Ota Y, Ago Y, Tanaka T, Hasebe S, Toratani Y, Onaka Y, Hashimoto H, Takuma K, Matsuda T.
  • Journal Title: Behav Brain Res. Volume: 284 Pages: 103-111
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2015.02.010
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 発育期の環境要因が精神・神経機能に及ぼす影響 (2016)
  • Author(s): 田熊一敞, 吾郷由希夫, 長谷部 茂, 橋本均, 松田敏夫
  • Organizer: 第89回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川・横浜市）
  • Year and Date: 2016-03-09 – 2016-03-12
• [Presentation] 脳病態を解明するモデル動物の全脳イメージング (2015)
  • Author(s): 橋本均, 笠井淳司, 勢力薫, 丹生光咲, 中澤敬信
  • Organizer: 第6回脳表現型の分子メカニズム研究会
  • Place of Presentation: コンベンションルームAP品川アネックスIルーム（東京・品川区）
  • Year and Date: 2015-11-14 – 2015-11-15
• [Presentation] A new block-face serial microscopy tomography for computational mapping of brain cells, and unbiased comparative analysis. (2015)
  • Author(s): Seiriki K, Kasai A, Hashimoto T, Schulze W, Niu M, Nakazawa T, Hashimoto H.
  • Organizer: 45th Society for Neuroscience Annual meeting (Neuroscience2015)
  • Place of Presentation: シカゴ（アメリカ）
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Practical optimization of in situ hybridization procedure for the detection of microRNAs and mRNA expression in brain tissues (2015)
  • Author(s): Kasai A, Kakihara S, Okada R, Hazama K, Nakazawa T, Nagayasu K, Hayata-Takano A, Shintani N, Hashimoto H.
  • Organizer: 45th Society for Neuroscience Annual meeting (Neuroscience2015)
  • Place of Presentation: シカゴ（アメリカ）
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Overactivation of the VPAC2 receptor during postnatal brain development causes prefrontal synaptic abnormalities and cognitive dysfunction in mice (2015)
  • Author(s): Ago Y, Condro MC, Tan YV, Hayata A, Kawanai T, Cushman JD, Fanselow MS, Hashimoto H, Waschek JA.
  • Organizer: 12th International Symposium on VIP/PACAP and Related Peptides
  • Place of Presentation: カッパドキア（トルコ）
  • Year and Date: 2015-09-21 – 2015-09-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Roles of PACAP in Depressopm-Like Behavior (2015)
  • Author(s): Hashimoto H, Shintani N, Ago Y, Hayata-Takano A, Waschek JA, Baba A.
  • Organizer: 12th International Symposium on VIP/PACAP and Related Peptides
  • Place of Presentation: カッパドキア（トルコ）
  • Year and Date: 2015-09-21 – 2015-09-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ストレスにより活性化する神経細胞の全脳マッピングと定量的解析 (2015)
  • Author(s): 丹生光咲, 笠井淳司, 勢力薫, 山口瞬, 橋本岳, 中澤敬信, 橋本均
  • Organizer: 次世代を担う創薬・医療薬理シンポジウム2015
  • Place of Presentation: 東京大学薬学部（東京・文京区）
  • Year and Date: 2015-08-29 – 2015-08-29
• [Presentation] 構造および神経活動の変化を定量的に検出する高精細三次元全脳形態計測システム (2015)
  • Author(s): 勢力薫, 笠井淳司, 丹生光咲, 山口瞬, 橋本岳, 中澤敬信, 橋本均
  • Organizer: 第38回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] 自閉症の疾患特異的候補遺伝子の機能的スクリーニング (2015)
  • Author(s): 松村憲佑, 橋本亮太, 中澤敬信, 鶴崎美徳, 安田由華, 永安一樹, 川島和, 山森英長, 藤本美智子, 大井一高, 梅田知美, 福永雅喜, 藤野陽生, 笠井淳司, 早田敦子, 新谷紀人, 武田雅俊, 松本直通, 橋本均
  • Organizer: 第38回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] 雌選択性試験：マウス間相互作用を基盤とした新規うつ様行動評価系 (2015)
  • Author(s): 長谷部茂, 岡智史, 尾中勇祐, 橋本均, 松田敏夫, 吾郷由希夫, 田熊一敞
  • Organizer: 第38回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] マウス活動期における拘束ストレスは抗不安様作用を示す (2015)
  • Author(s): 田中辰典, 太田友樹, 大住康晃, 長谷部茂, 尾中勇祐, 橋本均, 松田敏夫, 田熊一敞, 吾郷由希夫
  • Organizer: 第38回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] リバスチグミンのムスカリン受容体を介したプレパルスインヒビション障害改善作用 (2015)
  • Author(s): 東野功典, 梅木孝弘, 尾中勇祐, 橋本均, 松田敏夫, 田熊一敞, 吾郷由希夫
  • Organizer: 第38回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] がん治療後の脳機能障害の解明に有用な動物モデルの作製 (2015)
  • Author(s): 尾中勇祐, 木野村元彦, 新谷紀人, 平井博之, 永田欽也, 中村正孝, 長谷部茂, 永安一樹, 吾郷由希夫, 笠井淳司, 早田敦子, 中澤敬信, 田熊一敞, 松田敏夫, 馬場明道, 橋本均
  • Organizer: 第127回日本薬理学会近畿部会
  • Place of Presentation: 長良川国際会議場（岐阜・岐阜市）
  • Year and Date: 2015-06-26 – 2015-06-26
• [Remarks] 大阪大学大学院 薬学研究科 神経薬理学分野
  • URL: http://molpharm.umin.jp/index.html