【研究分野】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】17H03540 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シナプス / 大脳視覚野 / ２光子カルシウムイメージング / シナプス統合 / 視覚情報処理 / 神経回路 / マウス / 生体イメージング / 方位選択性 / 一次視覚野 / ２光子イメージング / スパインイメージング / 大脳一次視覚野 / スパイン / ニューロン / 生理学 / 脳・神経

【研究成果の概要】

脳の基本単位はニューロンで、その役割はシナプス入力を選択的に統合し出力を伝達することです。しかしながら、何千もの入力から出力を決めるメカニズムは未解明でした。本研究では、このメカニズムを明らかにするために、まずスパイン活動の正確な記録を行う新規方法を開発し、次に視覚刺激によって起こるスパイン活動をカルシウムセンサーにより記録しました。１個のニューロンから多数のスパイン反応を計測し、スパインの機能マップを作成することに成功しました。このマップを用いた解析から、細胞体活動と一致した反応を示すスパインが最も多く存在すること、またこれらが特定の樹状突起セグメントに集中していることを明らかにしました。

【研究の社会的意義】

外界の視覚情報は眼の網膜で受容されたのち、大脳視覚野へ送られます。この時網膜では、視覚情報は一旦視覚特徴に分解され、大脳で抽出・再構築されることで外界が認識されます。視覚特徴の一つに線の傾きを表す方位択性がありますが、物体の形状認識に重要な視覚機能と考えられています。本研究では、この方位選択性という視覚特徴抽出の仕組みを明らかにしたことで、私たちがどのようにして物体の形を認識しているかというプロセスの理解に近づくことが出来ました。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)

【研究分野】社会医学、看護学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19797 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

母乳 / 過酸化水素 / 腸内細菌叢 / 海馬 / 腸内細菌多様性 / ミエリン鞘 / 生理学 / 脳・神経 / 腸内細菌

【研究成果の概要】

私たちの健康維持には腸内細菌叢が深く関わっています。本研究では、マウスを用いた実験により、母乳中のアミノ酸代謝から産生される過酸化水素が乳子の腸内細菌叢の形成に関与していることを明らかにしました。過酸化水素は乳子の消化管内において外部から侵入してくる様々な細菌に対して門番の様な役割を担っており、乳酸菌など過酸化水素に抵抗性を示す細菌が優先的に腸内に定着していました。本研究結果は、母乳中に含まれる過酸化水素の重要性を示すとともに、アミノ酸や活性酸素による腸内細菌制御方法の開発につながることが期待されます。

【研究の社会的意義】

長い間、母乳育児が子の生体機能に有利に働くことが示唆されてきましたが、母乳成分による生化学的なメカニズムの存在は不明でした。また、ヒトやマウスも含め多くの動物において母乳が哺乳期間中の子の腸内細菌叢の多様性を抑えることが明らかとなっていますが、その生物学的な意義も不明です。本研究結果により、過酸化水素をはじめとした活性酸素を利用することで腸内細菌叢形成過程における菌の多様性を制御できる可能性が示され、さらにLAO1欠損マウスを用いることで乳児期の腸内細菌の多様性の違いが生後の生体機能にどのような影響を与えているかを調べることが可能となります。現在、脳機能や代謝機能など広く検討を行っています。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】耳鼻咽喉科学

【研究領域課題番号】17K11354 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

嗅覚 / インスリン / 嗅上皮 / 細胞死 / 脳・神経 / 生理学 / 臨床

【研究成果の概要】

嗅上皮障害後に新生する嗅細胞の分化・成熟過程にインスリンシグナルがどのような影響を及ぼすのかを検討した。その結果インスリンが欠乏した糖尿病マウスでは、嗅上皮障害後の再生が遅延することを明らかになった。障害後に新生した嗅細胞はインスリンシグナルに依存して分化、成熟するが、特に障害後8-13日目のインスリンシグナルが嗅上皮の修復に重要であった。今後、嗅上皮障害患者に対するインスリン点鼻投与による治療法の開発が期待される。

【研究の社会的意義】

嗅上皮障害後の再生過程に、インスリンシグナルが重要な役割を果たしていることが明らかになれば、嗅上皮障害患者に対する治療法の開発が期待できる。インスリン点鼻投与によって、新生した未熟な嗅神経を効率的に成熟嗅細胞に分化させることができると予想する。本研究は、嗅覚障害患者に対するインスリン点鼻補充療法の臨床応用へと展開するための基盤研究となる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】動物生産科学

【研究領域課題番号】16H06206 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

繁殖 / 反芻家畜 / 細胞株 / GnRHニューロン / キスペプチンニューロン / 獣医学 / 畜産学 / 生理学 / 脳・神経 / 細胞・組織 / 応用動物 / 神経科学

【研究成果の概要】

ウシの最も重要な繁殖障害のひとつである卵胞嚢腫の主な原因は、排卵を誘起するGnRH（gonadotropin-releasing hormone）サージ発生中枢の機能不全であるとされるが、特に家畜におけるサージ発生中枢メカニズムはほとんど解明されていない。本研究は、反芻家畜のGnRHサージ発生中枢制御機構を解明することを目的とした。反芻家畜の繁殖中枢機能を細胞レベルで解析できる、ヤギ視床下部由来の細胞株（排卵中枢キスペプチンニューロン細胞株、卵胞発育中枢キスペプチンニューロン細胞株、GnRHニューロン細胞株）の樹立に成功した。

【研究の社会的意義】

本研究で樹立したヤギのキスペプチンニューロン細胞株およびGnRHニューロン細胞株は、家畜で唯一の視床下部由来神経細胞株であり、ウシを含む反芻家畜における繁殖中枢制御メカニズムの解析や、繁殖制御剤の開発に利用できる。その結果、反芻家畜の中枢性繁殖障害の発症機序が解明され、ウシの受胎率向上に資する新たな治療法が開発されると期待できる。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】23,790千円 (直接経費: 18,300千円、間接経費: 5,490千円)

【研究分野】水圏生命科学

【研究領域課題番号】16K14981 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水産学 / 生理学 / 脳・神経

【研究成果の概要】

本研究課題では、ニューロンの活性を上昇あるいは低下させる人工受容体を、繁殖行動を制御する特定のニューロンで強制発現させることで、個体の生理状態や周囲の環境条件によらず、繁殖行動のスイッチを任意にオン・オフできるメダカ系統を作出することを試みた。本研究の期間内にその目標を達成することはできなかったが、人工受容体を目的のニューロンで発現させるために必要なプロモーター・エンハンサーを有する遺伝子の同定や、DNAコンストラクトのメダカへの導入方法の検討などを通じて、目標に近づくことはできた。今後も研究を進めていくことで、近い将来、目的のメダカ系統が作出できると期待される。

【研究の社会的意義】

目標として掲げた「繁殖行動を任意のタイミングで人為的に操作できるメダカ系統の作出」を、本研究の期間内に達成することはできなかったが、近い将来、それが可能となれば、魚類の神経行動学に飛躍的な発展が見込まれる。また将来的には、水産増養殖や水産資源管理に大きく貢献する技術にもなり得ると考えられる。例えば、遺伝子改変を伴わない非侵襲的な方法（非ウイルスベクターを用いたドラッグデリバリーシステムなど）で人工受容体を標的のニューロンに一過性に導入することで、養殖魚の繁殖行動を任意のタイミングで操作することも可能になると期待される。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】水圏生命科学

【研究領域課題番号】16H04979 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水産学 / 生理学 / 脳・神経

【研究成果の概要】

魚類においては、攻撃性や性行動、成長や成熟、ストレス耐性など、水産増養殖の可否や商品価値の高さを左右する形質に顕著な性的二型が認められる。それらの雌雄差の多くは、脳内に存在する何らかの性的二型に起因すると考えられるが、魚類の脳にどのような性的二型が存在し、それがどのように形成され、どのような形質に結び付いているのかは明らかとなっていない。本研究では、我々が最近メダカの脳に見出した三つの性的二型に着目し、その形成機構と生理学的意義を解析した。

【研究の社会的意義】

本研究の成果によって、魚類の脳に存在する性的二型がどのような形質と結び付いているかの一端が明らかとなった。それにより、魚類における水産上の重要形質を生み出す生理機構が見えてきた。脊椎動物全体を見渡してみても、脳内の性的二型がどのような形質と結び付いているかを明らかにした研究は驚くほど少ない。本研究の成果は、魚類だけでなく、哺乳類を含めた脊椎動物全般での研究に大きなインパクトを与え得るものになり、学術的にも高い価値をもつと期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)

【研究分野】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】15K14309 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 生理学 / 生体分子 / 脳・神経 / 遺伝子 / シナプス伝達 / 可塑性 / カルシウム

【研究成果の概要】

これまで機能がほとんど解明されていないカルシウム動態調節分子の役割を明らかにすることを試みた。この分子のシナプス部位特異的遺伝子改変マウスを作製し機能解析を行った。海馬スライス標本を用いた電気生理学的解析においては、シナプス後部特異的な分子Ａ欠損マウスでは長期増強が有意に減弱し、シナプス前終末特異的分子Ａ欠損マウスでは、低頻度持続刺激によるシナプス応答が増大することを見出した。行動実験においては、分子Ｂ欠損マウスにおいて、異常がある可能性を見出した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】25640007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 生理学 / 脳・神経 / ニューロン / シナプス

【研究成果の概要】

生きた動物個体の脳において、活動性の高い神経細胞に光を用いて自由に遺伝子導入できる技術を開発することが本研究の目的である。In vivoカルシウムイメージングによって同定された活動性の高いニューロンに、フェムト秒パルスレーザーを用いて細胞膜の光穿孔を行うことで、広い範囲（500ミクロン四方）に分布するニューロン一つ一つに独立に外来遺伝子を導入することを可能にする。これまでに、マウス個体脳において光穿孔を行うための条件検討を開始した。蛍光色素を脳内の細胞外領域に注入し、個々のニューロンの近傍で光照射を行い、細胞内に蛍光色素が取り込まれるかどうかで光穿孔を確認した。脳内の様々な深さにおいて、光穿孔に必要なレーザー強度、パルス幅、繰り返し頻度について検討を行った。皮質の表面近傍では光穿孔が可能であることは確認されたが、さらに深層のニューロンに光穿孔を行うための条件検討が必要であることが判明した。また、活動性の高いニューロンを同定するためのin vivoカルシウムイメージングの感度を向上させ、効率を高めるために、新規の高感度カルシウム感受性指示薬について、脳スライス標本およびマウス生体内でその特性を検討した。その結果、マウス生体内においても１発の活動電位で起こるカルシウム濃度変化を高いS/N比で検出するできることが確認された。さらに、活動性の高い神経細胞の活動を長期にわたって観察し、かつ、光による活動操作を行うために必要なカルシウムセンサータンパク質やチャネルロドプシンなどの分子を、光穿孔によって導入するためのプラスミドを作製した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2014-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】応用健康科学

【研究領域課題番号】23650415 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生物・生体工学 / 循環器・高血圧 / 生理学 / ユーザインタフェース / 脳・神経 / ユーザインターフェイス / 心拍変動 / 呼吸位相 / 血圧

【研究成果の概要】

本研究では外部刺激に対する血圧・心拍の制御応答を高精度で抽出する手法を提案・構築した.嚥下をテスト刺激として用いて実験を行った結果,今回提案したアルゴリズムにおいて,刺激のない時間帯の心拍・血圧応答波形が平坦になり,また刺激時においてはその反応を顕著に抽出することを確認した.さらに,立ちくらみなどの対策,予防に向けた基礎的検討として, 突発的な姿勢変化に提案手法を適用し,起立時の血圧変化から呼吸性の変動を分離して評価を行った.その結果,姿勢変化に対して収縮期血圧と拡張期血圧は必ずしも同じ傾向の反応を示さないという結果が得られた.また,本手法で明らかになった循環器反応を用いてひやりはっとの検出への応用を試み,他の交感神経活動に起因する指標と併用することで検出精度が向上するという知見が得られた.
以上のように,外部刺激に対する循環器応答の抽出手法を構築・実装し,姿勢変化に対する 循環器制御メカニズムの評価,およびひやりはっとの検出といった具体的な評価によって提案 手法の有効性を示すことができた.

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】23220008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 生理学 / 生体分子 / 脳・神経 / 遺伝子 / シナプス / 可塑性 / 海馬

【研究成果の概要】

シナプス前終末の細胞内小器官に存在するカルシウム動態を調節する複数の機能分子の役割を明らかにするために、それらの分子の遺伝子改変マウスを用いて興奮性シナプス伝達を解析したところ、シナプス前性のシナプス可塑性に異常があることを見出した。また、神経伝達物質放出を制御する蛋白複合体と相互作用するシナプス前分子の機能解析を行ったところ、神経伝達物質の放出の制御とシナプス前終末内のシナプス小胞の動態に関与することが明らかとなった。さらに、シナプス前終末に存在する蛋白リン酸化酵素によるリン酸化により、シナプス前性の短期シナプス可塑性が修飾されることを見出した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】214,500千円 (直接経費: 165,000千円、間接経費: 49,500千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】21240026 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生物・生体工学 / シグナル伝達 / 生理学 / 糖尿病 / 脳・神経

【研究成果の概要】

光刺激法を中心とした2光子顕微鏡法の開拓を目的として、以下(1)～(5)の研究を推進した。
(1)光刺激によるシナプス可塑性誘発法の系統的開拓、(2)スパイン収縮・除去の分子基盤の可視化、(3)個体動物における光によるシナプス可塑性誘発法の開発、(4)精神障害モデル動物におけるスパイン運動異常の可視化の開発、(5)シナプス前終末・開口放出機構の可視化手法の開拓。
このうち、(1)～(3)の研究を特に中心的に推進し、多様な知見の蓄積を得た。(1)では、マクロアンケイジング法で多数のスパインを光刺激して収縮を誘発させる手法により、スパインの除去・新生を含む多様な可塑性を光刺激で誘発する技術をスライス標本で観察し、知見を蓄積した。これにより、スパイン収縮、除去および新生を自由に誘発する可能性を開拓した。(2)では、光で活性化する低分子量G蛋白質Rac(PA-Rac)等を用いて、スパイン収縮・除去の分子基盤の可視化を試み、知見を蓄積した。これにより、大筋解明されていないスパイン頭部収縮や除去を起こすカルシウム濃度分布を明らかにし、各可塑性の最適誘発条件を解明する可能性を開拓した。(3)では、スパイン頭部増大、収縮、除去、生成などの可塑性をin vivoで効率よく誘発し、定量化する手法に関する知見を蓄積した。これにより、大脳各領域や変異動物における可塑性の特徴を明らかにし、シナプス可塑性と神経細胞・個体機能への影響を解明する可能性を開拓した。
以上のように、我々は、シナプス可塑性の網羅的解析および開口放出現象の独自な研究手法を継続して開発した。本研究の推進により、2光子励起顕微鏡の技術を一層増強・発展させ、この方法論の広い利用を通じて、医学・生物学分野に貢献する基盤を整えた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009

【配分額】14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】21220006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 生理学 / 脳・神経 / シナプス / 生理活性物質 / シグナル伝達 / シナプズ

【研究成果の概要】

これまでの研究を継続・発展させ、平成25年度に以下の研究を行った。脳スライス及びin vivoの個体脳の解析は狩野が、培養海馬ニューロンの解析は少作が、行動学的解析は岸本と狩野が担当した。また、遺伝子改変マウスの維持は崎村が担当した。
１． 内因性カンナビノイド(eCB)系によるNMDA受容体機能調節のメカニズム： 逆行性シナプス伝達を担うeCBである2-アラキドノイルグリセロール(2-AG)の合成酵素DGLαの欠損マウスと、2-AGの受容体であるCB1の欠損マウスの側坐核中型有棘ニューロンの興奮性シナプスにおいて、NMDA受容体機能の低下が認められた。その原因として、NR2Bサブユニットを含むNMDA受容体の寄与が低下していることを示す電気生理学的所見を得た。
２．大脳基底核の運動学習におけるeCB系の役割：　3レバーオペラント課題のマウスへの適用について、平成２４年度に引き続き検討した。
３．分界条床核の抑制性シナプス伝達の2-AGによる逆行性伝達抑圧のメカニズム：分界条床核の抑制性シナプスの逆行性伝達抑圧が、eCB系遺伝子改変マウスにおいてどのように変化しているかについて、継続して電気生理学的解析を行った。
４．eCB系の海馬機能における役割： eCB系遺伝子改変マウスにおいて、瞬目反射条件付けのLI (latent inhibition)課題に関する解析を継続した。
５．eCB系の抗炎症作用：U87-MGヒト悪性グリオーマ細胞における、NF-kBシグナルを介する炎症作用に注目し、グリアのeCB系による抗炎症作用のメカニズムを調べるための条件検討を行った。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2009-05-11 - 2014-03-31

【配分額】210,340千円 (直接経費: 161,800千円、間接経費: 48,540千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】21370029 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

昆虫 / 脳・神経 / 遺伝子 / 神経科学 / 生理学

【研究成果の概要】

カイコガのフェロモン情報処理に関わる神経経路を特定した.これまでに触角葉から前大脳側部の感覚系領域および側副葉の運動系領域を構成する神経細胞群について解析が行われていたが,本研究では,これらの領域を接続する神経経路を同定した.まず神経細胞集団の染色法を用い,既知のフェロモン情報経路と接続関係を持つ複数の領域を特定した.続いて単一細胞形態の解析,フェロモン応答性の調査に基づき,触角葉・前大脳側部・前大脳内側部・側副葉という直列型のフェロモン情報経路が存在することを明らかにした.また単一細胞の性質をより詳細に分析するための,新規な生理計測の実験手順を確立した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2012

【配分額】19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)

【研究分野】薬理学一般

【研究領域課題番号】21229004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

受容体 / チャネル / 輸送系 / シグナル情報伝達 / シグナル伝達 / 生体分子 / 脳・神経 / 薬理学 / 生理学

【研究成果の概要】

中枢神経系において、Ca2+シグナルの未知機能探索とシグナル分子可視化研究を介して中枢神経ネットワーク機能について以下の成果を得た。(1) アストロサイト細胞内Ca2+シグナルを介したアストログリオーシス機構および神経細胞保護作用を明らかにした。(2) グルタミン酸シグナルがどのような時空間分布をとって伝達を行っているかについて、直接的な解析に初めて成功した。生体脳内測定へと拡張し、感覚入力によりグルタミン酸スピルオーバーが起きることを証明した。(3) NOによるCa2+放出（NICR）を発見。小脳シナプス長期増強を惹起することとNOによる神経細胞死にNICRが関与し得ることを示した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2009-05-11 - 2014-03-31

【配分額】238,940千円 (直接経費: 183,800千円、間接経費: 55,140千円)

【研究分野】生理学一般

【研究領域課題番号】21790213 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イオンチャネル / シナプス可塑性 / 記憶・学習 / 小脳 / 脳・神 / 生理学 / シナプス / デルタ2受容体

【研究成果の概要】

本研究では、イオンチャネル型グルタミン酸受容体(iGluR)のチャネル非依存的な機能について、iGluRメンバーであるデルタ2受容体を対象に追究した。その結果、デルタ2受容体は、チャネルとして働かず、細胞外N末端領域を介してシナプス形成を促進し、細胞内C末端領域を介して、記憶・学習の分子基盤とされるシナプス可塑性を制御することが分かった。本研究の成果は、iGluR機能の全貌解明に有用な知見を与えうるものと期待される。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】20247005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ペプチド / 生殖 / 性行動 / 神経生理学 / トランスジェニック / メダカ / 神経科学 / 生理学 / 脳・神経 / 動物 / 生理活性 / GnRHキスペプチン / GnRH / キスペプチン

【研究成果の概要】

我々は、脳内のGnRH1、GnRH2、GnRH3ニューロンのそれぞれが特異的にGFPを発現する遺伝子組換メダカを作り、それらを生きたまま可視化した。神経回路を保ったままの丸ごとの脳をin vitroに保ち、顕微鏡下で単一のGFP標識GnRHニューロンからの自発的な神経活動や神経修飾・伝達物質に対する神経応答を記録することにより、それらの機能を生理学的に解析した。また、脳下垂体からの生殖腺刺激ホルモン放出をモニターできるような遺伝子改変動物を作成してホルモン放出の調節機構を解析した。これにより、進化の過程で多様な機能をもつに至った、GnRHペプチド神経系の機能に関する理解が飛躍的に深まった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2008-04-08 - 2013-03-31

【配分額】48,230千円 (直接経費: 37,100千円、間接経費: 11,130千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】18100003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

情動 / NMDA受容体 / 精神神経疾患 / 遺伝子改変マウス / 扁桃体 / 海馬 / シナプス可塑性 / リン酸化 / 線条体 / グルタミン酸受容体 / 長期増強 / マウス / シナプス伝達 / うつ病 / 電気生理学 / 脳・神経 / 脳神経疾患 / 行動学 / 遺伝子 / 生理学 / シナブス伝達

【研究成果の概要】

情動の分子基盤を明らかにするために、おもに遺伝子改変マウスを用いて機能解析を進めた。扁桃体や海馬に発現するグルタミン酸受容体の一種であるNMDA受容体や生理活性物質である神経ペプチド、アセチルコリン、コルチコトロピン放出因子などのシナプス伝達や可塑性あるいは高次脳機能における役割を明らかにした。また、新たなタイプのシナプス可塑性を発見した。さらに、歯状回におけるシナプス可塑性の抑制性調節の詳細な機構を解明した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2006 - 2010

【配分額】109,460千円 (直接経費: 84,200千円、間接経費: 25,260千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】18370028 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

昆虫 / 脳・神経 / 遺伝子 / 神経科学 / 生理学 / 嗅覚

【研究成果の概要】

生物の匂い識別機構を理解するために,カイコガの嗅覚一次中枢である触角葉の構成神経を対象として,マルチスケール分析を行った.まず,触角葉を構成する糸球体の再構成を行い,空間的位置情報から糸球体を個体間で同定する技術を確立した.つづいて投射神経の匂いに対する神経活動を糸球体に再構成することで,匂い情報が糸球体の時空間的な活動パターンによって表現されていることを示した.さらに局所介在神経の網羅的形態分析から,これらの特性が領域特異的に分枝する局所介在神経の動作によることを示唆した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】13,800千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 2,100千円)

【研究分野】生理学一般

【研究領域課題番号】18689008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

可視化 / 生体分子 / 生理学 / 蛋白質 / 脳・神経 / 開口放出 / ホルモン分泌 / 全反射蛍光顕微鏡 / イメージング / 小胞輸送 / シナプトタグミン / 分泌顆粒輸送 / 低分子量GTP蛋白質 / Rab / ドッキング

【研究成果の概要】

私達の身体は環境変化に対応するため、ホルモンを分泌することにより体内の恒常性を一定に保っている。この機構の破綻は、アレルギー、糖尿病等の種々の疾患に直結する。しかしホルモン分泌の詳細な分子メカニズムについては解明されていない。そこで、超高感度、超高解像度を持つ蛍光顕微鏡を新規開発し、内分泌細胞から起こるホルモン分泌反応を直接可視化計測することに成功した。そして、ホルモン分泌制御機構の詳細な分子メカニズムの一端を解明した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】27,690千円 (直接経費: 21,300千円、間接経費: 6,390千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】17100004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子 / 細胞神経科学 / ニューロン / シナプス / 神経回路 / 神経発生 / 神経発達 / 神経再生 / 神経再建 / 姿勢 / 運動制御 / 神経科学 / シグナル伝達 / 生理学 / 脳・神経 / 逆行性シグナル / シナプス伝達調節 / カンナビノイド / シナプス伝達調整

【研究成果の概要】

脳内に存在するマリファナ類似物質(内因性カンナビノイド)はニューロンのシナプス後部から放出され、逆行性にシナプス前終末のカンナビノイドCB_1受容体に作用して、神経伝達物質放出の減少を引き起こす。本研究では、内因性カンナビノイドのシナプス伝達調節の機構とその脳機能における役割の解明を目指した。4年間の研究において、中枢シナプスにおける内因性カンナビノイドの生合成、放出、分解の分子機構をほぼ解明し、また、内因性カンナビノイド系の小脳運動学習への関与を証明するなど、当初の目的をほぼ達成することができた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2005 - 2008

【配分額】105,560千円 (直接経費: 81,200千円、間接経費: 24,360千円)

【研究分野】薬理学一般

【研究領域課題番号】16209008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 薬理学 / 生理学 / 感染症 / 体液恒常性 / 体液塩濃度 / 塩分・水分摂取 / Naチャンネル / ナトリウムセンサー / グリア細胞 / 受容体型チロシンホスファターゼ / 記憶・学習

【研究成果の概要】

本研究では主に遺伝子ノックアウトマウスの解析を通して、プロテインチロシンホスファターゼζ(PTPζ)とNa_xイオンチャンネルの関わる生命現象とその分子・細胞機構を明らかにすることを目指す。本年度の研究成果は以下の通りである。
a)PTPζのシグナル伝達系
1.基質分子中の基質サイトの同定
PTPζの基質分子中の基質サイトの同定については、昨年度p190 RhoGAP中のY1105が明らかになったが、本年度はGit1(ArfGAP)とMagi1について、そのサイトを決定した。
2.PTPζ遺伝子ノックアウトマウスのメタンアンフェタミンに対する不感受性の分子機序について、ドーパミン・トランスポーターの細胞内への取り込み能について細胞生物学的解析を行なった。
3.眼におけるPTPζのisoformの多様性について解析を行なった結果、受容体型PTPζがsheddingを受けている可能性が明らかになった。
b)Na_xチャンネル
1.昨年度Na_xとNa^+,K^+-ATPaseのα1サブユニットが結合していることを見出したが、その後この結合が細胞内Naレベルの上昇に応答してNa^+,K^+-ATPaseが活性化するために必要であることが明らかになった。また、Na_x陽性細胞ではNa^+,K^+-ATPase活性化の結果、糖代謝の増加、並びに乳酸の産生と分泌が上昇することが確認された。
2.マウスの尿中におけるバソプレッシン量を測定する系を確立した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2007

【配分額】46,540千円 (直接経費: 35,800千円、間接経費: 10,740千円)

【研究分野】病態医化学

【研究領域課題番号】12557016 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膜電位 / 神経科学 / 生理学 / 脳・神経 / 電位感受性色素 / ニューロン

【研究成果の概要】

神経科学研究は、単一シナプス解明の段階を経て、今や多ニューロン間ネットワークの相互機能を解析する時代を迎えている。神経興奮が脳機能の源である以上、生化学者といえども脳研究を行う上で、電気現象を的確にとらえることが不可欠であるが、これまでの電気生理学は、急速に多分野に浸透していった遺伝子工学に比べ、明らかに特殊な領域であった。本研究は、生化学的見地から、定型的電気生理学を用いることなく、生体(細胞)電気信号を検知する非接触型電位計測プローブ(リモートセンサープローブ)を開発するとともに、電位感受性色素やイメージングシステムを組み合わせて、脳スライスの記録をし、従来の電気生理学的解析結果との比較対照を行うことにより、新しいニューロンの機能解析系を構築することを目的とする。
電気生理学的解析及び電位依存性色素の利用のためのシステムを構築するとともに、マウス海馬CA1,CA3におけるLTP記録を行い、その薬理学的調節機構を明らかにした。一方、多電極記録法を用いた細胞外記録を行うために、マルチチャンネル細胞外記録システムによる海馬におけるLTP記録に成功した。
本研究に用いるシステムは機械(ロボット)化が可能であり、単に基礎医学にとどまらず、化合物の網羅的スクリーニング等、創薬、産業化にも貢献すると期待される。また、電位感受性色素を用いたシステムでは、単に細胞レベルの測定に留まらず、進歩したイメージングシステムを組み合わせることにより、例えば、脳内ニューロンの興奮の二次元的可視化が可能になり、多ニューロン間の相互作用の解析を行うことができると推察される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】13,500千円 (直接経費: 13,500千円)