文字サイズ :
HOME >  共同利用研究 >  計画共同研究 2014年度

共同利用研究

Joint Researches

計画共同研究 2014年度

2014年度計画共同研究実施内容

計画共同研究は,研究者の要請に基づいて生理学研究所が自らテーマを設定する。2007年度までは,「遺伝子操作モデル動物の生理学的,神経科学的研究」 と「バイオ分子センサーと生理機能」の二つが行われた。2008年度からは,「多光子励起法を用いた細胞機能・形態の可視化解析」と「位相差低温電子顕微 鏡の医学・生物学応用(2011年度から「先端電子顕微鏡の医学・生物応用」に改題)」が、2009年度からは「マウス・ラットの行動様式解析」が開始さ れた。また、2011年度から「マウス・ラットの行動代謝解析」が,2012年度から「霊長類への遺伝子導入実験」,「機能生命科学における揺らぎの研 究」及び「脳情報の階層的研究」が、さらに、2013年度から「ウィルスベクターを用いた神経系への遺伝子導入」が新設された。いずれも現在最も高い関心 が寄せられている領域であると同時に,生理学研究所が日本における研究の最先端をいっている分野でもある。多くの共同研究の申請を期待している。  2012年度に永年続く申請課題に関して教授会および運営会議で話し合われた結果、以下のことが決定された。
1) 申請計画は5年以内に終結する計画とし、明確な目的と実験計画を求める。ただし、5年間の進捗状況によりさらなる延長は可能である。
2) 申請課題名は具体的なものとし、包括的なテーマでは採択しない。
3) また、部門ごとに受け入れ件数を限る。一般共同研究:各研究部門・研究施設ごとに原則5件以内とすることが望ましい。計画共同研究:担当課題ごとに原則5件以内とすることが望ましい。

◇ 計画共同研究の詳細は,次の通りである。

「遺伝子操作モデル動物の生理学的,神経科学的研究」

生理学及び脳科学の研究を推進する上で個体レベルでの解析は重要であり,遺伝子操作モデル動物は非常に有効な実験材料となる。モデル動物開発のための発生 工学的技術の革新は近年とくに目覚ましく,日々,発展・進歩を遂げている。生理学・脳科学と発生工学の両方に精通した行動・代謝分子解析センター 遺伝子改変動物作製室が遺伝子操作モデル動物の作製技術を全国の研究者に提供することは,他機関の同種事業に比べても当該研究分野の発展に大きく貢献して いる。共同利用研究に供するため,ラットとマウスにおいて,トランスジェニック動物やノックアウト(KO)動物のような有用モデルの開発を支援している。 特にラットの遺伝子改変技術は、これまで困難を極めていたが、最近、ES細胞やiPS細胞の樹立が確立され、ノックアウトラットの作製も可能となった。同 作製室においても、生殖系列寄与能を持つラットES細胞株ならびにiPS細胞株の樹立に成功し、これら幹細胞を使ってKOラット個体やノックイン(KI) ラット個体も獲得した。2013年度は、研究所外5件、所内4件の要請があり、合計で23系統の遺伝子改変マウス・ラットの作製を行った。今後は、人工ヌ クレアーゼを利用した新しいゲノム編集技術によるKO/KI動物の作製にも取り組み、その技術を広く提供できるよう努めたい。

「マウス・ラットの行動様式解析」

遺伝子改変動物を用いて,遺伝子と行動を直接関連づけられることが明らかとなってきた。このような研究においては多種類の行動実験を一定の方法に則って再 現性よく行うことが要求される。このような実験を各施設で独立して行うことは極めて困難であり,無駄が多い。生理学研究所では動物の行動様式のシステマ ティックな解析を全国の共同利用研究に供するために,行動・代謝分子解析センターに行動様式解析室を立ち上げた。この施設に日本におけるマウス行動学の権 威である宮川博士を客員教授として迎え,2009年度から計画共同利用研究「マウス・ラットの行動様式解析」を開始した。将来的にはラットの解析を行う予 定であるが,現在はマウスの解析を実施している。 2013年度は、研究所外との11件の計画共同研究、そして1件の所内共同研究を行った。マウス系統数としては、8系統のマウスに対して網羅的行動テスト バッテリーによる解析を行ったのに加え、5系統の遺伝子改変マウスあるいは薬物投与マウスについて、複数の行動テストによる解析を行った。また、恐怖条件 づけテストの行動解析プロトコル (Shoji et al, JoVE 2014) を出版し、それに対応した行動解析用のソフトウェア (ImageFZ, Program for the Contextual and Cued Fear Conditioning Test) を公開した。この他にT字型迷路テスト (Shoji et al, JoVE 2012) の行動解析ソフトウェア (ImageTM, Program for the T-Maze Test) も公開している。これらのソフトウェアは以下のURLから入手することができる:http://www.mouse-phenotype.org /software.html。本ソフトウェアを使用することで、取得画像に基づいた客観的な行動評価が手軽に行えるようになり、行動解析の効率化・標準化が進むことが期待される。

「マウス・ラットの代謝生理機能解析」

代謝生理解析室は、2010年に発足、2011年よ代謝生理解析室は、2010年に発足、2011年より計画共同研究「マウス・ラットの代謝生理機能解析」を開始した。同室では、生理研内外の研究者が作成、保有する遺伝子改変動物を用いて以下の項目を測定している。
1)運動系を中心とした覚醒下での単一ニューロン活動などの神経活動の計測。
2)自由行動下における脳内特定部位での神経伝達物質の分泌計測。
3)フラビン及びヘモグロビン由来の内因性シグナルを利用した脳領域活動と膜電位感受性色素を用いた回路活動のイメージング。
4)自由行動下における摂食、エネルギー消費の計測。
5)自由行動下における体温、脈拍数、血圧の計測。
2013年度は、外部機関と8件の共同研究を実施した。

「先端電子顕微鏡の医学・生物学応用」

本計画共同研究では、低温位相差電子顕微鏡(位相差電顕)と連続ブロック表面走査型電子顕微鏡(SBF-SEM)を初めとする当研究所が誇る最先端の電子 顕微鏡技術を、医学,生物学のフィールドで有効に活用してもらうために実施する。位相差電顕は、生理学研究所で独自に開発されたもので,無染色の生物試料 について、生(なま)に近い状態の構造を高コントラストで1 nm以下の分解能で観察できる性能を持つ。主な観察対象は、急速凍結された無染色の蛋白質粒子、ウィルス,バクテリア,培養細胞、凍結組織切片などであ る。また、SBF-SEMは、樹脂に包埋された組織をダイヤモンドナイフで薄く削り,その表面に現れる構造を走査型電子顕微鏡(SEM)により連続的に記 録して,試料の三次元構造を再構築する装置である。この方法で脳のような比較的大きな組織の三次元構造を,数十nmの解像度で可視化することができる。 2013年度は位相差電顕に関連して4件、SBF-SEMに関連して8件の計画共同研究が行われた。

「多光子励起法を用いた細胞機能・形態の可視化解析」

2光子励起蛍光顕微鏡システムは,非侵襲性で組織深部の微細構造を組織や細胞が生きた状態で観察することができる光学顕微鏡である。近年、光学メーカー各 社が2光子システムを販売したことにより、国内外で急速に導入が進んでいる。しかしながら,2光子顕微鏡システムを使いこなすためには、顕微システムだけ でなく特殊な試料措置や経験が必要なケースが殆どである。このような事情から、顕微鏡システムだけでなく、試料準備やプローブ選択を含めた高度な技術提供 ができる生理研が、共同利用可能な機関としては国内随一となっている。現在,3台の2光子励起顕微鏡(in vivoおよび組織切片実験 用)と2台の2光子蛍光寿命イメージング顕微鏡が安定的に稼動している。その性能は世界でトップクラスであり,レーザー光学系の独自の改良により,生体脳において約1ミリメートルの深部構造を1マイクロメートル以下の高解像度で観察できることのみならず、分子間の相互作用や活性化をイメージングすることも 可能となっている。このほかに、Qdotを利用した1分子イメージング観察システムの導入もできており、蛍光顕微鏡を利用した多彩なイメージングの共同研 究への供与に取り組んでいる。

特に、これまでに、生体内Ca2+イメージング技術の確立および同一個体・同一微細構造の長期間繰り返し観察の技術の確立に成功し ており、これらを利用し、脳、血管、骨組織における生体分子や細胞の可視化について共同研究を実施している。その他、生体恒常機能発達機構研究部門及び多 光子顕微鏡室が研究室単位での共同研究を受け入れている。今年度は3件の計画共同研究を行った。さらに、将来の共同研究の可能性を検討するための予備的実 験を7件行った。また、多光子励起顕微鏡システムの購入・自作の相談、および共同研究の可能性についての詳細な相談を多数行った。また、多光子励起顕微鏡 システムの見学には20 件を超える来所者があった。

「霊長類への遺伝子導入実験」

ウイルスベクターを用いて霊長類の脳に遺伝子を導入し、機能分子の発現を制御したり神経活動を変化させる技術はこれまで困難とされてきたが、今や有望な 技術として注目されるようになってきた。しかしこのような研究を遂行するには、ベクターの開発、ベクター注入のための実験室など、多くの技術、設備を要す る。これらの技術、設備を共同利用に供することにより、高次脳機能やその病態の解明を目指し、2012年度から計画共同研究を開始した。

2012年度には3件、2013年度には5件の計画共同研究を行った。マカクサル運動皮質損傷後の機能回復にともなう代償的運動出力経路の解明では、こ のような代償的経路の解析にウイルスベクターを用いる方法の検討を行った。遺伝子改変サルモデルを用いた大脳基底核の機能と病態の解明においては、ウイル スベクターとイムノトキシン法を用いて、大脳基底核の神経経路のうちハイパー直接路(大脳皮質—視床下核路)の選択的除去に成功した。霊長類脳遺伝子発現 抑制実験へのPET分子イメージング法の応用では、ウイルスベクターを用いたRNA干渉による遺伝子発現抑制をPETで観察することに成功した。

「機能生命科学における揺らぎの研究」

機構の 「自然科学研究における国際的学術拠点の形成」 プロジェクトの一つとして、生理研が主として担当する 「機能生命科学における揺らぎと決定」 が開始された。 その目的は以下の通りである。ヒトの意思決定や進化をイメージすると 「安定・平衡を保つこと」 と 「時折変わる力を持つこと」の両方が重要である。「揺らぎ」 は、「安定」 と 「時折の変化」 の両方を可能とする有効なシステムと考えられる。本プロジェクトでは、単分子、多分子相互作用系から細胞系、生体システムまでの世界を 「揺らぎと決定」 というキーワードで捉え、生命の各階層に存在する揺らぎを知り、また揺らぎの果たす役割を明らかにすることにより、機能生命科学における 「決定とその跳躍」 に関する原理を探る。これにより、生体機能分子の揺らぎとそれらの相互作用がいかにして複雑な生命現象を生み出し、そして究極的にはヒトの意思の創発をも たらすのか等の理解を目指す。

このプロジェクトの一貫として、2012年度より計画共同研究「機能生命科学における揺らぎの研究」を開始した。2012年度には1件、2013年度には3 件を実施し、2014年度も3 件を実施する計画である。

「脳情報の階層的研究」

本課題は、自然科学研究機構事業「自然科学研究における国際拠点形成」の中で生理学研究所が担う2課題のうちの1つとして2010年度から開始された。目 的は、人や各種モデル動物を用いて分子―細胞―回路―脳の階層をつなぎながら脳神経系の情報処理過程について研究を行なう。そのために、イメージングなど の階層レベルや動物種をシームレスにつなぐ実験的手法を用いて、脳神経の情報処理機能を、脳の構造と機能の相関として明らかにする。さらに、各国の研究者 との交流をもとに、脳の戦略機構の理解を推進する国際拠点を形成する。

2013年度は生理研における7部門・室と生理研外3研究室(基生研2,分子研1)参加した。また、著明な海外研究者の招聘と生理研研究者の海外派遣を行った。機構外からの招聘研究者を含めてシンポジウムを開催した。2012年度から計画共同研究として募集を開始した。

「ウイルスベクターを用いた神経系への遺伝子導入」

ウイルスベクターは、中枢神経系に遺伝子を導入するための非常に有用なツールである。ウイルスベクター開発室では、各種血清型のアデノ随伴ウイルスベク ター、従来型のレンチウイルスベクター、神経路特異的な機能操作を可能にする高頻度逆行性レンチウイルスベクターなどを提供することによって、共同研究を 推進している。また、より有用な新規ウイルスベクターを開発するための共同研究にも取り組んでいる。

2013年度は、生理学研究所内外の研究室に延べ数で100件を超えるウイルスベクターの提供を行い、現在、共同研究を推進しているところである。すで に、非常に興味深い研究結果が得られつつある共同研究も出て来ており、来年度のさらなる進展が期待される。また、2件の計画共同研究を行い、こちらに関し ても興味深い研究結果が得られつつある。  今後は、本研究室で大量精製された高品質なウイルスベクターをより多くの研究機関に提供することによって、さらに活発な共同研究を推進する予定である。

2014年度採択表

(1)遺伝子操作モデル動物の生理学的,神経科学的研究
(2)マウス・ラットの行動様式解析
(3)マウス・ラットの代謝生理機能解析
(4))先端電子顕微鏡の医学・生物学応用
(5)多光子励起法を用いた細胞機能・形態の可視化解析
(6)霊長類への遺伝子導入実験
(7)機能生命科学における揺らぎの研究
(8)脳情報の階層的研究
(9)ウイルスベクターを用いた神経系への遺伝子導入

No. 研究課題名 氏 名 計画区分
1 キメラ動物作製法を利用した小脳構築原理の解明 金子 涼輔
群馬大院・医
(1)
2 生殖を制御する脳内メカニズム解明のための遺伝子改変モデルの作製とその解析 束村 博子
名古屋大院・生命農学
(1)
3 ヒストンH2BユビキチンリガーゼBre1aの神経幹細胞における機能の解析 等 誠司
滋賀医科大・医
(1)
4 神経回路形成におけるクラスター型プロトカドヘリンの機能解析 八木 健
大阪大院・生命機能
(1)
5 神経突起の形態形成に異常を呈する遺伝子操作マウスの行動解析 岸 将史
新潟大院・医歯学総合
(2)
6 コンドロイチン硫酸プロテオグリカンの合成抑制による脳高次機能の異常の解析 五十嵐 道弘
新潟大院・医歯学総合
(2)
7 Cyclin-dependent kinase-like 3(CDKL3) ノックアウトマウスを活用した精神疾患の中間表現型の解明 田中 輝幸
東京大院・医
(2)
8 時計関連遺伝子欠損マウスの行動様式解析 清水 貴美子
東京大院・理
(2)
9 神経系特異的Na/H交換輸送体NHE5ノックアウトマウスの行動解析 荒木 敏之
国立精神・神経医療研究センター・神経研究所
(2)
10 PAPS輸送体 ヘテロ欠損個体の行動様式の解析 西原 祥子
創価大・工
(2)
11 神経樹状突起mRNA輸送・局所的翻訳の高次脳機能解析 椎名 伸之
自然科学研究機構・基礎生物学研究所
(2)
12 乳幼仔・小児・成熟個体におけるナノマテリアルの情動・認知行動毒性学的評価 堤 康央
大阪大院・薬
(2)
13 電位依存性プロトンチャネルVSOP1が精神疾患に及ぼす影響の解明 岡村 康司
大阪大院・医
(2)
14 NPRP-Cマウスを活用した精神疾患の中間表現型の解明 片野 泰代
関西医科大・医
(2)
15 FcγRIIB欠損マウスを活用した精神疾患の中間表現型の解明 岡本 基
岡山大院・保健
(2)
16 筋機械痛覚過敏の発症と維持におけるイオンチャネルの役割 水村 和枝
中部大・生命健康
(3)
17 ドーパミン受容体ノックアウトマウスを用いた大脳基底核機能の解析 籾山 俊彦
東京慈恵会医科大・医
(3)
18 大脳基底核におけるCbln1ファミリータンパク質の役割 柚﨑 通介
慶應義塾大・医
(3)
19 電気生理学的手法を用いたビオプテリン部分欠乏マウスにおける運動障害発症機構の解析 一瀬 宏
東京工業大院・生命理工
(3)
20 大脳基底核アストロサイトによる運動制御機構の電気生理学的解析 和中 明生
奈良県立医科大・医
(3)
21 摂食調節ペプチドによるエネルギー代謝調節の研究 塩田 清二
昭和大・医
(3)
22 脂肪細胞におけるUCP1発現制御におけるTRPチャネルの機能解析 河田 照雄
京都大院・農
(3)
23 TRPチャネルが担う中枢性呼吸調節機構の解明 平田 豊
兵庫医科大・医
(3)
24 ラット遺伝子のBACクローンへのレコンビナーゼCre-ERの組込みと作成したトランスジェニックラットの組織化学・細胞生物学的研究 加藤 幸雄
明治大・農
(3)
25 コネクトームを利用した、神経幹細胞の細胞周期に伴う形態変化の観察 玉巻 伸章
熊本大院・生命科学
(4)
26 馬ピロプラズマ原虫 Babesia caballi および Theileria equi 感染赤血球にみられる管状構造の3次元構造解析 五十嵐 郁男
帯広畜産大・原虫病研究センター
(4)
27 腎尿細管障害における細胞内Na+制御とミトコンドリア分裂・融合の役割の解明 齊藤 成
山梨大院・医学工学総合
(4)
28 髄鞘の形成と疾患におけるミトコンドリア動態の変化とその役割の検討 大野 伸彦
山梨大院・医学工学総合
(4)
29 電子顕微鏡用環境制御セルの開発とその応用 箕田 弘喜
東京農工大院・工
(4)
30 先端電子顕微鏡を用いた髄鞘の軸索機能調節機序の解析 馬場 広子
東京薬科大・薬
(4)
31 ノロウイルスの高分解能構造解析 片山 和彦
国立感染症研究所
(4)
32 連続ブロック表面走査電顕による昆虫視覚第一次中枢モジュール構造の解析 蟻川 謙太郎
総合研究大学院大・先導科学
(4)
33 連続ブロック表面―走査電子顕微鏡(SBF-SEM)による神経回路構造の解析 深澤 有吾
名古屋大院・医
(4)
34 先端電顕観察法によるイネ種子細胞内タンパク質顆粒形成機構の解明 増村 威宏
京都府立大院・生命環境
(4)
35 連続ブロック表面SEMによる感覚ニューロン系の3次元超微形態解析 高浪 景子
京都府立医科大院・医
(4)
36 社会行動の分子神経基盤の理解に向けて:仲間感覚神経システムの3D構造の研究 尾崎 まみこ
神戸大院・理
(4)
37 嗅覚系脳神経回路の三次元微細構造的基礎~光顕から電顕へ繋ぐ統合解析~ 樋田 一徳
川崎医科大・解剖学
(4)
38 Apply Zernike in-focus cryo-EM to visualize the architecture of eukaryotic transcription complex CHANG, Wei-hau
Academia Sinica・Institute of Chemistry
(4)
39 多光子顕微鏡を用いた嗅球ニューロンのターンオーバーを制御する微小環境の可視化解析 澤本 和延
名古屋市立大院・医
(5)
40 微小管のアセチル化制御における新規鞭毛輸送(IFT)タンパク質MIP-T3の分子機能解析 北里 海雄
長崎大・薬
(5)
41 遺伝子改変サルモデルを用いた大脳基底核の機能と病態の解明 高田 昌彦
京都大・霊長類研究所
(6)
42 マカクサル運動皮質損傷後の機能回復にともなう代償的運動出力経路の解明 肥後 範行
産業技術総合研究所・ヒューマンライフテクノロジー研究部門
(6)
43 オプトジェネティックスを用いたサル感覚運動機能の解析に関する基盤的研究 関 和彦
国立精神・神経医療研究センター・神経研究所
(6)
44 メラノプシンの構造揺らぎと機能発現の相関研究 古谷 祐詞
自然科学研究機構・分子科学研究所
(7)
45 アノールトカゲにおけるTRPイオンチャネル受容体活性化温度閾値の種間比較 河田 雅圭
東北大院・生命
(7)
46 膜流動性と細胞信号伝達に関する研究 高木 昌宏
北陸先端科学技術大学院大・マテリアルサイエンス
(7)
47 母子解離マウスのマイクログリアがシナプス可塑性に与える影響について 高鶴 裕介
群馬大院・医
(8)
48 性周期制御におけるGABA興奮性作用の役割 渡部 美穂
浜松医科大・医
(8)
49 ウイルス二重感染法を用いたマカクザル盲視神経経路の解明 木下 正治
弘前大院・医
(9)
50 弱毒性狂犬病ウイルスによる逆行性単シナプス分子輸送を応用した運動前ニューロンの同定 梅田 達也
横浜市立大・医
(9)
51 逆行性レンチウイルスベクターを用いた覚醒を導く神経機能の解析 山中 章弘
名古屋大・環境医学研究所
(9)
52 逆行性ウィルスベクターを用いた体液恒常性維持神経回路の解析 野田 昌晴
自然科学研究機構・基礎生物学研究所
(9)
53 皮質・基底核・視床回路を解析する研究 藤山 文乃
同志社大院・脳科学
(9)

過去の採択一覧・成果

 

申請書
ダウンロード

各種申請書はこちらからダウンロードすることができます。

共同利用研究
関連書類

すでに採択されている方はこちら