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します。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」の二つが行われました。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」が開始されました。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」が開始されました。さらに，2013年度から「ウイルスベクターを用いた神経系への遺伝子導入」が、2016年度から「生体超分子複合体の精製と質量分析法による同定」が、2017年度から「膜機能タンパク質ダイナミクスの解析」が、2021年度から、「多点走査型顕微鏡による多次元蛍光イメージング解析」と「神経活動ダイナミクスの解析による精神・神経疾患の病態解明」が新設されました。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走っている分野でもあり，多くの共同研究の申請を期待しています。一方、自然科学研究機構のプロジェクトの終了に伴い「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」は、2015年度にて終了しました。「マウス・ラットの行動様式解析室」については行動様式解析室の閉鎖予定に伴い、2016年度は、新規申請の採択は行わず既採択分の継続のみ実施して終了いたしました。「膜機能タンパク質ダイナミクスの解析」は2022年度にて終了しました。
2012年度に、長期に渡り継続される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ました。
◇ 計画共同研究の詳細は，次の通りです。なお、動物資源共同利用研究センターの改修と改組に伴い、2022年度から
① 先端モデル動物の作製（2021年度までは生理学研究所計画共同研究「①遺伝子操作モデル動物の作製と生理学的・神経科学的解析」として実施）
② マウス・ラットの行動・代謝・生理機能解析
については、同センターの計画共同研究へ移行しました。
遺伝子操作モデル動物は個体レベルでの遺伝子機能解析に非常に有効な実験材料として，広く生命科学分野において利用されています。モデル動物作製のための発生工学技術の発展は近年とくに目覚ましく，切断したい標的塩基配列を含むguide RNA (crRNA: tracrRNA) とCas9タンパク質を受精卵やES細胞に導入することでゲノム上の任意の配列を比較的容易に切断できる新ゲノム編集技術 (CRISPR/Cas9システム) が注目されています。動物資源共同利用研究センター 先端モデル動物作製室並びに行動・代謝分子解析センター 遺伝子改変動物作製室では常にCRISPR/Cas9システムのような最新の技術導入に挑戦し，内在遺伝子を改変したマウスおよびラット個体を同システムにより提供できる体制の整備を成し遂げました。生理学・脳科学と発生工学の両方に精通している当室スタッフは，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を通し，当該研究分野の発展に大きく貢献してきました。計画共同利用研究ではラットとマウスの両方において，トランスジェニック (Tg) 動物やノックアウト/ノックイン (KO/KI) 動物の作製という形でモデル動物の開発を支援しています。今後も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ていきます。2023年度は14件実施予定です。
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」を開始しました。2021年度より行動様式解析室と統合し、行動・代謝分子解析センター多階層生理機能解析室に移行しました。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ます。
（A）情動、学習・記憶に関わる行動の評価及び神経・筋活動の解析
（B）自由行動下における摂食行動、エネルギー消費の計測
（C）自由行動下における体温、脈拍数、血圧の計測
（D）マウスを用いた非侵襲的4 次元心機能および脳/末梢循環の超音波イメージング計測
（E) 円形温度グラジエント装置を用いたマウスの温度嗜好性解析
（F) 生体脳細胞活動計測と操作
（G) 病態モデルマウスを用いた神経・免疫連関の機能解析
なお、(B)から(D)は２０２１年度までは生理学研究所計画共同研究「②マウス・ラットの代謝生理機能解析」として実施したものです。
2023年度は17件実施予定です。
本計画共同研究では，低温電子顕微鏡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します。低温電顕は，試料を凍結させてそのまま観察するため、生（なま）に近い状態の構造を高い分解能で観察することができます。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す。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す。この方法は脳のように細胞が複雑に入り組んだ組織の三次元形態解析に有効です。数十nmの厚みで数千枚以上の画像を自動で取得することで，一辺が数十μmを越える三次元領域の構造を一度に可視化することができます。2023年度は15件が予定されています。
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す。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ます。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ほとんどです。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ます。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（FRETイメージングによりタンパク質間結合や分子活性化イメージングが可能）が安定的に稼動しています。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おり、多彩な光学顕微鏡イメージングの共同研究への供与に取り組んでいます。
また，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ます。その他，生体恒常性発達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ます。2023年度は1件を予定しています。
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たりする技術はこれまで困難とされてきましたが，今や有望な技術として注目されるようになってきました。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，設備を要します。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せるよう，2012年度から計画共同研究「霊長類への遺伝子導入実験」を開始しました。2013年度には5件，2014年度には5件の計画共同研究を行ないました。
この実験の中心的な鍵を握るのは、ウイルスベクターの作成と使用です。また、げっ歯類等、霊長類以外への適用も求められます。そのため、2013年度から、計画共同研究「ウイルスベクターを用いた神経系への遺伝子導入」を開始しました。生理研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とともに、より有用な新規ウイルスベクターの開発にも取り組んでいます。2014年度までに，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ました。2013年度は2件，2014年度は4件の計画共同研究を行ないました。
2015年度からは、ふたつの計画共同研究を統合して「ウイルスベクターの作製・供与、および霊長類への遺伝子導入実験」として募集を行い、総計14件を実施しました。
これまでの成果としては、以下が挙げられます。
１）マカクサル脊髄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，ウイルスベクターによる経路選択的操作が中心的な役割を果たしました。
２）ウイルスベクターを利用することによって、ラットの前頭皮質5層における興奮性細胞と抑制性細胞からなる神経回路の特性が明らかになりました。
３）ウイルスベクターを利用して、脂肪と炭水化物の食べ分けを決める神経細胞がマウスで同定されました。
現在は管理上の簡便さから、P1Aで扱えるAAVベクターを中心に用いています。2018 年度には4 件の計画共同研究が採択され、マカクサル、マーモセットを用い、主に運動皮質•脊髄の機能について光遺伝学的解析を行っています。2023年度は13件が予定されています。
生体内でのタンパク質の機能を理解するためには、生体内での超分子複合体の構成タンパク質を正確に同定することが必要不可欠です。そのために、組織や細胞からタンパク質複合体を、特異性を重視して精製し、質量分析装置により構成タンパク質の同定や、自己免疫性疾患の自己抗体の標的抗原の同定を行う研究手法に対するニーズが高まっています。2023年度は2件を予定しています。
▼計画共同研究（生理学研究所）
▼計画共同研究（動物資源共同利用研究センター）
①先端電子顕微鏡の医学・生物学応用
②多光子励起法を用いた細胞機能・形態の可視化解析
③ウイルスベクターの作製・供与、および霊長類への遺伝子導入実験
④生体超分子複合体の精製と質量分析法による同定
⑤多点走査型顕微鏡による多次元蛍光イメージング解析
⑥神経活動ダイナミクスの解析による精神・神経疾患の病態解明
| No. | 研究課題名 | 氏 名 | 研究分類 |
|---|---|---|---|
| 1 | 先端電子顕微鏡による海底微生物の細胞構造解析 |
井町 寛之 (海洋研究開発機構・超先鋭研究開発部門) |
(1) |
| 2 | B型肝炎ウイルス逆転写酵素のクライオ電顕 |
豊田 哲也 (医療法人さわらび会福祉村病院・長寿医学研究所) |
(1) |
| 3 | 緑藻光化学系超分子複合体の構造解析 |
皆川 純 (基礎生物学研究所・環境光生物学研究部門) |
(1) |
| 4 | IgGとFcγ受容体複合体の構造解析 |
加藤 晃一 (名古屋市立大学・大学院薬学研究科) |
(1) |
| 5 | プロテオスタシスに関わる細胞質糖鎖プロセシング酵素の立体構造解析 |
矢木 宏和 (名古屋市立大学・大学院薬学研究科) |
(1) |
| 6 | 肥満・糖尿病に伴う自律神経障害の病態形成メカニズムの解明と新規治療法の開発 |
志茂 聡 (健康科学大学・作業療法学科) |
(1) |
| 7 | 生後脳内を移動する新生ニューロンと周囲の細胞群の超微細構造の解析 |
澤本 和延 (名古屋市立大学・大学院医学研究科) |
(1) |
| 8 | Serial block-face 走査型電子顕微鏡を用いた腸管粘膜固有層内細胞集団の発生学的解析 |
万谷 洋平 (神戸大学・農学研究科) |
(1) |
| 9 | ヒト機能性副腎皮質疾患における細胞内小器官の超微形態学的変化に関する検討 |
山崎 有人 (東北大学・病理診断学分野) |
(1) |
| 10 | 原索動物神経回路の三次元超微細形態学的解析 |
岩﨑 広英 (群馬大学・大学院医学系研究科機能形態学分野) |
(1) |
| 11 | 変性網膜中心窩に対する幹細胞由来網膜組織移植後の、シリアルブロックフェイス走査型電子顕微鏡を用いたシナプス形成解析 |
秋葉 龍太朗 (千葉大学・大学院医学研究院眼科学) |
(1) |
| 12 | マウス大脳皮質ニューロン及び視神経の微細構造の解析 |
平林 祐介 (東京大学・工学系研究科) |
(1) |
| 13 | 脊椎動物神経頭蓋の進化の解明 |
尾内 隆行 (福井大学・学術研究院医学系部門 形態機能医科学講座解剖学分野) |
(1) |
| 14 | 小胞放出を抑制した海馬シナプスの３次元微細形態解析 |
林 周一 (川崎医科大学・解剖学) |
(1) |
| 15 | 末梢神経微細構造の立体解析 |
檜山 武史 (鳥取大学・医学部) |
(1) |
| 16 | 多光子顕微鏡のための超短光パルスファイバーレーザーの開発 |
藤 貴夫 (豊田工業大学・大学院工学研究科) |
(2) |
| 17 | 皮質・基底核・視床回路を解析する研究 |
藤山 文乃 (北海道大学・大学院医学研究院) |
(3) |
| 18 | 広視野2光子顕微鏡によるマウス大脳皮質広域Ca2+イメージングに向けたウイルスベクター開発と導入法の確立 |
上森 寛元 (理化学研究所・脳神経科学研究センター) |
(3) |
| 19 | 変異型ウイルスベクターを用いた新規長鎖遺伝子の機能解明 |
増田 知之 (筑波大学・医学医療系) |
(3) |
| 20 | アデノ随伴ウィルスベクターを用いた神経経路選択的遺伝子操作による脳機能作動原理の解明 |
松崎 政紀 (東京大学・大学院医学系研究科) |
(3) |
| 21 | 体液恒常性を制御する神経機構の解明 |
松田 隆志 (東京工業大学・科学技術創成研究院) |
(3) |
| 22 | マカクサル脊髄収束入力の化学遺伝学的神経活動操作による随意運動制御機構の解明 |
西村 幸男 (東京都医学総合研究所・脳機能再建プロジェクトリーダー) |
(3) |
| 23 | 視床網様核の機能解明 |
田中 謙二 (慶應義塾大学・医学部 先端医科学研究所) |
(3) |
| 24 | AAVを用いた疾患遺伝子ゲノム編集によるDRPLA治療法の前臨床試験研究 |
加藤 泰介 (新潟大学・脳研究所) |
(3) |
| 25 | アデノ随伴ウイルスベクターを用いた神経発生・変性の分子メカニズム解析 |
吉岡 望 (新潟大学・大学院医歯学総合研究科) |
(3) |
| 26 | ウイルスベクターを用いた嗅覚中枢神経回路の構造と機能の解析 |
村田 航志 (福井大学・学術研究院医学系部門) |
(3) |
| 27 | 霊長類脳におけるウイルスベクターを用いた光遺伝学・化学遺伝学技術による細胞種特異的機能操作法の開発 |
伊佐 正 (京都大学・大学院医学研究科) |
(3) |
| 28 | 光・薬理遺伝学的手法とin vivoパッチクランプ法による疼痛中枢性制御機構の解明 |
古江 秀昌 (兵庫医科大学・医学部 生理学神経生理部門) |
(3) |
| 29 | ウィルスベクターを用いた末梢-中枢神経回路ネットワークの解明 |
檜山 武史 (鳥取大学・医学部) |
(3) |
| 30 | 自己免疫性小脳性運動失調症に関連する抗神経抗体の標的抗原蛋白の同定 |
吉倉 延亮 (岐阜大学・医学部附属病院脳神経内科) |
(4) |
| 31 | 神経細胞間認識分子であるPcdhgC4と相互作用する新規分子の同定 |
八木 健 (大阪大学・大学院生命機能研究科) |
(4) |
| 32 | 超低侵襲３Dイメージングによる先祖返り細胞質分裂機構の解析 |
村田 隆 (神奈川工科大学・応用バイオ科学部) |
(5) |
| 33 | 「量子収率が高く且つ新規骨格を有する2光子励起色素」の設計・合成・構造解析・機能評価研究 |
有澤 光弘 (大阪大学・大学院薬学研究科 ) |
(5) |
| 34 | Neural Mass modelにより同定されたモデルパラメータに基づくヒト脳波の興奮/抑制性バランスの定量化手法の開発 |
野田 賀大 (慶應義塾大学・医学部精神・神経科学教室) |
(6) |
| 35 | 関心脳波律動を増幅させる非侵襲的脳刺激法の開発ー律動周期の変化をリアルタイムに予測して刺激タイミングを決定するアルゴリズムの開発 |
阿部 十也 (国立精神神経医療研究センター・脳病態統合イメージングセンター) |
(6) |
| 36 | 非線形ダイナミクス解析を用いたヒトてんかんネットワークの時系列変容の解明〜定位的頭蓋内脳波記録を用いた検討〜 |
高山 裕太郎 (国立精神・神経医療研究センター・脳神経外科) |
(6) |
| 37 | 安静時脳内ネットワークのダイナミズムの臨床応用 |
服部 憲明 (富山大学・学術研究部医学系) |
(6) |
| 38 | 経頭蓋静磁場刺激によるヒト脳可塑性の神経生理学的探索 |
芝田 純也 (新潟医療福祉大学・リハビリテーション学部) |
(6) |
| 39 | 脳波ダイナミクスに着目した脳卒中機能回復原理の解明 |
河野 悌司 (森之宮病院・神経リハビリテーション研究部) |
(6) |
| 40 | 頭蓋内電極を用いたてんかん病態下の脳内ネットワーク機構とてんかん病態の解明 |
松橋 眞生 (京都大学・大学院医学研究科） |
(6) |
| 41 | 運動異常症の脳内電位の同期現象 |
村瀬 永子 (国立病院機構奈良医療センター・脳神経内科) |
(6) |
①先端モデル動物の作製
②マウス・ラットの行動・代謝・生理機能解析
| No. | 研究課題名 | 氏 名 | 研究分類 |
|---|---|---|---|
| 1 | 新規TRPチャネル病の発症メカニズム解明 |
鈴木 喜郎 (岩手医科大学・生理学講座統合生理学分野) |
(1) |
| 2 | 生体内の単細胞標識を可能とする動物モデルの作製 |
辻 貴宏 (名古屋大学・大学院医学系研究科) |
(1) |
| 3 | 選択的シナプス形成の制御メカニズム |
金子 涼輔 (大阪大学・大学院生命機能研究科) |
(1) |
| 4 | TRPC6 KYD変異体マウスの作製 |
西山 和宏 (九州大学・大学院薬学研究院) |
(1) |
| 5 | 哺乳類の生殖機能を制御する中枢メカニズム解明のための遺伝子改変ラットの作製とその解析 |
束村 博子 (名古屋大学・大学院生命農学研究科) |
(1) |
| 6 | 異種動物体内で作出した臓器の性状解析 |
山口 智之 (東京薬科大学・生命科学部) |
(1) |
| 7 | 心臓特異的遅延整流性カリウムチャネル発現マウスを用いた心臓代償機構の解析 |
黒川 洵子 (静岡県立大学・薬学部) |
(1) |
| 8 | 脳の構造形成、機能化に関わる遺伝子の解析 |
平山 晃斉 (徳島大学・大学院医歯薬学研究部) |
(1) |
| 9 | 多能性幹細胞の未分化状態もしくはエピゲノムの安定性を可視化できる遺伝子可変ラットの作製 |
小林 俊寛 (東京大学・医科学研究所 幹細胞治療研究センター) |
(1) |
| 10 | 神経細胞の個性がつくる機能的回路形成メカニズム |
八木 健 (大阪大学・大学院生命機能研究科) |
(1) |
| 11 | CRISPR/Cas9 systemによる受容体特異的Creノックインマウスの作製とin vivo イメージングによる虚血再灌流障害機構の解明 |
城 愛理 (順天堂大学・大学院医学研究科) |
(1) |
| 12 | RNA顆粒の動的性質と学習・記憶との関連の解析 |
椎名 伸之 (基礎生物学研究所・神経細胞生物学研究室) |
(1) |
| 13 | 臓器特異的インスリン様成長因子受容体欠損を有した遺伝子改変ラットの作製 |
西村 俊哉 (Stanford University・Stem Cell Biology and Regenerative Medicine) |
(1) |
| 14 | 脳の左右を決定する新規遺伝子変異 |
重本 隆一 (IST Austria・Molecular Neuroscience) |
(1) |
| 15 | 2型糖尿病の温度感覚障害と温度感受性TRPチャネルを含めた分子機構の解明 |
笹島 沙知子 (愛知学院大学・歯学部) |
(2) |
| 16 | 機械的刺激受容チャネルによる運動効果発現と加齢性筋肉減弱症（サルコペニア）に対する新規治療戦略確立に向けた基礎的研究 |
後藤 勝正 (豊橋創造大学・大学院健康科学研究科) |
(2) |
| 17 | 生理活性脂質がTRPチャネルの活性に与える影響の評価 |
村田 幸久 (東京大学・大学院農学生命科学研究科) |
(2) |
| 18 | 侵害受容性TRPチャネルの細胞応答と調節メカニズムの解明：医薬品の有害作用発現への関与 |
太田 利男 (鳥取大学・農学部) |
(2) |
| 19 | 褐色脂肪組織に発現する機械刺激感受性チャネルPiezo1のエネルギー代謝への関与 |
内田 邦敏 (静岡県立大学・食品栄養科学部) |
(2) |
| 20 | 嗅覚刺激による脳-末梢臓器間ネットワークの機能形態解析 |
塩田 清二 (湘南医療大学・薬学部) |
(2) |
| 21 | GLP-1の＜求心性迷走神経→視床下部→遠心性交感神経＞軸を介した代謝調節機構の解明 |
岩崎 有作 (京都府立大学・大学院生命環境科学研究科) |
(2) |
| 22 | 循環器疾患モデルを利用した心循環頑健性における超硫黄の役割解明および新規治療・診断技術創出への応用に関する研究 |
西山 和宏 (九州大学・大学院薬学研究院) |
(2) |
| 23 | ドーパミン受容体及びNMDA受容体改変マウスを用いた運動制御と記憶学習機能の解析 |
笹岡 俊邦 (新潟大学・脳研究所生命科学リソース研究センター動物資源開発研究分野) |
(2) |
| 24 | グリア細胞の異常が脳機能およびマウスの行動に与える影響についての解析 |
竹林 浩秀 (新潟大学・大学院医歯学総合研究科) |
(2) |
| 25 | 新規アルツハイマー病モデルマウス表現型の網羅的解析 |
歌 大介 (富山大学・学術研究部薬学・和漢系) |
(2) |
| 26 | モノアミン生合成遺伝子改変マウスを用いた振戦発症機構の解析 |
一瀬 宏 (東京工業大学・生命理工学院) |
(2) |
| 27 | 大脳基底核における歩行運動と神経変性疾患発症の分子メカニズム解明 |
阪上 起世 (長浜バイオ大学・バイオサイエンス学部) |
(2) |
| 28 | 線条体傷害からの再生過程における大脳基底核の直接路および間接路の機能 |
籾山 俊彦 (東京慈恵会医科大学・医学部薬理学講座) |
(2) |
| 29 | 脳室内薬物投与による新規パーキンソン病神経保護治療法の開発 |
島津 秀紀 (武庫川女子大学・薬学部) |
(2) |
| 30 | 神経麻痺性角膜症に対するTRPA1を標的とした解析 |
岡田 由香 (和歌山県立医科大学・紀北分院眼科) |
(2) |
| 31 | 光・化学遺伝学を用いたチック症の病態解明 |
橘 吉寿 (神戸大学・大学院医学研究科) |
(2) |
