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共同利用研究

Joint Researches

共同利用研究
公募ポスター

ポスターPDF(16.6 MB)

計画共同研究

2021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年度にて終了いたしました。「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。

 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。

  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,次の通りです。

遺伝子操作モデル動物の生理学的,神経科学的研究

 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。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。2020年度は研究所外13件の要請に応え,計14系統の遺伝子改変マウス・ラットを作製し,共同研究先へと提供しました。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。2021年度は12件実施予定です。

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。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。

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) 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。
3)自由行動下における摂食,エネルギー消費の計測。
4)自由行動下における体温,脈拍数,血圧の計測。
5)麻酔マウスを用いた臓器形態-機能連関(肝・腎・血管)、4次元心機能変化,微小循環血流量(脳・臍帯)の非侵襲的超音波イメージング。
6) 円形温度グラジエント装置によるマウス温度嗜好性解析。

2020年度は外部機関と11件の共同研究を実施しました。2021年度も11件実施予定です。

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します。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ちます。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。2020年度は22件の計画共同研究が行なわれ、2021年度は18件が予定されています。

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。2020年度は3件の計画共同研究を行ないました。2021年度は3件を予定しています。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ないました。
 

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

 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。2020年度には18件を行い、2021年度は19件が予定されています。

生体超分子複合体の精製と質量分析法による同定

 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。2018, 2019, 2020年は各1件実施しました。2021年度は、2件を予定しています。

膜機能タンパク質ダイナミクスの解析

    イオンチャネル・受容体等の膜機能タンパク質は、精緻にデザインされた分子であるとともに、状況に依存した構造と機能の動的変化をきたします。この動的側面を対象として、in vitro発現系を用いた電気生理学及び光生理学の手法による実験および解析を行うために本計画共同研究を行っています。2020年度は3件を実施し、2021年度も3件の実施を予定しています。

多点走査型顕微鏡による多次元蛍光イメージング解析

 独自開発した多点走査型共焦点・二光子顕微鏡法に基づき共同利用研究を実施します。特に、高速3次元・超長期・多色・超解像観察により、生体リズムなどを含む多様な細胞生理機能の定量的な可視化解析を実施します。2021年度は、1件を予定しています。
 

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

 ユニット記録、局所場電位(LFP)、皮質脳波(ECoG)、頭皮脳波(scalp EEG)、fMRI, MEG等のさまざまな階層の手法で計測したヒト、動物の電気生理、イメージングデータをターゲットとして、神経活動ダイナミクスと各種精神・神経疾患の病態との関連を調べます。これにより、正常な脳機能と病態生理を非線形動力学と計算論的神経科学の観点からの理解を目指します。特に、計算論的観点での振動、同期、ゆらぎ等の神経活動ダイナミクスのデータ解析を非線形動力学、信号処理、統計的機械学習手法を用いて行います。また神経活動ダイナミクスの数理モデル化も統合的に進めます。2021年度は、5件を予定しています。

2021年度採択課題一覧

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
②マウス・ラットの代謝生理機能解析
③先端電子顕微鏡の医学・生物学応用
④多光子励起法を用いた細胞機能・形態の可視化解析
⑤ウィ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
⑥生体超分子複合体の精製と質量分析法による同定
⑦膜機能タンパク質ダイナミクスの解析
⑧多点走査型顕微鏡による多次元蛍光イメージング解析
⑨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 計画区分
1 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)
2 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)
3 摂食と生殖を制御するエネルギーセンサー細胞とその神経経路の同定 松田 二子
(東京大学・大学院農学生命科学研究科)
(1)
4 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)
5 神経傷害に対するPACAPの神経細胞死抑制機構の解析 平林 敬浩
(星薬科大学・先端生命科学研究所)
(1)
6 L-DOPA 受容体 GPR143 の局在解析 増川 太輝
(横浜市立大学・医学部)
(1)
7 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)
8 哺乳類の生殖機能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 束村 博子
(名古屋大学・大学院生命農学研究科)
(1)
9 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)
10 機能的な神経回路形成における神経細胞の個性化の役割 八木 健
(大阪大学・大学院生命機能研究科)
(1)
11 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)
12 TRPC6 KYD変異体マウスの作製 西山 和宏
(九州大学・薬学研究院 生理学)
(1)
13 セピアプテリン還元酵素遺伝子改変マウスを用いたジストニア・パーキンソニズム発症機構の解析 一瀬 宏
(東京工業大学・生命理工学院)
(2)
14 シナプス伝達修飾機構から見た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)
15 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 )
(2)
16 成熟脳内淡蒼球におけるOlig2アストロサイト特異的に発現するトランスポーターの同定とその機能解析 和中 明生
(奈良県立医科大学・解剖学第二講座)
(2)
17 摂食調節ペプチドによるエネルギー代謝調節機構の解明 塩田 清二
(星薬科大学・先端生命科学研究所 ペプチド創薬研究室)
(2)
18 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)
19 生理活性脂質がTRPV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)
20 温度感受性TRPチャネル活性化における細胞膜脂質の役割 内田 邦敏
(静岡県立大学・食品栄養科学部 環境生命科学科 生体機能学研究室)
(2)
21 体温センサーTRPチャネル相互作用分子の探索と機能修飾ダイナミズム解析 加塩 麻紀子
(愛知医科大学・生理学講座)
(2)
22 7回膜貫通型の温度受容体候補分子を介した温度センシングの生理学的解析 久原 篤
(甲南大学・統合ニューロバイオロジー研究所 / 理工学部 / 大学院自然科学研究科)
(2)
23 プリン作動性受容体P2Y6Rを標的とした慢性炎症の新規治療法の開発 西山 和宏
(九州大学・薬学研究院 生理学)
(2)
24 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)
(3)
25 三次元走査型顕微鏡観察技術を用いたシナプス結合の定量的微細構造解析法の確立とその応用 深澤 有吾
(福井大学・学術研究院医学領域)
(3)
26 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)
(3)
27 社会ストレスによる脳組織の超微細な細胞生物学的変化とその機序・役割の解明 永井 裕崇
(神戸大学・大学院医学研究科薬理学分野)
(3)
28 Study of wheat male meiosis by serial block-face scanning electron microscopy Sergey Mursalimov
(Institute of Cytology and Genetics・Laboratory of Plant Bioengineering)
(3)
29 ヒト副腎皮質疾患における副腎組織及び腎組織の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・大学病院)
(3)
30 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)
(3)
31 生後環境による神経細胞の超微細構造の変化を深層学習で効率的に解析する 篠原 良章
(自治医科大学・組織学)
(3)
32 大脳皮質ニューロンの微細構造の解析 平林 祐介
(東京大学・工学系研究科)
(3)
33 家族性中枢性尿崩症のバソプレシンニューロンにおける小胞体内凝集体形成機序の解明 宮田 崇
(名古屋大学・大学院医学系研究科 )
(3)
34 神経幹細胞からニューロン、グリア細胞への分化過程の形態学的解析 後藤 仁志
(京都府立医科大学・神経発生生物学)
(3)
35 Using Zernike phase plate cryo-EM (ZEM) to study topoisomerases 章 為皓
(Academia Sinica・Institute of Chemistry)
(3)
36 バクテリアDNA凝集構造の位相差電子顕微鏡による観察 金子 康子
(埼玉大学・教育学部)
(3)
37 インフルエンザウイルスRNAポリメラーゼと阻害抗体複合体のクライオ電子顕微鏡単粒子解析 朴 三用
(横浜市立大学・大学院生命医科学研究科)
(3)
38 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)
(3)
39 緑藻クラミドモナスの光化学系II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)
(3)
40 クライオ電子顕微鏡を用いたCD38の膜トポロジーの解明 坂本 浩隆
(岡山大学・大学院自然科学研究科)
(3)
41 Major vault protein により構成される原生生物のオルガネラ kinetocyst の分子構築 洲崎 敏伸
(神戸大学・大学院理学研究科)
(3)
42 ミクログリア生理機能の探索と病態への検証 和氣 弘明
(名古屋大学・大学院医学系研究科)
(4)
43 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グリア細胞及び血管の機能解析 澤本 和延
(名古屋市立大学・大学院医学研究科)
(4)
44 求心性迷走神経活動による延髄孤束核神経活動変化のin vivoイメージング 山田  大輔
(東京理科大学・薬学部)
(4)
45 海馬シナプスにおける入力側依存性左右差の形成機構 重本 隆一
(IST Austria・Molecular Neuroscience)
(5)
46 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)

(5)
47 従来型解析にバイオインフォマティクスを取り入れ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)
(5)
48 光計測と光刺激を用いた脳機能作動原理の研究 松崎 政紀
(東京大学・大学院医学系研究科)
(5)
49 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)
(5)
50 大脳皮質運動野から脊髄および大脳基底核へ投射する神経経路の機能解明 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)
(5)
51 意欲行動における腹側海馬-腹側線条体回路の機能解明 田中 謙二
(慶應義塾大学・医学部精神神経科学教室)
(5)
52 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)
(5)
53 前シナプス分子基盤による神経回路形成・維持機構の解析 萩原 明
(山梨大学・大学院総合研究部)
(5)
54 中枢神経系における L-DOPA 受容体 GPR143 の役割解明 増川 太輝
(横浜市立大学・医学部)
(5)
55 アデノ随伴ウイルス遺伝子導入を用いた神経発生および恒常性維持の分子メカニズム解析 備前 典久
(新潟大学・大学院医歯学総合研究科)
(5)
56 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)
(5)
57 ウイルスベクターを用いた経路選択的遺伝子操作による霊長類神経回路の機能解析 伊佐 正
(京都大学・大学院医学研究科)
(5)
58 報酬学習の神経回路機構解明に資する技術開発 小川 正晃
(京都大学・医学研究科)
(5)
59 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
(岡山大学・大学院医歯薬学総合研究科)
(5)
60 脳の発生に関わる脂質関連タンパク質の研究 服部 光治
(名古屋市立大学・大学院薬学研究科)
(6)
61 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膜蛋白抗原の同定

吉倉 延亮
(岐阜大学・大学院医学系研究科)

(6)
62 イネキシンヘミチャネルの活性制御機構 中野 俊詩
(名古屋大学・大学院理学研究科)
(7)
63 生物多様性に基づく膜タンパク質の生理機能と分子動作原理の解明 小野 富三人
(大阪医科大学・医学部)
(7)
64 動物の光受容タンパク質オプシンのダイナミックな機能変換を利用した光遺伝学ツールの開発 塚本 寿夫
(神戸大学・大学院理学研究科)
(7)
65 「新規骨格を有する2光子励起色素」創製を目指した設計・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)
(8)
66 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)
(9)
67 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
(立命館大学・衣笠総合研究機構)
(9)
68 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)
(9)
69 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)
(9)
70 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)
(9)
 

過去の採択一覧・成果




 

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