個体内単一ニューロン選択的遺伝子改変による機能解析法の開発

通过个体内单个神经元的选择性遗传修饰开发功能分析方法

基本信息

批准号：
20650047
负责人：
喜多村和郎
金额：
$ 2.05万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、これまでに独自に開発した単一ニューロン選択的遺伝子改変法を用いて、脳内における単一ニューロンの機能解析を行うことを目的とする。これにより、動物個体内で単一ニューロンの機能/形態解析を直接行うことを可能にする。また、従来の遺伝子改変技術では達成不可能であった、脳内におけるただ一つのニューロンの機能改変法が可能になると期待される。昨年度までに、緑色蛍光タンパク質(EGFP)を用いて、大脳ニューロンにおいて発現効率が最大(約70%)となるような条件を見いだし、遺伝子を導入したニューロンからホールセル記録やカルシウムイメージングを行うための慢性記録用チャンバーを開発した。これにより、脳内で最大20個程度の特定のニューロンに選択的に遺伝子を導入する方法を確立した。これらの方法を用い、光活性型チャネルChannelrhodopsin-2を大脳皮質錐体細胞に発現させ、青色レーザーで刺激を行うことで、マウス脳内において特定のニューロンだけを活性化することに成功した。また、特定のニューロン活動を経時的にin vivoで可視化するためのカルシウムセンサープローブを導入することに成功した。これらの技術を組み合わせることで、脳内の任意の少数ニューロンを同時に刺激してその活動をモニターすることが可能となった。従来までの電極を用いる方法と比較して、任意のニューロンを時空間パターンを制御して刺激することが可能で、同時に活動をモニターできるという点で優れた方法である。

这项研究旨在使用专门开发的单个神经元选择性遗传修饰方法来分析大脑中单个神经元的功能。这允许对动物个体中的单个神经元进行直接功能/形态分析。还可以预期，一种可以通过常规遗传修饰技术来修改大脑中单个神经元的函数的方法。直到去年，我们发现了使用绿色荧光蛋白（EGFP）在脑神经元中最大的表达效率（约70％）的条件，并开发了用于全基因引入神经元的全细胞记录和钙成像的慢性记录室。这已经建立了一种选择性地将基因引入大脑中多达20个特定神经元的方法。使用这些方法，我们仅通过在脑皮质金字塔细胞上表达光活性通道通道Ropopsin-2成功地激活了小鼠脑中的特定神经元，并用蓝色激光器刺激它。我们还成功地引入了钙传感器探测器，以随着时间的流逝可视化体内特定的神经元活性。通过结合这些技术，可以同时刺激大脑中的任何少数神经元并监测其活性。与使用电极的常规方法相比，这是一种极好的方法，因为可以通过控制时空模式来控制和刺激任何神经元，并可以同时监测活动。