研究成果概要:シナプス可塑性の機構を解明することは脳の高次機能を理解するうえで不可欠である。遺伝子発現変化を介して数日あるいはそれ以上持続するシナプスの長期可塑性には核での遺伝子発現変化を促すためにシナプス後部から核への情報伝達機構が存在すると...シナプス可塑性の機構を解明することは脳の高次機能を理解するうえで不可欠である。遺伝子発現変化を介して数日あるいはそれ以上持続するシナプスの長期可塑性には核での遺伝子発現変化を促すためにシナプス後部から核への情報伝達機構が存在すると考えられている。CaMキナーゼ群の活性化による核内転写因子の調節経路が注目されているが、本研究ではRIPにより特異的切断を受ける一群の膜タンパクによる、細胞内での増幅ステップを含まない新しい情報伝達系をとりあげた。RIPを受けることが知られているタンパク質のうち、シナプス後部に存在するものとしてアミロイド前駆体タンパク(APP)、Alcadeinα、N-cadherin、E-cadherinを選び、これらが実際にシナプス後部で刺激依存的に切断されC末断片が細胞質へと放出される様態を観察した。マウス海馬から調製した初代培養神経細胞を用い、免疫組織化学によりこれらタンパク質が実際にシナプスに存在することを確認した後、これらタンパク質と蛍光タンパク質の融合タンパク質を発現するプラスミドベクターを初代培養神経細胞にて発現し、これらタンパク質がシナプス後部に局在することを更に確認した。シナプス後部に蛍光蛋白質との融合タンパク質が発現している状態で、神経細胞を刺激し、蛍光強度の変化を観察した。刺激にはKチャンネル阻害薬の4-APを用いた。その結果、N-cadherinのシグナルは刺激後10分程でシナプス後部から減少し、核の蛍光シグナルは増強した。E-cadherinは逆に刺激後シナプス後部で増加が見られた。APPとAlcadeinαでは刺激による変化は認められなかった。以上の結果から、刺激依存的なRIPがシナプス後部で働いており、この機構は標的タンパク質選択的であることがわかった。RIPによる膜タンパクのダイナミックなターンオーバーがこの実験系で検討できることが明らかとなった。RIPを定量的に検討し、また切断されたC末断片がどのような経過をたどり核に到達するかを検討したい。研究成果概要:シナプス可塑性の機構を解明することは脳の高次機能を理解するうえで不可欠である。遺伝子発現変化を介して数日あるいはそれ以上持続するシナプスの長期可塑性には核での遺伝子発現変化を促すためにシナプス後部から核への情報伝達機構が存在すると...シナプス可塑性の機構を解明することは脳の高次機能を理解するうえで不可欠である。遺伝子発現変化を介して数日あるいはそれ以上持続するシナプスの長期可塑性には核での遺伝子発現変化を促すためにシナプス後部から核への情報伝達機構が存在すると考えられている。CaMキナーゼ群の活性化による核内転写因子の調節経路が注目されているが、本研究ではRIPにより特異的切断を受ける一群の膜タンパクによる、細胞内での増幅ステップを含まない新しい情報伝達系をとりあげた。RIPを受けることが知られているタンパク質のうち、シナプス後部に存在するものとしてアミロイド前駆体タンパク(APP)、Alcadeinα、N-cadherin、E-cadherinを選び、これらが実際にシナプス後部で刺激依存的に切断されC末断片が細胞質へと放出される様態を観察した。マウス海馬から調製した初代培養神経細胞を用い、免疫組織化学によりこれらタンパク質が実際にシナプスに存在することを確認した後、これらタンパク質と蛍光タンパク質の融合タンパク質を発現するプラスミドベクターを初代培養神経細胞にて発現し、これらタンパク質がシナプス後部に局在することを更に確認した。シナプス後部に蛍光蛋白質との融合タンパク質が発現している状態で、神経細胞を刺激し、蛍光強度の変化を観察した。刺激にはKチャンネル阻害薬の4-APを用いた。その結果、N-cadherinのシグナルは刺激後10分程でシナプス後部から減少し、核の蛍光シグナルは増強した。E-cadherinは逆に刺激後シナプス後部で増加が見られた。APPとAlcadeinαでは刺激による変化は認められなかった。以上の結果から、刺激依存的なRIPがシナプス後部で働いており、この機構は標的タンパク質選択的であることがわかった。RIPによる膜タンパクのダイナミックなターンオーバーがこの実験系で検討できることが明らかとなった。研究成果概要:シナプス可塑性の機構を解明することは脳の高次機能を理解するうえで不可欠である。遺伝子発現変化を介して数日あるいはそれ以上持続するシナプスの長期可塑性には核での遺伝子発現変化を促すためにシナプス後部から核への情報伝達機構が存在すると...シナプス可塑性の機構を解明することは脳の高次機能を理解するうえで不可欠である。遺伝子発現変化を介して数日あるいはそれ以上持続するシナプスの長期可塑性には核での遺伝子発現変化を促すためにシナプス後部から核への情報伝達機構が存在すると考えられている。CaMキナーゼ群の活性化による核内転写因子の調節経路が注目されているが、本研究ではRIPにより特異的切断を受ける一群の膜タンパクによる、細胞内での増幅ステップを含まない新しい情報伝達系をとりあげた。RIPを受けることが知られているタンパク質のうち、シナプス後部に存在するものとしてN-cadherin、E-cadherinを選び、これらが実際にシナプス後部で刺激依存的に切断されC末断片が細胞質へと放出される様態を観察してきた。おいて刺激依存的なRIPがシナプス後部で働いており、この機構は標的タンパク質選択的であることを明らかにしてきた。切断と核移行を解析するために、N-cadherin遺伝子を改変してRIPによる切断を受けない変異遺伝子を作製した。この変異遺伝子を培養細胞にて発現しRIPによる切断が実際に起こらないことを確認した。RIPを定量的に検討したい。本年度はフェムト秒レーザーの波形調節機構(プレチャープ光学系、AOMデバイスの制御系)、レーザー導入系、AODデバイスの制御系、及び光子計測モードで動作させる光電子増倍管の制御系を完成した。高速に焦点面を変化させるためのピエゾ素子を用いた焦点可変装置を導入した。AODによるスキャン方式では2次元空間上の複数の点から測定できるので、神経細胞の多数のスパインおよび樹状突起中の情報を収集できる。ランダムスキャン方式により、必要最小限のスポットにのみ励起光を照射するので、従来型のXYスキャンあるいはラインスキャンの場合に大きな問題であった細胞のダメージが大きく軽減される。記録部は光電子増倍管を光子計数モードで動作させるので熱ノイズをキャンセルすることができ、低ノイズでの記録が期待される。AODによるスキャン方式では2次元空間上の複数の点から測定できるので、神経細胞の多数のスパインおよび樹状突起中の情報を収集できる。ランダムスキャン方式により、必要最小限のスポットにのみ励起光を照射するので、従来型のXYスキャンあるいはラインスキャンの場合に大きな問題であった細胞のダメージが大きく軽減される。記録部は光電子増倍管を光子計数モードで動作させるので熱ノイズをキャンセルすることができ、低ノイズでの記録が期待される。本年度は蛍光相関分光法(FCS)をリアルタイムで適用するソフトウェアを実装し、細胞質でのタンパク分子蛍光分子の挙動を測定することによりシグナル分子の挙動を精密に測定することを試みた。その結果、蛍光ビーズを用いて自己相関を計測することができた。小分子蛍光色素では自己相関がまだうまくとれないので光学系の調整を進めている。高速ランダムスキャンを生かして多点膜電位計測を試みている。本年度は電位依存性色素の効率的取り込み法の確立を目指した。AODによるスキャン方式では2次元空間上の複数の点から測定できるので、神経細胞の多数のスパインおよび樹状突起中の情報を収集できる。ランダムスキャン方式により、必要最小限のスポットにのみ励起光を照射するので、従来型のXYスキャンあるいはラインスキャンの場合に大きな問題であった細胞のダメージが大きく軽減される。記録部は光電子増倍管を光子計数モードで動作させるので熱ノイズをキャンセルすることができ、低ノイズでの記録が期待される。本年度は蛍光相関分光法(FCS)をリアルタイムで適用するソフトウェアを実装し、細胞質でのタンパク分子蛍光分子の挙動を測定することによりシグナル分子の挙動を精密に測定することを試みた。その結果、蛍光ビーズを用いて自己相関を計測することができた。小分子蛍光色素では自己相関がまだうまくとれないので光学系の調整を進めている。高速ランダムスキャンを生かして多点膜電位計測を試みている。本年度は電位依存性色素の効率的取り込み法の確立を目指した。有効であることが明らかになった。研究成果概要:本研究は申請者の開発したランダムアクセス型2光子励起顕微鏡システムを用いて、これまで困難だった遊離タンパク質の動態を直接計測することを目指す。多点で同時に蛍光相関分光法(FCS)を適用することにより樹状突起の細胞質中を高速に移動す...本研究は申請者の開発したランダムアクセス型2光子励起顕微鏡システムを用いて、これまで困難だった遊離タンパク質の動態を直接計測することを目指す。多点で同時に蛍光相関分光法(FCS)を適用することにより樹状突起の細胞質中を高速に移動するタンパク質分子の動態を捉え、シナプスと核を連絡するシグナル系の実態を明らかにすることを目的とする。これまで細胞質内を拡散する遊離型タンパク質は拡散速度の桁違いの大きさのため直接的な動態の計測は困難だった。蛍光相関分光法(FCS)は溶液中での一分子の振る舞いを計測する手法で、これを細胞内に適応することにより細胞質内の遊離タンパク質の挙動を追跡できる。従来のFCS装置は細胞内の一点からしか記録できず、細胞内の様々な部位における機能タンパク質の動態解析を行うには制約があった。神経細胞は細胞内の機能局在性が高く、同時多点からのFCS解析は非常に多くの情報をもたらすことが期待される。本研究では新規に開発した2光子励起顕微鏡システムを用いカルモジュリン、CamKII、Ca結合タンパク質(calbindin等)などシナプス機能に重大な機能分子のスパイン内外での動態を検出することを試みた。タンパク質拡散の様態を示すデータが得られつつある。解析法を開発しつつ、データモデルに基づく拡散を精密に解析した。電位依存性色素を導入する方法を開発し、さらに膜電位および細胞内カルシウム濃度の同時記録系を立ち上げ、実際に計測を行った。その結果、カルシウム濃度計測では時間分解能が不足して測定できなかった神経細胞同士のシナプス結合の向きが膜電位計測により測定できることが明らかとなった。研究成果概要:本研究は申請者の開発したランダムアクセス型2光子励起顕微鏡システムを用いて、これまで困難だった遊離タンパク質の動態を直接計測することを目指す。多点で同時に蛍光相関分光法(FCS)を適用することにより樹状突起の細胞質中を高速に移動す...本研究は申請者の開発したランダムアクセス型2光子励起顕微鏡システムを用いて、これまで困難だった遊離タンパク質の動態を直接計測することを目指す。多点で同時に蛍光相関分光法(FCS)を適用することにより樹状突起の細胞質中を高速に移動するタンパク質分子の動態を捉え、シナプスと核を連絡するシグナル系の実態を明らかにすることを目的とする。これまで細胞質内を拡散する遊離型タンパク質は拡散速度の桁違いの大きさのため直接的な動態の計測は困難だった。蛍光相関分光法(FCS)は溶液中での一分子の振る舞いを計測する手法で、これを細胞内に適応することにより細胞質内の遊離タンパク質の挙動を追跡できる。従来のFCS装置は細胞内の一点からしか記録できず、細胞内の様々な部位における機能タンパク質の動態解析を行うには制約があった。神経細胞は細胞内の機能局在性が高く、同時多点からのFCS解析は非常に多くの情報をもたらすことが期待される。本研究では新規に開発した2光子励起顕微鏡システムを用いカルモジュリン、CamKII、Ca結合タンパク質(calbindin等)などシナプス機能に重大な機能分子のスパイン内外での動態を検出することを試みた。タンパク質拡散の様態を示すデータが得られつつある。解析法を開発しつつ、データモデルに基づく拡散を精密に解析した。電位依存性色素を導入する方法を開発し、さらに膜電位および細胞内カルシウム濃度の同時記録系を立ち上げ、実際に計測を行った。その結果、カルシウム濃度計測では時間分解能が不足して測定できなかった神経細胞同士のシナプス結合の向きが膜電位計測により測定できることが明らかとなった。研究成果概要:蛍光相関分光法(FCS)を細胞内に適応することにより細胞質内の遊離タンパク質の挙動を追跡できる。多点に蛍光相関分光法(FCS)を適用することにより神経細胞局所の細胞質中を高速に移動するタンパク質分子の動態を捉え、シナプスと核を連絡...蛍光相関分光法(FCS)を細胞内に適応することにより細胞質内の遊離タンパク質の挙動を追跡できる。多点に蛍光相関分光法(FCS)を適用することにより神経細胞局所の細胞質中を高速に移動するタンパク質分子の動態を捉え、シナプスと核を連絡するシグナル系の実態を明らかにすることを目的とする。本研究では新規に開発した2光子励起顕微鏡システムを用いカルモジュリン、CamKIIなどシナプス機能に重大な機能分子のスパイン内外での動態を検出することを試みた。タンパク質拡散の様態を示すデータが得られつつある。解析法を開発しつつ、データモデルに基づく拡散を精密に解析した。研究成果概要:蛍光相関分光法(FCS)を細胞内に適応することにより細胞質内の遊離タンパク質の挙動を追跡できる。多点に蛍光相関分光法(FCS)を適用することにより神経細胞局所の細胞質中を高速に移動するタンパク質分子の動態を捉え、シナプスと核を連絡...蛍光相関分光法(FCS)を細胞内に適応することにより細胞質内の遊離タンパク質の挙動を追跡できる。多点に蛍光相関分光法(FCS)を適用することにより神経細胞局所の細胞質中を高速に移動するタンパク質分子の動態を捉え、シナプスと核を連絡するシグナル系の実態を明らかにすることを目的とする。本研究では新規に開発した2光子励起顕微鏡システムを用いカルモジュリン、CamKIIなどシナプス機能に重大な機能分子のスパイン内外での動態を検出することを試みた。タンパク質拡散の様態を示すデータが得られつつある。研究成果概要:蛍光相関分光法(FCS)を細胞内に適応することにより細胞質内の遊離タンパク質の挙動を追跡できる。多点に蛍光相関分光法(FCS)を適用することにより神経細胞局所の細胞質中を高速に移動するタンパク質分子の動態を捉え、シナプスと核を連絡...蛍光相関分光法(FCS)を細胞内に適応することにより細胞質内の遊離タンパク質の挙動を追跡できる。多点に蛍光相関分光法(FCS)を適用することにより神経細胞局所の細胞質中を高速に移動するタンパク質分子の動態を捉え、シナプスと核を連絡するシグナル系の実態を明らかにすることを目的とする。本研究ではランダムスキャン型2光子励起顕微鏡システムを用いカルモジュリン、CamKIIなどシナプス機能に重大な機能分子のスパイン内外での動態を検出することを試みた。タンパク質拡散の様態を示すデータが得られた。解析法を開発し、データモデルに基づく拡散を精密に解析した。研究成果概要:脳の熱産生の主体である神経細胞やグリア細胞個々の熱産生の実体はよくわかっていない。本研究はこれまで手がついていなかった、脳内部の熱産生の理解を、細胞あるいは細胞内局所レベルでの温度計測によって深め、脳内の熱動態およびその病態理解へ...脳の熱産生の主体である神経細胞やグリア細胞個々の熱産生の実体はよくわかっていない。本研究はこれまで手がついていなかった、脳内部の熱産生の理解を、細胞あるいは細胞内局所レベルでの温度計測によって深め、脳内の熱動態およびその病態理解への基礎的知見を得ることを目的とした。蛍光寿命変化を温度の指標として用いることを検討した。Bはミトコンドリアの状態により脂質膜の内外に局在を変化させることが知られていた。蛍光寿命変化は局在の変化に影響を受けないと予想したが、脂質中と水相では温度による蛍光寿命特性が大きく異なることが判明した。ポリマー被包温度プローブは粒子径がホールセル・パッチクランプ法で細胞に導入するには大きすぎることが判明し、現在粒子径の小さいポリマー被覆温度プローブの作製を検討している。成功し、複数神経細胞間のシナプス結合の有無およびその方向性を明らかにし、局所回路の機能的構造を実測することが可能であることを示した。成功し、複数神経細胞間のシナプス結合の有無およびその方向性を明らかにし、局所回路の機能的構造を実測することが可能であることを示した。本研究では多点活動電位測定を、脳切片、さらに生体脳で行い、神経回路の機能的回路構造の読み出しを目指した。DiO/DPA電位感受性指示薬だけでなく、より使用しやすいPETセンサーの化学合成を行い、最終的な精製の一歩手前まで到達した。GEVIを脳切片、マウス脳神経細胞に発現させ、活動電位計測が可能であることを確かめた。ゼブラフィッシュ神経細胞にGEVIを発現させ研究は継続している。成功し、複数神経細胞間のシナプス結合の有無およびその方向性を明らかにし、局所回路の機能的構造を実測することが可能であることを示した。成功し、複数神経細胞間のシナプス結合の有無およびその方向性を明らかにし、局所回路の機能的構造を実測することが可能であることを示した。本研究では多点活動電位測定を、脳切片、さらに生体脳で行い、神経回路の機能的回路構造の読み出しを目指した。DiO/DPA電位感受性指示薬だけでなく、より使用しやすいPETセンサーの化学合成を行い、最終的な精製の一歩手前まで到達した。GEVIを脳切片、マウス脳神経細胞に発現させ、活動電位計測が可能であることを確かめた。ゼブラフィッシュ神経細胞にGEVIを発現させ研究は継続している。