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はじめに生理学研究所年報第 32 巻をここに刊行し、平成 22 年 (2010) 年度における共同利用研究機関としての生理学研究所の事業活動、研究成果の報告をさせていただきます。
生理学研究所は、1977 年 5 月に開設されて本年で 34 年目を迎えました。そして、2004 年 4 月より大学共同利用機関法人自然科学研究機構を構成する 5 研究機関の 1 つとなって 7 年目となりました。
「法人化」の後に、生理学研究所はいくつかの組織改編を行いながら、「人体基礎生理学の研究と研究者育成のための唯一の大学共同利用機関」としての役割を果してまいりました。2010 年度には「行動・代謝分子解析センター」に「代謝生理解析室」を新設し、遺伝子改変マウス・ラットの代謝生理機能変化に関する網羅的解析を行い、それを共同研究にも供する事を開始致しました。2010 年度におきましても、運営費交付金の削減の続く中にもかかわらず、コミュニティ研究者の皆様のご協力と、所員一同の努力によって、多数（総件数は史上最大の 152）の共同研究・共同利用実験を行いつつ大きな成果をあげることができたものと自負していますが、関係者の皆様のご評価・ご判定を仰ぐ次第であります。
生理学研究所の第 1 の使命は、人のからだと脳の働き、そしてそれらの仕組みについて、世界トップレ
ベルの研究を進めることにあります。幸い、生理学研究所は、生理科学・脳神経科学の分野で高い評価（例えば、2004-2008 年 ISI 論文引用度指数：神経科学分野第 2 位、総合分野第 3 位）を受ける研究を展開してまいることができました。第 2 の使命は、このような世界トップレベルの研究を基礎にして、全国の研究者コミュニティの方々との共同利用実験・共同研究を進めるということにあります。2010 年度は、「一般共同研究」43 件、「計画共同研究」34 件、超高圧電子顕微鏡、機能的磁気共鳴画像装置 (fMRI)、脳磁計(MEG) を供しての「共同利用実験」46 件、「研究会」22 件、「国際シンポジウム」1 件、「国際研究集会」
2 件の事業を進め、国内外から多数の研究者の方々にご参加いただくことができました。更には、東日本大震災後ただちに被災地域研究者支援のための「共同利用研究特別プロジェクト」を立ち上げ、2011 年 3月には被災機関から研究者やモデル動物の受け入れの事業を計 5 件開始しました。本研究所の第 3 の使命
は、若手研究者を発掘・育成することにあります。総合研究大学院大学（総研大）の基盤機関として大学院生の指導にあたると共に、全国からの多数の大学院生を受託する形で指導もしています。因みに、先述の論文引用度指数：神経科学分野第 1 位は総研大であり、私達の教育レベルの高さを示しているものと思います。更には、生理科学実験技術トレーニングコースを開催し、全国から 150 名以上の若手研究者・院
生・学生を受け入れて教育すると共に、「多次元共同脳科学推進センター」を中心として、分野をまたぐ
若手脳科学研究者の育成のための異分野連携的脳科学に関するワークショップやレクチャーコースやブレインストーミングを開催し、全国から計約 650 名の参加を得ました。加えて、「せいりけんニュース」
隔月発刊や「せいりけん市民講座」4 回開催や出前授業 6 回開催やその他講演会 24 回の主協催など、未来の研究者を発掘するための多種の情報発信活動も「広報展開推進室」が中心となって行ってまいりました。
所員一同「生体を対象に分子、細胞、器官、個体レベルの研究を推進し、究極において人体の機能を総合的に解明することを目標とする」という創設来の基本姿勢を堅持しながら、主として脳の働きと生体恒常性の仕組みについての世界トップレベルの研究を推進し続けることができるよう、引き続き努力を重ねてまいりたいと考えております。皆様方のご支援・ご鞭撻を心よりお願い申しあげます。
平成 23 年 9 月 10 日
生理学研究所長

岡田泰伸

生理学研究所年報
〔

目

次

〕

職 員（2010 年度）......................................................................... ⅰ
研究活動報告分子生理研究系 ......................................................................... 12
細胞器官研究系 ......................................................................... 22
生体情報研究系 ......................................................................... 30
統合生理研究系 ......................................................................... 38
大脳皮質機能研究系 ...................................................................... 49
発達生理学研究系 ........................................................................ 59
行動・代謝分子解析センター ............................................................... 69
多次元共同脳科学推進センター ............................................................. 72
脳機能計測・支援センター ................................................................ 73
動物実験センター ........................................................................ 76
計算科学研究センター .................................................................... 78
技術

課 ............................................................................. 80

研究発表
発

表

論

文 ......................................................................... 93

学

会

発

表 ........................................................................ 107

一般共同研究報告 .......................................................................... 131
計画共同研究報告 ......................................................................... 161
磁気共鳴装置共同利用実験報告 ............................................................. 183
超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告 ......................................................... 199
生体磁気計測装置共同利用実験報告 ......................................................... 219
研究会報告 ............................................................................... 227
国際研究集会 ............................................................................. 463
各種シンポジウム
平成 22 年度生理研・総研大国際シンポジウム .................................................. 473

トレーニングコース
第 21 回生理科学実験技術トレーニングコース .................................................. 479

セミナー報告 .............................................................................. 483
大学院特別講義 ............................................................................ 503

職員

職員（2010 年度）
所

長

分子生理研究系

岡

田

泰

伸

神経機能素子研究部門
教
准

教

助

授

久

保

義

弘

授

立

山

充

博

教

中

條

浩

日本学術振興会外国人特別研究員

大 学 院 生藤 井 大 祐（2010.4.1～）

一

技術支援員

浅

井

友理子

KECELI, Batu

分子神経生理研究部門
教授

池 中 一 裕受託大学院生村 山 秀 之授等

誠 司

特別協力研究員

Wilaiwan Wisessmith教

田 中 謙 二特別共同利用研究員

鳴特 任 助 教

吉 村

技術支援員

関

技

官

小 池 崇 子

〃

前

田

ちづ子

研究支援推進員

伊 藤 磯 子

〃

稲

葉

香

生理研研究員

稲 村 直 子

〃

小

西

乃理子

大 学 院 生松 下 雄 一

〃

中

村

亜

紀

〃

石 野 雄 吾

事務支援員

清

水

葉

月

〃

臼 井 紀 好客 員 教 授Elior Peles〃

清 水 崇 弘〃Seung Up Kim〃

杉 尾 翔 太〃Krishnakumar Menon〃

Salma Jasmine

日本学術振興会外国人特別研究員

Jan Sedzik

准

教

助

武

海

麻

衣

絵里香

代

ナノ形態生理研究部門
教授

永 山 國 昭生理研研究員福 田 善 之授

村 上 政 隆特別共同利用研究員

永 谷 幸 則教

大 橋 正 人共同研究員

杉 谷 正 三〃片 岡 正 典〃花 市 敬 正〃Danev, S. Radostin〃

新 田 浩 二生理研研究員細 木 直 樹大 学 院 生飯 島 寛 文〃香 山 容 子

〃

准

教

助

細胞器官研究系

魏飛

生体膜研究部門
教
准
助

教

授

深

田

正

紀

授

深

田

優

子

教

松 田 尚 人（～2010.4.15）

特 任 助 教

岩

助

則 竹
淳
（2010.7.1～）

教永日本学術振興会特別研究員

横 井 紀 彦（2010.4.1～）

大 学 院 生

奥慎一郎〃

大 川 都史香（2010.4.1～）

技術支援員

鈴 木 由 美（2010.6.1～）

剛i

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

機能協関研究部門／所長室
所

長

岡

田

准教授（併任） 小

泉

特任准教授

岡

田

助

伸

大 学 院 生

佐

藤

かお理

周

所 長 秘 書

岡

安

友

美

俊

昭

技術支援員

重

本

久

実

久木田

文

夫

〃

毛

利

達

磨

技術支援員（併任） 土 屋 勝 代（～2010.5.31）

〃

樫

原

康

博

技術支援員

安

井

特 任 助 教

秋

田

天

平

〃

森

藤

研

浦

本

裕

美

教

究

員

泰

ISLAM, Md. Rafiqul（2011.1.1～2011.3.31）

〃

尚

美
暁

技術支援員（併任） 林
めぐみ（2010.6.1～）

細胞生理研究部門
教
准

教

助

授

富

永

真

琴

授

山

中

章

弘

教

鈴

木

喜

郎

特 任 助 教〃生理研研究員〃

研究

員

日本学術振興会外国人特別研究員

大 学 院 生〃生体情報研究系

新 宅 健 司（2010.4.1～）

特別共同利用研究員

曽我部 隆 彰（～2010.7.4）

川 口
仁（～2010.9.30）

〃

齋 藤
茂
（2010.12.1～）

三 原
弘（～2010.9.30）

〃

齋 藤
茂
（～2010.11.30）

水 野 秀 紀（～2010.6.25）

技術支援員

伊

藤

嘉

内 田 邦 敏（2010.4.1～2011.3.31）

〃

福

田

阿由子

〃

杉

浦

由

梅

〃

齋

藤

くれあ

西

村

慶

村

徹

美

佳

Boudaka Ammar（～2010.5.31）

特別訪問研究員

常 松 友 美（～2011.3.31）

夏 目 和 歌（～2011.3.31）〃

加 塩 麻紀子（～2011.3.31）

Medina Johan（～2011.3.31）

共同研究員

藤

田

郁

尚

尚

子

〃

子

一

鳴

〃

木

田

靖

規

〃

織

田

田 淵 紗和子（2010.4.1～）〃

臼 井 健 司（～2011.1.31）

〃

周

〃

高

〃

山

聡

感覚認知情報研究部門
教

授

小

松

授

伊

藤

教

郷

田

特 任 助 教横井

特別訪問研究員

鯉

田

研

橘

准

教

助

ii

大 学 院 生

究

員

英

彦

大 学 院 生

西

尾

亜希子

南

〃

岡

澤

剛

起

一

〃

波

間

智

行

功

技術支援員

太

田

知

宏

孝

和

〃

庭

木

由

紀

篤

導

〃

大久保

三

奈

直

職員

神経シグナル研究部門
教
准

教

助

授

井

本

敬

二

授

古

江

秀

昌

教

佐

竹

伸一郎

山

肩

葉

〃

歌
大 介
（2010.10.1～）

生理研研究員加

特別協力研究員

東島（宍戸）恵美子（2011.1.1～2011.3.31）

大

歌
大 介
（～2010.9.30）〃

杉 山 大 介（～2011.3.31）〃

姫 野 龍 仁（～2011.3.31）

子

特 任 助 教勢特別共同利用研究員

輔

大学院生（韓国， Hur Sung Wong
Seoul 国立大学） （2010.10.31～）

神経分化研究部門
教

授

吉

村

由美子

大 学 院 生

中

川

授

東

島

眞

一

技術支援員

鈴

木

幸

教

森

琢

磨

〃

伊

木

志成子

生理研研究員

足

澤

悦

子

〃

伊

藤

浩

子

〃

石

川

理

子

〃

寺

澤

洋

子

木

村

有希子

〃

石

神

久美子

佐

藤

千

恵

事務支援員

比

賀

昌

隆

介

研

幸

二

松 本
敦
（2010.4.1～）

准

教

助

研

究

員

〃

統合生理研究系

直子

子

感覚運動調節研究部門
教
准

教

授

柿

授

乾

木

特任准教授

岡 本 秀 彦（2010.8.1～）

特 任 助 教

三

木

研

〃

守

田

知

〃

和 坂 俊 昭（2010.4.1～）

究

員

〃

宮 﨑 貴 浩（～2010.9.30）

作

〃

大

代

大 学 院 生

岡

〃

鶴

直

史

さち子

Keceli Sumru（2010.4.1～）

日本学術振興会特別研究員

浦

川

智

和

事務支援員

加

藤

三津子

研

仲

渡

江

美

〃

中

村

和

子

松 吉 大 輔（～2010.11.30）

〃

廣

岡

裕

子

篤

特 任 助 教

纐

纈

大

輔

伸

彦

生理研研究員

高

良

沙

幸

吉

寿

大 学 院 生

高

原

大

輔

究

員

〃

生体システム研究部門
教

授

南

部

助

教

畑

中

〃

橘

〃

知

見

聡

美

〃

金

子

将

也

特 任 助 教

佐

野

裕

美

技術支援員

宮

本

香

奈

一

幸

計算神経科学研究部門
客 員 教 授合原iii

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

大脳皮質機能研究系

脳形態解析研究部門
教
准

教

助

授

重

本

隆

一

技術支援員

授

田

渕

克

彦

〃

教

深

澤

有

吾

原
早 苗
（～2010.8）

松

井

広

〃

釜 澤 尚 美（～2011.1）

日 馬 多美子（～2011.3）

〃

兵

藤

智栄美

川 上 良 介（～2010.6）

〃

児

玉

久美子

〃

小

鹿

郁

足

〃

池 田
充
（2010.8～）〃

永 吉 美代子（2010.9～）

生理研研究員江 頭 良 明（2010.4～）

日本学術振興会特別研究員

原 田 春 美（2010.4～）

研

牛 丸 弥 香（2010.4～）〃
特 任 助 教専門研究職員〃

澤悦子

日本学術振興会外国人特別研究員

Wang,Wen

特別訪問研究員

Hassan Ahamed
Ahamed Mohammed

大 学 院 生

Wajeeha Aziz〃

Laxmi Kumar Parajuli〃

Timotheus Budisantoso〃

Dwi Wahyu Indriati

技術支援員

澤

栄

山

田

幸

子

子

恵

大脳神経回路論研究部門
教
准

教

授

川

口

泰

雄

授

窪

田

芳

之

教

大

塚

岳

森

島

究

員

技術支援員

犬

塚

小百合

美絵子

〃

小

島

滋

重 松 直 樹（～2010.11）〃

曳 野 和 美（～2010.9）

生理研研究員

植

史

〃

渡

研

苅 部 冬 紀（2010.5～）

〃

北

助
〃
研

究

究

員

員

〃

田

禎

邊

美

美

香

啓

子

平 井 康 治（～2010.8）

心理生理学研究部門
教

授

客 員 教 授助〃

北田

特 任 助 教

田

中

〃

川

究

員

規

弘

Bosch Bayard Francisco（2010.9～2010.12）
邊

〃

iv

藤

田

研

教

定

宏

研

究

員

〃
大 学 院 生

岡

崎

俊太郎

吉

原

一

文

佐々木

章

宏

正

道
子

樹

〃

林

亮

〃

岡

本

悠

悟

志

〃

吉

田

優美子

道

拓

東

〃

牧

田

快

村

瀬

未

花

〃

菅

原

翔

大

塩

立

華

〃

島

田

浩

二

職員

発達生理学研究系

大 学 院 生

高

橋

陽

香

特別共同利用研究員

緒 方 洋 輔（～2010.9）

技術支援員

田 中
愛
（2010.4～2010.11）

技術支援員

竹 中 邦 子（2010.11～）

研

渡

辺

秀

典
也

認知行動発達機構研究部門
教

授

伊

佐

助

教

吉

田

〃

特 任 助 教

〃

研

究

員

員

〃

坂

谷

智

金 田 勝 幸（～2010.7.31）

〃

加

藤

利佳子

〃

梅

田

達

也

池 田 琢 朗（～2010.10.15）

技術支援員

高

橋

伸

明

〃

伊

佐

かおる

治

〃

加

藤

智

Penphimon
Phongphanphanee

〃

柴

田

あゆみ

〃

山

西

ユ

西

下

村

正

究

俊

木

生理研研究員

正

正

幸

子

ミ

男

生体恒常機能発達機構研究部門
教
准

教

助

員

金
善 光
（～2011.3.15）

剛

特 任 助 教渡 部 美 穂（～2011.3.15）

金善 光（2011.3.16～）

大 学 院 生

平

尾

顕

三

畑

義

久

授

鍋

倉

授

石

橋

仁

教

加

藤

特 任 助 教

淳

一

研

究

大 学 院 生稲 田 浩 之（～2010.9.30）

〃

中

〃

宮

本

愛喜子

研

稲 田 浩 之（2010.10.1～）

〃

石

川

達

技術支援員

大

場

多津子

大 学 院 生

山

弥

事務支援員

齋

藤

永

生理研研究員江 藤
圭（2010.4.1～）

技術支援員

蜂須賀 由香里（2010.6.1～）

究

員

口

純

也

子

生殖・内分泌系発達機構研究部門
教

授

箕

越

靖

彦

大 学 院 生

上

條

真

弘

助

教

岡

本

士

毅

〃

横

田

繁

史

志 内 哲 也（～2010.10）

〃

唐

麗

君

〃

高 木 一 代（2010.4～）〃

Eulalia Coutinho（2010.10～）〃

特 任 助 教研

究員

大 学 院 生稲 垣 匡 子（～2011.3）
戸

田

知

得

江崎（大和）麻耶（～2010.7）v

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

環境適応機能発達研究部門
客 員 教 授行動 ･ 代謝分子解析センター

矢

田

俊

彦

遺伝子改変動物作製室
准

教

授

平

林

真

澄

技術支援員

糸

川

貴

教

冨

田

江

一

派遣職員：技術支援員

山

内

奈央子

特別共同利用研究員

深 沼 達 也（～2011.3.31）

JST 技術員

田 村 千 尋（2010.5.1～）

技術支援員

道 木 美 香（～2011.3.31）

助世

代謝生理解析室
教授（併任） 箕越靖

彦

准教授（併任） 山

中

章

弘

技術支援員

杉 浦 英 子（～2010.10.31）

行動様式解析室
客 員 教 授多次元共同脳科学推進センター

宮

川

剛

准教授（併任） 木

村

透

特任准教授

高 雄 啓 三（2010.4.1～）〃

赤 間 亜希子（～2011.2.28）

特別訪問研究員

服 部 聡 子（～2011.3.31）

〃

大

吉

とみ枝

〃

岩

月

美

〃

林
愛
（2010.4.1～）〃

今 井 篤 子（2010.12.1～）

技術支援員

村 松 理 美（～2011.1.31）

センター長（併） 池中

特 任 教 授

田

吉

一

裕

事務支援員

土

井

緒

優

明

脳科学新領域開拓研究室
教授（併任） 井

本

敬

二

客員准教授

酒

井

邦

嘉

〃

鍋

倉

淳

一

客 員 教 授

銅

谷

賢

治

客 員 教 授

宮

田

卓

樹

〃

高

橋

良

輔

〃

西

田

眞

也

〃

持

田

澄

子

〃

曽

良

一

郎

〃

桃

井

眞里子

正

客 員 教 授北澤茂
統

脳内情報抽出表現研究室

vi

教授（併任） 伊佐

客 員 教 授

川

人

光

男

〃

佐

倉

〃

横

井

浩

史

〃

加

藤

天

美

職員

霊長類脳基盤研究開発室
教授（併任） 南部

篤

専門研究職員

竹

田

悠

太

〃

山

森

哲

雄

〃

後

藤

彩

子

客 員 教 授

高

田

昌

彦

技術支援員

井

本

英

子

〃

小

林

和

人

技術支援員（派遣） 平

山

由

香

〃

笹

井

芳

樹

技術支援員

小

谷

慶

子

特 任 助 教

小

松

勇

介

〃

仲

神

友

貴

専門研究職員

大塚

正

成

技術支援員（派遣） 高

藤

充

絵

〃

畑

克

介

〃

高

雅

史

司

〃

藤

澤

ゆ

み

正

非常勤研究員

浜

井

美

弥

久

事務支援員

岡

本

友

紀

客 員 助 教川 上 良 介（2010.8～2010.10）

技術支援員

林

ＮＢＲ事業推進室
教授（併任） 伊

佐

特任准教授

稲

垣

非常勤研究員山根晴到

流動連携研究室
客員准教授

脳機能計測・支援センター

池 田 啓 子（2010.7～2010.9）

形態情報解析室
助
准

教

教

古

家

園

子

授

村

田

和

義

めぐみ

生体機能情報解析室
准

教

授

逵

本

徹

多光子顕微鏡室教授（併任） 鍋倉淳

一岡崎共通研究施設（生理学研究所関連）
岡崎統合バイオサイエンスセンター

時系列生命現象研究領域（神経分化研究部門

併任）

戦略的方法論研究領域（ナノ形態生理研究部門

併任）

生命環境研究領域（細胞生理研究部門

動物実験センター

准計算科学研究センター

助

教

授

木

村

教

片

岡

併任）

透

正

典

vii

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

動物実験コーディネータ室特 任 教 授

佐

藤

浩

技術課

課

大河原

浩

研究系技術班長

課長補佐（班長） 小

原

事務支援員

鈴

木

邦

子

正

裕

友

美

係

員

小

池

崇

子

登

係

員

髙

橋

直

樹

係

員

石

原

博

美

分子生理研究系技術係
係

員

山

本

細胞器官研究系技術係
係

長

山

口

係

員

福

田

直

美

将

浩

正

浩

康

行

係

員

佐

藤

茂

基

邦

係

員

神

谷

絵

美

雄

係

員

吉

友

美

樹

係

員

山

田

係

員

村

田

安

係

員

窪

田

美津子

係

員

三

寳

誠

生体情報研究系技術係
係

員
〃

森
髙

木

統合生理研究系技術係
主

任

竹

島

大脳皮質機能研究系技術係
係

長

伊

藤

嘉

発達生理学研究系技術係

研究施設技術班

係

長

戸

川

森

主

任

齊

藤

久美子

班

長

市

川

修

脳機能計測 ･ 支援技術係
係

長

前

橋

主

任

佐

治

寛
俊

元

幸

情報処理 ･ 発信技術係
係

長

永

田

治

主

任

吉

村

伸

明

昭

光

永

動物実験技術係
係

長

伊

藤

主

任

廣

江

猛

行動 ･ 代謝分子解析技術係
係

viii

長

加

藤

勝

己

職員

多次元共同脳科学推進技術係
係長（併任） 加藤

特定技術職員

木

瀬

技術支援員

伊

藤

勝

己

環

技術支援員

宮

本

香

奈

子

〃

安

井

尚

美

〃

土 屋 勝 代（～2010.6.4）〃

小 林 久美子（～2010.10.15）

〃

犬

塚

〃

石

神

久美子

〃

岩

瀬

恵

〃

権

藤

清

〃

松

永

知

子

〃

永

谷

〃

水

野

みどり

〃

村

井

理

絵

〃

高

田

和

子

〃

不

退

久

恵

〃

澤

栄

恵

〃

松

永

ゆう子

〃

大

西

皆

子

〃

〃

浅

井

友理子

三ツ井 康 雄（2010.6.1～）

〃

田

中

美

〃

〃

福

田

阿由子

林
めぐみ
（2010.6.1～）

〃

川

合

なほみ

〃

〃

石 川 克 己（～2010.4.30）

鈴 木 由 美（2010.6.16～）〃

大久保 三 奈（2010.10.16～）

〃

大

事務支援員

向

〃

松

〃

浅

〃

場

磯

小百合

穂

多津子

子

事務支援員

澤

敬

子

〃

大和田

みゆき

井

明

代

〃

浦

川

裕

杉 浦 友 美（～2010.11.30）

〃

高

松

〃

濱 田
誠
（～2010.5.20）〃

内 山 千保美（2010.7.16～）

坂

本

愛

〃

柴

田

利

江

〃

小

澤

祐

子

〃

芝

村

賞

子

尾

恵

和

〃

長

志

法

子

乃
香

ix

研究活動報告

研究活動報告〔目

次〕分子生理研究系
神経機能素子研究部門.................................................................................. 12
概 要
スプライシングの違いによりオーファン代謝型受容体蛋白と分泌蛋白がつくられる Prrt3 の機能解明に向けた遺伝子破壊マウスの作成（久保義弘，山本友美，中尾和貴，清成寛）

Gq 共役型受容体と Gq 蛋白質会合の FRET 解析（立山充博，久保義弘）
Gq 蛋白質によるムスカリン受容体活性化構造安定化作用の解析（立山充博，久保義弘）
KCNQ1-KCNE1 複合体サブユニット構成の多様性と機能の違い（中條浩一，久保義弘）
KCNE3 による KCNQ1 機能調節に重要な部位の同定（中條浩一，久保義弘）
代謝型グルタミン酸受容体の点変異 E238Q を持つマウスの行動解析（山本友美，久保義弘，新石健二，饗場

篤，高雄啓三，宮川剛）

ATP 受容体チャネル P2X2 三量体の活性化時のシグナルフローとサブユニットの寄与の 3 タンデムリピート
コンストラクトを用いた解析（Batu Keceli，久保義弘）
膜電位依存性 K+チャネル Kv1.2 の脱活性化の細胞外 K+濃度依存性（藤井大祐，久保義弘）

分子神経生理研究部門.................................................................................. 15
概 要
グリア細胞の発生・分化（等

誠司，後藤仁志，臼井紀好，池中一裕）

神経幹細胞の生成と維持（等

誠司，石野雄吾，池中一裕）

神経細胞の移動・軸索ガイダンス（稲村直子，臼井紀好，池中一裕）
グリア細胞の機能と病態（田中謙二，清水崇弘，杉尾翔太，Seung-Up Kim，Elior Peles，池中一裕）
N-結合型糖鎖の構造決定と機能解析
（吉村

武，等

誠司，Akhilesh Kumar，Salma Jasmine，Jan Sedzik，伊藤磯子，小池崇子，池中一裕）

ナノ形態生理研究部門.................................................................................. 18
概 要
DNA/RNA 塩基配列の電子顕微鏡 1 分子計測法の開発（香山容子，永田麗子，永山國昭，片岡正典）
DNA-脂質複合体の低温電子線トモグラフィー（細木直樹，永山國昭，田村豪主）
位相差低温トモグラフィーの応用および位相板由来フリンジ解析（Radostin Danev，永山國昭）

3

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

位相差低温電子線トモグラフィーの全載培養細胞試料への応用（福田善之，永山國昭）
膵島移植をモデル系とした機械－化学応答細胞死のイメージングサイエンス（福田善之，永山國昭，最上秀夫）
電子・光子ハイブリッド顕微鏡の開発（飯島寛文，永山國昭，稲吉悠里，箕田弘喜）
唾液分泌における傍細胞輸送の駆動力と細胞内信号による調節（村上政隆，魏飛，成田貴則，福島美和子，橋本貞充，渋川義幸，佐藤正樹）

漢方薬－丹参－の灌流ラット顎下腺に対する水分泌促進機構 (2)（村上政隆，魏飛，魏睦新）

エンドソーム－ゴルジ細胞内膜系の選別輸送のメカニズムと生理機能（大橋正人，木下典行）

細胞器官研究系
生体膜研究部門........................................................................................ 22
概 要
PSD-95 パルミトイル化酵素によるシナプス機能制御（則竹淳，深田優子，岩永剛，深田正紀）新規のパルミトイル化基質の同定と性状解析（奥慎一郎，高橋直樹，則竹淳，深田優子，深田正紀）

てんかん関連リガンド LGI1 の生理機能の解明（深田優子，横井紀彦，大川都史香，岩永剛，深田正紀）てんかん関連リガンド LGI1 の作用機構の解析（横井紀彦，大川都史香，深田正紀，深田優子）
てんかん関連リガンド LGI ファミリーの性状解析（大川都史香，横井紀彦，岩永剛，深田正紀，深田優子）

機能協関研究部門...................................................................................... 24
概 要
アポトーシス時の細胞容積調節破綻の原因シグナリングの解明（SUBRAMANYAM Muthangi，高橋信之，長谷川裕一，毛利達磨，岡田泰伸）
白色脂肪細胞における容積感受性クロライドチャネルの発現と糖尿病マウスにおけるその減少（井上華，小西真人，高橋信之，岡田泰伸）

成熟げっ歯類網膜組織培養法の確立と網膜神経回路の解析
（森藤

暁，小泉

周，城宝

浩）

細胞生理研究部門...................................................................................... 25
概 要
微少な環境温度変化がマウス代謝に及ぼす影響の解析（内田邦敏，富永真琴）
胎生期マウス神経に発現する TRPV2 の機械刺激感受性（柴崎貢志，富永真琴）
マウス味細胞に発現する PKD1L3/PKD2L1 複合体の解析（川口仁，富永真琴）表皮ケラチノサイトに発現する TRPV4 による細胞間接着を介したバリア機能（曽我部隆彰，富永真琴）

4

研究活動報告

ミツバチ TRPA チャネルによる温度受容（河野景吾，曽我部隆彰，門脇辰彦，富永真琴）
マウス腸管神経に発現する TRPV2 の機械刺激感受性（三原弘，Ammar Boudaka，富永真琴）

覚醒を維持する視床下部神経ネットワークの解析（山中章弘，田淵紗和子，常松友美）
オレキシン神経活動の光抑制による睡眠覚醒制御（常松友美，山中章弘）

生体情報研究系
感覚認知情報研究部門.................................................................................. 30
概 要
初期視覚系における輪郭線の折れ曲がりの表現（伊藤南）

サル下側頭皮質への電気刺激が色判断行動に及ぼす効果（鯉田孝和，小松英彦）
色選択性ニューロンの色情報表現の包括的な解析法の検討（波間智行，小松英彦）
素材識別に関わるヒト視覚領野：fMRI 研究（郷田直一，平松千尋，小松英彦）
下側頭皮質における光沢選択性ニューロンの性質（西尾亜希子，郷田直一，小松英彦）
fMRI によるサル視覚野における表面光沢への応答領域の同定（岡澤剛起，郷田直一，小松英彦）
色名自由呼称による金色と銀色のカテゴリー性の検証（岡澤剛起，鯉田孝和，小松英彦）

神経シグナル研究部門.................................................................................. 32
概 要
病態時における感覚シナプス伝達の異常（古江秀昌，歌大介，井本敬二）

脊髄における痒み情報の伝達と調節機構の解明（歌大介，古江秀昌，井本敬二）

Tottering マウスにおける欠神発作と大脳基底核回路との関係（加勢大輔，井上剛，井本敬二）エタノールの小脳異種シナプス間拡散性クロストーク阻害作用（佐竹伸一郎，井本敬二）
蛋白質リン酸化によるシナプス可塑性，学習・記憶の制御（山肩葉子，柳川右千夫，井本敬二）
変異チャネル Markov 過程パラメータ最適化プログラムの開発（井本敬二，伊藤 英樹）

神経分化研究部門...................................................................................... 35
概 要
大脳皮質視覚野微小神経回路網の機能的役割（石川理子，吉村由美子）

5

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

大脳皮質の選択的神経結合形成におけるクラスター型プロトカドヘリン群の関与（足澤悦子，吉村由美子，平山晃斉，八木健）

ゼブラフィッシュ脊髄運動系神経回路網の機能解析（木村有希子，佐藤千恵，東島眞一）

統合生理研究系
感覚運動調節研究部門.................................................................................. 38
概 要
乳児におけるスクランブル顔の知覚：NIRS による検討（本多結城子，仲渡江美，大塚由美子，金沢創，小嶋祥三，山口真美，柿木隆介）

舌前方後方間の体性感覚処理過程の違い（坂本貴和子，中田大貴，乾幸二，Perrucci MG，Del Gratta C，柿木隆介，Romani GL）

喫煙が痛覚関連電位に与える影響についての研究（宮﨑貴浩，王暁宏，乾幸二，Domino EF，柿木隆介）

表皮内電気刺激を用いた Aδ 神経線維機能評価に関する研究（大鶴直史，乾幸二，山代幸哉，宮﨑貴浩，竹島康行，柿木隆介）

ヒト脳における視覚性刺激変化検出動態（浦川智和，乾幸二，山代幸哉，柿木隆介）

感覚記憶に基づいた視覚性刺激変化検出の脳内動態（浦川智和，乾幸二，山代幸哉，田中絵実，柿木隆介）

体性感覚刺激 Go/No-go 課題における No-go-P300 成分（中田大貴，坂本貴和子，柿木隆介）
ヒト聴覚系における変化探知と記憶の非線形法則（乾幸二，浦川智和，山代幸哉，大鶴直史，西原真理，Sumru Keceli，竹島康行，柿木隆介）

課題非関連な記憶負荷は側頭頭頂接合部の抑制なしに非注意盲を誘発する（松吉大輔，池田尊司，澤本伸克，柿木隆介，福山秀直，苧阪直行）
単一音刺激による聴覚感覚記憶形成（乾幸二，浦川智和，山代幸哉，大鶴直史，西原真理，元村英史，竹島康行，木田哲夫，柿木隆介）

体性感覚刺激 Go/No-go 課題における刺激間間隔の効果（中田大貴，坂本貴和子，柿木隆介）
咀嚼が脳にもたらす影響についての検討（坂本貴和子，中田大貴，湯本真人，柿木隆介）
ヒト舌体性感覚誘発脳反応の検討（坂本貴和子，中田大貴，湯本真人，柿木隆介）

生体システム研究部門.................................................................................. 43
概 要
定位脳手術時のヒト淡蒼球の神経活動
（南部

篤，橘

吉寿，喜多

均，西林宏起，小倉光博，板倉徹）

運動課題遂行中のマカクサル運動野および体性感覚野のフラビンイメージング（畑中伸彦，高良沙幸，金子将也，南部篤）

ドーパ反応性ジストニアモデルマウスにおける大脳基底核ニューロンの活動（知見聡美，一瀬千穂，一瀬宏，近藤一直，南部

篤）

線条体−淡蒼球投射ニューロンが制御する運動調節機構の解明（佐野裕美，知見聡美，疋田貴俊，小林和人，南部6

篤）研究活動報告

光遺伝学を利用した大脳基底核神経回路の作動原理の解明（佐野裕美，知見聡美，加藤茂樹，小林憲太，小林和人，南部篤）

覚醒下マーモセットを用いた運動関連領野の神経生理学的解析（纐纈大輔，畑中伸彦，南部篤）

上肢到達運動課題遂行中の線条体介在ニューロンの活動（高良沙幸，畑中伸彦，南部篤）

大脳基底核出力核における興奮性・抑制性の活動調節（金子将也，畑中伸彦，南部篤）

計算神経科学研究部門.................................................................................. 47
概 要
シナプス統合における Dale 則の破れと前シナプス制御の影響に関する研究（渡辺啓生，合原一幸）
神経細胞の異常な同期状態の緩和について（西川功，合原一幸）大脳皮質機能研究系
脳形態解析研究部門.................................................................................... 49
概 要
シナプスを取り巻く微細構造空間のシナプス伝達特性への影響（松井広，Timotheus Budisantoso，深澤有吾，重本隆一）

小脳運動学習の記憶痕跡（王文，Wajeeha Aziz，足澤悦子，深澤有吾，重本隆一）

記憶・学習とグルタミン酸受容体の局在調節機構の役割（深澤有吾，重本隆一）
海馬シナプスの左右差（Hassan Ahmed，川上良介，重本隆一）
Calyx of Held シナプス成熟過程における受容体とカルシウムチャネルの配置変化（釜澤尚美，松井広，重本隆一）シナプス－グリア複合環境の動的変化による情報伝達制御（松井

広）

シナプス接着因子 Neuroligin/Neurexin を標的とした自閉症モデル動物の評価・確立（江頭良明，原田春美，田渕克彦）

大脳神経回路論研究部門................................................................................ 52
概 要
大脳皮質非錐体細胞の樹状突起内部における微小管分布（窪田芳之，苅部冬紀，畑田小百合，北啓子，川口泰雄）

交連性投射ニューロンの皮質内結合回路（大塚岳，川口泰雄）投射先に依存した前頭皮質 5 層錐体細胞の結合特性（森島美絵子，川口泰雄）
ラット前頭皮質局所電場電位と FS 細胞のセロトニンによる活動修飾（M. Victoria Puig，牛丸弥香，川口泰雄）
新皮質抑制性細胞における一酸化窒素合成酵素の発現特異性（川口泰雄，山口登）

心理生理学研究部門.................................................................................... 55
概 要7

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

二台の fMRI 同時計測による相互注視と共同注意の神経基盤 －健常人と高機能自閉症者の比較－（田邊宏樹，定藤規弘，小坂浩隆，和田有司，齋藤大輔，岡沢秀彦，棟居俊夫）
触覚が惹起する不快さの心理物理学的特性（北田亮，定藤規弘，Susan J. Lederman）

経頭蓋直流電気刺激による脳卒中片麻痺患者の下肢運動機能の改善（田中悟志，定藤規弘）
援助行動の動因に関する神経基盤（川道拓東，田邊宏樹，高橋陽香，定藤規弘）
動作表象を担う脳内ネットワーク（佐々木章宏，河内山隆紀，杉浦元亮，田邊宏樹，定藤規弘）
表情の相互模倣の神経基盤（岡本悠子，北田亮，高橋陽香，八幡憲明，吉田優美子，河内山隆紀，田邊宏樹，定藤規弘）

予告効果における前補足運動野を中心としたネットワーク：機能的 MRI 研究（吉田優美子，田邊宏樹，林正道，河内山隆紀，定藤規弘）

口頭反復による外国語語彙学習促進に関与する神経基盤（牧田快，山崎未花，田邊宏樹，横川博一，吉田晴世，定藤規弘）

手続き運動技能の定着への社会的称賛の効果の検討（菅原翔，田中悟志，岡崎俊太郎，渡邊克巳，定藤規弘）

外国語情報処理の自動化に関与する神経基盤の解明（島田浩二，牧田快，山﨑未花，田邊宏樹，定藤規弘，吉田晴世，横川博一）

発達生理学研究系
認知行動発達機構研究部門.............................................................................. 59
概 要
盲視サルにおける視覚的注意（吉田正俊，高浦加奈，加藤利佳子，池田琢朗，伊佐正）

光遺伝学的手法を用いたサルの精密把持運動の制御（木下正治，伊佐正）

遺伝子導入による経路選択的伝達遮断法を用いたサル脊髄固有ニューロン機能の解析（木下正治，伊佐正）Competitive interaction between two signals in the superficial layer of superior colliculus（Penphimon Phongphanphanee，Tadashi Isa）
運動機能回復を支えるモチベーションの神経基盤（西村幸男，尾上浩隆，伊佐正）

人工神経接続による運動機能・体性感覚機能の再建（西村幸男）
サル一次運動野における皮質脳波による運動関連皮質内神経活動の推定（渡辺秀典，佐藤雅昭，鈴木隆文，川人光男，西村幸男，南部“Blindsight：盲視”に寄与する視覚情報経路の同定（加藤利佳子，高浦加奈，池田琢朗，吉田正俊，伊佐正）幼若時片側除皮質ラットにおける上行性神経回路の解析（梅田達也，ORAPHAN WANAKHACHORNKRAI，伊佐感覚フィードバック型 BMI の実現（梅田達也，伊佐

8

正）

正）

篤，伊佐

正）

研究活動報告

生体恒常機能発達機構研究部門.......................................................................... 63
概 要
In Vivo 多光子顕微鏡を用いた大脳皮質神経細胞の微細構造の可視化（加藤剛，Kim Sun Kwang，江藤圭，宮本愛喜子，石川達也，鍋倉淳一）

幼若期大脳皮質における GABA ニューロンの移動とそのメカニズムの解明（稲田浩之，鍋倉淳一）
In Vivo 多光子顕微鏡を用いたミクログリアによる大脳皮質神経回路再編機構の解析（宮本愛喜子，江藤圭，加藤剛，鍋倉淳一）In Vivo 多光子顕微鏡を用いた慢性疼痛形成期における大脳皮質体性感覚野神経回路再編
（金

善光，江藤

圭，鍋倉淳一）−細胞内 Cl 制御機構 KCC2 による GABA の興奮－抑制スイッチ制御の分子機構の解明（渡部美穂，鍋倉淳一）
伝達物質のスイッチングのメカニズムと細胞応答（山口純弥，中畑義久，石橋仁，鍋倉淳一）発達期の聴覚中継路におけるモノアミンの神経回路機能に対する役割の解明（平尾顕三，石橋仁，鍋倉淳一）生殖・内分泌系発達機構研究部門........................................................................ 66
概 要
レプチンによる糖代謝調節機構の解明（戸田知得，志内哲也，斉藤久美子，岡本士毅，箕越靖彦）
新規肝臓分泌タンパク質 Selenoprotein P によるインスリン抵抗性発現機構（志内哲也，戸田知得，岡本士毅，箕越靖彦，篁

俊成，御簾博文，金子周一）

マクロファージ遊走因子 CXCL14 による摂食調節作用（岡本士毅，箕越靖彦，種子島幸祐，原孝彦）

視床下部 Sirt1 による摂食調節作用（岡本士毅，戸田知得，箕越靖彦，佐々木努，北村忠弘）
摂食調節に関わる視床下部生体分子センサーの研究（岡本士毅，志内哲也，戸田知得，箕越靖彦，中里雅光，松尾崇，塩田清二，影山晴秋，矢田俊彦）

環境適応機能発達研究部門.............................................................................. 68
概 要
中枢における Nesfatin-1 の摂食調節機構の解明（前島裕子，Udval Sedbazar，Guntulga Drambazar，中田正範，矢田俊彦，森昌朋）

膵島 β 細胞に対する Nesfatin-1 の作用（中田正範，間中一至，矢田俊彦，森昌朋）

行動・代謝分子解析センター
遺伝子改変動物作製室.................................................................................. 69
概 要
近交系 Brown-Norway ラット胚盤胞に由来する ES 細胞株の樹立と外来遺伝子導入個体の作製（平林真澄）
大脳皮質第一次視覚野上に存在する遠近感の認知に必須の機能ユニット“眼優位カラム”の可塑的形成メカニズムの解明に向けて（冨田江一，三宝誠，山内奈央子）

代謝生理解析室........................................................................................ 70
概 要

9生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

行動様式解析室........................................................................................ 70
概 要
マウスを用いた脳表現型データベースの開発と応用（高雄啓三，宮川剛）

C57BL/6 亜系統マウスの行動特性解析（高雄啓三，宮川剛）

Schnrri-2 欠損マウスの脳表現型解析（高雄啓三，宮川剛）

多次元共同脳科学推進センター....................................................................... 72
概 要

脳機能計測・支援センター
形態情報解析室........................................................................................ 73
概 要
バクテリア細胞内クロモソーム DNA の立体構造の解明（村田和義，萩原小百合，金子康子）
AAA シャペロンによる細胞内構造形態制御機構の解明（村田和義，江崎雅俊，小椋光）

小腸絨毛上皮下線維芽細胞におけるサブスタンス-P 受容体（古家園子）

生体機能情報解析室.................................................................................... 74
概 要
注意に関係する脳活動の研究（逵本徹）

多光子顕微鏡室........................................................................................ 75
概 要

動物実験センター .................................................................................... 76
概 要

計算科学研究センター ............................................................................... 78
概 要
ユニバーサル核酸の創生（片岡正典）
全塩基修飾型核酸標識－塩基置換法（片岡正典，永山國昭）
全塩基修飾型核酸標識－塩基拡張法（片岡正典，永山國昭）

技術課
概............................................................................................. 80

要（大河原浩）

10

研究活動報告

施設の運営状況①統合生理研究系（1）生体磁気計測装置室（竹島康行）②脳機能計測・支援センター（1）形態情報解析室（加藤勝己）（2）生体機能情報解析室（佐治俊幸，村井理絵，佐藤茂基）（3）多光子顕微鏡室（前橋寛）（4）電子顕微鏡室（生理研・基生研共通施設）（山田元）（5）機器研究試作室（生理研・基生研共通施設）（佐治俊幸）③情報処理・発信センター（1）ネットワーク管理室（吉村伸明，村田安永）④岡崎共通研究施設（1）動物実験センター（伊藤昭光，廣江猛，窪田美津子）

11

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

分子生理研究系
神経機能素子研究部門【概要】
イオンチャネル，受容体，G 蛋白質等の膜関連蛋白は，

HEK293 細胞等の遺伝子発現系における機能発現の再構

神経細胞の興奮性とその調節に重要な役割を果たし，脳成を行った。また，2 本刺し膜電位固定法，パッチクラ機能を支えている。本研究部門では，これらの神経機能

ンプ等の電気生理学的手法，細胞内 Ca2+イメージング・素子を対象として，生物物理学的興味から「その精妙な

全反射照明下での FRET 計測や，一分子イメージング等

分子機能のメカニズムと動的構造機能連関についての研の光生理学的手法，細胞生物学的研究手法により，その究」に取り組み，また，神経科学的興味から「各素子の分子機能調節と構造機能連関の解析を行った。また，外持つ特性の脳神経系における機能的意義を知るための個部研究室との連携により，遺伝子改変マウスの作成も継体・スライスレベルでの研究」を進めている。

続して進めている。以下に，今年度行った研究課題とそ

今年度，これまでに引き続き，神経機能素子の遺伝子の内容の要約を記す。

の単離，変異体の作成，tag の付加等を進め，卵母細胞，

スプライシングの違いによりオーファン代謝型受容体蛋白と分泌蛋白がつくられる Prrt3 の機能解明に向けた遺伝子破壊マウスの作成
久保義弘，山本友美
中尾和貴（理研 CDB，東大院医），清成

寛（理研 CDB）

我々は，スプライシングの違いにより同一遺伝子から，遅れ，1 週間以内にすべて死亡した。しかし，早い時点

オーファン代謝型受容体 (Long-Prrt3) と，その N 末端ので KO ホモマウス以外の仔をすべて除いて飼育すると，細胞外部分のみからなる分泌蛋白 (Short-Prrt3) の両方が野生型に比して小さめではあるが，成体まで生育するこつくられる機能未知の新規分子 Prrt3 の解析に取り組んとが明らかになった。KO ヘテロマウスを用いて，lacZでいる。機能に関する手がかりを得るために，Prrt3 遺伝の発現部位を組織化学的に解析したところ，海馬の錐体子が破壊され代わりに LacZ 遺伝子が挿入された B6 マウ細胞と小脳のプルキンエ細胞に最も強い発現が見られた。

ス由来の ES 細胞を用いて，遺伝子破壊 (KO) マウスの作

KO ホモマウスは，行動解析に充分な週齢の揃った個体

成に取り組み，今年度 KO ヘテロマウスを得た。ヘテロ数の確保が非常に難しいため，今後，KO ヘテロマウス

マウス同士の交配により産まれた KO ホモマウスは哺乳を用いて，網羅的行動解析を行う計画である。

活動等に異常がみられ，同腹の仔に比して顕著に成長がGq 共役型受容体と Gq 蛋白質会合の FRET 解析
立山充博，久保義弘

細胞間情報伝達において重要な役割を担う G 蛋白質共り G 蛋白質を介してその機能を発現する。そこで，Gq

役型受容体 (GPCR) は，リガンド結合により活性型とな共役型受容体であるムスカリン受容体 1 型 (m1R) と Gq

12

研究活動報告／分子生理研究系

蛋白質の会合について蛍光共鳴エネルギー遷移 (FRET)

白質会合時に i3 と Gαq および C-tail と Gβ1 が近接するを利用して解析した。まず，m1R の第 3 ループ (i3), m1Rことが示唆された。i3/Gαq 間および C-tail/Gβ1 間におけの C 末端 (C-tail), Gαq と Gβ1 のそれぞれに蛍光蛋白質

るリガンド投与時の有意な FRET 増加は，同じ Family A(FP) を 付 加 し た m1R-i3-FP, m1R-tail-FP, Gαq-FP とに属するムスカリン受容体 3 型，プリン受容体 1 型およFP-Gβ1 を作製し，各組み合わせでの FRET 効率変化を測び Substance P 受容体でも認められたが，Family C に属す

定 し た 。 そ の 結 果 ， i) m1R-i3-FP/Gαq-FP お よ び ii)

る代謝型グルタミン酸受容体 1 型では，全く観察されな

m1R-tail-FP/FP-Gβ1 の 間 で リ ガ ン ド 投 与 時 に 顕 著 なかった。以上より，Family A に属する Gq 共役型受容体

FRET 増加を，一方，iii) m1R-i3-FP/FP-Gβ1 および iv)

による Gq 蛋白質の活性化が共通の機構を介することが

m1R-tail-FP/FP-Gαq の間でリガンド投与による微小な示唆された。

FRET 増加を認めた。これらの結果から，m1R と Gq 蛋

Gq 蛋白質によるムスカリン受容体活性化構造安定化作用の解析
立山充博，久保義弘

シナプス可塑性への関与が示唆されている代謝型アセトが Gq 経路を活性化する機能を保持していることを確

チルコリン受容体（ムスカリン受容体 1 型 (m1R)）は，認した。m1R-i3-YFP/tail-CFP はリガンド投与時に FRET

Gq 蛋白質を介してシグナルを細胞内に伝達する。m1R減少を示したが，Gq 蛋白質共発現下ではリガンドによるはリガンド結合により活性型となるが，活性型構造は Gq

FRET 減少が増大した。さらに，リガンド除去時におけ蛋白質との会合により安定化することが示唆されていた。

る FRET 回復過程を解析したところ，Gq 蛋白質共発現下

そこで，リガンド結合による受容体構造変化を蛍光共鳴では有意な遅延が見られた。以上の結果から，Gq 蛋白質

エネルギー遷移 (FRET) 効率変化として捉えることによが m1R の活性型構造安定化作用を有することが示され

り，活性型構造への Gq 蛋白質の共発現の影響を検討した。m1R 活性化構造安定化因子として膜電位の関与が示た。まず，m1R の細胞内第 3 ループ (i3) と C 末端 (tail) に唆されているため，今後，本コンストラクトを用いて，それぞれ蛍光蛋白質 YFP と CFP を付加したコンストラ

膜電位の影響についても検討する予定である。

クト (m1R-i3-YFP/tail-CFP) を作製し，このコンストラク

KCNQ1-KCNE1 複合体サブユニット構成の多様性と機能の違い
中條浩一，久保義弘

電位依存性カリウムチャネル KCNQ1 は，心臓においうかを検討した。直鎖状につないだ KCNE1 と KCNQ1て 1 回膜貫通型のタンパク質 KCNE1 とイオンチャネルのタンデムリピートコンストラクトを作成することで，複合体を構成し，心筋の興奮性制御に寄与している。こ4 : 4 (KCNQ1 : KCNE1) のストイキオメトリーを持つチャ

れまでに我々は，各イオンチャネル複合体中に含まれる

ネルは，4 : 2 のストイキオメトリーを持つチャネルに比KCNE1 サブユニットの数を直接数えることに成功し，そべて電位依存性が約 40mV ほど脱分極側にシフトしておの結果 4 量体の KCNQ1 チャネルに結合する KCNE1 サ

り，かなり開きにくくなることがわかった。KCNQ1 とブユニットの数は 0-4 個とフレキシブルであることを明KCNE1 の相対発現量が変わることでイオンチャネル複らかにした。そこでそれぞれのストイキオメトリーにお合体のストイキオメトリー構成が変化するとすれば，そいて，イオンチャネルとしての機能が異なっているかどれに伴って膜興奮性も変化することを示唆している。

13

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

KCNE3 による KCNQ1 機能調節に重要な部位の同定
中條浩一，久保義弘

電位依存性カリウムチャネルの KCNQ1 チャネルは，と Ci-KCNQ1 のキメラタンパク質を多数作成し，ヒト

腸などにおいて KCNE3 タンパク質と複合体を構成し，KCNQ1 の S1 セグメントが KCNE3 による常時開状態に

電位依存性を失った常時開状態のカリウムチャネルを構必須であることを明らかにした。さらに 2 つの遺伝子の成する。KCNE3 は KCNE1 と同様 1 回膜貫通型のタンパ

アミノ酸配列を比較，点変異体を作成することにより，ク質であるが，いったいどのようなメカニズムによってヒト KCNQ1 チャネル S1 セグメント上に並ぶ 3 つのフェKCNQ1 チャネルを開きっぱなしにすることができるの

ニルアラニン Phe123, Phe127, Phe130 が KCNE3 による機か，まだ良くわかっていない。脊索動物カタユウレイボ

能修飾に重要な働きを持つことを明らかにすることがでヤは KCNE タンパク質の遺伝子をゲノム上に有しておらきた。KCNE3 はこれらのフェニルアラニン残基と相互作ず，したがってカタユウレイボヤの KCNQ1 ホモログ

用することで，KCNQ1 チャネルを開状態に安定化してCi-KCNQ1 においては，哺乳類由来の KCNE タンパク質いると考えられる。

による修飾機構がうまく働かない。そこでヒトの KCNQ1

代謝型グルタミン酸受容体の点変異 E238Q を持つマウスの行動解析
山本友美，久保義弘
新石健二，饗場

篤（東京大院医）

高雄啓三（生理研・行動様式解析）宮川剛（藤田保健衛生大学総合医科学研，生理研・行動様式解析）

我々は，in vitro 発現系を用いた実験により，代謝型グ度，網羅的行動解析を行った。その結果，野生型に比し，ルタミン酸受容体 mGluR1 が，グルタミン酸のみならず

Glu238Gln 変異ホモマウスが有意な差を示したのは，以細胞外の多価陽イオンによっても活性化されることを見下の通りであった。(1) オープンフィールドテストにおけいだした。また，ホモ 2 量体が向かい合う面にあるアミる総移動距離が小さい。(2) 聴覚驚愕応答における，プレノ酸残基の点変異 Glu238Gln により，グルタミン酸に対パルスによる抑制率が一部低い。(3) テイルサスペンショ

する感受性は変わらず 3 価の陽イオンによる活性化が完

ンテストにおける不動化率が低い。(4) 歩行解析における全に失われることを観察した。そして，3 価の陽イオン

後足のスタンス幅が大きい。(5) ソーシャルインターラクに対する感受性の生理的意義を明らかにするためにションテストにおける総移動距離が小さい。今後，変異Glu238Gln 変異マウスを作成した。C57BL/6 マウスに遺体の小脳機能の異常についてより詳細に明らかにするた伝的背景を揃えるため 10 代のバッククロスを行い，今年

め，視機性眼球運動の解析を行う計画である。

ATP 受容体チャネル P2X2 三量体の活性化時のシグナルフローとサブユニットの寄与の3 タンデムリピートコンストラクトを用いた解析
Batu Keceli，久保義弘
ATP 受容体チャネル P2X2 は，2 分子の ATP の結合に14

よって活性化されると理解されている。また，我々は，

研究活動報告／分子生理研究系

これまでに，膜電位センサーを有しないが膜電位依存性の overhang を利用してライゲートする方法で，断端のユを有することを見いだした。すなわち，ATP と膜電位をニークな塩基配列を任意に決めることができ，また，複合的に感知し，活性化する受容体チャネルであるとい

overhang が 9 塩基と長いためにライゲーションが高効率える。その活性化の機構，特に，二つの情報が分子内をであることが特徴である。

どのように流れ，どのように集約されるのか，また，3

ATP 結合能を失う変異 K69A を，1, 2, 3 個導入した TCC

量体の 3 個のサブユニットのいくつがそのフローに寄与を用いた実験により，ATP による活性化にも膜電位依存するかは，興味深い課題である。この点にアプローチす的活性化にも，2 個の ATP 結合部位が必要十分であるこるためには，3 量体中に，数と位置を規定して変異を導とが明らかになった。膜電位依存性を失いどの電位でも入することが必要である。ホモ 3 量体の会合によっては，活性化するようになる変異 T339S を，1, 2, 3 個導入した厳密なコントロールはほぼ不可能であるため，我々は，TCC を用いた実験により，膜電位依存的活性化が，導入

USER 法により，変異を含む tandem trimeric construct

した変異の数により段階的に変化することが明らかにな(TTC) の作成を行った。USER 法とは，uracil 残基を持つった。今後，これらの変異を同じサブユニットに導入しプライマーと，USER 酵素（Uracil Specific Excision Reagent，たもの，異なるサブユニットに導入したもの等を作成し，NEB 社）を用いて作成したユニーク配列の，9 塩基程度

さらに詳細な解析を行う計画である。

膜電位依存性 K+チャネル Kv1.2 の脱活性化の細胞外 K+濃度依存性
藤井大祐，久保義弘
Kv1.2 は，膜電位依存性 K+ チャネルファミリーの電位依存 K+チャネルを用いて同様な解析を行ったとこ

Shaker サブファミリーに属するチャネルである。アフリ

ろ，Kv2.1 チャネル，Shaker チャネルは，Kv1.2 チャネル

カツメガエル卵母細胞を発現系として，二本刺し膜電位と同様な性質を示したのに対し，Kv3.2 チャネル，Kv1.5

固定法による Kv1.2 チャネル電流の解析により，細胞外チャネルは，細胞外 K+濃度によらず，速い脱活性化を示

K+濃度を通常の 2 mM から 90 mM に高めることにより，した。さらに，Kv1.2 チャネルの高 K+下での脱活性化の脱活性化速度が著明に遅延することを新たに見いだした。

遅延の構造基盤を明らかにするために，同じサブファミ+

90 mM K 下では，膜電位固定は良好であるにも関わらず，リーに属しながら異なった性質を示す Kv1.2 と Kv1.5 の脱活性化時の減衰は指数関数によってフィットできなか

分子キメラを作成し解析を行った。その結果，Kv1.2 のった。+50 mV から−80 mV に戻した時の脱活性化による

第 5 膜貫通領域から第 6 膜貫通領域までの部位が，観察+90%減衰時間は，2 mM K 下では 5 ms 程度だったのに対した現象の構造基盤であることが明らかになった。

し，90%減衰時間は 500 ms 程度であった。次に，他の膜分子神経生理研究部門【概要】
分子神経生理部門では哺乳類神経系の発生・分化，特努力している。

に神経上皮細胞（神経幹細胞）からどのようにして全く脳神経系では他の組織とは異なり多様性が大である。

機能の異なる細胞種（神経細胞，アストロサイト，オリ

大げさに言えば，神経細胞は一つ一つが個性を持っておゴデンドロサイトなど）が分化してくるのか，について

り，そのそれぞれについて発生・分化様式を研究しなけ研究を進めている。また，得られた新しい概念や技術はればならない程である。また，均一であると考えられて臨床研究への応用を視野に入れながら，病態の解析にもきたグリア細胞にも性質の異なる集団が数多く存在する15

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

ことも明らかとなってきた。そのため，他組織の分化研再生する能力を有することが明らかとなった。この成人

究とは異なり，細胞株や脳細胞の分散培養系を用いた研における神経幹細胞数の維持機構についても研究してい究ではその本質に迫るには限界がある。われわれは inる。

vitro で得られた結果を絶えず in vivo に戻して解析する

糖蛋白質糖鎖解析法を開発し極めて微量な試料からのだけでなく，神経系の細胞系譜の解析や移動様式の解析

構造解析が可能となった。脳内において，新しい糖鎖構をも精力的に行っている。

造を発見し，その生理学的意義について検討している。

近年，成人脳内にも神経幹細胞が存在し，神経細胞をグリア細胞の発生・分化等

中枢神経系において，神経細胞の多様性は発生期に形成されることが知られている。その一方でグリア細胞の発生メカニズム，発生起源，及び発生期に規定付けられる機能的多様性については未だ不明な点が多い。
本研究室ではグリア細胞の発生を規定する分子としてOlig2 転写因子に着目し，グリア細胞の発生・分化機構

誠司，後藤仁志，臼井紀好，池中一裕

in vitro pull down 法により Olig2 結合蛋白質の解析を進めている。
また，昨年度に引き続き，前脳オリゴデンドロサイトの背側と腹側の境界領域に位置する発生起源についても解析を進めるとともに，小脳オリゴデンドロサイトの発生起源に関しても解析を行っている。

の解明を試みている。グリア細胞において Olig2 がどの

更に，アストロサイトにも発生する場所に応じてサブような分子機構で発生・分化を制御するかは未だ不明なタイプが存在する可能性を想定し，脊髄をモデルとした点が多い。これらを解明するために yeast two hybrid 法や解析系の確立をニワトリ胚を用いて行っている。

神経幹細胞の生成と維持等

誠司，石野雄吾，池中一裕

神経幹細胞は全ての神経細胞・グリア細胞の供給源で一部の領域（海馬や嗅球など）に新生神経細胞を供給し，あり，脳の構築に非常に重要であるにもかかわらず，そ脳機能維持に必要であることが示唆された。特に，海馬の生成の分子機構は不明な点が多い。本グループは早期における神経新生は，記憶や学習といった脳の高次機能胚の epiblast において神経幹細胞の前駆細胞である未分と関係する可能性が指摘されている。本グループでは，化神経幹細胞の培養に成功し，神経幹細胞の誘導に

躁うつ病の治療に用いられる気分安定薬が成体脳におけNotch シグナルの活性化が必須であることを解明した。

る神経幹細胞の自己複製能を高めること，それが Notch

さらに，Notch シグナルの活性化の初期段階を glial cells

シグナルの活性化によることを明らかにした。今後は，missing 1/2 遺伝子が担っていることを明らかにし，詳細

気分安定薬の Notch シグナルにおける分子標的の同定や，な分子機構の解明を進めている。そこで得られた知見を神経幹細胞の増加が気分を安定させるそのメカニズムのES 細胞に適応し，試験管内での ES 細胞から神経幹細胞解明に取組む。

の誘導を試みる。一方，神経幹細胞は成体脳においても

16

研究活動報告／分子生理研究系

神経細胞の移動・軸索ガイダンス
稲村直子，臼井紀好，池中一裕

脊髄の組織構築形成をモデルとして，回路網形成と細Olig2 ノックアウトマウスで感覚ニューロンの軸索ガイ

胞移動の制御機構を解析するために，脊髄の回路網形成

ダンスの異常がみられ，それが運動ニューロンの欠損におよび視床網様核の細胞の移動について研究を行った。

よると推測され，詳しい解析を進めている。腹側視床の今までに，一次求心性線維の脊髄内における回路網形成

形成については，発生中の視床網様核において，Zonaにおいては，脊髄背外側部で一過性に発現する netrin 1

limitans intrathamica 周囲の Olig2 陽性細胞から分化したが抑制的に作用して waiting period を形成することを明ニューロンの局在が，発生が進むにつれて脳室側から外らかにした）。今年度，増田知之博士（福島県立医大）と側方向（軟膜側）へと変化していた。このことは，発生の共同研究から，一次求心性繊維が後根神経節から脊髄中の腹側視床ではニューロンが脳室側から軟膜側へ移動

背側部まで向かう際にも（つまり脊髄に入る前の段階でして視床網様核を形成している可能性が考えられ，経時も），netrin 1 が反発性因子として作用していることを見観察による解析を検討している。

出した。また，感覚神経の軸索ガイダンスについては，

グリア細胞の機能と病態
田中謙二，清水崇弘，杉尾翔太，Seung-Up Kim，Elior Peles，池中一裕
グリア細胞の重要な機能の一つにシナプス伝達の調節も成功した。これらのイメージングの解析から，ATP 刺がある。近年，グルタミン酸と ATP がアストロサイトか激によるグルタミン酸放出，グルタミン酸刺激によるら放出され，シナプス伝達を調節することが提唱されてATP 放出が確認されたが，これらの放出は培養アストロ

いるが，その放出部位，放出頻度など不明な点が多い。

サイトの 1～10%の細胞だけで観察されること，その放名古屋大学（現東京大学）廣瀬教授の開発したプロー

出時間が数十秒あることなどが分かった。今後は，放出ブを用いて培養アストロサイトから放出されるグルタミに関わる分子の同定，放出の観察されるアストロサイト

ン酸を可視化することに成功した。また名古屋大学の特徴抽出，ATP とグルタミン酸との同時測定が課題と曽我部教授のグループと共同で，ルシフェリン発光を利用なった。

し，培養アストロサイトから放出される ATP の可視化に

N-結合型糖鎖の構造決定と機能解析
吉村武，等誠司，Akhilesh Kumar，Salma Jasmine，Jan Sedzik，伊藤磯子，小池崇子，池中一裕

糖鎖を有する分子は細胞表面や細胞外に存在し，細胞鎖が存在することを明らかにした。本年度は HPLC を使間相互作用やシグナル伝達に深く関わっている。これまった N-結合型糖鎖の微量解析法を開発し，この解析法をでに我々は (1) 脳内糖鎖発現パターンが発生時期に劇的用いて生検資料や精製した中枢神経や末梢神経由来の髄に変化すること，(2) いくつかの糖鎖の発現量が顕著に変

鞘の糖鎖構造を決定した。また，ゲルから単一糖蛋白質

化すること，(3) シアル酸付加糖鎖の構造解析から，大脳を切り出し，高回収率で糖鎖を解析する技術を開発した。

皮質の発達過程において劇的に変化する新規シアル酸糖

我々は N-結合型糖鎖解析過程で Lewis X 糖鎖構造の合17

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

成に関わる新規フコース転移酵素 FUT10 を見出した。そ胞移動に関与することを明らかにした。

して，糖蛋白質糖鎖にフコースを転移することや神経細ナノ形態生理研究部門【概要】「構造と機能」という分子生物学のパラダイムは生物のの Zernike 位相差法の応用，低温トモグラフィーの生物

機能が生体高分子，特に蛋白質の独自の構造によって支応用を行った。

えられていることを明かにして来た。本部門では細胞内物質輸送に関する研究が主眼である村上グループは，

超微小形態を高分解能，高コントラストで観察する新し唾液分泌における傍細胞水輸送の駆動力と細胞内信号にい電子顕微鏡の開発を背景に細胞の「構造と機能」を研よる調節機構を研究し，唾液中に血液側から種々の化学究している。

物質が出現する基本機構を明らかにした。また漢方薬の永山グループは位相差電子顕微鏡の開発と，その応用として，DNA1 分子の塩基配列直読法開発，蛋白質複合体やウイルスの電子線構造解析，“複雑な”生物試料へ

顎下腺に対する水分泌促進機構研究を開始した。
大橋グループはエンドソーム－ゴルジ細胞内膜系の選別輸送のメカニズムと生理機能の研究を行った。

DNA/RNA 塩基配列の電子顕微鏡 1 分子計測法の開発
香山容子，永田麗子，永山國昭
片岡正典（計算科学研究センター）

1 分子の DNA/RNA の塩基配列決定の高速化を図るたに化学修飾することに成功し，各塩基間の体積と電子密

め，電子顕微鏡技術を基軸に新しい方法論を開発してい度差の増幅が可能となった。昨年同様この手法の修飾効る。この方法は i) 全核酸塩基の化学修飾による体積・電率の向上のための種々条件検討を行った。その結果反応

子密度差の増幅と DNA/RNA の一本鎖への解離，ii) 完全

効率が DNA 鎖長に依存すること及び DNA 鎖切断の副反伸長した多数の一本鎖 DNA/RNA 分子の一方向整列によ応が生じることが分かった。電顕観察としてはこれらのるアレイ作成，iii) アレイ化した一本鎖 DNA/RNA の電顕

修飾 DNA をカーボンナノホーンまたは薄層グラファイによる観察と識別，iv) 修飾塩基間のコントラスト差からトを基盤として担持することで背景信号を限りなく少な

塩基配列の解読，の 4 つの要素技術により成り立っていくし，一重鎖 DNA 分子の電子顕微鏡観察を試みた。

る。昨年 T と U を除く 3 種の構成塩基全てを塩基選択的

DNA-脂質複合体の低温電子線トモグラフィー
細木直樹，永山國昭
田村豪主（東京大学大学院新領域創成科学研究科）

従来脂質と DNA は，混合するとランダムに凝集する複合体のつくるラメラ構造の中のどこの部分に DNA

ものと思われてきた。しかし実際には規則正しい配列をが存在するかについては，これまで明確に示されていなすることが小角 X 線散乱実験により示されている。

い。そこで，電子顕微鏡を用いて DNA の存在位置を直18

研究活動報告／分子生理研究系

接的に特定することを目指した。急速凍結により氷包埋

2 つの脂質二重膜で挟み込んだ構造を基本ユニットとしした試料を，ゼルニケ位相差電子顕微鏡により観察した。

ていることがわかった。さらに小角 X 線散乱で見られた，

これにより，無染色試料で高コントラストの投影像が得

複数層が積層しているラメラ構造は，複数の基本ユニッ

られた。またトモグラフィーにより，立体構造の解明を

トの会合面で DNA がサンドウィッチされて形成されて目指した。

いるということが推定された。

その結果，DNA は親水層に存在し，1 層の DNA 層を

位相差低温トモグラフィーの応用および位相板由来フリンジ解析
Radostin Danev，永山國昭
昨年開発した低温トモグラフィー用セミ自動化計測シウィルス）を用いた位相差低温トモグラフィーの結果はステムを DNA・脂質複合体，各種蛋白質（Vibrio 菌由来

J. Struct. Biol. に投稿し受理された。また薄膜型ゼルニケの HBB，Dicer および Dicer/RNA 複合体）
，各種ウイルス

位相板の有限径中心孔に由来する人為エラー“位相板フ（TMV, ファージエプシロン 15, ファージ T4, C 型肝炎ウリンジ”問題を解決するため，位相板の位相シフトと対

イルス），培養細胞系（神経細胞）に適用し，高いコント

象物の位相変化程度との関係に関する詳細なシミュレー

ラストと高分解能の立体構造を得ることができた。通常

ション解析を行い Ultramicroscopy に投稿した（2011 年 4法に比べ同一解像度で比較した場合 1/3 の粒子数で立体

月受理）。

構造を起こせることがわかった。TMV（タバコモザイク

位相差低温電子線トモグラフィーの全載培養細胞試料への応用
福田善之，永山國昭

前年度の研究において位相差電子線低温トモグラフ

結果，位相差低温電子線トモグラフィーでは，通常法とィーを用いることで，精製した蛋白質複合体やファージ

比べ，立体再構築したトモグラムの背景におけるノイズなどの微細構造を高いコントラストで，立体構造を得らが軽減されることが示され，細胞膜表面の膜蛋白質と思れることが示された。引き続き，本年では電顕試料グリ

われる構造が明瞭に観察された。現在，当研究においてッド上にて培養した PtK2 細胞を急速凍結した試料への得られた結果を J. Struct. Biol. 誌へ投稿した。

位相差低温電子線トモグラフィーの応用を試みた。その膵島移植をモデル系とした機械－化学応答細胞死のイメージングサイエンス
福田善之，永山國昭
最上秀夫（浜松医科大学）

葉山学融合推進センター研究事業の公算研究におけるを介した細胞膜内外の形態的変化を透過電子顕微鏡法用

当研究室の担当として，移植膵島細胞死と血管内生体防いた解析を行っている。移植した膵島における機械－化御機構の相関解明のために，細胞死に至るまでの細胞膜

学応答細胞死に関与していると考えられているフィブリ

19生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

ン網形成と細胞膜の形態変化を低温電子線トモグラフ

造は蛍光顕微鏡による観察等からフィブリン網及びインィーで観察するための基礎的検討として，カルシウムでテグリンαIIbβ3 であると推測されるため，トモグラム上刺激した platelet rich plasma の血小板細胞膜近傍の構造においてこれらの構造を同定するために，金コロイド標

を低温電子線トモグラフィーによる観察を試みた。その識した抗フィブリン及び抗インテグリンαIIbβ3 抗体と反結果，細胞膜に隣接して束化した繊維状構造及び，その応させた試料の観察を計画している。

細胞膜表面に多数の棘状構造が観察された。これらの構

電子・光子ハイブリッド顕微鏡の開発
飯島寛文，永山國昭
稲吉悠里，箕田弘喜（東京農工大学工学部）

2007 年より同一サンプル，同一視野を同一時間に観察を下方から光照射しその蛍光像を得ることができた。一可能な蛍光顕と電顕が完全に一体化されたハイブリッド

方試料通過後の電子線は穴開きミラーの穴を通り通常の顕微鏡を市販 200kV 電顕をベースに開発している。市販

電顕像が得られる。アクチンを蛍光蛋白質と融合させたの長尺用対物レンズを側方から試料ステージ下部にはめ

遺伝子改変動物細胞 (PtK2) を用い蛍光顕微鏡と電子顕込み穴開き（1mm 径）ミラーを試料下部に設置し，試料微鏡の同時観察の性能が確かめられた。

唾液分泌における傍細胞輸送の駆動力と細胞内信号による調節
村上政隆，魏成田貴則（日本大学

飛生物資源科学部）

福島美和子（日本大学

松戸歯学部）

橋本貞充，渋川義幸，佐藤正樹（東京歯科大学

歯学部）

傍細胞輸送がどのような駆動力で維持されるのか，いイソプロテレノール刺激は，3) 水分分泌を殆ど誘発しなかなる細胞内信号で制御されるかを明らかにするため，かったが，灌流速度を増加させると水分分泌が誘発され摘出血管灌流ラット顎下腺を用い実験した。傍細胞輸送

た。4) 灌流腺を共焦点レーザ顕微鏡ステージにおき，蛍の駆動力に静水圧が寄与するか否か，灌流流速を変化さ

光マーカ (sulforohodamine B) を灌流し高速でスライスし，せ，水分泌速度，蛍光マーカ (Lucifer Yellow) の分泌を測

2 秒の時間間隔で細胞間隙と分泌細管の 3 次元像を再構定した。細胞内 Ca 濃度を増加させるカルバコール刺激成した。イソプロテレノール刺激により蛍光マーカがタ

下で，1) 灌流流速を変化させ，毛細管床の静水圧を上昇

イト結合を越えて分泌細管に入ることが観測された。こさせた場合，蛍光色素は静水圧に比例して分泌した。2)

れらの結果，c) 細胞内 Ca 濃度及び cAMP 濃度が増加し，低圧側では水分泌速度は静水圧に比例した。即ち，唾液

タイト結合が開放することで傍細胞水輸送が可能になり，水分分泌のうち大部分を占める傍細胞輸送は a) 灌流圧

静水圧は一部駆動力として水分輸送を起す。d) 細胞内が駆動力になり溶媒が移動するために起こる。b) 溶媒移

Ca 濃度上昇に際し，静水圧増加のみならず別の水輸送駆動に牽引され水と溶質が移動すると結論された。一方，動力が働くと予測された。

細胞内 cAMP 濃度を上昇させタンパク分泌を誘発させる

20

研究活動報告／分子生理研究系

漢方薬－丹参－の灌流ラット顎下腺に対する水分泌促進機構 (2)村上政隆，魏魏睦新（南京医科大学第一付属医院

飛

中医内科）

血管灌流顎下腺は無刺激では殆ど分泌しない。実験に用り脱感作は示さなかった。また灌流液からキレート剤ないた腺の個体差を標準化するため，カルバコール=0.2µM

しで Ca 濃度を除いた場合，DS は 5mg/ml までの低濃度の 5 分刺激による分泌を 1 とすると丹参 (DS) による最大では分泌を起こさなかったが（7 例），高濃度 25mg/ml で分泌速度は DS 用量 1, 3, 5, 25, 50mg/ml に対して 0.15±は少量分泌した。このことは DS が細胞内 Ca ストアから

0.05, 1.60±0.36, 3.92±0.98, 3.93±0.63, 3.46±0.62, (mean

緩やかに Ca を動員させる可能性を示唆した。

±SE n = 6, 9, 8, 6, and 7) となり高濃度ではほぼ一定とな

エンドソーム－ゴルジ細胞内膜系の選別輸送のメカニズムと生理機能大橋正人
木下典行（基生研）

エンドソーム－ゴルジ系などの細胞内膜系が，極性細性を生み出す役割を果たしている。PCP シグナル作用に胞の形態形成シグナル制御において果たす役割を解析しおいて，シグナル分子の細胞内での動的局在，例えば，ている。上皮系細胞のエンドソーム－ゴルジ細胞内膜系

細胞膜での非対称な分布や，細胞内メンブレントラフィ

分子の，FL-REX (fluorescence localization-based retrovirus-

ックによる制御が重要な役割を持っていることが示唆さ

mediated expression cloning) 法による探索をすすめ，エンれている。

ドソーム－ゴルジ系に局在することの判明した膜蛋白質

現在，哺乳動物モデル細胞培養系とアフリカツメガエの中から，初期発生シグナルに関与する新たな機能分子

ルの胚発生実験系による解析を相互にフィードバックさの候補を抽出した。これらの分子について，過剰発現やせながら利用し，上記のエンドソーム－ゴルジ細胞内膜

モルフォリーノオリゴなどの手法により解析を進めた結系に局在する PCP シグナル制御分子の作用が，メンブレ

果，平面細胞極性 (planar cell polarity, PCP) シグナル経路

ントラフィックとどのように関係しているかについて解との関連が分かってきた。PCP シグナルは Wnt 受容体

析を進めている。これまでに，これらの制御分子のいく

Frizzled や細胞質蛋白質 Dishevelled をはじめとするコア

つかについて局在を規定する配列や局在を変化させる変

PCP タンパク質の作用によって伝達される。例えば内耳異を同定し，これを利用して細胞内局在と機能の相関をの蝸牛管のステレオシリアが同じ方向性を示すように，

解析中である。

組織全体のグローバルな極性を感知して個々の細胞の極21

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

細胞器官研究系
生体膜研究部門【概要】
AMPA 型グルタミン酸受容体は脳内の興奮性シナプ

ル化基質蛋白質の同定とその性状解析を進めている。

ス伝達の大部分を司る。当部門では AMPA 受容体の動態(2) シナプス膜蛋白質ネットワークの同定と機能解析や機能を制御する機構を以下の 2 点に着目して解明し，シナプス膜蛋白質（受容体，イオンチャネル，接着分

シナプス可塑性およびてんかんなどの脳神経疾患発症の子など）は足場蛋白質，シグナル蛋白質などと複合体（ネメカニズムの理解を目指す。

ットワーク）を形成して，その機能を遂行する。私共は(1) パルミトイル化脂質修飾機構の全容解明

独自に開発した特異性の高い生化学的手法により，脳組

パルミトイル化修飾は，多くの蛋白質にみられる代表

織からシナプス蛋白質複合体を精製・同定を行い，同定的な翻訳後脂質修飾であり，外界刺激に応答してシナプ

したシナプス蛋白質ネットワークがシナプス伝達効率をス蛋白質のシナプス膜局在を制御し，シナプス伝達効率制御する機構を統合的に明らかにする。特に PSD-95 複や細胞内情報伝達を調節する。我々は独自に発見したパ合体として同定したてんかん関連リガンド LGI1 の機能

ルミトイル化酵素群をツールにシナプス活動に応答したに関して精力的に解析を進めている。以下に今年度行っ

AMPA 受容体の動態制御機構および新規のパルミトイ

た研究課題とその内容の要約を記す。

PSD-95 パルミトイル化酵素によるシナプス機能制御
則竹淳，深田優子，岩永剛，深田正紀これまでに，足場タンパク質 PSD-95 のパルミトイル

恒常性維持）に必須であることを明らかにした。今年度

化酵素 P-PAT (DHHC2, 3, 7, 15) サブファミリーのうちも引き続き，DHHC2 の動態制御メカニズムの解析をおDHHC2 がポストシナプスおよび樹状突起に局在し，そこなっている。最近，DHHC2 が細胞膜（シナプス膜）の局在が神経活動抑制時にポストシナプス膜近傍に移動に直接挿入されることを見出し，パルミトイル化酵素がし，PSD-95 のパルミトイル化を促進することを見出した。

細胞膜で局所的に特殊な膜マイクロドメイン PSD を形

さらに，この DHHC2 による神経活動依存的な PSD-95

成するのに重要な役割を担っていることを明らかにしつのパルミトイル化が，神経活動抑制時に誘導されるつある。

AMPA 受容体のポストシナプスへの集積（AMAP 受容体

新規のパルミトイル化基質の同定と性状解析
奥慎一郎，高橋直樹，則竹淳，深田優子，深田正紀

蛋白質のパルミトイル化脂質修飾は外界刺激依存性に学的性質に依存するため，パルミトイル化基質蛋白質の蛋白質の膜局在を制御する。最近，プロテオミクス手法

全容解明には十分とは言えない。このような背景で私共により新規のパルミトイル化基質蛋白質が次々と報告さは CSS-Palm 2.0 というパルミトイル化部位予測プログラれている。しかし，プロテオミクス手法は蛋白質の生化ムを利用して，in silico 解析によりパルミトイル化基質蛋

22

研究活動報告／細胞器官研究系

白質をゲノムワイドに探索した。私共はパルミトイル化

ミトイル化酵素により修飾されるか否かを [3H] パルミ

蛋白質がシナプス膜や細胞接着部位といった特殊な細胞

チン酸を用いた代謝ラベル法にて検討し，10 種類の新規

膜ドメインに濃縮することを考慮し，予測プログラムののパルミトイル化基質を見出した。今後，これら基質蛋

スコアが高い 17 種類の蛋白質を新規基質の候補として白質に対するパルミトイル化修飾の生理機能を解明して挙げた。次に，これら候補蛋白質が実際に細胞内でパルいく予定である。

てんかん関連リガンド LGI1 の生理機能の解明
深田優子，横井紀彦，大川都史香，岩永剛，深田正紀当部門ではこれまでに，家族性側頭葉てんかんの原因ェニックマウスを用いた遺伝学的解析と生化学的解析に遺伝子として考えられている LGI1 という分子に着目しより，(i) LGI1 機能欠損がてんかんの原因となること，(ii)て研究を進めてきた。これまでに，(i) 細胞外分泌蛋白質

LGI1 の脳内の主要な受容体が ADAM22 と ADAM23 で

LGI1 は膜蛋白質 ADAM22 のリガンドとして機能し，(ii)あること，(iii) ADAM22 と ADAM23 は独立して機能する

LGI1 は ADAM22 と結合して AMPA 受容体を介したシナのではなく，LGI1 を介した共通経路で機能すること，(iv)プス伝達を促進することを見出した (Fukata Y et al,

LGI1 機能欠損により，海馬における AMPA 受容体機能

Science 2006)。今年度は，LGI1 の生理機能を明らかにすが低下することを明らかにした (Fukata Y et al, PNASるために LGI1 ノックアウト (KO) マウスを作製し，その2010)。

機能解析を行った。LGI1KO マウスと LGI1 トランスジ

てんかん関連リガンド LGI1 の作用機構の解析
横井紀彦，大川都史香，深田正紀，深田優子

上述のてんかん関連リガンド蛋白質 LGI1 がどのようら解析している。すでに，LGI1 変異体をいくつかのカテにしてシナプス伝達を制御しているのか，そしてその変ゴリーに分類することに成功している。また，変異体に異が何故，てんかんという病態を引き起こすのかを明ら

特異的に結合する蛋白質の同定にも成功している。一方，

かにするために，LGI1 の変異体解析を進めている。側頭LGI1 のシナプスにおける標的蛋白質を独自の生化学的

葉てんかん家系で見られる LGI1 の変異体を網羅的に作手法を駆使して同定することを試みている。これらの解成し，野生型 LGI1 との機能の違いを LGI1 の i) 分泌能，析を通じて LGI1 の作用機構と病態機構を明らかにする。

ii) ADAM 蛋白質との結合能，iii) 細胞内局在等の観点かてんかん関連リガンド LGI ファミリーの性状解析
大川都史香，横井紀彦，岩永LGI1 は LGI2, 3, 4 とともに分子ファミリーを形成する。

剛，深田正紀，深田優子

容体との結合特異性という点で研究を行っている。LGI1,

私共は LGI2, LGI3, LGI4 の機能解析を LGI1 KO マウスを

LGI3, および LGI4 を LGI1 KO マウスの脳神経細胞に特救済（レスキュー）できるか否かという観点と ADAM 受

異的に発現させたところ，LGI1 ではてんかん発作をレス

23

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

キューするのに対し，LGI3 ではレスキューできないことかを検討するために LGI4 トランスジェニックマウスをを見出した。興味深いことに，LGI3 は ADAM22 とは結作製した。一方，国際共同研究により犬の LGI2 ホモロ合しない LGI ファミリーであった。さらに，LGI4 によ

グがてんかん発症と遺伝学的に関連があることを見出し

り LGI1 KO マウスのてんかんをレスキューできるか否た（投稿中）。

機能協関研究部門【概要】
私達は容積調節や環境情報受容，網膜光受容など最もをもたらして細胞死を誘導する。多くの細胞のアポトー

一般的で基本的な細胞活動のメカニズムを，膜機能分子

シス，ネクローシス，更には脳神経細胞や心筋細胞の虚の働きとして細胞生理学的に解明し，それらの異常と疾

血性細胞死の分子メカニズム，特にイオンチャネルの関病や細胞死との関係についても明らかにしようとしてい与とそのメカニズムを明らかにする。

る。主たる研究課題は次の通りである。

(3)「バイオ分子センサーチャネルの分子メカニズムの(1)「細胞容積調節の分子メカニズムとその生理学的役

解明」：特に，アニオンチャネルや ATP 放出チャネルや割」：細胞は（異常浸透圧環境下においても）その容積をTRP カチオンチャネルの容積センサー機能，メカノセン

正常に維持する能力を持つ。これに関与する容積調節性

サー機能およびストレスセンサー機能の分子メカニズム

膜機能分子，特に容積感受性外向整流性クロライドチャを解明する。

ネル (VSOR) やそのシグナルの分子同定を行い，その活性メカニズムと生理学的役割を解明する。
(2)「アポトーシス，ネクローシス及び虚血性細胞死の誘導メカニズム」：容積調節能の破綻は持続性の容積変化(4)「網膜における視覚情報処理のメカニズム解明」：特に網膜神経節細胞での視覚情報の統合処理について，網膜組織培養法を活用したバイオ分子センサーの遺伝子操作および電気生理学的手法を用いて明らかとする。

アポトーシス時の細胞容積調節破綻の原因シグナリングの解明
SUBRAMANYAM Muthangi (Bangalore University)
高橋信之（京都大学）
長谷川裕一，毛利達磨，岡田泰伸

殆どの細胞は容積調節能を有しており，たとえ浸透圧達成されることをまず明らかにした。そして，スタウロ

的に縮小化を強いられても，短時間のうちに，細胞外かスポリンや TNFαや Fas リガンドでアポトーシスを誘導

ら NaCl と水を取り込んで元の容積に回復する能力を持すると，細胞縮小時の Akt 活性化が見られなくなること，っている。しかし，アポトーシス時にはこの「調節性容その原因には活性酸素種 (ROS) によるプロテインキ

積増加 (RVI)」能は失われ，細胞縮小化が持続する。今ナーゼ ASK1 の活性化が関与することを明らかにした。

回，ヒト上皮 HeLa 細胞において，正常条件下において

本研究は，外国人客員教授プログラムのもとでの国際的は細胞縮小時にプロテインキナーゼ Akt（プロテインキ

共同研究によって得られた。これらの結果は次の論文にナーゼ B）の活性化（リン酸化）がもたらされて RVI が

報告：J Biol Chem 285:6109-6117, 2010。

24

研究活動報告／細胞器官研究系

白色脂肪細胞における容積感受性クロライドチャネルの発現と糖尿病マウスにおけるその減少
井上華，小西真人（東京医科大学）
高橋信之（京都大学）
岡田泰伸

容積感受性クロライドチャネル (VSOR) は，様々な細を経口投与し糖尿病を改善すると，電流密度も回復する胞に発現し，細胞容積調節に重要な役割を果たしている

ことが明らかになった。また，VSOR は白色脂肪細胞のことが報告されている。しかしながら，これまでに白色

調節性容積減少 (RVD) を担うこと，さらに VSOR の電流

脂肪細胞における発現は確認されていない。我々は，ホー密度が低い糖尿病マウスの白色脂肪細胞では RVD が有

ルセルパッチクランプ法を用いて正常マウスおよび 2 型

意に遅く不完全であることが明らかになった。これらの糖尿病マウスの白色脂肪細胞において，VSOR の機能的成 果 は 次 の 論 文 に 報 告 ： Am J Physiol Cell Physiol発現を確認した。糖尿病マウスにおける VSOR の電流密298:C900-C909, 2010。

度は，正常マウスのものに比較して有意に低く，bezafibrate

成熟げっ歯類網膜組織培養法の確立と網膜神経回路の解析
森藤
城宝

暁，小泉

周

浩（アステラス製薬（株））

網膜は視覚情報処理を担う最初の神経組織であり，多たげっ歯類網膜を光感受性を残したまま組織ごと培養す

くの神経細胞が複雑な神経回路をつくり，色や形・動きることに成功した。さらに，遺伝子銃による遺伝子導入といった様々な視覚情報の特徴抽出を行っている。網膜法も併用することにより，網膜神経回路を形成する様々のこうした複雑な神経回路を解析するためには，網膜のな神経細胞のシナプス結合を可視化することにも成功し神経回路をありのまま残した組織の状態で生理学的解析た。とくに網膜の視覚情報処理でも動きの検出はもっとをすすめる必要があるが，これまで，特にマウスやラッも注目されており，こうした科学的根拠にもとづいたコ

トなどのげっ歯類網膜については，成熟した網膜を組織

ンピューター・シミュレーション構築を行った。これらごと培養する手法は確立されていなかった。今回，独自の結果は次の論文に報告：PLos One 5:e12917, 2010; Jに開発したインターフェースチェンバーを用いて成熟しInteg Neurosci 9:337-350, 2011。

細胞生理研究部門【概要】
細胞は，それを取り巻く環境の大きな変化の中で，そミックに感受性や発現等を変化させてセンシング機構のの環境情報を他のシグナルに変換し，細胞質・核や周囲変化からよりよい生存応答を導く機能を有している。この細胞に伝達することによって環境変化にダイナミック

れらのセルセンサー蛋白質は種々の化学的，物理的情報に対応しながら生存応答を行っている。細胞が存在するを受容し，センサー間の相互作用を行い，多くは最終的臓器・組織によって細胞が受け取る環境情報は異なり，に核への情報統合を行う。そして，それは細胞の，組織

従って細胞が持っている環境情報を受信する機能も異なの，さらには個体の環境適応をもたらす。したがって，る。それらセンサー蛋白質は環境の変化に応じてダイナ

これらの細胞環境情報センサーの分子システム連関を解25

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

明していくことは，個体適応の理解のための基本単位でについて TRP チャネルに焦点をあてて解析を進めている。

ある「細胞の生存応答」を解明するうえで極めて重要でまた，本能機能を司る視床下部ペプチド作動性神経にある。この細胞外環境情報を感知するイオンチャネル型

注目し，遺伝子工学，電気生理学，組織化学，行動薬理のセンサー蛋白質の構造機能解析，活性化制御機構の解学および，光遺伝学を組み合わせた多角的解析によって，

析を通して細胞感覚の分子メカニズムの解明を目指して摂食行動や睡眠覚醒を制御する神経機構について明らかいる。特に，侵害刺激，温度刺激，機械刺激の受容機構にする研究を行っている。

微少な環境温度変化がマウス代謝に及ぼす影響の解析
内田邦敏，富永真琴

生物は環境に順応しながら生きているが，とりわけ恒たこのマウスは体重，体温に変化は認められなかったが，温動物は体温を一定に保つためにエネルギー代謝を調節

摂食量増大や血中有利脂肪酸量低下などが認められた。

している。恒温動物が寒冷環境 (4-10℃) に暴露されると，さらに各脂肪組織を比較すると，皮下脂肪においてのみ

熱産生時に起こる強いエネルギー消費をするための代謝

脂肪合成が亢進しており，エネルギーを蓄積していた。

調節が起こることは知られている。比較的軽微な温度低以上の結果より，恒温動物は軽微な温度変化をも感じて

下，すなわち“涼しい”と言うべき環境に暴露された場

代謝機能を大きく変化させていることが明らかとなった。

合，どのような代謝調節を行っているかを明らかにする

この変化は，体脂肪量を変化させることなくエネルギー

目的で，20℃で 10 日間飼育したマウスを冷涼環境暴露モ

を皮下脂肪に優先的に貯蔵するものであり，これはよりデルマウスとし，その代謝機能について検討した。その気温が低下し体温維持のために強いエネルギー消費が必

結果，冷涼環境モデルマウスでは糖負荷に対するインス

要となる場合に備えるための適応であると考えられる。

リン分泌能の低下とそれに伴う高血糖が認められた。ま胎生期マウス神経に発現する TRPV2 の機械刺激感受性
柴崎貢志，富永真琴

マウス胎仔期の温度感受性 TRP チャネル mRNA の発で抑制されたことから，TRPV2 は機械刺激を感知してい現を検討したところ，早期（胎生 10.5 日）から感覚神経る可能性が示唆された。マウス胎生期の感覚神経・運動のみならず運動神経でも TRPV2 mRNA の発現をみとめ

神経に TRPV2 を強制発現させると強い軸索伸展が起こ2+た。細胞内 Ca 濃度測定によって TRPV2 の機能的発現

り，それは dominant negative TRPV2 の強制発現で抑制さを検討した。mRNA 発現と同じ時期で温度感受性 TRPれた。鶏脊髄の片側に TRPV2 遺伝子を導入しても同様

2+チャネルの活性化によると考えられる細胞内 Ca 濃度上に反対側に比して強い軸索伸展が観察された。この軸索昇が観察され，胎生 12.5 日で TRPV2 活性化薬プロベネ

伸展は TRPV2 特異的な shRNA で有意に抑制された。以2+

シドによって細胞内 Ca 濃度上昇が起こった。マウス後上のことから，マウス胎生期に TRPV2 は成長円錐での根神経節の培養でもプロベネシドによる神経線維の伸展

機械刺激を感知してさらに感覚神経・運動神経を伸展さ2+が観察された。細胞への伸展刺激でも細胞内 Ca 濃度上昇が起こり，それが dominant negative TRPV2 の強制発現

26せるように働いているものと考えられた。

研究活動報告／細胞器官研究系

マウス味細胞に発現する PKD1L3/PKD2L1 複合体の解析
川口仁，富永真琴ヒトは 5 つの基本味（苦味，甘味，うま味，塩味，酸胞）が蛍光標識されたマウス（GAD67-GFP ノックイン

味）を舌で感じることができる。これまでに酸味レセプマウス）を用いて実験を行った。マウス有郭乳頭から単ター候補として，ASIC (acid-sensing-ion-channel) など複数

離した味細胞を用いてカルシウムイメージング法で解析の候補があがっているが，どれもすべての事象をうまくしたところ，酸が洗い流された直後にオフ応答が確認さ説明できてはいない。研究室では以前，新しい酸味レセれた。さらにその後，その細胞に対して抗 PKD2L1 抗体

プター候補として PKD2L1/PKD1L3 チャネル複合体につで免疫染色を行った結果，オフ応答を示した細胞はいて報告した。このチャネルは酸刺激が取り除かれた後

PKD2L1 を発現していることが確認された。また，パッでのみ活性化されるという特徴（オフ応答と命名）を有チクランプ法を用いた解析でも同様にオフ応答を示す電していることを HEK293 細胞を用いた異所性発現系で示流応答が確認された。最近，酸味のみ感じなくなった 2した。そこで今回，マウスの味細胞で実際に PKD2L1/

人の患者の舌で ASIC と PKD2L1/PKD1L3 遺伝子が欠損

PKD1L3 が酸に対するレセプターとして機能しているか

していることが報告された。こうした状況証拠から，酸どうかを，電気生理学的手法を用いて検討した。酸味レ

味のレセプターとして PKD2L1/PKD1L3 が機能しているセプターが発現していると考えられる細胞（III 型味細可能性が考えられる。

表皮ケラチノサイトに発現する TRPV4 による細胞間接着を介したバリア機能
曽我部隆彰，富永真琴

表皮ケラチノサイトには 2 つの温かい温度で活性化す

持するように，角化層を除くと TRPV4 欠損マウス皮膚る TRP チャネル，TRPV3, TRPV4 が発現している。TRPV3の水分透過性が亢進し，色素浸入や水分蒸散が野生型マは皮膚で温度感知に携わっていると以前に報告したので，

ウス皮膚より有意に多くなった。それを裏付けるように，皮膚における TRPV4 の機能を明らかにする目的で，電子顕微鏡観察によって，TRPV4 欠損皮膚では細胞接着

TRPV4 と結合する分子を探索したところ，βカテニンと構造が乱れていた。新生仔マウスケラチノサイトを培養結合することが明らかとなり，さらにカドヘリンと複合すると TRPV4 ケラチノサイトで細胞接着構造の完成や体を形成することが判明した。アドヘレンスジャンクシ

有意に遅くなることが分かった。皮膚では，環境温度をョン機能に関わることが推定された。TRPV4 欠損マウス

TRPV4 で感知して細胞内に Ca2+を流入させてアドヘレ

では角化層が野生型マウスより厚いことが分かり，細胞

ンスジャンクションを強め，続いてタイトジャンクショ

接着性バリアの機能低下のために角化層による疎水性バン構造を強めて細胞接着性バリア機能を果たしているもリア機能を亢進させたのではないかと考えた。それを支のと考えられた。

ミツバチ TRPA チャネルによる温度受容河野景吾，曽我部隆彰，門脇辰彦，富永真琴

ミツバチは温度依存性社会行動を行う昆虫であり，優脇辰彦准教授のグループとの共同研究で，ミツバチのれた温度感知機構を有すると推定される。名古屋大学門

TRPA チャネルを遺伝子クローニングし，その発現と機27

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

能を細胞内 Ca2+濃度測定法，パッチクランプ法を用いてで抑制された。ミツバチ TRPA チャネルの遺伝子のアン解析した。ミツバチ TRPA チャネルは温度刺激で活性化

テナでの発現が確認された。ミツバチを温度グラジエン

し，活性化温度閾値は約 34 度であった。この温度はミツ

ト装置に入れて，どこに滞在するかを観察したところ，バチが忌避する温度下限である。ミツバチ TRPA チャネ

33-34 度に最も多く集まった。ミツバチ TRPA チャネル

ルは哺乳類 TRPA1 活性化刺激であるアリルイソチオシ阻害剤メントール，ルテニウムレッドをアンテナに投与

アネート，シナモアルデハイドに加えて，哺乳類 TRPA1

するとより高い温度に集まった。34 度以上の侵害温度刺阻害剤のカンフルでも活性化された。アリルイソチオシ

激を感じられなくなったからであろうと考えられた。こアネート，シナモアルデハイド，カンフルは昆虫忌避剤のように，ミツバチも TRPA チャネルを用いて環境温度として知られており，TRPA チャネルを阻害するためとを感知していることが明らかとなった。

考えられた。この活性はメントール，ルテニウムレッド

マウス腸管神経に発現する TRPV2 の機械刺激感受性
三原弘，Ammar Boudaka，富永真琴

温度感受性 TRP チャネルの 1 つ TRPV2 は機械感受性認められた。さらに，マウス胃に TRPV2 活性化薬と色を持つことが明らかになっているので，マウス消化管に素を投与して，一定時間後に小腸末端での色素濃度を測おける機能を考えて TRPV2 の発現を解析したところ，定したところ，TRPV2 活性化薬と一酸化窒素産生刺激薬

抑制性運動神経と感覚神経での TRPV2 発現が遺伝子レを投与した場合にコントロールに比べて有意に高濃度の

2+

ベル，蛋白質レベルで確認された。細胞内 Ca 濃度測定

色素が検出されたことから，TRPV2 刺激が消化管運動の法とパッチクランプ法を用いて，マウス消化管抑制性運促進をもたらしたと考えた。TRPV2 が活性化すると神経

動神経が機能的な TRPV2 を発現し，機械刺激感受性が内に Ca2+が流入して一酸化窒素を放出させ，それが消化あることを観察した。マウス小腸の収縮を観察したとこ

管平滑筋の弛緩をもたらすと考えられる。よって，消化ろ，TRPV2 活性化薬で収縮は有意に抑制され，一酸化窒

管壁の抑制性運動神経が食塊による壁伸展刺激を

素産生刺激でも同様の効果が認められた。また，TRPV2

TRPV2 で感知して遠位側消化管を弛緩させ肛門側への活性化薬でマウス小腸からの有意な一酸化窒素の放出が素早い移動をもたらしているものと解釈した。

覚醒を維持する視床下部神経ネットワークの解析
山中章弘，田淵紗和子，常松友美

社会の高度化に伴い，覚醒を維持することが大変重要

睡眠覚醒調節に重要な役割を担っていることが明らかにになってきている。しかしながら，覚醒を維持する神経なってきた。オレキシン神経特異的に緑色蛍光タンパク機構についてはよく分かっていなかった。このメカニズ質を発現する遺伝子改変マウスを作成し，スライスパッムの一端を電気生理学的な解析によって明らかにした。

チクランプによって，オレキシン神経を活性化する物質

オレキシンは視床下部の少数の神経（オレキシン神経）の解析を行った。その結果，オレキシンがオレキシン神において産生される神経ペプチドである。オレキシン神経を強く活性化することを見いだした。この反応はオレ

経は，脳のほとんどの領域に軸索を投射している。オレキシン A でも B でも同程度であったことからオレキシン

キシン遺伝子欠損マウスとオレキシン 2 受容体欠損マウ

2 受容体を介した反応が示唆され，受容体欠損マウスをスの行動解析から，オレキシンとオレキシン 2 受容体が用いた解析によって 2 受容体を介することを確認した。

28

研究活動報告／細胞器官研究系

さらに電子顕微鏡をもちいた観察から，オレキシン神経

神経活動を長時間高い状態に保つのに重要であり，この同士が直接入力していることを確認した。この神経回路機構によって覚醒を維持できるものと考えられた。

はポジティブフィードバック回路を形成し，オレキシン

オレキシン神経活動の光抑制による睡眠覚醒制御
常松友美，山中章弘

チャネルロドプシン 2 (ChR2) やハロロドプシン (Halo)

発現する遺伝子改変マウスを作成し，その活動を光で制は光によって活性化され，膜電位を変化させる分子であ御した。スライスパッチクランプなどのインビトロ解析

る。これらを神経細胞に発現させると，光によって神経によって，オレキシン神経活動が光で制御できることを活動の制御が可能となる。この手法を視床下部神経細胞確認した。このマウスを用いて意識下行動中のマウスのに適用し，摂食行動や睡眠覚醒などの本能行動の制御を

オレキシン神経活動を任意のタイミングで抑制すると，試みた。これらの本能行動は，個体でのみ生じる生理現マウスがノンレム睡眠を開始することが分かった。また，象のため，それらを調節する神経機構の解明には，個体

オレキシン神経投射先の神経細胞から細胞外記録によっを用いた解析が欠かせない。そこで，睡眠覚醒調節に重て，単一神経活動を記録しながら，オレキシン神経の光

要な視床下部のオレキシン神経特異的に光活性化タンパ制御を行った。その結果，オレキシン神経活動の抑制にク質を発現させた遺伝子改変マウスを作成し，インビボ

伴い，投射先の神経活動が抑制されることを明らかにしにおいてその活動の制御を行い，その結果表出する行動た。これによって，睡眠覚醒を調節する神経機構の動作を解析することによって，睡眠覚醒を調節する神経機構

原理を明らかにした。

の解明行った。オレキシン神経特異的に ChR2 や Halo を29

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

生体情報研究系
感覚認知情報研究部門【概要】
感覚認知情報部門は視知覚および視覚認知の神経機構

ために，大脳皮質を中心とするニューロンの刺激選択性を研究対象としている。我々の視覚神経系は複雑な並列や，異なる種類の刺激への反応の分布を調べている。具

分散システムである。そこでは数多くの脳部位が異なる役

体的な課題として (1) 初期視覚野における輪郭とその折割を果たしつつ，全体として統一のとれた視知覚を生じ

れ曲がりの表現，(2) 大脳皮質高次視覚野における色相やる精巧な仕組みがあると考えられる。また二次元の網膜

彩度の表現様式と知覚との関係，およびそのような色選像から世界の三次元構造を正しく理解できる仕組みもそ択性が形成される過程についての研究を行うと共に，(3)なわっている。視知覚におけるこれらの問題を解明する

質感知覚のメカニズムに関するいくつかの研究を行った。

初期視覚系における輪郭線の折れ曲がりの表現
伊藤南

我々は物体の形状を認識する過程を明らかにする為にの情報で折れ曲がり刺激を表現するものと受容野外から図形の輪郭に含まれる折れ曲がりに対する反応選択性をの情報を必要とするものが存在することが示された。②

初期視覚野で調べている。昨年度より Linear-Nonlinear

受容野内で刺激呈示位置をずらしても選択性が保たれた。

型のシミュレーションを行い，最適な折れ曲がり刺激の③二本の半直線成分を離す，重ね合わす，中心部分を固一方の半直線成分の表現にシングルストップニューロン

定することによっても選択性が保たれた。以上の結果よが関与すること，他方の半直線成分がこのような抑制をり，第二次視覚野における折れ曲がり刺激選択性の形成

回避するとともに特定方向の半直線成分を表現することに第二次視覚野ニューロンの受容野外からの入力が寄与を示した。また麻酔下の動物からの電気記録実験結果をすること，二本の半直線成分の空間配置に対して頑健さまとめた結果以下のことが分かった。①刺激サイズを変を示すこと，シミュレーションで示されるように線形加えることにより第二次視覚野ニューロンには受容野内部

算による緩やかな統合が寄与することが示唆された。

サル下側頭皮質への電気刺激が色判断行動に及ぼす効果
鯉田孝和，小松英彦

サル下側頭皮質前部には色選択性ニューロンが密集し50%の確率で与えた。その結果，微小 (20µA) な電気刺激て存在する領域があり，この小さな領域が色認知に重要であっても大きな色判断のシフトが生じることが分かっであると考えられる。この仮説を検証するために本研究た。効果が生じるのは皮質上の特定の領域を刺激したとでは，下側頭皮質への微小電気刺激による色判断行動へきであり，その領域は色選択性ニューロンが密集していの効果を測定した。サルはサンプル色を見て，赤いか黄る場所と一致していた。また色刺激は二次元平面で記述

色いかなどの予め学習した判断基準に基づいて色を判断されることから電気刺激の効果を色相方向と彩度方向とする課題を行う。電気刺激はサンプル色の呈示期間中にで測定し，平面上での色判断のシフト方向を見積もった。

30

研究活動報告／生体情報研究系

色度図上の三カ所において測定を行ったところ，電気刺択性を持つニューロン群を刺激することで色判断行動が激による色判断のシフト方向は色平面上の三カ所で一貫予測可能な方向にシフトすることから，下側頭皮質のニしている傾向が見られた。またシフト方向は刺激部位のューロン活動は色判断に因果関係を持っていると結論でニューロンの色選択的応答と対応していた。特定の色選きる。

色選択性ニューロンの色情報表現の包括的な解析法の検討
波間智行，小松英彦

大脳皮質の色情報表現の段階的な変換メカニズムの全の下側頭皮質から色選択性ニューロンの活動を記録した。

体像を明らかにするためには，V1 野から下側頭皮質まで

CIExy 色度図を基にした色刺激セットで記録した神経活の各階層のニューロンが，錐体コントラストの信号およ動から計算により，標準的な錐体コントスト空間であるび色相や彩度の情報をどのように表現しているかを統一

DKL 色空間を基にして実際に測定した神経応答量を比的に明らかにすることが重要である。そのため，色選択

較的高い精度で推定することができた。この結果から，

性ニューロンの活動から色相・彩度に対する選択性を明CIExy 色度図を非常に密に分割した色刺激セットを用いらかにすると共に，錐体コントラストに対する依存性をることで，色選択性ニューロンの色相・彩度に対する選明らかにする解析法の検討を行った。

択性と錐体信号に対する依存性を一度に明らかにするこ

CIExy 色度図を非常に密に分割した色刺激セットと，とが可能であると考えられる。

DKL 色空間を均等分割した色刺激セットを用いて，サル

素材識別に関わるヒト視覚領野：fMRI 研究
郷田直一，平松千尋，小松英彦

我々は，ヒトが金属，プラスチック，木などの多様な験により求めた素材カテゴリ間の心理的印象の類似度と素材をどのように認識しているかを明らかにするため，比較したところ，紡錘状回近傍の腹側高次領野の活動がヒトが 9 種類の素材画像を観察している時の脳活動を機

心理的印象と相関することが明らかになった。一方，低能的 MRI により計測してきた。本年度においては，様々

次視覚領野である V1/V2 は素材カテゴリ間の画像的特徴な脳領域の活動が，各素材カテゴリの柔らかさ，冷たさの類似度と高い相関を示した。これらの結果から，V1/V2などの心理的・感性的な印象とどのように関連している

では低次画像特徴に基づいた情報表現がなされており，かを調べた。様々な脳領域の活動パターンから，ある素腹側高次視覚野において心理的な素材カテゴリの基礎と材カテゴリ対がどの程度類似しているかを求め，心理実

なる情報表現が形成されていると考えることができる。

下側頭皮質における光沢選択性ニューロンの性質
西尾亜希子，郷田直一，小松英彦

光沢知覚の神経メカニズムを明らかにするために，ンの反応を調べた。その結果，特定の光沢に選択性を持

様々な光沢物体画像に対するサルの下側頭皮質ニューロ

つニューロンが存在する事が分かった。さらに光沢選択31

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

性ニューロンの知覚的な光沢と神経活動の関係を詳細に化していた。さらに重回帰分析の結果，ニューロンの反調べるために，知覚的な光沢が均一に変化する光沢空間

応は光沢空間上で良く説明できることが分かった。これ

上でパラメータを均等に変化させた刺激を作成し，これらの結果は記録した IT の光沢選択性ニューロンの活動

らの光沢刺激に対する IT ニューロンの反応を記録した。

が知覚的な光沢と密接な関わりを持つ事を示唆している。

その結果，光沢空間上でニューロンの反応が規則的に変fMRI によるサル視覚野における表面光沢への応答領域の同定
岡澤剛起，郷田直一，小松英彦

光沢やテクスチャなどの物体表面特性は，物体の素材

スクランブル画像への応答よりも高かった領域を同定しや状態を知る上で重要な手がかりである。そこで本研究たところ，下側頭皮質の後部 (PIT) と中心部 (CIT)，さらでは，2 頭のマカクザルにおいて機能的核磁気共鳴画像により低次の視覚野 (V1, V2, V3, V4) において活動が見法 (fMRI) により表面光沢に応答する脳領域の同定を試られた。この結果は，下側頭皮質の限局された領域におみた。コンピュータグラフィックスを用いて光沢のある

いて光沢が表現されており，さらに初期視覚野でも光沢画像とない（マット）画像を作成した他，それらの画像の知覚に重要な画像特徴量が表現されている可能性を示の局所的な位相をランダマイズすることによりスクラン唆している。

ブル画像を用意した。光沢画像への応答が，マット画像，

色名自由呼称による金色と銀色のカテゴリー性の検証
岡澤剛起，鯉田孝和，小松英彦

色は顕著なカテゴリカル知覚の特性を持ち，11 基本色

し，光沢のある（鏡面反射率 1.0）画像に対しては，金色，

名により色空間全体が表現できるが，光沢のある表面に銀色が多く使われた。ほかに，銅色やエメラルド色といしか呼称されない「金色」はここに含まれない。そこでった光沢のある画像に特徴的な色名も少数回見られたが，本研究では，拡散・鏡面反射率と色度をパラメータとし安定して用いられることはなく，カテゴリー性の指標でた物体画像を用い，光沢のある場合とない場合でヒト被ある一致度，安定度などは金色と銀色のみが基本色と同験者の色名の呼称がどのように変化するかを検証した。

等の値となった。この結果から，光沢のある物体に対し被験者に色名を自由に呼称させたところ，光沢のない画ては，金色と銀色のみが強いカテゴリー性を持って知覚像に対しては，黄色などの基本色が多く使われたのに対されていることが示された。

神経シグナル研究部門【概要】
神経シグナル研究部門では，分子レベルの研究からより生体に近づいた研究を目指し，in vivo 実験系の導入を進めてきた。in vivo パッチクランプの開発者である古江博士を中心として，in vivo の実験を高い水準で行ってお32

り，今年度も多くの研究者，大学院生が短期・長期の滞在で in vivo パッチクランプを学ぶこととなった。
また佐竹博士によるシナプス伝達の詳細な解析により，シナプス伝達の調節が非常に精密なものであり，様々な

研究活動報告／生体情報研究系

外部要因（例えばアルコール）により，そのバランスがの研究を巧みに組み合わせることにより，神経系機能の崩れることが明らかとなってきている。

理解がより一層深まると期待される。

脳スライスを用いた神経回路の詳細な研究と，in vivo

病態時における感覚シナプス伝達の異常
古江秀昌，歌

病態時における痛覚伝達の異常を明らかにするために，大介，井本敬二

シナプス応答も増加した。以上より，がん性疼痛モデル

がん性疼痛モデルにおける脊髄痛覚回路やその伝達異常

では腫瘍占拠部位以外にも知覚過敏が生じて行動の異常の解析を行った。骨溶解細胞を下腿骨髄腔内に移植・作が起こり，脊髄では多髄節にて興奮性シナプス伝達が増製したがん性疼痛モデル動物では，自発痛に加え足底な幅された。このシナプス伝達の可塑的変化が難治性疼痛

ど後肢に加えた機械的刺激に対する逃避行動の閾値が著であるがん性疼痛発症の一因であることが示唆された。

明に低下した。痛みの伝達に重要な役割を果たす脊髄後また，脊髄の痛覚伝達を下行性に調節する脳幹青斑核か角表層に誘起される興奮性シナプス応答を記録すると，らの in vivo パッチクランプ記録法を開発し，痛みの中枢モデルでは腰部の多髄節において興奮性シナプス伝達が性の調節機構の解析にも着手した。

増大した。また，C 線維を介した単シナプス性の興奮性脊髄における痒み情報の伝達と調節機構の解明
歌大介，古江秀昌，井本敬二

時に痒みは痛み以上に耐えがたい感覚であるにも関わが明らかとなった。続いて，脊髄後角から in vivo パッチ

らず，痛みに比べ脊髄における痒みの情報の伝達やそのクランプ記録を行いセロトニンによる痒み応答が記録で調節機構については不明なことが多い。

きるかを検討した。その結果，一部の細胞でセロトニン

そこで，脊髄後角での痒み伝達と処理機構について行によるシナプス応答の増加がみられるものがあった。現

動薬理学的解析及び電気生理学的解析を行った。まず，

在例数が少ないため今後はさらに例数を重ね，セロトニ

行動薬理学的解析によりラットにおいてセロトニンにてン応答細胞の電気生理学的特徴や形態組織学的解析を行痒み行動が誘発されるかどうかを検討した。その結果，い，脊髄における痒み情報の伝達機構の詳細を明らかにマウス同様にセロトニンにより痒み行動が誘発される事していきたい。

Tottering マウスにおける欠神発作と大脳基底核回路との関係
加勢大輔，井上剛（岡山大学），井本敬二

本研究では欠神発作モデルマウスの tottering マウスを発生に関与していることを示し，in vitro の実験により用いて，大脳基底核回路が欠神発作に関与する機構を検

tottering マウスの視床下核において，HCN チャネルの活討することを目的とした。我々は，これまでに in vivo の性減少を一因とした興奮性の増強が起きていることを示

実験により大脳皮質－視床下核－黒質回路が欠神発作のした。本年度は視床下核での HCN チャネルの減少が発33

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

生する背景を in vitro の実験により検討した。

いて，視床下核にて検討を行ったが，野生型との間で有tottering マウス視床 VP 核において HCN チャネルが減

意な差は認められなかった。これらの結果より HCN チ

少しているか確認したところ，視床下核同様，野生型にャネルの減少が，tottering マウスの脳において広く発生

対して顕著に HCN チャネル電流が減少していることがしていると示唆していると考えられるが，実証するため判明した。一方，HCN チャネルと同様に神経細胞の興奮には，より多くの領域での網羅的な研究が必要となると性に関与する T-type 電位依存性カルシウムチャネルにつ考えられる。

エタノールの小脳異種シナプス間拡散性クロストーク阻害作用
佐竹伸一郎，井本敬二

脳幹（下オリーブ核）から小脳皮質のプルキンエ細胞

ミン酸トランスポーターEAAT4 の選択的阻害薬 T3MG にに投射する登上線維の神経終末から放出された興奮性伝より有意に減弱した。一方，シナプスを被覆するバーグマ

達物質グルタミン酸は，プルキンエ細胞に強力な興奮をングリアに発現するグルタミン酸トランスポーター

誘発させると同時にシナプス外領域にも拡散する。拡散GLAST と GLT-1 の阻害薬 (PMB-TBOA, dihydrokainate) は，したグルタミン酸は，籠細胞（分子層介在ニューロン）EtOH の異種シナプス抑制阻害作用に無効であった。また，

軸索終末の AMPA 受容体を活性化することにより，籠細EtOHの阻害作用は，protein kinase C と phosphatidylinositol

胞－プルキンエ細胞間 GABA 作動性伝達のシナプス前-3 kinase の阻害薬により完全に消失した。こうした結果抑制を引き起こす。この異種シナプス抑制が，エタノーに基づき，EtOH は PKC/PI3K カスケードを介してプルキル (EtOH) によって用量依存的に阻害されることを発見

ンエ細胞の EAAT4 機能（グルタミン酸回収能）を亢進した（25-50 mM：酩酊～泥酔時の血中濃度に相当）。EtOHすることにより，登上線維伝達物質のシナプス外拡散をの阻害作用は，プルキンエ細胞に特異的に発現するグルタ阻害したと結論した。

蛋白質リン酸化によるシナプス可塑性，学習・記憶の制御
山肩葉子，柳川右千夫（群馬大学），井本敬二
Ca2+/ カ ル モ ジ ュ リ ン 依 存 性 プ ロ テ イ ン キ ナ ー ゼ

扁桃体依存性の学習・記憶について，CaMKIIαの関与のIIα (CaMKIIα) は，脳の中でも特に海馬に多く存在する違いを詳細に検討した。その結果，CaMKIIαのキナーゼ

蛋白質リン酸化酵素で，様々な脳機能の調節に関与して活性がないと海馬依存性の学習・記憶は全く成立しないいる。我々は，CaMKIIαのキナーゼ活性をなくした不活が，扁桃体依存性の学習・記憶は一定程度成立すること性型ノックインマウス [CaMKIIα (K42R)] を用いて，が明らかになった。さらに，運動学習などについても検CaMKIIαによる蛋白質リン酸化が学習・記憶過程をどの討を進めており，様々なタイプの学習・記憶全般についように制御しているのかを明らかにしつつある。本年度て，その分子基盤の違いを探っていく予定である。

は，恐怖条件付けを用いて，海馬依存性の学習・記憶と34

研究活動報告／生体情報研究系

変異チャネル Markov 過程パラメータ最適化プログラムの開発
井本敬二，伊藤英樹（パリ第 6 大学 医学部，滋賀医科大学）
イオンチャネルの gating（開閉）を含めた挙動は，単純 Markov 過程として表現される。Voltage-clamp 法を用

ラメータの最適化を自動的に行うことは現実的となり得なかった。

いて実験的に Markov 過程のパラメータを求めると，そパラメータが一定という条件の下で，Markov 過程の時

れらを利用して活動電位の予測が可能となる。この

間経過は Q-matrix 法により解析的に求められる。この手

Hodgkin & Huxley に由来する古典的な手法は，変異チャ法を用いることにより計算時間が劇的に短縮化され，そネルによる不整脈出現メカニズムの理解に大きく貢献しの結果，Levenberg-Marquardt 法などの最適化法と組み合てきた。

わせて変異チャネルのパラメータを迅速に決めることが変異チャネルの異常な挙動を反映する Markov 過程の可能となった。

パラメータを求めることは，パラメータの数が多いこと

今後，数十のパラメータから重要なパラメータを自動もあり容易ではない。私たちはこれまでパラメータ決定

的に選択する機能を付け加えていく予定である。また新のための Voltage-clamp シミュレーションを，数値積分法

たに報告された心臓 Purkinje 線維のモデルを用いて，心を用いて行ってきた。この方法を用いたのは，汎用性を筋伝導障害を検討するシミュレーションブログラムを作重視したためであるが，欠点として計算時間がかかりパ製する予定である。

神経分化研究部門【概要】
吉村を中心とするグループは，大脳皮質で行われてい転出した。

る情報処理の基盤となる神経回路やその形成のメカニズ

また，東島らを中心とするグループは，ゼブラフィッ

ムを明らかにする目的で，大脳皮質の切片標本を用いた

シュを用い，脊髄神経回路の形成機構および，回路の作

神経回路の機能解析，麻酔動物を用いた視覚生理実験，

動機構の解析を進めている。脊髄内の特定のクラスの神覚醒動物を対象とした行動解析を組み合わせて研究を行

経細胞を GFP 等の蛍光タンパク質により可視化し，それっている。具体的な課題として (1) 大脳皮質視覚野内のら蛍光タンパク質陽性細胞の発生と機能を追求している。

微小神経回路網の機能的役割，(2) 大脳皮質の選択的神経

本年度は従来までの研究に加えて，ChR2, NpHR などの結合形成におけるクラスター型プロトカドヘリン群の関

光遺伝学的ツールを用いた神経回路の解析のための実験

与についての研究を行った。人事としては，総研大生だシステムの立ち上げを行った。

った中川直は無事修了し，理研 BSI の博士研究員として大脳皮質視覚野微小神経回路網の機能的役割
石川理子，吉村由美子

これまでに我々は，ラット一次視覚野スライス標本を覚体験が必要であり，生後直後からの暗室飼育により全用いた神経回路解析により，非常に微細なスケールの特

視覚入力が遮断されたラットや，開眼直前に両眼の眼瞼

異的神経回路網が視覚野内に存在することを報告した。

を縫合し形態視が遮断されたラットの一次視覚野においまた，この微小神経回路網の形成には，生後の正常は視ては微小神経回路網が消失していることを見出している。

35

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

本年度は，微小神経回路網がどのような視覚反応特性にいては共に，このようなバンドパス型の反応特性を示す

関与しているかを明らかにする目的で，発達期に暗室飼細胞が著しく減少し，ほとんどの細胞が低い空間周波数

育または両眼の眼瞼を縫合することにより微小神経回路の刺激にのみ反応するローパス型の反応特性を示した。

網を消失したラットの一次視覚野細胞から，電気生理学

それぞれの細胞の最適空間周波数の刺激を用いて方位選的手法を用いてスパイク活動を記録した。正弦波状に変択性と方向選択性を調べた結果，正常な視覚野に比べて化するグレイティングの視覚刺激を用いて一次視覚野細2 種類の選択性は両遮蔽群において共に若干低下してい胞の視覚反応特性を解析した。正常な視覚体験を経たコ

ただけであった。これらの結果は，微小神経回路網は空ントロール動物では，ほとんどの細胞が 0.05-0.8cycle/

間周波数に対する選択的な反応性の形成に関与し，様々

degree の間に最適の空間周波数を持つバンドパス型の反な大きさの視覚対象の方位や運動方向の検出を可能にし応特性を示し，最適空間周波数はその周波数帯にほぼ均ていることを示唆する。

等に分布していた。暗室飼育および眼瞼縫合の両群にお大脳皮質の選択的神経結合形成におけるクラスター型プロトカドヘリン群の関与
足澤悦子，吉村由美子
平山晃斉（大阪大学），八木健（大阪大学）

大脳皮質におけるニューロン間の神経結合はランダム

ックアウトマウスを用いて実験を行った。野生型及びに形成されているのではなく，特定の細胞集団を選択的

cPcdhKO マウスの大脳皮質体性感覚野からスライス標に結合し，セル・アセンブリを形成していることが，我々本を作製し，その 2/3 層にある錐体細胞よりホールセル

を含む複数の研究室から報告されている。しかしながら，記録を行った。ニューロンの膜特性については両群で差

セル・アセンブリを形成する分子メカニズムについてはがみられなかった。Na+チャネルを tetrodotoxin 投与によほとんど分かっていない。標的認識分子であるクラスり阻害した状態で自発的な miniature EPSC を測定したとター型プロトカドヘリン (cPcdh) は，多様性が高く，個々

ころ，KO マウスでは野生型と比較して，発生頻度が有の神経細胞にランダムな組み合わせで発現されることが意に低下していた。EPSC の振幅およびタイムコースに知られている。この多様な発現分子の組み合わせが神経は差異が認められなかった。この結果は，クラスター型回路形成に関与する可能性を検討する目的で，cPcdh のプロトカドヘリンの多様な発現がシナプス形成に関与す

発現を制御する調節因子 (CTCF) を神経細胞特異的に欠ることを示唆する。

損し，その多様性が減弱した CTCF コンディショナルノ

ゼブラフィッシュ脊髄運動系神経回路網の機能解析
木村有希子，佐藤千恵，東島眞一

脊髄内運動系神経回路の解剖学的な記載を進めるため，

どの光遺伝学ツールを用い，特定のクラスの神経細胞の発生期の一部の神経細胞で発現する遺伝子を用い，BAC

活動を光により制御して，神経回路の機能解析を進める

トランスジェニック法により，多くのトランスジェニッ

研究を本格的に開始した。まず，alx 遺伝子に関して，クフィッシュを作製した。各トランスジェニックフィッ

ChR2, NpHR を発現するトランスジェニックフィッシュ

シュに関して，蛍光タンパク質陽性細胞の解剖学的記載の作製を進めた。それと同時並行して，光刺激顕微鏡装を体系的に進めた。また，今年度より，ChR2, NpHR な置の開発を進めた。具体的には，ディジタルマイクロミ

36

研究活動報告／生体情報研究系

ラーデバイス (DMD) を試料面と共役の位置に配置し，対物レンズを取り付け，幼魚の行動の全体をハイスピー

DMD をコンピューターによりコントロールすることで，ドカメラでモニターできるようにした。組あがったシス

任意の領域に任意の時間間隔で光刺激を行うことが出来

テムを用いて，alx 陽性細胞の運動系神経回路における機るシステムを立ち上げた。また，顕微鏡下部を改造して能を，光遺伝学によって解析している。

37

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

統合生理研究系
感覚運動調節研究部門【概要】
初めに 2010 年の人事異動を列挙する。教室において最内では中央大学文学部（山口教授），日本大学脳外科（片も大きな人事は，長年にわたって，助教授－准教授とし

山教授，山本教授），大阪大学脳外科（齋藤准教授），三て教室を支えてくれた金桶吉起君が，和歌山医大生理学

重大学精神科（元村英史先生），また国外では，カナダ教室に教授として赴任したことである。金桶教授の今後

Rotmann Institute (Prof. Ross)，イタリア Chieti 大学 (Prof.

の活躍に期待している。また，木田哲夫君が長崎大学医

Romani)，ドイツ Munster 大学 (Prof. Pantev)，ドイツ

学部生理学教室に助教として赴任，それに伴い木田夫人

Haiderberg 大学 (Prof. Treede)との共同研究を行っている。

である絵実さんも長崎に転居した。本多結城子さんは国医学（神経内科，精神科，小児科など），歯学，工学，立特別支援教育総合研究所に学振 PD として赴任した。

心理学，言語学，スポーツ科学など多様な分野の研究者

また，松吉大輔君が大阪大学人間科学研究科に特任助教

が，体性感覚，痛覚，視覚，聴覚，高次脳機能（言語等）

として赴任した。

など広範囲の領域を研究しているのが本研究室の特長でドイツに留学していた岡本秀彦君が，生理学研究所のあり，各研究者が自分の一番やりたいテーマを研究して特任准教授，同じくドイツに留学していた望月秀紀君がいる。こういう場合，ややもすると研究室内がバラバラ

生理学研究所の特任助教として赴任した。またカナダにになってしまう可能性もあるが，皆互いに協力し合い情留学していた平井真洋君が，愛知県身障者コロニーに就報を提供しあっており，教室の研究は各々順調に行われ職した。2010 年には 5 名の大学院生が総研大を卒業した。

ている。脳波と脳磁図を用いた研究が本研究室のメイン

山代幸哉君は新潟医療福祉大学に助教として赴任，大鶴

テーマだが，最近はそれに加えて機能的磁気共鳴画像

直史君と浦川智和君の二人は生理学研究所のポスドクと(fMRI)，近赤外線分光法 (NIRS)，経頭蓋磁気刺激 (TMS)なった。宮﨑貴浩君はカナダのトロント大学 Rotmannを用いた研究も行い成果をあげている。

Institute に留学し，綾部友亮君は野村総研に就職した。

2008 年度から，私が領域代表者として 5 年間の予定で長年，共に研究してきた仲間が離れていくことには一抹スタートした，文部科学省新学術領域研究「学際的研究の寂しさを感じるが，研究者の流動性は，研究室のによる顔認知メカニズムの解明」も順調に活動が進んで

activity を維持するのに必須であることも事実である。新いる。他に文部省科研費，厚生労働省，環境省などからしいメンバーとしては，総研大生としてトルコからの留の研究費を含めて，多くの競争的外部資金を得ている。

学生 Sumru KECELI さんが入学した。

研究員一同，より一層の努力を続けて質の高い研究を目2010 年も他施設との共同研究が順調に進んでいる。国指していきたいと思っている。

乳児におけるスクランブル顔の知覚：NIRS による検討
本多結城子，仲渡江美，大塚由美子（東京女子医科大学），金沢

創（淑徳大学）

小嶋祥三（慶應義塾大学），山口真美（中央大学），柿木隆介

顔は目や口などパーツの特徴間の関係性を含む全体的ル顔を見ている時の左右後側頭部位における Oxy-Hb,

情報をひとつのまとまりとして捉えて処理されているた

Deoxy-Hb, Total-Hb の変化を調べた。その結果，乳児でめ，全体的情報が失われると顔の知覚は難しくなる。本

は両半球共にノーマル顔でのみ total-Hb の上昇が認めら研究では，7～8 カ月児と成人がノーマル顔とスクランブ

れ，右半球でのみスクランブル顔よりもノーマル顔の38

研究活動報告／統合生理研究系

Total-Hb が上昇していた。成人では右半球のノーマル顔

対する有意な脳血流変化がみられ，成人程顕著ではないでのみ Oxy-Hb と Total-Hb の有意な上昇がみられた。本が右半球に優位な活動をしていることが示唆された。

研究の結果から，生後 7～8 カ月児において，すでに顔に(Brain Research, 1308, 137-146, 2010)

舌前方後方間の体性感覚処理過程の違い
坂本貴和子（東京大学大学院医学系病態診断医学講座），中田大貴（早稲田大学スポーツ科学学術院）
乾幸二，Perrucci MG（キエーティ・ダヌンチオ大学生体応用工学部）
Del Gratta C（キエーティ・ダヌンチオ大学生体応用工学部）

柿木隆介，Romani GL（キエーティ・ダヌンチオ大学生体応用工学部）
本研究では，舌の前方と後方の体性感覚処理過程の違結果，舌の左右どちらを刺激した場合も，右半球の体性いを調べるべく，機能的 MRI を用いて検討を行った。機感覚野でのみ明瞭な血流の増加が認められた。また舌後能的 MRI の性質上，ガントリー内部での電気刺激は不可方を刺激した際には，体性感覚野の中でも内蔵感覚の処能であると考えられたため，被験者各々のマウスピース

理を司る部位と，快不快に関わるとされる前帯状回におを作成し，内部に突起をつけ，舌を前後に運動させるこ

いても血流の増加がみられた。以上より，舌の前方と後とによって舌の側面を適宜刺激呈示できるように装置を方では神経支配が異なるだけでなく，脳の活動部位にも作成した。突起は舌左右前方と左右後方のそれぞれ 4 カ差がみられることが判明した。また舌後方は，口腔内と所に設置し，突起を付着しない状態で舌の前後運動をさいうよりもより内蔵として認知処理が行われているのでせた際のデータをサブトラクトすることで，体性感覚刺は な い か と 推 測 さ れ る 。 (Neuroscience Research, 66,

激によって増加した脳血流のみを抽出するよう試みた。

173-179, 2010)

喫煙が痛覚関連電位に与える影響についての研究
宮﨑貴浩，王暁宏（中国医科大学第一付属病院神経内科）

乾幸二，Domino EF（ミシガン大学），柿木隆介

当研究は，喫煙者において喫煙が痛覚関連脳活動に与意に減少し，N2，P2 振幅が血漿中ニコチン濃度と負のえる影響を，レーザー痛覚刺激を用いて検討した。実験

相関を示した。主観的痛覚尺度に対しては喫煙，血漿中は喫煙条件，非喫煙条件の二条件を別日に行った。被験

ニコチン濃度の有意な影響は見られなかったが，これは者は実験前日より禁煙し，喫煙条件でのみニコチン 1mg

主観的痛覚尺度の感度が低いためである可能性がある。

を含むタバコを一本喫煙した。喫煙条件では，血漿中ニ

この結果は，通常の喫煙は知覚可能な鎮痛効果には及ば

コチン濃度，レーザー刺激に対する脳反応および主観的ないものの，ニコチンが鎮痛効果を持つという可能性を痛覚尺度を喫煙前と喫煙の 5, 20, 35, 60 分後に測定した。

支持するものであると考えられる。(Brain Research, 1313,

非喫煙条件では喫煙しないものの同じ時間経過で測定し185-191, 2010)

た。痛覚関連電位においては，喫煙条件で P2 振幅が有39

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

表皮内電気刺激を用いた Aδ神経線維機能評価に関する研究
大鶴直史，乾幸二，山代幸哉，宮﨑貴浩，竹島康行，柿木隆介

細径神経障害を評価する方法は確立されておらず，簡い，感覚閾値および脳波による誘発電位測定を行った。

便な検査方法が求められている。そこで本研究では，我々結果，リドカイン貼付により IES に対する感覚閾値は著の 研 究 室 で 開 発 し た 表 皮 内 電 気 刺 激 (Intra-epidermal

明な増大を示し，誘発電位も消失した。一方，TS に対す

electrical stimulation : IES) が ， 従 来 の 経 皮 電 気 刺 激る感覚閾値および誘発電位には変化が認められなかった。

(Transcutaneous electrical stimulation : TS) と比較し皮膚表

これらの結果から，皮膚表層の神経障害評価において TS

層 Aδ神経障害評価に有用であるかを調べた。皮膚へのリに比べ IES が有用であることが示された。(Journal of Pain,

ドカインテープ貼付による皮膚表層神経障害モデルを用

11, 621-627, 2010)

ヒト脳における視覚性刺激変化検出動態
浦川智和，乾幸二，山代幸哉，柿木隆介

我々の脳には様々な視覚情報が入力される。その中かった。本研究では，脳波より空間的に限局した脳活動がら刺激変化を検出することは，外界に適応し生存してい記録可能な脳磁図を用い，さらに多信号源解析法を用いく上で大変重要であり，脳内視覚情報処理に課せられたることで視覚性ミスマッチ反応の発生時間および発生脳

大きな課題である。これまでこの刺激変化検出機構は，部位について検討を行った。その結果，視覚性ミスマッ

脳波を用いた聴覚系の研究において多く検討されてり，

チ反応は刺激変化提示後，約 150 ミリ秒に middle occipital

この刺激変化検出を反映する脳反応はミスマッチ反応とgyrus (MOG) において主に発生していることが明らかにして知られてきた。近年，視覚系の脳波研究においてもなった。これらの結果は，ヒト脳内における視覚性刺激

ミスマッチ反応が存在することが報告されているが，そ変化検出の時間的および空間的動態について示すものでの発生時間や発生脳部位については明確になっていなかある。(Psychophysiology, 47, 905-912, 2010)

感覚記憶に基づいた視覚性刺激変化検出の脳内動態
浦川智和，乾幸二，山代幸哉，田中絵実，柿木隆介

視覚性ミスマッチ反応は，刺激変化に対して誘発され我々は，視覚ミスマッチ反応は，刺激変化提示後 150 ミる脳反応として知られている。このミスマッチ反応は，リ秒付近で middle occipital gyrus (MOG) において発生す

実際に入力されてくる刺激情報の先行刺激情報に対するることを報告した。本研究では，この MOG の活動が感逸脱度を検出 (memory comparison process) した結果発生

覚記憶に基づく変化検出を反映するのか検討するために，すると考えられている。これまでの視覚脳波研究により，先行刺激の ISI を延長させて，刺激変化に対する MOG

刺激変化前の刺激間の時間間隔 (inter stimulus interval,

活動が減弱するのか検討した。さらに，刺激変化に対す

ISI) を延長させると刺激変化検出反応振幅は減弱している memory-comparison process を効果的に反映させる刺激

くことが報告されており，ミスマッチ反応は，「先行刺提示パラダイムを開発した。実験の結果，逸脱刺激に対激によって短時間形成された感覚記憶に基づく刺激変化

する MOG の活動は，ISI の延長とともに減弱した。これ検出機構」を反映していると考えられている。これまで

らの結果は，MOG は感覚記憶に基づく刺激変化検出機40

研究活動報告／統合生理研究系

構を反映することを示唆する。(NeuroImage, 52, 302-308,

2010)

体性感覚刺激 Go/No-go 課題における No-go-P300 成分
中田大貴（早稲田大学スポーツ科学学術院）
坂本貴和子（東京大学大学院医学系病態診断医学講座）
柿木隆介

本研究では，体性感覚刺激 Go/No-go 課題において事示した。また No-go-P300 成分の振幅は，右手動作時に右象関連電位を記録し，刺激部位と反応動作肢を変え，体半球の方が左半球よりも有意に大きく，左手動作時には性感覚 Go-P300 成分ならびに No-go-P300 成分の電位特

こ の よ う な 差 は 見 ら れ な か っ た 。 Go-P300 成 分 と性を検討した。Go 刺激と No-go 刺激は 50% : 50%の確率

No-go-P300 成分の振幅差は，右手動作時には左半球で有で第 II 指もしくは第 V 指に呈示し，Go 刺激に対しての意となり，左手動作時には両半球で有意であった。我々

み刺激対側の第 I 指でボタン押しをするように指示した。

の結果は，反応する動作肢によって，No-go-P300 成分のその結果，前頭中心部の電極における No-go-P300 成分の

振 幅 が 変 動 す る こ と を 示 し た 。 (Neurosci Lett, 478,

振幅は，Go-P300 成分よりも有意に大きく，視覚刺激・

124-127, 2010)

聴覚刺激 Go/No-go 課題を用いた際と同様の電位特性をヒト聴覚系における変化探知と記憶の非線形法則
乾幸二，浦川智和，山代幸哉，大鶴直史，西原真理（愛知医科大学）
Sumru Keceli，竹島康行，柿木隆介

音の変化に対する大脳皮質の自動応答の挙動についての間のブランク（記憶減衰）の長さの対数に比例して減検討した。変化探知には先行状態と現在の状態の比較が弱する，3) 基準音と逸脱音の物理的な差の対数に比例し必要であるのだから，短期の記憶すなわち感覚記憶が関て増加する，4) 潜時はすべて振幅と逆の挙動を示す，な

与している。変化関連脳活動は誘発脳電位を用いて極めどの知見が得られた。これらの結果から，聴覚系感覚記て明瞭に記録できることから，これを観察することで記

憶は変化関連脳活動を介して十分に観察できること，記憶状態を知ることができると考えられる。その結果，変憶の蓄積と減衰は時間の対数に従うこと，記憶に基づく化関連脳電位の振幅は 1) 基準音（覚えるべき音）の呈変化探知は物理量変化の対数で行なわれていること，な

示時間の対数に比例して増加する，2) 基準音と逸脱音とどが示された。(BMC Neuroscience, 11, 80, 2010)

課題非関連な記憶負荷は側頭頭頂接合部の抑制なしに非注意盲を誘発する
松吉大輔，池田尊司（大阪大学），澤本伸克（京都大学），柿木隆介
福山秀直（京都大学），苧阪直行（京都大学）

我々が注意を必要とする課題に従事している時には，予期していない出来事や物体の出現を頻繁に見逃してしまう事が知られており，これは一般に非注意盲と呼ばれ
ている。

41

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

非注意盲は，一時的な物体の記憶を行わせる視覚的短IPS における VSTM 容量の不足が非注意盲に関与してい期記憶 (VSTM) 負荷によっても生じる。刺激駆動型注意

る可能性は否定できない。そこで本研究では，fMRI を用を担う側頭頭頂接合部 (TPJ) の活動が VSTM 負荷の増大

いて IPS と TPJ の逆相関関係を崩した上で非注意盲の生によって低下する事が非注意盲の原因であると推測され起パタンが IPS の活動パタンに従うことを明らかにし，ている。しかし，TPJ とは逆に，頭頂間溝 (IPS) の活動は

意識的知覚には VSTM が必要である可能性を示した。

VSTM 負荷に伴って上昇する事が明らかにされており，(Neuropsychologia 48, 3094-3101, 2010)

単一音刺激による聴覚感覚記憶形成乾幸二，浦川智和，山代幸哉，大鶴直史，西原真理（愛知医科大学）
元村英史（三重大学），竹島康行，木田哲夫，柿木隆介

音変化に対する変化関連脳活動を観察した結果，聴覚が初めて誘発される，とする考えにマッチしない。本研

感覚記憶は極めて短時間のうちに（～25 ミリ秒）形成さ究では，単一の基準音に続いて呈示される逸脱音後が変れ，短時間のうちに失われる（1秒以内）ことが示された。

化関連活動を惹起するか否か，すなわち，単一の基準音

このことから，感覚記憶は新たに発生したイベントを素呈示が感覚記憶を形成するのに十分であるのか否かを脳早く取り出し，個体に注意を向けさせるためのリアルタ磁図を用いて検討した。結果は，逸脱音呈示後約 130 ミ

イムのシステムに関与していると考えられる。この考えリ秒付近に発生する上側頭回の明瞭な活動を示した。こは，従来最も多く行なわれているミスマッチ陰性電位のの結果から，上側頭回は聴覚系変化をモニターするリア

一般的な概念，すなわち，一定回数繰り返される基準音

ル タ イ ム の 感 覚 関 門 で あ る と 考 え ら れ た 。 (BMCから逸脱した刺激が入力された場合に，ミスマッチ反応

Neuroscience 11, 135, 2010)

体性感覚刺激 Go/No-go 課題における刺激間間隔の効果
中田大貴（早稲田大学スポーツ科学学術院）
坂本貴和子（東京大学大学院医学系病態診断医学講座）
柿木隆介

本研究では，体性感覚刺激 Go/No-go 課題において事の振幅は Go-N140 成分の振幅よりも有意に大きかった

象関連電位を記録し，刺激間間隔を操作して体性感覚が，4 秒ならびに 6 秒の際にはそのような有意差は見らN140 成分ならびに P300 成分の電位特性を検討した。Goれなかった。また P300 成分の振幅も刺激間間隔が増大

刺激（左手第 II 指）ならびに No-go 刺激（左手第 V 指）するほど振幅も増大したが，どの刺激間間隔においても，は 75% : 25%の確率で呈示し，Go 刺激が呈示された際のNo-go-P300 成分の振幅は Go-P300 成分の振幅よりも有意み右手第 I 指でボタン押しをするように指示した。刺激に大きかった。我々の結果は，「Go」「No-go」の意志

間間隔は，1 秒，2 秒，4 秒，6 秒とした。その結果，N140

決定に関する脳活動は，刺激間間隔によって影響を受け成分の振幅は，刺激間間隔が増大するほど振幅も増大しることを示唆した。(NeuroReport, 21, 1040-1044, 2010)た。間隔が 1 秒ならびに 2 秒の際には，No-go-N140 成分

42

研究活動報告／統合生理研究系

咀嚼が脳にもたらす影響についての検討
坂本貴和子（東京大学大学院医学系病態診断医学講座）
中田大貴（早稲田大学スポーツ科学学術院）
湯本真人（東京大学医学部），柿木隆介

良く噛むと頭が良くなると良く聞くが，本当にそうな回行った。結果，休憩中にガム噛みを行った際のみ，P300のかを検討するため，脳波を用いていくつかの検討を行の潜時が早くなり，またボタン押しの反応時間が短縮さった。始めに脳の覚醒や認知処理過程を反映しているとれた。次にこの結果がガム噛みの認知処理過程への反映

言われている P300 に注目した。音刺激を用いたオドボー

によるものであると証明するべく，運動準備電位と随伴

ル課題を行い，逸脱刺激が呈示された際に出来るだけ早性陰性変動を脳波によって検討した。結果，刺激に対す

くボタン押しをする，というタスクを 1 つのタスクとし，る認知処理に関わるとされる随伴性陰性変動の振幅のみ

その間の脳波を計測した。タスクとタスクの間には 5 分

ガム噛みによって増幅がみられた。この結果を踏まえ，間の休憩をはさみ，その間「ガム噛み」「単なる休憩」

一 連 の 研 究 の 総 説 と し た 。 (Anti-Aging Medicine, 7,「指のタッピング動作」「顎の開閉動作」といった 3 つの158-165, 2010)

条件で過ごしてもらった。タスクは計 4 回，休憩は計 3

ヒト舌体性感覚誘発脳反応の検討
坂本貴和子（東京大学大学院医学系病態診断医学講座）
中田大貴（早稲田大学スポーツ科学学術院）
湯本真人（東京大学医学部），柿木隆介

ヒト舌体性感覚誘発脳反応を検討するにあたり，舌をなかった。これに対し機能的 MRI にて舌の運動を用いて的確に刺激呈示するべく，特殊な電極とマウスピースを舌体性感覚の応答部位を検索した所，舌の前方より後方開発した。この独自の刺激装置を用いることで，脳磁場を刺激した際により下方の内蔵感覚を司る部位にまで血計 測 器 (MEG) を 用 い て 舌 体 性 感 覚 誘 発 脳 磁 場 反 応流の増加が認められ，また右半球でのみ体性感覚刺激に(SEF) の測定が可能となった。これまでの先行研究では，対する血流の増加が認められた。以上のような MEG と舌に刺激を呈示した際の一次体性感覚野における再初期

機能的 MRI の結果の間にみられた結論の相違は，計測機

応答潜時ばかりか，応答半球すら明確にされていなかっ器が磁場であるか血流であるかの違いによるか，またはたが，我々の開発した装置を用いることで，舌の再初期

刺激呈示手法が電気刺激であったかスクラッチ刺激であ

応答潜時が約 19 ミリ秒であることと，刺激の部位に関わるかの違いか，によってもたらされたのではないかと考らず両側半球において応答が認められることが判明した。

えられる。以上を踏まえ，総説とした。(Frontiers in

しかし舌の前方と後方刺激した際の違いは明らかとなら

Integrative Physiology, 1, 136-145, 2010)

生体システム研究部門【概要】
私達を含め動物は，日常生活において周りの状況に応四肢を自由に動かすことにより様々な目的を達成していじて最適な行動を選択し，あるいは自らの意志によってる。このような随意運動を制御している脳の領域は，大43

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

脳皮質運動野と，その活動を支えている大脳基底核と小②課題遂行中の霊長類の神経活動の記録を行う，③大脳脳である。逆にこれらの領域に異常があると，パーキン

基底核疾患を中心とした疾患モデル動物（霊長類・げっソン病やジストニアに見られるように，随意運動が著し歯類）からの記録を行う，④このような疾患モデル動物

く障害される。本研究部門においては，大脳基底核を中に様々な治療法を加え，症状と神経活動の相関を調べる，心に，このような随意運動の脳内メカニズムおよびそれ⑤様々な遺伝子改変動物の神経活動を記録することによらが障害された際の病態，さらには病態を基礎とした治り，遺伝子・神経活動・行動との関係を調べることを行療法を探ることを目的としている。

っている。

そのために，①大脳基底核を巡る線維連絡を調べる，

定位脳手術時のヒト淡蒼球の神経活動
南部

篤，橘

吉寿，喜多

西林宏起（和歌山県立医科大学），小倉光博（和歌山県立医科大学），板倉均（テネシー大学）

徹（和歌山県立医科大学）

パーキンソン病やジストニアの治療のため，大脳基底アの患者においては，長い抑制が観察された。また，頸核に刺激電極を刺入し，高頻度電気刺激を加えるという部ジストニアの淡蒼球外節・内節ニューロンの自発発射

脳深部刺激療法 (DBS) が広く行われている。手術の際，頻度は，パーキンソン病より低かった。さらに，両疾患

神経活動を記録し刺激電極の適切なターゲットを決定すにおいて，淡蒼球外節・内節ニューロンはバースト発射

るが，その機会を利用して，大脳皮質一次運動野の電気や発振活動を示していた。これらの結果は，大脳皮質電刺激に対する淡蒼球ニューロンの反応を調べた。パーキ

気刺激に対する応答を調べることで，定位脳手術の適切

ンソン病の患者においては，大脳皮質刺激に対して淡蒼なターゲットを決定出来ること，およびジストニアの病

球外節・内節ニューロンは，早い興奮・抑制・遅い興奮態に，淡蒼球外節・内節において大脳皮質由来の抑制がの組み合わせのパターンで応じた。一方，頸部ジストニ

増強していることが関わっていることを示している。

運動課題遂行中のマカクサル運動野および体性感覚野のフラビンイメージング
畑中伸彦，高良沙幸，金子将也，南部篤

フラビン蛋白はミトコンドリアに存在する電子伝達系

様に様々な機能を持つ脳領域に分化しており，ヒトの脳蛋白の一つで，神経活動の亢進に伴い還元型から酸化型活動を研究する上で重要な研究対象である。われわれはに変化する。この酸化型フラビン蛋白は青色励起光によ高透明シリコーン剤を冷却遠沈することでマイクロバブって緑色自家蛍光を発するため，神経活動の亢進をイ

ルを排して，一次体性感覚野から運動前野全体をカバー

メージングすることが出来る。これまでフラビンイメー

する大型で透明度の高い観察用人工硬膜の開発に成功し，ジングは頭蓋骨，脳硬膜の薄いラットやマウスでなされ

マカクサルの上肢正中神経電気刺激に応答する一次体性てきたが，マカクサルで行われた実験は非常に少ない。

感覚野の活動を記録した。今後は，運動課題実行中のマ

マカクサルの発達した大脳皮質は，わたしたちヒトと同カクサル運動野の活動を観察する計画である。

44

研究活動報告／統合生理研究系

ドーパ反応性ジストニアモデルマウスにおける大脳基底核ニューロンの活動
知見聡美，一瀬千穂（藤田保健衛生大学），一瀬宏（東京工業大学）

近藤一直（藤田保健衛生大学），南部

篤

大脳基底核疾患のひとつであるドーパ反応性ジストニス（DPS マウス）において，大脳基底核の神経活動を覚ア（DYT5，瀬川病）は，小児期発症の遺伝性ジストニ

醒下で記録した。淡蒼球内節および外節において，バー

アであり，L-ドーパの投与が症状改善に著効を示す。テストを伴う異常な活動パターンが観察された。また，大トラヒドロビオプテリン生合成の障害により，脳内の脳皮質の電気刺激が惹起する 3 相性応答のうち，淡蒼球

ドーパミンが欠乏することが原因で発症するが，症状発

内節では抑制性応答の著しい減弱が，淡蒼球外節では抑現のメカニズムの詳細は不明である。本研究では，ビオ

制性応答の増強とそれに続く興奮性応答の著しい増強がプテリン代謝異常を有し，ジストニア様肢位や四肢協調観察され，これらの異常な応答がジストニア症状の出現

運動の障害を示すドーパ反応性ジストニアのモデルマウに関与していることが示唆された。

線条体−淡蒼球投射ニューロンが制御する運動調節機構の解明
佐野裕美，知見聡美，疋田貴俊（大阪バイオサイエンス研究所）
小林和人（福島県立医科大学），南部

篤

イムノトキシン細胞標的法と呼ばれる遺伝子組換えマの神経活動を覚醒下で記録し，両者の結果から線条体—

ウスを利用した研究から，線条体のドーパミン D2 受容

淡蒼球投射ニューロンが制御する運動調節機構を検討し

体 (D2R) 発現ニューロンは自発運動量を抑制することた。その結果，淡蒼球外節や黒質網様部の自発発火頻度が明らかとなっている。線条体では線条体−淡蒼球投射やパターンに変化はなく，大脳皮質の刺激に対する黒質

ニューロンとコリン作動性介在ニューロンが D2R を発

網様部での興奮−抑制−興奮という三相性の応答パター

現することから，線条体−淡蒼球投射ニューロンの運動

ンのうち，遅い興奮が消失していることが示された。こ

調節機構を明らかにするため，線条体の D2R 発現ニュー

れらのことから，線条体−淡蒼球投射ニューロンは，大ロンおよび D2R を発現するコリン作動性介在ニューロ

脳皮質由来の phasic な神経シグナルを制御することによンを除去したマウスを用いて，淡蒼球外節と黒質網様部って運動を調節していることが示唆された。

光遺伝学を利用した大脳基底核神経回路の作動原理の解明
佐野裕美，知見聡美，加藤茂樹（福島県立医科大学），小林憲太（福島県立医科大学）
小林和人（福島県立医科大学），南部篤

狂犬病ウイルスの糖タンパクを利用した逆行性レンチ

奮が認められ，大脳皮質−線条体経路の同定と特異的なウイルスベクターをマウス線条体に注入し，光受容体で興奮誘導に成功した。一方，線条体投射ニューロンにあるチャネルロドプシン (ChR2) を線条体から逆行性に

ChR2 を発現する遺伝子組換えマウスにおいて，線条体発現させた。大脳皮質，視床束傍核など線条体へ投射す

投射ニューロンの神経終末が存在する淡蒼球外節およびる領域に ChR2 が発現した。そこで，大脳皮質で光照射

黒質網様部で光照射に対する神経活動を記録した。そのに対する神経活動を記録したところ，光照射に応じた興

結果，淡蒼球外節および黒質網様部で抑制が認められ，

45

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

抑制性の線条体−淡蒼球投射線維および線条体−黒質投

基底核の神経活動をおよび行動を調節する機構を解明し射線維が光によって刺激されたことが示された。今後，ていきたい。

これらのマウスを利用して，標的とした神経経路が大脳

覚醒下マーモセットを用いた運動関連領野の神経生理学的解析纐纈大輔，畑中伸彦，南部篤

マーモセットを用いて覚醒下でのニューロン活動の記

更に大脳基底核における細胞活動記録も行った。淡蒼録を可能とする神経生理実験システムを確立した。マー

球内節 (GPi) と外節 (GPe)，視床下核 (Stn) ニューロンのモセットの体を固定するための専用のチェアーを作製し，自発発火頻度はそれぞれ 47.9, 40.8, 29.4 Hz で，バースト

十分にチェアー・トレーニングをして馴化させた後に，状の発火は見られなかった。また M1 皮質刺激に対する

頭部固定装置と記録用のチャンバーをマーモセットの頭応答を記録したところ，GPi と GPe ニューロンは皮質刺部に装着した。ニューロン活動記録と同時に皮質内微小激に対して，早い興奮－抑制－遅い興奮の三相性の反応

電気刺激を行い，一次運動野 (M1)，運動前野，一次体性を示し，Stn ニューロンは早い興奮－遅い興奮の二相性

感覚野（3a 野，3b 野）の詳細な体部位再現マップを作製の反応を示した。
これらの結果はマカクザル，げっ歯類，した。これまでに麻酔下での運動野と感覚野の体部位局

ヒトで報告されているデータと類似している。

在を調べた研究はあったが，これは完全覚醒下で成功し以上の結果とマーモセットはマカクザルと比較して小た初めてのケースである。また覚醒下では 1～数µA の非型で扱いやすいこと，遺伝子改変技術が応用できること

常に低い電流値の M1 電気刺激で筋肉の収縮が誘発されを合わせると，マーモセットも神経変性疾患等の病態モた。

デル動物に成り得ると考えられる。

上肢到達運動課題遂行中の線条体介在ニューロンの活動
高良沙幸，畑中伸彦，南部篤

線条体は，大脳皮質運動野に生じた運動情報を受け取ブアルブミン (PV) 陽性 GABA 作動性の介在ニューロン

る大脳基底核の入力核のひとつである。多くは GABA 作と考えられる。サルに上肢到達運動課題を遂行させ，こ動性の投射ニューロンから成り立っているが，少数ではのニューロンの活動を調べた。その結果，到達運動の方あるが介在ニューロンが存在し，投射ニューロンの活動

向やタスクイベントには依存せず，非特異的に課題遂行に大きな影響を与えると考えられている。しかし，実際時に発射活動が増加することがわかった。このことは，の運動中にどのような役割を担っているのかは，未解明

PV 陽性介在ニューロンが運動に際し，広く周囲の投射である。線条体ニューロンのうち，1) 自発発射が高く，

ニューロンを抑制している可能性を示唆する。現在，本2) スパイクの持続時間が短く，3) 大脳皮質刺激に対しニューロンの線状体における分布について，検討してい短潜時で応答するニューロンの一群があり，これはパルる。

46

研究活動報告／統合生理研究系

大脳基底核出力核における興奮性・抑制性の活動調節
金子将也，畑中伸彦，南部篤

淡蒼球内節と黒質網様部は，大脳基底核の出力核であ

床下核－淡蒼球内節路（間接路）が再び淡蒼球内節ニューり，その活動は大脳基底核－大脳皮質連関に大きく影響

ロンを興奮させる。このような拮抗する興奮性・抑制性を与えると考えられる。淡蒼球内節には時間的に異なる

入力によって，どのように淡蒼球内節ニューロンの活動

3 つの入力が大脳皮質よりもたらされる。1) 大脳皮質－が調節されているのかを調べるために，運動課題遂行中

視床下核－淡蒼球内節路（ハイパー直接路）は淡蒼球内のサル淡蒼球内節ニューロンにおいて，単一ユニット記節ニューロンを短潜時で興奮させる。2) 大脳皮質－線条

録と神経遮断薬の微量注入を併用し，興奮性・抑制性入体－淡蒼球内節路（直接路）が続いて淡蒼球内節ニュー力それぞれの遮断時の神経活動を記録している。

ロンを抑制する。3) 大脳皮質－線条体－淡蒼球外節－視計算神経科学研究部門【概要】
計算神経科学研究部門では，神経細胞・神経回路網のを行い，実験的に検証可能な予測を試みている。また

非線形ダイナミクスが，脳機能にいかに関わっているか

conductance injection (dynamic clamp) 法を用いた数理的を解明することを目指している。中でも記憶や注意など

方法と in vitro 生理学の融合や，in vivo データの非線形解の高次機能の発現に，多安定性，引き込み，カオス，遷析手法の開発なども行い，現実に即した数理モデル化の移ダイナミクスなど，非線形動力学系の豊かな特質がい方法を探求している。

かに活かされているかについて，数理モデルによる解析

シナプス統合における Dale 則の破れと前シナプス制御の影響に関する研究渡辺啓生（東京大学），合原一幸

脳内では多数の神経細胞が主にシナプス結合でつながナプス結合の強度が弱い場合は同期的な活動を示すが，っている。従来，一つの神経細胞は興奮性あるいは抑制

シナプス結合をある程度強くすると非同期的かつ非周期性のいずれか一方のタイプのシナプス結合しかもたない

的な全く異なる活動を示すことなどが判明した。これらという Dale 則に従うと考えられてきたが，近年これが破の結果を，様々な脳内物質がシナプス結合強度を一時的られる可能性が示唆された (Ren et al., 2007)。我々はこのに変化させるシナプス前制御と組み合わせることで，異Dale 則の破れが神経細胞ネットワークのダイナミクス

なるモードへの切り替え機能を持つ神経回路網モデルをに与える影響をシミュレーションにより検証した。その構築できる。現在，これを利用した脳機能の数理モデル

結果，Dale 則の破れを許したネットワークは，個々のシ化を検討中である。

47

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

神経細胞の異常な同期状態の緩和について西川

功（東京大学），合原一幸

神経細胞の異常な同期は様々な精神疾患にも関わって効果があることが知られていた (Daido, 1990)。我々は，いる可能性がある。我々は，同期現象を記述する可解モ

蔵本モデルを拡張した蔵本・大同モデルにおいても同様

デル（蔵本モデル，蔵本・大同モデル）を通し，異常なの性質の成立を示唆する結果を解析的かつ数値的に得た。

同期状態を緩和するための知見を模索してきた。これま

この結果は，系の結合強度を安定的に下げる方法があれで，蔵本モデルにおいて，系が同期を示しているとき，ば，その減少が微小でも異常な同期状態の緩和には効果

微小な結合強度の減少が異常な同期状態の緩和に大きなが高いことを示唆している。

48

研究活動報告／大脳皮質機能研究系

大脳皮質機能研究系
脳形態解析研究部門【概要】
脳形態解析部門では，神経細胞やグリア細胞の細胞膜明らかにする。2) これらの分子の発達過程や記憶，学習上に存在する伝達物質受容体やチャネルなどの機能分子の基礎となる可塑的変化に伴う動きを可視化し，その制の局在や動態を観察することから，シナプス，神経回路，

御メカニズムと機能的意義を探る。3) 電依存性カルシウシステム，個体行動の各レベルにおけるこれらの分子のムチャネルの脳内微細構造上の局在を明らかにし，カル機能，役割を分子生物学的，形態学的および生理学的方

シウムシグナルにより制御されている種々の生理現象の法を総合して解析する。特に，各レベルや各方法論のギ

分子基盤を明らかにする。4) 脳のシナプスやグルタミン

ャップを埋めることによって脳の機能の独創的な理解を

酸受容体局在の左右差とその生理的意義を探る。5) シナ

目指している。

プス－グリア複合環境の動的変化による情報伝達制御の具体的な研究テーマとしては，1) グルタミン酸受容体

メ カ ニ ズ ム を 明 ら か に す る 。 6) シ ナ プ ス 接 着 因 子

および GABA 受容体と各種チャネル分子の脳におけるNeuroligin/Neurexin の機能を明らかにし，これらを標的

電子顕微鏡的局在を定量的に解析し，脳機能との関係をとした自閉症モデル動物を確立する。

シナプスを取り巻く微細構造空間のシナプス伝達特性への影響
松井広，Timotheus Budisantoso，深澤有吾，重本隆一

脳内の情報処理は，細胞間を信号が次々と受け渡されは，グルタミン酸作動性シナプスが挙げられる。我々はる過程を通して進むと考えられている。伝達物質がどの

外側膝状体 (LGN) 中継細胞のグルタミン酸作動性シナように放出されるのかといったシナプス前性の要因，及プスに注目した。視覚情報は，網膜から大脳皮質に伝え

び，受容体がどのような伝達物質濃度に対して反応する

られる途中で，LGN を経由する。網膜神経節細胞と LGNのかといったシナプス後性の要因に関して，研究が進ん

中継細胞間のシナプスは，神経信号の単純な中継ぎをしでいる。しかし，薄い細胞間隙の複雑に入り組んだ迷宮ているわけではない。このシナプスでの顕著な短期性のを伝達物質が拡散し，細胞表面に発現している受容体が可塑的な変化は，視覚情報処理の一端を担っていると考次々と活性化する様子は，直接可視化されていない。こえられる。網膜神経節細胞はある程度の速い周波数で発の狭い空間に，脳における情報処理の本質の多くが詰ま火することがあるので，放出－応答連関は，発火毎の独っているわけであり，シナプス形態のわずかな違いや，立した事象ではなく，直前の履歴を引きずることになり，発現している分子の数・分布等のほんの少しの揺らぎに

シナプス伝達の短期可塑性の一部は，細胞間隙におけるよって，信号伝達特性が大きく変わることが予想される。

伝達物質の振る舞いに影響される可能性がある。我々は逆に，それぞれのシナプスの果たす生理的役割に従って，ラット急性脳スライス標本を作製し，この短期可塑性のこれらの構造が生体内で最適化されているとも考えられメカニズムを電気生理学的手法を用いて明らかにするこる。そこで，シナプスの微細構造が神経細胞間の信号伝とを目指した。また，超薄切片の電子顕微鏡像の三次元

達特性にどんな影響を与えるのか調べ，生理的機能を果

再構築や凍結割断レプリカ免疫標識法 (SDS-digested

たすのにどう役立っているのか明らかにすることを目的

freeze-fracture replica labeling, SDS-FRL) を用いて，このシとし，研究を行っている。

ナプスの微細環境を解析し，シナプス伝達に影響を与え

中枢神経系における主要な興奮性信号伝達機構としてる構造的要素（個々のシナプスの間の距離，AMPA 受容49

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

体の発現様式，シナプスに対するグリア細胞膜配置様式

ような研究を通して，伝達物質濃度推移の時空間特性を等）を明らかにした。これを元に，伝達物質の拡散およ

理解し，数ミクロン以内の狭い空間で，ミリ秒単位で制びシナプス後細胞に生じる応答をシミュレーションし，御される信号の受け渡し過程の全貌をつかむことを目指

電気生理学的に記録される応答と照らし合わせた。このしている。

小脳運動学習の記憶痕跡
王文，Wajeeha Aziz，足澤悦子，深澤有吾，重本隆一

ある種の運動の学習が行われる過程で小脳における，

割断レプリカ標識法によって明らかにした。また，5 日

平行線維－プルキンエ細胞シナプスの長期抑圧現象が関

間連続の一日一時間の学習によって引き起こされる長期

与することが知られている。しかし，実際に学習した動適応は，AMPA 受容体ではなく平行線維－プルキンエ細物において，このシナプスに存在する AMPA 受容体数や胞シナプス自体の減少を伴っていることを明らかにした。

シナプスの構造にどのような変化が起こるのかは知られこれらの結果は，脳内に短期的に刻まれる記憶の痕跡が，ていなかった。我々は，マウスの水平性視機性眼球運動

長期的に安定化されるに従って，構造的な変化へと変換をモデルとして一時間の学習で引き起こされる短期適応

されることを示している。さらにこの変換に関わる分子が，小脳片葉の平行線維－プルキンエ細胞シナプスにおメカニズムを解明することを目指している。

ける AMPA 受容体密度の減少を伴っていることを，凍結記憶・学習とグルタミン酸受容体の局在調節機構の役割
深澤有吾，重本隆一

神経細胞はシナプスを介して機能的に結合し，情報伝

誘導時の受容体局在を観察することで，記憶・学習現象

達することで，脳の情報処理機構を担い，また，その機と受容体局在との関連性や因果関係を明らかにすること変化が学習・記憶の細胞レベルの素過程であると考えらを目的としている。これまでに海馬歯状回シナプスの長れている。グルタミン酸を介したシナプス伝達は，脳内期増強現象誘導後にシナプス内 AMPA 受容体密度が一の主要な興奮性シナプス伝達であり，シナプス前細胞か過性に増加することを見出し，現在，その生理的な意義

ら放出されたグルタミン酸がシナプス後細胞のグルタミについて検討している。シナプスに発現する AMPA 受容ン酸受容体に結合することで，興奮が伝達される。従っ体密度変化が短期的な記憶痕跡であれば，AMPA 受容体て，シナプス後に発現するグルタミン酸受容体の種類や密度変化を可視化することで記憶形成領域を可視化でき

量，また，その分布が個々のシナプスでの伝達特性の調る可能性があるので，脳内の広範な領域で短期記憶痕跡

節に深く関与し，これらの変化が記憶形成に重要な役割をマップ化し，学習・記憶形成の場を明らかにできる可を持つと考えられる。本研究課題では，AMPA 型グルタ能性が有る。将来的にはシナプスの機能的変化と神経細ミン酸受容体を中心にグルタミン酸受容体の細胞膜上分胞のネットワーク活動との関連や，それがどのように記

布を凍結割断レプリカ標識法を用いて明らかにすると同憶形成に関与するのかについて明らかにしたいと考えて時に，学習時や実験的シナプス可塑性（長期増強現象）

いる。

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研究活動報告／大脳皮質機能研究系

海馬シナプスの左右差
Hassan Ahmed，川上良介，重本隆一
脳の機能的な左右差はヒトでよく知られているが，そが高いことを発見した。この非対称性の生理的意義を解の分子基盤はほとんど知られていない。我々は九州大学

明するために，左右の脳を分断したマウスで空間学習をの伊藤功助教授らとの共同研究により，マウスの海馬

調べたところ，右の海馬を用いた場合の方が，左の海馬

NMDA 受容体サブユニット NR2B が左右の海馬の対応すを用いた時に比べ，学習能力が高いことが明らかになっるシナプスで非対称に配置されていることを発見した。

た。また，空間学習の際に右の海馬歯状回顆粒細胞で優さらにシナプス形態や他のグルタミン酸受容体の左右差

位に c-fos 発現が認められることを見出した。現在，これを調べたところ，CA1 放射状層においては，右から入力

らの右脳優位性とシナプスやグルタミン酸受容体の局在を受けるシナプスが，左から入力を受けるシナプスに比

左右差との因果関係を解明するために，左右差に異常をべ，サイズが大きく mushroom type のスパインが多く，きたす各種の変異マウスの解析を行っている。

AMPA 型グルタミン酸受容体 GluR1 サブユニットの密度

Calyx of Held シナプス成熟過程における受容体とカルシウムチャネルの配置変化
釜澤尚美，松井広，重本隆一脳における情報処理が正常に機能するためには，シナ膜上にどのように分布しているのかを調べることで，伝プス伝達効率の最適化が必須である。聴覚系のシナプス

達物質放出を制御する重要な構造的基盤を解明できるとでは特に，数百 Hz 以上の速度で送られてくる信号を正考えられる。Calyx of Held においては P/Q 型のカルシウ確に伝達する機能が必要である。ラットでは，生後 3 週

ムチャネル（α1a

間で聴覚系の機能が完成するが，それまでの間にシナプしていることから，α1a の二次元分布を解析した結果，

スの成熟が迅速に行なわれる。我々は，聴覚伝導路に位

生後 1 週目では細胞膜に散在していたカルシウムチャネ

置する calyx of Held（前蝸牛核神経終末端）と MNTB（台ルが，生後 2 週目に開口放出部位に局在する様子が明ら形体核）主要神経細胞が形成する巨大シナプスの発達過かになった。シナプス前細胞におけるカルシウムチャネ程に着目し，シナプス後膜における受容体配置，および

ルの局在変化の過程は，シナプス後細胞における AMPA

シナプス前細胞における伝達物質放出部位の最適化の過受容体の凝集過程とよく一致しており，聴覚系における程を解析した。

正確で素早いシナプス伝達を実現するために，シナプス

Calyx of Held と MNTB 細胞体上に形成されるグルタミ
ン酸作動性シナプスを凍結割断レプリカ像で観察したとサブユニット）が主要な役割を果た

前後細胞が協調して構造のチューニングを行なっていると考えられる。

ころ AMPA 受容体に対する標識は，主要細胞の細胞体

今後は，calyx of Held におけるカルシウムイメージン

E-face 上に存在する膜内粒子 (IMP) のクラスターとそのグデータと照らし合わせることで，カルシウムチャネル

周辺に認められ，生後発達に伴って膜内粒子の凝集密度の局在と，チャネルを通してシナプス前細胞内に流入しは上昇し，AMPA 受容体のシナプス部位への集積が進む

たカルシウムイオン濃度の広がりとの関連を明らかにす様子が観察された。

るとともに，アクティブゾーン内でのシナプス小胞融合

伝達物質を含んだシナプス小胞の開口放出は，電位依存性カルシウムチャネルによって，精緻に制御されてい関連蛋白質とカルシウムチャネルの位置関係を解析していく予定である。

ることが知られている。これらのチャネルがシナプス前51

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

シナプス－グリア複合環境の動的変化による情報伝達制御
松井広

シナプス前終末部から放出された伝達物質は細胞外空グリア細胞のほうに向けて異所性のシナプス小胞放出が間を拡散し，その広がり方に従って，神経細胞間の情報あり，これがニューロン－グリア間の素早い情報伝達を伝達の特性は決定される (Matsui and von Gersdorff, 2006)。

担っていることを示してきた (Matsui and Jahr, 2006)。こ伝達物質の拡散を制御し，学習や記憶に重要とされるシの情報伝達によってグリア細胞の形態や機能が制御されナプス辺縁の受容体の活性化を制御できる格好の位置に，ている可能性を，二光子励起イメージングによって解析

グリア細胞が存在する。我々は，シナプス－グリア複合している (Matsui, 2006)。グリア細胞によるシナプスの包環境の動的変化が，伝達物質濃度の時空間特性にどう影囲率の相違が，シナプス伝達にどんな影響を与えるのか

響するのか調べている。これまで，シナプス前細胞からを，電気生理学・電子顕微鏡法も組み合わせて解明する。

シナプス接着因子 Neuroligin/Neurexin を標的とした自閉症モデル動物の評価・確立
江頭良明，原田春美，田渕克彦

Neuroligin/Neurexin は異なるファミリーに属する細胞は大脳皮質においては抑制性シナプス機能の増強を引き接着因子で，Neuroligin はシナプス後終末，Neurexin は起こすのに対し，海馬では興奮性シナプス機能の増強を

シナプス前終末に局在し，これらがカルシウム依存的に引き起こすという，脳の領域ごとに異なる効果を示すこ

結合することにより，シナプスの形成及び機能的成熟にとを見出した。さらなる詳細な電気生理学的解析により，寄与していると考えられている。近年，Neuroligin およ

大脳皮質では GABA 受容体機能，海馬では NMDA 受容

び Neurexin の遺伝子異常が自閉症患者から発見されたこ

体 2B サブユニットの機能亢進が見られることがわかっとから，これらの分子の機能異常が自閉症の原因と関係てきた。また自閉症患者から見つかった別の変異である

しているのではないかと考え，ヒトの自閉症患者から見R704C 変異（細胞内領域の 704 番目のアルギニンがシス

つかったこれらの変異を再現した遺伝子改変マウスを作

テインに置換された変異）を再現した Neuroligin-3 のノ成し，自閉症の病態と関連づけて解析を行っている。我々

ックインマウスでは，R451C マウスとは異なり，海馬には以前の研究で，Neuroligin-3 の細胞外のアセチルコリン

おいて AMPA 受容体機能の減弱が認められたが，GABA

エステラーゼ様ドメイン内の 451 番目のアルギニンをシ受容体機能に変化は見られなかった。今後，これらの受ステインに置換した変異は，マウスにおいても自閉症特容体の局在を電顕レベルで解析すると同時に，Neurexin

有の社会行動の異常と，空間学習記憶能力の増強を引きとの相互作用を含めた分子メカニズムについても解析し起こすことを見出している。現在進行中の研究として，ていく予定である。

このマウスのシナプス機能を調べたところ，R451C 変異

大脳神経回路論研究部門【概要】
大脳皮質は多くの領域から構成され，それらが機能分

複雑な情報処理をしているかは未だに大きな謎になって担をすることで知覚，運動，思考といった我々の知的活いる。この仕組みを知るためには，皮質内神経回路の構動を支えている。大脳皮質がどのようにしてこのような造と機能を明らかにする必要がある。新皮質回路を構成

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研究活動報告／大脳皮質機能研究系

するニューロンは形態的に極めて多様であることが知ら間のシナプス結合を電気生理学・形態学の技術を組み合れているが，この多様性を理解することが皮質機能の解

わせて調べている。皮質振動現象におけるニューロンタ

明には不可欠であると考えている。本部門では，皮質出イプの発火様式や，皮質外シナプス入力パターンの解析

力がどのように作られるという観点から，皮質局所回路も併せて行うことで，大脳システムでの前頭皮質局所回の構築原理を解明することを目標としている。そのため路の機能的役割を理解したいと考えている。本年度は主に，多様な皮質領域や皮質下構造に投射する前頭皮質をに，非錐体細胞の樹状突起内部構造と分枝様式，投射先構成する錐体細胞野，GABA 作働性介在細胞のニューロに依存した 5 層興奮性回路，交連性投射細胞の分化・シンタイプを，分子発現・生理的性質・軸索投射・樹状突

ナプス結合，セロトニンによる FS 細胞の活動修飾，一起形態など多方面から同定した上で，これらの神経細胞

酸化窒素合成酵素の発現特異性の解析を行った。

大脳皮質非錐体細胞の樹状突起内部における微小管分布
窪田芳之，苅部冬紀，畑田小百合，北啓子，川口泰雄

ラットの大脳新皮質の代表的な 4 種類の非錐体細胞の得し，樹状突起細胞骨格である微小管の分布を解析した。

樹状突起を，電子顕微鏡の連続超薄切片から 3 次元再構

微小管の本数と樹状突起の断面積は比例関係にある事が築し，形態を詳細に解析した。その結果，樹状突起の分わかった。さらに，樹状突起分岐部の微小管分布を解析

岐部分の前後でその形状を測定したところ，親樹状突起したところ，親樹状突起にある微小管は，2 つある娘樹の断面積は 2 つの娘樹状突起の断面積の和に等しいとい状突起のどちらかに入る事がわかった。従って，分岐部

う事がわかった。集束イオン・電子ビーム加工観察装置の前後にある微小管数は同じとなり，そのことが樹状突(FIB-SEM) を使って，大脳皮質組織の連続画像を自動取

起分岐部で断面積が保存される要因であると考えられる。

交連性投射ニューロンの皮質内結合回路
大塚岳，川口泰雄半球間の情報出力が大脳皮質内でどのように形成され2/3 層から 5 層 COM 細胞への共通入力確率を比較した結ているのかを理解するために，交連性投射細胞 (COM) を果，同じ 5 層サブタイプ間で共通入力が多く見られた。

逆行性蛍光トレーサーを用いて同定し，細胞の性質とシさらに，特定の 5 層 COM 細胞サブタイプでは，同側のナプス結合特異性について脳切片を用いて解析した。そ橋核に投射する細胞とのペアにおいても 2/3 層からの共の結果，5 層 COM 細胞は発火特性が 3 種類に分類され，通入力が多くみられた。以上から，COM 細胞は細胞サ

対側と同側の皮質領野への投射パタンに依存していた。

ブタイプに依存してサブネットワークを形成しており，また，細胞の形態にも違いがみられた。5 層 COM 細胞

対側の皮質に投射しない 5 層細胞への情報も中継して，間の結合は，同じ細胞サブタイプペアで多くみられた。

対側の皮質に出力していると考えられる。

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生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

投射先に依存した前頭皮質 5 層錐体細胞の結合特性
森島美絵子，川口泰雄

前頭皮質 5 層には投射先が異なる 2 種類の錐体細胞，

その要因は前終末からの放出確率の差と考えられた。

橋核投射細胞（CPn 細胞）と対側線条体投射細胞（CCS

CPn 細胞間と CCS 細胞間での結合確率には差が見られな細胞）がある。各投射タイプを逆行性蛍光標識法によりかったが，両方向性に結合するペアーは，CPn 細胞間で同定し 2 細胞同時ホールセル記録をすることで，シナプ

多く見つかった。軸索/樹状突起の空間分布解析から，

ス結合様式と伝達特性を結合タイプごとに比較した。

CPn 細胞ペアーの高い双方向結合性は選択的に作られてCCS 細胞間に比べ，CPn 細胞間のシナプス電流は有為にいることが示唆された。前頭皮質錐体細胞は皮質外投射

大きく，短期可塑性はより促通型であった。この短期可タイプに依存して選択的に結合し，シナプス伝達特性を

塑性の違いはシナプス前細胞のタイプに依存しており，特化させていると考えられる。

ラット前頭皮質局所電場電位と FS 細胞のセロトニンによる活動修飾
M. Victoria Puig (Massachusetts Institute of Technology)
牛丸弥香，川口泰雄

統合失調症などの精神疾患では，前頭皮質セロトニン

たのに対して，1A タイプの拮抗薬ではガンマ波の増強が系の異常が考えられている。これらの疾患では前頭皮質見られた。背側縫線核刺激によって一部の FS 細胞でみの同期活動変化も報告されているが，セロトニンの皮質られる抑制は 1A タイプの拮抗薬によって減少した。一振動系における役割はよくわかっていない。麻酔したラ方，1A タイプ拮抗薬によるガンマ振動増強に対応して，

ットで背側縫線核を電気刺激すると，徐波 UP の時間がこの振動と FS 細胞発火との同期が強くなることがみら

長くなり，強い刺激を与えると脱同期化した。新皮質のれた。徐波生成がセロトニン 2A 受容体に依存すること主要なセロトニン受容体である 2A タイプ拮抗薬の全身や，ガンマ振動がパルブアルブミン FS 細胞の 1A，2A的投与で，局所電場電位の徐波・ガンマ波ともに減弱し受容体を介して調節される可能性が明らかになった。

新皮質抑制性細胞における一酸化窒素合成酵素の発現特異性
川口泰雄，山口登

霊長類新皮質の一酸化窒素合成酵素 (NOS) 陽性細胞の結果，弱陽性 NOS 細胞はパルブアルブミン陽性細胞とには，発現強度が異なる二つのサブクラスがあることがアルフファアクチニン 2 陽性細胞の一部に属することが知られている。NOS の免疫組織化学で強く染色されるも分かった。パルブアルブミン細胞のうち，2/3 層で 5%，のは，ラットでもサルでもソマトスタチン/サブスタンス

5 層で 10%，6 層で 25%のものが NOS 陽性で，アルフフ

P 受容体陽性細胞であるが，発現が弱い NOS 細胞のアイァアクチニン 2 陽性細胞のうち，1 層で 25%，2/3 層でデンティティについてよく分かっていなかった。今回，35%，5 層で 20%，6 層で 30%のものが陽性であった。こ弱陽性 NOS 細胞と他の GABA 細胞の化学的サブタイプ

れらから，2/3 層から 6 層にあるニューログリアフォーとの関係を，多重蛍光免疫組織化学を用いて調べた。そム細胞の一部のものは，NOS 活性を持つと考えられる。

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研究活動報告／大脳皮質機能研究系

心理生理学研究部門【概要】
認知，記憶，思考，行動，情動などに関連する脳活動動の変化や発達および学習による新たな機能の獲得など，を中心に，ヒトを対象とした実験的研究をすすめている。

高次脳機能の可塑性（＝ヒト脳のやわらかさ）のメカニ

脳神経活動に伴う局所的な循環やエネルギー代謝の変化

ズムに迫ろうとしてきた。最近は，言語・非言語性のコをとらえる脳機能イメーシング（機能的 MRI）と，時間

ミュニケーションを含む人間の社会行動，なかんずく利分解能にすぐれた電気生理学的手法を統合的にもちいる

他行動の神経基盤とその発達過程に重点をおいて研究をことにより，高次脳機能を動的かつ大局的に理解するこ

進めている。特に，生理研地階に導入された 3 テスラとを目指す。特に，機能局在と機能連関のダイナミック

MRI 2 台を用いて，社会的相互作用時の 2 個体同時脳機な変化を画像化することにより，感覚脱失に伴う神経活能計測というユニークな研究を推進している。

二台の fMRI 同時計測による相互注視と共同注意の神経基盤 －健常人と高機能自閉症者の比較－
田邊宏樹，定藤規弘
小坂浩隆，和田有司，齋藤大輔，岡沢秀彦（福井大学・医学部精神医学・高エネルギー医学研究センター）
棟居俊夫（金沢大学・子どものこころ発達研究センター）

共同注意は自閉症の早期マーカーと目され，アイコン

した共同注意課題において脳活動，特に視覚野の活動がタクト（相互注視）は，その発達に重要な役割を果たす

低下していた。また残差時系列を用いた二者の脳時系列と考えられている。我々は二台の MRI 装置をもちいて，データの相関解析の結果でも，健常−健常ペアでみられ健常人と成人の高機能自閉症者 (ASD) を対象に，二個体た右下前頭回の高い相関は健常−ASD ではみられなかっの脳活動同時計測による共同注意と相互注視の神経基盤た。これらのことから，共同注意には視覚野の活動が，について検討を行った。課題はベースラインとして相互また相互注視には右下前頭回が重要な役割を果たしてい注視を行い，共同注意課題時に視線の交換等を行うもの

ると考えられた。

であった。解析の結果，ASD では相手の目を手がかりに触覚が惹起する不快さの心理物理学的特性
北田亮，定藤規弘，Susan J. Lederman (Queen's University)

ヒトは物に触れると粗さのような弁別的な特性だけですことが明らかになった。この結果は表面の要素同士のなく，快・不快といった情動を経験する。しかし弁別的距離が不快さと粗さに同様な影響を与えていることを示

な知覚に比べ，情動的な触覚に関する心理物理学的特性している。しかしその一方で不快強度関数は，粗さ強度は不明な点が多い。そこで本研究では粗さ知覚の研究で関数に比べて，点状表面と指の接触速度の変化に対して標準的に使われる実験設定を用いて，不快さの知覚を変より敏感に変化した。この結果は，粗さ知覚には速度に化させる物理的要因を調べた。その結果，不快強度は粗対する恒常性があるが，外界の状態を忠実に反映する必さ強度と同様に，物体表面上の要素同士の距離が広がる

要のない内的な感覚である不快さには，粗さほど恒常性につれて増加し，お互いの知覚強度関数は強い相関を示が備わっていないことを示唆している。

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生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

経頭蓋直流電気刺激による脳卒中片麻痺患者の下肢運動機能の改善
田中悟志，定藤規弘

頭蓋の外に置いた電極から微弱な電流によって電極直が一時的に向上することが二重盲検法を使った実験にお下の神経細胞を刺激する経頭蓋直流電気刺激は，ヒトのいて示された。この結果は，大脳への電気刺激を機能訓

脳活動を安全に修飾することのできる手法として基礎研

練と組み合わせることで脳卒中後のリハビリテーション

究や臨床応用に注目が集まっている。今回，慢性期の脳効果を増強することの出来る可能性を示唆するものであ

卒中片麻痺患者において，下肢の一次運動野をターゲッる。

トとして電気刺激を与えることで麻痺のある下肢の筋力

援助行動の動因に関する神経基盤
川道拓東，田邊宏樹，高橋陽香，定藤規弘

援助行動は，ヒトの社会的紐帯を醸成し，高度な社会パートナーのいずれか一人が，パスを送ってもらえないを形成するために重要である。援助行動は，共感に起因（排斥された）状況を実験的操作により作り出した。排斥する心理的な痛みを低減するために生起するという説と，された人へのパスは増加し（援助行動），援助をすること行動に伴う満足感（温情効果：warm glow effect）が報酬で報酬系の一部分である線条体が有意に賦活した。このとなって生起するという説があり，後者が有力である。

ことから，援助行動の動因たる温情は，援助行動に伴う

しかし，温情がどのように発生するかは知られていない。

報酬系の賦活として捉えられると考えられた。さらにこ

我々は，温情は，共感を介して援助行動の報酬として予の線条体の活動は，排斥された者がパートナーの場合に測されるという仮説をたて，二台の MRI をもちいた社会

は情動性共感と，他者の場合には認知性共感 (perspective的相互作用時の 2 個体同時脳機能計測によって検証を行

taking) と相関した。このことから，温情は，共感を介しった。恋愛関係にある被験者 2 人が他の 2 人とボールをて予期される他者のポジティブな感情であることが示唆

バーチャルにパスし合うタスクを課し，他人あるいはされた。

動作表象を担う脳内ネットワーク
佐々木章宏，河内山隆紀（国際電気通信技術研究所），杉浦元亮（東北大学），田邊宏樹，定藤規弘

動作表象とは，動作をどのように行うかという行動のを見ながら球回転の運動を行う，または動画観察のみを処し方を指す。動作表象は動作の観察，遂行のどちらでする課題を行った。動作遂行と他者動作の観察に共通しも生じることが示唆されている。本研究では動作観察，て下頭頂小葉 (IPL) と頭頂間溝前方部 (aIPS) が有意に賦動作遂行のいずれでも賦活する後部頭頂葉を介した運動活した。さらに領域間結合解析から動作遂行時には運動

前野 (PMv) への結合が逆モデルとして機能し，後部上側

関連領域間と IPL から pSTS への結合，動作観察時には

頭溝 (pSTS) への結合が順モデルとして機能することで感覚関連領域間と aIPS と IPL から PMv への結合が増強

動作が表象されると予測し，fMRI により検証した。被験することが示された。これらの結果は本研究の予測を支者は他者による球の回転，または球が自動回転する動画

持した。

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研究活動報告／大脳皮質機能研究系

表情の相互模倣の神経基盤
岡本悠子，北田亮，高橋陽香，八幡憲明（東京大学），吉田優美子

河内山隆紀（国際電気通信基礎技術研究所），田邊宏樹，定藤規弘

相互模倣（模倣・被模倣）は乳児期の重要なコミュニ

かわる神経基盤を検討した。被験者は表情表出を行い，ケーション手段であり，相互模倣時には自他の動作の同同様のビデオを観察した。1) 動作の同一性及び，2) 自己一性を検出する必要がある。手を用いた相互模倣の研究と他者の動作順序を操作し，2 x 2 の実験計画を作成した。

では，自他の動作が同じ時に自他の動作が異なるときにその結果，不一致条件と比較し一致条件で両側の EBA

比べ，Extrastriate body area (EBA) の活動が高いことから，が強く活動した。この結果は，表情の相互模倣時に自己EBA の自他の動作の同一性の検出への関与が示唆されの表情と他者の表情にかかわる情報が EBA 内で統合さた。しかし，表情の相互模倣時に同様に EBA が関与する

れ，両者の同一性の検出に関与する可能性を示唆するもかは明らかになっていない。そこで，我々は fMRI を用のである。

い，表情の相互模倣時の自他の表情の同一性の検出にか予告効果における前補足運動野を中心としたネットワーク：機能的 MRI 研究吉田優美子，田邊宏樹，林正道，河内山隆紀（国際電気通信技術研究所），定藤規弘

課題を行う際，ターゲットを提示する直前に予告刺激

小葉，前補足運動野，右運動前野，左小脳が予告刺激のを提示すると，反応時間が早まることが知られている（予際に賦活することが明らかとなった。さらに，Dynamic

告効果）。先行研究から，予告効果は注意の警戒状態を引Causal model による解析で，前補足運動野から運動準備

き起こし，運動処理を増進することが明らかにされていおよび時間注意関連領域への結合が予告刺激によって強る一方で，ターゲットが現れるまでの時間予測を行って化されることが明らかとなった。以上より，予告効果にいることが示唆されている。そこで，機能的 MRI を用いは運動準備と時間予測が関わっており，前補足運動野がて，予告刺激と Go/NoGo 課題を組み合わせて実験を行っ両者に対して重要な役割を担っていることが示唆された。

た。この結果，両側側頭－頭頂部接合部 (TPJ)，右上頭頂口頭反復による外国語語彙学習促進に関与する神経基盤
牧田快，山崎未花（福井大学），田邊宏樹

横川博一（神戸大学），吉田晴世（大阪教育大学），定藤規弘

口頭反復は外国語習得，特に単語習得において重要で起（長期記憶から

音韻ループへ）の双方に関与する，あり，作業記憶の 1 つである音韻ループの寄与が示唆さという仮説の元，外国語単語学習時の音韻ループの関与れている。Baddeley のモデルによると，音韻ループによを fMRI を用いて検討した。音声単語と線画オブジェク

り短期間保持される音韻痕跡が視覚オブジェクトと対応

トの対応を記憶する課題を遂行する際に音声を口頭反復付けられ，この対応が長期記憶へ移行すると考えられてする（音韻ループ介在）条件と，数字を発声する（音韻いるが，その神経基盤は，明らかでない。移行に関連す

ループ抑制）条件を設定した。記銘学習が進むにつれてる領域は，記銘（音韻ループ

音韻ループ介在時特異的に脳賦活程度の減弱から長期記憶へ）と想57

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）(psychological priming effect) が見られたのは，両側の紡錘ェクトの対応づけに関係していると考えられた。さらに，状回，右小脳であった。これら対応付け学習に関連する

その活動は音声単語想起の時にのみ，成績依存的であっ領域の中で，単語あるいはオブジェクト想起時に活動したことから，右小脳が音韻系列痕跡の形成にかかわってたのは，右小脳であったことから，右小脳は，音韻ルーいることが示唆された。

プにより形成保持される音韻系列痕跡と，視覚的オブジ

手続き運動技能の定着への社会的称賛の効果の検討
菅原翔，田中悟志，岡崎俊太郎，渡邊克巳（東京大学・先端科学技術研究センター），定藤規弘「褒めて伸ばす」という言葉をよく聞くが，その射程はなしで呈示されるのみの群であった。翌日に再度実験室

不明瞭である。本研究では，「褒められること」によりを訪れた参加者は，前日学習した運動系列を再度遂行す

手続き運動技能の定着が促進されるかを実験的に検討しるよう求められた。結果として，自己称賛群の成績の向た。参加者は Sequential Finger Tapping task (Walker et al.,

上率は，他の 2 群に比べて有意に高いことが示された。

2002) を行った後，成績のフィードバックの異なる 3 群

一方で，新奇な運動系列の成績では 3 群間に有意な差はに分けられた。自己称賛群は参加者自身の成績について認められなかった。これらの結果から，「褒められるこ称賛が与えられる映像を観察する群，他者称賛群は自己と」によって手続き運動技能の定着が促進される可能性

称賛群と同一の映像を，別の参加者の成績に対するものが示唆される。

として観察する群，非称賛群は参加者自身の成績が称賛

外国語情報処理の自動化に関与する神経基盤の解明
島田浩二，牧田快，山﨑未花，田邊宏樹，定藤規弘

吉田晴世（大阪教育大学・教育学研究科）
横川博一（神戸大学・国際コミュニケーションセンター）

外国語習得の目標は，母語のように運用できるように

低，中，高の順序でより低い活動を示した。また，文章なること，つまり処理の自動化であると思われる。本研を聞いて再構築する文章要約課題では，左下前頭回の腹究では，外国語処理の自動化に関与する神経基盤を明ら

側部の活動に群間差が認められ，低群が他の 2 群に比べかにするため，機能的 MRI 実験を行った。実験では，事てより低い活動を示した。個人間の脳活動の変動を詳細

前の英語運用テストの成績に応じて参加者を 3 群（低，に分析すると，成績に応じて線形増加するのではなく逆中，高）に区分し，英語運用テスト（課題）中の脳活動

U 字型の活動の変化が認められた。これらの結果は，左を計測した。3 つの語句を文の形に並び替える文構築課

下前頭回が外国語処理の自動化に重要な役割を担ってい

題では，左下前頭回の背側部の活動に群間差が認められ，ることを示唆する。

58

研究活動報告／発達生理学研究系

発達生理学研究系
認知行動発達機構研究部門【概要】
2010 年は，脳科学研究戦略推進プログラムでの研究がェースに関する研究では，麻酔下ラットのバレル皮質や加速した。課題 C「独創性の高いモデル動物の開発」に

覚醒サルの一次運動野において，皮質表面の多チャンネ

ついては，光感受性の塩素イオンポンプであるハロロド

ルの皮質脳波 (ECoG) から深部の局所電場電位をスパー

プシンをウィルスベクターを用いて視神経に取り込ませ，

ス線形回帰法によって推定する手法を確立できた。また，

中脳上丘でレーザー光を照射することで網膜－上丘投射

同じくスパース線形回帰法を用いてサルの頚髄の後根神を選択的に遮断する方法，さらにマカクザルの一次運動

経節細胞のマルチニューロン記録から腕の軌道を推定す

野手指領域に発現させ，細胞活動を光によって制御するることにも成功した。また，西村幸男氏がさきがけ研究ことに成功した。また，2 種類のウィルスの 2 重感染法員として研究室に合流し，人工神経接続によるブレイン

による経路選択的，可逆的神経伝達遮断法によるサルのマシンインタフェースの研究を行う実験室を立ち上げた。

行動制御に成功した。一方ブレインマシンインターフ

盲視サルにおける視覚的注意
吉田正俊，高浦加奈（玉川大学），加藤利佳子，池田琢朗，伊佐正

マカクザルの第一次視覚野 (V1) を除去して作成した眼球運動と計算論的モデルによる予測とを比較した結果，

盲視動物モデルを用いて，視覚刺激に基づいた注意の誘V1 損傷後でも脳損傷によって影響を受けた視野内の視因が自然な状況においてはどの程度見られるかを解明し覚刺激によって注意が誘引されることを見いだした。方た。盲視モデル動物がディスプレイに映し出されたムー位に基づいた視覚性注意がほぼ見られなくなっていたが，ビークリップを受動的に観察している間の眼球運動を記

これは V1 が方位の処理に関わっているという事実と整録した。ムービークリップの刺激のうちでどの部分が注合的である。以上のことから，少なくとも一部の視覚注

意を誘引するかを予測する計算理論的モデルを構築した

意マップは V1 以外の脳領域に存在していると結論づけ（南カリフォルニア大学の Laurent Itti 博士との共同研究）。

た。

光遺伝学的手法を用いたサルの精密把持運動の制御
木下正治，伊佐Natronomonas pharaonis 由来の halorhodopsin (NpHR)−

は黄色光により活性化され細胞内に陰イオン (Cl ) を輸

正

害することにより生じると予想される，短期的な適応について調べることを目指している。

送する。近年，遺伝子導入により NpHR を発現させたニ

アデノ随伴ウイルスを用いてマカクザル大脳皮質一次ューロンに光照射することで，スパイク活動を抑制でき

運動野 (M1) のニューロンに改変型 NpHR を導入した。

1

る過分極応答を起こすことが報告された 。
我々はサルの手指精密把持運動をミリ秒オーダーで阻

金属電極と光ファイバーを貼りあわせた optorode を用いて M1 ニューロン活動を記録しつつ光照射を行った。そ59

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）の結果運動に関連した M1 スパイク活動を抑制することができた。

ンへの光照射による運動への効果を調べる。
1. Zhang et al, 2007, Nature 446, 633-639

今後サルに精密把持運動課題を行わせ，M1 ニューロ

遺伝子導入による経路選択的伝達遮断法を用いたサル脊髄固有ニューロン機能の解析
木下正治，伊佐正

マカクザルには大脳皮質一次運動野から脊髄運動ニより開発された高頻度逆行性レンチウイルスベクターなューロンへの経路として直接経路と頸髄中部に存在する

どを用い，経路選択的な遺伝子発現を可能とする 2 重感

脊髄介在ニューロン (PNs) を介した間接経路の少なくと染法を開発した。マカクザルの PNs 選択的に改変型テタ

も 2 つが存在する。従来は進化的に新しい直接経路が手

ヌストキシンを任意のタイミングで発現させ PNs の信号の巧緻運動に本質的な役割を果たしていると考えられて伝達を遮断することに成功した。PNs の遮断により手のきた。

巧緻運動に障害が現れることを明らかにした。この結果

我々は手の巧緻運動における PNs の役割を明らかにするため，京都大学のグループにより開発された高性能

は PNs が手の巧緻運動に重要な役割を果たしていることを示唆する。

Tet-ON システムおよび福島県立医科大学のグループにCompetitive interaction between two signals in the superficial layer of superior colliculus
Penphimon Phongphanphanee, Tadashi Isa
The superior colliculus (SC), a sensory-motor hub locatedsignals to SC. When the medium levels (90-120µA) ofin the midbrain, plays a causal role in the target selection

stimulus intensities were equally applied to the electrodes atprocess of saccades to the most salient object. We havethe local and distant locations, the integrated area of PSPs

examined the lateral interactions in the local circuit of the SC(Post-synaptic potentials) indicated that results of two stimuli

with new in vitro preparation, the mouse SC horizontal slice,

were not significantly different from the linear summation ofin which the lateral connections and the topographic maps are

two single stimuli. However, a strong remote stimulus could

preserved. Stimulations were applied at systematically varied

overcome a weak nearby stimulus, when two stimuli withlocations by using the 64-channel multielectrode system andgreat difference in intensity were used. In this case, thethe non-GABAergic neurons were recorded by the whole-cellstronger stimulus became the winner, and could completely

patch-clamp. Two types of slices, consisting of different

inhibit the other stimuli. When the interaction between twolayers of the SC, were tested, superficial-layer slice andstimuli was tested in the intermediate-layer slices, onlyintermediate-layer slice. In our previous study, nearby

excitatory response was found. As expected, the two stimuli

excitation and remote inhibition were found in the superficial

showed just summation in their effects. The new findings oflayer, but not in the intermediate layer. Then, we selected

this study support our hypothesis that inputs to the superficial

various two electrodes along the same axis of horizontal

layer of SC compete with each other in a winner-take-allsuperficial-layer slices to simultaneously activate the recorded

manner, while those in the intermediate layer showneurons in order to clarify the competitive interaction of input

summation.

60

研究活動報告／発達生理学研究系

運動機能回復を支えるモチベーションの神経基盤
西村幸男，尾上浩隆（理化学研究所），伊佐正

脊髄損傷・脳卒中後にうつ症状を呈する患者は少なく価した。これまで，頚髄レベルでの脊髄損傷モデルサル

なく，それが，運動機能回復を妨げている。また，患者は損傷後約 1 ヶ月で手の巧緻運動が回復することを報告を褒めることが機能回復に貢献していることも近年報告してきた。一方，側坐核を損傷したサルでは脊髄損傷後されている。そこで，運動機能回復を支えるモチベーシ

2 ヶ月経過しても，機能回復が見られなかった。

ョンの神経メカニズムについて検討した。モチベーショ

このことは，神経損傷後の運動機能回復に，側坐核をンの制御に関与していると考えられてる側坐核をイボテ介した大脳辺縁系によるモチベーションの制御が運動機

ン酸により破壊した 3 頭のサルに対して，頚髄で脊髄損能回復に貢献していることを示唆している。

傷をし，損傷の前後で手の巧緻運動の機能回復過程を評

人工神経接続による運動機能・体性感覚機能の再建
西村幸男

筋電図や脳活動のような生体信号を記録し，その信号を介した，随意制御可能な自分の神経活動を用い，自分に神経機能代替装置による単純な変換を施したものを電自身を“制御し”，“感じる”ことのできる Brain computer

気刺激として生体に戻すことによって，人工的な神経接interface (BCI) の実現を目指している。本年度は，人工神続を形成し，生体がそれに如何に適応するのか，また，経接続に有効な生体信号から電気刺激への信号変換する

それが神経病態モデルにおける神経機能代替技術としてためのアルゴリズムを開発した。

有効か検討する。すなわち，いわば“人工的な神経細胞”

サル一次運動野における皮質脳波による運動関連皮質内神経活動の推定
渡辺秀典，佐藤雅昭 (ATR)，鈴木隆文（東京大学）
川人光男 (ATR)，西村幸男，南部

篤，伊佐

正

サル到達把持運動時の ECoG から皮質内 LFP 信号を推LFP は運 動に 関連する ベー タ (10-35Hz) と高ガン マ

定し，周波数解析により評価した。運動軌跡はモーショ(110-140Hz) 帯域の信号をよく再現することを周波数解析

ンキャプチャによって検出し，同時に対側第一運動野かは示した (depth 0.2mm, rβ = 0.83+/−0.02, rγ = 0.51+/−0.05)。

ら 32 極 ECoG と 64 極 LFP を同時記録した。Sparse linear

LFP 推定に対する過去 1 秒間の ECoG 信号の貢献は推定

regression 法によって推定された LFP は実際の LFP に対LFP の深度の増加と有意に比例することを明らかにした。

して高い相関を得た (depth 0.2mm, r = 0.71+/−0.02)。推定61

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）“Blindsight：盲視”に寄与する視覚情報経路の同定
加藤利佳子，高浦加奈（玉川大学），池田琢朗，吉田正俊，伊佐正

第一次視覚野 (V1) に損傷のある患者の中には，損傷される経路を明らかにするため，上丘浅層からの投射が知れた視野に提示された視覚対象に対し，その対象を見えられる視床枕および LGN の V1 損傷後のニューロン活動

るという認識がないにも関わらず，強制されると眼を向および活動抑制効果を調べる予定である。現在までに健けたり手を伸ばしたりといった定位行動が可能な事例が常のサルにおいて，上丘への電気刺激により視床枕のあり，この現象は，「盲視」として知られている。我々は，inferior.Pul および lateral.Pul の腹側で短潜時の LFP を観V1 損傷後の定位行動における網膜視蓋経路の重要性を，察し，その直接投射を確認した。V1 損傷後の視覚経路のV1 損傷サルの上丘浅層の活動抑制効果を調べることで同定は，視覚認識の解明にも重要な情報を提示出来ると明らかにした。次に，その視覚情報が運動指令に変換さ考える。

幼若時片側除皮質ラットにおける上行性神経回路の解析
梅田達也，ORAPHAN WANAKHACHORNKRAI，伊佐正

幼若時片側除皮質ラットでは，成熟時において対側上束核にのみ軸索が確認された。同側の延髄楔状束核に順肢の運動機能に異常が少ない。その代償機構の解明のた

行性トレーサーBDA を導入した結果，通常と同様の対側め，解剖学的・電気生理学的手法を用いて，幼若時片側の視床に加え，同側への軸索投射が確認された。以上の

除皮質ラットにおける上行性神経回路を解剖学的手法を

結果は，幼弱時片側除皮質ラットにおいて延髄楔状束核用いて調べた。損傷と対側後根神経節に順行性トレーから視床に至る経路では，再編成が生じる事を示唆してサーBDA を導入した結果，通常と同様に同側の延髄楔状いる。

感覚フィードバック型 BMI の実現
梅田達也，伊佐正

電気刺激を後根神経節 (DRG) に与える事で，感覚フャプチャーシステムで取得した。14 個のユニット活動をィードバックとなる人工的な感覚を誘発させる事を計画

スパイクソーティングにより抽出し，そのうち多くが受している。これまで，主に麻酔下サルの神経活動を記録

動運動に応じることが明らかとなった。ATR 脳情報研究する実験を行ったが，今回，覚醒下のサルからの DRG

所開発のアルゴリズム (sparse linear regression) を応用し記録を行った。

て手/腕の運動軌跡を DRG ニューロン集団の発火パター

2 つのマルチ電極アレイをサルの C7/8 の DRG に挿入

ンから高い確度で算出する事ができた。更に，運動軌跡

し，自発的な到達運動におけるニューロン応答を記録し情報から DRG ニューロンの発火パターンを算出する事た。同時に，手/腕運動の立体運動軌跡をモーション・キ

もできた。

62

研究活動報告／発達生理学研究系

生体恒常機能発達機構研究部門【概要】
当部門は，発達および障害回復の過程で一旦形成され現在，神経回路の微細構造の長期変化の観察を試みていた機能的神経回路に起こる再編成のメカニズムを回路レる。2) 細胞内イオン環境の変化による GABA の興奮性ベルで解明することを主な目標に研究をしている。そのから抑制性へのスイッチとその制御機構について細胞内ため，3 つのサブテーマについて研究を進めている。1) 神Cl イオンくみ出し分子 KCC2 の機能制御を中心に，神経

経回路の可塑的変化を生体で観察するため，フェムト秒

栄養因子，環境/回路活動による制御を検討している。3)

パスルレーザーを用いた多光子励起法を利用して，マウ

発達期における再編のメカニズムとして，シナプスレベ

ス大脳皮質細胞やシナプスの可視化技術の確立および技

ルにおいて，GABA とグリシン間の伝達物質のスイッチ

術向上をおこなった。その結果，マウス大脳皮質全層にングのメカニズムを観察している。人事として，本年 4おける神経細胞・グリア細胞およびその微細構造を可視

月に加藤剛氏が助教として，石川達也氏がが総研大 5 年

化することが可能となった。これらの技術を利用して，一貫制後期 3 年次大学院生として加わった。

In Vivo 多光子顕微鏡を用いた大脳皮質神経細胞の微細構造の可視化
加藤剛，Kim Sun Kwang，江藤圭，宮本愛喜子，石川達也，鍋倉淳一

神経回路の発達および脳障害の回復期における神経回構造を観察することが可能となった。また，未熟期動物

路の可塑性の研究を遂行するにあたり，究極的に生体でにおけるイメージング行うため，幼若マウス頭蓋骨に装の観察が不可欠である。そこで生体における神経回路の着する観察システムを開発し，出生直後のマウスの大脳可視化のため，超短パルスレーザーによる多光子励起法

皮質イメージングを行うことが可能となった。これらをを神経細胞に蛍光蛋白が発現している遺伝子改変動物に用いて 1) ミクログリアとシナプス構造の監視機構，2)

適用し，大脳皮質微細構造の可視化を行った。適切な光新生マウスにおける大脳皮質 GABA ニューロンの細胞路の構築・調整や，頭蓋骨に適用する特殊アダプターの移動，3) 虚血動物におけるシナプスリモデリングを中心開発などを行い，マウスにおいて大脳皮質表面から 1 ミに観察を行っている。さらに，生体 2 光子励起観察法を

リの深部まで観察可能な技術を開発し，大脳皮質錐体細用いて 5 件の共同研究を行った。

胞を全層にわたり，樹状突起，棘突起，軸索などの微細幼若期大脳皮質における GABA ニューロンの移動とそのメカニズムの解明
稲田浩之，鍋倉淳一

神経回路形成の機構を理解するには，まず生体内にお拘束装置の開発，2) 血流の停止および細胞への障害を防ける現象の正確な記述が必要である。しかしながら，成ぐために観察領域の温度を一定に保つ事を目的とした温体哺乳類を用いた 2 光子イメージング法は多数報告され

水灌流装置の開発である。

ているのに対し，発達期の哺乳類を用いた例はほとんど

この固定法を，大脳皮質 GABA ニューロンで特異的に報告がない。そこでまず幼若期マウス（生後 0-3 日齢）

蛍光タンパク質が発現する VGAT-Venus トランスジェニの頭部固定法の開発を行った。具体的には，1) 心拍と呼ックマウスに適用し大脳皮質辺縁帯のタイムラプスイ

吸による揺れを軽減するために 4 方向から頭部を抑える

メージングを行い，細胞の移動過程を観察した。その結63

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

果，各方向に移動する細胞数の割合は同程度であること，は移動細胞は脱分極して，移動速度を促進していること

各方向に移動する細胞集団間で移動速度は同程度であるを 2 光子励起顕微鏡や電気生理学的手法を持ちて明らか

こと，移動細胞は細胞内 C1 濃度が高く，細胞外 GABAにした。

In Vivo 多光子顕微鏡を用いたミクログリアによる大脳皮質神経回路再編機構の解析
宮本愛喜子，江藤圭，加藤剛，鍋倉淳一近年マイクログリアが大脳皮質興奮性シナプスの可塑

いる Iba-1 eGFP マウスに適応することで，同一励起波長的変化において重要な役割を果たしている可能性が明ら

で錐体細胞及びマイクログリア細胞を個別に蛍光標識しかとなってきたが，この様なマイクログリアのシナプスた。このような 2 光子励起による特性の一つである同一

介入は神経活動や経験依存的であることが示唆されてい励起波長による多重染色性を生かした観察により，今後る。そこで，まず回路形成の臨界期前後におけるマイク

マイクログリアのシナプス介入における詳細な解析が出

ログリアの挙動様式を観察する目的にて，幼若期の大脳来る事が期待される。また電気生理学的手法及び 2 光子

皮質 2/3 層錐体細胞とマイクログリア細胞の 2 光子顕微顕微鏡法を用い，成体マウス大脳皮質錐体細胞の蛍光標鏡法による同時可視化を試みた。胎仔マウスの錐体細胞

識及び電流注入による活動電位の励起を施行し，神経活前駆細胞に対し in utero electroporation 法を用いて Ds red

動依存性のマイクログリア細胞の挙動変化の解析も進行

蛍光蛋白質を幼若期より恒久的に発現させることに成功中である。

した。本手法をマイクログリア細胞が GFP で標識されてIn Vivo 多光子顕微鏡を用いた慢性疼痛形成期における大脳皮質体性感覚野神経回路再編
金

善光，江藤

圭，鍋倉淳一慢性疼痛時における大脳皮質神経回路の再編機構を 2が観察された。また，慢性炎症性疼痛時には，大脳皮質

光子顕微鏡や電気生理学的アプローチを駆使して行った。

感覚野細胞の活動の増強が観察された。これに伴い，疼

末梢感覚神経の部分傷害後に末梢感覚神経の過剰活動と痛 の emotional center で あ る 前 部 帯 状 皮 質 (Anterior

痛覚過敏が持続する。痛覚過敏形成時には，大脳皮質錐Cingulate Cortex，ACC) の活動が増強するが，体性感覚

体細胞のシナプスの盛んな再編がおこり，その後ターン

野の活動を薬理学的に抑制すると痛覚過敏の行動は抑制

オーバー率は傷害前の値に戻る。しかし，感覚過敏は長された。これらから，慢性疼痛時における大脳皮質感覚期にわたり持続する。その場合，傷害前に新生したシナ

野における回路再編が慢性疼痛発症の一因である可能性

プスの消失，傷害後に新生したシナプスの大きさの増大が示唆される。

細胞内 Cl− 制御機構 KCC2 による GABA の興奮－抑制スイッチ制御の分子機構の解明
渡部美穂，鍋倉淳一

未熟期および虚血や傷害後早期に GABA は興奮性伝に内蔵するチャネルを流れる Cl−イオンの向きによって達物質としての作用を獲得する。これは GABAA 受容体

決定されるため，細胞内 Cl−イオン濃度によって GABA

64

研究活動報告／発達生理学研究系

は興奮性/抑制性が決定される。この細胞内 Cl−イオン濃+−GABA 作用は短時間で脱分極作用へスイッチすることが度は神経細胞特異的に発現する K -Cl トランスポーター判明した。細胞内制御分子の探索を行なっている。現在，である KCC2 によって主に決定されている。発達期や再ドキシサイクリンにより KCC2 発現をコントロール可能

生期における KCC2 の発現，およびその機構を検討してな tetO マウスを作成し，成熟期においても GABA が興いる。KCC2 の発現制御に関して，障害により，KCC2

奮性作用をしめす GnRh ニューロンに KCC2 を強制発現の脱リン酸化と内在化，その後の蛋白発現の消失によりさせることにより，排卵の制御を検討している。

伝達物質のスイッチングのメカニズムと細胞応答
山口純弥，中畑義久，石橋仁，鍋倉淳一

我々はラットおよびマウス聴覚中継路核である外側上部からグリシンを放出させることによって，その受容体

オリーブ核に内側台形体核から入力する伝達物質自体がが機能的に働いていることも明らかとなっていたので，未熟期の GABA から成熟期のグリシンに単一終末部内

海馬ニューロンにおいて，シナプス前細胞内にグリシンで発達変化することを報告した。この伝達物質のスイッを添加して GABA からグリシンへのスイッチングを検

チングは脊髄など他の中枢神経系の部位でも報告されて討した。その結果，どちらの伝達物質がシナプス小胞内いるが，単一神経終末部から GABA とグリシンのどちらに取り込まれるかは，細胞質における伝達物質の濃度にが放出されるかなど，その制御機構は十分には明らかに依存するが，GABA がよりシナプス小胞に取り込まれやなっていなかった。本研究課題では，脊髄および海馬のすいことがわかった。一方，シナプス伝達にはシナプス

培養ニューロンを用いて，GABA およびグリシンを放出直下に存在する受容体も重要であるが，グリシン受容体する機構を解明することを目的としている。本年度は，拮抗薬のストリキニーネ存在下でニューロンを培養する

神経回路活動が上昇すると，共放出シナプスにおけると，シナプス直下のグリシン受容体が著明に減少したこ

GABA 放出量が増加するが，グリシン放出は減少することから，シナプス前神経終末部からの伝達物質の放出自とが明らかとなり，両伝達物質の放出が神経回路活動に体がシナプス後膜の受容体の集合に重要であることが示

依存して変化することが示唆された。また，通常ではグ唆された。現在，これらの現象のメカニズムや生理的意

リシン伝達が行われていない海馬においても，シナプス

義について検討を進めている。

後膜にはグリシン受容体が存在し，シナプス前神経終末

発達期の聴覚中継路におけるモノアミンの神経回路機能に対する役割の解明
平尾顕三，石橋仁，鍋倉淳一

音源定位に関連する聴覚中継路核である外側上オリーている。ここで我々はさらに，代表的なモノアミンであブ核において，神経回路の発達に，聴機能開始前では蝸

るノルアドレナリンが，聴機能獲得前に興奮性と抑制性

牛での自発的神経活動に伴うシグナル入力が，聴機能獲

入力の両方を調節している可能性を見出した。ノルアド

得後は音信号によって誘発されるシグナル入力が必要でレナリンは幼若マウスの内側蝸牛核から外側上オリーブあることが知られている。以前の我々の研究から，興奮核へのグルタミン酸作動性終末のアルファ 2 受容体を介性神経伝達物質であるグルタミン酸と抑制性神経伝達物

し，伝達を抑制すること。その抑制は発達に従い減弱す質である GABA が，それぞれ代謝型グルタミン酸受容体

ること。ノルアドレナリン細胞毒である DSP4 を投与す

および GABAB 受容体を介して，発達期の外側上オリー

ると，同入力本数の発達除去が阻害差入れることが判明

ブ核へのシグナル入力を調節している可能性が示唆され

した。

65

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

生殖・内分泌系発達機構研究部門【概要】
本研究部門は，視床下部による摂食行動の調節と末梢エネルギー代謝の調節機構を分子レベルで解明し，その組織における代謝調節機構の解明を目指して研究を行っ

分子機構を通して生活習慣病など様々な疾患の原因・治ている。視床下部は，摂食行動（エネルギー摂取）とエ療法を明らかにしたいと考えている。本年度実施した主ネルギー消費機構（栄養代謝）を巧みに調節することにたる研究課題は次の通りである。1) レプチンによる糖代

よって生体エネルギーを一定に保つ重要な働きを担う。

謝 調 節 機 構 の 解 明 ， 2) 新 規 肝 臓 分 泌 タ ン パ ク 質しかし，近年，この調節機構の異常が肥満，糖尿病，高Selenoprotein P によるインスリン抵抗性発現機構，3) マ

血圧など，生活習慣病の発症と密接に関連することが明クロファージ遊走因子 CXCL14 による摂食調節作用，4)

らかとなってきた。当部門では，視床下部における生体

摂食調節に関わる視床下部生体分子センサーの研究。

レプチンによる糖代謝調節機構の解明
戸田知得，志内哲也，斉藤久美子，岡本士毅，箕越靖彦

レプチンは抗糖尿病作用を有することが知られている。

筋のグルコースの取り込みを促進するだけでなく，肝臓

実際に，レプチンは，脂肪組織萎縮症において発症するからの糖産生を制御することを見出した。さらにレプチ

重篤な糖尿病（血中レプチン濃度が低下する）の唯一のンは，VMH ニューロン内の異なるレプチン細胞内シグ治療薬となっている。我々は，レプチンが，摂食行動をナルを通して骨格筋での糖の利用と肝臓からの糖産生を抑制するだけでなく，視床下部－交感神経系を介して褐

別々に制御することを明らかにした。すなわち，骨格筋

色脂肪組織や骨格筋などエネルギー消費器官でのグルでの糖の取り込みは，VMH 内の ERK シグナルが関与し，コースおよび脂肪酸の利用を促進することを明らかにし肝臓からの糖産生は STAT3 によって制御される。これらてきた。また最近，レプチンが，VMH ニューロンを介の実験結果から，現在我々は，VMH 内の異なるレプチ

して骨格筋など末梢組織のグルコースの取り込みを促進

ン感受性ニューロンが骨格筋あるいは肝臓の糖代謝を制することを明らかにした。今回我々は，レプチンが骨格御すると考え，研究を進めている。

新規肝臓分泌タンパク質 Selenoprotein P によるインスリン抵抗性発現機構
志内哲也，戸田知得，岡本士毅，箕越靖彦
篁俊成，御簾博文，金子周一（金沢大学医薬保健学域医学系恒常性制御学講座）

肝臓は糖代謝の要の臓器として全身の糖代謝を調節しらかにした。Sep P のように肝臓から分泌されインスリている。今回，ヒト肝臓から血中に分泌され，糖尿病のン作用を調節する分子はこれまで知られておらず，Sep P

重症度と良く相関する新規タンパク質 Selenoprotein P

は “Hepatokine”という新規カテゴリーに含まれる分子1(Sep P) を発見した 。さらに，Sep P が肝臓の AMPK 活性を低下させ，インスリン感受性を低下させることを明66として注目されている。
1. Misu H, Cell Metab 12:483-495, 2010

研究活動報告／発達生理学研究系

マクロファージ遊走因子 CXCL14 による摂食調節作用
岡本士毅，箕越靖彦
種子島幸祐，原孝彦（東京都臨床医学総合研究所

幹細胞プロジェクト）

CXCL14 は CXC ケモカインファミリーに属し，マクロ食量が低下することを見出した。また，摂食促進ペプチ

ファージ遊走因子として知られている。また，CXCL14

ドである NPY 及び AgRP の発現が視床下部において低下は脳にも発現している。しかし，その機能は不明である。

していることも見出した。本研究結果は，CXCL14 が脳

今回，CXCL14 遺伝子をノックアウトすると，様々な遺においても調節作用を営む事を始めて明らかにしたもの

1

伝的肥満マウスの肥満を著しく改善することを見出した 。
摂食行動を調べたところ，新規環境下において容易に摂である。
1. Tanegashima K, PLoS ONE 5:e10321, 2010

視床下部 Sirt1 による摂食調節作用
岡本士毅，戸田知得，箕越靖彦
佐々木努，北村忠弘（群馬大学生体調節研究所代謝シグナル解析分野）

Sirt1 は脱アセチル化酵素であり，近年，寿命調節など

は肥満の発症を防止した。さらに，
Sirt1 が転写因子 FoxO1に関与することが明らかにされている。今回，視床下部を介する摂食促進神経ペプチド AgRP の発現を抑制するの Sirt1 が，摂食促進ペプチド発現ニューロンの神経ペプことを見出した。このように，視床下部 Sirt1 は，摂食をチド発現量を調節することによって摂食を制御すること抑制する機能を有することが示唆される。

1を明らかにした 。すなわち，視床下部 Sirt1 の発現低下

1. Sasaki T, Endocrinology 151:2556-2566, 2010

摂食調節に関わる視床下部生体分子センサーの研究
岡本士毅，志内哲也，戸田知得，箕越靖彦
中里雅光，松尾崇（宮崎大学医学部内科学講座神経呼吸内分泌代謝学分野）
塩田清二，影山晴秋（昭和大学医学部第一解剖学教室）
矢田俊彦（自治医科大学医学部生理学講座統合生理学部門）

我々は，AMP キナーゼが，レプチンやアディポネクチ

キナーゼを発現させると，摂食量が増加，肥満すること

ンなどホルモンによって活性化し，骨格筋における脂肪に加え，食餌に対する嗜好性が変化することを見出した。

の利用を促進すること，視床下部 AMP キナーゼが摂食

今回，その作用発現には，室傍核神経細胞 CRH ニュー

行動を制御することを明らかにしている。また，視床下ロンが関与することを見出した。CRH ニューロンはスト

部 AMP キナーゼによる生体エネルギー代謝の調節機構

レスと密接な関連があることから，本研究成果はストレを明らかにするため，活性型 AMP キナーゼを視床下部スに伴う過食，及び嗜好性の変化に関連があると考えらにレンチウイルスを用いて発現させ，摂食行動に及ぼすれる。

影響を調べた結果，マウス視床下部室傍核に活性型 AMP

67

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

環境適応機能発達研究部門【概要】
本研究部門は摂食調節・糖代謝調節機構，肥満・糖尿の生理的制御因子，受容体などは不明な点が多い。また病の成因を解明すべく，特に中枢の摂食・代謝制御およNesfatin-1 は中枢のみならず，末梢血にも存在し，インスび, 膵臓でのインスリン分泌メカニズムを明らかにする

リン分泌の調節にも関与することが明らかになってきた。

ことを目的としている。特に，2006 年に摂食抑制ペプチ

本 年 度 実 施 し た 主 た る 研 究 課 題 は 1) 中 枢 に おけ る

ド と し て 発 見 さ れ た Nesfatin-1 に 注 目 し て い る 。

Nesfatin-1 の摂食調節機構の解明および 2) 膵島β細胞に

Nesfatin-1 の摂食調節機構は明らかになりつつあるが，そ対する Nesfatin-1 の作用の解析である。

中枢における Nesfatin-1 の摂食調節機構の解明
前島裕子，Udval Sedbazar，Guntulga Drambazar，中田正範，矢田俊彦
森昌朋（群馬大学大学院 病態制御内科）

Nesfatin-1 の摂食抑制機序については多くの点が不明

た実験より明らかにした 1。さらに Nesfatin-1 により活性であったが，本研究において，PVN に Nesfatin-1 を局所化された Oxt ニューロンが延髄孤束核 (NTS) のプロオピ

投 与 す る と 摂 食 の 抑 制 が 見 ら れ る こ と か ら PVN は

オメラノコルチン (POMC) ニューロンを介して摂食抑1

Nesfatin-1 の作用部位の一つであることを明らかにした 。

制していることも明らかにした 1。

また，Nesfatin-1 による摂食抑制がオキシトシン (Oxt) 受

以上の結果から本研究において PVN〈Nesfatin-1-Oxt〉

容体阻害剤で減弱することから，Nefatin-1 の摂食抑制作→NTS POMC 経路が明らかになった。この神経経路はレ

用には Oxt が関与していることが明らかになった。そのプチン抵抗性の Zucker Fatty Rat でも正常に作動するこ

際，PVN Nesfatin-1 がオートクライン・パラクライン作とから，肥満治療応用に有用である可能性がある。

用により Oxt を分泌していることを PVN スライスを用い

1. Maejima, Y. et al. Cell Metabolism 10: 355-65, 2009

膵島β細胞に対する Nesfatin-1 の作用
中田正範，間中一至，矢田俊彦
森昌朋（群馬大学大学院 病態制御内科）

中枢に分布する Nesfatin1 は摂食調節およびエネルのインスリン分泌に影響しなかったが 8.3mM の高グルギー代謝調節に関与すると考えられている。しかしコース存条件下では Nesfatin-1 はグルコース誘発インス

Nesfatin-1 は末梢でも産生されており血中に ng/ml のオーリン分泌を促進することが明らかになった。また，インダーで存在する。Nesfatin-1 は近年膵島β細胞にも分布す

スリン分泌のβ細胞機序として，電位依存性 L 型カルシることが報告されている。しかし膵島β細胞の Nesfatin-1

ウムチャネルからの細胞内 Ca2+流入を介することが示唆の機能は明らかになっていなかった。本研究は膵島イン

された 1 。本研究はグルコース誘発インスリン分泌を

スリン分泌への Nesfatin-1 の影響を調べたところ，2.8mM

Nesfatin-1 が促進することを明らかにした。

の低グルコース条件下では Nesfatin-1 は膵島β細胞から

68

1. Nakata, M et al. Endocline Journal 58: 305-313

研究活動報告／行動・代謝分子解析センター

行動・代謝分子解析センター
遺伝子改変動物作製室【概要】
脳が機能を発揮するということは，個体の行動・精神は遺伝子改変動物（マウス，ラット）の作製技術を提供

活動に直結する。それ故，脳機能を研究する際には個体しつつ，遺伝子ターゲッティングによるノックアウトラ

レベルでの解析が必須となる。特に，分子生物学的技術

ットの作製，さらには，作製した遺伝子改変動物の脳研と発生工学的技術を駆使して作製する遺伝子改変動物を究への積極的応用を目指している。研究課題のうち下記利用することは非常に有益な解析手段といえる。現在，の 2 題について具体的に示す。遺伝子ターゲッティング

特定の遺伝子を狙って破壊することが可能な動物種はマ

によるノックアウトラットの作製に向け， ES 細胞株をウスに限られ，他の動物ではコストが高く実用的ではな

用いた外来遺伝子導入個体の作製を試みた。さらに，遺い。ラットはマウスよりも大きいことから手術操作も容伝子改変マウスの脳研究への応用を目指して，大脳皮質易であり，生物・医学分野の生理学的な研究に用いられ，

第一次視覚野上に存在する遠近感の認知に必須の機能ユ

実験データなどの蓄積もあるためノックアウト(KO)ラニット“眼優位カラム”の可塑的形成メカニズムの解明

ットの作製が切望されている。遺伝子改変動物作製室で研究を進めた。

近交系 Brown-Norway ラット胚盤胞に由来する ES 細胞株の樹立と外来遺伝子導入個体の作製
平林真澄

3 種類のインヒビター（FGF レセプター，MEK 活性化

KO 遺伝子を導入した。G418 添加培地で KO 発現コロ

および GSK3）を添加した培養液を用いることによりラニーを回収し，これらの KO 遺伝子導入 ES 細胞をアルット ES 細胞株が樹立できる。本実験では，近交系

ビノラット由来の胞胚腔内に顕微注入し，胚移植を経てBrown-Norway (BN) ラット由来の胚盤胞から ES 細胞株

毛色キメラを得た。♂のキメラと野生型♀ラットとの交を樹立し，Kusabira-Orange (KO) 遺伝子を導入した ES 細配で得られた F1 産仔が，キメラ個体に由来する KO 遺伝

胞から Tg ラットの作製を試みた。BN ラット由来胚盤胞子を発現していた。以上，ラット ES 細胞を介して Tg ラから 4 ラインの ES 細胞株を得，このうち Sry 陽性（♂）

ット（F1 世代）を作製することに初めて成功した。

の細胞株を用い，エレクトロポーレーション法によって大脳皮質第一次視覚野上に存在する遠近感の認知に必須の機能ユニット“眼優位カラム”の可塑的形成メカニズムの解明に向けて
冨田江一，三宝誠，山内奈央子

大脳皮質第一次視覚野において，同側眼から視覚入力

近感の認知に重要な機能ユニットと考えられている。しをうける神経細胞群と反対側眼から入力を受ける神経細かし，発生期から発達期にかけて同側・反対側眼優位カ

胞群は別々にクラスターを形成しており，各々同側・反ラムの分離を促す詳細な分子メカニズムは解明されてい対側眼優位カラムと呼ばれる。この眼優位カラムは，遠ない。当教室では，世界に先駆けて発見した，発生期か69生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

ら発達期にかけて同側眼優位カラムに特異的に発現して類のフォームのうちいずれが同側眼優位カラムに特異的いるシャペロン因子に注目し，この分離形成過程を明らに発現しているか検討し，より特異的なフォームの個体

かにしようと研究推進している。このシャペロンはレベルでの機能解析を行い，同側・反対側眼優位カラム

alternative splicing により少なくとも長さの違う 2 種類のの分離形成メカニズムが明らかにしたい。

フォームを持つことが最近分かった。今後は，この 2 種

代謝生理解析室
【概要】
研究所内外が作成，保有する遺伝子改変マウス及びライメージング（担当：生体恒常機能発達機構研究部門，

ットの代謝，生理機能を詳しく解析し，標的遺伝子の機

鍋倉教授），(4) 自由行動下における摂食行動，エネルギー

能と行動変異のメカニズムを明らかにすることを目的に消費の計測（担当：生殖・内分泌系発達機構研究部門，

本年度より新たに開設された。計測する代謝・生理機能

箕越教授），(5) 自由行動下における体温，脈拍数，血圧と担当者は以下の通りである。(1) 運動系を中心とした，の計測（担当：細胞生理研究部門，富永教授），(6) 自由覚醒下での単一ニューロン活動など神経活動の計測（担行動下における脳波測定（担当：細胞生理研究部門，山当：生体システム研究部門，南部教授），(2) 自由行動下

中准教授）。当面はマウスの解析を中心に行う。

における脳内特定部位での神経伝達物質の分泌計測（担平成 23 年度より計画共同研究「マウス・ラットの代謝

当：生殖・内分泌系発達機構研究部門，箕越教授），(3) フ

生理機能解析」を新設し，所外研究者の共同利用を開始

ラビンおよびヘモグロビン由来の内因性シグナルを利用する。

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行動様式解析室
【概要】
マウスの遺伝子の 99%はヒトにもホモログ（対応するだと考えられる。我々は各種の遺伝子改変マウスに対し遺伝子）があり，さらに遺伝子ターゲティングなどの技て，知覚・感覚，運動機能，情動性などから記憶学習や術を応用することで，遺伝子を自由自在に操作すること注意能力など高次認知機能まで，幅広い領域をカバーしができる。マウスでは心理学的な解析をはじめとして，た行動テストバッテリーを用いて解析し，各種遺伝子の個体レベルでの多彩な解析技術が適用でき，ヒト脳の統新規機能の探索を行っている。国内外の多数の研究室と合的理解のためのモデル動物として最適であると考えらの共同研究を行っており，これまでに行動様式解析室とれる。全ての遺伝子の 80%以上は脳で発現していると言して 45 系統，2000 匹以上のマウスを解析している。こわれており，脳で発現する遺伝子の機能を調べるためにの中には，精神疾患のモデルマウスとなるような系統もはその最終アウトプットである行動を調べることが必要

複数見つかっている。

マウスを用いた脳表現型データベースの開発と応用
高雄啓三，宮川藤田保健衛生大学や京都大学などでの活動を合わせ，70

剛

これまでに国内外 100 以上の研究室との共同研究で 140

研究活動報告／行動・代謝分子解析センター

系統 10000 匹以上の遺伝子改変マウスについて網羅的行

各種遺伝子改変マウスの野生型コントロールとして使用

動データを取得している。個体ごとの生データはデータされた C57B/6 亜系統のマウスのデータ（1965 匹分）にベースに登録しており，これらを用いて各種行動の指標

ついてはデータベース http://www.mouse-phenotype.org/でとなる数値間にどのような関連性があるか，実験におけ公開している。さらに行動実験後の各個体の行動データる各種のパラメータが行動データに及ぼす影響などにつが付属したマウスの脳や血漿サンプルについてもリソー

いてインフォマティックス的解析を行うことが出来る。

ス化を進めている。

現在，論文発表された 28 系統 2157 匹分のデータおよび

C57BL/6 亜系統マウスの行動特性解析
高雄啓三，宮川剛

遺伝子改変マウスのバックグラウンド系統として広くかかわらず一部の行動では顕著な違いが見られた。例え使われている C57BL/6 系統には，J, N, C の 3 つのよく知ばオープンフィールドテストでは J が N, C に比べて活動られた亜系統があるが，これら亜系統間の詳しい行動特性高く，驚愕反応のプレパルス抑制は N が J, C に比べて性の違いは調べられてはいなかった。野生型コントロー

高いことが明らかになった (Front. Behav. Neurosci. 2010,

ルマウスのデータを集めた C57BL6 Subustrain Behavior

4:29)。この論文は Frontiers in Neuroscience (2010, 5:10) でDatabase を用いて C57BL6 の亜系統 J, N, C それぞれの行

注目記事として紹介され，同雑誌ホームページのトップ

動特性を解析した。これらの亜系統は遺伝的に近いにもでも紹介された。

Schnrri-2 欠損マウスの脳表現型解析
高雄啓三，宮川剛

Schnurri-2 (Shn-2) は zinc finger 型の転写因子であり，様の現象が見られており，iDG は精神疾患様の行動異常

Th2 細胞分化制御などの免疫反応に重要であるとされてに伴う一般的な現象である可能性が高い。さらに Shn-2

いるが，脳での機能については不明であった。Shn-2 の欠損マウスの脳の解析を進めたところ，パルバルブミン

脳における機能を調べるため Shn-2 欠損マウスについて

陽性細胞の減少，皮質の厚みの低下など，統合失調症の網羅的行動解析を行ったところ，活動量の亢進，顕著な

死後脳で見られる現象が多く見られた。その他，Shn-2

作業記憶障害，不安様行動の低下，プレパルス抑制の障欠損マウスの脳波は，ホームケージでの活動時に遅い周害など一連の顕著な精神疾患様の行動異常を示した。

波数成分であるθ波が増強，早い周波数成分のβ波が減弱

Shn-2 欠損マウスの海馬について分子生物学的，電気生

していることが明らかになった。これらの現象も統合失理学的，組織学な解析を行ったところ，海馬歯状回が未調症患者で報告されている。このように Shn-2 欠損マウ

成熟な状態になっていること（未成熟歯状回：immature

スはきわめて妥当性の高い統合失調症モデルマウスであDentate Gyrus, iDG）が見出された。Shn-2 欠損マウスにり，統合失調症の病因・病態の解明，治療法の探索を行似た行動異常を示す他の精神疾患モデルマウスでも iDG

う上で非常に有用であると考えられる。

71

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

多次元共同脳科学推進センター【概要】
多次元共同脳科学推進センターは，全国の異分野研究

動研究者や発生工学の研究者が集まり，霊長類の脳イ者が参加し，BMI と霊長類遺伝子導入技術開発のためのメージングとゲノム解析を組み合わせた新しい研究領域

基礎研究及び異分野をまたぐ若手脳科学研究者の育成をについて討論を行った。「大量のデータから原理は得ら行うネットワーク機構を構築し，サバティカル研究者のれるのか？」では，線虫のシステム生物学，マウスの機受け入れも行いながら，研究プロジェクトを推進すると能的神経回路の網羅的解析，大規模神経結合の解析，脳ともに人材養成を行う事業を推進している。

機能画像からの情報のデコーディングを行っている研究

本センターは 2008 年 4 月に設置され，自然科学研究機構（生理学研究所，基礎生物学研究所）の複数の教授が者による，今後のデータ駆動型研究の方向性について議論を行った。

併任し運営を開始した。併任教授に加えてプログラムオ
フィサーとして特任教授を置き，外部研究機関からも基〈Neuro2010 連携レクチャー：In vivo 細胞機能計測・操作

礎的な脳科学及びその関連分野（臨床医学，工学，心理

技術〉

学，倫理学）を専門とする客員教授，客員准教授を選任

脳科学の対象がますます広くなり，様々なバックグラ

し，外部の研究機関と連携した研究環境を整え運営されウンドの研究者がこの研究分野に参入して，こうした若ている。

手研究者を対象に，学会 (Neuro2010) のポスター発表とまた NBR 事業推進室は，霊長類のナショナルバイオ

連携して，異なる専門内容について質問するための基本

リソースの中核機関としての役割を担い，病原微生物学的な研究の背景や方法論についての理解を図るためのレ的にも安全で，馴化の進んだ実験用動物としてのニホン

クチャーを企画した。

ザルを繁殖・育成し，国内の研究者に安定して供給する体制を構築している。

〈流動連携室の新設によるサバティカル事業の実施〉

2009 年度には流動連携研究室を新設し，客員教授，客今年度は，客員准教授として自治医科大学分子病態治員准教授，客員助教を募集し，サバティカル的な制度を療研究センターの池田啓子准教授が，客員助教として北活用した長期滞在型共同研究の推進を図っている。

海道大学電子科学研究所の川上良介助教が，それぞれ 3ヶ月間滞在し，共同研究を実施した。

〈多次元ブレインストーミング〉「認知ゲノミクス」と「大量のデータから原理は得られ〈霊長類遺伝子導入施設の整備〉るのか？」をテーマとしたブレインストーミングを実施

霊長類脳基盤研究開発プロジェクトでは，霊長類遺伝した。「認知ゲノミクス」では，精神科の臨床医，ゲノ子導入のための施設を整備し，共同利用施設としての活ム科学のインフォマティクスの専門家，霊長類の認知行用を開始した。

72

研究活動報告／脳機能計測・支援センター

脳機能計測・支援センター
形態情報解析室
【概要】
形態情報解析室は，超高圧電子顕微鏡室と組織培養標

試料の立体再構築に加えて，クライオ試料ホルダーを使本室から構成される。超高圧電子顕微鏡室では，国内でった凍結生物試料からの形態観察も行われた。本研究室

唯一の医学生物学専用超高圧電子顕微鏡 H-1250M（日立では，これらの共同利用実験を支援するとともに，個々製）を使用して，厚い試料の立体観察および三次元形態の課題を遂行するための付属装置の開発や電顕像からの解析を行っている。本装置は，生理研を代表する共同利

立体再構成法の研究を行っている。

用実験機器の一つであり，毎年これを利用した研究課題

一方，組織培養標本室では，通常用および P2 用の培を全国から募集している。平成 22 年度は外国からの 4

養細胞専用の培養機器と，各種の光学顕微鏡標本の作製

課題を含む合計 21 課題が採択された実施された。本年度の為のクライオスタットやミクロトーム，および各種のは樹脂包埋した厚い組織切片や臨界点乾燥した培養細胞

光学顕微鏡を整備し，利用者に便宜を図っている。

バクテリア細胞内クロモソーム DNA の立体構造の解明
村田和義，萩原小百合（埼玉大），金子康子（埼玉大）

シアノバクテリア Synechococcus elongatus は，明暗周視化するために，細胞分裂期の細胞をグリッドに載せて期下で培養すると細胞分裂周期が同調し，細胞内 DNA

急速凍結し，クライオトランスファーホルダーを使用しの形状も周期的に変化することが最近我々の研究から明て超高圧電子顕微鏡で低温観察した。そして，太いひも

らかになった。DNA は拡散状態から徐々に凝集し，いく様構造をもつ細胞の傾斜シリーズ画像を取得し，立体構

つかの特徴的な形状を経た後，細胞の長軸方向に波打つ築したところ，この太いひも様構造は巨大ならせん構造

太いひも様の構造を形成してから，娘細胞に分配された。

をとることがわかった。今後さらに詳細な解析を進め，この細胞分裂時に見られる DNA を含む太いひも様構造

バクテリアにおける DNA 形状変化の意義について明らを，超高圧電子顕微鏡により立体観察することを目指し

かにする予定である。

た。生きている状態に近い細胞内 DNA の高次構造を可AAA シャペロンによる細胞内構造形態制御機構の解明
村田和義，江崎雅俊（熊本大），小椋光（熊本大）

オルガネラ形態異常が報告されている酵母の Cdc48pや液胞に加えて細胞内部に分布するミトコンドリアを直（AAA シャペロンのひとつ）欠損変異株について，超高接観察することができた。これを三次元再構成をすると，圧電子顕微鏡を用いてその形態観察を行った。変異株酵

野生株では多数のミトコンドリアが液胞の周辺に分布し母の試料を凍結固定置換法により樹脂に包埋し，厚さていることがわかった。次に，cdc48 変異体におけるミ

3µm に薄切して，超高圧電顕でこの連続傾斜像を撮影しトコンドリアの形態異常の観察を同様の方法で行った。

た。その結果，細胞の約半分の体積を含む切片から，核変異株では，ミトコンドリアどうしの間に架橋構造が形

73

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

成されているのが観察された。今後，さらに他の欠損株

いて研究を進めていく予定である。

についても観察を進め，Cdc48p の各ドメインの役割につ

小腸絨毛上皮下線維芽細胞におけるサブスタンス-P 受容体
古家園子

小腸絨毛上皮下で細胞網を形成している筋線維芽細胞

検討すると，生後 1 ヶ月前後のラットの小腸絨毛上皮下

は血管や神経終末，平滑筋などと隣接しており，機械的線維芽細胞でもっとも免疫反応が強く，6 週齢以降で減刺激に応答して ATP を放出し，絨毛におけるシグナル伝

少した。しかし，授乳の有無にかかわらず出産直後の母達の要の役割を果たしている。また，この細胞は NK1

ラットでは強い染色性がみられた。現在，小腸絨毛上皮受容体を発現しており，サブスタンス-P 含有神経とシナ

下線維芽細胞における NK1 受容体とサブスタンス-P のプス様構造を形成して知覚神経とシグナル伝達を行って役割の解析をすすめている。

いると考えられる。NK1 受容体の発現を免疫組織化学で生体機能情報解析室【概要】
随意運動や意志・判断などの高次機能を司る中枢神経機構の研究が進められた。サルを検査対象として大脳皮質慢性埋込電極を利用し，各種の認知運動課題を行う際の大脳皮質フィールド電位を記録解析した。

注意に関係する脳活動の研究逵本徹

これまでに「注意」の中枢神経機序を解明する目的で，のシータ波活動は，ヒトの脳波で観察される Frontal

サルの局所脳血流量を解析し，運動課題を行うサルの前

midline theta rhythms に相当すると考えられる。このこと

頭前野 9 野・前帯状野 32 野・海馬の脳血流量が想定されを裏付けする目的で，「予告付き反応時間運動課題」をる意欲の変化と一致した変動を示すことを見出した。ま行う際のシータ波の解析を行い，想定される「注意」のた，大脳皮質フィールド電位を解析して，自分のペース

変動とシータ波の増減が一致することを確認した。これ

でレバー運動をするサルの前帯状野 32 野と前頭前野 9らの結果は，サルの前頭部のシータ波がヒトの Frontal

野のシータ波活動がサルの「注意集中」に相関して増減

midline theta rhythms のモデルとして使用可能なことを示していると解釈可能な知見を得た。両部位のシータ波は唆している。現在，埋め込み電極による高い空間分解能高いコヒーレンスを示し，これらの部位が機能的に一体を活かして，32 野と 9 野の間の情報の流れについて解析となって活動していることを示唆する。サルにおけるこを行っている。

74

研究活動報告／脳機能計測・支援センター

多光子顕微鏡室【概要】
多光子顕微鏡は，低侵襲性で生体および組織深部の微

名を超え，また，研究の相談・打ち合わせは 15 件であり，

細構造および機能を観察する装置であり，近年国内外で共同研究として，2 光子励起顕微鏡の生体応用技術の高急速に導入が進んでいるが，安定的な運用を行うために度化，細胞内 C1 イメージング，腸管神経細胞の生体イは高度技術が必要であるため，共同利用可能な研究機関

メージング，嗅球神経細胞新生の生体イメージングなど

は本室が国内唯一である。またこの学際的な新手法を普5 件を受け入れ実施している。人事は 2009 年 9 月に根本及させるため，研究所枠を越えた勉強会，セミナー等を知己准教授が転出後，後任選考をおこない，2011 年早期

定期的に実施した。現在，2 台の 2 光子励起顕微鏡が常に村越秀治氏が着任予定である。

時稼働できる状態にある。2 光子顕微鏡の見学は延べ 4075

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

動物実験センター
【概要】
1. 全般

も実施した。研究のスケジュールや利用者の希望を考慮

2010 年度の大きな課題は，1) 明大寺地区地下 SPF 施に入れ，一時期に消毒を行わず，二期に分けて作業を実設 2 区画の本格稼働，2) 霊長類遺伝子導入実験室の設置施した。ホルムアルデヒド薫蒸消毒ではなく，過酸化水後の動物実験センターの機能移転，3) ニホンザルの血小素を用いた水溶性消毒剤噴霧を適用した。昨年度の経験

板減少症への対応，4) 国動協・公私動協連携プログラムも糧となり，過酸化水素および過酢酸で施設の消毒が完による外部検証への対応および 5) 明大寺地区ボイラー全にできることがわかった。また，その際の消毒効果のの更新であった。

判定方法も確立することができた。新しい施設消毒方法

1) については，個別換気ケージ (IVC) システムの長を海外に向けて発表した。ホルムアルデヒド薫蒸消毒に所・短所がわかってきたので，改善を図らねばならない。

代わる消毒技術を我が国でも先駆的に進めた。

2) については霊長類遺伝子導入実験室の設置後，なかな

5. ニホンザルの血小板減少症への対応

か進まなかった動物実験センターの機能移転が漸く完了

昨年，ニホンザルの血小板減少症が報告され，当セン

した。3) については検疫動物のアカゲザルで SRV-5 感染

ターもサル導入・検疫業務を一時見合わせた。しかし，が見つかり対応を迫られた。4) は計画通りに外部検証をサル導入・検疫業務を再開したところ，アカゲザルでクリアすることができた。5) 明大寺地区ボイラーが更新

SRV-5 に感染した個体が発見され，対応に大きな労力をでき，安定した作業ができるようになった。また，2010

かけることとなった。この動物を対象とする検疫作業は

年度よりイヌ飼育担当者を 1 名お迎えすることができた。

平成 23 年度の秋まで続くこととなってしまった。

2. 明大寺地区地下 SPF 施設 2 区画の稼働

6. 国動協・公私動協連携プログラムによる外部検証への2009 年 6 月から明大寺地区地下 SPF 施設は少しずつ動対応き出した。2010 年 1 月から 3 月までエレベーター工事で2010 年度に標記外部検証を受けるために準備を進め

一時休止していたが，4 月より再度本格稼働が始まった。

た。外部検証委員の先生方がセンターを視察されるにあ2 区画とも高いレベルで SPF 環境が維持さていることがたり，センターの説明資料や標準操作手順書など書類の証明されている。これまで本施設を稼働してわかったこ整備に努めた。また，遺伝子改変動物を用いる実験室やとであるが，IVC システムは利用者側にも，センター側

飼養保管施設の表示をすべて改め，要求を満たすようににも負担が大きく，次年度運営を見直す必要があると思した。また，中型実験動物の施設では臭い等にも気をつわれた。

け，前室（廊下）に脱臭装置を設置した。

3. 霊長類遺伝子導入実験室に伴う動物実験センターの施設の老朽化については，マスタープランを組み，計

機能移転

画的に対応を図っていることを示した。下記ボイラー工

マウス・ラットの緊急避難用一時飼養保管施設（2 階）

事と時期が重なってしまったが，外部検証に対して，動および MRI 撮影時のサル飼養保管施設（1 階）の設置は，物実験センターとしてはできる限りのことが行えたと思2010 年度末に漸く実現することができた。次年度に，両っている。

施設を稼働できるようにする予定である。

7. 明大寺地区ボイラーの更新工事

この工事により，霊長類遺伝子導入実験室の建設に伴動物実験センターの開設後，約 30 年が経過して，施設

う動物実験センターの機能の移転は完了した。不便な点の老朽化がかなり目立ち始めている。昨年度にエレベーは残るが，センターの業務および利用者の実験に支障がター・ダムウェーターの改修工事を終え，2010 年度はマ

起きないように努力したい。

スタープランに則り，明大寺ボイラーの交換を実施した。

4. 山手地区一時保管室の定期的消毒

平成 22 年 10 月から約 1 か月かけて，ボイラーを新しく

これまで一時保管室は定期的モニタリングを行っていした。この間，高圧蒸気滅菌器が使えなくなり，ケージ

ないので，一年に一回という考えで，全面消毒を今年度の洗浄・滅菌作業ができなくなった。そのため，通常の76

研究活動報告／動物実験センター

ケージに内張となる使い捨てインナーケージを装着して，サギ，モルモット），両生類，魚類およびげっ歯類（マウ

急場を凌いだ。滅菌作業ができず，日常業務に支障が起ス，ラット）と動物種ごとに分けて実施した。今後テキ

きたが，インナーケージの利用という手法を経験できたストとして利用できるように便宜を図る予定である。まことで飼育技術の財産がひとつできたと感じる。

た，獣医麻酔外科学会および日本実験動物学会が目指す

8. 教育訓練「実験動物の麻酔のモニタリング指針」の作成に参画した。

教育訓練 Part 2 として，麻酔および疼痛管理の教育訓練を行った。中型動物（イヌ，ネコ，サル），小型動物（ウ2010 年度も山手地区の利用者講習会は例年通り毎月実施し，40 名ほどの参加をみた。

77

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

計算科学研究センター【概要】
様々な機能性生体様物質の創生を目指している。なか

核酸塩基を利用して，塩基対構造を深く理解するとともでも核酸の塩基対構造に注目し，4 種類の天然塩基を区に，電子顕微鏡をはじめとする各種計測装置を利用した別することなく塩基対を形成する動的構造変化型ユニ一分子核酸配列解析技術への応用についても研究を進め

バーサル塩基とそれをオリゴヌクレオチドに導入したユている。人工核酸塩基と反応剤の設計・評価に計算科学

ニバーサル核酸，高い塩基認識能と塩基対形成能および研究センターに設置された大型計算機とプログラムライ

様々な機能を有する人工核酸塩基，核酸中の全塩基を塩

ブラリーを利用する。

基選択的に標識する手法を開発している。それら人工のユニバーサル核酸の創生
片岡正典

報告者の開発した，相対する塩基に呼応して動的に構で調査したところ，如何なる配列であっても安定な複合造変化して天然型核酸塩基 4 種すべてと塩基対を形成し体を形成することが明らかとなった。核酸配列を全く認うる動的構造変化型ユニバーサル塩基をペプチド核酸型

識せず，核酸に対して特異的に複合体を形成する人工核のオリゴヌクレオチドへの導入に成功した。天然のオリ酸の例はなく，その波及効果は計り知れない。

ゴヌクレオチドとの会合体形成について吸収スペクトル

全塩基修飾型核酸標識－塩基置換法
片岡正典，永山國昭
核酸中の同種の塩基全てを化学的に標識する手法を開のアミノ基を有している全ての標識剤を導入できるため，発した。本法は塩基選択的に塩基を分解，遊離させてリ目的に応じて標識剤を自由に選択できる特長も有していボースを生成させる第一段階とリボースに対して標識剤る。実際に本法を用いてオリゴヌクレオチドを 11 個の金を導入する第二段階からなり，一度の操作で核酸中の同からなる金属クラスターによって多点標識することに成種の塩基全てを標識できる。本法は塩基選択的反応を組功しており，透過型電子顕微鏡を用いた配列解析技術な

み合わせ，標識を 4 度繰り返すことで塩基ごとに異なる

ど様々な応用が期待される。

標識を施すことも可能である。また，1 級あるいは 2 級

全塩基修飾型核酸標識－塩基拡張法
片岡正典，永山國昭
核酸中の同種の塩基全てを化学的に標識する手法を開安価・簡便な操作で標識を完了し，高分解顕微鏡をはじ発した。塩基置換法に比して装置の要求度は高いもののめとする一分子観察技術を用いて 4 種の塩基を識別可能

78

研究活動報告／計算科学研究センターとする。本法は塩基を構成するヘテロ環を増環する修飾

することができ，標識後は自動的に一本鎖に解離する。

反応に基づいており，塩基選択的であることから様々な

本法は塩基置換法と同様に核酸中の同種の塩基全てを標パターンで各塩基を標識できる多様性も有する。また，識できる，これまでに類を見ない標識法である。

解離剤を用いなくとも直接二重鎖 DNA を標識反応に供79生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

技術課
大河原浩

【概要】
今年度，生理学研究所では研究室における研究者や実『第 5 回自然科学研究機構技術研究会集録』
としてまとめ験者の安全と健康を図り，さらなる快適な研究室環境をた。

形成し促進させるため，安全衛生管理室設置の準備を行⑤東海北陸地区技術職員研修等の受講と参加

う安全衛生管理室準備室が設置された。技術課から安全東海北陸地区大学等の技術職員の技術交流と向上を

衛生管理室準備室に，専門性と経験を考慮し市川修班長

目的に毎年当番校により行われている技術研修で，生を配置した。また，医学生理学教育開発室の支援体制を

物・生命コース（三重大学，2 名），情報処理コース（金強化するため，広報展開推進室の永田治係長を兼務させ

沢大学，1 名）を受講した。さらに，東海・北陸地区技た。これらの異動に伴い機能協関研究部門から永田治係

術職員合同研修に係わる技術職員代表者会議（名古屋長の兼務を解除し，市川修班長を兼務させた。

大，1 名）に参加し，今後の研修会開催について議論を課の研究活動への寄与と貢献を一層進めるため下記の事業を実施した。
①生理科学実験技術トレーニングコースでの技術指導進めた。
また，日本実験動物学会総会（京都，1 名），日本顕微鏡学会（名古屋，1 名），国立大学法人動物実験施設協議

生理学研究所が毎年主催し，実施している生理科学実会総会およびサテライトミーティング（愛媛，1 名），天験技術トレーニングコースで，『生理学実験のための電文学に関する技術シンポジウム（長野，1 名），プラチナ

気回路・機械工作・プログラミング』をテーマに，『生メッキ技術検討（京都，1 名），実験動物関係教職員高度体アンプとバスチェンバーの作製』と『C 言語による PIC

技術研修（神戸大，1 名），予防衛生協会セミナー（つくプログラミング』の 2 コースを企画し，それぞれ 3 名のば，1 名），語学研修（岡崎および豊橋，各 1 名）などに受講者を受け入れた。

参加し，業務の研究支援力の強化を図った。

②生理学技術研究会の開催⑥放送大学利用による専門技術研修の受講

全国の大学等技術職員の技術連携と交流を目的に第研究の高度化と多様化に対応するため技術職員の研

32 回を，基礎生物学研究所・技術課と合同で平成 23 年 2修を推進している。今回放送大学研修科目として 認知心

月 17 日－18 日の 2 日間にわたり開催した。会では，口理学概論 '06（1 名），技術者倫理 '09（1 名），細胞生物学演発表が 24 題，ポスター発表が 45 題あり，研修講演と（1 名），実験科学とその方法（1 名）バイオテクノロジー

して『大脳皮質神経回路解析における技術開発と今後のと社会（1 名）の 5 科目を選び 5 名が受講した。

展望』（吉村由美子，生理学研究所 神経分化研究部門 教⑦科学研究費補助金（奨励研究）の採択授）を行った。これらの報告は『生理学技術研究会報告業務を展開，推進していくための問題意識の養成，そ（第 33 号）』にまとめた。

の解決のための計画および方法の企画能力の養成，さら③奨励研究採択課題技術シンポジウムの開催にはその表現力と説明力の養成を通じて，業務上の技術時代要請に対応した技術認識と向上に立った技術職
員の業務の社会的開示を推進するために奨励研究採択者
による第 6 回の報告会（平成 23 年 2 月 18 日）を 11 演題で行った。この報告は『生理学技術研究会報告（第 33号）』にまとめた。
④自然科学研究機構技術研究会の参加

力の総合的な向上を図ることを目的に標記の申請を行い，下記の 2 課題の採択を得た。
(1) 吉友美樹： インビボ脳血管・血流イメージング法の確立(2) 石原博美： Venus ラットを用いた痛覚伝達制御を担う脊髄ニューロンの形態学的特徴の解析

自然科学研究機構技術職員の業務の紹介と技術連携⑧業務報告会とデータベース化事業の促進，および表彰を目的に，第 5 回を生理学研究所で開催した（平成 22

課員の出向先研究部門での業務成果は技術課業務報

年 6 月 23－24 日）。会では 22 演題の発表があり，詳細は告会で報告され，情報の共有化が図られている。また，

80

研究活動報告／技術課

その成果は技術課主催の生理学技術研究会，出向先部門

1 衛生管理者講習（豊田，1 名），第 6 回安全衛生情報交での学会発表により所外に発信されているが，より広く換会（土岐，1 名），大学等環境安全協議会研修会（横浜，

活用され，即時的に発信するために，優れた成果をデー

1 名），大学等環境安全協議会実務者連絡会技術研修会（静タベース化する事業を技術課が研究部門と進め，その一

岡大，1 名），救命講習 II（岡崎市，1 名），特定第一種圧部を技術課ホームページで公開している。今年度も，そ力容器取扱作業主任者研修（名古屋，1 名）を受講した。

の編集を技術班長による専任とし，その更新を進めた。

⑪岡崎 3 機関技術課長会と機構技術代表者会議の開催

優れたデータベースには生理学実験技術データベース賞

岡崎 3 研究所の動向の意見交換を，事務センターの総として表彰授与を所長より行った。こうした事業の推進

務課長，施設課長を交え毎月 1 回開催した。また核融合により，研究者との連携を深め，業務の活性化を進めた。

科学研究所，国立天文台も交え毎月 1 回，相互訪問また⑨脳・人体四次元イメージングプロジェクト活動はテレビ会議による情報交換も行った。
⑫職場体験の受入れ等

近年のイメージング技術習得と技術開発を目的に，四次元イメージング表現の検討とムービー等作成を行うプ

広報展開推進室が推進する地域貢献活動を支援する

ロジェクト活動を開始した。研究室からイメージング

ため，岡崎中学校生徒（5 中学校，13 名）の職場体験を

データの提供を受け，各種シンポジウム等での展示を目

受入れ，電子顕微鏡室，ネットワーク管理室，機器研究指したムービーの作成に当たった。

試作室，動物実験センター，遺伝子改変動物作製室の技⑩安全衛生技能講習等の受講と参加

術職員が指導した。また，科学三昧 in あいち 2010（愛知，3 名）などのアウトリーチ活動の支援も行った。

研究所の安全衛生を課業務として充実するために，第施設の運営状況①統合生理研究系(1) 生体磁気計測装置室
竹島康行
【概要】
2010 年度の生体磁気計測装置における研究成果につョン内のハードディスクが経年劣化のため交換した。まいては，統合生理研究系 感覚運動調節研究部門の研究活

た，生体磁気計測装置本体の PreAmp 電源をノイズ対策

動報告に記載されている。

のため交換した。

生体磁気計測装置の稼動率を下表に示す。装置は計測

昨年度におこなった計測システムのソフトウエアとシステムと解析システムに区分することができるが，利OS の更新に合わせて，本年度は管理サーバーのシステ

用日数には解析システムの使用分は含んでいない。シスムを更新した。今後は解析システムについても順次更新

テム全般の保守として二ヶ月毎の定期点検を基本として，をおこなう予定である。

早急な対応を要するもの以外については，定期点検時に旧生体磁気計測装置（BTi 社製）の解析システムをネ合わせて修理や調整をおこなっている。本年度は早急なットワークから外してスタンドアローンでの運用とした。

対応が必要な事項は無かったが，数台のワークステイシ

2010 年度
点検調整
利用日数
日数

生体磁気計測装置稼働率
利用者数（人）

稼働率
(%)

総利用者数

所外利用

14

67

17

0

0

9

50

11

1

2

10

50

12

7

0

15

68

22

4

年月

日数

休日

2010 年 4 月

30

9

0

5月

31

13

6月

30

8

7月

31

9

備考

定期点検，解析 WS HDD 交換81

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

8月

31

10

1

15

75

21

9

9月

30

11

0

17

89

29

17

10 月

31

10

2

14

74

17

5

11 月

30

11

0

19

100

24

6

定期点検，PreAmp ボード交換
定期点検，サーバー HDD 交換

12 月

31

12

7

15

125

22

1

2011 年 1 月

31

11

1

16

84

24

4

PC 用解析ソフトインストール

2月

28

9

2

18

106

21

10

定期点検
WS 用解析ソフトインストール

3月

31

9

1

19

90

24

9

365

122

16

181

80

244

73

定期点検，PreAmp 電源交換

*利用日数は装置を計測に使用した日数であり，保守作業などの計測外での使用は含んでいない。
*稼働率 = 利用日数／（日数－（休日数＋点検日数））×100*延べ総利用者数は内部利用者と所外利用者（共同研究，研究協力など）を合算したものである。

②脳機能計測・支援センター(1) 形態情報解析室
加藤勝己【超高圧電子顕微鏡利用状況】
今年度における超高圧電子顕微鏡共同利用実験は，合良・修理としては，写真撮影用マイクロスイッチおよび計 21 課題が採択され，全ての課題が実施された。これら

IC チップの交換作業，鏡体本体の真空シール用 O リングの共同実験の成果は，超高圧電子顕微鏡共同利用実験報

劣化に伴う真空漏れ対応として，分解，O リング交換，

告の章に記述されている。超高圧電子顕微鏡の年間の利洗浄，組み上げ，調整作業，高圧タンク内高圧用コンデ

用状況を表にまとめたので下記に示す。稼働率は，利用ンサの容量低下，絶縁不良に伴うコンデンサ交換及びバ日数と使用可能日数より求めている。なお，調整日は，ランス組み換え調整，ビデオカメラ交換作業，などが行定期調整（含清掃）日と修理・改良等に要した日数を合われた。

わせた数である。本年度の主な超高圧電子顕微鏡の改2010 年度
年月

総日数

調整日

使用可能
日数

所内利用

所外利用

計

稼働率

備考
修理 4 日2010 年 4 月

30

9

16

5

5

0

5

100%

5月

31

13

6

12

6

5

11

92%

6月

30

8

4

18

4

4

8

44%

7月

31

10

9

12

1

6

7

58%

修理 1 日

8月

31

9

11

11

2

6

8

73%

修理 6 日

9月

30

10

4

16

2

3

5

31%

10 月

31

11

4

16

6

2

8

50%

11 月

30

10

5

15

8

6

14

93%

12 月

31

12

4

15

1

12

13

87%

2011 年 1 月

31

12

6

13

3

5

8

62%

2月

28

9

2

17

0

17

17

100%

3月

31

9

2

20

2

18

20

100%

365

122

73

170

40

66

124

73%

計

フィラメント点灯時間
使用フィルム枚数

82

休日

超高圧電顕月別稼働率

353.8 時間
4,458 枚

研究活動報告／技術課(2) 生体機能情報解析室
佐治俊幸，村井理絵，佐藤茂基【概要】
平成 22 年度の主な装置利用および整備状況は次の通

リアルタイム装置の所外利用者は 3 グループあり，装りである。

置利用の有効性から日程を重ねて使用している。

リアルタイム装置冷却 FAN が 11 月に 2 個故障したた

平成 22 年度のリアルタイム装置利用実績を別表にしめ交換した。8 月に室内空調機が不調になり対応した。

るす。

【機器利用率】

平成 22 年度リアルタイム装置月別稼働率
総
平日数

保守

使用可能
日数

所内利用
日数

所外利用
日数

計

利用率

2010 年 4 月

21

1

20

0

0

0

0%

5月

18

1

17

0

0

0

0%

6月

22

1

21

0

4.5

4.5

21%

7月

21

1

20

0

0

0

0%

8月

22

1

21

0

6

6

29%

空調機不調

9月

20

3

17

0

3

3

18%

計画停電

10 月

21

3

18

0

2

2

11%

計画停電

11 月

20

1

19

0

0

0

0%

電球交換，冷却 FAN 交換

12 月

22

1

21

0

2.5

2.5

12%

2011 年 1 月

20

1

19

0

0

0

0%

2月

19

1

18

0

3

3

17%

年月

3月
計

22

1

21

0

5

5

24%

248

16

232

0

26

26

11%

備考

酸素計センサー交換，雨樋修理*土・日に実施された実験は 0.5 日分を平日に振り替えて計算。
*同一日に利用者が複数あった場合でも，利用日数は 1 日とした。

(3) 多光子顕微鏡室
前橋

寛

【概要】
平成 20 年度から，生体情報解析室の 2 光子顕微鏡イ

モードロックチタンサファイアレーザーMai Tai Deep

メージンググループから，多光子顕微鏡室となり，専任

See 2 台付属）の点検および保守（冷却水交換，湿度除去の技術職員 1 名が電子顕微鏡室から多光子顕微鏡室へ配用シリカゲル交換，除振台用コンプレーサ水抜き等）を置換えとなった。平成 21 年度まで毎年 5 件以上，共同研

生体恒常機能発達機構と共に行い，多光子顕微鏡室（511究が行われてきたが，平成 21 年 12 月，北海道大学へ多号室，523 号室）の防塵用ヘパフィルターの交換を行っ光子レーザー顕微鏡が移転され，生体恒常機能発達機構

た。また，Microsoft Excel VBA および Image J プラグイ

中心に，共同研究が行われた。平成 22 年度では，多光子ンを用いた FWHM の計測ソフトウェアの開発等おこな

顕微鏡 2 台（オリンパス FV1000，モードロックチタンサった。光学顕微鏡に関する勉強会（月 2 回程度）へも参

ファイアレーザーMaiTai HP）と（オリンパス FV1000MPE，

加した。

83

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）(4) 電子顕微鏡室（生理研・基生研共通施設）
山田

元

【概要】
今年度の電子顕微鏡設置機器の稼働状況は以下の通りである。明大寺地区に設置されている透過型電子顕微鏡が必要である。
【活動】

JEM-1200EX ならびに山手地区の JEM-1010 ともに大きな故障も見られず正常に稼働している。

本年度も例年通り中学生を対象とし，走査型電子顕微鏡を用いた職場体験を実施した。また，電子顕微鏡室講

明大寺地区の走査型電子顕微鏡 S-800 は高圧発生部に習会，トレーニングコースにおいて電子顕微鏡試料作製

故障が生じ，修理を行ったものの既に部品の供給がない

法，100KV 透過型電子顕微鏡の操作説明のパートを担当

ため，10KV より高圧での利用は不能の状態となってい

した。

る。

【研究内容一覧表】
本年度，電子顕微鏡室を利用した研究者は生理学研究

その他試料作製機器に関しては特に目立った故障もな
く，多くの利用者により利用がなされている。
最後に，共焦点顕微鏡 LSM-510 に関してであるが，本所 45 人，基礎生物学研究所 5 人，機構外は 5 人の計 55
人であった
下記に利用者の所属研究所，研究部門，研究内容の一機の故障が相次いでいる。装置の老朽化も激しく，今後修理しながら維持してゆくか，利用を停止するかの検討
研究所，大学
生理学研究所

覧を示す。

研究部門
脳形態解析

研究内容
包括的支援ネットワークのための共同研究
HOKR adaptation related synaptic changes
Ultrastructual localization of ion channel in the brain
Morphological analysis of synapses
Localization of P/Qtype calcium channel in cerebellum
Subcellular localization of calcium channel subunits in the brain
シナプスの微細形態の解析
神経伝達物質受容体の脳内局剤解析
神経細胞膜上の分子分布の解析
レプリカ標識法を用いたグルタミン酸受容体の局在解析
電子顕微鏡を用いたセプチンの脳内局在解析
Analysis of synaptic structure
Anatomical analysis of spine and synapses in cerebellum

ナノ形態生理炭素薄膜位相板作製時の膜圧測定
血管還流唾液腺分泌終末の細胞間結合とその裏打ち細胞骨格の凍結割断による電子顕微鏡観察
タンパク質などのネガティブ染色像の取得
500KVTEM に適した試料厚さの検討

生体膜

てんかん関連分子の局在解析
新規 AMPA 受容体制御因子軍の機能解析
Westren blotting のメンブレンや Cumassie 染色ゲルのスキャン

生殖内分泌
行動代謝分子
解析センター
分子神経生理84

神経科学研究マウスを活用した精神疾患の中間発現型の解析
マウス脳室表面の微細構造解析

形体情報解析室

小腸絨毛上皮下腺維芽細胞の知覚神経間のシグナル伝達に関する形態学的研究

多光子顕微鏡室

ベクトルビームの評価

研究活動報告／技術課

神経機能素子膜機能蛋白質の細胞内局在の解析

大脳神経回路論大脳皮質の神経回路の解析
神経細胞の観察

細胞生理

オキシレンによるオキシレン神経細胞活動調整

機能協関

マウス網膜構成細胞の生理学的解析
メラノプシン遺伝子の遺伝子銃によるラット網膜組織培養への導入

神経分化

基礎生物学研究所

大脳皮質抑制性回路に関わるグルタミン酸受容体の局在解析

生体システム

大脳基底核の機能に関する研究における組織化学的解析のため

共生システム

マメ科植物都草の茎頂の形態解析

植物発生遺伝学

葉の発生進化に関する研究

光学解析室

SEM の試料作製法の検討

生物進化

食虫植物の葉源基観察

高次細胞機構高等植物におけるタンパク質の細胞内局在の解析

生殖生物学

性的可塑性の分子メカニズムに関する研究

東京歯科大学

還流唾液腺分泌終末の細胞間結合および直下細胞骨格の凍結割断による電子顕微鏡観察

理化学研究所

ネトリン G タンパク質のシナプス局在電子顕微鏡観察

中部大学

内耳有毛細胞の観察

琉球大学

魚類生殖線の性的可塑性の形態学的研究
性転換魚ミツボシキュウセンの性転換過程における生殖線超微細構造の観察(5) 機器研究試作室（生理研・基生研共通施設）
佐治俊幸
【概要】
機器研究試作室は多種多様な医学・生物学用実験機器

作機械の使用方法を主体に実習するフライス盤コースの開発と改良，それに関わる技術指導，技術相談を室の（リキャップ台）と旋盤コース（小物入れ）の 2 コースと役割とし，生理研・基生研の共通施設として運営されて

CAD コースを開講した。参加希望者は，3 コース合わせいる。

生理研 17 名，基生研 8 名で，各コースはガイダンスの後新しい研究には新しい研究機器を作るという『ものづマンツーマンで半日の講習を行った。

くり』が希薄になっている状況下，一方では，研究の多また，生理学研究所では，山手地区に移転した研究室

様化は室に新たな役割の模索が迫られている。そうしたのために，2005 年 4 月に工作室を開設し，利用者のため認識のもと，『ものづくり』能力の重要性の理解と機械の安全及び利用講習会を，毎年機器研究試作室が依頼を工作ニーズの新たな発掘と展開を目指すために，2000 年受けて実施している。

度から，医学・生物学の実験研究に使用される実験装置
や器具を題材にして，機械工作の基礎的知識を実習主体

なお，機器研究試作室の平成 22 年度の利用状況は，以下の通りである。

で行う機械工作基礎講座を開講してきた。本年も汎用工

平成 22 年度
機器研究試作室

機器研究試作室

利用報告

部門別のべ利用状況

認知行動発達機構

113

名多次元共同脳科学推進センター

9

名

脳形態解析

2

名

感覚認知情報

67

名

心理生理学

8

名

神経シグナル

1

名大脳神経回路論21

名

広報展開推進室8

名

生体機能情報解析室

1

名

ナノ形態生理13

名

形態情報解析室

7名

分子神経生理1

名

生体恒常機能発達機構

12

名

機能協関

4

名

神経機能素子1

名85

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

電子顕微鏡室

10

名

神経分化

2

名

生体システム9

名

行動様式解析室

2

名

脳生物学

35

名

生物進化

2

名

個別研究（栂根）

1

名

形態形成

35

名

共生システム

2

名

所長室付

1

名

時空間制御

34

名

RI センター

2

名

機器研究試作室
月
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
合計

生理研
31
28
32
30
21
25
24
19
24
23
12
23
291

利用人数表

基生研
6
7
15
7
7
7
3
3
4
3
2
6
70

合計
23
14
37
21
16
19
6
4
6
6
4
12
168

延べ時間
60
47
57
63
35
35
38
18
55
36
13
33
490

機器研究試作室

利用機器表（件数）

コンターマシンNCフライス

旋盤

ベルトグラインダー

切断機

その他

8

8

0

4

4

2

4

4

11

1

2

1

5

1

7

11

15

0

2

2

3

4

9

9

10

0

5

1

1

6

11

4

6

6

0

6

4

1

6

14

9

6

7

0

8

1

1

4

10

14

3

8

9

0

3

2

0

8

11

12

4

6

6

0

3

0

1

3

月

フライス盤

ボール盤

横切盤

4

14

10

5

15

8

6

21

7

24

8
9

12

19

8

5

7

0

3

2

1

8

1

13

10

4

11

0

3

2

0

4

2

4

9

1

7

0

0

1

1

2

3

11

11

7

8

0

4

4

3

1

合計

172

92

75

105

1

43

24

19

51

機器研究試作室

依頼製作品

スライスパッチチェンバー

プラー電極整形型

トリミング

ウオータージャケット

マーモセット採血用固定器

ピエゾ電極ホルダー

マウス頭部固定器具

行動解析ケージ

86

補助具研究活動報告／技術課③情報処理・発信センター(1) ネットワーク管理室
吉村伸明，村田安永【概要】
生理学研究所における当施設の利用形態は，生体情報

PC 上でこれらアプリケーションが供用できる。登録者

解析システム（後述），情報サービス（e-mail，WWW 等），

は 113 名で，研究推進のための積極的な利用がある。

プログラム開発及びメディア変換などに分類することが岡崎情報ネットワークは，MAC アドレスベース，もできる。また，これらを円滑に運用していくためには，

しくは Web 認証ベースの動的 VLAN 機能を有する

所内 LAN の管理，整備や情報セキュリティの維持も重1000BASE-T ネットワークで，利便性の向上とセキュリ要である。このような現状をふまえたうえで，岡崎情報

ティの確保を両立している。生理学研究所のネットワー

ネットワーク管理室とも連携しながら，施設整備を進め

ク利用状況は，メール登録者が 464 名。WWW 登録者がている。

79 名。LAN の端末数が 2,237 台。所外からのメール受信

生体情報解析システムは，データ解析・可視化，信号

数と，所外へのメール発信数は共に 15,000 通／週であっ処理，画像処理，数式演算，統計処理，電子回路設計なた。WWW は 5,700 台／週の端末から 71,000 ページ／週

どの多くのネットワークライセンス用アプリケーションの閲覧があった。VPN サービスは 34 回／週，80 時間／を備えている。ネットワーク認証により各部門施設の週の利用があった。

④岡崎共通研究施設(1) 動物実験センター
伊藤昭光，廣江猛，窪田美津子【概要】
本年度は，老朽化した設備の更新として，明大寺地区
動物棟 I の蒸気ボイラーの更新と照明器具の交換（飼育る。
【受精卵凍結・クリーンアップ事業】

室の一部を除く）が行われた。旧蒸気ボイラーは，オー

実施件数としては，明大寺および山手とも合わせて，

トクレーブや洗浄機などの蒸気供給を 1 台でまかなって受精卵凍結保存がのべ 14 件，クリーンアップ兼受精卵いたため，故障等により飼育作業に及ぼす影響が大で凍結保存 17 件，融解・移植 10 件を行った。融解･移植のあったが，2 台構成になったことにより，故障等におけ

中には，外部機関からマウス系統を搬入する際に，凍結る飼育作業への影響が最小限に抑えられると思われる。

胚で導入したための融解・移植が 4 件含まれており，そまた，懸案であった MRI 用サル一時保管室及び緊急時用のうちの 1 件は当センターとは異なる凍結方法であった

マウス一時飼育室の増築工事も行われた。

が，融解・移植し，無事産仔を得ることが出来た。

明大寺の施設は，建設されてから 30 年あまりを経過

また，行動実験用に，発生工学的手法を用いて生年月しており，空調設備を始めとする設備の老朽化が著しく，日をそろえたマウスを作製する依頼・相談が増加していまた，研究内容の変遷とともに利用形態も大きく様変わる。今のところ出来る限り対応しているが，今後も増加りしているため，様々な設備の更新が必要と考えていする場合は，受精卵凍結・クリーンアップ事業が圧迫さる。

れることも考えられる。

実験動物の授受に関し，年間でのべ 124 件の導入と【明大寺地区

陸生動物室】

126 件の供与があった。平均すると毎週 5 件の授受が行

平成 22 年度の飼育室利用部門数は，20 部門（生理研

われており，それに伴い授受の条件や書類内容の確認，

12 部門，基生研 4 部門，統合バイオサイエンスセンター

利用者へのアドバイスに費やされる時間が増大してい3 部門，共通研究施設 1 部門）であった。動物のべ飼育

87

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

SPF 飼育室 1 室が空室であったが，実験による一時的数は，昨年度と比べ，マウスおよびラットは増加し，イなマウス飼育数増加の要望により，1 室 1 部門の枠を越ヌおよびサルは減少している。
マウス，ラット一般飼育室では，カテゴリーA, B の病
原微生物がいない飼育環境を目指しており，平成 20 年 7

えて期限を区切り，エキストラでの使用を許可することとなった。

月以降，3 ヶ月に 1 度の微生物モニタリングを各飼育室

全 SPF 飼育室およびマウス一時保管室 1，マウス・で行っているが，カテゴリーA, B に該当する病原微生物

ラット一時保管室 2 の病原微生物モニタリングが，3 ヶは検出されなかった。

月に 1 回のペースで実施され，異常は検出されなかっマウス地下 SPF 室では，平成 22 年 6 月から 1 部門，

た。

平成 23 年 2 月から 1 部門，利用部門が増えた。そのため，

SPF の室圧をコントロールしている ISS 定風量装置に2 飼育室の運用となり，作業や人員の見直しを行い，運不具合があったため，昨年度に引き続き，残り不良箇所用した。平成 21 年 6 月以降，3 ヶ月に 1 度の微生物モニの全機器交換を行った。空調機ダクトからの空気漏れ，タリングを行っているが，病原微生物は検出されなかっ蒸気配管からの蒸気漏れ，オートクレーブ，洗浄機等のた。

各種配管からの漏れに対する修理が多かった。また，建動物棟 I では，照明器具を Hf 照明に交換し，廊下の照明には人感センサーを取り付け，省エネルギーに貢献し物外壁より施設内部に雨水の浸入が頻繁に見られるようになったため，原因の究明と修理を依頼している。
その他，職場体験の中学生 3 名を受け入れ，実習をた。
動物棟 II では，建物の老朽化に伴い，北壁面に吹き付
ける風雨時に，壁面亀裂から，雨水が飼育室へ侵入した行った。
【明大寺及び山手地区 水生動物室】
平成 22 年度の明大寺地区の利用状況は，生理研 2 部門，

が，補修工事を行い改善された。
動物棟 I の地下 SPF の SFD 煙感知器が故障し，空調ダ

基生研 4 部門となっている。

ンパーの遮断が出来なくなった。SPF 内であったため工基生研の耐震補強工事に伴う水生動物室の改修工事や事が困難であり，他で使用していた感知器を取り付け，

飼育水槽等の再設置は行われたが，飼育水槽周辺のポン対応した。

プや水温調節ユニットなどは老朽化したものを再利用し昨年度，霊長類遺伝子導入実験施設を設置したことにており，最近では修理・交換の頻度が増えてきている。

より，MRI 用サル一時保管室および緊急時用マウス一時

平成 22 年度の山手地区の利用状況は，統合バイオサ

飼育室の機能が無くなったため，新たに建物を増設した。

イエンスセンター4 部門と基生研の 1 部門が水槽を利用

次年度，内部を整備し，稼働開始予定である。

している。
淡水の水質悪化のため，今年度は業者により淡水高置【山手地区 動物実験センター分室】
平成 22 年度の飼育室利用部門数は，14 部門（生理研 6水槽，海水高置水槽の清掃を実施した。

部門，基生研 2 部門，統合バイオサイエンスセンター5
部門，共通研究施設 1 部門）であった。

なお，水生動物の搬入数については，基生研の耐震補強工事後および生理研の耐震補強工事準備を進めている

利用者講習会を毎月開催するとともに，実際の利用方法について別途実務講習会を実施している。各受講者はこともあり，正確な集計が取れていないため，集計表は割愛する。

それぞれ 31 名，27 名であった。
陸生動物

部門別・動物種別搬入数（平成 22 年度）
明大寺地区
マウス

神経機能素子

ラット

88

サル

マウス

ラット

77

生体膜
機能協関

山手地区

1,015
115

70

研究活動報告／技術課

分子神経生理

1,038
明大寺地区
マウス

ラット

山手地区
サル

マウス

神経シグナル
感覚認知情報5786

認知行動発達

90

72

14

脳形態解析

193

大脳神経回路論
7

24
1,019

生体恒常機能433

行動様式解析室

93

181

489
6

97

374

15

細胞社会学

99

4

光脳回路

89

分子発生

686
40

ナノ形態生理47
24

遺伝子改変動物作製室
合計

5

83

脳生物学

細胞生理

170

107

動物実験センター

神経分化

2,385

1

生殖内分泌系

統合神経生物学678

14

生体機能情報解析室
広報展開推進室

1,734
1

生体システム

形態情報解析室

ラット

2,740

350

22

419

58

2

113

1,975

20

1,488

575

11,333

1,865

89

研究発表／発表論文

a. 発表論文〔

目

次〕神経機能素子研究部門.................................................................................. 94
分子神経生理研究部門.................................................................................. 94
ナノ形態生理研究部門.................................................................................. 95
生体膜研究部門........................................................................................ 95
機能協関研究部門...................................................................................... 96
細胞生理研究部門...................................................................................... 96
感覚認知情報研究部門.................................................................................. 97
神経シグナル研究部門.................................................................................. 97
神経分化研究部門...................................................................................... 98
感覚運動調節研究部門.................................................................................. 98
生体システム研究部門................................................................................. 100
脳形態解析研究部門................................................................................... 100
大脳神経回路論研究部門............................................................................... 101
心理生理学研究部門................................................................................... 101
認知行動発達機構研究部門............................................................................. 102
生体恒常機能発達機構研究部門......................................................................... 103
生殖・内分系発達機構研究部門......................................................................... 104
遺伝子改変動物作製室................................................................................. 104
行動様式解析室....................................................................................... 105
形態情報解析室....................................................................................... 105
生体機能情報解析室................................................................................... 105
動物実験センター..................................................................................... 106

93

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

発

表

論

文

《神経機能素子研究部門》
1)

4. Nakajo K, Ulbrich M, Kubo Y, Isacoff E (2010)

英文原著論文

Stoichiometry of the KCNQ1-KCNE1 ion channel

1. Matsushita S, Nakata H, Kubo Y, Tateyama M (2010)
Ligand-induced rearrangements of the GABAB receptor

complex. Proc Natl Acad Sci USA 107:18862-18867.

revealed by fluorescence resonance energy transfer. J

5. Nagatomo K, Ishii H, Yamamoto T, Nakajo K, Kubo Y(2010) The Met268Pro mutation of mouse TRPA1

Biol Chem 285:10291-10299.

changes the effect of caffeine from activation to

2. Ishii H, Nakajo K, Yanagawa Y, Kubo Y (2010)++suppression. Biophys J 99:3609-3618.

Identification and characterization of Cs -permeable K

channel current in mouse cerebellar Purkinje cells in

2)

lobules 9 and 10 evoked by molecular layer stimulation.

1. 久保義弘，立山充博 (2010) G 蛋白質共役受容体の構研究関係著作

造変化の全反射照明下 FRET 法による解析。医学のEur J Neurosci 32:736-748.
3. Nakane Y, Ikegami K, Ono H, Yamamoto N, Yoshida S,
Hirunagi K, Ebihara S, Kubo Y, Yoshimura T (2010) A

歩み“G 蛋白質共役受容体研究”（飯利太朗 編）
233:699-703.

mammalian neural tissue opsin (Opsin 5) is a deep brain

2. 久保義弘，藤原祐一郎，Batu Keceli，中條浩一 (2010)

photoreceptor in birds. Proc Natl Acad Sci USA

ATP 受容体チャネル P2X2 の構造と機能の状況依存

107:15264-15268.

的変化。Brain and Nerve 62:1323-1329.

《分子神経生理研究部門》
1)

英文原著論文1. Murakami S, Ohki-Hamazaki H, Watanabe K, Ikenaka K,

Induction of paranodal myelin detachment and sodium
channel

loss

in

vivo

by

campylobacter

jejuniOno K (2010) Netrin 1 provides a chemoattractive cue

DNA-binding protein from starved cells (C-Dps) infor the ventral migration of GnRH neurons in the chickmyelinated nerve fibers. J Neurol Sci 288:54-62.

forebrain. J Comp Neurol 518:2019-2034.

5. Espinosa-Jeffrey A, Hitoshi S, Zhao P, Awosika O, Agbo

2. Shimono C, Manabe R, Yamada T, Fukuda S, Kawai J,

C, Olaniyan E, Garcia J, Valera R, Thomassian A,

Furutani Y, Tsutsui K, Ikenaka K, Hayashizaki Y,

Chang-Wei R, Yamaguchi M, de Vellis J, Ikenaka K

Sekiguchi K (2010) Identification and characterization of(2010) Functional central nervous system myelin repair

nCLP2, a novel Clq family protein expressed in thein an adult mouse model of demyelination caused bycentral nervous system. J Biochem 147:565-579.

proteolipid protein overexpression. J Neurosci Res

3. Tanaka KF, Ahmari SE, Leonardo ED, Richardson-

88:1682-1694.

Jones JW, Budreck EC, Scheiffele P, Sugio S, Inamura N,

6. Bao GM, Tanaka K, Ikenaka K, Fukase K (2010) Probe

Ikenaka K, Hen R (2010) FAST (Flexible Accelerated

design and synthesis of Galβ (1→3) [NeuAcα (2→6)]

STOP TetO-knockin): a versatile and efficient new gene

GlcNAcβ (1→2) Man motif of N-glycan. Bioorg Med

modulating system. Biol Psychiatry 67:770-773.

Chem 18:3760-3766.

4. Piao H, Minohara M, Kawamura N, Li W, Mizunoe Y,

7. Gotoh H, Ono K, Takebayashi H, Harada H, Nakamura

Umehara F, Goto Y, Kusunoki S, Matsushita T, Ikenaka

H, Ikenaka K (2010) Genetically-defined lineage tracing

K, Maejima T, Nabekura J, Yamasaki R, Kira J (2010)of Nkx2.2-expressing cells in chick spinal cord. Dev Biol94

研究発表／発表論文(in press).
2)

関わり。実験医学 28:194-199.
2. 清水崇弘，杉尾翔太，池中一裕 (2010) マクログリア

研究関係著作

1. 田中謙二，池中一裕 (2010) 白質の可塑性と疾患とのの分子マーカー。Clinical Neuroscience 28:1363-1366.

《ナノ形態生理研究部門》
1)

2)

英文原著論文

英文総説（査読あり）

1. Shigematsu H, Sokabe T, Danev R, Tominaga M,

1. Nagayama K, Danev R, Shigematsu H, Hosogi N,

Nagayama K (2010) A 3.5-nm Structure of rat TRPV4

Fukuda Y, Nitta K, Kaneko Y (2010) Phase Contrast

Cation Channel Revealed by Zernike Phase-contrast

Enhancement with Phase Plates in Biological Electron

cryo-EM. J Biol Chem 285:11210-11218.

Microscopy. Microscopy Today 18:10-13.

2. Loukanov AR, Kamasawa N, Danev R, Shigemoto R,

2. Danev R, Nagayama K (2010) Phase Plates for

Nagayama K (2010) Immunolocalization of Multiple

Transmission Electron Microscopy. Methods Enzymol

Membrane Proteins on a Carbon Replica with STEM and481:343-369.
3)

EDX. Ultramicroscopy 110:306-374.

その他

3. Danev R, Kanamaru S, Marko M, Nagayama K (2010)

1. 永山國昭 (2010) 量子・分子・遺伝子。別冊数理科学

Zernike Phase Contrast Cryo-Electron Tomography. J「多彩な量子の世界」，サイエンス社，pp 148-154.
2. 永山國昭 (2010) 物理っておもしろい－物理学と整Struct Biol 171:174-181.

合的世界。パリティ（丸善）4 月号 45.

4. Murata K, Liu X, Danev R, Jakana J, Schmid MF, King J,
Nagayama K, Chiu W (2010) Zernike Phase Contrast
Cryo-Electron

Microscopy

andTomography

3. 村上政隆，山岸俊一 (2010) 生理研アーカイブスの構for

築 。“大学 共同 利用機関 の歴 史とアー カイ ブス

Structure Determination at Nanometer and Subnanometer

2009”（松岡啓介 編），総合研究大学院大学 葉山高

Resolutions. Structure 18:903-912.

等研究センター，pp 105-110.

5. Qi B, Narita T, Satoh K, Guo M-Y, Katsumata-Kato O,

4. 村上政隆，山岸俊一 (2010) 生理学研究所の設立「10Murakami M, Fujita-Yoshigaki J, Sugiya H (2010)

年の歩み」から見た準備と発足 1958-1977.

Characteristics of neurokinin A-induced salivary fluid“大学共同利用機関の歴史とアーカイブス 2009”secretion in perfused rat submandibular gland. Arch Oral

（松岡啓介 編），総合研究大学院大学 葉山高等研究

Biol 55:737-744.

センター，pp 261-315.

《生体膜研究部門》
1)

cytoplasmic dynein activity. EMBO J 29:107-119.

英文原著論文1. Fukata Y, Lovero KL, Iwanaga T, Watanabe A, Yokoi N,

2)

英文総説（査読あり）

Tabuchi K, Shigemoto R, Nicoll RA, Fukata M (2010)

1. Fukata Y, Fukata M (2010) Protein palmitoylation in

Disruption of LGI1-linked synaptic complex causes

neuronal development and synaptic plasticity. Nat Rev

abnormal synaptic transmission and epilepsy. Proc Natl

Neurosci 11:161-175.

Acad Sci USA 107:3799-3804.

3)

研究関係著作

2. Shmueli A, Segal M, Sapir T, Tsutsumi R, Noritake J,

1. 横井紀彦，深田正紀，深田優子 (2010) シナプス伝

Bar A, Sapoznik S, Fukata Y, Orr Y, Fukata M, Reiner O

達修飾分子 LGI1 の機能異常による“てんかん”発(2010) Ndel1 palmitoylation: a new mean to regulate症。Medical Bio 7:40-47.

95

第 32 巻（Dec,2011）

生理学研究所年報

2. 岩永

剛，深田正紀，深田優子 (2010) LGI1 が仲介

てんかんを引き起こす。細胞工学 29:594-595.

するタンパク質複合体の破綻はシナプス伝達異常と《機能協関研究部門》
1)

5. Kurbannazarova

英文原著論文

RSh,

Okada

Y,

MerzlyakPG,

1. Subramanyam M, Takahashi N, Hasegawa Y, Mohri T,

Tashmukhamedov BA, Sabirov RZ (2010) Characteristics

Okada Y (2010) Inhibitionof a protein kinase Akt1 byof anion channel of intermediate conductance activated at

apoptosis signal-regulating kinase-1 (ASK1) is involved

the membrane of thymocytes under hypoosmotic stress.

in apoptotic inhibition of regulatory volume increase. J

Uzbekistan Biol J 3:3-7 (in Russian).
6. Kurbannazarova

Biol Chem 285:6109-6117.

RSh.,

Okada

Y,

MerzlyakPG,

2. James AF, Sabirov RZ, Okada Y (2010) Clustering of

Tashmukhamedov BA & Sabirov RZ (2010) Properties

protein kinase A-dependent CFTR chloride channels inof the maxi-anion channel on the plasma membrane of

the sarcolemma of guinea-pig ventricular myocytes.

thymocytes. Proc Uzb Acad Sci 5:69-71 (in Russian).
7. Koizumi

Biochem Biophys Res Commun 391:841-845.

A,

Takayasu

M,

Takayasu

H(2010)

3. Ohbuchi T, Sato K, Suzuki H, Okada Y, Dayanithi G,

Asymmetric inhibitory connections enhance directional

Murphy D, Ueta Y (2010) Acid-sensing ion channels in

selectivity in a three-layer simulation model of retinal

rat hypothalamic vasopressin neurons of the supraoptic

networks. J Integr Neurosci 9:337-350.
8. Moritoh S, Tanaka KF, Jouhou H, Ikenaka K, Koizumi A

nucleus. J Physiol 588:2147-2162.
4. Inoue H, Takahashi N, Okada Y, Konishi M (2010)(2010) Organotypic tissue culture of adult rodent retina

Volume-sensitive outwardly rectifying chloride channel

followed by particle-mediated acute gene transfer in vitro.

in white adipocytes from normal and diabetic mice. Am J

PLoS One 5:e12917. doi: 1371/journal.pone. 0012917.

Physiol Cell Physiol 298:C900-C909.

《細胞生理研究部門》
1)

Sokabe T, Maruyama Y, Yanagawa Y, Murakami S,

英文原著論文1. Uchida K, Shiuchi T, Inada H, Minokoshi Y, Tominaga

Tominaga M (2010) Activation of polycystic kidney

M (2010) Metabolic adaptation of mice in a cooldisease-2-like 1 (PKD2L1)/PKD1L3 complex by acid inenvironment.

mouse taste cells. J. Biol. Chem. 285 (23):17277-17281.

PflugerArchiv.

Eur.

J.

Physiol.

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2. Shibasaki K, Murayama N, Ono K, Ishizaki Y, Tominaga

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6. Kohno K, Sokabe T, Tominaga M, Kadowaki T (2010)

3. Fujita F, Azuma T, Tajiri M, Okamoto H, Sano M,
TominagaM(2010)

Significanceof

hair-dyereveals neofunctionalization and loss of Transientbase-induced sensory irritation. International Journal of

Receptor Potential channel genes. J. Neurosci. 30

Cosmetic Science 32:217-224.

(37):12219-12229.

4. Kawaguchi H, Yamanaka A, Uchida K, Shibasaki K,

96

Honey bee thermal/chemical sensor, AmHsTRPA,

7. Yamanaka A, Tabuchi S, Tsunematsu T, Fukazawa Y,

研究発表／発表論文

Tominaga M (2010) Direct interaction between orexin

2. 富永真琴 (2010) TRP チャネルを介した温度受容のneurons activates these neurons through the OX2R. J.

分子機構

3. 曽我部隆彰，富永真琴 (2010) 膀胱伸展を感知する

Neurosci. 30 (38):12642-12652.

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8. Mihara H, Boudaka A, Shibasaki K, Yamanaka A,
Sugiyama T, Tominaga M (2010) Involvement of2)アレルギーと神経ペプチド 6:39-46.
医学のあゆみ 233(6):497.

4. 富永真琴 (2010) 酸味受容のメカニズム－オフ応答

TRPV2 activation in intestinal movement through NOを司る分子と生物学的意義

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419-423.
5. 富永真琴 (2010) TRP チャネルとバリア機能

その他

receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) 及び transientアレ

ルギー・免疫 17(9):53-59.

1. 富 永 真 琴 (2010) 侵 害刺 激受 容 に関 わる transient

6. 鈴木喜郎 (2010) カルシウム恒常性を担う TRP チャ

receptor potential ankyrin 1 (TRPA1) の活性化，制御メ
カニズム

化 学 と 生 物 48(6):ネル

腎と透析 69(3):359-362.

薬学雑誌 130(3):289-294.

《感覚認知情報研究部門》
1)

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英文原著論文1. Yasuda M, Banno T, Komatsu H (2010) Color selectivity

5. Banno T, Ichinohe N, Rockland K, Komatsu H (2010)of neurons in the posterior inferior temporal cortex of theReciprocal connectivity of identified color-processing

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1. Conway BR, Chatterjee S, Field GD, Horwitz GD,

英文総説（査読あり）

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Johnson EN, Koida K, Mancuso K (2010) Advances instorage capacity in the baseline activity of neurons incolor science: from retina to behavior. J. Neurosci

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研究関係著作

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1. 鯉田孝和，小松英彦 (2010) サル下側頭皮質（TE 野）

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《神経シグナル研究部門》
1)

英文原著論文1. Yanagisawa Y, Furue H, Kawamata T, Uta D,

TRPA1-expressing primary afferents synapse with amorphologically

identified

subclassof

substantia

Yamamoto J, Furuse S, Katafuchi T, Imoto K, Iwamoto

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3. Georgiev SK, Furue H, Baba H, Kohno T (2010) Xenon
inhibits excitatory but not inhibitory transmission in rat
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4. Hachisuka J, Furue H, Furue M, Yoshimura M (2010)97

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

Responsiveness of C neurons in rat dorsal root ganglion

mediating inhibition of GABA release from interneurons.

to 5-hydroxytryptamine-induced pruritic stimuli in vivo.

Eur J Neurosci 32:1843-1853.
2)

J Neurophysiol 104:271-279.

研究関係著作

5. Grossman AW, Aldridge GM, Lee KJ, Zeman MK, Jun

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2. 古江秀昌，歌 大介 (2010) 局所麻酔薬光学異性体の1355:221-227.
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1)

13:1354-1356.

英文原著論文1. Wada H, Ghysen A, Satou C, Higashijima S, Kawakami

6. Kinkhabwara, A., Riley, M., Koyama, M., Monen, J.,

K, Hamaguchi S, Sakaizumi M (2010) Dermal

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Acad. Sci. (USA) 108, 5425-5430.

modification of fear responses in zebrafish. Nat Neurosci《感覚運動調節研究部門》
1)

英文原著論文1. Honda Y, Nakato E, Otsuka Y, Kanazawa S, Kojima S,

98

Yamaguchi MK, Kakigi R (2010) How do infants
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研究発表／発表論文

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Effect

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activity.

Anti-Aging Med 17:153-160.

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Front Integr Physiol 1:136.

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16. Lagemann L, Okamoto H, Teismann H, Pantev C (2010)(2010) The effect of smoking on pain-related evoked

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1. 柿木隆介，三木研作，本多結城子，田中絵実 (2010) 脳

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7. Urakawa T, Inui K, Yamashiro K, Tanaka E, Kakigi R(2010) Cortical dynamics of visual change detection

側頭葉 側頭葉底部（顔認知）。Clinical Neuroscience
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8. Nakata H, Sakamoto K, Kakigi R (2010) Characteristics

腎・透析ガイド～学術セミナーレポート～（第 21of No-go P300 component during somatosensory

回東海透析技術交流会定例総会 スプリングセミナ

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9. Inui K, Urakawa T, Yamashiro K, Otsuru N, Nishihara

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M, Takeshima Y, Keceli S, Kakigi R (2010) Non-linear

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12. Inui K, Urakawa T, Yamashiro K, Otsuru N, Takeshima

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7. 柿木隆介，望月秀紀 (2010) 痛みと痒みの脳内認知機構。慢性疼痛 29:7-12.
8. 柿木隆介，三木研作，本多結城子，田中絵実，仲渡江美 (2010) 脳波と脳磁図を用いた顔認知の研究。
“ノンバーバルコミュニケーションと脳－自己と他

Y, Nishihara M, Motomura E, Kida T, Kakigi R (2010)

者をつなぐもの”（岩田

Echoic memory of a single pure tone indexed by

院，東京，pp 23-35.

誠・河村

満 編）
，医学書

99

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

9. 柿木隆介 (2010) 顔の脳科学。“ノンバーバルコミュ

13. 柿木隆介 (2010) 情動と自律神経：脳画像で見る心の痛み。自律神経ニケーションと脳－自己と他者をつなぐもの”
（岩田
誠，河村

満 編）
，医学書院，東京，pp 19-22.

3)

47 (1) 別冊：10-18.

その他

10. 柿木隆介 (2010) 顔認知のメカニズムと学習効果。

1. 柿木隆介 (2010) かゆみを抑える裏技。“雑学読本“脳科学と学習・教育”（小泉英明 編），明石書店，

NHK ためしてガッテン 14”（NHK 科学・環境番組

東京，pp 133-148.

部編），NHK 出版，p.61.

11. Kakigi R, Forss N (2010) MEG an introduction to2. 柿木隆介 (2010) 脳科学的に脳が活性化する! 勉強や

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スポーツの前にガムをかむと効率アップ。ボンメル

Hansen PC, Kringelbach ML, Salmelin R), Oxford

シィ！スクール (Benesse Corporation) 11 月号 p.19.
3. 柿木隆介，山口真美 (2010)“笑顔”と“怒り顔”をUniversity Press, UK, pp 300-345.

見分ける生後 6～7 カ月の赤ちゃん

12. 柿木隆介，望月秀紀 (2010) 痛みと痒みを認知する脳山口真美・文学

部位は異なる。感染 炎症 免疫 (Infection Inflammation

部教授らが共同研究で解明 Hakumon ちゅうおう

Immunity) 40(4):63-65.

2010 冬季号 No.219 pp.42-43.

《生体システム研究部門》
1)

cortex in macaques. Eur J Neurosci 31:1402-1413.

英文原著論文1. Hashimoto M, Takahara D, Hirata Y, Inoue KI, Miyachi
S, Nambu A, Tanji J, Takada M, Hoshi E (2010) Motor

2)

その他

1. 知見聡美，南部篤 (2010) モデルマウスの神経活動

and non-motor projections from the cerebellum toからジストニアの病態を考察する。実験医学

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28:661-666.

《脳形態解析研究部門》
1)

4. Loukanov A, Kamasawa N, Danev R, Shigemoto R,

英文原著論文1. Matsuda K, Miura E, Miyazaki T, Kakegawa W, Emi K,

Nagayama K (2010) Immunolocalization of multiple

Narumi S, Fukazawa Y, Ito-Ishida A, Kondo T,

membrane proteins on a carbon replica with STEM and

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ligand for an orphan glutamate receptor delta2, abidirectional synapse organizer. Science 328:363-8.
2. Parajuli LK, Fukazawa Y, Watanabe M, Shigemoto R

Fukazawa Y, Sieghart W, Shigemoto R, Somogyi P(2010)

Quantitative

localisationofsynaptic

and(2010) Subcellular distribution of α1G subunit of T-type

extrasynaptic GABAA receptor subunits on hippocampal

calcium channel in the mouse dorsal lateral geniculate

pyramidal cells by freeze-fracture replica immunolabelling.

nucleus. J Comp Neurol 518:4362-4374.

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3. Dong Y, Fukazawa Y, Wang W, Kamasawa N,
Shigemoto100

5. Kasugai Y, Swinny JD, Roberts JDB, Dalezios Y,

R(2010)

Differential

6. Atherton JF, Kitano K, Baufreton J, Fan K, Wokosin D,

postsynaptic

Tkatch T, Shigemoto R, Surmeier DJ, Bevan MD (2010)

compartments in the laterocapsular division of the central

Selective participation of somatodendritic HCN channels

nucleus of amygdala for afferents from the parabrachialin inhibitory but not excitatory synaptic integration in

nucleus and the basolateral nucleus in the rat. J Comp

neurons of the subthalamic nucleus. J Neurosci

Neurol 518:4771-4791.

30:16025-16040.

研究発表／発表論文

7. Shinohara Y, Hosoya A, Yamasaki N, Ahmed H, Hattori

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press: Epub Nov 10, 2010).

Shigemoto R (2010) Right-hemispheric dominance of《大脳神経回路論研究部門》
1)

Neurosci 30:2211-2222.

英文原著論文

1. Puig MV, Watakabe A, Ushimaru M, Yamamori T,
Kawaguchi Y (2010) Serotonin modulates fast-spiking
interneuron and synchronous activity in the rat prefrontal

2)

その他

1. 川口泰雄 (2009) 急がば回れ。内藤財団時報 第 85 号
pp 47.

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1)

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英文原著論文

1. Anme T, Shinohara R, Sugisawa Y, Tong L, Tanaka E,
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Tomisaki E, Mochizuki Y, Morita K, Gan-Yadam A,

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Interaction

Rating

Scale

(IRS)

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8. Izuma K, Matsumoto M, Murayama K, Samejima K,

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5. Chiao JY, Hariri AR, Harada T, Mano Y, Sadato N,
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12. Kitada R, Johnsrude IS, Kochiyama T, Lederman SJ(2010) Brain networks involved in haptic and visual
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101

生理学研究所年報

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13. Kosaka H, Omori M, Munesue T, Ishitobi M, Matsumura

18. Tanaka S, Honda M, Hanakawa T, Cohen LG (2010)

Y, Takahashi T, Narita K, Murata T, Saito DN,

Differential contribution of the supplementary motor area

Uchiyama H, Morita T, Kikuchi M, Mizukami K,

to stabilization of a procedural motor skill acquired

Okazawa H, Sadato N, Wada Y (2010) Smaller insulathrough different practice schedules. Cereb Cortex,

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14. Oshio R, Tanaka S, Sadato N, Sokabe M, Hanakawa T,Children’s Study 2004-2009; cohort study of early

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403.

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20. Yanaka HT, Saito DN, Uchiyama Y, Sadato N (2010)
Neural substrates of phasic alertness: A functional

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Lederman SJ (2011). ‘Figure/Ground Segmentation via a
Haptic Glance: Attributing Initial Discrete Finger

21. Yato Y, Tanaka D, Shinohara R, Sugisawa Y, Tanaka E,

Contacts to Objects or their Supporting Surfaces’ IEEE

Tong L, Yamakawa N, Anme T, Kawai M, Maeda T ;Transactions on Haptics 4:2-13. *indicates corresponding

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16. Saito DN*, Tanabe HC*, Izuma K, Hayashi MJ, Morito

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Y, Komeda H, Uchiyama H, Kosaka H, Okazawa H,

脚注

Fujibayashi

2)

Y,

SadatoN(2010)“Stay

tuned”:

inter-individual neural synchronization during mutual[1] include Sadato ND.

研究関係著作

1. 笠原和美，田中悟志，渡邊克巳，花川

隆，本田

学

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(2011) 複数日連続した経頭蓋直流電気刺激により電*Contributed equally to this work

極直下の皮膚に発赤を生じた 2 例

17. Shinohara R, Sugisawa Y, Tong L, Tanaka E, Watanabe
T, Onda Y, Kawashima Y, Hirano M, Tomisaki E,
Mochizuki Y, Morita K, Amarsanaa GY, Yato Y,
Yamakawa N, Anme T, ; Japan Children’s Study
[1]

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(2010) The trajectory of children’s social

competence from 18 months to 30 months of age and臨床神経生理学

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2. 田邊宏樹，定藤規弘 (2010) MRI を用いた脳機能イメージング研究，実験医学 28:12-15.
3. 吉原一文 (2010) Functional Somatic Syndrome と身体表現性障害との鑑別およびその病態評価。日本疲労学会会誌。5(2):15-21.

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1)

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Murata Y, Onoe H, Yoshino-Saito K, Tsuboi F,

ipsilateral

Takahashi M, Isa T, Kojima T (2010) SPP1 is selectively

hemidecorticated rats. J Neurophysiol 104:1707-1716.

expressed in corticospinal neurons of the macaque

3. Tsuboi F, Nishimura Y, Yoshino-Saito K, Isa T (2010)

sensorimotor cortex. J Comp Neurol 518:2633-2644.

102

2. Umeda T, Takahashi M, Isa K, Isa T (2010) Formation offorelimb

motoneuronsinneonatally

Neuronal mechanism of mirror movements caused by

研究発表／発表論文

dysfunction of the motor cortex. Eur J Neurosci

2)

32:1397-1406.

1. Kaneda K, Isa T (2010) Superior Colliculus. “Handbook

英文総説（査読あり）

of Brain Microcircuits” (eds. Shepherd GM, Grillner S),

4. Perfiliev S, Isa T, Johnels B, Steg G, Wessberg J (2010)

Oxford Univ Press, pp 311-316.

Reflexive limb selection and control of reach direction to
moving targets in cats, monkeys and humans. J

3)

Neurophysiol 104:2423-2432.

1. 加藤利佳子，伊佐inter-segmental

andinter-laminar

正 (2010) 眼球サッケード運動制御系の概要。Clinical Neuroscience 28:24-27.

5. Yoshino-Saito K, Nishimura Y, Oishi T, Isa T (2010)
Quantitative

研究関係著作

2. 西村幸男，伊佐正 (2010) 機能修復の生理学－脊髄comparison of corticospinal projection from the forelimb

損傷後の運動機能回復における大脳皮質・皮質下でarea of primary motor cortex of macaque monkeys.

の機能代償機構。Clinical Neuroscience 28:1088-1089.
4)

Neurosci 171:1164-1179.
6. Takei T, Seki K (2010) Spinal interneurons facilitate

その他

1. 伊佐

正，大隅典子，高橋良輔 (2010) 精神・神経疾

coactivation of hand muscles during a precision grip task

患の統合的理解－神経系の階層性を超えて（概論）。

in monkeys. J Neurosci 30:17041-17050.

実験医学（増刊号）28:16-19.

《生体恒常機能発達機構研究部門》
1)

surface expression of gamma- aminobutyric acid type A

英文原著論文receptors. J Biol Chem 285:4837-4846.

1. Piao H, Minohara M, Kawamura N, Li W, Mizunoe Y,
Umehara F, Goto Y, Kusunoki S, Matsushita T, Ikenaka

5. Mizokami A, Tanaka H, Ishibashi H, Umebayashi H,

K, Maejima T, Nabekura J, Yamasaki R, Kira J. (2010)

Fukami K, Takenawa T, Nakayama KI, Yokoyama T,

Induction of paranodal myelin detachment and sodium

Nabekura J, Kanematsu T, Hirata M (2010) GABAA

channelreceptor

loss

in

vivo

by

Campylobacter

jejunisubunitalteration-dependent

diazepamDNA-binding protein from starved cells (C-Dps) ininsensitivity

myelinated nerve fibers. J Neurol Sci 288:54-62.

C-related inactive protein knockout mice. J Neurochem

2. Inada H, Maejima T, Nakahata Y, Yamaguchi J,

in

the

cerebellumofphospholipase

114:302-310.

Nabekura J, Ishibashi H (2010) Endocannabinoids

6. Nakahata Y, Miyamoto A, Watanabe M, Moorhouse AJ,

contribute to metabotropic glutamate receptor-mediatedNabekura J, Ishibashi H (2010) Depolarizing shift in theinhibition of GABA release onto hippocampal CA3

GABA-induced current reversal potential by lidocaine

pyramidalhydrochloride. Brain Res 1345:19-27.

neuronsinanisolatedneuron/bouton

preparation. Neuroscience. 165:1377-1389.

7. Marumo T, Eto K, Wake H, Omura T, Nabekura J (2010)

3. Ebisuno Y, Katagiri K, Katakai T, Ueda Y, Nemoto T,

The inhibitor of 20-HETE synthesis, TS-011, improves

Inada H, Nabekura J, Okada T, Kannagi R, Tanaka T,

cerebral microcirculatory autoregulation impaired byMiyasaka M, Hogg N, Kinashi T (2010) Rap1 controls

middle cerebral artery occlusion in mice. Br J Pharmacol

lymphocyte adhesion cascade and interstitial migration

161:1391-1402.

within

lymph

nodes

in

RAPL-dependentand-independent manners. Blood 115:804-814.
4. Fujii M, Kanematsu T, Ishibashi H, Fukami K,
Takenawa T, Nakayama KI, Moss SJ, Nabekura J, Hirata
M (2010) Phospholipase C-related but catalyticallyinactive protein is required for insulin-induced cell2)

研究関係著作

1. 鍋倉淳一，江藤

圭 (2010) 二光子顕微鏡を用いた脳の in vivo イメージング。日本薬理学雑誌 135:104108.
2. 鍋倉淳一，江藤圭，高鶴裕介 (2010) 障害後のシナ

プ ス 再 生 お よ び 神 経 回 路 の 再 編 。 Clinical103

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

Neuroscience 28:865-868.

成。小児科臨床ピクシス 19:15-19.

3. 鍋倉淳一 (2010) 発達期における脳機能回路の再編《生殖・内分系発達機構研究部門》
1)

to cessation of feeding via agouti-related peptide.

英文原著論文Endocrinology 151:2556-2566.

1. Misu H, Takamura T, Takayama H, Hayashi H,
Matsuzawa-Nagata N, Kurita S, Ishikura K, Ando H,

2)

Takeshita Y, Ota T, Sakurai M, Yamashita T, Mizukoshi

1. 箕越靖彦 (2010) 脳におけるエネルギー感受機構とE, Yamashita T, Honda M, Miyamoto K, Kubota T,
Kubota N, Kadowaki T, Kim HJ, Lee IK, Minokoshi Y,
Saito Y, Takahashi K, Yamada Y, Takakura N, Kaneko S(2010) A liver-derived secretory protein, selenoprotein P,

研究関係著作AMPK。実験医学 増刊号 28:836-842.
2. 箕越靖彦 (2010) 視床下部における栄養センサーと摂食調節。アディポサイエンス 6:230-236.
3. 箕越靖彦 (2010) 視床下部。“肥満症（第 2 版）日本
臨床増刊号”日本臨床 pp.59-63.

causes insulin resistance. Cell Metab 12:483-495.
2. Tanegashima K, Okamoto S, Nakayama Y, Taya C,

4. 鈴木敦，箕越靖彦 (2010) AMP キナーゼ。“糖尿Shitara H, Ishii R, Yonekawa H, Minokoshi Y, Hara T

病ナビゲーター（第 2 版）”（門脇(2010) CXCL14 deficiency in mice attenuates obesity

カルレビュー社 pp.216-217.

and inhibits feeding behavior in a novel environment.
PLoS ONE 5:e10321.

5. 志内哲也，箕越靖彦 (2010) 視床下部オレキシンによる骨格筋でのグルコース利用促進機構。糖尿病学

3. Sasaki T, Kim HJ, Kobayashi M, Kitamura YI,
Yokota-Hashimoto

孝 編）メディH,

ShiuchiT,

Minokoshi

Y,

2010（岡 芳知，谷澤幸生 編集）株式会社診断と治療 pp.22-30.

Kitamura T (2010) Induction of hypothalamic Sirt1 leads《遺伝子改変動物作製室》
1)

77:94.

英文原著論文1. Suzuki A, Ammann P, Nishiwaki-Yasuda K, Sekiguchi S,

4. Hochi S, Abdalla H, Hara M, Shimada M, Hirabayashi M

Asano S, Nagao S, Kaneko R, Hirabayashi M, Oiso Y,(2010) Stimulatory effect of ROCK inhibitor on

Itoh M, Caverzasio J (2010) Effects of transgenic Pit-1

revivability of in vitro-produced bovine blastocysts after

overexpression

vitrification. Theriogenology 73:1139-1145.

on

calcium

phosphate

and

bone

metabolism. J Bone Miner Metab 28:139-148.

5. Hirabayashi M, Kato M, Sanbo M, Kobayashi T, Hochi

2. Yoshizawa Y, Kato M, Hirabayashi M, Hochi S (2010)

S, Nakauchi M (2010) Rat transgenesis via embryonic

Impaired active demethylation of paternal genome instem cells electroporated with kusabira-orange gene. Mol

pronuclear-stage rat zygotes produced by in vitro

Reprod Dev 77:474.

fertilization or intracytoplasmic sperm injection. Mol
Reprod Dev 77:69-75.

6. Mashimo T, Ohmori I, Ouchida M, Ohno Y, Tsurumi T,
Miki T, Wakamori M, Takizawa A, Kato M, Hirabayashi

3. Hirabayashi M, Kato M, Kobayashi T, Sanb M, Yagi T,

M, Sasa M, Mori Y, Serikawa T (2010) A missense

Hochi S, Nakauchi M (2010) Establishment of rat

mutation of the gene encoding voltage- dependentembryonic stem cell lines that can participate into

sodium channel (Nav1.1) confers susceptibility to febrilegermline chimerae at high efficiency. Mol Reprod Dev

seizures in rats. J Neurosci 30:5744-5753.

104研究発表／発表論文

pancreas in mouse by interspecific blastocyst injection of

7. Abdalla H, Shimada M, Hara M, Morita H, Kuwayama

pluripotent stem cells. Cell 142:787-799.

M, Hirabayashi M, Hochi S (2010) Vitrification of ICSIand IVF-derived bovine blastocysts by minimum volume2)

cooling procedure: effect of developmental stage and age.

1. Hirabayashi M, Hochi S (2010) Generation of transgenic

研究関係著作

rats by ooplasmic injection of sperm cells exposed to

Theriogenology 74:1028-1035.

exogenous

8. Kobayashi T, Yamaguchi T, Hamanaka S, Kato-Itoh M,

DNA.

“Rat

genomics:

Methods

andYamazaki Y, Ibata M, Sato H, Lee YS, Usui J, Knisely

Protocols” (Eds. Anegon I), Humana Press, Totowa,

AS, Hirabayashi M, Nakauchi H (2010) Generation of rat

USA, pp 127-136.

《行動様式解析室》
1)

3. Tamada K, Tomonaga S, Hatanaka F, Nakai N, Takao K,

英文原著論文1. Matsuo N, Takao K, Nakanishi K, Yamasaki N, Tanda K,

Miyakawa T, Nakatani J, Takumi T (2010) Decreased

Miyakawa T (2010) Behavioral profiles of three

exploratory activity in a mouse model of 15q duplication

C57BL/6 substrains. Front Behav Neurosci 4:29.

syndrome; implications for disturbance of serotoninsignaling. PLoS One 5:e15126.

2. Ohira K, Hagihara H, Toyama K, Takao K, Kanai M,
Funakoshi H, Nakamura T, Miyakawa T (2010)

2)

Expression of tryptophan 2,3-dioxygenase in mature

1. Takao K, Miyakawa T (2010) Immature dentate gyrus as

granule cells of the adult mouse dentate gyrus. Mol Braina candidate endophenotype of psychiatric disorders. 日

3:26.

本神経精神薬理学雑誌 30:115-122.

研究関係著作《形態情報解析室》
1)

in subepithelial fibroblasts of rat intestinal villi. Cell

英文原著論文1. Murata K, Liu X, Danev R, Jakana J, Schmid MF, King J,
Nagayama K, Chiu W (2010) Zernike Phase Contrast
Cryo-Electron
Structure

Microscopy

Determination

at

and

Tomography

Nanometer

andTissue Res 342:243-259.
3. Oda S-I, Lee KJ, Arii T, Imoto K, Hyun BH, Pak IS,

for

Kim H, Rhyu IJ (2010) Differential regulation ofSub-

Purkinje cell dendritic spines in rolling mouse Nagoya

Nanometer Resolutions. Structure 18:903-12.
2. Furuya S, Furuya K, Shigemoto R, Sokabe M (2010)(tgrol/tgrol), P/Q type calcium channel (α1A/CaV2.1)
mutant. Anat Cell Biol 43:211-217.

Localization of NK1 receptors and roles of substance-P《生体機能情報解析室》
1)

英文原著論文1. Tsujimoto T, Shimazu H, Isomura Y, Sasaki K (2010)

cingulate cortices in forewarned reaction time tasks. J
Neurophysiol 103:827-843.

Theta oscillations in primate prefrontal and anterior

105

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）《動物実験センター》
1)

ニテックス，22(3):3.

英文原著論文1. KimuraT.

Successfultreatmentfor

idiopathic

thrombocytopenic purpura in a Japanese monkey., Scand
J Lab Anim Sci (in press).

3. 木村

透 (2010)「環境エンリッチメント」の特集にあたって。アニテックス 22(6):3.
4. 木村

透 (2010) 実験動物の環境エンリッチメン

2. Kimura T. Hairless descendants of Mexican hairless

ト－紙製の組み立て式 nest box を与えることによる

dogs: An experimental model for studying hypertrophic

Tabby jimpy ミュータントマウスの生存における有scars. J Cutan Med Surg (in press).

意なる改善効果－。アニテックス 22(6):19-22.

2)

和文原著論文

1. 木村透，廣江 猛 (2010) 高圧蒸気滅菌工程の確認

における化学的インジケータ Class 5 の有用性。日比較医会誌 18:22-26.
3)

透 (2010)「実験動物の麻酔」特集にあたって。

アニテックス 22(2):3-4.
2. 木村

106

透 (2010) 実験動物としての霊長類を取り扱う現場への「動物の麻酔モニタリング指針」の適用について。NBR Newsletter 6(1):8-10.
6. 木村

透 (2010) アニテックス 2010 年 1 月号編集後記。アニテックス 22(1):50.

その他

1. 木村

5. 木村

透 (2010)「比較腫瘍学」特集にあたって。ア

7. 木村

透 (2010) アニテックス 2010 年 7 月号編集後記。アニテックス 22(4):34.

研究発表／学会発表

b.

学会発表

〔

目

次

〕

神経機能素子研究部門................................................................................. 108
分子神経生理研究部門................................................................................. 108
ナノ形態生理研究部門................................................................................. 109
生体膜研究部門....................................................................................... 112
機能協関研究部門..................................................................................... 112
細胞生理研究部門..................................................................................... 113
感覚認知情報研究部門................................................................................. 114
神経シグナル研究部門................................................................................. 115
神経分化研究部門..................................................................................... 116
感覚運動調節研究部門................................................................................. 117
生体システム研究部門................................................................................. 118
脳形態解析研究部門................................................................................... 120
大脳神経回路論研究部門............................................................................... 121
心理生理学研究部門................................................................................... 122
認知行動発達機構研究部門............................................................................. 124
生体恒常機能発達機構研究部門......................................................................... 126
生殖・内分系発達機構研究部門......................................................................... 127
遺伝子改変動物作製室................................................................................. 128
行動様式解析室....................................................................................... 129
形態情報解析室....................................................................................... 130
生体機能情報解析室................................................................................... 130
動物実験センター..................................................................................... 130

107

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

学

会

発

表

《神経機能素子研究部門》
1. Nakajo K, Ulbrich MH, Kubo Y, Isacoff EY (2010.2)

KCNE subunits. 第 87 回日本生理学会大会（盛岡）

Stoichiometry of KCNQ1-KCNE1 ion channel complex

5. Keceli B, Kubo Y (2010.5) Functional significance ofis flexible and density-dependent. The 54th Biophysicalβ-sheet structures linking the ATP binding site to theSociety Meeting (San Francisco, USA)transmembrane

2. Gleitsman KR, Tateyama M, Kubo Y (2010.2) Structural
rearrangements of the motor protein prestin revealed byfluorescence resonance energy transfer. The 54th

domainsforthevoltage-and[ATP]-dependent gating of P2X2 receptor channel. 第 87回日本生理学会大会（盛岡）6. 石原圭子，山本友美，久保義弘 (2010.5) Subunits ofBiophysical Society Meeting (San Francisco, USA)

inward rectifier K+ channel subfamilies Kir2 and Kir3

3. 立山充博，久保義弘 (2010.5) Inter-subunit interaction

form heteromultmers in heterologous expression systems.

regulatesthemultiplesignalingof

metabotropic

glutamete receptor1α. 第 87 回日本生理学会大会（盛第 87 回日本生理学会大会（盛岡）
7. Tateyama M, Kubo Y (2010.9) FRET analysis revealed
difference in the Gq coupling between m1 muscarinic

岡）
4. 中條浩一，久保義弘 (2010.5) A role of the voltagesensor domain in the modulation of KCNQ1 channel by

receptor

andmetabotropic

glutamate

receptor1.

Neuro2010（神戸）《分子神経生理研究部門》
1. 等

誠司 (2010.5) 幹細胞を用いた神経疾患治療～再生医学は実現するのか～。第７回日本神経学会生涯6. Ikenaka K (2010.9) Differences in time and space
between ATP and Glutamate released from astrocytes.

教育セミナー（東京）
2. 吉村会中部支部例会・シンポジウム（名古屋）

武，Akhilesh Kumar，鳥居知宏，等誠司，

Neuro2010（神戸）池中一裕 (2010.5) Identification and functional analysis

7. Usui N, Watanabe K, Ono K, Tamamaki N, Ikenaka K,

of a novel LewisX-synthesizing α1,3-fucosyltransferase

Takebayashi H (2010.9) Roles of motoneruon-derived

gene in neural precursor. 第 74 回日本生化学会中部支factor on sensory neuron development. Neuro2010（神部例会・シンポジウム（名古屋）戸）堅妹，池中一裕 (2010.5) 脱

8. Tabata H, Sasaki M, Takebayashi H, Ikenaka K (2010.9)

髄性疾患におけるシステインプロテアーゼインヒビ

The migration of glial progenitors derived from the

ターCystain F の機能解析。第 74 回日本生化学会中

cortical ventricular zone. Neuro2010（神戸）3. 清水崇弘，田中謙二，馬部支部例会・シンポジウム（名古屋）

9. Tanaka KF, Yamazaki Y, Lee HU, Furuya K, Hida H,

4. Sugio S, Tanaka KF, Watanabe M, Ikenaka K (2010.5)

Takao K, Miyagawa T, Fujii S, Ikenaka K (2010.9)

The role of Bergmann glia in cerebellar development. 第Increase in ATP release from astrocytes results in

74 回日本生化学会中部支部例会・シンポジウム（名increase in the excitability of the hippocampus.

古屋）

Neuro2010（神戸）5. Ishino Y, Kumar A, Naruse M, Hitoshi S, Ikenaka K

10. Ishino Y, Kumar A, Naruse M, Hitoshi S, Ikenaka K(2010.5) Bre1, a histone 2B ubiquitin ligase, is one of the(2010.9) Bre1, a histone 2B ubiquitin ligase, is one of themodulators of neural stem cell fate. 第 74 回日本生化学

modulators of neural stem cell fate. Neuro2010（神戸）108研究発表／学会発表

11. Sugio S, Tanaka KF, Watanabe M, Ikenaka K (2010.9)

16. Tanaka KF (2010.10) A versatile new gene modulating

The role of Bergmann glia in cerebellar development.

system and its application in glial biology. The 10th

Neuro2010（神戸）Biennial Meeting of the Asia-Pacific Society for

12. Shimizu T, Tanaka KF, Ma J, Ikenaka K (2010.9)
Exploring the role of Cystatin F in murine demyelinating

Neurochemistry (Phuket, Thailand)
17. Hitoshi S, Jasmine S, Kumar A, Yoshimura T,
Yogayachi A, Narimatsu H, Ikenaka K (2010.12)

models. Neuro2010（神戸）13. Kako E, Kaneko K, Takebayashi H, Ikenaka K, Hida H,

Functional analysis of a unique LewisX-synthesizing

Sobue K, Togari H (2010.9) Fate mapping and

α1,3-fucosyltransferase gene in stem cell populations.

time-lapse imaging of Olig2-expressing oligodendrocyte

BMB2010（第 33 回日本分子生物学会年会・第 83 回

progenitors generated in the neonatal brain after

日本生化学会大会合同大会）（神戸）
18. 松本卓巳，吉村

hypoxia/ischemia. Neuro2010（神戸）武，池中一裕，辻崇一 (2010.12)

14. Gotoh H, Ono K, Takebayashi H, Harada H, Nakamura

ST6Gal-l N-glycan の糖鎖解析。BMB2010（第 33 回

H, Ikenaka K (2010.9) Lineage tracing of Nkx2.2-

日本分子生物学会年会・第 83 回日本生化学会大会合

expressing cells by novel genetically-defined lineage

同大会）
（神戸）

tracing method in chick spinal cord. Neuro2010（神戸）19. Hitoshi S, Kumar A, Ishino Y, Hosoya T, Hotta Y,

15. Moritoh S, Tanaka KF, Ikenaka K, Koizumi A (2010.9)

Ikenaka K (2010.11) Mammalian glial cells missing

Organotypic culture of adult rodent retina withgenes induce Hes5 and are required for neural stem cell

particle-mediated acute gene transfer in vitro. Neuro2010

generation. Neuroscience2010 (San Diego, USA)（神戸）

《ナノ形態生理研究部門》
Electron

7. Murakami M, Wei F (2010.5) Hydorostatic pressure

Microscopy and Integrative Bioimaging. The 3rdcontributes the driving force partially for the paracellularInternational Symposium for Bioimaging（岡崎）fluid secretion by isolated perfused submandibular

2. Nagayama K (2010.1) Phase Contrast Innovation andsalivary gland. 第 87 回日本生理学会年会（盛岡）

1. Nagayama

CLEM

K

(2010.1)(Correlative

Phase

Contrast

Light-Electron

Microscope).

8. Matsuki-Fukushima M, Sugiya H, Murakami M (2010.5)

China-Japan Cryo-EM Forum 2010 (Beijing, China)

Involvement of aquaporin-6 in osmoregulation of rat

3. 永山國昭 (2010.1) 位相差電子顕微鏡と統合バイオイ

parotid secretory granules. 第 87 回日本生理学会年会

メージング。2009 年度日本顕微鏡学会関西支部特別企画講演会（岡崎）（盛岡）
9. Murakami M (2010.5) Paracellular transport is important

4. 永山國昭 (2010.2) 電子顕微鏡 DNA 配列解析法確立

for supply of water and substrates into saliva:のための実験とシミュレーション比較。第 6 回巨大Morpho-Physiological approach in the isolated perfused

計算新手法中核拠点研究報告会（岡崎）submandibular gland. 江蘇省高齢医学研究学会研究5. 山口正視，ダネフ ラドスティン，西山清人，菅原敬会特別講演（徐州，China）

信，永山國昭 (2010.3) 氷包埋した A 型インフルエン

10. Murakami M (2010.5) Paracellular transport is important

ザウィルスの位相差電子顕微鏡観察。第 83 回日本細for supply of water and substrates into saliva:

菌学会総会（横浜）Morpho-Physiological approach in the isolated perfused

6. 永山國昭 (2010.3) 自然階層のイメージングサイエンス。第 9 回自然科学研究機構シンポジウム「ビックリ 4D で見るサイエンスの革新」（東京）

submandibular gland. 南京医科大学国際交流学院特別講演（南京，China）
11. 山田博之，御手洗聡，前田伸二，藤原永年，Apoorva

109

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

Bhatt，新田浩二，Radostin Danev，永山國昭 (2010.5)

Microscope for Real-time Correlative Microscopy. GRC

kasB KO 結核菌の透過電子顕微鏡観察。第 80 回実験

2010: Three Dimensional Electron Microscopy (Il

結核研究会（京都）Ciocco, Italy)

12. Radostin Danev，永山國昭 (2010.5) Viral Structures

23. 西川香里，片岡正典，永田麗子，喜多山篤，手老龍

Visualized by Zernike Phase Contrast Cryo-electron吾，鷲津正夫，小穴英廣 (2010.6) 基板上に伸長固定

Tomography. 日本顕微鏡学会第 66 回学術講演会（名した DNA の塩基修飾反応とその検出。第 21 回化学

古屋）とマイクロ・ナノシステム研究会（東京）

13. 福田善之，深澤有吾，Danev Radostin，永山國昭(2010.5) CEMOVIS 試料観察のためのゼルニケ位相板の調整。日本顕微鏡学会第 66 回学術講演会（名古24. 永山國昭 (2010.7) 位相差電子顕微鏡開発と応用。量子ビーム融合化技術検討会（東京）25. Matsuki-Fukushima M, Murakami M, Fujita-Yoshigaki J,
Katsumata-Kato O, Sugiya H (2010.7) Involvement of屋）
14. 細木直樹，重松秀樹，寺島浩行，本間道夫，永山國aquaporin-6 in osmoregulation of rat parotid secretory

昭 (2010.5) ゼルニケ位相差低温電子線トモグラフィ

granules. 88th General Session of the IADRーによる Vibrio フック基部体の調査。日本顕微鏡学

Spain)

会第 66 回学術講演会（名古屋）
15. 飯島寛文，新井善博，寺川進，永山國昭 (2010.5) 光子－電子ハイブリッド顕微鏡による生物試料の光顕－電顕同時観察。日本顕微鏡学会第 66 回学術講演会（名古屋）
16. 飯島寛文，箕田弘喜，新井善博，金子康子，永山國昭 (2010.5) Electron-Photon Hybrid Microscopy。日本
顕微鏡学会第 66 回学術講演会（名古屋）
17. 永谷幸則，永山國昭 (2010.5) ヒルベルト微分干渉法
における位相および振幅の回復方法。日本顕微鏡学会第 66 回学術講演会（名古屋）(Barcelona,

26. Murakami M, Wei F (2010.7) Hydorostatic pressure
contributes to the paracellular salivary secretion. 88th
General Session of the IADR (Barcelona, Spain)
27. Qi B, Narita T, Murakami M, Sugiya H (2010.7)
Analysis of saliva fluid flow by perfusion system. 88th
General Session of the IADR (Barcelona, Spain)
28. 西川香里，片岡正典，永田麗子，喜多山篤，手老龍
吾，鷲津正夫，小穴英廣 (2010.7) 基板上に伸長固定した DNA の塩基修飾反応とその検出。第 21 回マイクロマシン/MEMS 展（東京）29. Kuniaki Nagayama (2010.8) Phase Plates Free from

18. 加藤幹男，細木直樹，刀祢重信，細野克博，蓑島伸Contaminant Charging. Microscopy & Microanalysis

生，清水信義，永山国昭 (2010.5) 位相差クライオ電2010 (Annual Meeting of US Society of Microscopy)

子顕微鏡による DNA およびクロマチン観察。日本(Portland, USA)

顕微鏡学会第 66 回学術講演会（名古屋）
19. 山田博之，御手洗聡，前田伸二，藤原永年，Apoorva

MF, Nagayama K, Chiu W (2010.8) Zernike Phase

Bhatt，新田浩二，Radostin Danev，永山國昭 (2010.5)

Contrast

kasB KO 結核菌の透過電子顕微鏡観察について。日Determination. Microscopy & Microanalysis 2010

本顕微鏡学会第 66 回学術講演会（名古屋）

Meeting (Portland, USA)20. 金子康子，新田浩二，萩原小百合，関由起子，永山

Cryo-EMfor

Biological

Structure

31. Hosogi N, Shigematsu H, Terashima H, Homma M,

國昭 (2010.5) シアノバクテリア細胞内における凝集

Nagayama

来 DNA の位相差電子顕微鏡観察。日本顕微鏡学会

Cryo-electron Tomography of Flagellar Hook-basal

第 66 回学術講演会（名古屋）

Bodies from Vibrio alginolyticus.

21. 細木直樹 (2010.5) 生物試料を用いた透過型電子顕微鏡解析。26th Annual Meeting of Japanese Society ofK(2010.8)

ZernikePhase

Contrast

Microscopy &Microanalysis 2010 Meeting (Portland, USA)
32. Fukuda Y, Fukazawa Y, Danev R, Shigemoto R,

Electron Microscopy Technology for Medicine andNagayamaK(2010.8)

Applicationof

Zernike

Biology（別府）Phase-Contrast

Electron

Microscopy

for

Vitrified

22. Nagayama K (2010.6) An Electron-Photon Hybrid

110

30. Murata K, Liu X, Danev R, Jakana J, Khant H, Schmid

Complex

BiologicalSpecimens.

Microscopy&

研究発表／学会発表

Microanalysis 2010 Meeting (Portland, USA)

生物物理学会年会（仙台）33. Nagayama K (2010.8) Phase Plate Electron Microscopy

44. 永山國昭 (2010.9)「越境と出会い」で育まれる科学

Opens a Novel Nano-Imaging from Protein to Brain. Theの精神性。男女共同参画若手問題シンポジウム。第4th Shanghai International Conference on Biophysics

48 回日本生物物理学会年会（仙台）45. 永山國昭 (2010.9) 科学コミュニケーションを雑用にand Molecular Biology (Shanghai, China)
34. Nagayama K (2010.8) 50 years of IUPAB and the Future.
th

The 4

International Conference on Biophysics and

しないために。生物物理フォーラム。第 48 回日本生物物理学会年会（仙台）46. 永山國昭 (2010.9) 電子・光子ハイブリッド顕微鏡とMolecular Biology (Shanghai, China)
35. Nagayama K (2010.8) Charge-free Phase Plate Electron
Microscopy. International Workshop of 3D Molecular

LINAC-TEM の融合。第 3 回量子ビーム融合化利用に関する先導的研究委員会（東京）47. Kaori Nishikawa, Masanori Kataoka, Reiko Nagata,

Imaging by Cryo-EM (Beijing, China)
36. 永山國昭 (2010.8) ミクロ宇宙を“観”究める－電子

Atsushi Kitayama, Ryugo Tero, Masao Washizu,, and

顕微鏡の未来。第 41 回繊維学会夏季セミナー（静岡）Hidehiro Oana (2010.10) Extension, immobilization and

37. Nagayama K, Danev R, Shigematsu H, Nagatani Y, Itohchemical modification of double-stranded DNA on aT, Kitayama A (2010.9) Loss-free and Charge-freesolid surface. -Toward DIRECT SEQUENCING WITH

Hilbert Phase Plates Based on Aharonov-Bohm Effect.

MICROSCOPY- Micro TAS 2010 (Groningen, The

IMC17 (17th International Microscopy Congress) (Rio

Netherlands)
48. 永山國昭 (2010.10) Introduction: Bioorthogonal Labeling.

de Janeiro, Brazil)
38. Nagayama K (2010.9) Integration of Imaging Methods

平成 22 年度生理研研究会「電顕イメージングの医Using Electrons and Photons. 9th Annual Meeting of

学・生物学への応用－電顕・光顕による統合イメー

Structural-Biological Whole Cell Project of Thermus

ジング」
（岡崎）
49. 永山國昭 (2010.11) 4 次元イメージングで観る新しいthermophilus HB8（SPring 8，兵庫）
39. 福島美和子，吉垣純子，加藤 治，祁

兵，明 宇，

村上政隆，杉谷博士 (2010.9) アクアポリンの耳下腺分泌顆粒における浸透圧調節機構。第 52 回歯科基礎医学会学術大会（東京）40. 佐藤かおり，佐藤慶太郎，近藤壽郎，村上政隆，瀬尾芳輝 (2010.9) MRI を用いたラット顎関節の構造。
第 52 回歯科基礎医学会学術大会（東京）

自然像。大学共同利用機関シンポジウム「万物は流
転する」
（東京）
50. Murakami M (2010.11) Role of paracellular route forsalivary secretion. 1st Conf. Interdisciplinary Research in
Traditional Medicine and Modern Medical Bioscience（南京，China）
51. Nagayama K (2010.12) On-line and Off-line Correlative

41. Murakami M, Wei F (2010.9) Paracellular transport ofLight-Electron Microscopy. 6th International Conference

salivary gland: size, control and driving force. 21st

Struct. Biol. & Funct. Genomics 2010 (NLS, Singapore)

International Symposium on Morphological Sciences

52. 飯田秀利，中野正貴，原茂恵美子，今村朋美，飯田(Taormina, Italy)

和子，重松秀樹，永山國昭 (2010.12) カルシウム透過42. Hashimoto S, Murakami M, Matsuki-Fukushima M,性機械受容チャネルの構造と機能。BMB2010（第 33Narita T, Shibukawa Y (2010.9) Cytoskeletal change of回日本分子生物学会年会・第 83 回日本生化学会大会

paracellular pathway in perfused rat submandibular

合同大会）
（神戸）

glands. 21st International Symposium on Morphological
Sciences (Taormina, Italy)
43. 細木直樹，重松秀樹，寺島浩行，本間道夫，永山國昭(2010.9) Research for sodium-driven flagellar

hook-basal bodies from Vibrio alginolyticus with Zernike
phase-contrast cryo-electron tomography. 第 48 回日本

53. 村上政隆，魏 飛 (2010.12) 血管灌流ラット顎下腺の傍細胞輸送に対する静水圧の影響。第 55 回日本唾液
腺学会学術大会（東京）54. 永山國昭 (2010.12) IUPAB の 50 年とこれから。日本
生物物理学会 50 周年記念講演会（東京）55. 永山國昭 (2010.12) 位相板電子顕微鏡が拓く新しい111

第 32 巻（Dec,2011）

生理学研究所年報

バイオイメージング。2010 画像科学シンポジウム（土岐）《生体膜研究部門》
1. 則竹

淳，深田優子，岩永剛，深田正紀 (2010.5)

PSD-95 palmitoylation upon synaptic activity regulates
AMPA receptor homeostasis. 第 74 回日本生化学会中の活性制御機構。名古屋大学医学研究科・生理学研
究所 合同シンポジウム（岡崎）6. Oku S, Noritake J, Iwanaga T, Fukata Y, Fukata M(2010.11) Identification of neurochondrin/norbin as a

部支部例会（名古屋）
2. Fukata M, Dimitrov A, Noritake J, Iwanaga T, Perez F,
Fukata Y (2010.6) Conformation specific biosensor for
palmitoylated PSD-95 reveals a determinant role ofpalmitoylated synaptic protein. Neuroscience2010 (San
Diego, USA)7. 深田正紀，Ariane Dimitrov，則竹淳，Franck Perez，

DHHC2 in postsynaptic specialization. Gordon Research

深田優子 (2010.12) 構造特異的バイオセンサーによConferences “Cell Biology of the Neuron” (Watervilleるパルミトイル化 PSD-95 の動態可視化。BMB2010

Valley, USA)（第 33 回日本分子生物学会年会・第 83 回日本生化

3. Fukata Y, Lovero KL, Iwanaga T, Yokoi N, Nicoll RA,

学会 大会合同大会）（神戸）

Fukata M (2010.6) Possible involvement of epilepsy-

8. Noritake J, Fukata Y, Fukata M (2010.12) Determinantrelated ligand/receptors, LGI1/ADAM22/ADAM23 inrole of PSD-95-palmitoylacytransferase, DHHC2, intrans-synaptic interaction. Gordon Research Conferences

postsynaptic assembly. 50th Annual Meeting The“Cell Biology of the Neuron” (Waterville Valley, USA)

American Society for Cell Biology (Philadelphia, USA)4. 深田正紀 (2010.7) AMPA 受容体の制御分子群。包括

9. Yokoi N, Fukata M, Fukata Y (2010.12) Functional型脳科学研究推進支援ネットワーク 第 1 回夏のワ

Analysis of An Epilepsy-Related Neuronal Secreted

ークショップ（札幌）Protein, LGI1. 50th Annual Meeting The American

5. 則竹淳，深田優子，岩永剛，深田正紀 (2010.8) シ

Society for Cell Biology (Philadelphia, USA)

ナプスにおける PSD-95 パルミトイル化酵素 P-PAT《機能協関研究部門》
1. Okada Y (2010.5) Inducing and rescuing roles of ion

Electrophysiological and pharmacological study of thechannels in cell death. 第 87 回日本生理学会大会（盛maxi-anion channel in L929 murine fibrosarcoma cells.

岡）第 87 回日本生理学会大会（盛岡）

2. Akita T, Okada Y (2010.5) Regulation of bradykinininduced
rectifying

activation(VSOR)

ofvolume-sensitive

anion

channels

outwardly
via

2+

“Ca

nanodomains” in mouse cortical astrocytes. 第 87 回日本生理学会大会（盛岡）
3. Sato K, Numata T, Ueta Y, Okada Y (2010.5) The role ofvasopressin receptor in the AVP neurons underhypotonic conditions. 第 87 回日本生理学会大会（盛岡）
4. Islam MR, Sabirov RZ, Uramoto H, Okada Y (2010.5)112

5. Sabirov RZ, Kurbannazarova RS, Melanova NR, Okada
Y (2010.5) Swelling-induced release of glutathione fromrat thymocytes. 第 87 回日本生理学会大会（盛岡）
6. Merzlyak P, Okada Y, Sabirov RZ (2010.5) Maxi-anion
channelactivityinmembrane

blebs

and

after

reconstitution in artificial membranes. 第 87 回日本生理学会大会（盛岡）
7. Shimizu T, Sato K, Iehara T, Fujii T, Sakai H, Okada Y(2010.5) Functional analysis of TMEM16 Cl− channelfamily. 第 87 回日本生理学会大会（盛岡）研究発表／学会発表

8. Ando-Akatsuka Y, Okada Y (2010.5) Role of the actin(2010.9) Roles of anion channels in cell volume

cytoskeleton in the interaction between ABCF2 andregulation, cell death induction and cell-cell signaling.

α-actinin-4. 第 87 回日本生理学会大会（盛岡）

6th International Congress of Pathophysiology (Montreal,

9. Inoue H, Takahashi N, Okada Y, Konishi M (2010.5)

Canada)Reduced expression level of volume-sensitive chloride

11. 浦本裕美，岡田泰伸 (2010.10) ゲニステインは CFTR

channel in diabetic adipocytes. 第 87 回日本生理学会を介して培養心室筋細胞の低酸素/再酸素化による大会（盛岡）

傷害を防御する。第 57 回中部日本生理学会（豊明）

10. Okada Y, Sato K, Numata T, Uramoto H, Akita T《細胞生理研究部門》
1. 鈴木喜郎 (2010.4) カルシウム恒常性維持を担う TRP(2010.5) 過酸化水素による TRPM2 チャネル温度感チャネル。第 97 回東京腎生理集談会（東京）

受性増大がもたらすマクロファージ機能への影響。

2. 富永真琴 (2010.5) 細胞内アルカリ化は TRPA1 活性化を介して痛みを引き起こす。第 87 回日本生理学会

第 87 回日本生理学会大会（盛岡）
11. 斎藤茂，新貝鉚蔵，富永真琴 (2010.5) 温刺激受容体 transient receptor potential vanilloid 3 チャネルの脊大会（盛岡）
3. 山中章弘 (2010.5) 睡眠覚醒調節に関わる視床下部神経活動の光操作。第 87 回日本生理学会大会（盛岡）

椎動物における進化：無尾両棲類と哺乳類の比較解析。第 87 回日本生理学会大会（盛岡）宏

12. Boudaka A, Mihara H, Mizuno A, Tominaga M (2010.5)

杰，稲垣暢也，山本欣郎，富永真琴，長友克広 (2010.5)

TRPV4-dependent stretch-evoked calcium influx and

中脳黒質におけるドーパミン誘発性グリオトランス

ATP release in esophageal keratinocytes．第 87 回日本

ミッター放出。第 87 回日本生理学会大会（盛岡）

生理学会大会（盛岡）4. 山田勝也，柴崎貢志，管世智子，渡邉葉の子，袁5. 内田邦敏，出崎克也，Boldbaatar Damdindorj，森泰

13. 長友克広，管世智子，柴崎貢志，渡邉葉の子，袁宏

生，箕越靖彦，矢田俊彦，富永真琴 (2010.5) TRPM2

杰，稲垣暢也，山本欣郎，富永真琴，山田勝也 (2010.5)とインスリン分泌。第 87 回日本生理学会大会（盛岡）

黒質網様部におけるドパミン受容体発現－single-

6. 曽我部隆彰，富永真琴 (2010.5) 昆虫類の研究から解cell RT-PCR 解析－。第 87 回日本生理学会大会（盛明した温度受容の分子機構。第 87 回日本生理学会大岡）14. 辻野なつ子，常松友美，山中章弘，小山純正，桜井会（盛岡）弘，ボウダカ アッマール，柴崎貢志，山中章

武 (2010.5) オレキシン神経欠損マウスにおけるノル

弘，杉山敏郎，富永真琴 (2010.5) マウス筋層間神経

アドレナリン神経活動の解析。第 87 回日本生理学会

節における Transient Receptor Potential (TRP) V2 の機大会（盛岡）

7. 三原

能的発現と生理的役割。第 87 回日本生理学会大会

15. 富永真琴 (2010.7) ケラチノサイトとニューロンの微妙な関係。第 32 回日本疼痛学会（京都）（盛岡）
8. 藤田郁尚，岩下静香，吉川季代美，宮崎絹子，仲原聡，辻野義雄，富永真琴 (2010.5) 防腐剤及び多価ア
ルコールは TRPV1 及び TRPA1 を介して痛みを引き起こす。第 87 回日本生理学会大会（盛岡）9. 田淵紗和子，常松友美，富永真琴，山中章弘 (2010.5)

16. 富永真琴 (2010.7) 温度受容の分子機構。第 28 回内分泌代謝学サマーセミナー（長崎）17. 山中章弘 (2010.7) オレキシン神経による睡眠覚醒調節

日本睡眠学会 第 35 回定期学術集会（名古屋）

18. Saito S, Shingai R, Tominaga M (2010.7)

Evolution of

オレキシン神経間相互作用の解析。第 87 回日本生理the temperature sensor TRPV3 channel: shift in the

学会大会（盛岡）

temperature sensitivity between mammals and western

10. 加 塩 麻 紀 子 ， 曽 我 部 隆 彰 ， 森

泰 生 ， 富永 真琴

clawed frog. SMBE-2010- Annual Meeting of the113生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

Society for Molecular Biology and Evolution (Lyon,

nigra pars reticulata by single-cell real time RT-PCR.

France)Neuro2010（神戸）

19. Tsunematsu T, Tabuchi S, Tominaga M, Yamanaka A

26. 斎藤茂，新貝鉚蔵，富永真琴 (2010.9) 温度受容体(2010.7) Optical inhibition of orexin neuronal activity

Transient receptor potential vanilloid 3 (TRPV3) イオン

using transgenic mice in which orexin neurons express aチ ャネルの 機能 進化：哺 乳類 とニシツ メガ エル

light-activated protein, halorhodopsin. 7th FENS Forum(Xenopus tropicalis) における逆向きの温度感受性。

of European Neuroscience (Amsterdam, Netherland)

日本遺伝学会第 82 回大会（札幌）20. Tabuchi S, Tsunematsu T, Tominaga M, Yamanaka A

27. Tominaga M (2010.9) TRP ion channels – novel sensor(2010.7) Orexin/hypocretin activates orexin neurons via

molecules for temperature and chemical stimuli. 第 17 回

the OX2R. 7th FENS Forum of European Neuroscience

日本排尿機能学会（山梨）28. 斎藤(Amsterdam, Netherland)茂，新貝鉚蔵，富永真琴 (2010.10) 温度受容体

21. Yamanaka A, Tsunematsu T (2010.7) New approaches toTransient receptor potential vanilloid 3 (TRPV3) イオン

studying orexin function. The 7th International Congressチ ャネルの 機能 進化：哺 乳類 とニシツ メガ エル

of Neuroendocrinology. (Rouen, France)(Xenopus tropicalis) における逆向きの温度感受性。第22. Tominaga M (2010.9) Purinergic chemical transmission
in the non-synaptic connection in periphery. Neuro2010

57 回中部日本生理学会（愛知）29. 山中章弘，常松友美，田淵紗和子，富永真琴 (2010.10)
睡眠覚醒におけるオレキシン神経とセロトニン神経（神戸）
23. Shibasaki K, Tominaga M, Ishizaki Y (2010.9) Aの役割について。第 57 回中部日本生理学会（愛知）specific subtype of astrocytes regulates neuronal

30. 内田邦敏，出崎克也，Boldbaatar Damdindorj，稲田 仁，

excitability through gliotransmitter release. Neuro2010

志内哲也，森（神戸）

琴 (2010.10) 膵臓β細胞に発現する TRPM2 のインス

泰生，矢田俊彦，箕越靖彦，富永真

24. Tabuchi S, Tsunematsu T, Tominaga M, Fukazawa Y,

リン分泌への関与。第 57 回中部日本生理学会（愛知）Yamanaka A (2010.9) Orexin 2 receptor possibly

31. 富永真琴 (2010.11) Activation of PKD2L1/PKD1L3

regulates the activity of orexin neurons. Neuro2010（神complex by scid in mouse taste cells. 第 8 回国際シン戸）

ポジウム「味覚嗅覚の分子神経機構」（福岡）

25. Nagatomo K, Suga S, Shibasaki K, Watanabe N,

32. Tabuchi S, Tsunematsu T, Fukazawa Y, Tominaga M,

Kodama S, Yuan H, Inagaki N, Yamamoto Y, Tominaga

Yamanaka A (2010.11) Orexin neurons are directly andM, Yamada K (2010.9) The expression of the dopamine

indirectly activated by orexin through the orexin 2

receptors in neurons and astrocytes of the substantia

receptor. Neuroscience 2010 (San Diego, USA)

《感覚認知情報研究部門》
1. 小松英彦 (2010.5) 大脳皮質における色情報処理。日
本色彩学会視覚情報基礎研究会（岐阜）(Taipei, Taiwan)
4. Komatsu H, Yasuda M, Goda N, Banno T (2010.7)

2. Goda N, Hiramatsu C, Komatsu H (2010.7) Representation

Neural selectivity for the luminance gradients in theof surface materials in human visual cortex. The 6th

posterior inferior temporal cortex of the monkey. The 6th

Asia-Pacific Conference on Vision (APCV2010) (Taipei,

Asia-Pacific Conference on Vision (APCV2010) (Taipei,

Taiwan)Taiwan)3. Komatsu H (2010.7) Bridging gaps at V1: Neural

5. 岡澤剛起，郷田直一，小松英彦 (2010.7) fMRI を用い

responses for filling-in and completion at the blind spot.

たサル視覚野における物体表面光沢への選択的応答

The 6th Asia-Pacific Conference on Vision (APCV2010)の探索。包括脳ネットワーク夏のワークショップ（札114

研究発表／学会発表

11. Nakazono T, Ito M, Asakawa K, Ohzawa I (2010.9)

幌）
6. 郷田直一，平松千尋，小松英彦 (2010.8) 素材カテゴ
リ識別に関わるヒト視覚関連領野。第 14 回視覚科学

Response properties in A17, 18 and V2 to combinationof two spectral components. Neuro2010（神戸）12. 横井フォーラム（筑波）
7. Hiramatsu C, Goda N, Komatsu H (2010.9) Shift fromphysical to perceptual representation of materials along

功，小松英彦 (2010.10) サル頭間溝皮質の異なる細胞クラスの視覚グルーピング課題への寄与。日
本生理学会 第 103 回近畿生理学談話会（大阪）13. Koida K (2010.11) Color categorization, discrimination

human ventral visual cortex. Neuro2010（神戸）
8. Nishio A, Goda N, Komatsu H (2010.9) Selectivity ofneurons in the monkey inferior temporal cortex toand neural responses in the inferior temporal cortex of
the monkey. Neuroscience2010 (San Diego, USA)
14. Goda

glossiness. Neuro2010（神戸）N,

Hiramatsu

C,

KomatsuH(2010.11)

9. Banno T, Ichinohe N, Rockland KS, Komatsu H (2010.9)

Transformation from image-based to perceptual category

Anatomical connectivity of color-processing modules in

representation of surface materials in human visualmonkey inferior temporal cortex. Neuro2010（神戸）cortex. Neuroscience2010 (San Diego, USA)

10. Ito M (2010.9) Detecting angles within continuous

15. 平松千尋，郷田直一，小松英彦 (2010.11) 素材質感のcontours in the early stages of macaque visual cortex.

脳内表現。日本基礎心理学会 第 29 回大会（神戸）Neuro2010（神戸）《神経シグナル研究部門》
1. 古江秀昌 (2010.1) In vivo 痛覚シナプス伝達の解析。
第 5 回名古屋大学環境医学研究所・生理学研究所合大介，古江秀昌，井本敬二，吉村

8. 歌大介，井本敬二，古江秀昌 (2010.7) ラット後根神経節細胞 Na チャネルに対する各局所麻酔薬の効

同シンポジウム（岡崎）2. 歌法の開発。第 32 回日本疼痛学会（京都）恵 (2010.2) 成果について。第 32 回日本疼痛学会（京都）

熟ラット脊髄後角膠様質における一次求心性線維シ9. Shibata S, Sakakibara S, Furue H, Yoshimura M, Okano

ナプス伝達に対する局所麻酔薬の作用解析。第 32

J-H, Okano H (2010.9) Touch and pain receptive

回脊髄機能診断研究会（東京）network formation with RNA binding protein Musashi2

3. 井本敬二 (2010.3) カルシウムチャネルと神経疾患。

and Pleiotrophin. Neuro2010（神戸）
10. Inoue T, Katsu T, Imoto K (2010.9) Multiple signal

日本薬学会第 130 年会（岡山）大介，井本敬二，古江秀昌 (2010.5) 新たな鎮痛

processing in a single local circuit. Neuro2010（神戸）

薬のターゲットの探索。第 12 回ブレインサイエンス

11. Yamagata Y, Yanagawa Y, Imoto K (2010.9) Role of

4. 歌kinase activity of Ca2+/calmodulin-dependent protein

研究会（福岡）5. Furue H (2010.6) In vivo patch-clamp analysis ofsurround inhibition of nociceptive transmission in the
superficial spinal dorsal horn. 1st Pain ResearchConsortium Symposium (Seoul, Korea)
6. 柳澤義和，古江秀昌，川股知之，井本敬二，吉村kinase IIα in hippocampus- and amygdala-dependent
memory. Neuro2010（神戸）12. Satake S, Imoto K (2010.9) Ethanol suppresses climbing
fiber-induced presynaptic inhibition of GABAergic

恵(2010.7) がん性疼痛モデルにおける疼痛関連行動の変化と脊髄興奮性入力の可塑的変化。第 32 回日本疼痛学会（京都）
7. 杉山大介，井本敬二，川真田樹人，古江秀昌 (2010.7)
ラット脳幹青斑核からの in vivo パッチクランプ記録

transmission at cerebellar interneuron-Purkinje cell
synapses. Neuro2010（神戸）13. Kase D, Inoue T, Imoto K (2010.9) Electrical andpharmacological modulations of subthalamic nucleus
activity bidirectionally affect absence seizures intottering mice. Neuro2010（神戸）115

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

14. Sugiyama D, Imoto K, Kawamata M, Furue H (2010.9)
In vivo patch-clamp analysis of synaptic responses
evoked in the rat locus coeruleus neurons. Neuro2010（神会（秋田）20. Yanagisawa Y, Furue H, Kawamata T, Imoto K,
Iwamoto Y, Yoshimura M (2010.10) Bone cancer

戸）
15. Uta D, Imoto K, Furue H (2010.9) Firing pattern of
substantia

生殖器における信号物質の局在と役割に関する研究

gelatinosaneurons

receiving

TRPA1-

expressing afferents in adult rat spinal dorsal horn.

induces plastic changes in nociceptive excitatory
synaptic transmission in the mouse spinal cord. 第 25 回
日本整形外科学会基礎学術集会（京都）21. Kohno T, Gerorgiev SK, Furue H (2010.11) Xenon

Neuro2010（神戸）16. Karcher SC, Kondo S, Ebihara S, Yamagata Y, Okabe S

inhibits excitatory but not inhibitory transmission in rat(2010.9) Role of calcium/calmodulin-dependent protein

spinal cord dorsal horn neurons. Neuroscience2010 (Sankinase IIα (CaMKIIα) activity in spine formation andDiego, USA)dendritic arborization during development. Neuro2010

22. Yamagata Y, Yanagawa Y, Imoto K (2010.11) How
important is the kinase activity of Ca2+/calmodulin-（神戸）
17. Takeuchi Y, Nagumo Y, Katayama Y, Imoto K,

dependent protein kinase IIα in hippocampus- andKawakami Y, Miyata M (2010.9) Peripheral nerve

amygdala-dependent memory. Neuroscience2010 (Santransection-induced remodeling of afferent synapses in

Diego, USA)the somatosensory thalamus of mice. Neuro2010（神戸）

23. Yanagisawa Y, Furue H, Kawamata T, Uta D, Imoto K,

18. 佐竹伸一郎，井本敬二 (2010.9) エタノールはラット

Iwamoto Y, Yoshimura M (2010.11) The plastic changes

小脳異種シナプス間拡散性クロストークを阻害する。

of spinal excitatory synaptic transmission in a murine

日本動物学会第 81 回大会（東京）model of cancer-induced bone pain. Neuroscience2010

19. 古江秀昌 (2010.9) 末梢神経を介した脊髄痛覚伝達の(San Diego, USA)抑制と青斑核からの下行性の抑制機構。第 18 回泌尿《神経分化研究部門》
1. 東島眞一 (2010.5) ゼブラフィッシュの逃避運動に重6. Nakagawa N, Yoshimura Y (2010.9) Subcellular

要な役割を果たす，特殊なクラスの交差型抑制性介localization of intracortical excitatory synaptic inputs

在ニューロン。第 87 回生理学会大会（盛岡）onto layer 2/3 pyramidal neurons in neocortex.

2. 吉村由美子 (2010.5) 大脳皮質視覚野における微小神
経回路網の経験依存的発達。第 87 回生理学会大会（盛岡）

Neuro2010（神戸）
7. Tarusawa E, Akashi K, Sakimura K, Molnar E,
Fukazawa Y, Yoshimura Y, Shigemoto R (2010.9)

3. Higashijima S (2010.5) Development and function of V2

Immunohistochemical localization of kainate receptors,

neuron in zebrafish spinal cord. 2nd Joint Meeting of the

GluK2/3 (GluR6/7) and GluK5 (KA2), in the mouse

French and Japanese Societies for Developmental

hippocampus. Neuro2010（神戸）Biology (Paris, France)
4. Satou C, Kimura Y, Higashijima S (2010.9) Developmental
Analysis of spinal V0 neurons in zebrafish. Neuro2010（神戸）

8. 東島眞一，木村有希子，佐藤千恵 (2010.9) ゼブラフ
ィッシュ運動系神経回路網の機能解析。第 16 回小型魚類研究会（さいたま）
9. 木村有希子，佐藤千恵，東島眞一 (2010.9) 光遺伝学

5. Kimura Y, Satou C, Higashijima S (2010.9) Properties

によるゼブラフィッシュ介在神経細胞の運動系神経and function of spinal interneurons in motor circuits of回路における機能解析。日本動物学会第 81 回東京大zebrafish. Neuro2010（神戸）

会（東京）

116

研究発表／学会発表《感覚運動調節研究部門》
1. 柿木隆介 (2010.1) 痛みと痒みの脳内認知機構の解明（教育講演）。第 49 回日本定位・機能神経外科学会（豊中）
2. 柿木隆介 (2010.2) 社会生活における顔認知の重要性。
第 6 回総合人間学国際シンポジウム（東京）3. 柿木隆介 (2010.2) ヒトの痛みと痒みの脳内認知機構。
第 39 回日本慢性疼痛学会（東京）4. Nakato E, Otsuka Y, Kanazawa S, Yamaguchi MK,

Neuro2010（神戸）15. 野口泰基，柿木隆介 (2010.9) 意識的視覚表象発生時の脳活動の時間的動態。Neuro2010（神戸）16. 柿 木 隆 介 (2010.9) 痒 み と 痛 み の 脳 内 認 知 機 構 。
Neuro2010（神戸）17. 柿木隆介 (2010.9) 喫煙（ニコチン）が痛覚認知に与える影響。Neuro2010（神戸）18. Keceli S, Inui K, Kakigi R(2010.9) Sustained

Kakigi R (2010.3) Recognition of the Mother’s Face inmagnetic fields may reflect preattentive memory trace

Infants: Behavioral and Near-Infrared Spectroscopic

formation

Studies. XVIIth Biennial International Conference on

ECNS/ISBET/ISNIP Joint Meeting (Istanbul, Turkey)

Infant Studies (Baltimore, USA)inauditory

cortex.

ECNS

2010

19. Urakawa T, Inui K, Yamashiro K, Kakigi R (2010.9)

5. Nakato E, Otsuka Y, Kanazawa S, Yamaguchi MK,

Lateral occipital complex may be involved in sensory

Kakigi R(2010.5) Infants’ neural responses to facial

memory-based change detection. ECNS 2010 ECNS/

expressions using near-infrared spectroscopy. Vision

ISBET/ISNP Joint Meeting (Istanbul, Turkey)

Sciences Society 10th Annual Meeting. (Florida, USA)

20. Wasaka T, Kakigi R (2010.9) Different characteristics of

6. 柿木隆介 (2010.5) ヒトの痛みと痒みの脳内認知機構。

sensorimotor integration in the primary and secondary

第 21 回東海透析技術交流会定例総会・スプリングセ

somatosensory cortices. ECNS 2010 ECNS/ISBET/ISNP

ミナー（名古屋）

Joint Meeting (Istanbul, Turkey)

7. 三木研作，柿木隆介 (2010.5.15-16) シンポジウム 顔

21. Miki K, Takeshima Y, Watanaber S, Honda Y, Kakigi R

識別の生理心理学的研究から社会性認知を探る。第(2010.9) Effects of inverting Contour and Features on

28 回日本生理心理学会大会（水戸）Processing for Static Face Perception: An MEG Study.

8. 柿木隆介 (2010.5) 科研費シンポジウム JSPS の取り組みと審査体制について。第 87 回日本生理学会大会（盛岡）
9. 柿木隆介 (2010.5) シンポジウム 辺縁系と疼痛，痒み認知。第 51 回日本神経学会総会（東京）10. 柿木隆介 (2010.6) シンポジウム－脳神経のアンチエ

ECNS 2010 ECNS/ISBET/ISNP Joint Meeting (Istanbul,
Turkey)22. Miki K, Watanabe S, Teruya M, Takeshima Y, Urakawa
T, Hirai M, Honda Y, Kakigi R (2010.9) The
development in the perception of facial emotion change
using

ERPs.

26th

Symposiumon

Clinical

イジング：脳の活性化を考える－噛む事が脳に与えNeurophysiology of Vision and on Eye Movements.

る影響：P300 を用いた研究。第 10 回日本抗加齢医(Ljubljana, Slovenia)

学会総会（京都）

23. Kakigi R (2010.9) Face recognition-related potentials:

11. 柿木隆介 (2010.6) 神経イメージング手法を用いたヒEEG, MEG, NIRS studies. 26th Symposium on Clinical

トの痛覚認知機構：特に心の痛みについて。第 10

Neurophysiology of Vision and on Eye Movements.

回日本抗加齢医学会総会（京都）(Ljubljana, Slovenia)

12. 柿木隆介 (2010.7) 痛みと痒みの脳内認知機構の解明。
第 24 回日本歯科麻酔学会（東京）24. Kakigi R (2010.10) Painful Brain. The 13th Scientific
Meeting of Asian Academy of Craniomandibular

13. 三木研作，竹島康之，渡邉昌子，本多結城子，柿木Disorders (13th AACMD), The 15th Scientific Meeting

隆介 (2010.7) 輪郭や内部が倒立したときの顔認知過of Japanese Society of Orofacial Pain (15th JSOP)（福程への影響。第 25 回日本生体磁気学会大会（柏）岡）

14. 木田哲夫，柿木隆介 (2010.9) 触覚性注意の指選択性。

25. Kakigi R (2010.10) Painful Brain. The 13th Scientific117生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

Meeting Asian Academy of Craniomandibular Disorders,(2010.10) Atypical activity associated with self-related

The 15th Scientific Meeting Japanese Society ofprocessing in pervasive developmental disorders. 28th

Orofacial Pain（福岡）International Congress of Clinical Neurophysiology

26. 三木研作，竹島康行，渡邉昌子，本多結城子，柿木(ICCN)（神戸）隆介 (2010.10) 輪郭や内部が倒立したときの顔認知34. Otsuru N, Inui K, Yamashiro K, Miyazaki T, Takeshima

過程への影響。第 15 回日本顔学会大会（フォーラム

Y, Kakigi R (2010.10) Assessing A-delta fiber function

顔学 2010）
（東京）

with

27. Kakigi R (2010.10) EEG/MEG. in Symposium “Faceperception”. 29th International Congress of Clinical
Neurophysiology (ICCN2010)（神戸）

lidocaineusing

intra-epidermal

electricalstimulation. 29th International Congress of Clinical
Neurophysiology (ICCN)（神戸）
35. Wasaka T, Kida T, Kakigi R (2010.10) Characteristics of

28. Matsumoto A, Kakigi R (2010.10) The electrophysiologicalsensori-motor interaction in the primary and secondary

basis of subliminal semantic priming. 29th International

somatosensory cortices in humans: an MEG study. 29th

Congress of Clinical Neurophysiology (ICCN2010)（神International Congress of Clinical Neurophysiology

戸）(ICCN2010)（神戸）

29. Miki K, Watanabe S, Teruya M, Takeshima Y, Urakawa

36. OkamotoH(2010.10.28-11.1)

Auditory

evokedT, Hirai M, Honda Y, Kakigi R (2010.1) The

magnetic field. 29th International Congress of Clinicaldevelopment in the perception of facial emotion change

Neurophysiology (ICCN2010)（神戸）

using ERPs. 29th International Congress of Clinical
Neurophysiology (ICCN2010)（神戸）
30. Urakawa T, Inui K, Yamashiro K, Tanaka E, Kakigi R

37. Matsuyoshi D, Ikeda T, Sawamoto N, Kakigi R,
Fukuyama H, Osaka N (2010.10) Distractor visual
short-term

memoryloadjunction

does

not

suppress

activitybut

induces(2010.10) Brain dynamics of the visual change detection

temporo-parietal

based on sensory memory. 29th International Congress

inattentional blindness. 29th International Congress ofof Clinical Neurophysiology (ICCN2010)（神戸）

Clinical Neurophysiology (ICCN2010)（神戸）

31. Nakato E (2010.10) Familiar vs. unfamiliar faces to

38. 柿木隆介 (2010.11) 脳電磁図解析の理想と現実：17

infants studied by NIRS. 29th International Congress of

年間の経験から。第 27 回日本脳電磁図トポグラフィ

Clinical Neurophysiology (ICCN2010)（神戸）研究会（宮城県 松島）

32. Inui K (2010.10) Physiology of nociceptive fibers. 28th

39. 三木研作，竹島康行，渡邉昌子，本多結城子，柿木International Congress of Clinical Neurophysiology

隆介 (2010.11.1-2) 輪郭や内部が倒立した顔を見たと(ICCN)（神戸）きの下側頭部の活動 第 40 回日本臨床神経生理学会

33. Morita T, Kosaka H, Itakura S, Kakigi R, Sadato N

学術大会（神戸）《生体システム研究部門》
1. 岩室宏一，齊藤延人，南部 篤 (2010.1) サルの脚橋
被蓋核における大脳皮質運動野および淡蒼球内節からの投射様式。第 49 回日本定位・機能神経外科学会
（大阪）
2. 南部

篤 (2010.3) 前頭葉－大脳基底核ループと大脳基底核疾患。第 2 回横浜パーキンソン病研究会（横浜）3. Nambu A (2010.3) Cortico-basal ganglia loop and118

movement disorders. The 56th NIBB Conference
Neocortical Organization（岡崎）4. Nambu A (2010.4) Cortico-basal ganglia loop andmovement disorders. 20th Annual Meeting, Society for
the Neural Control of Movement (Naples, USA)
5. 南部

篤 (2010.5) 情報の表現から情報の流れへ。

Motor Control 研究会（岡崎）6. Nambu A (2010.6) Reduced pallidal output causes

研究発表会／学会発表

dystonia. 10th Triennial Meeting of the International

dopamine D1 receptors in information processing

Basal Ganglia Society (Long Branch, USA)through the basal ganglia analyzed by neuronal recording

7. Iwamuro H, Saito N, Nambu A (2010.6) Organization of

from transgenic mice in awake state. Neuro2010（神戸）the18. Sano H, Murata M, Nambu A (2010.9) Zonisamide

pedunculopontine tegmental nucleus in monkeys. 10th

prevents cell death in mesencephalic dopaminergic

Triennial Meeting of the International Basal Ganglia

neurons through BDNF signaling. Neuro2010（神戸）motor

corticalandpallidal

inputsto

19. Takara S, Hatanaka N, Takada M, Nambu A (2010.9)

Society (Long Branch, USA)
8. 南部

篤 (2010.7) 臨床に役立つ大脳基底核の解剖と也，黒川力，佐藤朝子，笹岡俊邦，勝木元

信，南部

activityofstriatalinterneurons

receiving inputs from cortical motor areas in monkeys.

生理。第 28 回日本神経治療学会（横浜）9. 知見聡美，太田Movement-related

篤 (2010.7) 大脳基底核内情報

Neuro2010（神戸）
20. Takahara D, Hirata Y, Inoue K, Miyachi S, Nambu A,

伝達におけるドーパミン D1 および D2 受容体の機能。

Takada M, Hoshi E (2010.9) Multisynaptic inputs from

日本比較生理生化学会第 32 回大会（福岡）the ventral prefrontal cortex (PFv) to the dorsal premotor

10. 佐野裕美，知見聡美，加藤成樹，小林和人，南部篤

cortex (PMd) in macaques. Neuro2010（神戸）(2010.7) 光遺伝学を利用した大脳基底核神経回路の21. Hoshi E, Saga Y, Takahara D, Hirata Y, Inoue K,

調節機構の解明。包括脳ネットワーク夏のワークシ

Miyachi S, Nambu A, Tanji J, Takada M (2010.9)

ョップ（札幌）Multisynaptic inputs from the basal ganglia (BG) to

11. 知見聡美，太田也，黒川力，佐藤朝子，笹岡俊邦，勝木元信，南部篤 (2010.8) 大脳基底核内情報

rostrocaudally distinct sectors of the dorsal premotor
cortex (PMd) in macaques. Neuro 2010（神戸）

伝達におけるドーパミン D1 および D2 受容体の機22. Kinoshita M, Kaneda K, Kasahara H, Hatanaka N,

能－遺伝子改変マウスにおける覚醒下神経活動の解Matsui R, Chiken S, Isa K, Mizukami H, Ozawa K,

析－。
第 25 回日本大脳基底核研究会（福島）Watanabe D, Nambu A, Isa T (2010.9) Optogenetically

12. 佐野裕美，村田美穂，南部 篤 (2010.8) 中脳ドーパミンニューロンに対するゾニサミドの神経保護作用。

13. 佐賀洋介，平田快洋，高原大輔，井上謙一，宮地重篤，丹治順，高田昌彦，星英司 (2010.8)大脳基底核と大脳皮質運動前野が形成するネットワ
ークはパラレルループだけでは説明できない：狂犬病ウイルスを使った経シナプスとレーシング法による新知見。第 25 回日本大脳基底核研究会（福島）14. 佐藤澄人，知見聡美，藤井清孝，南部

motor cortex. Neuro2010（神戸）
23. Nambu A (2010.9) Cortico-basal ganglia loop and第 25 回日本大脳基底核研究会（福島）弘，南部induced suppression of neural activity in the macaque

篤 (2010.8) サmovement disorders. The 7th Asia Pacific Symposium
on Neural Regeneration (Seoul, Korea)
24. 南部篤 (2010.9) 大脳基底核による運動制御とその異常。青雲会病院脳生理研修会（姶良，鹿児島）
25. 南部篤 (2010.10) 大脳基底核の解剖と生理。第 7回宮崎パーキンソン病懇話会（宮崎）26. 南部篤 (2010.10) 大脳皮質－大脳基底核ループとル辺縁皮質電気刺激に対する視床下核のニューロン

パーキンソン病。第 6 回錐体外路フォーラム（下野，応答。第 25 回日本大脳基底核研究会（福島）栃木）

15. 知 見 聡 美 ， Pullanipally Shashidharan ， 南 部

篤

27. Nambu A (2010.11) Cortical inputs to the subthalamic(2010.8) 覚醒下モデルマウスの神経活動を記録し，nucleus.

ジストニアの病態を解明する。名大・生理研合同シ

Neurophysiology（神戸）ンポジウム（岡崎）
16. Nambu A (2010.9) Pathophysiology of dystonia: neuralrecording from a mouse model. Neuro2010（神戸）17. Chiken S, Ohta C, Sato A, Sasaoka T, Katsuki M,
Kurokawa M, Nambu A (2010.9) Functional role of

28. 南部

29th

International

CongressofClinical

篤 (2010.11) 大脳皮質－大脳基底核ループと大脳基底核疾患。第 12 回北里機能的脳神経外科研究会（相模原）
29. Nambu

A,

TakaraS,

HatanakaN(2010.11)

Glutamatergic and GABAergic control of pallidal

119

第 32 巻（Dec,2011）

生理学研究所年報

activity in behaving monkeys. Neuroscience2010 (San37. Chiken S, Ohta C, Sato A, Sasaoka T, Katsuki M,
Kurokawa M, Nambu A (2010.12) Functional role ofDiego, USA)
30. Nambu A (2010.11) Reduced pallidal output causes

dopamine D1 and D2 receptors in information processing
throughdystonia. Neuroscience2010 (San Diego, USA)

the

basal

ganglia.

41st

NIPS/Sokendai

31. Iwamuro H, Takakusaki K, Saito N, Nambu A (2010.11)

International Symposium. New Frontiers in Brain

Input organization to the pedunculopontine tegmental

Science: Towards Systematic Understanding of Humannucleus from the motor cortex and the basal ganglia in

Beings（岡崎）38. Sano H, Chiken S, Kobayashi K, Nambu A (2010.12)

monkeys. Neuroscience2010 (San Diego, USA)
32. Takahara D, Inoue K, Hirata Y, Miyachi S, Nambu A,

The physiological role of striatopallidal neurons on

Takada M, Hoshi E (2010.11) Multisynaptic inputs frommotor

function.

41st

NIPS/Sokendai

International

the temporal cortex to the dorsal premotor cortex in

Symposium. New Frontiers in Brain Science: Towards

macaques. Neuroscience2010 (San Diego, USA)

Systematic Understanding of Human Beings（岡崎）33. Kinoshita M, Kaneda K, Kasahara H, Hatanaka N,

39. Kouketsu D, Nambu A (2010.12) Neurophysiological

Matsui R, Chiken S, Isa K, Mizukami H, Ozawa K,

mapping of motor-related areas in awake common

Watanabe D, Nambu A, Isa T (2010.11) Optogeneticallymarmoset. 41st NIPS/Sokendai International Symposium.

induced suppression of neural activity in the macaque

New Frontiers in Brain Science: Towards Systematic

primary motor cortex. Neuroscience2010 (San Diego,

Understanding of Human Beings（岡崎）40. Takara S, Nambu A (2010.12) Movement-related activity

USA)
34. Nambu A (2010.11) Dynamics of the basal ganglia inof striatal interneurons receiving inputs from corticalmovement disorders. 5th Congress of FAONS (Lucknow,

motor

India)

International Symposium. New Frontiers in Brain

35. Nambu A (2010.12) Cortico-basal ganglia loop andmovement disorders. 41st NIPS/Sokendai International
Symposium. New Frontiers in Brain Science: Towards

areas

in

monkeys.

41st

NIPS/Sokendai

Science: Towards Systematic Understanding of Human
Beings（岡崎）41. Kaneko N, Hatanaka N, Takara S, Takada M, Nambu A

Systematic Understanding of Human Beings（岡崎）(2010.12) Glutamatergic and GABAergic modulation of

36. Hatanaka N, Takara S, Takada M, Nambu A (2010.12)

monkey pallidal neuron activity in relation to motor task.

GABAergic modulation of striatal neuron activity in

41st NIPS/Sokendai International Symposium. New

behaving monkeys. 41st NIPS/Sokendai International

Frontiers

Symposium. New Frontiers in Brain Science: Towards

Understanding of Human Beings（岡崎）

in

Brain

Science:

Towards

Systematic

Systematic Understanding of Human Beings（岡崎）《脳形態解析研究部門》
1. 深澤有吾 (2010.3) 水平性視機性眼球反応適応時の小脳回路変化とそのメカニズム。第 115 回日本解剖学
2. Harada H, Warabi E, Matsuki T, Okada K, Yanagawa T,
T,

Ishii

T

(2010.5)

Deficiency

ofsequestosome1/p62/A170 in mice is associated withmetabolicsyndrome:

hyperphagia.

120

Species (Salamanca, Spain)
3. 釜澤尚美，渡邊雅彦，重本隆一 (2010.5) 凍結割断レ

会全国学術集会（盛岡）

Sakurai

Pathophysiology of Reactive Oxygen and Nitrogen(I)International

Obesityformation

Symposiumon

プリカ標識法によるカルシウムチャネルとグルタミン酸受容体の局在解析 日本顕微鏡学会第 66 回学術講演会（名古屋）by

4. Kulik A, Fukazawa Y, Shigemoto R, Frotscher M, Vida I

the(2010.7) GABAB receptor activity dynamically regulates

研究発表／学会発表

surfaceexpression

of

Kir3

channels.

FENS2010(2010.9) Characterization of DRG neuron subpopulations(Amsterdam, Netherlands)
5. Prezeau L, Rives ML, Fukazawa Y, Tinel N, Trinquet E,
Ayoub

M,

Shigemoto

12. Ji Z, Ishizuka T, Fukazawa Y, Shigemoto R, Yawo H

R,

Pin

JP

(2010.7)

selectively expressing ChR2 in Thy-1.2 transgenic rat.
Neuro2010（神戸）Cross-regulation between GABAB and mGlu1a receptors

13. Matsui K, Budisantoso T, Kamasawa N, Fukazawa Y,

reveals new insight into signal integration between

Shigemoto R (2010.9) Presynaptic, postsynaptic, and

GPCRs. FENS2010 (Amsterdam, Netherlands)

morphological determinants of signal transmission at the

6. 田 渕 克 彦 (2010.7) 自 閉 症 患 者 か ら 見 つ か っ た
neuroligin 変異がシナプス機能に及ぼす影響。包括脳

retinogeniculate synapse. Neuro2010（神戸）14. Kulik A, Fukazawa Y, Shigemoto R, Frotscher M, Vida I(2010.11)

ワークショップ（札幌）
7. 田 渕 克 彦 (2010.7) シ ナ プ ス 機 能 と 自 閉 症 ：Neuroligin/Neurexin の役割。包括脳ワークショップ

GABAB

receptor

activity

dynamicallyregulates expression of Kir3 channels. Neuroscience2010(SanDiego, USA)
15. Szabadits E, Szönyi A, Cserep C, Fukazawa Y,（札幌）
8. Ryuichi Shigemoto, Dynamic localization of synaptic

Watanabe M, Shigemoto R, Freund TF, Nyiri G

and extrasynaptic AMPA-type glutamate receptors in(2010.11) NMDA receptors in hippocampal GABAergic

physiological learning process. Neuro2010（神戸）synapses. Neuroscience2010 (SanDiego, USA)9. Ageta-Ishihara N, Hagiwara A, Kurita H, Morita T,

16. Shigemoto R, Aziz W, Fukazawa Y, Wang W, Tarusawa

Tominaga T, Fukazawa Y, Shigemoto R, Kinoshita M

E (2010.11) Structural changes at parallel fiber-Purkinje(2010.9) Exploring functions of the septin cytoskeleton

cell synapses after long-term adaptation of horizontal

in the formation and remodeling of neuroglial network.

optokinetic

Neuro2010（神戸）(SanDiego, USA)

response

in

mice.

Neuroscience2010

10. Parajuli KP, Fukazawa Y, Kulik A, Shigemoto R

17. Tabuchi S, Tsunematsu T, Fukazawa Y, Tominaga M,(2010.9) Regional and subcellular distribution of the α1E

Yamanaka A (2010.11) Orexin neurons are directly andsubunit of voltage-gated calcium channel in the adultindirectly activated by orexin through the orexin 2

mouse brain. Neuro2010（神戸）receptor. Neuroscience2010 (SanDiego, USA)

11. Tabuchi S, Tsunematsu T, Tominaga M, Fukazawa Y,

18. 釜澤尚美 (2010.12) 生体分子の局在分布から機能を

Yamanaka A (2010.9) Orexin 2 receptor positively

考える 生体構造解析分科会

regulates the activity of orexin neurons. Neuro2010（神（新潟）2010 年度研究討論会

戸）《大脳神経回路論研究部門》
1. Kawaguchi Y (2010.6) Pyramidal and GABAergic cell

3. Karube F (2010.6) Axonal bouton distribution of layer

diversity and connection selectivity. The 4th international

IV and VI spiny neurons over functional maps in the catneural microcircuitry conference “Signal Processing

primary visual cortex. The 4th international neural

Mechanisms of Cortical Neurons”（沖縄）

microcircuitry conference “Signal Processing Mechanisms

2. Kubota Y (2010.6) Dendritic dimensions and signal
conduction properties of cortical nonpyramidal cells. The

of Cortical Neurons”（沖縄）
4. Morishima M (2010.6) Projection type-specific temporalconference

synaptic characteristics in frontal cortex. The 4th“Signal Processing Mechanisms of Cortical Neurons”（沖international neural microcircuitry conference “Signal

縄）Processing Mechanisms of Cortical Neurons”（沖縄）4thinternational

neuralmicrocircuitry

121

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

5. Otsuka T (2010.6) Cell diversity and connections
between callosal projection neurons in the frontal cortex.
The 4th international neural microcircuitry conference

signal conduction properties of cortical nonpyramidalcells. Neuro2010（神戸）
12. Otsuka T, Kawaguchi Y (2010.9) Cell diversity and“Signal Processing Mechanisms of Cortical Neurons”（沖connection

specificity

betweencallosalprojection

縄）neurons in the frontal cortex. Neuro2010（神戸）Distribution

patternsof

13. Hirai Y, Morishima M, Kawaguchi Y (2010.9) Local andthalamo-cortical

inputstodistal connections of neocortical pyramidal cells

parvalbumin-expressing GABAergic neurons in rat

projecting to the perirhinal regions. Neuro2010（神戸）frontal cortex. The 4th international neural microcircuitry

14. Ueta Y, Kawaguchi Y (2010.9) Corticospinal andconference “Signal Processing Mechanisms of Cortical

corticocortical projection specificity in rat motor-related

Neurons”（沖縄）areas. Neuro2010（神戸）6. ShigematsuNcortico-cortical(2010.6)and

7. Ueta Y (2010.6) The relationship between corticocortical

15. Karube F, Kisvârday ZF (2010.9) Topographicaland corticospinal projections in rat secondary motororganization of layer 4 and 6 spiny neurons overcortex. The 4th international neural microcircuitry

functional maps for visual signals in cat area 18.

conference “Signal Processing Mechanisms of Cortical

Neuro2010（神戸）
16. Shigematsu N, Kubota Y, Kawaguchi Y (2010.11)

Neurons”（沖縄）
8. Ushimaru M (2010.6) Firing patterns of neocortical andDistribution patterns of cortico-cortical and thalamo-

thalamic neurons in the slow wave. The 4th international

cortical inputs to parvalbumin-expressing GABAergic

neural microcircuitry conference “Signal Processing

neurons in rat frontal cortex. Neuroscience2010 (San

Mechanisms of Cortical Neurons”（沖縄）

Diego, USA)9. Kubota Y (2010.6) Dendritic dimensions and signal

17. Kubota Y, Karube F, Nomura M, Gulledge A,

conduction properties of cortical nonpyramidal cells. The

Hashimoto K, Mochizuki A, Kawaguchi Y (2010.11)

international neural microcircuitry conference, Tokyo

Dendritic dimensions and signal conduction properties ofJST session, “Microcircuitry of Cortex”（東京）cortical nonpyramidal cells. Neuroscience2010

10. Otsuka T (2010.7) Cell diversity and local connections(San

Diego, USA)between callosal projection neurons in the frontal cortex.

18. Ushimaru M, Puig V, Kawaguchi Y (2010.11) Firing「包括脳ネットワーク」夏のワークショップ（札幌）properties of neocortical and thalamic neurons during

11. Kubota Y, Karube F, Nomura M, Gulledge A, Mochizuki

slow wave states. Neuroscience2010 (San Diego, USA)

A, Kawaguchi Y (2010.9) Dendritic dimensions and《心理生理学研究部門》
1. Murase M, Kochiyama T, Tanabe HC, Sadato N (2010.1)
Detection of neural substrate related to lipreading effect(Tokyo, Japan)

during vowel identification of audiovisual speech: a

3. Yoshida Y, Tanabe HC, Hayashi MJ, Kochiyama T &functional MRI study. Workshop: Development of the

Sadato N (2010.1) The warning effect as orienting

Social Brain (Tokyo, Japan)

attention in the temporal domain: an event-related fMRI

2. Okamoto Y, Kitada R, Sasaki A, Morita T, Itakura S,

study. Development of the Social Brain Workshop

Kochiyama T, Tanabe HC, Sadato N (2010.1) “Like(Tokyo, Japan)me”: The role of extrastriate body area for being

4. 岡崎俊太郎，森imitated.Japan-US

122

Program: Workshop: Development of the Social Brain

Brain

Research

Cooperative

浩一，蔡 暢 (2010.5) 非同期聴覚フィードバックは発話をペースする。日本音響学会

研究発表／学会発表

effectiveness measurement by fMRI. The 33rd Annual

聴覚研究会（京都）
5. 定藤規弘 (2010.5) 乳幼児の機能画像解析における機能的 MRI と NIRS の役割。第 87 回日本生理学会大Meeting of the Japan Neuroscience Society (Kobe,
JAPAN)
17. Tanaka T, Takano Y, Tanaka S, Watanabe K, Hanakawa会（盛岡）6. 定藤規弘 (2010.5) 子供の発達コホート研究におけるT, Honda M and Hironaka N (2010.9) Regulation of

イメージング研究の意識。第 52 回日本小児神経学会

extracellular dopamine level in striatum by transcranial

総会（福岡）

direct current stimulation. The 33rd Annual Meeting of

7. 定藤規弘 (2010.6) 視覚障害者がどのように点字をthe Japan Neuroscience Society (ICCN) (Kobe, JAPAN)「見て」いるのか－ヒト脳機能画像研究から判るこ

18. 島田浩二，阿部純一，柴田みどり，伊藤博晃 (2010.9)と。日本赤ちゃん学会第 10 回学術集会（東京）「名詞述語文，動詞述語文，形容詞述語文の意味処

8. 吉原一文 (2010.6) シンポジウム：医療・心理・産業・理の違い：fMRI による検討」。日本心理学会第 74

教育各領域における円滑なコミュニケーション

医療の立場から。第 35 回日本交流分析学会学術大会回大会（大阪）19. 田邊宏樹 (2010.9) ベンハムコマによる主観色生起時の大脳皮質視覚野処理機構：機能的 MRI による研究。

（名古屋）
9. Sadato N (2010.7) The Neural basis of social reward anddecision-making．2010 International Symposium: Social

日本心理学会第 74 回大会（大阪）20. 吉田優美子，田邊宏樹，林正道，河内山隆紀，定Neuroscience and Its Benefits to Mental Health (Seoul,

藤規弘 (2010.9) 注意機構と運動関連領域の相互作用

Korea)

としての予告効果。第 33 回日本神経科学大会（神戸）10. 大塩立華，岡崎俊太郎，川道拓東，定藤規弘 (2010.7)

21. Okamoto Y, Kosaka H, Kitada R, Tanabe HC, Munesue「複数個体のマルチモーダル行動データの計測によT, Ishitobi M, Hayashi MJ, Saito DN. Sasaki A, Yanaka

る「関わり指標」の評価」。2010 年包括脳夏のワー

H, Kochiyama T, Omori M, Morita T, Wada Y, Itakura S,

クショップ（札幌）

Okazawa H, Sadato N (2010.10) The EBA dysfunction

11. 岡本悠子 (2010.7) 自閉症者における相互模倣時の他

in the autism spectrum disorders (ASD); as a

者の動作と自己の動作の同一性の認識に関わる神経“comparator” of self and other’s action during reciprocal

基盤。福井大学高エネルギー医学研究センター研究

imitation．NIPS research meeting「身体性の脳内メカ発表会（福井）ニズム」(Okazaki, Japan)

12. 川道拓東，岡崎俊太郎，大塩立華，定藤規弘 (2010.7)

22. Sadato N (2010.10) The Neural Basis of Social Reward

複数個体のマルチモーダル行動データの計測による，

and Decision-Making. 29th International Congress of

関わり指標の評価。包括方脳科学研究推進支援ネッ

Clinical Neurophysiology (ICCN2010) (Kobe, Japan)
23. Tanaka S, Honda M, Hanakawa T, and Cohen LG

トワーク 夏のワークショップ（札幌）13. 吉原一文 (2010.7) 心身医療における幼少期のストレ

Stabilization ofス。第 27 回中部心身医療研究会（名古屋）
14. 北田(2010.10) Effect of Practice Schedules on Memory

亮 (2010.8) 触覚による顔認知の神経基盤。動aProcedural

Motor Skill.

29th

International Congress of Clinical Neurophysiology(Kobe, JAPAN)

物心理学会第 70 回大会自由集会（東京）15. Sakai H, Uchiyama Y, Hayashi MJ, Shin D, Sadato N

24. 定藤規弘 (2010.10) ネアンデルタール人の脳，新人と(2010.9) The neural signature of an absent-minded stateの違いを探る－イメージング手法による学習と創造

defined by ‘fast and sloppy’ responses. The 33rd Annual

性へのアプローチ－。第 1 回研究大会「ネアンデル

Meeting of the Japan Neuroscience Society (Kobe,

タール人とサピエンス交代劇の真相：学習能力の進JAPAN)

化に基づく実証的研究」（東京）

16. Takano Y, Yokawa T, Masuda A, Niimi J, Tanaka S,

25. 田邊宏樹，定藤規弘，赤澤 威 (2010.10) 旧人・新人

Hironaka N. (2010.9) Development of a rat model forの学習行動に関する脳機能マップの作成。第 64 回日

transcranial

本人類学会大会（北海道）

directcurrent

stimulation(tDCS):

123

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）26. 田邊宏樹 (2010.10) 現代人脳の学習機能地図作成と(2010.11) ‘Early blind can haptically classify static facial

化石脳への写像法の確立に向けて。第 1 回研究大会

expressions of emotion’. The Society for Neuroscience「ネアンデルタール人とサピエンス交代劇の真相：

40th Annual Meeting (San Diego, USA)

学習能力の進化に基づく実証的研究」（東京）

31. Okamoto Y, Kosaka H, Kitada R, Tanabe HC, Munesue

27. 田邊宏樹 (2010.10)「脳科学の最前線－教育学への可T, Ishitobi M, Hayashi MJ, Saito DN, Sasaki A, Yanaka

能性を探る－神経科学の立場から」。仏教大学開学

H, Kochiyama T, Omori M, Morita T, Wada Y, Itakura S,

100 周年記念事業総合研究所公開シンポジウム（京Okazawa H, Sadato N (2010.12) The EBA dysfunction都）

in the autism spectrum disorders (ASD); as a28. Hayashi MJ, Tanabe HC, Yoshida Y, Sadato N (2010.11)“comparator” of self and other’s action during reciprocal

Duration-numerosity interaction in human prefrontal

imitation. 41th NIPS international symposium (Okazaki,

cortex. The 40th Annual Meeting of the Society forJapan)
32. Yoshida Y, Tanabe HC, Hayashi MJ, Kochiyama T,

Neuroscience (San Diego, USA)
29. Hayashi MJ, Kanai R, Walsh V (2010.11) A common

SadatoN (2010.12) The warning effect as orienting

metrics dor encoding time and numerosity. Meeting in

attention in the temporal domain: an event-related fMRI

Honor of Professor Brain Butterwoth: “Numbers in the

study. 41th NIPS International Symposium (Okazaki,

Brain” (London, UK)

Japan)

30. Kitada R, Lederman SJ, Miyahara M, Sadato N《認知行動発達機構研究部門》
1. Isa T (2010.3) Cortical compensatory mechanism after
spinal-cord injury. NIBB International Symposium“Neocortical Organization”（岡崎）control of visually guided saccades. FENS Forum(Amsterdam, Netherlands)
8. Kinoshita M, Kaneda K, Kasahara H, Hatanaka N,

2. Umeda T (2010.4) Coding of arm/hand trajectories by

Matsui R, Chiken S, Isa K, Mizukami H, Ozawa K,

neuronal activity in dorsal root ganglia. Neural Control

Watanabe D, Nambu A, Isa T (2010.7) Expression ofof Movement Society Annual Meeting (Naples, USA)

halorhodopsin for suppression of neuronal transmission

3. 伊佐

正 (2010.5) 脊髄損傷後の巧緻運動の回復機構。第 87 回日本生理学会大会（盛岡）
4. Yoshida M (2010.5) Guidance of gaze based on colorsaliency in monkeys with unilateral lesion of primaryvisual cortex. Vision Science Society 10th Annual
Meeting (Naples, USA)
5. 伊佐

正 (2010.5) サルにおける皮質脊髄路損傷後のwith viral vectors. 第 16 回日本遺伝子治療学会学術集会（栃木）9. Isa T (2010.9) How to design the high performance BMI
by ECoG signals. Neuro2010（神戸）
10. Kaneda K, Kasahara, H, Matsui R, Kato T, Mizukami H,
Ozawa K, Watanabe D, Isa T (2010.9) Pathway selective

機能代償過程での一次運動野と側坐核の間の

opticalconnectivity の変化。第 51 回日本神経学会（東京）transmission by expressing halorhodopsin with viral

6. Yoshida M, Itti L, Berg D, Ikeda T, Kato R, Takaura K,

inhibitionofretino-collicularsynaptic

vectors in mouse. Neuro2010（神戸）Isa T (2010.6) Guidance of gaze based on color saliency

11. Morimoto J, Umeda T, Sakatani T, Isa T (2010.9)

in monkeys with blindsight. The 14th annual meeting of

Estimation of common features shared by multiple sensor

Association for the Scientific Study of Consciousness

data including neural recordings. Neuro2010（神戸）(Toronto, Canada)
7. Isa T (2010.7) Extrageniculate visual system in the124

in the central nervous system of the mouse and monkey

12. Watanabe H, Yamashita O, Sawahata H, Sakatani T,
Togawa M, Yoshida M, Toda H, Sato M, Hasegawa I,

研究発表／学会発表

Suzuki T, Kawawato M, Isa T (2010.9) Regression oflaternal interaction between two stimuli in the mouseforearm reach and grasp movement trajectories using

superior colliculus slices. Neuro2010（神戸）intracortical local field potentials and electrocorticogram

23. Saito-Yoshino K, Nishimura Y, Oishi T, Isa T (2010.9)

signals in monkey primary motor cortex. Neuro2010（神Quantitative and qualitative comparision of corticospinal

戸）projections from the hand and arm area of the primary

13. Yoshida M, Itti L, Berg D, Ikeda T, Kato R, Takaura K,
Isa T (2010.9) Visually guided eye movements based oncolor saliency in monkeys with unilateral lesion ofprimary visual cortex. Neuro2010（神戸）14. Kato R, Takaura K, Ikeda T, Yoshida M, Isa T (2010.9)

motor cortex in monkeys with spinal cord injury.
Neuro2010（神戸）
24. Onoe H, Kato R, Ikeda T, Kawahara M, Onoe K,
Takaura K, Yoshida M, Tsukada H, Isa T (2010.9) The
lateral intraparietal are participates in visuomotor control

The role of retinotectal pathway for saccade control after

after primary visual cortex lesion. Neuro2010（神戸）the lesion of primary visual cortex. Neuro2010（神戸）25. Kaneda K, Kasahara H, Matsui R, Katoh T, Mizukami H,

15. Kinoshita M, Kaneda K, Kasahara H, Hatanaka N,

Ozawa K, Watanabe D, Isa T (2010.11) Pathway specificMatsui R, Chiken S, Isa K, Mizukami H, Ozawa K,

optical inhibition of retino-collicular transmission by

Watanabe D, Nambu A, Isa T (2010.9) Optogeneticallyhalorhodopsin expressed with viral vectors in mice.

induced suppression of neural activity in the macaque

Neuroscience2010 (San Diego, USA)motor cortex. Neuro2010（神戸）

26. Murata Y, Higo N, Hayashi T, Nishimura Y, Oishi T,

16. Nishimura Y, Perlmutter SI, Fetz EE (2010.9) Changes

Tsukada H, Isa T, Onoe H (2010.11) The role ofin directional tuning of primate motor cortex cells

perilesional area for functional compensation of manual

driving an artificial corticospinal connection. Neuro2010

dexterity after primary motor cortex lesion in macaque（神戸）monkeys. Neuroscience2010 (San Diego, USA)

17. Sakatani T, Watanabe H, Togawa M, Yoshida M,

27. Suzuki T, Kotake N, Fukayama O, Takeuchi S,

Hasegawa I, Suzuki T, Sato M, Kawato M, Isa T

Watanabe H, Isa T, Sawahata H, Toda H, Hasegawa I,(2010.9) Estimation of the intracortical neuronal

Mabuchi K (2010.11) Improvement of a flexible

dynamics from the multi-channel ECoG signals.

Parylene ECoG electrode for long-term stable recording.

Neuro2010（神戸）Neuroscience2010 (San Diego, USA)

19. Umeda T, Sakatani T, Morimoto J, Yamashita O, Sato M,

28. Yamamoto T, Oishi T, Higo N, Sato A, Murayama S,

Seki K, Kawato M, Isa T (2010.9) Coding of hand/arm

Nishimura Y, Murata Y, Yoshino-Saito K, Isa T, Kojima

trajectories by neuronal activity in dorsal root ganglia ofT (2010.11) Differential SPP1 expression between twomonkeys. Neuro2010（神戸）new world monkeys: Correlation with the ability of

20. Yamamoto T, Higo N, Sato A, Nishimura Y, Oishi T,
Murata Y, Saito-Yoshino K, Isa T, Kojima T (2010.9)

dexterous finger movement. Neuroscience2010 (San
Diego, USA)

Increased expression of SPP1 in the ventral premotor

29. Kinoshita M, Kaneda K, Kasahara H, Hatanaka N,

cortex of the macaque monkey after spinal cord lesion.

Matsui R, Chiken S, Isa K, Mizukami H, Ozawa K,

Neuro2010（神戸）Watanabe D, Nambu A, Isa T (2010.11) Optogenetically

21. Sato A, Higo N, Oishi T, Nishimura Y, Yamamoto T,

induced suppression of neural activity in the macaque

Murata Y, Saito-Yoshino K, Tsuboi F, Takahashi M,

primary motor cortex. Neuroscience2010 (San Diego,

Onoe H, Isa T, Kojima T (2010.9) Area-specificUSA)

regulation of gene expression in monkey motor cortices

30. Umeda T, Sakatani T, Yamashita O, Satoh M, Morimoto

during recovery from spinal-cord injury. Neuro2010（神J, Seki K, Kawato M, Isa T (2010.11) How motion is戸）

encoded by sensory afferent ensembles? Neuroscience

22. Phongphanphanee P, Yanagawa Y, Isa T (2010.9) The

2010 (San Diego, USA)125

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）31. Sugiyama Y, Higo N, Saito-Yoshino K, Murata Y,
Nishimura Y, Oishi T, Isa T (2010.11) Effect of earlyrehabilitative training after spinal cord lesion in macaqueartificial

corticospinal

connection

inmonkeys.

Neuroscience2010 (San Diego, USA)
35. Fetz EE, Nishimura Y, Eaton RW, Perlmutter SI(2010.11) Primate corticospinal connections can bemonkeys. Neuroscience2010 (San Diego, USA)
32. Kato R, Takaura K, Ikeda T, Yoshida M, Isa T (2010.11)

strengthened by prolonged spike-triggered stimulation ofRetinotectal pathway plays a critical role to send thespinal cord during free behavior. Neuroscience2010 (Sanvisual information for saccade control after the lesion of

Diego, USA)

primary visual cortex. Neuroscience2010 (San Diego,

36. Isa T (2010.11) Recovery stage dependent reorganizationof cerebral cortex after spinal cord injury. 5th CongressUSA)
33. Eaton RW, Nishimura Y, Perlmutter SI, Fetz EE(2010.11)

Independent

activationofprimatecorticomotoneuronal cells and target muscles demonstratedof FAONS and XXVII Annual Meeting of Indian
Neuroscience Society (Lucknow, India)
37. IsaT (2010.12)

Reorganizationof corticalandby operant conditioning. Neuroscience2010 (San Diego,

subcortical networks during the functional recovery after

USA)

the

34. Nishimura Y, Perlmutter SI, Fetz EE (2010.11) Changes

spinalcord

injuryinmacaquemonkeys.

NIPS/SOKENDAI International Symposium.（岡崎）in directional tuning of motor cortex cells driving an《生体恒常機能発達機構研究部門》
1. Moorhouse A, Watanabe M, Wake H, Nabekura J(Amsterdam, the Netherlands)(2010.2) Modulation of KCC2 function by tyrosine

7. Nabekura J, Wake H, Inada H, Eto K, Kim SK (2010.7)

phosphorylation. The 30th Annual Meeting of theMicroglial Surveillance of Synapses in Damaged circuits.

Australian Neuroscience Society/ the 50th Anniversary

7th Forum of European Neuroscience Society (FENS)

Meeting of the Australian Physiological Society (Sydney,(Amsterdam, the Netherlands)
8. 渡部美穂，和氣弘明，鍋倉淳一 (2010.8) 発達/障害にAustralia)
圭，鍋倉淳一 (2010.3) ラ

よるカリウム－クロライド共役担体 (KCC2) の機能

ッ ト 青 斑 核 ノ ル ア ド レ ナ リ ン 神 経 細 胞 にお ける制御。名古屋大学・生理学研究所合同シンポジウム

TRH の興奮作用。第 83 回日本薬理学会年会（大阪）

（岡崎）

2. 石橋

仁，中畑義久，江藤3. 鍋倉淳一，和氣弘明，江藤 圭 (2010.3) ミクログリ

9. 中畑義久，宮本愛喜子，渡部美穂，鍋倉淳一，石橋アによるシナプス監視。第 115 回日本解剖学会（盛仁 (2010.9) リ ド カ イ ン に よ る K+-Cl− 共 輸 送 体

岡）(KCC2) の機能抑制。Neuro2010（神戸）4. 鍋倉淳一，渡部美穂 (2010.5) チロシンリン酸化によ10. 鍋倉淳一，江藤 圭，Kim Sun Kwang (2010.9) in vivo

る神経特異的カリウムークロール共役担体の機能制

observation of neuronal remodeling in the somatosensory

御。第 87 回日本生理学会大会（盛岡）

cortex ofchronic pain model. Neuro2010（神戸）5. 鍋倉淳一，渡部美穂 (2010.5) 神経細胞内 Cl 調節機構
KCC2 の機能発現調節。第 87 回日本生理学会（盛岡）
6. Takatsuru Y, Fukumoto D, Yoshitomo M, Nemoto T,
Tsukada126

H,

KoibuchiN,

NabekuraJ

11. 鍋倉淳一，江藤 圭，金善光，稲田浩之 (2010.9) 生

体イメージングによる慢性疼痛モデル体性感覚野神
経回路再編の観察。Neuro2010（神戸）(2010.7)

12. 鍋倉淳一 (2010.9) 発達期および障害回復期におけるContribution of contralateral hemisphere on functional

神経回路の再編。第 25 回福岡大学グローバル FU プ

recovery from focal infarction in somatosensory cortex.

ログラムセミナー（福岡）

7th Forum of European Neuroscience Society (FENS)

13. 稲田浩之，渡部美穂，内田琢，福田敦夫，柳川右研究発表／学会発表

千夫，鍋倉淳一 (2010.10) 生体脳において GABAA 受

16. 高鶴裕介，鯉淵典之，鍋倉淳一 (2010.12) 体性感覚野

容体の活性化は大脳皮質辺縁帯 GABA 作動性神経

梗塞後の機能代償における健常半球の神経回路再編細胞の多方向性移動を促進する。第 57 回中部日本生成。第 243 回生理学東京談話会（川越）17. 鍋倉淳一 (2010.12) ミクログリアによるシナプス監理学会（豊明市）
14. 鍋倉淳一 (2010.10) Microglia surveillance of synapses.
第 29 回内藤カンファレンス（神奈川県 三浦）視。BMB2010（第 33 回日本分子生物学会・第 83 回
日本生化学会合同大会）（神戸）

15. Beppu K, Kosai Y, Kido MA, Shinagawa R, Sprengel R,

18. 鍋倉淳一，加藤剛，江藤圭，稲田浩之，金善(2010.11)

光 (2010.12) 神経回路の再編成：2 光子顕微鏡による

Physiological role of GluR2 subunits of AMPA type of

生体内観察。BMB2010（第 33 回日本分子生物学会・

Glutamate Receptor in Microglia and pathophysiological

第 83 回日本生化学会合同大会）（神戸）

NabekuraJ,

Shigemoto

R,

Noda

M

implication. Neuroscience2010 (San Diago, USA)

《生殖・内分系発達機構研究部門》
1. 箕越靖彦 (2010.2) 視床下部 AMP キナーゼによるエ環境との相互作用。脳科学研究教育センターシンポ

ネルギー代謝調節機構。ミニリトリート若手研究報

ジウム「生涯にわたる心身の恒常性維持とその破綻

告会「ストレスと栄養クラスター」，徳島大学教育研のメカニズムに関する総合的研究」（札幌）

究等支援事業「生命科学大学院教育クラスター形成」

糖代謝調節作用。第 2 回分子骨格筋代謝研究会（京（淡路）
2. 箕越靖彦 (2010.3) 食欲の生理学。第 14 回安藤百福賞都）
10. Toda C, Minokoshi Y (2010.5) Role of the hypothalamic

記念講演会（東京）
3. 箕越靖彦 (2010.3) 視床下部 AMP キナーゼによる摂食調節機構。第 83 回日本薬理学会年会（大阪）
4. Minokoshi Y (2010.3) Neural regulation of energy
homeostasis.

9. 志内哲也 (2010.5) 視床下部オレキシンによる骨格筋

Danish-Japanese

Joint

Workshop

leptin-melanocortin

systeminglucoseuptakeinperipheral tissues. The 87th Annual Meeting of the
Physiological Society of Japan（盛岡）
11. Shiuchi T, Minokoshi Y (2010.5) Hypothalamic orexin“Molecular Diabetology” (Copenhagen, Denmark)regulates feeding-associated glucose metabolism in

5. Minokoshi Y, Okamoto S (2010.3) Role of hypothalamic

skeletal muscle via sympathetic nervous system. The

AMP kinase in food selection behavior. ICE2010 (14th87th Annual Meeting of the Physiological Society ofInternational Congress of Endocrinology)（京都）Japan（盛岡）

6. Minokoshi Y (2010.3) Regulatory role of leptin in

12. 稲垣匡子，吉村昭彦，松崎吾朗，加藤誠也，箕越靖(2010.7) Requirement of leptin/leptin receptor

glucose metabolism in peripheral tissues. ICE2010 14th

彦

International

Official

signaling for the development of gastric cancer induced

Satellite Symposium “Obesity and Metabolic Syndrome”

by SOCS3 loss in mice. 第 7 回インスリン抵抗性とメ（京都）

タボリックシンドローム研究会（東京）Congressof

Endocrinology

7. Minokoshi Y (2010.3) Hypothalamic orexin stimulates

13. Minokoshi Y, Shiuchi T (2010.7) Regulatory role offeeding-associated glucose utilization in skeletal muscle

hypothalamic orexin in glucose utilization in skeletal

via

muscle. 第 42 回日本動脈硬化学会総会・学術集会（岐sympathetic

International

nervousCongressofsystem.

ICE2010

Endocrinology

14th

Official

Satellite Symposium “Neuroendocrine Functions of
GPCRS”（京都）
8. 箕越靖彦 (2010.4) 摂食・代謝調節の脳内機構と栄養阜）14. Shiuchi T, Okamoto S, Toda C, Minokoshi Y (2010.7)
Hypothalamicorexinstimulates

feeding-associatedglucose metabolism in skeletal muscle via sympathetic127

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

豊，志内哲也，箕越靖彦 (2010.10) 自発運

nervous system. 11th International Congress on Obesity論，中屋(Stockholm, Sweden)

動制御における Ghrelin の役割。第 31 回日本肥満学

15. Toda C, Shiuchi T, Okamoto S, Minokoshi Y (2010.7)

会（前橋）Regulatory role of AMP-kinase in the paraventricular

23. 稲垣匡子，吉村昭彦，松崎吾朗，加藤誠也，箕越靖

hypothalamus in calorie intake and food preference. 11th

彦 (2010.10) 消化管上皮細胞得的 SOCS3 欠損マウス

International Congress on Obesity (Stockholm, Sweden)の胃癌発症におけるレプチン/レプチン受容体の役

16. Okamoto S, Minokoshi Y (2010.7) Role of the

割。第 31 回日本肥満学会（前橋）hypothalamic leptin-melanocortin system in glucose

24. 志内哲也，三浦進司，江崎 治，箕越靖彦 (2010.10)

uptake in peripheral tissues. Invited. 11th International

レプチン中枢投与後の骨格筋におけるグルコース取

Congress on Obesity Satellite Symposium “Regulation of

り込みと AMPK の調節作用。第 31 回日本肥満学会

feeding and energy metabolism by the brain” (Stockholm,

（前橋）
25. 唐

Sweden)

麗君，志内哲也，戸田知得，岡本士毅，箕越靖

治，箕越靖彦 (2010.9) 中彦 (2010.10) 白色脂肪組織での炎症性サイトカイン

枢レプチン投与後の骨格筋でのグルコース取込みに産生に及ぼす Agouti-related peptide (AgRP) 中枢投与

おける AMPK の関与。第 65 回日本体力医学会（千の効果。第 31 回日本肥満学会（前橋）17. 志内哲也，三浦進司，江崎

26. 田中智洋，益崎裕章，泰江慎太郎，米本崇子，荒井葉）
18. 志内哲也 (2010.9) オレキシンによる交感神経を介し

直樹，冨田

努，藤倉純二，海老原健，箕越靖彦，た糖代謝調節メカニズム。第 3 回脳・神経・内分泌

細田公則，中尾一和 (2010.10) マウス視床下部 CB1系から運動の意義を考える会（千葉）

受容体発現調節に及ぼす高脂肪食とニコチンの影響。

19. Shiuchi T, Minokoshi Y (2010.9) Feeding-associated

第 31 回日本肥満学会（前橋）glucose metabolism in skeletal muscle via hypothalamic

27. Minokoshi Y, Okamoto S (2010.10) Regulatory role oforexin system. 第 44 回日本味と匂学会大会（福岡）hypothalamic AMP-kinase in calorie intake and food20. 岡本士毅，箕越靖彦 (2010.10) 肥満マウスの食餌嗜好

preference. Invited and Organizer. The FASEB Summer性に及ぼす視床下部室傍核 AMP キナーゼの調節作

Research Conference. “AMPK: Central Regulatory

用。第 31 回日本肥満学会（前橋）

System in Metabolism & Growth”（大津）21. 窪田直人，窪田哲也，山内敏正，植木浩二郎，箕越

28. 箕越靖彦 (2010.12) 食から肥満とやせのなぞを探る

孝 (2010.10) アディポネクチンの摂食・～摂食と代謝調節の脳内機構～。市民公開講座「考エネルギー代謝調節メカニズム。第 31 回日本肥満学

えよう！食と健康」日本栄養改善学会中国支部主催，会（前橋）2010，県立広島大学（広島）靖彦，門脇22. 戸田聡美，坂上浩，谷口直子，原田永勝，馬渡一《遺伝子改変動物作製室》
1. 三宝

誠，加藤めぐみ，小林俊寛，中内啓光，保地眞一，平林真澄 (2010.5) ラット胚性幹細胞への外来

3. Yanagawa Y, Wang Y, Kakizaki T, Zhang Y, Miwa H,

遺伝子導入がキメラ個体の作製効率に及ぼす影響。

Saito K, Ebihara S, Kato M, Hirabayashi M, Sakagami H,

第 57 回日本実験動物学会（京都）Saito Y (2010.7) GABAergic neurons are fluorescently

2. 下田美怜，原 弘真，アブダッラ ハニー，森田大，

桑山正成，平林真澄，保地眞一 (2010.5) ICSI と IVF

128

回日本哺乳動物卵子学会（東京）labeled in VGAT-Venus transgenic mouse forebrain. 7th
FENS (Amsterdam, Netherlands)に由来するウシ胚盤胞の超急速ガラス化保存－発生4. Yanagawa Y, Wang Y, Kakizaki T, Zhang Y, Miwa H,

速度と発育ステージが蘇生率に及ぼす影響－。第 51

Saito K, Ebihara S, Kato M, Hirabayashi M, Sakagami H,

研究発表／学会発表

Saito Y (2010.7) Fluorescent labeling of GABAergic(2010.9) A molecular correlate of ocular dominanceneurons in VGAT-Venus transgenic mouse forebrain.

(OD) columns in the developing mammalian visual

GABA Signaling & Brain Network (Satellite Workshop),cortex: a discovery of a molecule specific for ipsilateral(Amsterdam, Netherlands)

OD columns. Neuro2010（神戸）誠，小林俊寛，中内啓光，保地

7. Tomita K, Sperling M, Sanbo M, Yamauchi N,

眞一，平林真澄 (2010.9) 近交系 Brown-Norway ラッBonhoeffer T, Huebener M (2010.12) A molecular

ト胚盤胞に由来する ES 細胞株の樹立と外来遺伝子

correlate of ocular dominance (OD) columns in the

導入個体の作製。第 103 回日本繁殖生物学会（十和developing mam malian visual cortex: a discovery of a田）molecule specific for ipsilateral OD columns. BMB2010

5. 加藤めぐみ，三宝

6. Tomita K, Sperling M, Bonhoeffer T, Huebener M（神戸）《行動様式解析室》
1. Takao K, Nakanishi K, Yamasaki N, Tanda K, Matsuo N,
Miyakawa T (2010.5) Behavioral profiles of three
C57BL/6 substrains. International Behavioural andth戸）
7. Ohira K, Hagihara H, Toyama K, Takao K, Kanai M,
Funakoshi

H,

NakamuraT,

Miyakawa(2010.9)

Neural Genetics Society-Genes, Brain & Behavior 12

Expression of Tryptophan 2,3-Dioxygenase in Mature

Annual Meeting, (Halifax, Canada)

Granule Cells of the Adult Mouse Dentate Gyrus.

2. Takao K, Hagihara H, Ohira K, Matsuo N, Kobayashi K,
Toyama K, Takagi T, Ishii S, Suzuki H, Miyakawa T

Neuro2010（神戸）8. 高雄啓三，松尾直毅，中西和男，山崎信幸，短田浩
剛 (2010.9) Behavioral profiles of three(2010.6) Immature dentate gyrus as a potential

一，宮川

endophenotype for psychiatric disorders. 日本分子生物

C57BL/6 substrains. Neuro2010（神戸）学会第 12 回春季シンポジウム（松島）9. Tanaka K, Yamazaki Y, Lee HU, Furuya K, Hida H,

3. Takao K, Kobayashi K, Hagihara H, Ohira K, Toyama K,

Takao K, Miyakawa T, Fujii S, Ikenaka K (2010.9)

Takagi T, Graef I A, Suzuki H, Crabtree G R, Miyakawa

Increase in ATP release from astrocytes results inT (2010.7) Immature dentate gyrus as a candidate

increase in the excitability of the hippocampus.

endophenotype of psychiatric disorders. 4th European

Neuro2010（神戸）【重複】

Molecular and Cellular Cognition Society (EMCCS)
Satellite Meeting at FENS (Amsterdam, Netherlands)

10. 尾之内高慶，高雄啓三，宮川 剛，千田隆夫 (2010.9)
APC1638T マウスにみられる空間記憶障害。コ・メ

4. Takao K, Nakanishi K, Miyakawa T (2010.8) A

ディカル形態機能学会第 9 回学術集会（新潟）brain-behavior phenotype database consisting of data

11. Hagihara H, Kobayashi K, Ohira K, Toyama K, Takagi T,

derived from comprehensive behavioral analyses ofGraef IA, Ishii S, Suzuki H, Crabtree GR, Takao K,

genetically engineered. Neuroinformatics 2010 3rd INCF

Miyakawa T (2010.11) Immature dentate gyrus as a

Congress of Neuroinformatics（神戸）candidate endophenotype of psychiatric disorders. 2010

5. Yao I, Takao K, Miyakawa T, Ito S, Setou M (2010.9)

Molecular Cellular Cognition Society (San Diego, USA)

Behavioral analysis of knockout mice for F-box protein.

12. Hagihara H, Takao K, Toyama K, Nakamura M,

Neuro2010（神戸）Takasaki A, Hashimoto K, Hayashi N, Takagi T, Ishii S,

6. Hagihara H, Takao K, Toyama K, Nakamura M,

Miyakawa T (2010.11) Proteomic analysis of the

Takasaki A, Hashimoto K, Hayashi N, Miyakawa T

hippocampus of animal models of psychiatric disorders.

(2010.9) Proteome analysis of the hippocampus of

Neuroscience2010 (San Diego, USA)

animal models of psychiatric disorders. Neuro2010（神13. Takao K, Kobayashi K, Hagihara H, Ohira K, Nakamura

129

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

H, Yamasaki N, Toyama K, Komada M, Takagi T, Ishii

小林茂夫，二宮治明，眞崎知生，垣塚 彰，細川 浩

S, Miyakawa T (2010.11) Deletion of Schnurri-2 causes(2010.12) MAGI-1 modulates anxiety-like behavior inabnormal behaviors related to schizophrenia and failure

mice MAGI-1 は不安様行動を調節する BMB2010（第in the maturation of the dentate granule cells in mice.

33 回日本分子生物学会年会，第 83 回日本生化学会

Neuroscience2010 (San Diego, USA)

合同大会）
（神戸）

14. 辻川 幸，谷口幸雄，高雄啓三，宮川 剛，前川真吾，《形態情報解析室》
1. 村田和義，Liu Xiangan，Danev Radostin，Jakana Joanita，

4. 村田和義 (2011.2) ゼルニケ位相差低温電顕による生

Htet Khant，Michael Schmid，永山國昭，Chiu Wah

体分子の構造解析。大阪大学蛋白質研究所セミナー(2010.5) 生体分子構造解析のための Zernike 位相コン

（大阪）

トラストクライオ電子顕微鏡法。第 66 回日本顕微鏡

5. Murata, K (2011.3) Phase Plate Electron Microscopy for
Structural Determination at nano- and subnanometer

学会（名古屋）
2. 村田和義 (2010.6) クライオ電子顕微鏡による生体分子イメージング。第 141 回発生研セミナー（熊本）resolutions. International Symposium on Encounters andLeaps in Science（名古屋）

3. 村田和義 (2010.10) 異なる加速電圧の電子顕微鏡を

6. 古家園子，古家喜四夫 (2010.3) 小腸絨毛上皮下線維

使った総合的な構造解析。生理学研究所研究会（岡芽細胞における NK1 受容体の局在。第 115 回日本解崎）剖学会（盛岡）《生体機能情報解析室》
1. Shimazu H, Kaji R, Tsujimoto T (2010.10) Highfrequency SEP components (HFOs) generated in theCongress of Clinical Neurophysiology (ICCN2010)（神戸）

primary motor cortex of the primates. 29th International《動物実験センター》
透，石井高夫，内堀義隆，河邊行廣 (2010. 3) ス

「動物の麻酔モニタリング指針」を考える』。第 80

ーパースチーム完成品の紹介。平成 21 年度東海実

回獣医麻酔外科学会・第 47 回日本獣医画像診断学

験動物研究会 3 月例会（岡崎）会合同学会（さいたま）

1. 木村

2. 木村

透，伊藤昭光，廣江 猛，窪田美津子 (2010. 5)

透 (2010. 9) 実験動物医学における画像診断

ニホンザルの口腔に noma の病態および治療成績。

法の応用（臨床病理検査，機能検査や形態学の病理第 57 回日本実験動物学会総会（京都）検索からの展開）。実験動物医学における画像診断技

3. 木村

透 (2010. 7) 動物実験に携わる立場から。『獣医麻酔外科学会麻酔・疼痛管理専門部会が提案した

130

4. 木村

術の応用。第 150 回日本獣医学会学術集会（帯広）一般共同研究報告

一般共同研究報告〔目次

１．G 蛋白質共役応答の調節に関する分子生物学的研究（齊藤

〕修ほか）................................... 135

２．比較ゲノムにもとづく哺乳類神経系機能素子の解析（岡村康司ほか）................................... 135
３．イオンチャネル・受容体の動的構造機能連関（柳（石原）圭子ほか）................................... 136
４．グリア細胞の発生・再生過程の解析と，その脳高次機能における役割の探索（竹林浩秀ほか）............. 137
５．マウス脳スライス標本を用いた ATP とグルタミン酸放出のリアルタイムイメージング解析（柴崎貢志） .... 137
６．新規 Cl−チャネルファミリーTMEM16 の機能解析（清水貴浩ほか） ..................................... 138
７．色の情報処理に関連するサル大脳皮質領域の線維結合の研究（一戸紀孝ほか）........................... 139
８．末梢神経損傷による神経上位中枢での可塑性機構（宮田麻理子ほか）................................... 139
９．うつ病モデルラットにおける痛覚変容のメカニズムに関する研究－脊髄 in vivo パッチクランプ記録法を用いた集学的アプローチ－（神野尚三ほか） .................... 140
10．掻痒シナプス伝達機序の in vivo パッチクランプ解析（倉石泰ほか） .................................. 140

11．げっ歯類を用いた統合失調症モデルにおける大脳基底核神経活動評価（難波寿明ほか）................... 141
12．電気生理学的手法を用いた大脳皮質神経ネットワークの効率的な解析に向けた試験的研究（星英司ほか）........................................................................... 141

13．辺縁皮質刺激に対する視床下核のニューロン応答（佐藤澄人ほか）..................................... 142
14．情動関連神経回路における慢性痛誘発シナプス可塑性固定化機構の解明（加藤総夫）..................... 142
15．凍結割断法を用いた一次嗅覚路の解析（高見茂ほか）............................................... 143

16．遺伝子改変動物を利用した抑制性ニューロンの特性についての研究（柳川右千夫）....................... 143
17．大脳皮質および大脳基底核による網様体脊髄路の制御（高草木薫ほか）................................. 144
18．皮質脳波 (ECoG) の生成機構（長谷川功ほか） ...................................................... 145
19．霊長類の感覚運動連関機構に関する電気生理学的研究（関和彦ほか）................................. 145

20．局所脳梗塞後の健常側神経回路の再構築（高鶴裕介ほか）............................................. 146
21．新規分子が関わる神経因性疼痛の発症機構の解明研究（兼松隆ほか）................................. 146

22．室傍核ニューロンの活動制御と摂食行動連関における AMP キナーゼの役割（前島裕子ほか） ............. 147
23．中枢性エネルギー代謝調節系における分子メカニズム基盤に関する生理学的研究（松尾崇ほか）......... 147

24．減量手術（胃袖状切除術）の減量効果・糖尿病改善効果における AMPkinase の役割の解明（山本寛ほか）........................................................................... 148

25．随意運動発現を司る神経機構の研究（美馬達哉ほか）................................................. 149
26．大脳皮質における錐体細胞間抑制の機能解析（小松由紀夫ほか）....................................... 149
27．チャネルロドプシンを利用したゼブラフィッシュ神経回路の発達過程の解明（東海林亙ほか）............. 150
28．ゼブラフィッシュを用いた脳脊髄神経回路の成熟過程の生理学的・分子生物学的研究（小田洋一ほか）..... 150
29．電子顕微鏡トモグラフィーによる核内クロマチン高次構造の解析（加藤幹男ほか）....................... 150
30．統合イメージングのためのユニバーサルプローブの開発（最上秀夫）................................... 151
31．唾液腺分泌終末における細胞間結合の調節機構：細胞内信号系と神経系による調節（杉谷博士ほか）....... 152
32．脳機能画像法による自律神経系中枢の研究（瀬尾芳輝ほか）........................................... 152
33．手術侵襲における知覚神経末端から分泌される神経伝達物質の関与とその制御（赤堀浩也ほか）........... 153
34．犬血管肉腫の免疫不全マウス移植 in vivo モデルにおける血管新生阻害剤による増殖抑制効果の検討（酒井洋樹ほか）........................................................................... 154
35．磁気共鳴画像装置による自閉症者の情動とコミュニケーション能力に関する研究（舟橋36．中枢神経系における軸索輸送の生体イメージング（稲谷厚ほか）......... 154

大ほか）..................................... 155

37．小脳核ニューロンの系譜解明（日比正彦ほか）....................................................... 155
38．ヒトとサルにおける素材質感知覚特性の研究（平松千尋ほか）......................................... 156

133

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

39．質感知覚のメカニズムに関する研究（岡澤剛起ほか）................................................. 156
40．CD133 の糖鎖構造解析（古川鋼一ほか） ............................................................ 157
41．インターフェロンα 療法におけるうつ病発症と海馬神経幹細胞・前駆細胞の機能変化の関連（澤本和延ほか）........................................................................... 157
42．ATF5 ノックアウトマウスの行動解析（梅村真理子ほか） ............................................. 158
43．てんかん・発達障害原因遺伝子ノックアウトマウスの網羅的行動テスト
バッテリースクリーニングによる生体内分子機能解析（田中輝幸ほか）............................... 159

134

一般共同研究報告

1．G 蛋白質共役応答の調節に関する分子生物学的研究齊藤修，黒木麻湖，宮田睦月（長浜バイオ大学バイオサイエンス学部）
久保義弘（生理学研究所）

動物の消化管には食物成分を識別して消化・吸収・摂TRPA1 特異的阻害剤 (AP-18, HC-030031)では，完全に遮食行動を調節する化学受容の系が存在するが，その分子断されることが明らかになった。さらに発現解析の結果，機構の詳細は殆ど明らかにされていない。一方，近年にSTC-1 細胞には実際に TRPA1 が発現していることが判なり味覚と腸内センシングの類似性が主張されるように明した。

なり，我々は小腸内分泌細胞株 STC-1 を用いて味覚セン

以上の知見から，HEK 細胞にマウス TRPA1 を発現さサー系の探索を行った。すると，この細胞は味覚の 5 基

せ，実際に EGCG に反応できるようになるか検討した。

本味全てに反応するだけでなく，渋み成分の茶カテキン

すると，HEK 細胞はマウス TRPA1 の単独発現によりをセンスする能力が存在することを見つけ出した。現在，

EGCG 応答性を獲得し，100µM 以上で細胞内 Ca2+が上昇

味覚成分の渋味を感知する受容体はまだ見出されていなした。そして，マウス TRPA1 発現 HEK 細胞の EGCG 応

い。そこで，本研究では STC-1 細胞の持つ渋味センサー

答は，STC-1 細胞と同様に，細胞外からの Ca2+流入で引の実体は何か，種々の検討を行った。

き起こされ，Gd3+と RR で部分抑制され，AP-18 と HC-030031

まず STC-1 細胞は，主要茶カテキンの EGCG で刺激す
2+

で完全に遮断された。また，各種茶カテキンに対する反ると，100µM 以上で細胞内の Ca が上昇することが明ら応の強さは EGCG>EGC>ECG>EC の順で，STC-1 細胞とかになった。しかし，他の HEK 細胞などではこの応答全く同じであった。

は見られず，STC-1 細胞に特異的なものであった。次にこれらのことから，TRPA1 が STC-1 細胞でカテキンセ

STC-1 細胞の各種茶カテキンに対する反応を比較したとンサーとして働いていることが考えられた。また，味蕾

ころ，EGCG 応答が最も強く，反応の強さは EGCG>の感覚神経には TRPA1 が発現することから，TRPA1 が

EGC>ECG>EC の順であった。そして，この EGCG 応答

口の中で働く渋みセンサーである可能性が強く示唆され

2+は，細胞外からの Ca 流入を必要とし，一般的な TRP チャ

た。

3+

ネル阻害剤 (Gd , Ruthenium Red (RR))で部分抑制され，

2．比較ゲノムにもとづく哺乳類神経系機能素子の解析
岡村康司，藤原祐一郎（大阪大学大学院医学系研究科／生命機能研究科）
髙橋國太郎（東京大学名誉教授）
田中資子（鈴鹿医療科学大学薬学部）
西野敦雄（大阪大学大学院理学研究科）
吉村

崇，中根右介（名古屋大学大学院生命農学研究科）
前嶋翔（富山大学大学院理工学教育部）

カタユウレイボヤの神経筋接合部に局在するアセチル

筋細胞に強制発現させるとなめらかな遊泳運動ができず

コリン受容体チャネルは，脊椎動物の神経型受容体のグ

唐突な筋収縮を示すことを見出した。今回，高速度ビデ

ループに含まれるサブユニットを含み，ツメガエル卵母

オカメラによる遊泳運動パターンの二次元画像解析によ細胞において哺乳類の神経型ニコチン受容体と類似なり加速度と筋の収縮力の推定を行なった。変異型サブユ

2+2+

Ca 透過性と内向き整流性を示す。2009 年度に Ca 透過

ニットを強制発現させた幼生では，対照群に見られない性を持たない BGDE サブユニットの変異体をホヤ幼生の不規則な単収縮を認め，あたかも脊椎動物の骨格筋の収135

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

縮に類似した単収縮を示した。ホヤのアセチルコリン受
2+

マウスオプシン 5 を単離した。本研究では「マウスオプ

容体が Ca 透過性／内向き整流性をもつことは，連続的シン 5」が視物質であるか，すなわち，光刺激により Gな収縮による遊泳運動に適したシグナル伝達を実現し，蛋白質応答を引き起こすかについて検討を行った。まず，脊椎動物への進化の過程で筋細胞数とニューロン数の増

マウスオプシン 5cDNA をツメガエル卵母細胞用ベク加による motor unit に依存した運動パターンの構築に適

ター pGEMHE に組み込み，in vitro で作成した cRNA を合してイオンチャネルの分子特性が再構築されたことを卵母細胞に注入してマウスオプシン 5 を発現させて機能示した。

解析を行った。その結果，光刺激により，Gq 応答すなわ

哺乳類以外の脊椎動物が脳内で光を感じていることは

ち細胞内 Ca2+濃度上昇による Ca2+-Cl−チャネルの活性化

古くから知られていたが，哺乳類では網膜が唯一の光受が起こること，応答の大きさが光強度に依存することが容器官であるということが従来の常識であった。本研究確認された。さらに，最も有効な刺激になる波長を明らにより光応答性が明らかになった新規な光受容器ウズラ

かにするため，波長－応答関係について解析を行った結

オプシン 5 のオルソログが，マウスの脳内でも発現して果，420nm 付近の短波長に感度のピークを持つことが明いることから，吉村グループはマウスの脳内に発現する

らかとなった。

3．イオンチャネル・受容体の動的構造機能連関
柳（石原）圭子（佐賀大学医学部）
久保義弘（生理学研究所）

内向き整流性 K チャネル Kir2 サブファミリーのメン

または YFP を結合させる遺伝子コンストラクトを用い

バーのうち生理的な細胞外 pH に依存性を示す Kir2.3 はて acceptor bleaching 法により行った FRET 解析では，脳や心臓組織に発現しているものの，その生理機能はよKir2.3 は Kir2.1 や Kir2.2 とヘテロチャネルを形成するこく分かっていない。とくに心筋には多くの動物種においとが示唆されたが，共焦点顕微鏡による解析では Kir2.3て細胞外 pH 依存性を示す内向き整流性 K 電流の存在はと Kir2.1 や Kir2.2 の細胞内局在には違いが見られ，必ず確認されておらず，少なくともホモチャネルは形質膜にしもヘテロチャネルが多く形成されているとは言えなあまり存在していない可能性がある。そこで Kir2.1 とかった。Kir2.3 と Kir2.1 または Kir2.1-AAA（ドミナント

Kir2.3 のヘテロチャネルの機能や細胞内局在について検ネガティブ変異体）の連結体をつくる遺伝子コンストラ

討を行うために昨年度作製した種々の遺伝子変異体を用

クトを用いて行った電気生理学実験では，Kir2.3 と Kir2.1

いて以下の実験を行った。サブユニットの C 末端に CFPのヘテロチャネルは細胞外 pH 依存性を有することが示

136一般共同研究報告

され，マウスやモルモットの心臓の組織切片や単離心筋以上の結果は，Kir2.3 が少なくとも心筋形質膜において細胞を用いて行った免疫組織化学では，心筋形質膜に顕顕著な働きを示さないことを示唆した。

著な Kir2.3 シグナルを認めなかった。これまで得られた

4．グリア細胞の発生・再生過程の解析と，その脳高次機能における役割の探索
竹林浩秀 1，小野勝彦 2，鹿川哲史 3，渡辺啓介 1，清水健史 4，山中龍也 2，熊田竜郎 5（1 熊本大学，2 京都府立医科大学，3 東京医科歯科大学，4 理化学研究所，5 浜松医科大学）
本年度は，エレクトロポレーション法と遺伝子組み換

たな治療法を検索するために，オリゴデンドロサイト前

えウイルス感染を用いたニワトリ胚における新たな細胞

駆細胞と IGF-1・トランスフェリンを含む成長因子カク

系譜追跡実験系を開発し報告した。具体的には，発生期

テルを PLP 過剰発現マウスの脳梁に移植する実験を行っ

中枢神経系の領域特異的プロモーターで cationic amino

た。本処置後に組織学的解析を行ったところ再ミエリンacid transporter 1（CAT1：マウスレトロウイルスのレセプ化を観察し，マウス個体では脱髄による症状（後肢の麻ター）を発現する環状 DNA を遺伝子導入し，続いて，

痺）が回復する効果を観察した。

マウスレトロウイルス感染により領域特異的にマーカー

発表論文

遺伝 (GFP) を発現させ，細胞系譜追跡実験を行うもので

Ma J, Tanaka KF, Shimizu T, Bernard CC, Kakita A,ある。本実験系を用いた解析により，ニワトリ胚では，Takahashi H, Pfeiffer SE, Ikenaka K. (2011) Microglial

脊髄腹側の Olig2 陽性の pMN ドメイン由来のオリゴデン

cystatin F expression is a sensitive indicator for ongoing

ドロサイト前駆細胞のみならず，Nkx2.2 陽性の p3 ドメ

demyelination with concurrent remyelination. J Neurosci

インから生まれたオリゴデンドロサイト前駆細胞も脊髄

Res 89:639-649.

の広い領域の白質オリゴデンドロサイトに寄与すること

Gotoh H, Ono K, Takebayashi H, Harada H, Nakamura H,

を明らかにした。

Ikenaka K. (2011) Genetically-defined lineage tracing of

脱髄モデルマウスである PLP 過剰発現マウスを用い

Nkx2.2-expressing cells in chick spinal cord. Dev Biolて，システイン プロテアーゼ インヒビターのシスタチ

349:504-511.

ン F が脱髄病巣のミクログリアに発現していること，そEspinosa-Jeffrey A, Hitoshi S, Zhao P, Awosika O, Agbo

して，再ミエリン化が起こっているときに強い発現を示

C, Olaniyan E, Garcia J, Valera R, Thomassian A,

すことから，脱髄病巣および再ミエリン化の良いマー

Chang-Wei R, Yamaguchi M, de Vellis J, Ikenaka K. (2010)カーとなることを明らかにした。他の脱髄モデルマウス

Functional central nervous system myelin repair in an adult

脳やヒト脳の脱髄病巣においてもシスタチン F の発現上

mouse model of demyelination caused by proteolipid

昇が観察された。PLP 過剰発現における脱髄に対する新

protein overexpression. J Neurosci Res 88:1682-1694.

5．マウス脳スライス標本を用いた ATP とグルタミン酸放出のリアルタイムイメージング解析
柴崎貢志（群馬大学大学院医学系研究科分子細胞生物学分野）

中枢神経系には神経細胞だけでなく，神経細胞の数倍

ら，神経細胞と機能連関していると想定され，近年の研のグリア細胞が存在する。特に，数的優位を呈するアス

究で，アストロサイトも積極的に神経情報伝達に貢献す

トロサイトは神経細胞と寄り添うように存在することかることがわかってきた。しかしながら，グリア細胞を用

137

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

いた研究の進展は，神経研究に比べるとまだまだ発達段らのリアルタイム ATP イメージングが行われている。

階にあり，グリア細胞の機能解析・分子レベルの研究の今回，我々は，TRPV4 陽性アストロサイトによる ATP

推進が急務である。そして，神経細胞とグリア細胞の研

放出のリアルタイムイメージングを試みた。著者らは，究成果が融合してこそ，脳機能を制御する分子メカニズ

ホールセルパッチクランプ法を応用したバイオセンサー

ムの実体を明らかとすることが出来る。

法を用い，アストロサイト TRPV4 が活性化した際に ATP

近年，アストロサイトが放出する重要なグリオトラン

放出が起こることを見いだしている。しかしながら，どスミッターとして ATP とグルタミン酸の 2 種類が同定さのぐらいの割合のアストロサイトが ATP を放出するのれた。これらグリオトランスミッターがニューロン機能かを調べることが出来ていなかった。そこで，その検討の調節を行っているのは間違いないが，どのようなアスを行った。出生直後の野生型マウス大脳皮質から調製しトロサイトが ATP とグルタミン酸を放出するのか？

た培養アストロサイトに対し，2 種類の TRPV4 特異的なあるいは，どのようなタイムコースで放出が行われるのリガンドを投与したところ，おおよそ 1 割程度のアストかは全く不明である。この謎を解き明かすためには，特ロサイトから ATP 放出が起こることが観察され，この殊なリアルタイムイメージング技術を必要とする。

ATP 放出は TRPV4KO アストロサイトでは全く認められ生理学研究所（池中一裕教授の研究室）には，上記のないことから，TRPV4 活性化の下流で限られたアストロ

イメージングを可能とする超高感度画像取得システムがサイトからの ATP 放出が起こることが確認された。次年

生理学研究所共同利用機器として導入され，ルシフェリ

度は，その詳細な放出メカニズムを調べ，脳スライス標

ン・ルシフェラーゼによる化学発光を基盤とした細胞か本を用いた研究へと進む予定である。

6．新規 Cl−チャネルファミリーTMEM16 の機能解析
清水貴浩，酒井秀紀（富山大学大学院医学薬学研究部）
岡田泰伸

Transmembrane protein 16 (TMEM16) は最近機能が同定

賦 活 化 さ れ る Cl− チ ャ ネ ル 電 流 が 観 測 さ れ た が ，された新規 Cl−チャネルファミリーであり，そのファミ

TMEM16K 発現細胞においては，その Cl−電流は全く観リーに属する TMEM16A と 16B は細胞内 Ca2+濃度の増加

測 で き な か っ た 。 こ れ ら の 結 果 は ， TMEM16F は−により賦活化される Cl チャネルとして機能することがTMEM16A や TMEM16B と類似した Cl−チャネルを形成報告されている。しかしながら，それら以外の TMEM16

するが，TMEM16K は Cl−チャネルとして機能しないこ

ホモログの機能に関しては明らかとなっていない。したとを示唆している。また TMEM16F の細胞内 Ca2+感受性がって，本年度の共同研究では，昨年度クローニングしは，TMEM16A と比較してかなり低いことが明らかとた TMEM16F と 16K の機能を明らかにするため，これらなったことから，これら TMEM16 ファミリーがどのよう

TMEM16 タンパク質を強制発現した細胞において，ホーに細胞内 Ca2+を感受しているのかを構造の違いから検討

ルセルパッチクランプ記録を行った。その結果，することも始めている。

2+

TMEM16F 発現細胞においては，細胞内 Ca 上昇により138

一般共同研究報告

7．色の情報処理に関連するサル大脳皮質領域の線維結合の研究
一戸紀孝，鈴木航，坂野拓（国立精神・神経医療研究センター
神経研究所

谷

微細構造研究部）

利樹（弘前大学大学院・医学研究科・生体構造医科学講座）
小松英彦（生理学研究所

感覚認知情報研究部門）

近年，本研究課題のメンバーである小松英彦のグルー

AITC および PITC を電気生理的に同定し，AITC にプはじめとして，世界のいろいろな研究グループによりCTB-Alexa 488 を，その近傍であるが色の選択性の低いヒトを含む霊長類の脳内に色に選択性の高い領域が存在場所に別な蛍光色素をタグした CTB-Alexa 555 を注入しすることが報告されている。本研究は，この色関連領野

たところ，CTB-Alexa 488 標識細胞は，電気生理学的にのうち，小松グループの見いだしたサル下側頭葉の前部

mapping した領域の範囲内において PITC，とりわけその（AIT 野）と後部（PIT 野）にある色関連領野（以下それ

腹側部内に多く見られ，CTB-Alexa 555 標識細胞は，色ぞれ AITC と PITC）への入力および相互的結合を明らか

選択性の低い場所に多く見られた。上記の実験は，AITCにし，これらの領域の色に対する選択性の高さの機能構

は PITC の腹側部から強い投射を受けていることを示し造的基盤を検討することを目的とする。これまで，合計ている。これらの実験事実は PITC の背側部はどこへ投

4 頭（以下サル A-D）のニホンザルを用いてこの目的に射しているのかという疑問を残す。そこで，サル D にお沿った実験を行った。サル A においては，AITC が存在

いては，PITC を電気生理学的に同定し，PITC の背側部すると考えられる前中側頭溝の尾側端外側に逆行性のトに今度は順行性のトレーサーを注入したところ，AITC

レーサーCTB-Alexa 488 を注入したところ，PITC が存在よりも背側の領野に強い投射を持っている事が分かっすると考えられる後中側頭溝周囲とりわけその腹側に強た。この研究はこれまで想定されていなかった色認知い標識が見られた。サル B においては，電気生理学的にネットワークが 2 つのパラレルシステムを持っている可PITC を同定し，その腹側の一部に CTB-Alexa 488 を注入

能性を示し，今後の電気生理学的研究につながると考えしたところ，やはり AITC があると想定される前中側頭られた。上記の結果は，Cerebral Cortex 紙に発表された

溝後端領域に強いラベルが見られた。サル C においては，(Banno, Ichinohe, Rockland and Komatsu, 2011)。

8．末梢神経損傷による神経上位中枢での可塑性機構
宮田麻理子（東京女子医科大学医学部）
井本敬二（神経シグナル研究部門）

神経損傷後あるいは求心性入力遮断後，視床を含む上C57BL/6 マウスの三叉神経を切断することにより，感位中枢では受容野の変化や神経活動性が変化することが覚神経損傷モデル動物を作成した。対照群として，神経報告され，幻肢痛などの基礎メカニズムと考えられてきの露出のみを行い切断を行わない擬手術群も作成した。

た。しかしながら，その神経基盤となるシナプス，およこれらの動物よりそれぞれ視床 VPM 核スライス標本をび神経回路レベルでの研究は十分になされていない。本

作製し，視床投射細胞からホールセルパッチクランプ法

共同研究では，感覚神経損傷モデルを用いて，その中継により記録を行った。昨年度までに，視床投射細胞への核である視床 VPM 核での神経回路およびシナプス特性

内側毛帯線維（求心性線維）の支配様式が，通常一本での変化を電気生理学的および解剖学的に解析することに支配されるものが，手術により，3-4 本の多重支配に増より，神経損傷による上位中枢での可塑的変化の機構をえることを確認している。本年度，この多重支配現象の明らかにすることを目的とした。

誘導時期を探索したところ，感覚神経損傷後 5-6 日で生139

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

じることが明らかとなった。また多重支配現象により新トを含む構成が偽手術群または既存の内側毛帯シナプス

しく形成された内側毛帯シナプスの特性解析を行ったとに比して多かった。このような特性は生後発達初期の内ころ，NMDA 受容体を介するシナプス後電流が AMPA

側毛帯線維シナプスにおいて認められることから，感覚受容体を介するシナプス後電流に比して大きかった。さ神経損傷により新しく形成されたシナプスは幼若期の特らに AMPA 受容体構成を解析すると，GluR2 サブユニッ

性を持つことが示唆された。

9．うつ病モデルラットにおける痛覚変容のメカニズムに関する研究－脊髄 in vivo パッチクランプ記録法を用いた集学的アプローチ－
神野尚三（九州大学

大学院医学研究院

基礎医学部門形態機能形成学分野）

古江秀昌，井本敬二（生理学研究所

神経シグナル）

感覚情報の中枢への入り口である脊髄後角には，末梢後角における発現は，さらに表層の I, II 層の軸索終末にからの軸索終末に加えて，視床への上行性投射ニューロ

限られていた。また，熱刺激やプロトンに感受性がある

ン，抑制性介在ニューロンや，下行性の神経終末などがこ と が 知 ら れ て い る カ プ サ イ シ ン 受 容 体 transient

分布し，複雑な神経回路網を形成している。今年度は，receptor potential cation channel subfamily V member 1

脊髄後角に発現している多様な機能分子について，免疫(TRPV1) の発現は，I 層を走行する太い軸索に限局してい組織化学的な手法により，発現様式の予備的な解析を進た。一方で，II 層より深層では，TRPV1 を発現している

めた。神経因性疼痛における熱痛覚過敏や機械刺激によ

軸索や軸索終末は殆ど認められなかった。電気生理学的るアロディニアに関与しているとされる protein kinase C

解析から，これら機能分子の中で特に TRPV1 受容体をγ (PKCγ) は，ラット脊髄後角において，主として II～IV

発現する一次求心性線維が痛覚過敏発現に重要な役割を層の細胞体に発現していた。一方で，炎症との関連が指果たすことを見出し，TRPV1 陽性軸索の脊髄内分布様式

摘されている calcitonin gene-related protein (CGRP) の脊髄の変容と関連があることが示唆された。

10．掻痒シナプス伝達機序の in vivo パッチクランプ解析
倉石泰，安東嗣修，後藤義一，山本歌

拓（富山大学大学院医学薬学研究部応用薬理学）

大介，古江秀昌，井本敬二（生理学研究所

神経シグナル研究部門）

脊髄における痒みのシナプス伝達機序の解明に向け，

大 き い 興 奮 性 シ ナ プ ス 後 電 流 (excitatory postsynaptic

脊髄スライスパッチクランプ法及び in vivo パッチクラ

currents; EPSCs) の増加が観察された。次いで，皮膚へ投ンプ法を用いた掻痒シナプス伝達の解析を行った。今年与した反応を解析するために，in vivo パッチクランプ法

度は，ヒトやマウスで痒みや痒み様反応を生じる抗マラによる解析を行った。ウレタン麻酔下にマウスを定位固リア薬 chloroquine 及び serotonin を用いた。

定具に固定し，椎弓を切除後，L4～L6 レベルの脊髄を露

スライスパッチクランプ法を用いた解析を行うため，出して硬膜と軟膜を剥離した。ブラインドパッチクラン

マウスより摘出した脊髄スライス標本を用い，脊髄後角プ法により脊髄表面から 150 µm 以内に位置する膠様質の膠様質ニューロンからホールセル記録を行った。起痒細胞からホールセル記録を行った。Chloroquine を脊髄へ物質の 1 つである chloroquine を灌流投与し，シナプス前投与すると，21.1%，偽陽性を含めると 31.6%の細胞で振性（末梢神経側）の作用を解析した。Chloroquine 灌流投

幅の大きい EPSCs の増加が同様に観察された。また，後与では 28.6%，偽陽性を含めると 71.4%の細胞で振幅の肢受容野への serotonin 塗布では 30.0%の細胞で EPSCs の140

一般共同研究報告

増加が観察された。この反応は持続性であり，30 分以上

よっても脊髄後角ニューロンで EPSCs の発生頻度の増加

持続するものが記録された。Chloroquine 灌流投与によるが観察された。この時間経過は serotonin 塗布による引っ

シナプス前性の EPSCs の発生頻度の上昇は，一次求心性掻き行動とよく一致したことから痒みのシグナル伝達を

線維中枢側末端に発現している MrgprA3 の活性化に起因反映したものと考えられた。

すると示唆された。また，末梢組織への serotonin 塗布に11．げっ歯類を用いた統合失調症モデルにおける大脳基底核神経活動評価
難波寿明，那波宏之（新潟大学・脳研究所・分子神経生物学分野）
知見聡美，南部篤（生体システム研究部門）

ドパミン神経に機能発達を促進する作用を持つ神経栄

生後 10 週齢の時点で頭蓋固定用のフレーム取り付けた養性因子（上皮成長因子：EGF）を発達期に投与すると，後，生後 12～16 週齢の間に 18～46 細胞の細胞外単一ユ

統合失調症様の認知機能障害が引き起こされる。このよ

ニットを記録した。これらを解析した結果，発火頻度のうな障害の一つは知覚フィルター機能として評価され，平均値および分布に違いは検出されなかった。ドパミン

大脳基底核経路などが関与すると考えられている。また神経支配が EGF で過剰になっていた淡蒼球外節外側部

この機能は，過剰なドパミンの作用によって修飾がなさに限定して，スライス標本を調整して新たにユニット記れる。研究経過から，EGF が淡蒼球外節でのドパミン投録を実施した。EGF 投与動物における 22 細胞からのユ射に異常をもたらすことが明らかになってきている。本

ニット記録結果では，淡蒼球外節の 2 倍近い活動亢進を研究では，このような影響が淡蒼球外節活動状態に影響認めることができた。今後，淡蒼球外節外側部からの inを及ぼすかどうか検討するために，in vivo 覚醒下での電vivo 細胞外記録の可能性を探ると同時に，行動機能と神気生理学的評価を試みた。

経活動との直接的関連性を明らかにするための，更なる実験には，新生仔期 EGF 投与群および対照群，各々3実験系の構築を考慮したい。

頭のラットを用い，淡蒼球外節から細胞外記録を行った。

12．電気生理学的手法を用いた大脳皮質神経ネットワークの効率的な解析に向けた試験的研究
星英司（玉川大学・脳科学研究所）
南部

篤（生体システム研究部門）

複雑な神経ネットワークの解析は神経トレーサーを用

よる orthodromic response と antidromic response の区別，

いた解剖学的研究によって主に遂行されてきている。しの 2 つからなる解析をオンラインで行うシステムを構築

かし，複数の神経細胞から構成されるネットワークの情した。次に，このシステムを用いて，運動前野に刺入さ報処理機構を解明するためには，in vivo で入出力関係をれた刺激電極に電流を流しながら対側半球の運動前野な

同定しながら個々の細胞の活動特性を調べる必要があ

らびに一次運動野から多点同時記録を行った。その結果，る。そこで，本研究は，細胞レベルでの脳領域間の入出対側の運動前野へ投射する細胞，対側の運動前野から入力関係を効率的に同定する手法を開発することを目的と力を受ける細胞を高い確率で同定することに成功した。

して行われた。まず，多点同時記録された複数の細胞活

従って，本共同研究によって，神経ネットワークの機能

動の各々について，1) 電気刺激のオンセットでアライン構築の解明に向けて新しいツールを開発することに成功

された細胞活動のヒストグラム作成，2) Collision test に

した。

141

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

13．辺縁皮質刺激に対する視床下核のニューロン応答
佐藤澄人（北里大学医学部・脳神経外科）
知見聡美，南部篤（生体システム研究部門）

パーキンソン病に対する脳深部刺激療法 (DBS) は，運

遅い興奮 (PL : 41.6ms, 22.9ms ; MI : 18.9ms, 13.6ms)いずれも動症状の著明な改善効果が得られる一方，情動系に対すPL は MI よりも潜時が有意に遅く，長く持続するものでる影響も指摘されている。そこで，大脳皮質－大脳基底あった。PL 刺激に応答するニューロンと MI 刺激に応答

核－視床－大脳皮質の並列回路における辺縁系ループにするニューロンは完全に独立しており，収束性入力はみついて調べることを目的に，まず辺縁皮質刺激に対するられなかった。STN 内のそれぞれのニューロンの位置を

視床下核 (STN) のニューロン応答について検討した。

プロットすると，PL から入力を受けるものは内側に，

ニホンザルの prelimbic area (PL)，一次運動野 (MI) に刺
激電極を留置し，覚醒下にて定位的に視床下核に記録電極を挿入し，細胞外ユニット記録を行った。

MI からのものは外側後方に集まっていた。
皮質刺激による STN ニューロンの応答パターンは，
MI 刺激の場合，早い興奮は皮質からの直接入力，遅い興STN 内の PL から入力を受けるニューロンと MI から入奮は皮質－線条体－淡蒼球外節を介した脱抑制，すなわ

力を受けるニューロンの間で，自発発射パターンと平均

ち間接路の一部であることが既に明らかとなっており，発射頻度（それぞれ 18.2Hz, 19.3Hz）に有意差はなかった。

PL 刺激による早い興奮・遅い興奮も同様の経路であるこそれぞれの皮質刺激に対する刺激前後時間ヒストグラムとが推測される。

は，PL も MI も早い興奮と遅い興奮，それに続く長い抑STN-DBS において，STN の内側部への刺激は辺縁系制を認め，同様の反応パターンを示した。潜時および持ループに作用し，情動系に対して影響を与えることが示

続時間は，早い興奮 (PL: 15.4ms, 10.2ms ; MI:9.4ms, 4.8ms)，

唆される。

14．情動関連神経回路における慢性痛誘発シナプス可塑性固定化機構の解明
加藤総夫（東京慈恵会医科大学医学部）

脊髄後角浅層ニューロンの最も主要な投射標的が橋腕

このシナプス増強が特定の末梢神経の活動に依存して傍核である事実，および，腕傍核ニューロンが扁桃体中いる可能性を検証するため，幼弱期カプサイシン投与に心核に投射する事実が明らかになり，この脊髄－腕傍核

よって C 線維脱落モデルを作成し，成熟後に神経障害性－扁桃体路が，侵害刺激によって生じる警告信号として

疼痛モデルを作成した。カプサイシンに対する応答のほの負情動の成立に関与する系である可能性が注目される

ぼ完全な消失にもかかわらず，異痛症応答は非処理群とに至っている。

同程度に発現した。一方，腕傍核－扁桃体中心核シナプ

脊髄神経結紮神経障害性疼痛モデルで，腕傍核－扁桃

ス伝達の増強は認めらなかった。以上より，腕傍核－扁体中心核シナプス伝達が増強する事実をすでに報告し桃体シナプス伝達増強には，C 線維由来入力が必須であた。昨年度は，この増強が，プレシナプスにおける同期

ることが示された。関節炎痛・炎症性疼痛モデルにおけ的放出の著明な増加とポストシナプス応答のわずかな増る扁桃体シナプス増強および ERK リン酸化亢進は，炎症大を伴うこと，および，シャフトシナプス PSD 面積の拡部位に関わらず右扁桃体中心核に生じる事実が報告され

大と PSD 形態の複雑化，ならびにポストシナプス AMPAている。左右の脊髄神経に障害を施したモデルを作成し，受容体密度の増加を伴うことを見出した。今年度は，こ常に神経障害の対側扁桃体に増強が生じる事実を確認しのシナプス伝達可塑性の固定化機構の解明をさらに進めた。一方，全身性に痛覚過敏が生じるストレプトゾシン

るとともにその成立に関与する因子の解明を試みた。

誘発神経障害疼痛モデルでは，左右両側の扁桃体でシナ

142

一般共同研究報告

プス増強が認められた一方，外側基底核路の増強は生じ壊を組み合わせ，それぞれのモデルにおける可塑的変化なかった。

の形態学的・機能的変化を同定するとともに，その成立

現在，これらの慢性痛モデル，その治療モデル，および，痛覚関連ペプチド欠損モデルと，神経核の選択的破に関与する分子を同定し，さらに恐怖条件付けと組み合
わせた情動行動に及ぼす影響の検討を進めている。

15．凍結割断法を用いた一次嗅覚路の解析
高見茂（杏林大学・保健学部・保健学研究科）
長谷川瑠美（杏林大学・保健学部）

堀江沙和，粕谷佑里香（杏林大学・大学院保健学研究科）

脳由来神経栄養因子 (BDNF) には細胞膜蛋白質を介しるいは抗 Nav1.9 抗体を用いたイムノゴールド法を行い，た様々な作用機序があり，我々は BDNF の高親和性受容5 nm あるいは 10 nm 金粒子により抗原抗体結合部を可視体である膜蛋白質 TrkB の免疫局在を，ラット一次嗅覚化した。

路で調べた。その結果，TrkB 免疫反応性は嗅細胞軸索膜

ラットでは，TrkB 免疫反応は嗅細胞軸索，OEC，さら近傍，嗅細胞軸索を束ねて包む olfactory ensheathing cellに嗅球糸球体内の樹状突起にみられたが，膜内タンパク(OEC)，さらに嗅覚系の脳一次中枢である嗅球ニューロ

粒子 (IMP) との特異的な関連は認められなかった。一方，

ンの樹状突起にみられた。一方中枢神経系において，Nav1.9 免疫反応は，形態学的にも OEC であると同定でBDNF が TrkB と結合することにより電位依存型 Na チャ

きる細胞の，特に IMP が小さなクラスターを形成した部

ネル，voltage-gated sodium channel 1.9 (Nav1.9)，が開く。

位に頻繁に観察された。Nav1.9 KO および野生型マウス

ラット一次嗅覚路における Nav1.9 免疫反応性は，嗅神経においても OEC の同定が可能であり，同定された細胞で線維束にみられた。そこで，対象となる蛋白質が細胞膜

Nav1.9 免疫反応を示す金粒子の分布は野生型において

上 に あ る 事 を 可 視 化 で き る Freeze-fracture replica

は，ラットと同様の所見が得られた。一方，KO マウス

immunolabeling (FRIL) 法を用い，嗅覚路構成細胞の細胞

嗅覚系においても Nav1.9 免疫反応を示す金粒子が若干膜上に，TrkB と Nav1.9 が局在する事の証明を試みた。

観察された。

成 獣 ラ ッ ト の 嗅 球 組 織 ， Baker 博 士 (Queen Mary

本共同研究を通じて，嗅覚系における BDNF 作用部位

University of London) により譲渡された成獣 Nav1.9 ノッ

を特定するのに，FRIL 法が必須であることが明らかにクアウト (KO) マウス嗅球組織，さら野生型マウスの嗅なった。今後は，この方法に最適な抗体を使用すること

球組織を確立された実験プロトコールに従って処理し，によって，有用なデータが蓄積されることが期待される。

レプリカ膜を作製した。これに，市販の抗 TrkB 抗体あ16．遺伝子改変動物を利用した抑制性ニューロンの特性についての研究柳川右千夫（群馬大学

大学院医学系研究科）

GABA ニューロンは中枢神経系に散在し，少数であり，ポーター (VGAT) によりシナプス小胞に蓄積される。

形態も多様なので，in vivo あるいは in vitro で正確に同定

GAD65, GAD67, VGAT はいずれも GABA ニューロンにするのは容易でない。一方，抑制性伝達物質の GABA は

特異的に発現する。GABA ニューロン全体に特定の遺伝

グルタミン酸脱炭酸酵素（GAD ; GAD65 と GAD67 の 2子を発現させるには内在性の GAD65, GAD67, VGAT い型存在）により合成された後に，小胞型 GABA トランス

ずれかの遺伝子に発現させたい遺伝子をノックインする143

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

方法が考えられる。例えば，内在性 GAD67 遺伝子に GFP

た。VGAT ノックアウトマウスホモ接合体は出生日致死遺伝子をノックインしたマウス（GAD67-GFP ノックイであったが，ヘテロ接合体は生存し繁殖させることがでンマウス）では GABA ニューロンが GFP で特異的に標きた。胎生 18.5 日の VGAT ノックアウトマウスホモ接合

識されるので，広く使用されている。しかしながら，体は野生型マウスと比較して体重減少が観察されたが，GAD67-GFP ノックインマウスでは GAD67 遺伝子が破壊

ヘテロ接合体では観察されなかった。ホモ接合体では機されるため，野生型マウスに比較して脳内 GABA 含量が械的刺激に反応しないが，ヘテロ接合体は野生型同様に減少する。ホモ接合体の GAD67-GFP ノックインマウス反応した。また，ホモ接合体で観察された肝うっ血，肺は口蓋裂や呼吸障害を発症し，出生日に死亡する。そこ

胞腔の狭小は，ヘテロ接合体では観察されなかった。以で，内在性 VGAT 遺伝子に特定の遺伝子をノックインす上の結果から，内在性 VGAT 遺伝子を利用してノックイる方法に着目し，その際に生じる VGAT 遺伝子の破壊がンしたマウスを作製した場合，ヘテロ接合体で十分繁殖

どのような影響をもたらすか検討した。具体的には，させることが可能であり，レポーターや機能プローブを

VGAT ノックアウトマウスのヘテロ接合体およびホモ接コードする遺伝子を GABA ニューロンに発現させるシ合体について野生型マウスの表現型について比較検討しステムとして活用できる可能性を示唆している。

17．大脳皮質および大脳基底核による網様体脊髄路の制御
高草木薫（旭川医科大学医学部）
金田勝幸（北海道大学大学院薬学研究院）
池田琢朗 (Queen’s University)
網様体脊髄路は姿勢維持や歩行制御など生得的な運動皮質から同側の上肢運動細胞への興奮作用に網様体脊髄機能の発現に重要な役割を果たしている。神経解剖学的路が関与する可能性の有無を検討した。実験にはサル 7

研究によって，網様体脊髄路系は大脳皮質，大脳基底核，頭を用いた。α-chloralose (50-100mg/kg) 麻酔下において大脳辺縁系などの前脳 (Forebrain) の神経構造や小脳から延髄錐体に電気刺激（100～500 µA, 1-4 pulses, 5 ms 間の線維投射を受けることが明らかとなっている。特に大隔）を加えると，同側第 6-7 頸髄の前角運動細胞核に興脳皮質から皮質－網様体投射を介した興奮作用と，大脳奮性電場電位が誘発された。これは glycine の拮抗物質で基底核からの抑制作用のバランスによって網様体脊髄路

ある strychnine の静脈内投与 (0.1 mg/kg) により誘発され系の興奮性が維持され，これが，適切な姿勢制御や歩行

たが，strychnine 非存在下では観察できなかった。即ち運動を実現させると考えられている (Takakusaki et al.,glycine 作動性の抑制作用が除去されたことにより，この2004, Neurosci. Res.)。一方，サルにおける手指の巧緻運

興奮作用が出現したと考えられる。次に strychnine 存在

動 (precision grip) の制御に関する研究（Nishimura et al.,下において，第 6-7 頸髄から上肢筋を支配するα運動細胞

Science 2007 他）によって，大脳皮質－網様体脊髄路系の細胞内電位を記録すると，錐体刺激によって多シナプが皮質脊髄路損傷後の巧緻運動機能の回復過程においてス性（主に 2 シナプス性）EPSP が誘発された。さらに，も重要な役割を演じている可能性が示された。従って，

網様体脊髄路がこの EPSP の生成に関与するか否かを検

網様体脊髄路系は姿勢や歩行など体幹・近位筋の運動機討するため，同側および反対側の前索を切断した。同側

能のみならず，手指の巧緻運動など遠位筋の運動機能をの前索を第 2 頸髄において切断すると，多シナプス性制御するという作業仮説を立てることができる。この作

EPSP は残存したが，振幅は減少した。加えて，対側前索業仮説が妥当であるならば，大脳皮質の運動出力は反対を切断すると EPSP は消失した。これらの成績は，上肢側の運動細胞を単シナプス性に興奮させるばかりでな筋を支配する頸髄の運動細胞は同側の大脳皮質から興奮

く，網様体脊髄路を介して多シナプス性の興奮作用を誘作用を受け，その作用は網様体脊髄路を経由して誘発さ発すると推定できる。

れることを示唆する。

そこで本課題では，電気生理学的手法を用いて，大脳144

一般共同研究報告

18．皮質脳波 (ECoG) の生成機構
長谷川功 1，鈴木隆文 2，澤畑博人 1，川嵜圭祐 1（1 新潟大学医学部，2 東京大学大学院情報理工系研究科）①サル下側頭葉 IT からの多点 ECoG 記録

心溝の内部の ECoG 電極による電気刺激では表面に比べ【IT 局所からの ECoG/活動電位の高密度同時記録】て半分以下の低い電流値で筋収縮を確認することができ

サルが注視課題遂行中に種々の画像を呈示しながらた。これらの結果を，例数を重ねて組織学的な観察も併

IT 野の前方部において，ECoG/活動電位を高密度同時記

せ て 検 証 し て 論 文 に ま と め ， Frontiers in Systems

録した。φ1cm の記録チェンバ内を用い，微小電極アレイ

Neuroscience 誌 に 掲 載 し た (Matsuo et al Frontiers inによるユニット記録と 64ch 網状 ECoG 電極（1.2mm 間Systems Neuroscience, 2011)。

隔）による記録を進めた。2 頭での実験の結果，ECoG 視

側頭葉の 128 点広範囲 ECoG 記録により，24 カテゴ

覚応答から「顔」カテゴリーの情報が 90% 以上の精度

リー120 枚のヒト・サル・ラット共通画像セットを注視で（スパイク多点記録よりも高く）判別できることが明

課題中に呈示しながら多点 ECoG 活動記録を行った結らかになった。

果，画像（カテゴリー）ごとに特異的な ECoG 応答の分

【IT 広範囲記録】

布が明らかになってきた。

マカクザルの側頭葉全体を覆う柔軟 ECoG 電極を開発②ラット視覚野における ECoG 実験

した。すなわち上側頭溝の中を含む下側頭葉の広範囲

前年度から引き続き，ラット視覚野における ECoG 電(2X4cm) に留置する極間 2.5mm の 128ch 電極 (8X16) であ極の評価実験を行った。メッシュ型の ECoG 電極の信号る。この ECoG 電極をサル脳溝内に留置する手術には，は、急性実験においても，慢性埋め込みにおいても，従

超薄型のパリレン製網状フレキシブル電極の開発，脳神来法である微小電極による局所フィールド電位記録や銀経外科熟練医による顕微鏡手術の技術，最先端の脳外科

ボール電極による ECoG 法と比べて S/N に優れ安定して器具導入，の組み合わせが有効であった。この手法を用いることがわかり，結果を Neuroimage 誌に報告した

いると，上側頭溝（脳溝）の中でも IT の表面と遜色ない(Toda et al Neuroimage 2011)。

信号感度および S/N の視覚応答が記録できた。同様に中19．霊長類の感覚運動連関機構に関する電気生理学的研究
関和彦 1，武井智彦 1，大木

紫 2，金

祉希 1，大屋知徹 1（1 国立精神・神経医療センター神経研究所，2 杏林大学医学部）

霊長類の感覚運動連関機構に関わる電気生理学的実験とそれらが記録された脳部位（脊髄及び大脳皮質）との門において組織学的分析を部門スタッフと共同で行った。

相関性を探るため，生理学研究所の認知行動発達研究部

145

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）20．局所脳梗塞後の健常側神経回路の再構築
高鶴裕介（群馬大学大学院・医学系研究科・応用生理学分野）
江藤圭，鍋倉淳一（自然科学研究機構・生理学研究所・生体恒常機能発達機構研究部門）

高齢社会を迎え，脳梗塞の発症予防もさることながら，

2011)。また，この機能回復に重要なシナプス可塑性の変障害からの機能回復が臨床上大変重要な課題となってき化がごく限られた期間で起こっており（障害後 2-7 日目），ている。しかし，その詳細なメカニズムについては不明

この時期に形成されたシナプスが長期間保持されているな点が多い。特に，健常側を用いた機能回復は臨床上比可能性が示唆された（論文作成中）。

較的よく知られている現象であるにもかかわらず，そのメカニズムについてはわかっていないことが多い。

今回の研究から，脳梗塞後の機能回復に健常側の役割が重要であることが示唆された。また，その機能回復に

これまでの研究で，マウスの局所脳梗塞モデル（体性必要な神経回路再編性が，梗塞発生後ごく初期（1 週間

感覚野障害）において，障害発生後 1 週間目での特異的以内）に限られて起こることがわかったことから，早期なシナプス可塑性の亢進とそれを契機とした神経回路再の治療（従来行われているリハビリテーションなど）が編・過剰興奮鎮静，および機能回復が起こることが分かっ

機能回復に有用であるという臨床的な現象の裏付けがでている (Takatsuru et al., J. Neurosci., 2009)。

きたと考えられる。また，この時期をターゲットとした

今回の共同研究では，これまで報告している時期特異
的な可塑性亢進が視覚野障害でも 1 週間目で起こっていシナプス可塑性を促す形での新薬の開発の可能性も検討されるべきだと考えられる。

る こ と が 確 認 で き た (Takatsur et al., Neurosci., Lett.,21．新規分子が関わる神経因性疼痛の発症機構の解明研究
兼松隆，森田克也，北山友也（広島大学大学院医歯薬学総合研究科歯科薬理学）

我々は，PLC-related catalytically inactive protein (PRIP)

を in-situ hybridization 法にて検討した。その結果，PRIP分子を発見し，その機能解明に取り組んできた。そして遺伝子が脊髄後角の神経細胞や前角の運動ニューロンに相互作用分子探索実験から，我々は，PRIP 分子がタンパ発現していることが明らかとなった。次に各種侵害刺激

ク質の脱リン酸化酵素 (PP1, PP2A) や GABAA 受容体輸送に対する感受性について検討した。hot-water (48℃) tail

調節分子 (GABARAP) と結合することをみいだした。こimmersion test では，野生型に比べて PRIP ダブルノック

れらの成果を基に，PRIP が GABAA 受容体の形質膜へのアウトマウスの熱刺激に対する感覚が，鈍麻しているこ輸送調節や膜からのエンドサイトーシス調節に重要な役とが明らかとなった。また，planter test においても同様割を担うことを明らかにした。

の結果を得ることができた。一方，機械刺激に対する感中枢神経系における疼痛抑制機構には，GABAA 受容体

受性試験（paint-brush テスト，von frey テスト）では，野が関与しており，GABAA 受容体シグナリングの変調は疼

生型と PRIP ダブルノックアウトマウス間で特に大きな痛制御機構に何らかの影響を与えるはずである。本研究差は見られなかった。

では，GABAA 受容体シグナリングに変調をきたす PRIP

そこで，坐骨神経部分結紮モデル (partial sciatic nerve

ダブルノックアウトマウスの疼痛感受性に対する解析を

ligation model) を作製して，神経障害性疼痛に対する反応おこなった。また，PRIP ノックアウトマウスに対して神性を検討した。paint-brush テストを行った結果，PRIP ダ

経因性疼痛モデルを作製し，疼痛感受性の変化を検討しブルノックアウトマウスでは，野生型マウスほどのた。

allodynia score の亢進が認められなかった。このことに一

まず，PRIP 分子が脊髄の細胞に発現しているかどうか

146

致して，von frey テストにおいても，痛覚閾値の低下は

一般共同研究報告

認められなかった。以上のことを考え合わせると，PRIP

ウスの脊髄部位の PRIP-1 &2 発現を siRNA 法を用いて抑ダブルノックアウトマウスは，疼痛に対する感受性が低

制し，痛みの制御機構への PRIP 分子の関与を検討した。

下していると考えられる。

その結果，脊椎レベルで PRIP 発現量を減少させただけ

PRIP ダブルノックアウトマウスは，生体全体の PRIP-1

で痛み感受性が低下することが明らかとなった。今後こ& 2 遺伝子発現が欠失したマウスであるため，本実験での分子基盤を明らかにすることにより，疼痛制御機構の観察された疼痛に対する感受性低下が，どのレベルの変解明研究に一石を投じる事が出来ると考えている。

調であるかは明らかにできない。そこで，次に野生型マ

22．室傍核ニューロンの活動制御と摂食行動連関における AMP キナーゼの役割
前島裕子，矢田俊彦，高野英介，Sedbazar Udval，Gantulga Darambazar（自治医科大学医学部生理学講座統合生理学部門）
箕越靖彦，志内哲也，岡本士毅（生理学研究所生殖・内分泌系発達機構研究部門）

摂食の一次中枢である視床下部弓状核における AMP[Ca2+]i は L 型 Ca2+チャネル阻害剤 Nitrendipine と N 型 Ca2+キナーゼの役割の解明は進んでいるのに対して，摂食のチャネル阻害剤 ω-conotoxin によりそれぞれ部分的に，ま二次（統合）中枢である視床下部室傍核における AMP

た，両者の組み合わせで完全にブロックされたことから，

キナーゼの役割の解明は相対的に遅れている。そこで，

AICAR による [Ca2+]i の増加は L 型，N 型の Ca2+チャネ

室傍核で摂食調節に関与すると考えられている数種のルを介していることが明らかになった。これらの AICAR

ニューロンの活性調節に AMP キナーゼが関与するかを応答細胞は，Oxytocin (11%), Vasopressin (22%), Corticotropin-

調べた。成熟ラットの視床下部室傍核からニューロンを

Releasing Hormone (CRH) (50%) 陽性細胞を含んでいた。

2+2+

単離し，その活性を細胞内 Ca 濃度 ([Ca ]i ) 測定によりこの結果は AMP キナーゼが多種類の室傍核ニューロンモニターし，AMP キナーゼ活性化剤 AICAR の作用を観の活性調節に関与することを示唆するとともに，室傍核察し，その後ニューロペプチドに対する免疫組織化学にでは特に CRH ニューロンにおける AMPK シグナルが重よりニューロン種を同定した。5mM グルコースを含む

要である可能性を示唆している。それぞれのニューロン

KRB 液の灌流下で，AICAR200µM の添加は室傍核単離活性の AMP キナーゼによる調節が摂食行動やエネル

2+2+ニューロンの [Ca ]i の増加を起した。さらにこの [Ca ]i

ギー代謝の調節に如何に連関するかは今後の課題であの増加は AICAR の阻害剤である Compound C 20µM による。

りほぼ完全にブロックされた。さらに AICAR による

23．中枢性エネルギー代謝調節系における分子メカニズム基盤に関する生理学的研究
松尾崇，山口秀樹，十枝内厚次，中里雅光（宮崎大学医学部

神経呼吸内分泌代謝内科）

岡本士毅，箕越靖彦（自然科学研究機構

生理学研究所）摂食とエネルギー代謝調節は，中枢と末梢で産生されとは中枢性代謝調節を理解する上で重要である。視床下

る物質の複雑な相互関係により，巧妙に調節されている。

部におけるマロニル-CoA 脱炭酸酵素は，マロニル-CoA

視床下部は，エネルギー代謝調節の中枢として機能してのアセチル-CoA への変換を触媒し，それによりマロニル

おり，どのような分子が働いているかを明らかにするこ-CoA レベルを調節する。摂食・エネルギー代謝調節機構

147

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）における視床下部マロニル-CoA 脱炭酸酵素の機能解析

ントロール群のマウスを，High-fat-diet 条件下で飼育しを実施するために，神経特異的なシナプシンプロモー

た。その体重変化測定した。ウイルス感染後 10 日に一度ターを有するマロニル-CoA 脱炭酸酵素と緑色蛍光タン

体重測定を行い 100 日間測定した。20 日目より対照群とパク質 (GFP: Green Fluorescent Protein) を発現するレンチ

比較し，有意な体重増加量の低下を認め 100 日目まで有ウイルスの構築を行った。ヒト胎児腎臓細胞 HEK293T

意差を認めた。

細胞にトランスフェクションを行い，その MCD 活性測室傍核にマロニル-CoA 脱炭酸酵素を過剰かつ長期発定を行った。対照群と比較して有意な活性を認めた。マ

現させたマウスにおいて，通常食と高脂肪食の違いによ

ロニル-CoA 脱炭酸酵素発現レンチウイルスを，マウス視り，その体重増加率に異なる結果が得られた。これらの床下部室傍核に投与した。このレンチウイルス感染によ結果から，室傍核におけるマロニル-CoA 脱炭酸酵素が食り室傍核にマロニル-CoA 脱炭酸酵素が過剰かつ長期発

餌嗜好性の調節に関与することが示唆された。

現させ，それに伴う体重変化を測定した。Lab-chow-diet

近年，室傍核における AMP キナーゼ (AMPK) 活性が摂食下で，ウイルス感染後 10 日に一度体重測定を行い摂食調節に関与することが明らかとなっているため，今100 日間測定した。20 日目より対照群と比較し，有意な後は室傍核におけるマロニル-CoA 脱炭酸酵素と AMPK

体重増加を認め，100 日目まで有意差を認めた。

発現の解析を行い，食事嗜好性の調節機構を解明してい次に，レンチウイルス感染により室傍核にマロニル

きたい。

-CoA 脱炭酸酵素を過剰かつ長期発現させたマウスと，コ24．減量手術（胃袖状切除術）の減量効果・糖尿病改善効果におけるAMPkinase の役割の解明
山本寛，赤堀浩也（滋賀医科大学

Vo Nguyen Trung（滋賀医科大学

消化器外科）

消化器外科・大学院）

減量手術は，著明な糖尿病改善効果があり，近年注目

荷後の GLP-1 値に関しては SG で sham に比べ OGTT 30min

されている。特に最近になって本邦で先進医療に承認さ値において高値をとる傾向が見られた。以上のように，れた胃袖状切除術の減量効果と糖尿病改善効果が脚光をGK ラットでは SG 術後耐糖能異常が改善しなかったこ

浴びている。しかしながら，未だ減量手術による減量おとから，GK ラットを用いた SG モデルはヒトにおける糖よび糖尿病改善の詳細なメカニズムは明らかにされてい尿病患者の SG モデルとしては適さないことが判明した。

ない。今回我々は，II 型糖尿病発症 GK (Goto-Kakizaki)

今回予定していた胃袖状切除による AMPkinase 活性の変ラットを用いて胃袖状切除モデル (SG) を作成し，糖尿病化については，箕越靖彦教授とディスカッションした結改善のメカニズムを検討した。

果，まずは摂食量・体重減少および耐糖能異常の改善なGK ラットにおいては，SG は sham に比べ，術後の摂どヒトで観察される減量効果と糖尿病改善効果を pheno

食量が減少し，体重増加が抑制された。また，術後 2 カtype にもつモデルを確立し，その後，AMPkinase 活性の月での空腹時血糖は有意に低下した。しかしながら，耐測定を含めたメカニズムの検討を行うべきと判断した。

糖能異常は改善せず，むしろ増悪した。消化管ホルモン

現在，高脂肪食ラットを用いて，モデルを作成中である。

の検討では空腹時グレリン値は有意に低値を示し，糖負148

一般共同研究報告

25．随意運動発現を司る神経機構の研究
美馬達哉（京都大学大学院医学研究科）
島津秀紀（マサチューセッツ工科大学）
礒村宜和，豊田浩士（理化学研究所）
逵本徹

随意運動発現の中枢神経機構を解明する目的で，大脳DTF については，筋収縮中は中心溝後（感覚野）から中心における皮質皮質間の情報伝達を研究してきた。これま

溝前部（運動野）への向きが逆向きよりも優位であること

でに，サルが上肢に力を入れるときの体性感覚野と運動がわかった。一方，安静状態における DTF では，このよ

野のフィールド電位と上肢筋電図の関係を，有向伝達関

うに一貫した方向性は認められなかった。これらの結果数（directed transfer function，略して DTF）を用いて解析

は，感覚野のベータ波領域の活動が運動のフィードバッ

した。その結果，大脳皮質と筋電図の間のベータ周波数

ク制御に役立っている可能性を示唆する。このような方

領域 (14-30 Hz) の DTF は，皮質から筋電図へ向かう方向向性のある皮質皮質間の情報伝達の形態が他の皮質領野が逆方向よりも優位で，中心溝の前壁（運動野）で最も大にも存在するのかどうかについて，研究を進行中である。

きいことがわかった。皮質皮質間のベータ周波数領域の26．大脳皮質における錐体細胞間抑制の機能解析
小松由紀夫，丸山拓郎（名古屋大学環境医学研究所）
吉村由美子

これまでに我々は，大脳皮質視覚野 2/3 層錐体細胞間で細胞体を介さない IPSC が光照射により発生するかをの神経結合を解析し，興奮性であるはずの錐体細胞を活調べたが，IPSC は観察されなかった。そこで終末近傍に性化すると近傍の別の錐体細胞に興奮性反応ではなく抑ある Na+チャネルが IPSC 発生に関与している可能性を検

制性反応が生じることを報告した。2/3 層において解析し討した。TTX 非存在下では，2/3 層錐体細胞からの興奮た結果，錐体細胞の軸索が抑制性細胞の細胞体を介さず性入力が抑制性細胞に収束し，抑制性細胞の細胞体を介に直接抑制性細胞の軸索終末を活性化し，抑制性伝達物する多シナプス性の IPSC が誘発される可能性がある。

質を放出させるという全く新しいタイプの回路による抑通常の多シナプス性 IPSC の発生を抑えるために，

制反応であることが判明した。本研究では，この錐体細Ca2+-free の ACSF を灌流し，記録細胞の細胞体のごく近胞間抑制性結合の特性をさらに明らかにする目的で，子傍に Ca2+を含む ACSF を充填したピペットを設置し，記宮内エレクトロポレーション法により大脳皮質 2/3 層錐録細胞のごく近傍に限局してシナプス伝達が起こる条件

体細胞にチャネルロドプシン 2 (ChR2) を発現させたマウで光照射を行った。記録細胞の細胞体に光照射を行った

スを用いて解析を行った。ChR2 を発現したマウスを生ところ，IPSC が観察された。Ca2+ピペットを約 30 µm 遠

後 3-4 週齢まで飼育し，その大脳皮質より作成した切片

ざけるとこの IPSC は消失したことから，細胞体周辺の標本上の錐体細胞からホールセル記録を行った。先行研

ごく限られた範囲でのシナプス伝達により IPSC が誘発+究により，Na チャネル遮断薬である TTX を投与しても+されたと考えられる。以上の結果は，錐体細胞間 IPSC

4AP や TEA 投与により K チャネルを阻害すると，記録は抑制性軸索終末が直接活性化されたことにより発生す細胞への光照射に伴い EPSC が誘発されることが報告さるという我々の仮説を支持しており，錐体細胞間抑制がれている。この EPSC は，軸索終末に発現している ChR2

機能するには Na+チャネルの活性化が必要なことを示唆の活性化に伴いグルタミン酸が放出されるために発生すしている。

ると考えられている。我々は，TTX，4AP，TEA 存在下149

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

27．チャネルロドプシンを利用したゼブラフィッシュ神経回路の発達過程の解明
東海林亙（東北大学加齢医学研究所）
東島眞一

ゼブラフィッシュ幼生において姿勢の制御を担う胸ヒ同定を試みたところ，脊髄前方に位置する運動神経がヒレの羽ばたき運動に着目し，これを作動させる運動神経

レの背側を経由して内転筋を支配し，これよりやや後方の解析を行った。光刺激に対する反応効率を高めるように位置する運動神経が腹側を経由して外転筋を支配するに改変を加えた新規のチャネルロドプシンを発現するトことが明らかになった。この成果は，動物個体で協調しランスジェニック・ゼブラフィッシュを作製し，生理学

た神経・筋活動を実現する統御システムのモデル系とし研究所・神経分化研究部門の高精度光刺激装置を利用して，ゼブラフィッシュの羽ばたき運動が利用可能なことて内／外転筋のそれぞれを作動させる運動神経プールのを示すものである。

28．ゼブラフィッシュを用いた脳脊髄神経回路の成熟過程の生理学的・分子生物学的研究
小田洋一，谷本昌志，渡邊貴樹，山中衣織（名古屋大学理学系研究科）
東島眞一

ゼブラフィッシュの逃避運動を駆動する後脳のマウスなることを見出した。興味深いことに，M 細胞は聴覚入

ナー (M) 細胞の強力な感覚入力である聴覚入力と M 細力聴覚入力を受け始める時期に一致して，発火特性を連胞の発火特性の発達過程に注目して，その細胞基盤と分続発火型から単発発火型に急速に変化させる。単発発火

子基盤を調べた。聴覚入力に関しては，音を感知する内特性を生み出す低閾値型カリウムチャネルに着目して，耳の有毛細胞の起源を形態学的および電気生理学的に解その発現を調べたところ，M 細胞では低閾値型カリウム

析した。その結果，サカナの聴覚にとって必要な耳石をチャネルを構成する Kv1 サブユニットが特異的に発現す形成する tether cells に階段状の stereocilia が生え，その直ることを見出した。

後に機械受容能が獲得され機能的にも最初の有毛細胞に

29．電子顕微鏡トモグラフィーによる核内クロマチン高次構造の解析
加藤幹男（大阪府立大学）
永山國昭（岡崎統合バイオサイエンスセンター）

DNA は，その配列や環境に応じて三重鎖構造・四重鎖

近年，クライオ電子顕微鏡観察によって，DNA やクロ構造やその他の特殊高次構造を形成することができる。

マチンの直接（無染色での）観察が可能になっている。

これらの特殊高次構造を形成可能な配列は，様々な生物

永山らは電子顕微鏡用に新しく位相板を開発して，無染ゲノム中に高い頻度で出現することから，何らかの機能

色試料をより高いコントラストで観察することを可能にに関与していると思われる。その機能の解明には，生きした。本研究では，ゼルニケ型位相板を装着した JEM2200

た細胞内での高次構造変化を検出することが必須であ

電子顕微鏡を用い，DNA やクロマチンの高次構造を生体る。

内により近い状態で観察することで，ゲノムの核内収納150一般共同研究報告

機構の解明を目指している。

一方，ヌクレオソーム間の DNA 鎖（リンカーDNA 領

培養細胞をデメコルチン処理することによって得た微域）については，今のところ詳細な構造は明らかでない。

小核や，調製法によってつぶれた核から放出されたクロ

そこで，予備実験として，ステムループ構造や DNA 二

マチンを対象として，試料を連続傾斜撮影し，その画像

重鎖に第三鎖が侵入する構造を取るモデル分子を調製から立体構造を再構成した。その結果，クロマチン繊維

し，その構造観察を試みている。酢酸ウラン染色試料をや，膜断片に付着したリボソームと思われる構造物が観JEM1010 で観察したところ，通常の二重鎖 DNA 分子と察された。また，微小核の内部構造も再構成トモグラム

は異なり，モデル分子では，鎖中に屈曲を持った分子がから推定された。個々のヌクレオソームは，およそ 10

多く観察された。今後は，無染色クロマチンの位相差観

ナノメートルの径を持っていた，また，微小核内の密な察におけるリンカーDNA 鎖領域の可視化と，DNA 屈曲

領域には，同サイズの粒子が集まって存在していた。

部位等の特殊な構造の検出を進めたい。

30．統合イメージングのためのユニバーサルプローブの開発
最上秀夫（浜松医科大学）の結合が観察された。一方，同様のサンプルの低温位相電子顕微鏡と光学顕微鏡のシームレスな統合イメージ

差電子顕微鏡での観察を行った。上記の経時的変化を踏

ングには，同一試料を用いた両者での観察が可能である

まえ，急速凍結サンプルを作製し，フィブリンと細胞表ことが必須条件である。我々は，血小板活性化過程をそ面との相互作用の領域の検討を行った。凍結グリッドをの最適サンプルと考えて以下の実験系の構築を試みた。

低温に保ったまま位相差電子顕微鏡に移して，その相互血栓止血機構は，血小板の血管傷害部位への粘着より始作用領域の高分解能の傾斜像シリーズを収集した。このまり，インテグリンを介したフィブリノーゲンを分子糊

傾斜像シリーズから細胞膜にインテグリンを介して結合として血小板凝集塊が形成される。更に，この凝集塊をするフィブリン繊維と細胞内骨格分子の様子を 2～3nm

足場として血液凝固過程が惹起され，最終的には，他のの分解能で三次元再構築したところ，相互作用領域と推

血球成分と共にフィブリン網に覆われて構造強化された

定される部位の同定が可能であった。今後は，金コロイ

血小板凝集塊が形成され止血が完了する。血小板活性化

ド標識フィブリノーゲン及び金コロイド標識活性化インにおいて，フィブリノーゲンは血小板膜状にあるインテ

テグリン抗体用いて同様の急速凍結サンプルを作製し，グリンαIIbβ3 の構造変化が生じて，はじめてインテグリン

上記の領域特定を行う予定である。更にこれら金コロイとの結合が可能となる。αIIbβ3 活性化部位の特異的認識抗ド標識抗体を更に蛍光抗体にて標識することにより，電体を蛍光標識して，蛍光標識フィブリノーゲンとの両者

子顕微鏡と光学顕微鏡の共通プローブを作製し，統合イを用いて血小板活性化過程の観察を全反射顕微鏡下でメージングを目指す予定である。

行った。インテグリンαIIbβ3 活性化後にフィブリノーゲン

151

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）31．唾液腺分泌終末における細胞間結合の調節機構：
細胞内信号系と神経系による調節
杉谷博士（日本大学・生物資源科学部・獣医生化学研究室）
橋本貞充（東京歯科大学・病理学講座）
細井和雄（徳島大学・歯学部・口腔生理学講座）
瀬尾芳輝（獨協医科大学・生理学講座）
兼松隆，北山友也（広島大学・大学院・医歯薬学総合研究所）
福島美和子（日本大学・松戸歯学部・生理学講座）
村上政隆（自然科学研究機構・生理学研究所）

唾液腺腺房部においては，血漿から腺腔側への水やイの存在下において，保持電位−60 mV からの脱分極パル

オンの輸送が行われる。この輸送は，腺房細胞間を経由スを与えると外向き電流が記録された。AQP6 は水銀にする傍細胞輸送系と，基底側から腺腔側へと腺房細胞をより開くことが知られていることから水銀の効果を検討

経由する経細胞輸送系から構成されている。傍細胞輸送したところ，外向き電流が増大した。細胞外液の Cl−を系の機能を検討するうち，アクアポリン (AQP) ファミNO3−に置換すると外向き電流は増大し，I−および SCN−

リーの 1 つである AQP6 の抗体を用いてウエスタンブへの置換においてさらに増大した。これら DIDS 非感受ロット法にてタンパク質発現を検討したところ，ラット

性，水銀感受性およびイオン透過性の結果は，卵母細胞およびマウスの唾液腺に腎臓の AQP6 と同じサイズのバや HEK 細胞に強制発現された AQP6 の生物物理学的特ンドが認められた。さらに，RT-PCR により AQP6 mRNA

性とよく一致していた。siRNA を用いて AQP6 発現を抑の発現も認めたことから，ラットおよびマウス唾液腺に制したところ，外向き電流が抑制された。以上の結果か

AQP6 の発現が示唆された。そこで，マウス耳下腺を用ら，耳下腺腺房細胞には AQP6 が発現しており，陰イオ

いて更なる検討を行った。抗 AQP6 抗体を用いて免疫組ン分泌に関与することが示唆された。腺房部における水織化学法にて局在を検討したところ，腺房細胞の腺腔側の輸送においては，腺腔側にある Cl−チャネルが開き，に発現が認められ，AQP6 は腺腔側膜のタイト結合近傍

腺腔に Cl−濃度が高くなることが Na+を動かし，浸透圧をに局在することが示された。AQP6 はイオンチャネルと変化させることが水の輸送に関与することが考えられてして機能することが示唆されていることから，遊離単一いることから，AQP6 が傍細胞輸送を含めた水輸送に関腺房細胞を用いてホールセルボルテージクランプ法にてわる Cl−チャネルとして機能することが推測される。

細胞膜電流を記録した。Cl−チャネル阻害剤である DIDS

32．脳機能画像法による自律神経系中枢の研究
瀬尾芳輝，佐藤慶太郎，荻野孝史（獨協医科大学
森田啓之，安部鷹股力（岐阜大学

大学院医学研究科）

亮（奈良女子大学

吉本寛司（京都府立医科大学

医学部）

生活環境学部）

大学院医学研究科）

村上政隆（生理学研究所）

我々は，脳機能画像法 (fMRI) により，自律神経中枢のストロゲンやフェロモンの自律神経系中枢作用について

神経活動を空間的・経時的に測定し解析する事を目標と実験をおこなった。その中で，脳内での Mn およびそのして実験を行った。脳機能画像法の開発的研究と共にエキレートの拡散動態，および，新規 Mn 造影剤について

152一般共同研究報告

くなることから，脳実質では，Mn2+は緩やかではあるが研究成果を報告する。
Mn2+ イオンの細胞毒性をできるだけ少なくするため細胞内に移行し，Dap を大きく減少させていると考えらに，低親和性 Mn キレートの利用を考え，bicine というれた。一方で，拡散動態は，単純拡散方程式にのるため，

2+

キレート剤で Mn イオンをくるんだ新しい Mn 造影剤を

脳実質内の Mn2+濃度を概算することが可能となった (J合成した。静脈内投与による心筋および脳神経活動に対Physiol Sci 61:259, 2011)。さらに，低親和性 Mn キレート

す る 影 響 を 大 幅に 減 少 で き る こ と を 確 認 し た (Magnのアイデアを拡張し，中程度の安定度定数をもつ Mn キ

Reson Med 65:1005, 2011)。ついで，脳血液関門内への投レートについて有用性を検討した。キレートの詳細につ与ルートとして，血液から脈絡叢血管内皮を透過して脳いては省くが，心筋および脳神経活動への影響を，ほぼ脊髄液に出て，脳室上衣層から脳実質に入る経路を検討

無視できる程度にまで取り除くことができた。静脈投与した。側脳室内に留置したカテーテルから Mn-bicine をし脳脊髄液経由での脳実質への取り込みを解析したとこ

持続投与し，第 3 脳室周辺の視床下部実質の T1 短縮かろ，驚くべき事に，Mn-bicine とほぼ同等の取り込み動態

2+ら Mn の拡散速度を求めた。見掛の拡散速度 (Dap) はを示し，MEMRI も遜色ないレベルのものが得られた。

4.2x 10-5 mm2/s であり，Mn-bicine の分子量から予測されこの結果は，現在，投稿準備中である。以上により，ラッる D よりも小さく，分子量 3-4 kDa に相当した。また，ト，マウスの MEMRI 用造影剤については完成したと考

見かけ上，脳室からの距離が大きくなるほど Dap が小さえている。

33．手術侵襲における知覚神経末端から分泌される神経伝達物質の関与とその制御
赤堀浩也（滋賀医科大学外科学）
富永真琴（生理学研究所・岡崎統合バイオサイエンスセンター）

知 覚 神 経 末 端 TRPV1 (Transient receptor potential（sham, sham+CPZ（TRPV1 拮抗剤）
, T-H, T-H+CPZ）に，

vanilloid 1) 受容体から放出される神経伝達物質には，血TRPV1-KO マウスは，2 群 (sham, T-H) に各々分ける。CPZ

管透過性亢進や拡張作用があり，TRPV1 拮抗剤投与には投与は，補液開始時に 1mg/kg 経静脈投与とする。補液

侵襲後の血管作用抑制効果が期待される。代表的手術侵直前，補液直後，2 時間経過時点のマウスに対して，麻襲モデル『出血性ショック』実験にて，TRPV1 拮抗剤に

酔下に血液（静脈・門脈）採取。頸椎脱臼後，小腸を一はショック後の生存率改善と循環動態安定効果を認め部摘出したのち，ホルマリン液にて還流固定を行い，小た。そこで，TRPV1 KO mouse を用いて，出血性ショッ

腸と肝臓組織を摘出。神経伝達物質に関しては，血中濃クモデルにおける TRPV1 の末梢循環動態への関与につ度 (EIA kit) と免疫科学組織学的に評価した。血管透過性

いて検討を行った。

は，Evan’s Blue（サンプル採取前に 10ml/kg, i.v.）を用い

雄マウス (C57Black6, TRPV1-KO) に対し，90 分間の出た吸光度法にて血中と組織中の濃度を測定して評価，浮血性ショック（T-H; 平均血圧 35-40mmHg）モデルを作腫に関しては HE 染色にて評価した。まだ，詳細のデー成。その後 30 分間補液する。C57Black6 マウスは 4 群

タ解析には至っていない。

153

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）34．犬血管肉腫の免疫不全マウス移植 in vivo モデルにおける血管新生阻害剤による増殖抑制効果の検討
酒井洋樹（岐阜大学応用生物科学部獣医学課程獣医病理学分野）
木村透（自然科学研究機構

動物実験センター）

血管肉腫は人においても有効な治療法がほとんどないた。ヌードマウスの皮下に移植し，継代することで樹立

悪性度の高い腫瘍であるが，腫瘍化の機序が十分に解明した可移植性のイヌ由来血管肉腫を用いた。この腫瘍株

されていない。イヌでは，血管肉腫が比較的多く発生し，を SCID マウスの皮下に移植した。血管肉腫が皮下に移ヒトの血管肉腫モデルとして注目されている。これまで植されたマウスに対して，血管新生阻害剤である Flt-1,の共同研究の成果のひとつとしてイヌの血管肉腫細胞株

Flt-2 阻害剤，あるいは新規に発見された血管新生阻害剤を樹立できた。そして，その増殖には VEGF などの血管を投与してその効果を病理学的に検討したところ，予備

内皮増殖因子の自己／傍分泌機構が係わっていることを的な検討段階となったが，薬剤の効果を得ることができ明らかにした。今回は，SCID マウスに異種移植した犬血た。

管肉腫に対し，血管新生阻害剤が効果を示すかを検討し

35．磁気共鳴画像装置による自閉症者の情動とコミュニケーション能力に
関する研究
舟橋

厚（愛知県心身障害者コロニー

発達障害研究所）

定籐規弘（生理学研究所）
人間は社会的環境からの情報を脳に入力し，その情報促進効果が得られた群（1 群：10 名～20 名）と得られなを情動で色づけし行動戦略を選択する。つまり不快感情

かった群（2 群：10 名～20 名）について行動指標で行動

か快感情のどちらが生起するかによって生起する行動内変化をチェックすることを企画した。さらに，両群に対容が影響を受ける。特に，自閉症児・者の場合には脳内して同じ最後通牒ゲームを与え，両群において扁桃体等

情報処理がスムーズに行われないため不快な情動が生起の情動脳の活動を磁気共鳴画像装置により記録する（後する確率が高く，問題行動が多発し易い。

テスト）ことを計画した。

逆に，自閉症児・者が快感情を生起できる社会的な環

ただ，fMRI の測定では，自閉症児者が機器から発生す

境を提供すれば，問題行動の低減が期待できる。自閉症

る甲高い音を測定期間中連続して聞く必要があるため，児・者が地域社会で生活するためには自閉症児者自らが無麻酔状態で精神負荷を与える実験条件下に自閉症児者

快感情をより多く生起できる社会的な環境，特に対人環を導入することには相当困難が伴うことが予想された。

境を整えることが，彼らの治療教育上，不可欠となる。

そこで，今回の fMRI の測定実験を遂行する前段階とその第一歩として自閉症児・者の扁桃体等の情動脳のして，被験者となる自閉症児者の人選等を慎重に行う必活動，特に快感情が生起する際の活動が対人関係や社会要が生じた。そこで，現在のところ，被験者選定を行う

的環境変化により，どのように変化するかを磁気共鳴画ための予備的試行として，自閉症児に対して，ドッグセ

像装置により調べることが必要である。

ラピーを実施するセッションを行い，ドッグと触れ合う

実験計画として，自閉症児・者被験者（20 名～40 名）

際に快感情が生起するプロセスを，表情識別インターに対して最後通牒ゲームを課した際の fMRI 画像を扁桃

フェースにより定量的に記録し，同時にドッグとのふれ

体等の情動脳の活動をベースラインとして記録し（前テ合いを通じて自閉症児本人が実験セッテイングや実験者

スト），その上で，特定の心理療法（例えばドッグセラに対して信頼感や安心感を築くことができるように予備ピー）を実施し，ある一定のコミュニケーション能力の的な実験を進めている。

154

一般共同研究報告

36．中枢神経系における軸索輸送の生体イメージング
稲谷大，瀧原祐史（熊本大学医学部視機能病態学）

神経細胞において，その特殊な構造，機能を維持する

し，ミトマウス網膜神経節細胞軸索を独立して識別可能

ために軸索輸送が重要であると考えられている。さらに，であるほど疎な密度でミトコンドリアに蛍光が発現してこれまでに中枢神経変性疾患病態への軸索輸送障害の関いることを確認した。このミトマウスに二光子顕微鏡を与を示唆するデータが蓄積されてきている。例えば日本

用いて，vivo イメージングを施行し，網膜神経節細胞軸の成人失明原因第一位の緑内障は，組織学的研究の結果

索において非常に高頻度に順行性，逆行性に輸送されるから網膜神経節細胞の軸索輸送障害が原因と考えられてミトコンドリアを確認できた。つまり，ほ乳類中枢神経いる。我々は網膜神経節細胞軸索輸送研究を行うにあた

系において，生理的条件下，ミトコンドリアは非常に高り，緑内障病態への関与が示唆され，かつサイズが大き頻度に軸索内を輸送されていることを確認できた。

く認識が比較的容易なミトコンドリアに注目した。しか中枢神経変性疾患モデルにおけるミトコンドリア軸索し中枢神経系においてミトコンドリアは豊富に存在する輸送を評価するため，我々は急性緑内障モデルとしてため，生理的条件下での中枢神経系におけるミトコンド

レーザー誘導性高眼圧マウスモデルを検討した。輪部静リア軸索輸送，および中枢神経変性疾患における軸索輸脈レーザー照射による高眼圧が視神経変性，および網膜送障害を in vivo で動的に直接検討した研究はこれまで

神経節細胞死を誘導することを確認した。このレーザーに報告されていない。一方，眼は生体内で唯一，直視下誘導性高眼圧マウスに vivo イメージングを施行したとに中枢神経を評価しうる部位である。本研究の目的は，ころ，コントロール群と比較して，網膜神経節細胞のミ二光子顕微鏡を眼に用いて，中枢神経系における生理的トコンドリア軸索輸送が低下していることが明らかと条件下でのミトコンドリア軸索輸送および中枢神経変性なった。

疾患モデルにおけるミトコンドリア軸索輸送障害を vivo

本研究により，ほ乳類中枢神経系における，生理的条
件下のミトコンドリア軸索輸送動態および中枢神経変性

イメージングし評価することである。
本研究では神経ミトコンドリア特異的に蛍光を発現す
る，ミトマウスを使用した。ミトマウス網膜標本を作成

疾患モデルにおけるミトコンドリア軸索輸送障害を示した。

37．小脳核ニューロンの系譜解明
日比正彦（名古屋大学生物機能開発利用研究センター）
鳴海麻衣（名古屋大学理学部生命理学科）

我々はこれまでに，ゼブラフィッシュ成体小脳の解剖における小脳核ニューロンの形態や機能は eurydendroid

学的解析を細胞特異的な分子マーカーやトランスジェ

cell に類似しているが，小脳核ニューロンが eurydendroid

ニック系統を用いて行ない，小脳を構成する細胞の種類

cell と同じ分子機構を用いて発生，または機能しているや神経回路を調べてきた。そして，小脳における Olig2

かどうかは分かっていない。

陽性細胞のうちの大半がゼブラフィッシュを含めた硬骨

そこで，マウス小脳核ニューロンの系譜解明を目的と魚類における小脳からの出力細胞である eurydendroid

し，eurydendroid cell で発現していた Olig2 遺伝子がマウ

cell であることを明らかにした。Eurydendroid cell はプル

ス小脳核ニューロンにおいても同様に発現しているか調

キンエ細胞からの投射を受け，自身は小脳外に軸索を伸べた。本研究は Olig2 に精通している生理学研究所の池ばす投射ニューロンである。哺乳類にこの細胞は存在せ

中一裕教授と共同研究を行った。マウス脳を用いて Olig2

ず，その位置には小脳核ニューロンが存在する。マウス

遺伝子の in situ hybridization と Olig2 抗体による免疫染色

155

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）を行った結果から，マウス小脳核ニューロンには Olig2

ス小脳核ニューロンは異なる発生過程を経ることが示唆の mRNA がわずかに存在していたが，タンパク質の発現された。今後は池中研究室が所有する Olig2 ノックアウ

は見られなかった。

トマウスを利用して，小脳核ニューロンの系譜の解析を以上から，ゼブラフィッシュの eurydendroid cell とマウ進める予定である。

38．ヒトとサルにおける素材質感知覚特性の研究
平松千尋（京都大学

文学研究科）

郷田直一，小松英彦（生理学研究所）

我々は世界を構成する物体がどのような素材でできてその結果，神経類似度と画像的類似度との相関は低次

いるかを視覚的に瞬時に把握することができる。素材質

視覚野 (V1/V2) において非常に高く，腹側高次領野では感の知覚は，物体の認知や物体への的確な行為のために低いことが明らかになった。一方，神経類似度と心理的重要である。しかし，素材感がどのように脳内で表現さ類似度との相関は腹側高次領野において最も高かった。

れているかはほとんど明らかになっていなかった。

これらの結果から，低次視覚野では低次画像特徴に基

我々は，これまでに，9 種の素材カテゴリ（金属，ガづいた情報表現がなされており，腹側高次視覚野においラス，セラミック，毛，石，木目，樹皮，皮革，布）のて非視覚的な印象を含む統合的な素材カテゴリが表現さ画像をコンピューターグラフィックスによって作成し，れていることが示唆された。

ヒトがそれらの画像を見ているときの fMRI データを得

さらに，オマキザルにおいてヒトと同一の刺激セットていた。今回，‘透明－不透明’，‘柔らかい－硬い’，‘冷を用い，見本合わせ課題により素材カテゴリを弁別でき

たい－暖かい’などの，12 の形容詞対に対する評価からるかを検討した。その結果，金属および毛の弁別は速く求めた素材カテゴリ間の心理的類似度と，方位・空間周学習され，カテゴリに般化されやすいことが明らかと波数成分や輝度・色ヒストグラムなどの低次画像特徴かなった。また，木目，皮革，布の弁別は困難であること

ら求めた画像的類似度を，様々な視覚領野の脳活動パがわかった。今後，これらの違いが先天的な理由や画像ターンから求めた素材カテゴリ間の神経類似度と比較

特徴によるものか，個体の経験によるものかを検討してし，どの視覚領野が質感知覚に関わり，どのような表現いく予定である。

をおこなっているかを調べた。

39．質感知覚のメカニズムに関する研究
岡澤剛起，小松英彦（生理学研究所

感覚認知情報研究部門）

中内茂樹，鯉田孝和（豊橋技術科学大学

情報・知能工学系）

我々は，物体を見ただけでその物体の素材を瞬時に認といった限られた色名を使うが，これはカテゴリカル色知することができるが，それがどのような脳内情報処理

知覚と呼ばれる。従来，様々な言語で共通して用いられによって実現されているかは未だに謎が多い。こうしたる 11 個の基本色名（赤，黄，緑，青，茶，桃，橙，白，

質感認知のメカニズムについて明らかにするために，色灰，黒）が強いカテゴリー性を持つことが知られている。

覚特性のなかでもカテゴリカル特性と質感の関係に着目

しかしながら，これらのなかに我々のよく使う「金色」

した。

や「銀色」は含まれていない。「金色」「銀色」は光沢の我々は無数にある色を表現するのに，「赤色」「青色」

156

ある表面に対してしか用いられないが，これまでの色名

一般共同研究報告のカテゴリー性についての研究は，光沢のない画像や色となった。一方「銀色」は，光沢があり白色の画像に対票を使っていためと考えられる。そこで，対象物体の光して用いられた。また「金色」と「銀色」は，従来知ら沢感と金色あるいは銀色の色カテゴリー的特性についてれている基本色名と同様に，極めて安定して用いられて検討した。

いることが「安定度」や「一致度」といった指標の検討

コンピュータグラフィックスを用いて作成した光沢のの結果より明らかとなった。

ある画像を CIE xy 色空間上の決まった色度で様々な色

また，被験者が自由に画像の色名を答えるように実験に塗りわけ，それぞれの画像に対してヒト被験者に，基を行っても「金色」「銀色」が頻繁に使用され，光沢のあ

本 11 色名，肌色，金色，銀色，銅色の中から色名を答える表面に対しては，「金色」「銀色」のみが基本色と同程てもらうカラーネーミング実験を行った。

度に使用される色名であることが明らかとなった。

この結果，「金色」は，光沢があり黄～橙の色を持つ

以上の結果は，ヒトが物体表面の光沢を利用してカテ画像に対して頻繁に使用される色名であることが明らか

ゴリカルな色知覚に役立てていることを示唆している。

40．CD133 の糖鎖構造解析
古川鋼一，松原

癌組織中には自己複製能や多分化能，無制限に分裂可毅（名古屋大学医学系研究科）

構造を解析した。

能な能力を兼ね備えた癌幹細胞が存在していることが明

本研究は，微量な糖蛋白質の N 結合型糖鎖を解析できらかとなってきた。癌の再発や転移には，現在の治療法

る生理学研究所の池中一裕教授と共同研究を行った。

に対して抵抗性が強いと考えられている癌幹細胞が大き

HEK293T 細胞に CD133 を過剰発現させ，そこから 2 種

く関与していると示唆されており，これを標的とした治類のカラムを用いて CD133 を精製した。ヒドラジンを用療法の開発が求められている。

いて CD133 から糖鎖を遊離させ，ピリジルアミノ化する

CD133 は癌幹細胞の有名なマーカーとして注目されてことで糖鎖を蛍光標識し，カラムを用いて糖鎖を精製しいるが，正常組織にも発現が確認されている。このため，た。3 種類の HPLC（陰イオン交換カラム HPLC，順相

CD133 のペプチド部分に対する抗体では両者を厳密に区HPLC，逆相 HPLC）を用いて CD133 に付加する N 結合

別できない。癌細胞において，様々な糖蛋白質の糖鎖構型糖鎖を網羅的に解析し，多くの糖鎖構造を同定した。

造が変化していることが知られており，臨床の場で用い今後，癌細胞と正常細胞における CD133 の糖鎖比較を行られている腫瘍マーカーの多くが癌細胞特異的に発現すうことで，有力な癌幹細胞マーカーの候補を探す予定でる異常糖鎖を認識する抗体である。そこで，新規癌幹細ある。

胞マーカーの開発を目的として，糖蛋白質 CD133 の糖鎖

41．インターフェロン α 療法におけるうつ病発症と海馬神経幹細胞・前駆細胞の機能変化の関連
澤本和延，金子奈穂子，鄭蓮順（名古屋市立大学 大学院医学研究科 再生医学分野）
高雄啓三，宮川剛（生理学研究所

行動様式解析室）インターフェロンα (IFN-α) は抗ウイルス薬として慢

大な副作用として問題となっている。しかし IFN 誘発性性ウィルス性肝炎治療に有効性が認められているが，ううつ病の発症メカニズムは明らかになっていない。本研

つ病等の精神症状が高頻度に出現し，治療中断に至る重究は，IFN- αを長期投与したマウスを用いて，IFN 誘発

157

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

性うつ病の発症に関する神経病理学的機構の解析を行う

お い て は 対 照 群 と の 差 異 は 認 め な か っ た が ， Porsolt

ことにより，その効果的な対処法の検索を行うことを目

forced swimming test，Tail suspension test において無動時的としている。しかしこれまでに IFN 投与時の動物の行間が有意に延長し，抑うつ状態の出現が示唆された。さ動学的変を包括的に解析した報告はなく，今回，生理学

らに mIFN- α群では Elevated plus maze test，新奇環境下の研究所行動様式解析室で確立された行動バッテリーを用Social interaction test において活動量が顕著に減少するこ

いて，マウス (m) IFN- αを長期投与したモデルマウスのとから不安の増大を，また Crawley Social interaction test

行動変化を網羅的に解析し，本研究の基盤となるデータ

からは社会活動能力の低下を示唆する結果を得た。そのを収集した。

他，prepulse inhibition test においてプレパルス抑制の亢進

mIFN- α投与群・対照群各 20 匹の野生型マウスに5が見られ，mIFN- α投与によるドーパミン作動性神経機mIFN- α (4x10 IU/kg) またはその溶媒（生理食塩水）を 1

能の低下との関連が示唆された。これらから，mIFN- α

日 1 回，4 週にわたって腹腔内投与したのち，系統的な投与によって不安様行動及び社会活動能力の低下を伴う

行動解析を開始した。行動解析期間も薬剤投与は継続し抑うつ状態が惹起されることが明らかになった。行動た。

バッテリーを用いた網羅的行動解析によって，本モデル

mIFN- α 投 与 群 は General Health and Neurological
Screening, Open field test, Rota-rod test 及び Hot plate test にマウスの IFN 誘発性うつ病モデルとしての有用性を行動学的視点から詳細に評価することができた。

42．ATF5 ノックアウトマウスの行動解析
梅村真理子，小倉多恵，高橋勇二（東京薬科大学
高雄啓三，宮川ATF5 はストレス負荷により ATF5 mRNA 発現が誘導されるストレス応答性の転写因子である。近年，ATF5

剛（生理学研究所

生命科学部）

行動様式解析室）解析室に搬入し，1 週間な慣らし飼育を行った。その後，「網羅的行動テストバッテリー」を実施した。

が神経細胞の増殖分化，アポトーシスに関与することが現在までに，活動量・不安様行動を測定する open field，

見いだされたが，その生理的機能については未だ不明で

新 規 環 境 に お け る 社 会 的 行 動 を 測 定 す る socialある。そこで，ATF5 の生体内における機能を明らかにinteraction，感覚・聴覚・驚愕反応を測定する prepulse

するために，私達は ATF5 ノックアウトマウスを作成しinhibition/startle response，鬱モデルかどうか調べる Porsolt

た。ATF5 ノックアウトマウスは生後 2 日目までに 7 割

forced swim などの解析を行った。

が死に至り，脳の形態異常が見受けられた。また，ATF5

今までのところ，ATF5 ノックアウトマウスは不安様

ノックアウトマウスは，雄マウス特有の縄張りを守るた

行動が亢進しており，多動の傾向が見られた。また，社めの攻撃性が低下しており，行動レベルに異常があるこ

会性行動が低下していることも示された。

とが予想された。これらのことから，行動解析室と共同

今後は，バッテリーの続きである作業記憶・参照記憶で ATF5 ノックアウトマウスの行動・学習レベルを解析などを測定する eight-arm radial maze，鬱モデルを測定すすることを目的とし，網羅的に行動様式を解析する「網る tail suspension test などを行う予定である。これにより，羅的行動テストバッテリー」を行うことを計画した。こ鬱傾向や記憶・学習能力について解析できると考えられれらの系統的行動様式解析から，ATF5 の脳における役る。また，さらに，24 時間の活動性やサーカディアンリ

割や行動・疾患との関係が明らかになるものと期待され

ズム，ホームケージでの社会的行動を解析したいと考えた。

ている。必要な行動様式データを取得した後は，マウス「網羅的行動テストバッテリー」を行うために，9～13

脳を採取し，遺伝子発現解析や免疫組織化学的解析を行

週齢の ATF5 ノックアウトマウス及び野生型マウスのオ

う予定である。

スをそれぞれ 26 匹ずつ準備した。そのマウスを行動様式

158

一般共同研究報告

43．てんかん・発達障害原因遺伝子ノックアウトマウスの網羅的行動テスト
バッテリースクリーニングによる生体内分子機能解析
田中輝幸，奥田耕助（東京大学大学院医学系研究科
高雄啓三，宮川剛（生理学研究所

発達医科学教室）
行動様式解析室）【目的】Cyclin-dependent kinase-like 5 (CDKL5) は，West

規環境及び Crawley 版），ポーソルト強制水泳試験，尾懸症候群と非定型 Rett 症候群という，てんかんを伴う発達垂試験，驚愕反応試験，プレパルス抑制試験，歩行解析

障害の原因遺伝子として近年同定された，染色体領域

試験，恐怖条件付け試験，24 時間ホームケージ活動モニ

Xp22 に位置する遺伝子であるが，その生体内分子機能とター試験，などの行動試験を行った。

loss-of-function 機構はほとんど分かっていない。当研究【結果・考察】上記行動解析の結果，Cdkl5 KO マウスに

室では，CDKL5 遺伝子変異による病態機序解明のため，おいては，不安様行動の亢進，うつ様行動の亢進，社会Cdkl5 ノックアウト (KO) マウスを作製し表現型解析を的行動の変化，恐怖条件付けにおける般化の亢進，24 時行っている。本研究の目的は，Cdkl5 KO マウスの網羅的間活動性の変化，と言った行動異常パターンが認められ行動解析による CDKL5 loss-of-function 中間表現型の解た。今年度は，記憶・学習機能評価試験は行えなかった明である。

ため，次年度に，バーンズ迷路，モリス水迷路，T 字型【方法】本研究では C57BL/6N バックグラウンドの Cdkl5

迷路等の試験を行い，その評価を行う。更に今後，海馬，KO 雄マウス及び同腹仔の野生型雄マウスを各 20 匹用意

扁桃体，モノアミン系等の細胞生物学・生化学的・電気

し，体重・体温・各種反射試験，明暗選択試験，オープ

生理学的解析を行い，これらの行動異常の基礎メカニズ

ンフィールド試験，高架式十字型迷路試験，ローターロッ

ムの解明を進めていく予定である。

ド試験，ホットプレート試験，社会的行動測定試験（新159

計画共同研究報告

計画共同研究報告
〔

目

次

〕

１．TRPM7 と容積感受性クロライドチャネルの機能的相互作用とその分子同定（沼田朋大ほか）.............. 164
２．インスリン抵抗性発症メカニズムにおける細胞容積制御機構の生理的意義の解明（河田照雄ほか）......... 164
３．Calyx of Held シナプス前末端における Ca2+チャネルの局在（高橋智幸）................................. 165
４．運動学習記憶痕跡に関連するシナプス微小形態変化（工藤もゑこほか）................................. 165
５．再生・新生した腸管神経細胞機能の in vivo 可視化解析（高木都ほか） ................................ 166

６．多光子顕微鏡を用いた嗅覚障害とその回復時におけるニューロンのターンオーバーの可視化解析（鍋倉淳一ほか）............................................................................... 167
７．多光子励起法を用いた鳥類記憶形成における神経微細構造の可視化解析（本間光一ほか）................. 168
８．神経回路の発達・再編におけるバイオ Cl−モデュレータとしての GABA/タウリンの役割（福田敦夫ほか） .. 168
９．多光子励起顕微鏡を用いた骨リモデリングのインビボ光イメージング（今村健志ほか）................... 169
10．CNR/プロトカドヘリン遺伝子ジーンターゲティングマウスの作製と機能解析（八木健ほか）............ 170

11．光活性化型チャンネルを用いた塩分摂取行動の制御機構に関する研究（檜山武史ほか）................... 170
12．臓器欠損モデルラットを用いた臓器再生（中内啓光ほか）............................................. 171
13．脳領域特異的なコンディショナルなメタスチンノックアウトマウスの作製とその解析（前多敬一郎ほか）... 171
14．ラット精子幹細胞を用いた顕微授精（篠原隆司ほか）................................................. 172
15．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（森下裕貴ほか）......... 173
16．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（冨樫和也ほか） .................. 173
17．エピゲノム変異原性発達障害モデルマウスの行動解析（国分康博ほか）................................. 174
18．網羅的行動テストバッテリーを用いた Cdc42ep4 欠損マウスの解析（木下専ほか）...................... 174

19．FcγRIIB 欠損マウスを活用した精神疾患の中間表現型の解明（上野浩司ほか） ........................... 175
20．膜骨格蛋白プロテイン 4.1 欠損マウスを活用した精神疾患の中間表現型の解明（寺田信生ほか） ........... 175
21．光顕・電顕相関観察法による細胞内核酸分子動態の解明（金子康子ほか）............................... 176
22．位相差顕微鏡法を用いた生体活性高分子の直接観察法の開発（箕田弘喜ほか）........................... 177
23．昆虫の温度応答性 TRP チャネルの電気生理および進化学的解析（門脇辰彦ほか） ........................ 177
24．カイコの休眠誘導に関わる温度センサーの解明と高感度リガンドの探索（塩見邦博ほか）................. 178
25．筋機械痛覚過敏における TRP チャネルと ASIC チャネルの役割（水村和枝ほか） ........................ 178
26．膵島インスリン分泌における TRP チャネルの機能解析（出崎克也ほか） ................................ 179
27．センサー分子である TRP チャネルを制御する天然薬物の探索とその創薬プロトタイプとしての有用性の検討（門脇真ほか）................................................................... 179

28．シナプス後膜におけるグルタミン酸受容体のトラフィック制御機構（柚﨑通介）......................... 180
29．MP-floxed NDI マウスを活用した精神疾患の中間表現型の解明（関野有紀ほか） ......................... 180
30．QRFP 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（岡本紀太郎ほか） ................... 181
31．滑脳症モデルマウスを用いたカルパイン阻害剤有効性の検証（広常真治ほか）........................... 181
32．遺伝子改変マウスの網羅的行動解析による細胞骨格関連遺伝子の機能解明（細川浩ほか）............... 182

163

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

1．TRPM7 と容積感受性クロライドチャネルの機能的相互作用とその分子同定
沼田朋大，森泰生（京都大学 工学研究科）
佐藤かお理，岡田泰伸

動物細胞は，たとえ異常な浸透圧条件下においても，合で活性化するのかを低浸透圧暴露後に活性化するイオ

環境の変化を感知し，自らの細胞容積を調節し適応する

ン電流をパッチクランプ法で測定することにより解析をことにより生命活動を維持している。低浸透圧暴露によ行った。TRPM7 の関与の証拠を得るために野生型 DT40

る 細 胞 膨 張 後 の 調 節 性 容 積 減 少 (Regulatory Volume

細胞，TRPM7 欠損細胞（TRPM7KO/DT40 細胞）およびDecrease: RVD) の細胞容積膨張の感知過程には TRPM7

TRPM7 欠 損 細 胞 に TRPM7 を 遺 伝 子 導 入 し た 細 胞(Transient Receptor Potential Melastatin 7) および容積感受（TRPM7/DT40 細胞）を用いて機能評価を行った。その−性 Cl チャネル (VSOR) が大きな役割を担っている。

結果，野生型 DT40 細胞では低浸透圧刺激後細胞膨張とTRPM7 および VSOR は，細胞増殖や細胞周期および細ともに TRPM7 様の電流電圧関係を持つカチオン電流が胞死など細胞容積調節が関わる多くの生理機能に共に関記録され，その後すぐに VSOR 様の電流電圧関係を持つ

与する。そのため，両チャネル間に機能的相互作用があ

アニオン電流が見られた。TRPM7KO/DT40 細胞では，ることが期待される。

TRPM7 様電流および VSOR 様電流は，大きく抑制され現在まで TRPM7 と VSOR に機能連関があることをていた。TRPM7/DT40 細胞の TRPM7 および VSOR は，

TRPM7 の阻害剤，siRNA および DT40 細胞によるノック

野生型 DT40 細胞よりも大きな活性を示した。この際にアウト細胞を用いることにより確認している。今回，低野生型 DT40 細胞と TRPM7/DT40 細胞の TRPM7 と VSOR

浸透圧暴露によって活性化される TRPM7 および VSOR

活性の割合は，同じ比率を示した。以上の結果から，活性の継時変化および活性相関に着目し，TRPM7 および

TRPM7 の活性に引き続き VSOR が活性すること，TRPM7VSOR の機能的相互作用連関を解明することを目指した。

の発現量によって VSOR 活性の大きさが決まることが結

まず，RVD の際に活性化する TRPM7 および VSOR 活

論され，VSOR の活性化において TRPM7 が重要な役割

性がどのような順序で活性化するのか，どれくらいの割を果たすことが示唆された。

2．インスリン抵抗性発症メカニズムにおける細胞容積制御機構の生理的意義の解明
河田照雄，高橋信之，坂本智弥，木村梨乃，山口侑子，新谷沙織（京都大学大学院農学研究科）
岡田泰伸

脂肪細胞やマクロファージでは，代謝産物の量的変動

ンスリン抵抗性発症に関わる生理活性因子の発現量が細による浸透圧ストレスやインスリンなどのホルモンによ

胞容積変化により，どのような影響を受けるかを明らか

り，細胞容積が大きく変動する。また脂肪細胞やマクロにすることを目的とし，下記のような実験を行った。

ファージから多数の生理活性因子（アディポサイトカイ

まず脂肪組織でのインスリン抵抗性を引き起こすアデン）が分泌されており，それら因子の産生変化が脂肪組ィポサイトカインである TNFαと MCP-1 のプロモーター

織でのインスリン抵抗性発症に深く関与していること，

領域をクローニングし，レポーターとして利用する蛍光ならびに様々な細胞で細胞容積変化による生理活性因子

タンパク質 GFP 遺伝子の上流に組み込んだレポーターの産生変化が起こることから，脂肪細胞やマクロファー

プラスミドを構築した。肥満状態の脂肪組織では，脂肪ジでも細胞容積変化がアディポサイトカインの産生に影細胞とマクロファージとの相互作用が，インスリン抵抗

響を及ぼしていると考えられる。そこで本研究では，イ性発症に深く関わることが知られているため，これらレ164

計画共同研究報告

ポータープラスミドをマウス脂肪細胞培養株 3T3-L1 な立について論文発表を行った：Sakamoto T., et al., Biosci.

らびにマウスマクロファージ培養株 RAW264 に遺伝子

Biotechnol. Biochem., in press）。細胞容積変化に対するア

導入し，安定にレポータープラスミドを取り込んだ細胞

ディポサイトカインの発現変動については，予備的に実を作製した。導入したレポーターが正常に働くかどうか験を行い，脂肪細胞やマクロファージにおいて，細胞容を確認するため，各細胞を LPS などにより刺激したとこ

積変化がアディポサイトカインの発現における重要な制ろ，刺激の程度に応じて，レポーターである GFP の発現御要因である可能性が示され，脂肪組織における代謝変が上昇した（TNFαや MCP-1 がインスリン抵抗性を引き化やホルモンなどによる細胞容積変化がインスリン抵抗起こすことから，この実験系は抗インスリン抵抗性薬剤性発症に影響しうることが示唆された。現在，詳細を検等のスクリーニングに応用可能であるため，実験系の確討中である。

3．Calyx of Held シナプス前末端における Ca2+チャネルの局在
高橋智幸（同志社大学・生命医科学部・医生命システム学科）

ラット脳幹の巨大シナプス前末端 calyx of Held におけ

期前後において，顕著に短縮することから，活動電位でる電位依存性 Ca チャネルの空間分布をスライスにおけ誘発される Ca transient の生後発達に伴う減少の主因は，る局所 Ca シグナルイメージング，および P/Q 型 Ca チャ

活動電位幅の短縮であると結論した。次に，2 週齢から 3

ネル特異抗体による免疫電顕によって解析した。活動電週齢にかけて calyx 前末端 Ca チャネルの分布が変化する

位によって誘発し，共焦点スポットから記録される Ca

か否かを検討した。Ca チャネル immunogold particle はこtransient の振幅とその分布密度は聴覚獲得期の 2 週齢をの時期に集積して hot spots を形成する傾向が認められた。

境に著しく減弱した。これに対して P/Q 型 Ca チャネル

同様に，Ca 電流誘発性 Ca transient の空間分布にもピー

immunogold particle の分布密度には顕著な差が認められ

ク形成の傾向が見られた。現在，3 週齢 calyx における電なかった。次に calyx 前末端電位固定下に矩形波で Ca 電

顕とイメージングの結果の再現性を確認すると共に，両流を誘発し，それによって生じる Ca transient を記録した者の結果を比較統合するための定量的解析法を検討中でところ，聴覚獲得期前後の振幅および空間分布密度の差ある。

は僅かであった。Calyx 前末端の活動電位幅は聴覚獲得

4．運動学習記憶痕跡に関連するシナプス微小形態変化
工藤もゑこ，永雄総一（独立行政法人・理化学研究所･脳科学総合研究センター・運動学習制御）
重本隆一（生理学研究所・脳形態解析部門）

マウスの水平性視機性眼球反応(HOKR)のゲインの適見を得た (Okamoto et al., J Neurosci 31:8958-8966, 2011)。

応 の パ ラ ダ イ ム を 用 い た 先 行 研 究 (Shutoh et al.,

同じ量の学習を行っても，集中的に行った時よりも，Neuroscience 139:767-77, 2006) は，HOKR に運動学習が生

適度な間隔をおいて分散して行なった時の方が，学習にじてゲインに適応が生じる時，学習の初期には小脳皮質よって作られた記憶がより長く保持されることが知られの片葉に適応の記憶痕跡が存在するが，学習の進捗に伴ており，分散効果と呼ばれている。まず HOKR の適応に，い，その記憶痕跡は片葉の出力先である前庭神経核に移分散効果が生じることを確認した。即ち，1 時間の集中

動することを示唆する。この記憶痕跡のシナプス間移動

訓練と 4 時間の分散訓練の直後には，ともに同じだけゲがどのようなメカニズムで生じるかについて，新しい知インの増加が見られたが，後者の適応の記憶は 24 時間以165

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

上保持されたが，前者の記憶は半減した。次に訓練の終を示唆する。

了直後の適応の記憶痕跡の局在を，リドカインの局所投前庭核に保持される適応の記憶痕跡の形態学的特徴を与を用いて薬理学的に調べたが，1 時間の集中訓練によ調べるために，小脳皮質のプルキンエ細胞に WGA が強る適応の記憶痕跡は片葉にあるのに対して，4 時間の分制発現された遺伝子改変マウスを用いて，前庭核内で片散訓練による適応の記憶痕跡は前庭核にあることがわか

葉プルキンエ細胞に直接抑制される神経細胞の構造を検った。さらに，1 時間の集中訓練と 4 時間の分散訓練の討した。光顕レベルでは，内側前庭核内で順行性に WGA

期間の片葉のタンパク合成を，アニソマイシンもしくはでラベルされる細胞体と近位樹状突起を同定できた。現

アクチノマイシン D の局所投与により阻害すると，記憶在，遠位樹状突起まで構造を同定できるかを電顕にて検痕跡の前庭核への移動が特異的に抑制された。これらの討中である。またさらに，WGA を強制発現させること

所見は，適応の記憶痕跡の前庭核への移動が，学習の開のできるレンチウイルスを使って，同様に片葉が直接抑始後数時間で生じることと，この期間に片葉で新たに作制する前庭核神経細胞を同定できるかを検討している。

られるタンパク質が，記憶痕跡の移動に必要であること

5．再生・新生した腸管神経細胞機能の in vivo 可視化解析
高木
加藤

都，後藤

桂（奈良県立医科大学生理学第二講座）

剛，鍋倉淳一（生理学研究所生体恒常機能達機構研究部門）

我々はこれまでに 5-HT4 受容体作動薬クエン酸モサプ
リド（以下 MOS）は，下部消化管切離吻合術後に損傷し週間の MOS 飲水投与を行った SITRA+MOS 群の肉芽組
織深部の観察を行った。

た壁内神経系の再生・新生促進作用を有することを見いその結果，術後 1 週間の SITRA 群では，肉芽組織内にだしている。神経の新生が顕著に起こっている消化管切神経節細胞および神経線維は認められなかったが，これ離吻合部の組織修復過程で生じる肉芽組織深部の詳細なまで不可能であった吻合部深部までの観察が十分に可能

観察は，ホールマウント標本では，共焦点顕微鏡励起光であることが明らかとなった。

の深部到達度に限界がありこれまで不可能であった。
本研究では，壁内神経細胞が蛍光標識された遺伝子改変マウス (Thy1 promotor GFP H-line mouse) を用い，高深SITRA+MOS 群では新生したと思われる多くの神経節細胞および神経線維が，必ずしも本来の Auerbach 神経叢が存在する部位でない所で認められた。

部到達性かつ低侵襲性の赤外領域光を励起光源とする非

さらに，MOS の効果が 5 HT4 受容体の活性化を介する線形光学系－2 光子励起顕微鏡（以下 2PM）を用いて小かを調べるために，5 HT4 受容体拮抗薬 SB-207266（以下

腸切離吻合術 (SITRA) 後形成される肉芽組織深部の inSB）を同時に投与した SITRA+MOS+SB 群では，新生しvivo イメージングの施行を目的とした (Figure 1)。

た神経節細胞および神経線維は SITRA+MOS 群に比し著実験群は無処置群，小腸切離吻合術 (SITRA) 群，

明に少なく，MOS の効果を抑制していることが観察され

SITRA+MOS 群にわけ，損傷腸壁内神経系の再生・新生た。まだ例数が少ないので追加実験をする必要がある。

過程に対する MOS の効果の解析を試みた。

これらの結果より，小腸切離吻合術後の肉芽組織深部

まず無処置群の麻酔下マウスにおいて，2PM で終末回を観察する上で 2PM の有用性が示唆され，また同時に損

腸の in vivo イメージングを施行した。その結果，縦走筋

傷腸壁内神経系の再生・新生促進作用に対する MOS のと輪走筋の境界で Auerbach 神経叢を確認することに成効果が明らかとなった。

功した (Figure 2)。次に，術後 1 週間の SITRA 群と術後 1

166

計画共同研究報告

6．多光子顕微鏡を用いた嗅覚障害とその回復時におけるニューロンのターンオーバーの可視化解析
鍋倉淳一（生理学研究所 生体恒常機能発達機構研究部門）
澤本和延，金子奈穂子，加藤康子，澤田雅人（名古屋市立大学大学院医学研究科再生医学分野）

哺乳類の脳室下帯では成体でも神経幹細胞が存在し，学分野の共同研究により，入力障害及び回復過程での嗅生涯にわたりニューロンを新生している。新生ニューロ

球ニューロンのターンオーバーの変化を多光子励起法にンが嗅覚の一次中枢である嗅球へと移動し，成熟して神より同一個体で経時的かつ詳細に解析し，嗅覚障害とそ

経回路網に組み込まれる一方で，古い嗅球ニューロンはの回復におけるニューロン新生の役割を解明することを細胞死を起こしていることから，嗅球ニューロンは常に目的とした。

入れ替わっていると考えられてきた。これまでの研究で，始めに，ニューロンのターンオーバーを生きた動物で嗅球に供給された新生ニューロンの生存には嗅覚入力が観察するために，傍糸球細胞の殆どが蛍光標識される遺重要であることが示されているが，生きた動物で同一ニ

伝子改変マウス（VGAT-Venus マウス及び GAD67-EGFP

ューロンを長時間追跡することが困難であることから，

マウス）を用いて，2 ヶ月以上の同一個体での嗅球生体

嗅覚入力が嗅球ニューロンのターンオーバーに与える影観察法を確立した。続いて，傍糸球細胞のターンオーバ

響は不明である。

ーにおける嗅覚入力の役割を解明するために，嗅覚入力

近年，二光子顕微鏡を用いた in vivo イメージング法がを可逆的に制御出来る外鼻孔閉塞プラグを用いて，嗅覚発展し，生きた動物で蛍光標識された脳表層の神経構造

入力を制御した時の傍糸球細胞のターンオーバーの変化を繰り返し観察することが可能になってきた。実際に，を解析した。その結果，嗅覚入力の遮断及び再開によっ

嗅球ニューロンの一種である傍糸球細胞は嗅球表層に位て，傍糸球細胞のターンオーバーが大きく変化すること置するため，二光子顕微鏡を用いて同一細胞を長期間追を生きた動物で明らかにした。また，入力遮断過程で傍跡することでそのターンオーバーを観察出来ることが報

糸球細胞が細胞死を起こした場所が，嗅覚入力を再開す

告されている。

ることで新生ニューロンによって埋まることを見出した。

そこで本研究では，生理学研究所生体恒常機能発達機

さらに，この入力依存的な傍糸球細胞の入れ替わりパタ

構研究部門及び名古屋市立大学大学院医学研究科再生医ーンは，二光子レーザーアブレーション法で一細胞を狙

167

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）って焼灼した後にも観察された。以上の結果は，嗅覚入Yanagawa Y, Kobayashi K, Nemoto T, Nabekura J, and力が成体嗅球ニューロンのターンオーバーを時空間的にSawamoto K (2011) Sensory input regulates spatial and

制御していることを示唆している。

subtype-specific patterns of neuronal turnover in the adult

発表論文

olfactory bulb. J Neurosci., in press.

Sawada M, Kaneko N, Inada H, Wake H, Kato Y,

7．多光子励起法を用いた鳥類記憶形成における神経微細構造の可視化解析
本間光一，山口真二，青木直哉（帝京大学 薬学部）

刻印付け（刷り込み）は，孵化後間もない時期に鳥類性の棘突起において刻印付けトレーニングを行った直後

ヒナが視覚学習によって親鳥を記憶し，追従する行動でに増加し，1.7 倍へと上昇していた。そして，トレーニンあり，一生涯続く強固な記憶として知られている。本研

グ終了後，少なくとも 90 分経過した後でも，その変化は究では，刻印付けを記憶形成のモデル系として捉え，記継続していた。一方，トレーニングを行っていない対照

憶が形成される過程で起こる大脳内での神経微細構造

群では蛍光強度（体積）の変化は見られなかった。これ（棘突起と樹状突起）の変化を in vivo イメージングによまで，ラットの脳スライスを用いた実験から，棘突起のり検証した。

蛍光強度（体積）の増加はシナプス接続の増強や新たな方法は，刻印付けによって棘突起，樹状突起の量的変シナプス接続の形成とリンクしていると考えられてきた。

動と形態変化がどの程度起こるかを解析し，つぎに我々従って，刻印付けトレーニングに伴った蛍光強度（体積）が同定してきた刻印付け関連遺伝子の発現抑圧が，神経の増加においても，シナプス接続の増強や新たな形成が微細構造（棘突起，樹状突起の形態変化）にどのように起こっていると考えられる。また，観察の過程で全棘突影響するかを解析した。このために，個体を生かしたま起数に対し，新たに出現した棘突起の割合，及び失われま in vivo で観察する方法と，大脳の連続切片を作成してた棘突起の割合も刻印付けにより増加した。このことか観察する方法，2 種類の方法を用いた。そして，蛍光 (GFP，らも刻印付けの過程でシナプス接続の改編が起こったと

Venus) 標識した神経細胞の形態（棘突起，樹状突起）に考えられる。

どのような変化が起きるかを，2 光子励起レーザ走査型

本研究で，経時的な神経微細構造の変化を観察したこ

顕微鏡を用いて観察した。統計的な処理方法としては，とにより，刻印付けの過程で神経回路の改編が起こって代表者らの方法に基づき，棘突起などの形態を定義し，いると考えられた。これらの変化に関わる分子メカニズ

定量化した。

ムと記憶形成との関連を調べていくことが今後の課題で画像解析の結果，棘突起の蛍光強度（体積）は，常在ある。

8．神経回路の発達・再編におけるバイオ Cl−モデュレータとしてのGABA/タウリンの役割
福田敦夫，井上浩一，熊田竜郎，古川智範（浜松医科大学【タウリンによる KCC2 蛋白機能制御の検討】

医学部

生理学第一講座）

活性の指標とした。タウリン (3mM) を加えて 3 日間培養

胎齢 14 日で KCC2 と RFP を子宮内電気穿孔法にて導した場合，KCC2 の活性が低下し [Cl−]i が上昇することは入し，15 日で RFP 陽性細胞を分散培養した。3 日間培養

昨年報告している。その後，汎リン酸化酵素阻害剤であ−後，パッチクランプ法を行ない [Cl ]i を測定し，KCC2

168

るスタウロスポリンを投与したところ，15-20 分ほどで計画共同研究報告

この活性阻害が抑制され，[Cl−]i が低下した。次にチロシ害剤である二ペコチン酸投与により Ca2+振動の頻度が上

ンリン酸化酵素 (AG18)，チロシン脱リン酸化酵素（バナ

昇し，BMI で減少した。サブプレート付近ではタウリン

ジウム酸）の阻害剤の投与を試みたが，それらを加えてトランスポーター阻害剤の GES 投与により Ca2+振動のも KCC2 活性の有意な変化は認められなかった。これら

頻度が上昇し，BMI で減少した。これらのことから，皮のことから，タウリンによる KCC2 活性の制御にはセリ

質板，サブプレート付近を移動中の神経細胞はそれぞれン/スレオニンリン酸化酵素の関与が示唆された。

GABA，タウリンがその Ca2+振動に影響を与えている可また，タウリン投与による培養液の浸透圧変化の検討のため，生理学研究所を訪問し実験及び結果検討を行なった。

能性が示唆された。
さらにそれぞれの細胞での GABA 受容体の性質，サブユニット構成を検討するために今後シングルチャネル記

2+【タウリン誘発電流ノイズと Ca 振動の相関の解析】
発達期大脳皮質において脳室帯から脳表に移動中の神経細胞における GABA/タウリンの作用を種々の薬剤を2+2+使用し自発性 Ca 振動の変化を Ca イメージング法を用録を行なう予定であり，そのための実験手技の習得のために生理学研究所を訪れ技術指導を受けた。
また，細胞外への GABA の放出を検出するアミノ酸イ
メージングの技術的検討を行なった。

いて詳細に検討した。皮質板付近の細胞では GAT の阻

9．多光子励起顕微鏡を用いた骨リモデリングのインビボ光イメージング
今村健志 1,2，疋田温彦 1,2，井上靖道 1，羽生亜紀 1，根本知己 3（1 公益財団法人がん研究会がん研究所，2 愛媛大学大学院医学系研究科分子病態医学分野，
3

北海道大学電子科学研究所）

破骨細胞と骨芽細胞のカップリングが骨のリモデリン

で活性型骨芽細胞が激減し，その後投与後約 4 週をピー

グを制御する重要な機構であることが提唱されているが，クにその数が増加し，投与後約 6 週で元に戻ることわか

その本体は明らかにされていない。本研究では，多光子った。次に，活性型破骨細胞はカテプシン K を産生する

励起顕微鏡を用いてインビボで骨芽細胞と破骨細胞の機ので，カテプシン K のプロモーターの下流で蛍光タンパ

能をイメージングする実験系を構築し，骨リモデリング

ク質が発現するトランスジェニックマウスを準備し，Creのインビボ解析をおこない，破骨細胞と骨芽細胞のカッによって発光タンパク質と蛍光タンパク質が発現するトプリングの分子メカニズムを明らかにすることを目的とランスジェニックマウスと掛け合わせを開始した。さらする。

に，骨髄内に蛍光タンパク質を発現する細胞を移植し，2

今年度は，まず，活性型骨芽細胞は I 型コラーゲンを

光子励起顕微鏡を用いてインビボで細胞を観察すること

産生するので，I 型コラーゲンのプロモーターの下流でを試みた。ところが，予想以上に骨髄内イメージングがCre が発現するトランスジェニックマウスと Cre によっ

困難で，2 光子励起顕微鏡を用いても 150um の深さまでて発光タンパク質と蛍光タンパク質が発現するトランス

しか観察できないことがわかった（共焦点レーザー顕微

ジェニックマウスを作製し，両者を掛け合わせて，活性鏡で 100um）。今後の課題として，モデル系の最適化，蛍型骨芽細胞を発光と蛍光で観察できる系を立ち上げた。

光タンパク質の選択，補償光学系の応用などが明らかに

このマウスの頭蓋骨に破骨細胞誘導因子 eceptor activatorなった。一方，蛍光試薬を使った骨代謝関連細胞のイメ

of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL) を注射すると局ージングにもトライし，インビボで骨細胞を可視化する

所で骨吸収がおこるが，この時に活性型骨芽細胞を発光ことに成功した。

イメージングでトレースすると，RANKL 投与後約 2 週

169生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

10．CNR/プロトカドヘリン遺伝子ジーンターゲティングマウスの作製と機能解析
八木平林真澄，冨田江一，三宝

CNR/クラスター型プロトカドヘリン (cPcdh) ファミ
リー遺伝子は Pcdhα，Pcdhβ，Pcdhγの各遺伝子クラスタ

健，平林敬浩（大阪大学）

誠，山内奈央子（生理学研究所）

における神経細胞の多様化に寄与していることが予想されている。

ーから構成されており，これらの遺伝子クラスターから本研究ではこのユニークな発現様式に注目し，cPcdh

約 60 種類の cPcdh 分子種が発現する。cPcdh 分子種はい遺伝子ファミリーの発現制御機構を明らかにすることを

ずれも細胞外領域に 6 つのカドヘリンモチーフをもつ 1

目的として，同遺伝子の制御領域の同定を試みた。その

回膜貫通型タンパク質であり，主に中枢神経系で発現し結 果 ， 他 動 物 種 間 と の 相 同 性 比 較 お よ び DNaseIている。各 cPcdh 分子種の発現様式を in situ ハイブリダ

hypersensitive assay により Pcdhγ 遺伝子下流に新規の制

イゼーション，およびプルキンエ細胞を用いた Single-cell

御領域を発見することが出来た。次にこの制御領域の機

RT-PCR で解析したところ，個々のプルキンエ細胞では能を動物個体レベルで解析するため，同領域を欠損させ異なる cPcdh 分子種を複数組み合わせて発現しているこた遺伝子改変マウスを作製し，このマウスにおける各と，さらにこの発現が染色体レベルで制御されているこ

cPcdh ファミリー分子種 mRNA の発現量を定量したとことが明らかとなった。この結果から，単一プルキンエ細ろ，全ての Pcdhβ 分子種において mRNA 発現が顕著に減胞内で発現するクラスター型プロトカドヘリンの組み合少していた。一方，Pcdhα 遺伝子，Pcdhγ 遺伝子の mRNA

わせは，数百万通り以上になると推定された。また，こ発現量は Pcdhβ 遺伝子ほど変動は無かった。

の単一細胞レベルでの差次的な発現様式は，海馬，大脳以上の結果から，cPcdh ファミリー遺伝子の発現制御

皮質，嗅球，線条体などほとんど全ての神経細胞で認めは個々の遺伝子クラスターごとに制御されていることがられており，これら cPcdh 遺伝子ファミリーは脳神経系示唆された。

11．光活性化型チャンネルを用いた塩分摂取行動の制御機構に関する研究
檜山武史（基礎生物学研究所）
平林真澄，冨田江一（生理学研究所）

脳弓下器官には，体液ナトリウムレベルの監視と塩分するベクターを C57BL6 マウスの前核期受精卵にインジ摂取行動の制御に関わる中枢が存在する。しかし，塩分ェクションし，トランスジェニックマウスを作出した。

摂取行動の制御を担う神経細胞の実体はまだ明らかにな得られた個体をグルタミン酸脱炭酸酵素 (GAD67) 遺伝っていない。本研究では，光活性化型チャンネルやトラ子プロモーター制御下にテトラサイクリン制御性トラン

ンスポーターを脳内の特定の細胞に発現したマウスを作

ス活性化因子 (tTA) を発現するマウス（GAD-tTA マウ

成し，神経活動の光制御と行動実験を組み合わせることス；埼玉大学中井淳一教授より供与）と交配した。産まにより，塩分摂取行動の制御に関わる神経細胞の同定をれた仔マウスの脳では，すべての GABA ニューロンにお目指した。

いて ChR2 や NpHR を発現することが期待されたが，実

光活性化型チャンネルであるチャンネルロドプシン

際には，ごく一部の細胞にしか発現が確認できなかった。

(ChR2) や光制御型トランスポーターであるハロロドプ

GAD67 遺伝子プロモーター活性が弱いことが原因と推

シン (NpHR) を脳内の特定の細胞に発現するトランスジ測された。

ェニックマウスの作成を試みた。テトラサイクリン応答

現在，トランスジェニックマウス作成による遺伝子導配列 (Tre) の制御下に ChR2-EYFP や NpHR-EYFP を発現入に換えてウィルスを成体の脳へ注入することによる局

170

計画共同研究報告

所遺伝子導入法を試みている。今後，光ファイバーを用る光刺激装置と行動実験装置を完成した。光変換蛍光タ

いてこのマウスの脳内標的部位（第 3 脳室前壁の脳弓下ンパク質 (KikGR) を全身に発現するトランスジェニッ

器官近傍）に光を導入し，自由行動中に脳内の特定のニクマウスを用いて，光ファイバー先端から照射される光ューロンの活動の制御を試みると共にマウスの塩分摂取の到達範囲を調べたところ，目的部位を含む広汎な範囲

行動を観察する予定である。そのため，この実験に用いに光照射可能であることが確認された。

12．臓器欠損モデルラットを用いた臓器再生中内啓光，小林俊寛（東京大学医科学研究所）
平林真澄（生理学研究所）

幹細胞を用いた臓器再生は再生医療における究極的な一方，同時並行して，膵臓を欠損する KO ラットの作

ゴールの一つである。我々はその目標を実現するための製も進めていた。破壊する遺伝子は先にあげた Pdx1 で，最初のステップとして，昨年度までの共同研究において，

ターゲティングベクターを作製し，平林研で樹立された

膵臓を欠損する Pdx1 ノックアウト (KO) マウスの胚にラ高効率に生殖毛列に寄与するラット ES 細胞にエレクトットの人工多能性幹細胞（iPS 細胞）を注入することでロポレーション法によりそれらを導入し，薬剤選抜を行

完全にラット iPS 細胞由来からなる膵臓をマウスの中にった。PCR 法あるいはサザンブロット法により相同組換作製することに成功した (Kobayashi T.ら Cell (2010))。そえラインの選定を行ったところ，片アレルでの組み換え

こで本共同研究においては昨年度に引き続き，臓器を欠が起こった Pdx1 ヘテロ KO ES 細胞を得ることに成功し損する遺伝子改変ラットを作製する。そこに同種またはた。その細胞を野生型ラットの胚盤胞へ注入したところ，マウス等異種の幹細胞を移植することにより移植した細全身で注入した ES 細胞由来の組織を持ったキメララッ

胞の治療効果，あるいは臓器発生への寄与能を評価する

トの作製に成功した。現在，ES 細胞由来の表現型が生殖系として利用することを目的とする。

系列への寄与を介して次世代へ伝搬するかを確認中であ

昨年度は臓器欠損モデルラットの作製に向けて，前核期 DNA 注入法を介してトランスジェニック (Tg) ラット

り，それがうまくいけば世界初の Pdx1 KO ラット作製に向けた第一歩となる。

を作製した。Pdx1 という膵臓特異的な遺伝子のプロモー以上，より KO ラット作製を主とし，膵臓欠損を示す

ターの下流で Cre recombinase の作用によりジフテリア毒

ラットを作製中である。今後，目的のラットを確立した

素 (DTA) を発現するように構築した導入遺伝子を用い

後，それらにマーキングを施した幹細胞を胚発生，あるたものであったが，Cre を恒常的に発現する Tg ラットをいは出生後に導入し，治療効果あるいは欠損臓器への寄交配させたところ，膵臓の欠損を引き起こすことはでき与等を評価する。

なかった。

13．脳領域特異的なコンディショナルなメタスチンノックアウトマウスの作製とその解析前多敬一郎，束村博子，上野山賀久，冨川順子，深沼達也，後藤哲平（名古屋大学大学院生命農学研究科）
平林真澄（生理学研究所）

メタスチン（キスペプチン）は GPR54 の内因性リガン

ドとして発見された神経ペプチドである。このペプチド171

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

を含むニューロンは，近年，性腺刺激ホルモン放出ホルる。

モン (GnRH) の分泌を直接制御し，卵巣から分泌される

本研究においてすでに作出された Kiss1-flox マウスにエストロジェンの GnRH へのフィードバック効果を仲介

ついては，ホモマウスが作出され，妊孕性があり，繁殖するニューロンとして注目されている。

機能が正常であることを確かめた。

メタスチンニューロンは，げっ歯類脳内では 2 つの集

一方，AVPV あるいは ARC に特異的に Cre リコンビナ団を形成し，一つは前腹側室周囲核 (AVPV) に，もう一ーゼを発現する Tg マウスを作出するために，in vivo

つは視床下部弓状核 (ARC) にある。AVPV にある集団はreporter assay により脳領域特異的な Kiss1 発現エンハン

排卵を制御し，エストロジェンの正のフィードバックにサーの同定を進めている。現在までに作製された複数の関与するとされている。ARC の集団は GnRH のパルス状

Tg マウスにおいて，AVPV と ARC の両神経核に GFP を

分泌を制御しており，卵胞発育を制御することで生殖機発現する系統に加え，ARC でのみ GFP を発現する系統

能全体の中枢として機能していると考えている。本研究を見いだしている。

では，メタスチンニューロンの脳内の 2 つの集団の生理

これらの知見をもとに，現在 AVPV あるいは ARC に的役割を明らかにするため，Cre/loxP システムを用い，特異的に Cre リコンビナーゼを発現する Tg マウスの作

それぞれの脳領域で特異的にメタスチン発現を欠損する製を進めている。

ようなコンディショナル KO マウスの作出を目指してい14．ラット精子幹細胞を用いた顕微授精篠原隆司（京都大学大学院・医学研究科）
平林真澄（生理学研究所）

培養精子幹細胞（Germline Stem，GS 細胞）は試験管

授精交配による産仔の作成を試みた。SD および Wistar

内では幹細胞として増殖し，精巣内に移植すると精子に由来の卵子合計 1568 個に顕微授精を行い，うち 1277 個分化する。昨年までに申請者はラット由来の GS 細胞にが生存し 1081 個を子宮内に注入した。43 個の着床が認遺伝子トラップベクターを導入し，薬剤選択と精巣へのめられたが，産仔は得られなかった。一方，遺伝子トラ移植による精子分化の誘導を行ない，遺伝子改変 GS 細ップベクターROSA beta-geo を用いて改変した GS 細胞か

胞由来の精子形成細胞を顕微授精することにより遺伝子

らは産仔が得られていたが，一部のクローンから産まれ改変動物を作成することができた。今年度は相同組み替

た産仔については高い頻度で巨大胎盤が認められた。そえベクターを中心としノックアウトラット作製を目指し

こで Combine bisulfite restriction analysis にて imprinting 遺た。

伝子の differentially methylated region のメチル化を調べた

平成 22 年度の研究ではラット由来のノックアウトベ

が，異常は認められなかった。また，巨大胎盤の産仔かクター（Lesch-Nyhan 病の原因遺伝子である Hprt，接着

らは自然交配により正常な産仔が得られた。これらの成因子 occludin の破壊ベクター）を作成し，ラット GS 細果をまとめ，論文発表を行った。(Kanatsu-Shinohara M.,

胞へ導入し，薬剤選択により Hprt 遺伝子につき 44 個，

Kato-Itoh M., Ikawa M., Takehashi M., Sanbo M., Morioka

Occludin 遺伝子にて 146 個のクローンを樹立したうち，Y., Tanaka T., Morimoto H., Hirabayashi M., Shinohara T.

Occludin 遺伝子にて 2 個の相同組み換えクローンを同定

Homologous recombination in rat germline stem cells. Biol.

した。ヌードマウスおよびラットのレシピエント精巣にReprod. 2011; 85(1):208-217)

移植を行ったところ，コロニー形成が認められた。顕微172

計画共同研究報告

15．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
森下裕貴，吉岡靖雄，吉川友章，堤康央（大阪大学大学院薬学研究科

高雄啓三，宮川剛（生理学研究所

毒性学分野）

行動様式解析室）近年，産業利用を目的として開発・製造されるナノマ性を解析しようとするものである。平成 22 年度は，ナノテリアルの実用化が多様化・加速化している一方で，予マテリアルの胎仔期曝露が出生仔に与えるハザード同定

期しにくい毒性を発現してしまうことが世界的に危惧さを試みた。妊娠期に過剰量の非晶質ナノシリカを静脈内れている。特に，情動・認知行動に及ぼす影響評価は，投与したマウスから生まれた新生仔に対して，網羅的行

世界的に最重要課題と考えられているものの，実験手法

動テストバッテリーを実施した。その結果，ナノマテリの困難さから未だ検討された例は皆無と言える。本研究

アルを胎仔期に曝露した新生仔は，対照群に比べ，驚愕は，粒子径や表面修飾の異なったナノマテリアルを用い，反応の亢進などいくつかの情動・認知行動異常を呈する

ナノマテリアルの物性（特性）と有害性（情動・認知行

ことが明らかとなった。今後は，継続した共同研究のも動毒性）との連関を追求し，安全なナノマテリアの開発と，生化学的解析，組織学的解析を含め各種の解析方法に必須の情報を集積することを目的としている。具体的を駆使し，今回明らかとなったナノマテリアルの胎仔期には，乳幼仔・成体マウス・妊娠マウスにナノマテリア

曝露による情動・認知行動異常のメカニズムを追究する

ルを静脈内・経鼻・経気道投与した後，体重，体温，各予定である。また，粒子径や表面修飾の異なる非晶質ナ

種反射，筋力，活動量，不安様行動，薬物感受性，痛覚

ノシリカ，もしくはナノ酸化チタン等を胎仔期曝露した

感受性，社会的行動，協調運動，運動学習，感覚－運動

新生仔の情動・認知行動解析を通じて，ナノマテリアル

ゲーティング，鬱様行動，記憶・学習，固執傾向，恐怖の物性と有害性の連関を追及すると共に，過剰量の静脈条件付け，サーカディアンリズム等を測定できる網羅的内投与によるハザード評価のみならず，実際の曝露実態

行動テストバッテリーを行うことで，情動・認知行動毒を加味した検討を進める計画である。

16．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
冨樫和也，荒木敏之（国立精神・神経医療研究センター 神経研究所）
高雄啓三，宮川剛（生理学研究所

行動様式解析室）NHE5 は神経系特異的に発現する Na+/H+ 交換輸送体

唆されている。以上のことから本研究では NHE5 の生理(NHE) をコードする遺伝子 SLC9A5 としてクローニング

的役割と病態との関連を明らかにすることを目的とする。

された。培養細胞における強制発現系を用いた実験からそこで網羅的行動様式テストバッテリーを用いた行動

NHE5 は細胞膜に局在して NHE として機能することが報観察を実施するため NHE5 KO マウス（ヘテロ型）同士

告されている。また，免疫染色に使用できる抗体が存在を交配し，NHE5 KO マウス（ホモ型）及び同腹の野生型

しないことから生体内における蛋白レベルでの発現分布

マウスをそれぞれ 24 匹ずつ用意した。しかし，飼育施設も明らかになっておらず，その mRNA が神経系特異的にから生理学研究所への輸送直前にパスツレラ菌が検出さ発現すること以外，生体内における役割はほとんど解明れたため，輸送を中止し，実験を行えなかった。

されていない。一方，脊髄小脳失調症 4 型，常染色体優このため，クリーンアップ作業を実施すると共に行動性小脳失調症の患者で変異が見つかった遺伝子座に当該

様式解析室を訪問して行動テストバッテリーを見学し，遺伝子が含まれているなど，神経変性疾患との関与が示

今後の研究の準備とした。

173

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

17．エピゲノム変異原性発達障害モデルマウスの行動解析
国分康博，田賀哲也，鹿川哲史（東京医科歯科大学
高雄啓三，宮川剛（生理学研究所

難治疾患研究所）
行動様式解析室）中枢神経系の発生過程では，神経幹細胞から神経系を広汎な障害を示す ASD の主たる責任遺伝子ではないか

構成する様々な細胞が産出される。神経幹細胞から各娘と考えた。そこで，平成 22 年度は自閉症治療薬として米細胞には全く同一の DNA 塩基配列情報が継承されるが，国で認可（本邦では注意欠陥多動性障害治療薬として承塩基配列変化を伴わないエピジェネティックな遺伝子発認）されドーパミントランスポーターの阻害効果が知ら

現制御により各細胞系譜の個性が確立されると考えられれる向精神薬メチルフェニデート (MPH) を変異マウスている。本研究では，遺伝子トラップ法で得られたヒスに投与し，その効果を詳細に解析した。まず，多動傾向

トン脱メチル化酵素 Gasc1 遺伝子変異マウスを用い，エに対する効果についてホームケージを用い，活動量が最ピジェネティクス制御の異常が神経発生に及ぼす影響に大となる暗期に測定した。MPH 1 mg/kg の投与から数時ついて解析した。Gasc1 遺伝子変異マウスには際立った間後，変異マウスの過剰な活動量が有意に低下し正常化

形態形成異常は検出されなかったが，高次脳機能の異常することがわかった。また，常同行動については MPH

を感度良く検出する行動テストバッテリーを行ったとこ

または生理食塩水を投与したマウスをオープンフィール

ろ，多動・固執傾向，および作業記憶・参照記憶の異常

ドに置き 120 分間比較した。正常マウスは MPH 投与にが検出された。近年，ヒト自閉症スペクトラム障害より常同行動回数が増加したが，もともと常同行動の多（autism spectrum disorders，以下 ASD）の遺伝素因解析にい変異マウスは MPH 投与しても常同行動に変化を示さ

より，疾患との関連が予想されるいくつかの遺伝子座がず正常に近い値を示した。以上，Gasc1 遺伝子変異マウ報告された。報告には Gasc1 遺伝子近傍の SNP や Gasc1

スが多動・固執傾向，および作業記憶・参照記憶異常を遺伝子を含むヒト第 9 番染色体の部分欠損も含まれてい示すことおよび向精神薬 MPH により症状の改善が見らた。正常な Gasc1 機能が損なわれると多くの下流標的遺れたことから，Gasc1 遺伝子はヒト ASD の責任遺伝子で伝子の発現変動が予想されることから，我々は Gasc1 があり高次脳機能構築に深く関わることが示された。

18．網羅的行動テストバッテリーを用いた Cdc42ep4 欠損マウスの解析
木下高雄啓三，宮川専（名古屋大学大学院
剛（生理学研究所

理学研究科）

行動様式解析室）【共同研究の概要】 細胞形態形成に中心的な役割を果た状回ニューロンと小脳バーグマングリア細胞に特に高発す低分子量 GTP 結合蛋白質 Cdc42 を完全欠損するマウス

現することに着目し，Cdc42ep4 欠損マウスを作製する。

は致死となる。脳特異的 Cdc42 欠損マウスは全前脳症を

2) 網羅的行動解析によって異常を検出し，原因となる神呈するが，これは Cdc42 のエフェクター分子群 WASP，経回路を同定し，微細形態解析や生化学的解析でメカニ

IQGAP，PAK キナーゼ，Cdc42ep 等を介するパスウェイ

ズムを解析する。

の異常による複合的な神経発生異常と考えられる。一方，【結果のまとめ】 22 年度は 1) を完了し，予備的な解析

成熟したニューロンやグリアの Cdc42-Cdc42ep の下流にを行った。すなわち C57BL/6J 系統の Cdc42ep4fl/fl マウ

はセプチン細胞骨格が存在するが，このパスウェイの生スを樹立し，CAG-Cre ドライバーとの交配によって理的意義は全く不明である。そこで本研究では以下の 2

Cdc42ep4 del/del マウスを得て，蛋白質レベルの欠損をイ段階で探索を行う。1) Cdc42ep1-5 遺伝子ファミリーの中

ムノブロットと免疫組織染色で確認した。少数個体でので成熟脳において最も発現量の多い Cdc42ep4 が海馬歯予備的な検討では顕著な発生異常，脳形態異常（光顕レ174

計画共同研究報告

ベル），小脳失調（歩行試験，Rotarod 試験）などは認め同腹の野生型群，各 20 個体ずつを目標に繁殖を進める。

なかった。現時点ではホモ接合体間の繁殖能力が確認で行動様式解析実験室の標準化された行動テストバッテリ

きていないが，この原因が交尾行動の異常か，生殖系なーを用いて空間記憶，作業記憶，協調運動能などを含む

いし内分泌系の異常か，それ以外かは検討中である。

一連の行動解析を施行して異常を検出し，その発生メカ【今後の予定】 23 年度は引き続き Cdc42ep4 del/del 群とニズムを追究する。

19．Fcγ RIIB 欠損マウスを活用した精神疾患の中間表現型の解明
上野浩司，岡本基（岡山大学大学院

高雄啓三，宮川剛（生理学研究所

保健学研究科）
行動様式解析室）FcγRIIB は免疫グロブリン IgG の Fc 部分と結合する受おり，他の抑制性介在ニューロンと比較して強い抑制性

容体の一種で，一般的には免疫に関わる細胞に発現してを示す。PV ニューロンの抑制性入力に異常があれば，錐いると考えられている。しかし，我々は FcγRIIB 蛋白が体細胞の活動にも異常を来たし，行動にも異常が見られ

大脳新皮質や海馬では抑制性ニューロンの一種であるると考えられる。統合失調症の原因は未だ解明されていParvalbumin 陽性ニューロン（PV ニューロン）上に発現ないが， PV ニューロンの機能異常によるとする説があしていることを発見した。FcγRIIB を欠損させたマウス

り，統合失調症では PV ニューロンを含む脳の発達異常の出生後早期における PV ニューロンの発達を観察したがあることを示す臨床的，実験的研究がある。我々はこところ，欠損マウスでは PV ニューロンの発現が野生型の FcγRIIB 欠損マウスが統合失調症の原因解明に有用なマウスと比較して遅れることを発見した。さらには臨界実験モデルになるのではないかと考え行動解析を行う予期の終了を示す神経細胞周囲網の形成も遅れることを発定にしていた。

見した。マウスの成熟後も，PV ニューロンの細胞体が大しかし，マウスの繁殖が予定通りに進まず，行動実験

きく，錐体細胞周囲の PV ニューロンのシナプス終末がが行えていない。22 年度は行動様式解析室を訪問し今後少ないなど，FcγRIIB 欠損マウスの PV ニューロンに形態の研究の打ち合わせ，行動実験設備の見学，説明を受け的異常があることを確認した。

着々と準備を進めている。現在へテロマウスから行動解PV ニューロンは形態的に Basket 細胞と Chandelier 細析を実施する欠損マウス 20 匹，同胞野生型マウス 20 匹胞に分類される。PV ニューロンは錐体細胞，抑制性介在を準備中である。準備が出来次第，網羅的行動テストバ

ニューロンの細胞体や軸索起始部にシナプスを形成してッテリーを使って実験を進めていく予定である。

20．膜骨格蛋白プロテイン 4.1 欠損マウスを活用した
精神疾患の中間表現型の解明
寺田信生，大野伸一（山梨大学

大学院

医学工学総合研究部

高雄啓三，宮川解剖分子組織学教室）

剛（生理学研究所

行動様式解析室）細胞膜の脂質二重層裏側には網目状構造を形成する

4.1B」から成る。本研究の目的は，「神経系に発現する「膜骨格」があり，この構成蛋白の 1 つであるプロテイン

プロテイン 4.1 蛋白ファミリーの遺伝子欠損マウスの行

4.1 は，スペクトリンやアクチンの線維状蛋白，さらに細動様式解析により，プロテイン 4.1 の神経構築機能への胞膜貫通蛋白（イオンチャネルや接着分子）と結合する役割を明らかにすること」である。

ドメインを持つ 4 つのファミリー蛋白「4.1R, 4.1G, 4.1N,

プロテイン 4.1B は中枢および末梢神経系軸索側の細175

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

胞膜直下へ局在し，末梢神経系では無髄であってもシュについて，とくに精祖細胞における局在と細胞膜内接着

ワン細胞と接する軸索の細胞膜直下に局在することを報

分子 (cell-adhesion molecule) CADM-1 との複合体形成に告したが，これらが欠損した場合に実際にマウスの行動

ついて，議論した。

様式がどのように変化するかは明らかではない。一方，

プロテイン 4.1 ファミリーは最近，微小管上の輸送蛋

プロテイン 4.1G については，私たちが中枢神経系でのマ白との結合が見出されつつある。これら輸送蛋白と細胞イクログリアおよび末梢神経系でのシュワン細胞での発膜直下との間を行き来することで，神経細胞や神経膠細現と局在を報告したが，やはり実際の欠損状態における胞の接着や遊走に関連した突起形成へのプロテイン 4.1

神経機能変化はまだ解っていない。本年度は，これらのの機能が考えられ，このことが蛋白欠損させた場合に神遺伝子欠損マウスについて現在の作製進行状況を確認し経発達における変化をもたらす可能性があり，来年度にた。プロテイン 4.1B 欠損マウスについては，すでにマウ

実際の欠損マウスにおける行動解析を行って精神疾患のス副腎髄質のカテコラミン産生細胞についての報告を行

中間表現型の解明を目指すことについて議論し，理解をった論文について議論した。またプロテイン 4.1G につい深めた。

ては，本年度に欠損マウスも用いて検討を開始した精巣

21．光顕・電顕相関観察法による細胞内核酸分子動態の解明
金子康子，萩原小百合，関由起子（埼玉大学）
新田浩二（テラベース（株））
村田和義，永山國昭（生理学研究所）

位相差低温電子顕微鏡観察と蛍光顕微鏡観察を組み合で観察した。DNA の局在を示す蛍光に相当する位置に，わせて同一細胞の同一視野を観察する方法を確立し，細DNA を含むとみなされる規則的ならせん構造を持つひ

胞内 DNA の形状変化を高分解能で観察することを目的

も様の構造が，高いコントラストで観察できた。このひと し た 。 シ ア ノ バ ク テ リ ア Synechococcus elongatus

も様の構造はしばしばポリリン酸体に接していた。また，

PCC7942 は明暗周期により細胞分裂が同調化し，Hoechst

太さ 10 nm, 30 nm あるいは 50～80 nm の繊維状構造が多33342 染色した細胞内 DNA の形状が細胞分裂周期に合く見られた。

わせてダイナミックに変化した。特に，細胞分裂期にはさらに，新規に開発された同一細胞・同一視野を光顕・DNA が凝集して太いひも様の構造を形成する様子が確電顕同時観察することが可能なハイブリッド顕微鏡によ認できた。Hoechst 33342 で DNA 染色したこの時期の細る観察を試みた。分裂期のシアノバクテリア半溶解細胞

胞を急速凍結し，加速電圧 300kV の位相差低温電子顕微を作製し，DNA をアクリジンオレンジで染色した後，急鏡 (JEOL JEM-3100FFC) で観察すると，Hoechst 33342 染

速凍結してハイブリッド顕微鏡観察（加速電圧 200kV）

色した DNA は蛍光像と対応する位置に，高い電子密度を行ったところ，DNA の局在を示す蛍光と同じ位置に高を持った構造として観察することができた。

次のらせん構造を有する太いひも様の構造を確認するこ

細胞分裂期に DNA が形成するひも様凝集構造のさらとができた。今後，より高加速電圧による観察が可能なに詳細な微細形態を観察するために，半溶解細胞を作製

装置を用い，インタクトな細胞をそのまま急速凍結してした。Hoechst 33342 で DNA 染色した分裂期の細胞の細観察することにより，細胞内 DNA のより生きている状

胞壁を酵素処理により分解した後，低張処理により細胞態に近い自然な形状を高分解能で明らかにすることを目を穏やかに破壊し，急速凍結して位相差低温電子顕微鏡

指したい。

176

計画共同研究報告

22．位相差顕微鏡法を用いた生体活性高分子の直接観察法の開発
箕田弘喜，稲吉悠里（東京農工大学）
永山國昭（生理学研究所）

位相差電子顕微鏡法に光学顕微鏡を組み合わせたハイ

料の実環境下での観察のため，真空中の試料の観察時にブリッド顕微鏡を開発したが，これに環境制御型透過電比べ，像コントラストが低いという欠点が明らかになっ

子顕微鏡法を組み合わせて，生体活性のある浸水状態のた。そこで，像コントラストを上げるために，位相板を生体高分子の光学顕微鏡・電子顕微鏡同時直接観察を実

従来の対物絞り位置ではなく，制限視野絞りの位置に配現するために，試料ホルダーの設計製作を進める必要が置することで，高コントラスト化の検証を行った。このある。

結果，この特殊な結像条件を使用すると，像コントラス

位相差顕微鏡法は，電子の干渉性を利用した観察手法

トが上昇することが確認できた。さらに，高コントラス

であるのに対して，環境制御型電子顕微鏡法を用いた活ト化の原因について，像シミュレーションとの比較によきたミオシン生体高分子の観察においては，液体中の試り検討した結果，従来の数 mm の焦点距離の対物レンズ

料の観察を行う必要があるため，試料周りの水分子によに比べ，制限視野絞り位置に回折面を形成するレンズ条

る散乱のため入射電子の干渉性を低下させてしまう。干件では，対物レンズの焦点距離が長いために，その球面渉性の低下は試料コントラストの低下を招くため，干渉収差係数が大きくなり，その結果，像の構成要素のうち，性の低下を極力抑制した条件での試料観察が可能な試料

短波長の波長成分に対応する像コントラストを対物レン

ホルダーを開発する必要がある。本共同研究はその試料ズで転送することができないため，生物試料を形成する

ホルダー設計のための条件確認という予備実験として行

数 nm 以上の波長成分について像コントラストを高めるっている。

効果があることが分かった。

我々が，進めている環境制御電子顕微鏡法と位相差電

この光学条件は，1nm 以下程度の分解能を要求するよ

子機縁鼻鏡法を組み合わせ，ミオシン分子を重合して作うな構造の観察には適さないものの，1nm 以上の構造物

製したミオシンフィラメントを試料水溶液中に保持したで形成された生物試料の可視化には有効であると考えら状態で直接観察を行い，20nm 程度のサイズのミオシン頭れる。

部の可視化に成功した。しかしながら，液体内という試

23．昆虫の温度応答性 TRP チャネルの電気生理および進化学的解析
門脇辰彦（名古屋大学大学院生命農学研究科）
曽我部隆彰，富永真琴（生理学研究所・岡崎統合バイオサイエンスセンター）

ミツバチゲノムの解読結果から同定された新規温度受

ツバチに特異的な TRPA チャネルであり AmHsTRPA と容センサーの生理機能を解明することにより，集団とし名付けた）について，パッチクランプ法による膜電流解て恒温性を示すミツバチの社会性行動の動作原理を抽出析を行い，全細胞記録法において平均 33.9 度で活性化すすることを試みた。6 つのミツバチ TRP チャネルをる外向き整流性のある非選性陽イオンチャネル電流を確

2+

HEK293 細胞に強制発現させて，Ca イメージング法を認した。パッチ膜だけの inside-out mode においても温度

用いて温度感受性を検討した。6 つの TRP チャネルのう刺激による単一チャネル電流活性化を観察した。このチ

ち TRPA ファミリーに属する 1 つのチャネルを発現させャネルは哺乳類 TRPA1 チャネル刺激物質である AITC,た HEK293 細胞に置いて 40 度までの温度刺激に対して

cinnamaldehyde，TRPV3 刺激物質 camphor によっても活

2+

細胞内 Ca 濃度の増加が認められた。このクローン（ミ性化された。AITC, camphor 等は防虫剤として用いられ177

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）ており，34 度以上の温度と刺激同様にミツバチに対して明した ruthenium red, methol をアンテナに注入すると至侵害刺激となっているものと推定された。ruthenium red,

適温度が高温側にシフトした。シュークロース投与によmethol によって AmHsTRPA チャネル活性は阻害された。

る吻伸展反射を観察したところ，高温，AITC，camphor

ミツバチを狭い温度グラジエント装置に入れて至適温度で有意に抑制され，その抑制は ruthenium red で弱まった。

を観察したところ，ナイーブな状態では 34 度付近に最も個体レベルで AmHsTRPA が侵害性熱刺激や昆虫忌避剤

多く集まった。AmHsTRPA チャネル活性の阻害効果が判を感知しているものと考えられた。

24．カイコの休眠誘導に関わる温度センサーの解明と高感度リガンドの探索
塩見邦博（信州大学繊維学部）
曽我部隆彰，富永真琴（生理学研究所・岡崎統合バイオサイエンスセンター）

生物は季節への適応進化として表現型の可塑的変化の

カイコ TRP チャネルのクローニングを試みた。その結果，一つである季節的多型を生活史形質として獲得している。

BmTRPA1, BmTRPA3, BmPyrexia, BmPainless, BmTRPA4

カイコに見られる胚休眠はユニークな季節的多型であり，のクローニングに成功した。これらの遺伝子を HEK293

この休眠性は母蛾が胚期に受けた外部環境温度によって細胞に導入して Ca-imaging 法，パッチクランプ法を用い決定する。胚発生期を 15 度で過ごすと次世代は非休眠卵て解析したところ，BmTRPA1 が温度感受性をもち，活になり，25 度で過ごすと休眠卵になること，さらに，こ性化温度閾値が約 21 度であることが分かった。また，の休眠卵は休眠ホルモンによって誘導されることが分か

BmTRPA1 は哺乳類 TRPA1 と同様に過酸化水素，formalin，っている。カイコの胚休眠は外部環境温度の受容によっcinnamoaldehyde にも感受性を有することが判明した。加て次世代の休眠性が決定するという，世代を超えた温度

えて，哺乳類 TRPA1 の阻害剤であり，ミツバチ TRP チ

応答機構であると言える。しかし，胚期にどの細胞のどャネルを活性化する camphor が BmTRPA1 を活性化するの分子が環境温度を感知して休眠ホルモンの放出制御がことがわかり，TRPA1 としての感受性が種を越えて保存

行われているかは不明である。そこで，哺乳類から昆虫されていることが明らかになった。この BmTRPA1 がいまで広く環境温度の感知に関わる温度感受性 TRP チャ

かにカイコの温度依存性の生態に関わっているかの検討

ネルがカイコ胚の温度受容に関わっていると想定して，を進めている。

25．筋機械痛覚過敏における TRP チャネルと ASIC チャネルの役割
水村和枝，片野坂公明，田口徹，久保亜沙子，太田大樹，Luis Fernando Queme Cobar（名古屋大学環境医学研究所）

加塩麻紀子，富永真琴（生理学研究所・岡崎統合バイオサイエンスセンター）

温度センサーや酸のセンサーとして見つかった機構を理解する上で大変重要である。そこで，水村らがTRPV1, 2, 4 や ASICs が，機械痛覚過敏に関わっていると開発したラット後肢に伸張性収縮負荷を加えるモデルをの報告があり，水村らもまた伸張性収縮負荷による遅発

野生型マウスに適用したところ，ラットより短いものの性筋痛の機械痛覚過敏に TRP チャネル，ASIC チャネル

2 日まで持続する遅発性筋痛の機械痛覚過敏が観察されが関与することを明らかにしてきた。このように，通常た。この機械痛覚過敏は，TRPV1 阻害剤 capsazepine で機械応答に関与していない分子が，組織状態の変化によ抑制され，TRPV1 欠損マウスではほとんど観察されなかり機械応答の増大をおこす機構を探ることは，侵害受容った。ASICs 阻害剤 amiloride でも伸張性収縮負荷による178

計画共同研究報告

機械痛覚過敏の軽減が観察された。さらに，TRPV4 欠損

ることが明らかになっており，その NGF 産生に筋肉に発マウスでも伸張性収縮負荷による機械痛覚過敏の軽減が現する TRPV4 が関わっているものと推定し，遅発筋痛認められたことから，伸張性収縮負荷による機械痛覚過発症モデルでの NGF 遊離量を野生型マウスと TRPV4 欠敏の発生に複数のチャネル (TRPV1, TRPV4, ASICs) が関

損マウスで比較検討しているところである。

与する可能性が示唆された。この筋痛発症に NGF が関わ

26．膵島インスリン分泌における TRP チャネルの機能解析
出崎克也，Damdindorj Boldbaatar（自治医科大学医学部）
内田邦敏，富永真琴（生理学研究所・岡崎統合バイオサイエンスセンター）

TRPM2 は膵臓 β 細胞に発現してインスリン分泌に関Ca2+濃度増加やトルブタマイドによる細胞内 Ca2+濃度増

与することが推察されているが，個体レベルでのインス

加に差はみられなかった。一方，インクレチンホルモン

リン分泌への関与は明らかではない。そこで，野生型マ(GLP-1) による細胞内 Ca2+濃度増加は TRPM2 欠損マウ

ウスと TRPM2 欠損マウスから単離した膵臓 β 細胞の細スでは全く観察されなかった。これらの結果は，グルコ

2+

胞内 Ca 動態を蛍光指示薬 fura-2 を用いて解析した。グースおよびインクレチンホルモンによる膵臓 β 細胞内

ルコース濃度を 2.8 mM から 22.4 mM に増加させると野Ca2+濃度増加に TRPM2 が強く関与することを示してい

生型 β 細胞では大きな細胞内 Ca2+濃度の増加とオシレーる。

ションが観察された。20 分間の 22.4 mM グルコース刺激
2+

膵島からのグルコースやインクレチンホルモンによるによる細胞内 Ca 濃度増加は TRPM2 欠損 β 細胞で有意インスリン分泌や個体でのグルコース耐糖能に野生型マに小さく，早期の大きな増加（10 分まで）とその後のオウスと TRPM2 欠損マウスで差があるのかの検討を進め

シレーション（10～20 分）どちらも同じくらい小さかっている。

た。また，グルコース濃度 2.8 mM での基礎的な細胞内27．センサー分子である TRP チャネルを制御する天然薬物の探索とその創薬プロトタイプとしての有用性の検討
門脇

真，織田

聡，坪田悠真，王暁宇，李在敏（富山大学和漢医薬学総合研究所）

内田邦敏，富永真琴（生理学研究所・岡崎統合バイオサイエンスセンター）

温度感受性 TRP チャネルはカプサイシン，メントール，

パッチクランプ法を用いてその化合物・抽出物による温カンフルなど多くの植物由来の物質によって活性化する

度感受性 TRP チャネル電流活性化を検討する。また，温ことが知られている。そこで，提案代表者は生理学研究

度感受性 TRP チャネルが発現する細胞（腸管神経，感覚所の富永教授と共に，所属研究施設が構築した和漢薬ラ

神経や表皮ケラチノサイト等）での効果も検討する。さイブラリー（合計 240 種類の局方収載生薬標準化合物及らに，温度感受性 TRP チャネル欠損マウス及び温度感受び標準生薬抽出物）を用いて，TRP チャネルを制御する性 TRP チャネルが関与すると予想される疾患の病態モ

天然薬物の探索を行い，創薬プロトタイプとしての有用

デルマウスを用いて，その活性化の生理学的意義及び薬性を検討することを目的とする。温度感受性 TRP チャネ

理学的意義を検討する。In Cell Analyzer を用いた解析で，

ルを培養細胞に強制発現させて，Ca-imaging 法を用いて「陽」「飲」と称されるいくつかの漢方成分の投与によっ種々の局方収載生薬標準化合物及び標準生薬抽出物の効ていくつかの温度感受性 TRP チャネル発現細胞で細胞果をスクリーニングする。陽性成分が明らかになれば，

内 Ca2+濃度の有意な上昇が観察されている。

179

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）28．シナプス後膜におけるグルタミン酸受容体のトラフィック制御機構
柚﨑通介（慶應義塾大学医学部）

速い興奮性神経伝達は AMPA 型グルタミン酸受容体

ス前部を誘導するのみでなく，シナプス後部においてによって担われている。記憶・学習の基礎過程は，シナGluD2 の細胞内ドメインを介してシナプス後部分子の集プス後膜における AMPA 受容体の数が神経活動によっ

積も引きおこすことが分かった。そこで，in vivo において増減することであると考えられている。本研究では，ても Cbln1 の有無によって GluD2 のシナプス集積度合い

神経活動がどのようなバイオ分子によりセンスされ，どが異なるかどうかを SDS-FRL 法によって定量したとこのようにして AMPA 受容体の数の制御に変換されて長ろ，Cbln1 欠損マウスにおいてはシナプス後部における期記憶を担うのかを明らかにすることを目指した。

表面 GluD2 の集積が有意に低下していることが明らかに

小脳は運動学習の獲得に関与し，平行線維－プルキンなった(Science, 2010)。また，Cbln1 はシナプス前部におエ細胞シナプスにおける長期抑圧 (LTD) 現象がその基いては Neurexin と結合し，Neurexin-Neuroligin による従礎過程と考えられている。小脳 LTD は神経活動の亢進に来のシナプス形成経路と競合することを見いだした

よってプルキンエ細胞における AMPA 受容体が選択的(Eur J Neurosci, 2011)。さらに，Cbln1 欠損マウスや GluD2にエンドサイトーシスされることにより起きる。この過欠損マウスでは，定常状態において AMPA 受容体の数が程には平行線維が分泌する Cbln1 と，シナプス後部に存増加していた（論文準備中）。すなわち，Cbln1-GluD2 経

在するδ2 型グルタミン酸受容体 (GluD2) がともに必須

路が，AMPA 受容体のエンドサイトーシスや LTD を制である。またこれらの分子は平行線維シナプス形成と維御する可能性を示唆する。神経活動によってどのように持にも必須である。しかしその分子機構についてはよくNeurexin-Cbln1-GluD2 シグナリングが制御されるのかを，分かっていなかった。平成 22 年度は，前年度に引き続き，

引き続き生理学研究所脳形態解析研究部門と共同しつつ

Cbln1 と GluD2 によるシナプス形成制御機構を中心に研研究を進めていく予定である。

究を進めた。培養神経細胞においては，Cbln1 はシナプ

29．MP-floxed NDI マウスを活用した精神疾患の中間表現型の解明
関野有紀，佐々木恵太，永原朋貴，植田弘師（長崎大学大学院医歯薬学総合研究科分子薬理学研究分野）
高雄啓三，宮川剛（生理学研究所

行動様式解析室）植田らが発見した脳保護蛋白質プロサイモシンα

temperature, Body weight, Whisker, Coat, Righting reflex,(Ueda et al., JCB, 2007; Ueda, Pharmacol Ther, 2009,

Whisker-twitch, Ear-twitch, Reaching, Wire hang test, Grip

Review) のヘテロノックアウトマウス（MP-floxed NDI マ

strength, Key jangling), Light/Dark transition, Open field test,ウス）の持つ行動科学的表現型の詳細を明らかにするた

Elevated plus-maze test, Social interaction test, Hot plate test,

めに，網羅的行動科学テストバッテリーを検討した。実Rota-rod test, Prepulse inhibition test, Fear conditioning test,

験にはヘテロ接合型マウス同士の交配により得られたT-maze test, Novelty Induced Hypophagia, Marble Burying

10-18 週齢の MP-floxed NDI マウス 20 匹，対照群に同腹

test である。

の野生型マウス 20 匹を用いた。これらのマウスはあらか

網羅的行動テストバッテリーを実施した結果，

じめ生理学研究所，行動様式解析室に搬入し 1 週間の環

MP-floxed NDI マウスには我々がすでに得ている精神神

境順化を行い実験に用いた。以下の解析項目について実

経科学的表現型の他に新たな行動科学的表現型を見いだ施した。General health and neurological screening (Rectal

すことに成功した。

180

計画共同研究報告

本計画共同研究によって得られた新規知見は，プロサ
イモシンαの新たな役割を示唆するものである。今後はマイクロアレイ等の手法にて網羅的に解析し，組織形態的な観察を含めて論文作製を行う予定である。

その分子機構に相当する脳部位別機能蛋白質発現変化を30．QRFP 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
岡本紀太郎，櫻井高雄啓三，宮川武（金沢大学大学院医学研究科）

剛（生理学研究所

行動様式解析室）我々のグループは GPR103A および GPR103B の内因性かった。明暗選択箱テスト装置では最初にダークボック

リガンドとして新規神経ペプチド QRFP を同定した。

スにいれてからライトボックスに移動するまでの時間が

QRFP は視床下部より発現し，受容体は大脳辺縁系や線変異マウスにおいて有意に短かったものの，オープンフ

条体に発現している。QRFP の脳内投与により摂食量のィールドテストにおいて行動が亢進しており，高架式十亢進，交感神経系の活性化，常同行動の亢進などが観察

字迷路においてはオープンアームへの移動回数も，滞在されるが，このペプチドの正確な生理的役割は不明であ時間も短く変異マウスにおいて不安様行動の亢進が示唆る。そこで QRFP ノックアウトマウスの系統的な行動解された。痛覚感受性テスト，社会的行動テスト，プレパ

析を行うことにより，QRFP が関与する病態の解明や治ルス抑制テスト，強制水泳テスト，恐怖条件付けテスト，療への展開を図るため今研究をおこなった。QRFP ノッ

歩行解析，24 時間の活動性・サーカディアンリズム，ホクアウトマウスの C57B6/J への 8 世代バッククロスマウ

ームケージ内での社会的行動などには有意な違いを認めスである欠損マウス 20 匹，および同胞野生型 20 匹を用なかった。テールサスペンションテストでは諦めるのがいて，運動機能，不安・恐怖反応，生理学的機能，学習・はやい傾向がみられたので，変異マウスでは体重減少，記憶機能，社会行動につき系統的な網羅的行動テストバ

不安のみならず鬱傾向がみられることも示唆した。以上

ッテリーを行った。一般的な健康状態として，変異マウのノックアウトマウスの解析より，QRFP は動機に深くスにおいて体重が有意に減少していた。直腸温，髭や毛かかわるペプチドであることが示唆された。

皮の状態，神経学的反射反応，筋力などに変化は認めな

31．滑脳症モデルマウスを用いたカルパイン阻害剤有効性の検証
広常真治，鳥羽栞（大阪市立大学

大学院医学研究科

細胞機能制御学）高雄啓三，宮川剛（生理学研究所

行動様式解析室）滑脳症は神経細胞の遊走障害によるヒト中枢神経系の生後直後から投与した群，(3) 生後 10 日後から投与を開形成不全である。滑脳症は原因遺伝子・LIS1 のヘテロ変始した群，(4) LIS1 ヘテロ変異マウスで非投与群，(5) 正異によって起こるが，滑脳症モデルマウスを用いた実験

常マウスの 5 群において各々12 匹を用意し 8 週齢から解から，カルパイン阻害剤が LIS1 の分解を抑制し，様々な析を始めた。

表現形を回復させることを発見した。今回の研究計画でまず general health neurological screening を行った。このはヒト滑脳症の治療に向けた新たなカルパイン阻害剤の基本的なテストでは 5 群の中では有意な差は認められな有効性を滑脳症モデルマウスの行動解析で検証した。滑かった。また，マウスの行動の活発性と明るさに対する脳症モデルマウスである LIS1 ヘテロ変異マウスに対し不安感を調べるために light and dark transition テストを行て，(1) 胎児期からカルパイン阻害剤を投与した群，(2)った。light and dark transition テストでは各群有意差はな

181

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

かったものの，light area に 50%の時間とどまっていた。

回の行動解析では rotarod テストと gait テストで有意なデ

このことは被検査マウスは明るさに対する恐怖心が低いータが出たことから今回も rotarod テストと gait テストをことを示しており，今回のマウスが FVB バックグラウン

行う予定である。

ドであることと強く関連しているものと考えられる。前32．遺伝子改変マウスの網羅的行動解析による細胞骨格関連遺伝子の機能解明
細川辻川浩（京都大学

幸（京都大学

大学院情報学研究科

大学院生命科学研究科

高雄啓三，宮川知能情報学専攻）

高次生体統御学分野）

剛（生理学研究所

行動様式解析室）形態学的な変化を伴うシナプス可塑性には，細胞骨格行った。遺伝子改変マウスは，C57BL/6 系統に対して 10の制御が重要な役割を担っていると考えられているが，世代のバッククロスを行い，ヘテロ個体の掛け合わせにどのような生理機能に関与しているのかは不明な点が多よってホモ個体と野生型を作出した。ホームケージにおい。そこで，細胞骨格結合タンパク質である MAGI1 にける活動性の日内変動には異常がみられず，またメタン着目し，MAGI1 遺伝子変異マウスを用いて，各種行動解フェタミン感受性にも異常が見られなかった。

析を行ったところ，不安様行動の促進などの行動異常が今後は，遺伝子発現解析とともに，各種薬剤投与下にみられた。そこで，さらに詳細な解析を行う目的で，ホおける行動解析を行い，さらに他の細胞骨格関連遺伝子

ームケージにおける活動量の日内変動と，オープンフィ

変異マウスの解析を行うことで，細胞の変形が引き起こールドテストにおけるメタンフェタミン感受性の解析をす生理機能を明らかにしていく予定である。

182

磁気共鳴装置共同利用実験報告

磁気共鳴装置共同利用実験報告
〔

目

次

〕

１．嗅覚がストレスを緩和するヒト脳内メカニズムの解明－fMRI を用いた検討（柴田美雅ほか）............................................................................. 186
２．ヒトの表情による脳活動とその制御機序－Subliminal 画像を用いた研究（中村浩幸）................................................................................. 186
３．磁気共鳴画像装置による脳賦活検査を用いたヒトの情動とストレス脆弱性に関する研究（飯高哲也ほか）............................................................................. 187
４．非侵襲的脳機能検査による疲労・疲労感と学習意欲の評価法（渡辺恭良ほか）............................................................................. 187
５．他者の信頼性の判断（渡部幹ほか）............................................................................. 188

６．時間割引能力の発達とその脳機構の解明（田中沙織）................................................................................. 188
７．外国語運用能力の熟達化に伴う言語理解・産出の自動化プロセスの神経基盤（横川博一ほか）............................................................................. 190
８．カテゴリー判断課題におけるプライミング効果による神経基盤と賦活状態の解明－L2 習熟度別反応を中心に－（大石晴美ほか） .................................................... 190
９．味の認知過程における自律神経系の活性化に関与する神経機構（姜英男ほか）............................................................................. 191

10．眼球運動に関連した脳波インタフェースの構築のための運動計画に関連する脳内情報処理の解明（船瀬新王）................................................................................. 192
11．意思決定における処理制約の脳内機序（渡邊克巳ほか）............................................................................. 192
12．潜在的な動作不安定性と相関する大脳基底核の一過性活動（荒牧勇）................................................................................. 194

13．カニクイサルを用いた動脈硬化モデルの病態解明（外村和也ほか）............................................................................. 194
14．サル MRI 脳準脳画像の PET 分子イメージング研究への応用（尾上浩隆ほか）............................................................................. 195
15．fMRI と NIRS の同時計測による大脳の安静時機能的結合ネットワークの研究（多賀厳太郎ほか）........................................................................... 195
16．The Brain’s Response to Negation: Conceptual and Syntactic Factors（Masako Hirotani ほか）....................................................................... 197
17．語用論の神経基盤の解明に向けて（松井智子ほか）............................................................................. 198

185

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）1．嗅覚がストレスを緩和するヒト脳内メカニズムの解明－fMRI を用いた検討柴田美雅（産業医科大学

医学部

耳鼻咽喉科）
柿木隆介

これまで，「情動ストレス負荷がラットの視床下部－

ラベンダーオイルの濃度および投与時間を様々に変えて

下垂体－副腎 (HPA) 軸を亢進し，リラックス効果があるみる。抗ストレス効果の簡易な測定方法として，唾液中とされるラベンダーの嗅覚刺激がその HPA 軸反応を修のコルチゾールおよび心電図 (HF/LF) を経時的に測定飾する」という蛍光免疫染色法を用いたプレリミナリー

し，ラベンダーオイルの濃度とコルチゾールまたは

データを得た。

HF/LF との dose-response を検討し，ストレス状態およびそこで本年度は，ヒトでも実験動物と同様に嗅覚刺激

リラックス状態の定義を決める。

が情動ストレスによる脳内活動を修飾するか否かを，

2) fMRI 実験室内への匂いの拡散予防法と匂い刺激の最

fMRI を用いて下記 4 群で検討することを目的とした。嗅適な負荷条件および測定条件。

覚が正常な被験者を，①安静群②安静＋ラベンダーを嗅

fMRI 実験室でのラベンダー臭の投与方法（経鼻カニがせる群③情動ストレス負荷群④情動ストレス負荷＋ラューレからの送気法，オイルを浸み込ませたガーゼを鼻

ベンダーを嗅がせる群に分ける。これまで本研究テーマ

付近へ貼付する方法）
・希釈濃度および投与時間と，脳活と同様の研究報告はなされておらず，詳細な実験方法の動に変化が見られると思われる測定時間の検討。

設定が本実験の成否にかかわる重要課題であるため，下3) ターゲットとすべき脳領域の選定。

記条件設定の議論を行った。

ラベンダー臭は，脳全体の反応性を亢進・低下させる

1) ヒトにおけるラベンダーの抗ストレス効果の有無ののか，それとも特定の機能に作用するのか。または，認判定方法（ストレス状態およびリラックス状態の定義）。

知機能の内，どの機能に反応が起こるか，視床下部以外

匂いの感知および快・不快の感受性は個人差が大きく，の脳領域で有意な変化を来たすかについて協議した。

且つ匂いは順応を来たすため，嗅覚刺激として投与する

2．ヒトの表情による脳活動とその制御機序－Subliminal 画像を用いた研究中村浩幸（岐阜大学大学院医学系研究科）

他人の表情によって，扁桃体の神経活動がひき起され分後に，石膏を流し込み，歯列模型を作った。この歯列る。扁桃体の活動は特に恐怖を感じる時に増大すること模型から，DURAN 0.5 x 125mm と TWINSTAR（SCHEUが知られている。一方，そのようなストレス状況下で恐社製）を用いて，個人用トレーを作成した。この個人用

怖感に耐える時，噛み締めがおこることが知られていトレーの接触部位に Economical Load & Force Systemる。このような，恐怖を呼び起こすヒトの表情によって(ELF, Texcan Inc.) の平板型圧計測装置 (L) をレジンで接ひき起される扁桃体活動が，噛み締めによってどのよう着した。得られた圧はアンプ (USB ELF, Texcan Inc.) とに制御されるか，ヒトを被験者として fMRI を用いて解USB repeater cable を介して，コンピュータでモニタした。

明することが，本研究の目的である。22 年度は，噛み締【ノイズ除去】噛み締め圧センサとアンプを MRI 撮像コ

め圧センサの開発と，fMRI 撮像の際のノイズ除去を行

イルに固定し，撮像前室のコンピュータで，圧計測を行った。

った。噛み締め圧は，通常の研究室内で試験した場合よ【噛み締め圧センサ開発】まず，被験者の歯列模型を作りもノイズが少ない状態で記録できた。次に圧センサを製した。Dr. Algin（BSA 社製）を Clean Mixer DM-210

記録室内に入れて，ファントムを用いて MRI 画像を記録（YOSHIDA 社製）で溶解し，被験者の歯型を写した。数した。この状態で，記録室内に USB repeater cable の結合186

磁気共鳴装置共同利用実験報告

部位が入っていると，MRI 画像全体に大きなノイズがのることがわかった。そこで，結合部位に銅箔を巻いてこのノイズを除去した。

ロットによって異なることがわかった。
今後さらに脳活動と噛み締め圧の関係，視覚刺激による扁桃体活動の確認，さらに噛み締めによる扁桃体活動

数点で圧計測をする予定であったので，他のアンプでの制御機序を明らかにする。

の計測も試みたが，MRI 画像上に点状のノイズが入り，

3．磁気共鳴画像装置による脳賦活検査を用いたヒトの情動とストレス脆弱性に関する研究
飯高哲也，原田宗子（名古屋大学

われわれは見知った顔に対しては，顔の向きが異なっていても人物を同定することが可能である。このような大学院医学系研究科）

が有意に高かった。fMRI では扁桃体の活動が顔の虚記憶に関係していることが分かった。

記憶の働きが，脳のどの領域に関連しているか fMRI を顔に対して不快な音声を付加することで顔に対する嫌用いて検討した。6 個の顔写真と抽象図形の関連対を学

悪条件付けを行った研究が発表された (1)。情動と脳機能習させ，その後に再認判断を行っている時の脳活動を計に関する総説を 2 本発表した (2, 3)。

測した。顔認知に関わる紡錘状回や上側頭回などは，顔

1) Iidaka T, Saito DN, Komeda H, Mano Y, Kanayama N,の向きによる活動の差はなかった。一方で嗅周囲皮質は

Osumi T, Ozaki N, Sadato N, Transient neural activation

正面顔にだけ特異に強い反応を示した。この結果は嗅周in human amygdala involved in aversive conditioning of

囲皮質に，憶えた顔の情報が表象されている可能性を示

face and voice. Journal of Cognitive Neuroscience 22 (9)唆している。

2074-2085, 2010

日常生活では見知った人物に良く似た人物に対して，

2) 飯高哲也

誤認することもよく起こる。このような顔に関する虚記

ルギー

憶は，単語や図形と異なり，ほとんど研究されていない。

2010

情動と脳機能特集 II：脳神経系とアレ

臨床免疫・アレルギー科 54 (3), 327-331,

本研究ではモーフィングにより類似した顔を多数作成

3) 飯高哲也 脳とソシアル：ノンバーバルコミュニケー

し，それらの再認判断を行っている時に fMRI で脳活動

ションと脳－自己と他者をつなぐもの「ストレス，を計測した。行動指標の結果は，学習した顔 (STUDY) に

遺伝子，そして扁桃体」編集，岩田良く似た顔 (LURE) は新奇な顔 (NEW) よりも虚再認率

pp 93-105，医学書院，2010

誠／川村

満，

4．非侵襲的脳機能検査による疲労・疲労感と学習意欲の評価法
渡辺恭良，水野敬（理化学研究所分子イメージング科学研究センター）
定藤規弘，田邊宏樹（自然科学研究機構生理学研究所）

疲労は，発熱，痛みとともに，身体のホメオスタシス

本研究では，疲労と内発的意欲の関連性を，内発的意欲（恒常性）の乱れを知らせる重要なアラーム信号であるの抗疲労効果という観点から，非侵襲的脳機能計測によが，達成感や意欲といったポジティブな感情によりそのり検証することを目的とした。疲労誘発作業負荷課題と程度は軽減する。しかしながら，疲労とポジティブ感情

してワーキングメモリ課題である 2-back task を用いた。

についての脳科学的研究は，互いに接点が無いまま進め

MRI 内における 45 分間の 2-back task 遂行中，内発的報られており，両者の関連性は未だ明らかでない。そこで，

酬あり [Intrinsic Reward (+) : IR (+)] または内発的報酬な187

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

し [IR(−)] の刺激呈示に同期した脳神経活動応答を fMRI

体が賦活し，疲労が軽減されたほど前帯状回が賦活したにより計測した。IR(+) により腹側線条体と前帯状回の賦ことを明らかにした。以上より，腹側線条体と前帯状回活がみられたが，IR(−) ではこれらの領域の賦活がみられが内発的意欲・疲労軽減の神経基盤であることが示唆さなかった。主観的疲労軽減・意欲喚起の程度と賦活度のれた。

相関解析から，IR(+) により，意欲が喚起されたほど線条

5．他者の信頼性の判断渡部
坪井幹（早稲田大学高等研究所）

翔（京都大学大学院文学研究科）

信頼が人間社会における経済的・社会的交換の発達に今年度は，これらの部位の賦活パタンが参加者の持つ重要な役割を果たしていることは，この 20 年ほどの社会

デフォルトの信頼推定値である「一般的信頼」との関係

科学の様々な分野で議論されてきた。経済的・社会的交を探るための実験デザインの精緻化を行った。一般的信換の観点から考えると，新たな交換パートナーとの相互

頼とは他者一般の善良さに対する期待を意味する。小

依存関係を拡大するためには，信頼が重要な役割を果た

杉・山岸 (1993) は，この一般的信頼の高い人は低い人にすが，同時にそれは他者に搾取されるリスクも増やすこ

比べ，信頼性についての評判情報について鋭敏であるととになる。そのリスク低減のためには，信頼できる他者

いう実験データを報告している。しかしながら，我々のとそうではない他者を見極める必要があり，実際我々は行った上記の研究では，一般的信頼の程度と該当脳部位

日常生活の中で，そのような行動をとっている。しかしの賦活レベルに相関は見られなかった。この不一致の理ながら，他者の信頼判断の際にいかなる生理学的プロセ

由として実験デザインが考えられる。

スがはたらいているのかについての知見はまだ少ない。

我々の実験では，40 の情報のうち，対象人物の非信頼

そこで我々は対象の人物が過去にどのように振る舞っを示す「ネガティブ情報」が 35 個で，対象人物が信頼でたかという「信頼性についての評判情報」を与えられたきることを示唆する「ポジティブ情報」は 5 つしか含ま20 名の実験参加者に，対象人物の信頼性を判断してもられていなかった。また上記実験の解析の中で，ポジティ

い，その際の脳の賦活を計測した。コントロール条件とブ情報とネガティブ情報では，賦活部位にシステマティ

して，評判情報と同様の文の濁点を数えるタスクを設定

ックな違いがある可能性がわかった。

し，信頼判断に特有の賦活領域の特定を行ったところ，

このため，もう一度ポジティブ情報の刺激を作成し，PFC, PFC, ACC, TPJ の活動が見られた。これらの領域は，さらにより精緻な分析が可能となる実験デザインを組先行研究で一貫して見られている Theory of Mind (ToM)

み，そのためのプログラミングを進めた。予備実験を経

課題時に活動する領域と同じであった。

て，本実験の実施は 2011 年度になる予定である。

6．時間割引能力の発達とその脳機構の解明
田中沙織（大阪大学社会経済研究所）

年齢や社会的要素が大きく関わる異時点間の意志決定っているとされる）を調べるための fMRI 実験を 20 名のを調べるために，まず今年度は，社会的地位の異なる健被験者を対象に行った。これまでの報酬に基づく意思決常者を対象とした「主観的効用」（絶対的な報酬値に対し定を扱う研究では，主観的効用は絶対的な報酬値と同じて個人の持つ価値。個人はこれに基づいて意思決定を行ものとして扱ってきた。しかし，個人の属性によってこ188

磁気共鳴装置共同利用実験報告

れらの関係は変わってくる，という経済学的な概念を取形が表示された後，モザイクの多さを回答する条件を用り入れることで，より現実の社会行動に即した意思決定

意した。どちらの条件にも，9 段階のスケールでの回答のメカニズムを扱うことができると考えられる。主観的と，フリースケールでの回答の 2 つの回答パターンを用

効用の代替変数として近年注目されているのが，「どれぐ意した（図 1）
。生理学研究所において，健常者 20 名のらいうれしいか」などを報告させる「幸福度」である。

fMRI データを収集した。テスト条件では，金額が表示さ

しかし，現在の幸福度調査で主に用いられている 5 段階

れた後，うれしさを報告するパターンを表示されたタイなどの「スケール」を用いた報告が，真の主観的効用をミングで，9 段階での報告を指示された際には，フリース

反映しているのかどうかという疑問が残る。したがって，

ケールでの報告を指示された時に比べて，頭頂皮質が強今回の fMRI 実験では，「幸福度」の報告パターンが，報く活動していた（図 2a）。一方，報酬には関係ない，単な告値および脳活動に影響を与えるかどうかを調べた。具

る視覚情報のスケール変換処理には，頭頂皮質は活動し体的には，ある金額を提示して，それがどれぐらいうれなかった（図 2b）。この結果は，「絶対的な報酬値」を「相しいかを，あるスケール（例：5 段階）およびフリース

対的な効用」に変換する処理に，頭頂皮質が関わること

ケール（0 以上の整数）で報告させ，そのときの脳活動を示唆している。今後，他の経済学的，社会的属性が，を測定した。実験課題には，ある金額をもらった時のう

この頭頂皮質での「相対的なスケールへの変換」機能とれしさを答えさせる「テスト条件」と，単なる視覚情報

どのような関係にあるかを経済学アンケートによるデー処理を行うコントロール条件として，モザイク状の正方

タ収集で行う。

189

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

7．外国語運用能力の熟達化に伴う言語理解・産出の自動化プロセスの神経基盤横川博一（神戸大学）
吉田晴世（大阪教育大学）
島田浩二，牧田快，山崎未花，田邊宏樹，定藤規弘（自然科学研究機構生理学研究所）

近年，外国語習得においては，言語情報処理の「自動音声言語運用能力の熟達度 (proficiency) の計測手法とし化」(automatization) が重要な役割を果たすことは広く認て確立している automated speaking test (Bernstein et al. in

識されてきており，言語の理解・産出のいずれにおいてpress) である Versant English Test を用いて外国語としても語彙 (word) ならびに統語 (syntax) といった低次の言の口語英語運用能力を計測した。さらに，外国語処理の語処理の非自動性が，円滑な外国語運用を妨げている要

自動化の程度に相関して変化する脳活動の領域として，因として指摘されている。しかし，そのような自動化のとりわけ統語処理に関連して，L.IFG が負相関，L.Basal

神経基盤はほとんど明らかにされていない。

Ganglia が正相関するであろうという予測に基づき，

本研究では，音声言語処理の自動化に焦点をあてて，

automated speaking test と同等の課題（文字を見ながらの外国語学習者の言語理解・産出行動の自動化に関わる神

音読，音声のみの復唱，質問回答，文構築課題など）を

経基盤を，fMRI を用いて明らかにすべく，今年度は，遂行中の脳活動を，機能的 MRI を用いて計測した。

①実験計画の策定，②fMRI に適した言語課題を作成，今後は，英語運用能力別にデータ数を増やし，外国語③実験プログラムの作成を経て，④行動計測を含めた運用能力の熟達化に重要な役割を担う脳部位の特定を

fMRI によるパイロット実験を遂行した。

試みる。その際，熟達度を指標に，課題遂行中の脳活動

まず，日本語を母語とする英語学習者を対象として，が変化する部位を調べる方法を用いることとする。

8．カテゴリー判断課題におけるプライミング効果による神経基盤と賦活状態の解明－L2 習熟度別反応を中心に－
大石晴美（岐阜聖徳学園大学教育学部）
木下徹（名古屋大学大学院国際開発研究科）

定藤規弘，田邊宏樹（自然科学研究機構生理学研究所）【研究の背景】【研究課題】

Crinion et al. (2006) は，バイリンガルの場合，第一言語

課題は 1) 英語－英語，2) 英語－日本語，3) 日本語－と第二言語の両言語において，意味プライミング効果が

英語，4) 日本語－日本語の 4 種類で，関連性の無いペ

表れ，さらに二言語を司る脳の部位を推定している。しアと関連性の有るペア（以後「関連無」と「関連有」とかし，これまでのところ，初級学習者，中級学習者ではする）をランダムに組み合わせた。

それらの関係は明らかにされていない。

【実験参加者】【研究目的】
本実験では，初級学習者と中級学習者を対象とし，Crinion et al. (2006) の課題を修正し，プライム語とターゲ

日本人英語学習者 29 名
（TOEFL 最低 435 点，最高 620 点）【実験手順】

ット語の意味的な関連性より両者の語彙におけるカテゴ

1. 練習用問題を実施したあと本実験を実施する。

リーの異同に注目し，習熟度とプライミング効果を明ら

2. 刺激提示画面中央のドットを注視するかにする。

3. プライム刺激を提示
4. ターゲット刺激を提示

200ms

190

1800ms500ms

磁気共鳴装置共同利用実験報告

5. プライム刺激を無視し，ターゲット刺激（無生物，
生物，記号）の判別をさせる

EEU-EER(関連無と関連有の反応時間の差）
1500

500ms

1000

【仮説】

500

英語の習熟度が高いほど，英語を含むペアの課題を実ΔT

0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

施した場合プライミング効果が見られる。

-500

【結果】

-1000

430

620

500

-1500

U-R（全員）TOEFLの得点

350
300

図 2：関連無と関連有の反応時間の差 (∆Ｔ) と TOEFLとの関連性（全体相関 r ＝ .396* p<.05）

ΔT

250
200
150
100

図 2 より，関連無と関連有の反応時間の差と TOEFL

50との相関が有意であることから，英語－英語（第二言語0
EEU-EER EJU-EJR JEU-JER JJU-JJR
課題

図 1：関連無と関連有の反応時間の差 (∆Ｔ)

同士）のペアの場合，TOEFL の得点が高いほど，関連無より関連有の反応時間が短くなることが言える。
【まとめ】
本研究では，プライミング効果は，用いる単語のカテゴ

図 1 より，プライムとターゲットに関して日英語いず

リーに関連がある際に強くみられ，言語依存性もあること

れの組み合わせにおいても，関連無より関連有の方が反が明らかになった。また TOEFL の得点が高い被験者ほ

応時間が短いため，プライム効果が認められると判断でど英語－英語課題におけるプライミング効果が強かった。

きる。効果の順は，① J-J，② E-J，③ J-E，④ E-E の

今後は，本結果に基づき第二言語の習熟度による神経基盤とその賦活状態を解明する。

順である。

9．味の認知過程における自律神経系の活性化に関与する神経機構
姜

英男 1，定藤規弘 2，田邊宏樹 2，佐々木章宏 2，吉田優美子 2，佐藤
（1 大阪大学大学院歯学研究科
2

元 1，川上晋平 1

高次脳口腔機能学講座・高次脳口腔機能統合学，

自然科学研究機構生理学研究所

大脳皮質機能研究系・心理生理学部門）

カプサイシン (CAP) を含むスパイシーな食物を摂取す2002)。カプサイシン含有食物の摂取が，こうした求心性

ると，顔面からの発汗，唾液分泌，呼吸数・心拍数上昇

神経を活性化し，大脳皮質味覚野（島皮質吻側部異顆粒等の様々な生体反応が生じることが広く経験されてい皮質）で辛味として認知されるが，その尾側部島皮質はる。これらの現象は，消化器粘膜内の痛覚線維がカプサ

内臓感覚運動野であることから，島皮質内での味覚野－

イシン刺激により活性化され，その結果，交感神経系が内臓感覚運動領野間の機能協関によりそうした自律神経活性化される自律神経反射であるとされてきた。実際，

反射が生じる可能性も考えられる。そこで本研究では，

呼吸・血管運動中枢である孤束核や延髄吻側腹外側核

ヒト被験者の舌背にトウガラシエキス（香辛料抽出物(RVLM) へカプサイシンを微量注入することにより，呼65µM）または食塩水 (0.75M) の味溶液および水を滴下吸・心拍等が促進されることが示され，痛覚系の関与がし，その際の脳賦活領域を測定した。Conjunction analysis

示唆された (Geraghty & Mazzone, 2002)。一方，舌味蕾細により，味溶液投与時に，M1，S2 および 島皮質におい胞や口腔内粘膜にも，TRPV1 受容体を発現する CAP 感て顕著な活動が認められたことから，溶液到達時点のボ

受性求心性神経終末が高密度に存在する (Ishida et al.,タン押し，舌への溶液滴下の認知および味覚認知の脳活

191

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

動が正確に捕捉されていることが確認できた。また，個キスでは，味溶液を舌投与後，辛味を感じるまでに食塩

人解析では，両味溶液投与時に島皮質の賦活が認められ水に比べて遅延がある。これは，“辛味”が伝導速度のたが，水投与時においても同部の賦活が認められたため，

遅い Aδ や C 線維により伝達されるからであると考えら

両味溶液間に有意差は認められなかった。今後は，関心れるが，今後の実験においては，トウガラシエキスが舌領域である insular に焦点を当てた ROI analysis を実施すに到達してから何秒後にどの程度の時間辛味が持続するる。現在の解析では，両味溶液到達直後 3 秒に刺激のブのかを把握した上で，新たにトウガラシエキスのブロッ

ロックデザインを立てて解析しているが，トウガラシエ

クデザインを考案する必要がある。

10．眼球運動に関連した脳波インタフェースの構築のための運動計画に関連する脳内情報処理の解明
船瀬新王（名古屋工業大学大学院工学研究科）

本研究は，眼球運動を予測する脳波システム構築のたきには，運動野の電極である C3 において運動の開始 2

めに「眼球運動の運動決定に関連した fMRI による脳機秒程度前から発生し運動の直前をピークとする徐緩性の能解析とその結果と脳波との関連」を明らかにすること

脳波の上昇が観測された。Sirigu らの報告で示されていを目標とした。22 年度は，fMRI による実験の準備段階

る Parietal Cortex に近い P3 の電極においては，運動の約として，脳波によって運動の意志に関連する脳波を明ら

500[ms] 前にピークを持つ徐緩性の脳波が観測された。

かにすることとその脳部位の予測を試みた。

これに対し，刺激提示によって運動を指示する実験におAngela Sirigu らは，ヒトの Parietal Cortex に電気刺激を与えたところ手を動かそうとする意志が被験者に芽生えいては，C3，P3 共に，運動の 500[ms] 前から運動直前において急激な脳波変動を持った。

たことを報告している。よって，本論文から推測できる

眼球運動の実験においては，C3 においては，指の運動

ことは，運動を司っている運動野ではなくそれよりも後と違う変動が観測された。対して，P3 においては指の運

頭部よりに何らかの運動意志に関連している部位が存在動と同様の変動を見いだすことが可能であった。
自由意志による運動は P3 の位置で運動によらず徐緩していることを示唆しているということである。
よって，本研究においては，運動の種類を 2 種類，指性の脳波か観測された。このことは，運動の種類によらの運動と眼球運動を用意した。また，運動の方法を 2 種ず観測された信号であると言える。Sirigu らの論文も加類，自由意志による運動と刺激提示による運動を用意し味すると，Parietal Cortex は運動の種類によらない運動意た。これらの課題から，実際に運動を行った際に運動の志に関連した信号を発生している可能性が強い。

意志に関連する脳波がどのように現れるか，またどの部

今後，この脳波の結果を元にし，fMRI の実験課題をくみ上げて，この脳波変動が運動の意志に関連するもので位に現れるかを観測した。
その結果，自由意志による指を動かす運動を行ったとあることを示したいと考える。

11．意思決定における処理制約の脳内機序
渡邊克巳，高橋康介（東京大学先端科学技術研究センター）
菅原翔，田中悟志，定藤規弘（自然科学研究機構生理学研究所）

日常における意思決定には常に時間的制約が伴う。本トの脳内で主観的な時間の長さがどのように処理されて研究では意思決定における処理制約のひとつとして，ヒいるのか，特にどのように短期記憶に保持されているの192

磁気共鳴装置共同利用実験報告

か，という問題に焦点を当て，fMRI を用いた研究を実施

おいてのみ，保持された時間の長さが長いほど強く活動した。

する（正の相関がある）ことが示された。一方でピッチ

被験者は fMRI スキャナー内にて経時的に提示される

課題では時間の長さとの相関は認められなかったことか

二つの音の (1) 時間的な長さを比較する「時間課題」およらも，IPL の活動が時間の保持を反映したものであるこび (2) 音の高さは比較する「ピッチ課題」の 2 種類を行っとが示唆された。さらに IPL の活動と記憶された時間のた。二つの音の間には 8 秒から 12 秒という長い遅延期間

相関について時間過程を解析した結果，やはり時間課題が置かれ，遅延期間中，被験者は課題に応じた音の属性

でのみ，遅延時間の後半から判断を行う前にかけて特にを覚えておくことを求められた。一つ目の音の長さは強い正の相関が認められた（図 2）。これらの効果は特に500～1200 ミリ秒の 8 段階であった。

右 IPL で強く生じており，従来の研究との整合性も高い

第一の結果として，時間課題とピッチ課題の間で遅延ものであり，特に，保持されている時間の長さ（量的な時間中の脳活動に差異が認められ，左右の IPL（特に右）表象）と脳活動の間に相関を見出したという知見は新規において時間課題のほうが強い活動を示した（図 1）。こ性の高いものである。

の結果を踏まえ，左右 IPL を関心領域 (ROI) として，保本研究の成果に関して 8th IBRO World Congress of

持された時間の長さ（一つ目の刺激の時間的な長さ）とNeuroscience（2011 年 7 月，イタリア・フィレンツェ）の関係を検討した結果，左右の IPL ともに，時間課題ににてポスター発表として公表を行った。

193

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）12．潜在的な動作不安定性と相関する大脳基底核の一過性活動
荒牧勇（中京大学スポーツ科学部）

両手による周期的なタッピング運動は，左右の手の指次に，この運動開始時の一過性の脳活動を利用して，課の組み合わせによって動作の安定性が異なる。左右同じ

題終盤の期間における運動の乱れを予測した。具体的に指を同時に動かす鏡像運動は極めて安定であるのに対は，非鏡像条件と鏡像条件の運動開始時の脳活動の大きして，左右の同じ指を交互に動かす非鏡像運動は不安定さの差を計算し，この差と非鏡像条件での課題終盤の期であり非鏡像運動を保とうという意思を持っていても，間においてミスにより運動が乱れる程度との相関を計

本人の意思とは無関係に突然，鏡像運動に遷移してしま算した。その結果，大脳基底核被殻前部の活動と将来（運う。一方で，多くの人は，将来的には失敗する非鏡像運動開始後約 20 秒経過時からの 10 秒間程度）の運動の乱動を運動開始直後は比較的安定に動作を保つことがでれ具合との間に，相関係数 0.81 という非常に強い相関関

きる。それゆえ，運動開始直後の運動から，その人が失係が見つかった。これは両手強調運動が不得意な被験者

敗するかどうかを予測するのは困難である。そこで本研の場合には，運動開始時の脳への負担が大きく，両手協

究では，運動開始時の脳活動から，パターン遷移（運動

調運動が得意な被験者の場合には脳への負荷が小さいのエラー）が起こるかどうかを予測することを試みた。

ことを示唆しており，大脳基底核の一過性の活動を見れ

被験者は 3Hz の速さのメトロノーム音にあわせて両手ば，高い精度で両手非鏡像運動の将来のパフォーマンス

鏡像条件と両手非鏡像条件でタッピングを行った。鏡像が予測できることを示している。

条件はとても安定で，どの被験者もミスなくこなすこと

Aramaki Y, Osu R, Sadato N. Resource-demanding versusができるのに対し，両手非鏡像条件は両手鏡像条件に比

cost-effective

べて不安定で，たとえ運動開始後数秒間はミスなくこな

Experimental Brain Research. 203:407-418, 2010.

すことができても，30 秒間の試行中にミスをする被験者

Aramaki Y, Haruno M, Osu R, and Sadato N (2011).

がでてくる。ミスをすると，タップとタップの間の時間

Movement initiation-locked activity of the anterior

間隔が乱れるので，これを運動パフォーマンスの乱れのputamen predicts future movement instability in periodic

指標とした。それぞれの条件での脳活動を磁気共鳴画像

bimanual

法により計測し，まず計測データを運動開始時の一過性

31:9819-9823.

bimanual

movement.

interaction

Journal

in

of

the

brain.

Neuroscienceの成分と運動の継続に関わる持続的な成分に分離した。

13．カニクイサルを用いた動脈硬化モデルの病態解明
外村和也（浜松医科大学・分子イメージング先端研究センター）
岩城孝行，梅村和夫（浜松医科大学・薬理学講座）
竹原康雄（浜松医科大学・付属病院・放射線部）

これまで高脂血症治療薬の開発には WHHL ウサギを用いた検討が多くされてきた。

ルを用い，大動脈の肥厚の様子を経時的に MRI にて撮像を行った。

しかし基礎研究で得られたデータが，臨床での開発研

現在はサルに高脂肪食負荷を行い始めた段階であり，究の段階において必ずしも一致しないこともあり，適切

MRI による画像において変化は認められなかったが動脈なモデルの必要性が求められてきた。我々はこの基礎か硬化進行に伴い，内膜肥厚やマクロファージの集積など

ら臨床へのアプローチを最適化するため，霊長類を用いをイメージング画像として捕らえ，動脈硬化発症のメカ

た動脈硬化モデルの作製に取り組んだ。カニクイサルにニズムを解明する。

高脂肪食を負荷し，自然発症的に動脈硬化を発症するサ194

磁気共鳴装置共同利用実験報告

14．サル MRI 脳準脳画像の PET 分子イメージング研究への応用
尾上浩隆，横山ちひろ，田原強，川崎章弘（理化学研究所神戸研究所）
垣内岳春（浜松ホトニクス中央研究所）

これまでに我々は，マカクサル（アカゲサル）に陽電(statistical parametric mapping) 法を用いて統計解析した。

子断層撮像法 (positron emission tomography, PET) を用い

活動部位の同定は，統計画像を生理学研究所の MRI 撮像

た非侵襲的な脳機能イメージング法を適用して，視覚認装置にて得られた T1 強調画像に重ね合わせて行った。

知，時間知覚，記憶・学習などの脳高次機能に関わる神

これまでに affected 側へのサッケードに相関した部位と経機構について明らかにしてきた。また，生理学研究所

しては LIP と FEF が，intact 側へのサッケードと相関しの伊佐教授との共同研究により，サルの脊髄損傷モデル

た部位としては FEF と LIP が見いだされ，これらの部位における回復過程で起こる大脳のダイナミックな可塑的が，Blind sight における V1 の機能を代償していることが変化についても明らかにした。今回我々は，一次視覚野

強く示唆された。現在，二頭目の PET 実験が終了し画像(V1) 損傷後の視覚応答性 (Blind sight) について，PET を用のデータ解析を行っており，マカクサルの MRI テンプ

いた脳機能マッピングによる神経連絡網の変化を検討しレート画像に 2 頭分のデータを移植した multi-subject 解た。本実験では，サッケード課題実行中の脳局所血流析が可能かどうかを検討する予定である。

(rCBF) を PET で測定し，得られた PET 画像を SPM

15．fMRI と NIRS の同時計測による大脳の安静時機能的結合ネットワークの研究
多賀厳太郎，笹井俊太朗，渡辺はま（東京大学大学院教育学研究科）
保前文高（首都大学東京大学院人文科学研究科）
佐々木章宏，田邊宏樹，定藤規弘（自然科学研究機構生理学研究所）

近赤外分光法 (NIRS) は，磁気共鳴画像法 (fMRI) と同

fMRI で同定される RSN が，同時に取得した NIRS 信号

じく大脳皮質血流動態を計測する装置である。これまでを用いて fMRI データの中で再同定可能かどうかを検討

皮質血流動態と神経活動との関係性は，被験者に与えたすることを目的に，閉眼安静状態における fMRI と NIRS

刺激と関係づけることで説明されてきた。特に，相関のの同時計測を 28 人の被験者に対し 20 分間行った。まず高い信号が fMRI 及び NIRS で同時に取得できることが報

NIRS で用いた 14 チャンネルの脳領域を同定したとこ

告されている。一方，大脳皮質血流動態は課題とは無関

ろ，前頭極，左右前頭前野背外側部，左右下前頭回，左係な自発的変動を持ち，決まった領域の間で高い相関を右中側頭回，左右後頭回，後頭極に分布していた。次に，示すことが明らかにされた。このような領域は安静状態

その脳領域において fMRI によって計測された自発的信ネットワーク (resting state network, RSN) と呼ばれ，脳に号変動及び対応するチャネルで得られた NIRS 信号を用

おいて複数存在し様々な脳機能に関係していると考えらいて，それぞれについて RSN を計算した。RSN はあるれている。RSN の研究は主に fMRI を用いて行われてき脳領域の自発的血流変動と他の全領域の変動との相互相たが，近年 NIRS により同様の領域間相関が観測される関係数を計算し，相関が有意に 0 より高い領域群としてことが報告されている。このことは，fMRI の計測に不向定義した。その結果，左右下前頭回弁蓋部付近で計測さきな被験者や環境等でのデータ取得が可能になるというれた NIRS 信号を除いた全ての信号で，fMRI 信号で同定

点で，RSN 研究を大いに前進させ得るものである。しかされた RSN の一部を再同定することが可能であること

し fMRI で取得されている RSN を特徴づける情報が，が明らかになった。特に，前頭極で得られた NIRS 信号

NIRS 信号に含まれているかは未解明である。そこでは，デフォルトモードネットワークと呼ばれている RSN

195

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）に含まれている腹側後帯状皮質，及び角回で観測された

結果は，RSN 研究における NIRS 使用の信頼性を支持す

fMRI 信号と強く相関を示すことが観測された。これらのるものである。

前頭極で測定された二種の NIRS 信号（酸素化ヘモグロビン[HbO], 脱酸素化ヘモグロビン[HbR]）及び，NIRS の測定部位に対応する脳領域より得られた fMRI 信号 (BOLD) よって推定された RSN。上述の 2 つの NIRS 信号
及び fMRI 信号と，全脳領域の fMRI 信号との相互相関係数を計算することにより作成した。暖色，寒色はそれぞれ正，負の相関に対応する。前頭極で得られた NIRS 及び fMRI 信号と内側前頭前皮質，後帯状皮質，角回のfMRI 信号が被験者間で一貫して相関を示した。

196

磁気共鳴装置共同利用実験報告

16．The Brain’s Response to Negation: Conceptual and Syntactic Factors
Masako Hirotani (Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences & Carleton University)
Angela D. Friederici (Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences)
Hiroki C. Tanabe, Koji Shimada, Mika Yamazaki-Murase, Norihiro Sadato(National Institute for Physiological Sciences)
Despite their common occurrence in daily communication,

conceptuallycomplexnegative

sentences,

participants

negative statements take numerous forms, with different

recruited a semantic network that comprises the left BA 47

combinations of conceptual and syntactic structures, resulting

and Angular Gyrus. In cases in which negation demanded

in a complex and multi-faceted phenomenon. The aim of thesyntactic licensing, the left Inferior Frontal Gryus (BA 44)

present study was to investigate how the brain contends withand the left Insula were activated. Enhanced activation of thesuch complexity. Specifically, this study examined theleft Inferior Parietal Lobule was also observed; this is likely

activity in the areas of the brain responsible for processing

due to the increased load on working memory required todifferent factors (conceptual or syntactic) of negation duringcompute the syntactic licensing. Overall, the current data

sentence comprehension. An event-related fMRI method wasadvanced our understanding of the processing of negation by

applied to measure readers’ brain responses while they readdisentangling the different factors involved and locating thevarious types of sentences displayed on a screen a single word

brain regions responsible for them.

at a time. In contrast to simple negation, when processing

197

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）17．語用論の神経基盤の解明に向けて
松井智子（現：東京学芸大学国際教育センター／元：京都大学霊長類研究所）
内海彰（電気通信大学大学院情報理工学研究科総合情報学専攻）
菊知充（金沢大学大学院医学系研究科脳医科学専攻）
中村太戯留（慶應義塾大学環境情報学部）

コミュニケーションにおける問題解決や非字義的な表

そこで本年度は，アイロニー理解の神経基盤のうちプ現の解釈は，ヒトに特有な語用論能力が機能することにロソディの果たす役割，およびその発達の検討を射程に

よって初めて可能となる。語用論の神経基盤はどのよう入れた刺激素材の作成とその評価を行った。Filippova &なものか，ヒト以外の霊長類には見られないとされる語

Astington (2010) では，子供のアイロニーの理解に関する用論能力がどのように進化したのか，またその発達と障研究において，アイロニー環境を端的に表す絵を提示し，害にはどのような特性があるのかといった問いに答えをそのうえで状況を説明した文脈と，皮肉を含む発話を提出すためには，fMRI を用いた検証が最適であるが，その示するという形式で刺激を作成している。本研究では，ような研究は稀少であり，また子供を対象とした調査はこの形式を利用し，4 コマ形式の絵と音声発話とで刺激完無である。そこで本研究は fMRI を用いた実験を通しを構成した。なお，絵はプロのイラストレータに，発話て，成人の語用論の神経基盤を明らかにすることととも

はプロの俳優に依頼して作成した。予備実験の結果，刺に，その結果を子供を対象とした小児用 MEG および激は良好にコントロールされていることが確認できた。

NIRS による実験にて活用することを目的とする。

本実験は次年度に予定している。

安立他 (2006) は，Asperger 障害の特徴として，言語能【引用文献】

力が良好であるにもかかわらず皮肉文の理解成績が注意

安立多恵子・平林伸一・他 (2006)。比喩・皮肉文テスト

欠陥／多動性障害や高機能自閉症と比較して特異的に低を用いた注意欠陥／多動性障害，Asperger 障害，高機能自いことを報告している。また，内山他 (in press) は，成人閉症の状況認知に関する研究を対象とした語用論課題の fMRI 実験にて，比喩理解でFilippova, E., & Astington, W., J. (2010). Children’s understandingは尾状核，皮肉理解では扁桃体が特別な役割を果たし，

of social-cognitive and social-communica- tive aspects of

また両者に共通して内側前頭前野が関与することを報告

discourse irony. Child Development, 81, 913-928.

している。ところで，内海 (2000) は，アイロニーの暗黙

Uchiyama, H. T., Saito, D. N., Tanabe, H. C., Harada, T.,

的提示理論において，アイロニー環境，暗黙的提示，そSeki, A., Ohno, K., Koeda, T. & Sadato, N. (in press).

してプロトタイプ・カテゴリーの 3 つの関与を強調してDistinction between the literal and intended meanings ofいる。暗黙的提示では，プロソディがアイロニー理解にsentences: A functional magnetic resonance imaging study

おいて重要な役割を果たすと考えられる。ただ，これまof metaphor and sarcasm. Cortex.

でのアイロニーの神経基盤の研究は，文字をベースとし

Utsumi, A. (2000). Verbal irony as implicit display of

たもので，プロソディの果たす役割の検討はほとんど行

ironic environment: Distinguishing ironic utterances from

われていないというのが現状である。

nonirony. Journal of Pragmatics, 32, 1777-1806.

198

脳と発達, 38, 177-181.

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告
〔

目

次

〕

１．Investigation of the morphological map in cultured astrocytes after potassium cyanide KXN treatment（Hyun Wook Kim ほか）........................................................................ 202
２．脂肪滴と細胞小器官（特に小胞体）との立体関係についての細胞化学的研究（野田亨）.................................................................................. 202

３．細胞膜タンパク質や細胞骨格などの超高圧電子顕微鏡による 3 次元構造解析（遠藤泰久ほか）.............................................................................. 203
４．嗅覚系における新生ニューロンの遊走と分化に関する三次元解析（清蔭恵美ほか）.............................................................................. 204
５．嗅球ニューロン・グリアの三次元構造解析（樋田一徳）.................................................................................. 204
６．精神疾患モデル動物を用いた脊髄内運動ニューロンの形態変化（坂本浩隆ほか）.............................................................................. 205
７．バクテリア細胞内クロモソーム DNA の立体構造の解明（金子康子ほか）.............................................................................. 206
８．超高圧電子顕微鏡を使ったバクテリアセルロース合成機構の解析（峰雪芳宣ほか）.............................................................................. 206
９．神経前駆細胞からの神経細胞新生時の細胞微細構造の観察（小曽戸陽一ほか）............................................................................ 207
10．細菌べん毛基部体の細胞内構造の立体観察（加藤貴之ほか）.............................................................................. 208
11．ヒストンタンパク質を持たない原生生物渦鞭毛虫類の染色体構造の解析（洲崎敏伸ほか）.............................................................................. 209
12．骨格筋トライアドジャンクションの三次元構造解析（國安明彦ほか）.............................................................................. 210
13．超高圧電子顕微鏡を使った微小管・アクチン・膜系ダイナミクスの解析（唐原一郎ほか）.............................................................................. 211
14．異常タンパク質の蓄積による粗面小胞体の三次元構造変化（東華岳）.................................................................................. 212

15．電気シナプスを形成した網膜及び脳ニューロンの樹状突起の構造（日髙聰ほか）.............................................................................. 212

16．Three-dimensional analysis of mitochondrial formation dependent on the status of p53 tumor suppressor protein
in human colon cells grown as spheroid（Young Rok Seo）............................................... 213
17．3-D Reconstruction of Plastid Crystalline Bodies during C-3 Cellular Differentiation（InSun Kim）................................................................................. 214
18．AAA シャペロンによる細胞内構造形態制御機構の解明（江崎雅俊ほか）.............................................................................. 215
19．Ultrastructure of antennal sensilla in chironomidae（Sung Sik Han ほか）.......................................................................... 216
20．鼻腔粘膜上皮細胞内の滑面小胞体についての超高圧電子顕微鏡を用いた三次元解析（高見茂ほか）.............................................................................. 217

201

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

1．Investigation of the morphological map in cultured astrocytes
after potassium cyanide KXN treatment
Hyun Wook Kim, Seung Hak Oh, Im Joo Rhyu
(Department of Anatomy, College of Medicine, Korea University, Seoul 136-707, Korea)
Kazuyoshi Murata, Keiji Imoto (NIPS)
Potassium cyanide (KCN) is one of the toxic chemicals that

The cover slips with astrocytes were fixed in 2.5%

damage complex III in the mitochondria electron transport

glutaraldehyde and post-fixed in 1% OsO4. The samples weresystem. This chemical brings about mitochondrial dysfunction.

processed in the freeze dryer and observed with HVEM. We

Here we report changes of mitochondria morphology after 1

could observe mitochondria in whole cell without physicalmM KCN treatment in primary cultured rat astrocyte.

sectioning. The morphometric analysis using the Scion image

Astrocytes were obtained from Sprague-Dawley rat at

revealed that the thickness (short diameter) of mitochondria

postnatal day 0, and were seeded on the specially prepared

has a tendency to be decreased after KCN treatment. In

cover slips for whole mount observation of the astrocyte

addition, branched forms of mitochondria were increased after

under the high voltage electron microscopy (HVEM). 1 mM

6hr KCN treatment. This result might be a clue connecting

KCN was applied to culture medium for 6 hr, 12 hr, and 24 hr.

mitochondrial morphogenesis and their function.

2．脂肪滴と細胞小器官（特に小胞体）との立体関係についての細胞化学的研究
野田

脂肪滴は特にコレステロールやステロイドホルモンを亨（藍野大学

医療保健学部

理学療法学科）検討した。

産生する細胞内で多く形成されるが，脂肪滴と周囲の細上記の試料では，精巣の精細菅間に存在するライデッ

胞小器官，特に脂肪滴と滑面小胞体との形態的関係には

ヒ細胞内に中等度の電子密度を有する脂肪滴を認めた。

不明な点が多い。本研究では組織化学的に小胞体と脂肪細胞内には豊富な小管状滑面小胞体が ZIO 染色によく染

滴を染め出し，脂肪滴との形態的関係を三次元的視点か色された。この小胞体はしばしば約 10～20 層程の薄い層ら明らかにし，脂肪滴の形成についての考察を行う。本板で複数の脂肪滴を包んでいる様子が超薄切片像で把握

年度はラット精巣のライデッヒ間細胞内の脂肪滴についできたが，脂肪滴表層における小胞体の分布は不明瞭でて検討を行った。

あった。脂肪滴表層にひろがる小胞体の en face 像は厚切ラットの精巣を 2%グルタルアルデヒドを含む固定液

り試料を超高圧電子顕微鏡で観察することによって，よで固定し，小胞体，ゴルジ装置などの細胞内膜系を高電り明瞭となった。これまでのところ，そのパターンは規子密度に染色するヨウ化亜鉛オスミウム (ZIO) 液で染色，

則正しい網状構造を示すもの，不規則なパッチ状のパタ及び後固定を行った。その後，型の如く脱水，包埋，重ーンが集合しているもの，そして断片的な小管状小胞体

合を経て，電子顕微鏡用の試料作成を行い，超薄切片，がほぼ 1 層，脂肪滴表面に分布するパターンものなどが

および 1µm 厚の厚切り切片を作成した。前者は通常の電あった。これらの脂肪滴と小胞体様構造との関係は脂肪子顕微鏡で観察し，後者は生理学研究所の H-1250M で立滴の形成，あるいはその分解を反映するものかを続いて体写真を撮影し，脂肪滴周辺の膜構造との三次元構造を

検討する。

202

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

3．細胞膜タンパク質や細胞骨格などの超高圧電子顕微鏡による 3 次元構造解析
遠藤泰久，神野美和，吉村亮一（京都工芸繊維大学・応用生物学部門）

細胞膜には脂質ラフトと呼ばれる微小領域が存在す

4%パラフォルムアルヒド+0.2%グルタルアルデヒドをる。細胞膜の構成成分である脂質のうち，コレステロー

用いて細胞を 1 時間室温で固定した。PBS 洗浄後，ライルとスフィンゴミエリンや GM1 のようなスフィンゴ脂

セニン (1µg/ml) を室温で 2 時間反応させ，PBS 洗浄後，質が多く含まれており，情報伝達に関わる膜タンパク質

ウサギ抗ライセニン抗体 (1:1000) を 4℃で一晩反応させが局在する部位と想定されている。しかしながら，細胞た。その後，二次抗体（ビオチン化ヤギ抗ウサギ IgG 抗における詳細な分布や局在するタンパク質の動態などに体），HRP-ABC kit を用い，DAB 反応液（0.05M Tris-HCl，

ついてはほとんど解明されていない。脂質ラフトのマー

0.03%過酸化水素，0.2mg/ml DAB，0.125%硫酸ニッケル

カーとして主に用いられるフィリピンは，コレステロー

アンモニウム）で発色させた。洗浄後，グルタルアルデ

ルと親和性をもつ蛍光物質であり，解析が光学顕微鏡レ

ヒドおよび 1%OSO4 で再固定した。エタノール上昇系列

ベルで進められてきたことも，微細構造レベルでの解明

で脱水し，Hexamethyldisilane に浸漬した後，乾燥させ，が遅れている理由のひとつである。

カーボンコートを行い，超高圧電子顕微鏡 H1250M で観

今回，スフィンゴミエリンに特異的に結合するタンパ察した。

ク質であるライセニンを用い，神経細胞における脂質ラ

ライセニンの免疫反応，すなわちスフィンゴミエリン

フトの分布を超高圧電子顕微鏡で検討した結果については NG108-15 細胞の細胞膜に広くみられるが，所々凝集報告する。ライセニンはシマミミズから得られたタンパ

して強い反応が見られた。Fig.1 に示すように，細胞体，ク質で 297 個のアミノ酸からなる。

神経突起，成長円錐のいずれの部位にも凝集反応が見ら
52

神経系培養株 NG108-15 を 1.0×10 cells/cm の密度でれるが，細胞体で特に強く，つづいて成長円錐におけるコ ラ ー ゲ ン コ ー ト し た 金 メ ッ シ ュ 上 に ま き ， 1mM

反応密度が高かった。凝集反応の大きさや形状は Fig.2

dibutyryl cAMP，1%ヒポキサンチン，0.1%FBS を含むに示すように，直径が数 100nm 程度の楕円形のものが多DMEM 培地で 2 日間培養し，神経突起を分化させた。あく見られた。これらの微細構造の特徴が脂質ラフトと一らかじめ金メッシュにはホルムバール支持膜を張り，座致するかどうか，受容体などの膜タンパク質との共存を標用に 40nm の金コロイド標識を施した。

含めて検討を継続中である。

N

C

NF

GC

Fig.1. Lysenin immunoreactivity in neuronal cell line
NG108-15 cells. The reactions are seen dense
granular dots on the cell membrane of cell body(C), nerve fiber (NF) and growth cone (GC).
Scale bar=5µm

Fig.2. Higher magnification of lysenin immunoreactivity inneuronal cell line NG108-15 cells. N: nucleus,
Scale bar=1µm

203

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）4．嗅覚系における新生ニューロンの遊走と分化に関する三次元解析
清蔭恵美（川崎医科大学解剖学）
Adam C. Puche (Department of Anatomy and Neurobiology,
University of Maryland School of Medicine, MD, USA)
成体哺乳類の脳におけるニューロン新生は，海馬と嗅作製し嗅球 SVZ の細胞を超高圧電子顕微鏡で観察を行覚系がよく知られている。嗅覚系では，側脳室を取り囲った。これと平行して，通常の DAB，Co+Ni DAB 及びむ上衣に近接した脳室下帯 subventricular zone (SVZ) に

Metal-DAB（Pierce 社）を用いた発色が，超高圧電子顕微存在する神経幹細胞から新生したニューロンが，分化し鏡観察に適しているかの検討も行った。

ながら前脳の先端（吻側端）に存在する嗅球に向け遊走

また，8～10 週齢 TH-GFP マウスの側脳室前角の SVZ

し，最終的に局在する層へたどり着き，絶えず新しい細に cell tracker orange (CTO) を injection し，1 週間後に還胞と置き換わっている。本研究では，本年度も継続して流固定を行った。連続スライスを作製後，CTO を取り込

嗅球深部における遊走細胞に注目し，その詳細な構造にんだ GFP 陽性細胞の観察を予定していたが，これらの細ついて超高圧電子顕微鏡による高解像度三次元的構造解胞は非常に少なく，超高圧電子顕微鏡のための標本作製析を行った。

までには至っていない。更なるトレーサー実験が必要とドーパミンの律速酵素である tyrosine hydroxylase (TH)なるが，現在安定して SVZ にトレーサーを入れられるよの発現を green fluorescent protein (GFP) で置き換えたト

うになり，遊走細胞の標識が向上してきた。今後も嗅球

ランスジェニック（TH-GFP マウス）を灌流固定後，50µm

上衣層内の遊走細胞とそれら細胞の各分化段階における厚の連続スライスを作製した。抗 GFP 抗体を用いた免疫細胞形態変化の観察を行いたい。

染色後，一部をエポン樹脂で包埋し，1～3µm の切片を

5．嗅球ニューロン・グリアの三次元構造解析
樋田一徳（川崎医科大学）

嗅球は他の脳領域と比べて免疫染色やトレーサー標識，

細胞群の間に薄いシート状のアストロサイトの突起が不電子顕微鏡の解析でニューロンの構造は解析が進んでい完全ながら存在し，顆粒細胞の表面 7 割程度を覆っている。我々のこれまでの解析から，嗅球各層のニューロン

ることを明らかにした。これらの構造について，本年度

周囲にはグリアが特異的に存在している。特に糸球体層も更に継続して解析を行った。

や外網状層などでは reciprocal synapse や serial synapse が

解析はラットおよびマウスのゴルジ染色標本を用い，多くみられるが，それらのシナプスが有効に働くように，

エポン包埋後に 100µm 厚に薄切し光顕で観察，アストロ

構成するニューロン群の間を適宜絶縁するように存在しサイトを同定の後に 5µm に再薄切して超高圧電顕用のている。より深層の顆粒細胞層では reciprocal synapse な試料とした。顆粒細胞のクローンには隣接するアストロ

ど特異的なシナプスは少ない一方，側脳室前角脳室下帯

サイトから突起がのびており，この突起は細胞間では数から新生ニューロンが遊走し，それらが嗅球各層のニュ

十 nm の薄膜構造となる。光顕と組み合わせた解析から，ーロンに分化する移動経路であり，顆粒細胞は新生ニュ

一つのクローンには 1～3 個のアストロサイトから突起ーロンから分化後の比較的新しい細胞群と考えられていが伸びているのが観察された。クローンの形態と構成する。これらの細胞群は表層に向かって水平に数十個単位

る細胞数は嗅球の層の深度により多様性がみられるが，の集団（クローン）を形成し，化学的には GABA を産生

そのクローンに対応してアストロサイトの形態，特に突する。これまでの超高圧電顕の解析では，これらの顆粒起の構造が異なっていた。比較的表層では，アストロサ

204

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

イトは層に対してより水平方向に展開する構造になって膜状の構造の構造はほとんど認められなかった。超高圧

おり，10 個以上の顆粒細胞を取り囲んでいた。一方，深電顕で観察されたアストロサイトの薄膜状構造は新生ニ

層では遊走してきた新生細胞が放射状に嗅球各層へ移動

ューロンの分化に対応して形態が形成されていると考えする場所にも既にアストロサイトが隣接していたが，薄られ，この領域に焦点を絞りながら解析を進めている。

6．精神疾患モデル動物を用いた脊髄内運動ニューロンの形態変化
坂本浩隆（岡山大学大学院自然科学研究科理学部附属臨海実験所）
橋本隆，河田光博（京都府立医科大学大学院解剖学・生体構造科学）
村田和義（生理学研究所・脳機能計測センター・形態情報解析室）

我々はこれまでに，脊髄（腰髄）に存在する gastrin-

子顕微鏡を用いて明らかにしている (Sakamoto, Arii,

releasing peptide (GRP) ニューロン系が雄優位な脊髄内局

Kawata, 2010, Endocrinology)。一方の免疫組織化学法を従所神経ネットワークを構築し，自律神経系と骨盤底筋群

来のジアミノベンジジン法で，また他者をナノゴールド

を同時に制御することにより，勃起，射精などの雄の性－銀増感法によって，超高圧電子顕微鏡下で 2 者を区別

機能を調節していることを見出した (Sakamoto et al.,する免疫二重電顕を試みている（図 1）。現在，これらの2008, Nat Neurosci)。一方，ラット球海綿体筋を支配する

二重標識法を利用して，超高圧電子顕微鏡下，脳−脊髄

球海綿体脊髄核 (SNB) は，腰部脊髄 (L5-L6) に存在し，神経回路網の多角的な解析を進めている。

雄優位の性的二型核を示す運動ニューロン群であり，陰以上の結果は，米国性機能学会誌である Journal of

茎勃起や射精など，雄の性行動に重要な役割を果たすこAndrology 誌から発表した。第 37 回日本神経内分泌学会とが知られている。我々はさらに，GRP 免疫組織化学法

学術集会，第 13 回日本行動神経内分泌研究会，および第と SNB ニューロンの逆行性標識法とを組み合わせるこ

81 回日本動物学会大会でデータの一部を発表し，大きなとにより，超微形態学的に SNB ニューロンの樹状突起上反響を得た。

に GRP 作動性のシナプス入力が存在するかを，超高圧電図説
図 1：超高圧電子顕微鏡下で 2 者を区別した免疫二重電顕の一例。一酸化窒素合成酵素(nNOS) に対する免疫染色を従来のジアミノベンジジン法で，また GRP に対する免疫染色をナノゴールド－銀増感法によって標識している。スケールバー = 2µm

205生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

7．バクテリア細胞内クロモソーム DNA の立体構造の解明
金子康子，萩原小百合，関由起子（埼玉大学）
村田和義，永山國昭（生理学研究所）

シアノバクテリア Synechococcus elongatus PCC7942 は

Hoechst 33342 染色していない細胞を同様の方法で処理

長さ数µm の桿状菌で，1 細胞あたり 2-5 コピー（1 コピ

して観察した場合には，高い電子密度の DNA 様構造はーあたり約 270 万塩基対）の環状クロモソーム DNA を確認できなかった。固定樹脂包埋細胞の厚切り切片中で含むことが知られている。明暗周期下で培養すると細胞は，Hoechst 33342 染色 DNA を含むとみなされる電子密分裂周期が同調し，Hoechst 33342 で蛍光染色した細胞内度の高い構造は，ポリリン酸体周辺とチラコイド膜に内DNA の形状も周期的に変化した。DNA は拡散状態から接する位置に多く見られた。

徐々に凝集し，いくつかの特徴的な形状を経た後，細胞次に，より生きている状態に近い細胞内 DNA の高次の長軸方向に波打つ太いひも様の構造を形成してから，構造を可視化するために，Hoechst 33342 で染色した DNA

細胞分裂することが明らかになった。この細胞分裂時にを含む，細胞分裂期の細胞をグリッドに載せて急速凍結見られる DNA を含む太いひも様構造を，超高圧電子顕した。急速凍結した細胞をグリッドごと，クライオチェ

微鏡により立体観察することを目指した。

ンバーを備えた蛍光顕微鏡で観察し，DNA の局在を示す

まず，電子顕微鏡により細胞内 DNA を可視化するた蛍光を確認した後，クライオトランスファーを装着しための染色法を検討した。Hoechst 33342 で DNA を蛍光染

超高圧電子顕微鏡で低温観察した。蛍光染色した DNA

色した分裂期の細胞を通常の方法で化学固定し，脱水・に対応する形で，細胞長軸方向に波打つ太いひも様の構

樹脂包埋後，厚さ 500 nm～1µm の切片を作製した。この造を，高い電子密度で確認することができた。このよう切片をグリッドに載せた状態で蛍光顕微鏡観察した後，な構造をもつ細胞を中心に傾斜シリーズ画像を取得し，同一切片を超高圧電子顕微鏡で観察した。蛍光顕微鏡に

クライオ電子線トモグラフィーで立体構築したところ，

よる DNA の局在を示す蛍光像に対応する形で，細胞内

この太いひも様構造は巨大ならせん構造であることが明の DNA を高い電子密度で確認することができた。

らかになった。

8．超高圧電子顕微鏡を使ったバクテリアセルロース合成機構の解析
峰雪芳宣，中井朋則，櫻井友馬（兵庫県立大学大学院生命理学研究科）

セルロースは代表的な生分解性高分子で，生活には欠素複合体から合成されたセルロース繊維がどのようにしかせない物質である。セルロース繊維は，植物をはじめ，てセルロースの束を作っていくか，バクテリア表面で起一部の細菌，糸状菌，動物でセルロース合成酵素を使っっている現象を捉えることを目的として本研究を開始して合成される。我々はセルロース繊維の形成機構のモデた。今年度は，野生株酢酸菌を使って我々が見たいものルシステムとして，酢酸菌のセルロース繊維形成の研究をどこまで観察できるか検証することとした。

を行っている。セルロースを分解する酵素（セルラーゼ）

観察試料の酢酸菌は，グルタルアルデヒドと OsO4 で 2がセルロース合成に重要な役割をしていることが最近分重固定し，Spurr 樹脂に包埋した。超高圧電子顕微鏡

かって来たが，その機構は不明である。そこで，酢酸菌

H1250M でこの試料がどの程度観察可能か検証するためのセルラーゼ欠損株を使い，セルロース合成とセルローに，まず適当な厚さの切片を作製し，試料を傾けた場合

ス繊維束形成に関連する装置の構造が野生株とどのようにどの程度の像が得られるか，切片を実際に傾けて写真に異なっているか調べたいと考えている。特に，膜上に撮影し，現像後，スキャンニングによるデジタル画像化

配列して存在していると言われているセルロース合成酵を行い，検証した。250 nm 厚の切片を硝酸鉛及び酢酸ウ

206

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

ラニウムにおいて二重染色した試料では，トモグラムの

ま凍結し，クライオホルダーで観察も試みた。方法を改作製が行える画質の像を得られていると判断した（図）。

良して，来年度挑戦したいと考えている。

そこで，この方法で Spurr 樹脂に包埋した試料の 250 nm

今後の問題点（あるいは要望）としては，画像取得に厚の切片を使用して，実際に−60°
から+60°
まで，4°ごとフィルムを使用しているため，現像，デジタル化に時間に撮影を行い，1 シリーズ 31 枚の写真を撮影した。現在，がかかりすぎる点がある。早期の CCD カメラ装着を希

このトモグラムを作成中である。また，酢酸菌をそのま望する。

図の説明：H1250M を使って撮影した，化学固定後 Spurr 樹脂に包埋した酢酸菌の250nm 厚の中央縦断切片像。試料は 0°（上図）と 60°
傾斜して（下図）撮影した。

9．神経前駆細胞からの神経細胞新生時の細胞微細構造の観察
小曽戸陽一 1，末次妙子 2（1 川崎医科大学・解剖学教室，2 理化学研究所・発生再生科学総合研究センター）

脊椎動物の脳はヒトでは約 1000 億個の神経細胞からられ，それぞれの細胞の未分化性に関連していると考え形成される複雑な組織であり，特にヒトなどの高等哺乳られている。細胞突起の伸長性は三種の神経前駆細胞で類における大脳皮質の構築原理は今後の脳研究分野におは異なっているが，そのメカニズムはほとんど明らかにいて解明すべき重要な課題である。大脳皮質を構成する

なっていない。

神経細胞は，胎生期に神経前駆細胞から産生される。近我々は，神経前駆細胞の細胞突起の観察を，生理学研

年の研究から，高等哺乳類では 3 種の神経前駆細胞の存究所の超高圧電子顕微鏡 (HVEM1250) を用いて行って在が示された。神経前駆細胞には特徴的な細胞突起が見いる。神経前駆細胞はその細胞体より，アピカル側およ207

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

び基底膜側に細長い突起（長さ 100µm 以上）を伸展させKiyokage E, Attardo A, Mora-Bermudez F, Arii T, Clarkeている。長大な細胞突起全体及び微細構造の両面を通常

JD, Huttner WB (2008) Cytokinesis of neuroepithelial cells型電子顕微鏡で包括的に観察することは困難であるが，can divide their basal process before anaphase. EMBO J 27:

超高圧電子顕微鏡を活用することで突起の全体像と微細

3151-3163.

構造両者の情報を取得することが可能である。我々はこれまでに，基底膜側の細長い突起 (basal process) の細胞分裂時の挙動について解析し，論文発表を行った (Kosodo
et al, 2008) 。ま た ， ア ピ カ ル 側 の 細 長 い 突 起 (apical
process) に局在する微小管細胞骨格についての解析を遂行した。神経前駆細胞のアピカル側突起における微小管
結合蛋白質である Tpx2 の局在解析を，HVEM1250 を用いて行った。その結果，Tpx2 はアピカル側突起内に数本のファイバー様のパターンとして局在することが明らかとなった (Kosodo et al, 2011)。このことは，脳組織中の神経前駆細胞で，Tpx2 が微小管細胞骨格に集積することを示している。
また今年度はさらに，これまで用いてきた齧歯類マウス胎児脳に加えて，霊長類サル胎児脳の観察を行うこと
で，生物種の違いに踏み込んだ神経前駆細胞の解析を試みた。特に，サル胎児脳において，齧歯類にはほとんど見られない神経前駆細胞種である outer ラジアルグリア
ル (oRG) 細胞の観察を，HVEM1250 を用いて行っている（図 1）。今後本研究を進展させることで，高等哺乳類の発達した脳構築に寄与すると考えられている oRG 細胞の細胞形態情報を取得していく。
Kosodo Y, Suetsugu T, Suda M, Mimori-Kiyosue Y, Toida
K, Baba SA, Kimura A, Matsuzaki F (2011) Regulation ofinterkinetic nuclear migration by cell cycle-coupled active
and passive mechanisms in the developing brain. EMBO J
30: 1690-1704.
Kosodo Y, Toida K, Dubreuil V, Alexandre P, Schenk J,

図 1．サル胎児脳における高等哺乳類特有の神経前駆細胞種（oRG 細胞）の超高圧電子顕微鏡像。黒・白
矢頭はそれぞれ基底膜・アピカル側突起をしめす。二重矢頭は細胞体。Bar = 10µm

10．細菌べん毛基部体の細胞内構造の立体観察
加藤貴之，宮田知子，川本晃大，難波啓一（大阪大学大学院・生命機能研究科）
村田和義（生理学研究機構・電子顕微鏡室）

サルモネラ菌などの細菌は，約 1µm の大きさの体にる超分子複合体で，プロペラとして働くフィラメント，

10-20µm のべん毛と呼ばれる長い繊維状の運動機関をもユニバーサルジョイントであるフック，モーターに相当

ち，これを回転することで自分の好む環境に向かって泳する基部体から構成される。基部体は直径 45nm，高さ

ぐことができる。べん毛は約 30 種類のタンパク質からな

50nm 程度の大きさにもかかわらず，基部体の数百倍もの208

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

長さのべん毛を粘性抵抗の高い溶液中で 1 分間に 20,000で急速凍結後，低電子線量照射条件にて−60°
～60°
の傾斜

回もの高速で回転させる。この高速モーターのエネルギ像を 2°刻みで撮影し，IMOD プログラムを用いて立体構

ーは細胞膜内外に作られる電気化学ポテンシャル差であ造を解析した。その結果，多数のビブリオ菌で細胞外膜るが，それを回転エネルギーに変換するメカニズムは明を明確に確認することができ（図 1），個々の菌体から生らかにされていない。そこで，電子線トモグラフィーにえているべん毛繊維を確認することもできた。しかし，よる構造解析を行った。しかし，試料である細菌は厚さモーター部分の構造はあまり明瞭ではなく，高分解能で約 1µm と厚く，300kV 程度の標準的な電子顕微鏡では十の解析には至らなかった。これは，低電子線量撮影に必分な分解能での構造解析が困難と考えられたため，1 MV

須なミニマムドースシステムが備わっていないために手以上の超高圧電子顕微鏡を用いることにした。また，よ動で低電子線量照射を実現しており，そのため，電子線

り機能状態に近い環境での構造解析を行うため，急速凍による照射損傷の大きな生体試料ではこれ以上倍率があ

結氷包埋試料の電子線トモグラフィーが可能な国内で唯げられなかったことや，フィルムによるフォグレベルの一の超高圧電子顕微鏡である生理学研究所の電子顕微鏡

高さなどが問題であると考えられる。生命系の応用レベを用いて構造解析を試みた。

ル効率を高めるためにも，電子線像を効率よく高感度で培養したビブリオ菌分散水溶液試料を 2µm の膜穴を持ったマイクログリッドに載せて薄膜とし，液体エタン

記録する CCD あるいは CMOS カメラと，ミニマムドー
スシステムの投入が極めて重要である。

11．ヒストンタンパク質を持たない原生生物渦鞭毛虫類の染色体構造の解析
洲崎敏伸・杉浦真由美・ソンチホン・早川昌志（神戸大学大学院理学研究科）
福田康弘（東北大学大学院農学研究科先端農学研究センター）

本研究課題では，原生生物渦鞭毛虫類の染色体の立体用いた電子線トモグラフィー法がきわめて有用である。

構造を解析することを試みた。複雑に入り組んだ核内の原生生物渦鞭毛虫類の染色体には真核生物で共通に見ら染色体の三次元的配行の解析には，超高圧電子顕微鏡をれるヒストンタンパク質が含まれていない。そのかわり

209

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）に，いくつかの染色体結合タンパク質が存在し，常に凝行った。その結果，共生クロレラは，ミドリゾウリムシ

集しているユニークなクロマチン構造を形成している。

細胞表層直下に定着し，トリコシスト（ミドリゾウリム

これらの核内構造物の立体構造は不明であったので，超シの分泌顆粒）やミトコンドリアに結合し，さらに繊毛

高圧電子顕微鏡を用いた渦鞭毛虫類オキシリス核内の三基粒体や付随する小胞や食胞などとも連絡し合いながら，次元構造解析を行った。

ミドリゾウリムシ細胞表層直下で，複雑に結合しあった

また，平成 22 年度はこれに加えて，原生生物などの細ネットワークを形成していることがわかった。共生クロ胞内に存在する共生藻類の安定的維持にかかわる細胞表

レラは，直接ホスト細胞の細胞表層とは結合せず，トリ層への結合構造や，共生藻類と各種オルガネラ・細胞骨コシストの先端部と繊毛基粒体の部分でのみ結合して細格系との立体的位置関係を解析した。具体的には，ミド

胞表層に定着していた。また，ミトコンドリアは共生ク

リゾウリムシ・ミドリラッパムシ・ミドリアメーバ・ミ

ロレラの包膜（PV 膜）と明瞭な結合構造を構成し，それドリヒドラの細胞内で，共生藻類がどのように他のオルを介して共生クロレラと密着し，さらには通路構造によガネラや細胞表層と連結しているのかについて，詳細なりクロレラの細胞表面とも密接に結合していた。加えて，三次元的形態観察を行った。方法としては，原生生物を

ミトコンドリアは共生クロレラ以外にもトリコシスト，

グルタルアルデヒド・オスミウムによる化学固定や，オ

食胞，小胞とも連結構造を作っていた。以上のように，

スミウム・アセトンによるメタルコンタクト凍結置換固

超高圧電子顕微鏡による三次元構造の解析により，細胞定を行った後，Spurr 樹脂に包埋し，厚切り切片 (0.2～5

内共生の確立と維持に関する新たな知見を得ることがでµm) を作製したものを超高圧電子顕微鏡で観察した。さきた。

らに，撮影した電顕写真から，電子線トモグラフィーを12．骨格筋トライアドジャンクションの三次元構造解析
國安明彦（熊本大学大学院生命科学研究部）
村田和義（自然科学研究機構生理学研究所）

骨格筋トライアドジャンクションは，骨格筋細胞の筋

トライアド膜は，Mitchell らの方法 (J. Cell Biol., 96,

小胞体と T 管膜との間に形成された構造体で，神経興奮1008 (1983)) に従い，ウサギ（日本白色種）より骨格筋をを筋収縮運動に変換するための重要なタンパク質複合体

摘出後，それを直ちにブレンダーミキサーで粉砕し，遠である。このタンパク質複合体は，T 管膜にあり神経興心分離を行い，ショ糖密度勾配遠心をして，その精製標

奮センサーとして働く電位依存性 L 型カルシウムチャネ品を得た。本品を 4 度に保ったまま生理研に輸送し，翌ル（別名ジヒドロピリジン受容体 (DHPR)）と，筋小胞

日直ちにカーボン膜穴グリッド上に氷包して超高圧電子体膜にあり筋小胞体からのカルシウム放出を促すカルシ

顕微鏡で観察した。また，抽出したトライアド膜の一部

ウム放出チャネル（別名リアノジン受容体 (RyR)）からは，同時に DHPR のリガンド結合活性を測定し，DHPR

なり，骨格筋ではこれらが機械的に相互作用して興奮収が失活していないことを確認した。超高圧電子顕微鏡観

縮連関を行っていると考えられている。

察の結果，直径数ミクロンのトライアド膜断片を確認す

本研究では，ウサギ骨格筋からトライアド膜をできるることができた。しかし，像コントラストが十分でなく，だけ保存のよい状態で抽出し，これを氷包埋したものを膜状のタンパク質やその結合の様子は確認できなかった。

超高圧電子顕微鏡で観察する。そして，トライアド膜の今後，ゼルニケ位相差法などを用いてコントラストを傾斜像シリーズを撮影して，トライアドタンパク質複合体全体の三次元構造解析をめざす。

210

高めて観察することを検討している。

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

13．超高圧電子顕微鏡を使った微小管・アクチン・膜系ダイナミクスの解析
唐原一郎，坂東理史，荒内亮介（富山大学大学院理工学研究部）
峰雪芳宣，竹内美由紀（兵庫県立大学大学院生命理学研究科）【目的】分裂準備帯は主に微小管からなり，植物細胞の分選定が可能な限界の厚さであり，かつ 60°まで傾斜させ

裂面の位置決定に関わる。その微細構造や形成機構につても 1 万 5 千倍の倍率で良好な像が得られた 500nm 厚のいて未解明の点が多い。そこで二軸電子線トモグラフィ

切片を観察に使用した。500nm 厚の切片は，加速電圧ー法により分裂準備帯の微小管と膜系のダイナミクスを

80kV では大まかな細胞の様子は観察できるが，微小管の立体的に解析することを目指す。今回は，主に試料の厚観察は困難である。よって，予備観察の際には連続切片さの検討を行った。

の途中で 250nm 程度の切片も作り，これで確認すること【実験方法】タマネギ子葉を加圧凍結・凍結置換固定したが必要かもしれない。

後，Spurr 樹脂に包埋した。連続切片を作製し，酢酸ウラ再構築した三次元像上では，細胞表層に並んだ数本のニル (10 min)，クエン酸鉛 (4 min) による二重染色を行っ微小管が観察され，その配置を調べることができた。各た。分裂前期の時期にある表皮細胞を選び，その細胞の微小管の長軸方向についてかなり広範囲にわたる追跡が核中央部を含む切片を超高圧電子顕微鏡観察に供した。

可能であり，今後，微小管同士あるいは微小管と細胞膜

細胞表層部を倍率 1 万 5 千倍で観察し，2°
ステップで−56°との関係を観察できるものと期待される。また一部の微～60°まで撮影した。回転試料ホルダーを使用して撮影視

小管では先端が開いた微小管末端と考えられる構造も見野上で，微小管が試料の回転軸付近に分布し，その配向られた。しかし，今回作製した像では，細胞膜との架橋が試料の回転軸方向に一致するように視野を設定した。

構造等，微小管に付随する微細構造を検出するには至ら

IMOD ソフトウエアを使用して三次元像の再構築を行っなかった。像質はまず三次元像再構築に使用する画像数た。再構成像の解像度は 1.64nm/px あるいは 0.82nm/px とを増やすことで改善されると考えられる。今後は，条件した。

の検討を進めて良好な三次元像を作製し，より微細な構【結果】250～750nm までの厚さの異なる切片を作製した造についての解析を行いたい。

中で，今回は加速電圧 80kV での予備観察により視野の図

分裂準備帯のトモグラフィー(a) および微小管のモデル(b)211

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）14．異常タンパク質の蓄積による粗面小胞体の三次元構造変化
東華岳（岐阜大学・大学院医学系研究科・解剖学分野）

生体では小胞体内に不良タンパク質が蓄積する際には層板状または多列平行状に並んでいる。小胞体内腔の幅

速やかにそれらを分解するタンパク質品質管理機構が存は 20～40nm，ほぼ一定である。細胞核内膜と核外膜との在する。この管理機構を破綻すると，小胞体内に不良タン間にある核周囲腔の径は 10～20nm，均一である。SAMP6

パク質が過剰に蓄積し，小胞体ストレスとなり，細胞にダの骨芽細胞では多くの小胞体が層板状または多列平行状

メージを与える。小胞体ストレスが脳神経疾患や糖尿病，に配列しているが，一部の小胞体が扁平状から円形状に骨粗鬆症などの数多くの疾患に密接に関わっている。

膨張し，径 100nm を超えるものもある。細胞核外膜が局骨粗鬆症は骨強度が低下し，骨折の危険性が増加する

所的に拡張し，核周囲腔が 40nm 程度まで膨張した。

骨疾患である。骨粗鬆症の発症に骨芽細胞の小胞体スト

SAMP6 においては，5 カ月齢と 12 カ月齢ともに骨芽レスが関連する可能性が指摘されている。SAMP6 は老人細胞における粗面小胞体内腔の膨張が認められた。また性骨粗鬆症のモデルマウスである。我々は 5 カ月齢と 12

小胞体と連絡している細胞核外膜の拡張，核周囲腔の膨カ月齢雌性マウス SAMP6 と正常マウス SAMR1 におけ張が観察された。これらの所見は SAMP6 の骨芽細胞にる粗面小胞体の微細構造を比較検討した。

おける小胞体ストレスが関与していることを形態学的に正常マウス SAMR1 と骨粗鬆症マウス SAMP6 における示唆する。

骨細胞と破骨細胞の形態学構造はよく似ている。5 カ月齢

骨芽細胞における小胞体の変化は，脳神経疾患モデルと 12 カ月齢ともに，SAMR1 に比べ，SAMP6 における骨マウスの神経細胞にも小胞体三次元構造の変化を示して芽細胞数が有意に減少した。SAMR1 の骨芽細胞では発達おり，興味深い所見であると考えられ，現在さらに多角

良好な粗面小胞体が観察された。小胞体が扁平状をして的な検索を進めている。

15．電気シナプスを形成した網膜及び脳ニューロンの樹状突起の構造日髙聰（藤田保健衛生大学医学部生理学教室）
村田和義（生理学研究所）

ギャップ結合は蛋白サブユニット・コネキシンによっ

ン樹脂に包埋し，網膜水平断の厚さ 5µm の切片を作成し，て構成され，接触する 2 つの細胞の間で細胞膜にあるコ

1,000kV の加速電圧の超高圧電子顕微鏡下で観察した。

ネクソンチャネルのドッキングによって細胞間チャネル

標識した細胞の相互の樹状突起の間で形成されたギャッが形成される。ギャップ結合はニューロンでは電気シナプ結合の形態を，超高圧電子顕微鏡の試料ステージの傾プスとして働き，電気シナプスはコネキシン 36(Cx36) か斜によって 2°づつ±60°
で撮影し，IMOD プログラムをら構成され，連結したニューロン群で同期した興奮を引用いてその立体再構成を行った。

き起こす（Hidaka 等，2004）。ニューロン間の電気シナプ

硬骨魚類キンギョなどの網膜アマクリン細胞には特徴

スの働きを明らかにするためには，ギャップ結合の微細的な細胞形態を有するものがある。この種の細胞は網膜形態の同定や樹状突起の間でのギャップ結合の存在部位

上で六角形状に規則正しく配列し，これまでの光応答との同定を行う必要がある。今回，網膜アマクリン細胞間細胞形態との関係の解析から 3 種類が存在することが知のギャップ結合の微細形態と大きさを調べた。電気生理られている（Hidaka 等，2005, 2008）。これらのアマクリ

学的に同定した細胞をビオチン複合物の Neurobiotin でン細胞に細胞内注入した Neurobiotin は，ギャップ結合を標識し，組織化学的に発色して，アマクリン細胞の樹状通過し，連結した周りの細胞を標識する（Hidaka 等，2004,

突起間のギャップ結合部位を同定した。網膜標本をエポ

2005, 2008）。このビオチン複合物のギャップ結合の透過212

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告性を利用し，標識された相互の樹状突起の間で形成されで得られる立体再構成像の解析をさらに進めて行きたい。

ているギャップ結合の微細形態を厚さ 5µm の切片で観［文献］察できた。その結果，この種のアマクリン細胞間のギャ
ップ結合班はその直径が 10µm 前後あることが分かった（図 1）。IMOD プログラムを用いてその立体再構成を行った結果を，図 1 の構造に対応させて図 2 に示す。樹状
突起間の接触部位の close membrane apposition の形態を呈する部位がギャップ結合班であるが，この構造の三次

1) Hidaka, S. et al., (2004) Journal of Neuroscience, 24(46):10553-10567.
2) Hidaka, S. et al.,. (2005) Journal of Integrative
Neuroscience, 4 (3):313-340.
3) Hidaka, S. (2008) Journal of Integrative Neuroscience,
7 (1):29-48.

元の広がりが明らかになった。今後，IMOD プログラム

図の説明
図 1：厚さ 5µm 切片での 1,000kV の加速電圧の超高圧電子顕微鏡観察による，網膜ア
マクリン細胞間の巨大なギャップ結合。
図 2：網膜アマクリン細胞間のギャップ結合の，IMOD プログラムを用いた立体再構成。

16．Three-dimensional analysis of mitochondrial formation dependent on the statusof p53 tumor suppressor protein in human colon cells grown as spheroid
Young Rok Seo(Department of Life Science, Dongguk University, Seoul 100-715, Republic of Korea)
Radiotherapy using ionizing radiation (IR) is frequently

microenvironment also has been reported as one of factor

applied to several types of solid tumor. In response to IR, p53

which can affect IR-induced apoptosis. However, most ofhas been known as a critical regulator of apoptosis via

studies were performed in monolayer culture system which is

mitochondria. p53 Ser 46 which is phosphorylated residue in

not able to reproduce microenvironment. Hence in vivo mimic

response to IR can promote apoptotic cell death throughsolid tumor culture system is required for understanding of

mitochondrial outer membrane permeabilization (MOMP) anddefined mechanism of IR-induced apoptosis. In vitro three-subsequent activation of the caspase 7-PARP pathway. Tumor

dimensional spheroid culture system has been considered as a213

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）valuable model to represent microenvironmental condition.

HCT116 p53-wild and-null type cells treated with IR were

The study using in vitro three-dimensional spheroid systemobserved under spheroid culture system. In order to analyze

will lead better insight understanding of molecular responses

alteration of mitochondrial formation, three-dimensionaland mechanisms in response to IR. Here we investigated thereconstruction is in progress using IMOD software. Our result

potential role of p53 protein in mitochondrial-dependent

might suggest a new approach to understand p53 function on

apoptosis under three-dimensional spheroid system applying a

mitochondria in in vivo mimic human solid tumors.

high voltage electron microscopy (HVEM). Mitochondria in

17．3-D Reconstruction of Plastid Crystalline Bodies during
C-3 Cellular Differentiation
InSun Kim (Keimyung University)
High voltage electron microscope (HVEM) has been

membranes and especially with starch grains in the epidermalandplastids (Fig. 3). When new membranous elements weredevelopment of the crystalline inclusions in plastids of C-3

added to the existing ones at the periphery, the distance ofSuaeda. The study has focused mainly on the plastids

newly formed pepipheral elements was inconsistent, whereas

developed in varying degrees of the mesophyll and epidermal

it was approximately 10~11 nm in the stabilized region. The

cells during C-3 foliar differentiation. Furthermore, thedevelopmental pattern of the inclusion bodies, however, wasresulting data has been compared with those of the CAM andsimilar in both cell types. The new membranous elements

C-4 species examined previously for better understanding of

were derived from the proximal thylakoidal membranes

the plastid inclusion bodies.

adjacent to them. Such developmental pattern has been also

employedtoinvestigate

thestructural

pattern

Plastid inclusion bodies were formed both in the mesophyll

noticed in the CAM and C-4 epidermal plastid inclusions,and epidermis, but most frequently in the epidermal cells. The

although it varied in the cases of mesophyll plastids. On thebodies were rather small and infrequent in the mesophyll

basis of the plastid inclusion data in different cell types

plastid (Fig. 1), however, several inclusions, up to six, were

examined and compared, it has been speculated that theusually occurred in the epidermal plastids where the inclusion

inclusion body probably initiated first in the epidermis of thebodies occupied a major portion of the plastid volume (Fig. 2).

ancestral C-3 species before the CAM and C-4 cellular

The bodies exhibited both paralleled and paracrystalline

differentiation took place.

arrangement that were closely associated with thylakoidal

Fig.1： A higher magnification of inclusion body (asterisk) within mesophyll plastid.
Fig.2： Five inclusion bodies formed in the epidermal plastid occupying a large volume of the plastid.

214

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

Fig.3： 3-D reconstruction of the tubular inclusion body (TIB) and a starch grain (S) showing aspatial relationship within epidermal plastid (P) (A~E).

18．AAA シャペロンによる細胞内構造形態制御機構の解明
江崎雅俊，小椋光（熊本大学）村田和義（生理学研究所）

我々は，蛍光顕微鏡を用いた解析によって，サイトゾ

コンドリアを直接観察することが出来た。三次元再構成

ルの必須 AAA タンパク質である Cdc48p の機能を欠損しをすると，野生株では多数のミトコンドリアが液胞の周た酵母変異株において，異常に凝集したミトコンドリア

辺に分布していることがわかった。

が観察されることを見いだした。そこで，本共同研究で次に，CDC48 欠失株におけるミトコンドリアの形態異は，超高圧電子顕微鏡を用いてその形態異常の詳細を解

常の観察を行った。同様の凍結固定置換法によって固定析した。

し，超高圧電顕で連続傾斜像を撮影して，その三次元再試料の固定法としては，試料をより自然に近い状態で構成を行った。その結果，CDC48 欠失株では，ミトコン

観察するために，凍結固定置換法を用いた。試料をメタ

ドリアどうしの間に架橋構造が形成されているのが観ルディスクに挟んで急速凍結し，これを低温に保ったま察された（図参照）。したがって Cdc48p の機能欠損株でま固定液のオスミウム酸と置換して，ゆっくりと室温には，ミトコンドリアが正常に分離せずにつながった状態戻した。そしてこれを樹脂に包埋した。オスミウム酸にになるのではないかと考えられ，この架橋構造が蛍光顕

よって固定されない部分は溶解してしまうが，それ以外

微鏡観察で見られるミトコンドリアの凝集を引き起こ

は比較的もとのままの構造を保っていた。試料を包埋ししている可能性が示唆された。

た樹脂を 3 ミクロンの厚さに切って，グリッドにすくい

今後，さらに他の欠損株についても観察を進め，取り，超高圧電顕を使ってこの連続傾斜像を撮影した。

Cdc48p の各ドメインの役割について研究を進めていく

その結果，核や液胞に加えて細胞内部に分布するミト予定である。

215

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

19．Ultrastructure of antennal sensilla in chironomidae
Sung Sik Han, Se Jin Park, Jae Seung Lee(Korea University, School of Life Sciences and Biotechnology)
Antenna are movable sensory organs located on the head of
most arthropods. It usually consists of several segment,

and so on. These sensory properties of sensilla have attracted
the interest of morphological biologists.

formed by a large number of small organs, called sensilla.

In this study, we studied the sensilla of antenna with

They are built lof a small number of ubiquely identifiablechironomidae which are are a family of nematoceran flies

cells, each of which subserves a well defined role. The

with a global distribution. And males are easily recognized bysensilla,

aretheir plumose antennae. By using HVEM which has beenfunctionally extremely diverse. Differences in the structuraleffectively applied to study three-dimensional structure, wecharacteristics of individual cells can enable sensilla toanalyzed the 3-D reconstruction of antennal sensilla with malereceive a wide range of different stimuli, sound, touch, tasteof chironomidae.

despitetheirsimplebasicmorphology,

Fig1. Ultrastructure image and Reconstruction image of tilted image (+60°~−60°, interval 2°) of sensilla216超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

20．鼻腔粘膜上皮細胞内の滑面小胞体についての超高圧電子顕微鏡を用いた三次元解析高見茂（杏林大学・保健学部・保健学研究科）

堀江沙和（杏林大学・大学院保健学研究科）

哺乳類の嗅覚系には一般的な「匂い」を受容する主嗅

ま ず ， 500 nm 程 度 の 厚 さ の エ ポ キ シ 樹 脂 切 片 を覚系と，内分泌系や自律神経系に影響を及ぼすケモシグ

HVTEM で観察したところ，そこに含まれている SER のナル，フェロモン，を受容する副嗅覚系が存在する。副

内部構造は不鮮明であり，満足できる像は得られなかっ嗅覚系が発達している種では鋤鼻系と呼ばれ，フェロモた。そこで，もう少し薄い切片（約 200 nm）を用い，位ンを受容する鋤鼻受容細胞は鋤鼻器内の鋤鼻感覚上皮

置合わせが容易になるように切片にあらかじめコロイ

内に配列する。多くの種の鋤鼻受容細胞の細胞質には，ド金を付着させてから，HVTEM を用いてトモグラフィ

良く発達した滑面小胞体 (SER) が存在する。ラット鋤鼻ーを試みた。その結果，分解能の高い像を得ることがで受容細胞を含む厚さ約 150 nm の樹脂切片を，加速電圧

きた。具体的には，鋤鼻受容細胞の SER に関しては，(1)120 kv を用いた電子線トモグラフィー法により解析した

ヒモ状の構造が細かいループを繰り返し形成している

ところ，SER にはループ構造をとっている部分と，層板こと，(2) ループとループの間に直線状の部分が存在する状の部分があるらしい事がわかった。これら構造は 1 枚

こと，が判明した。嗅上皮支持細胞の SER に関しては，の樹脂切片の中では完結していなかったので，その構造

鋤鼻受容細胞の SER とは異なり，板状の構造から小胞状の全容解明のためには，もっと厚い切片を超高圧電子顕の構造が膨れ出している可能性が高いことが判明した。

微鏡 (HVTEM)で観察する事が有効であると考えた。一方，今後は，さらに厚い樹脂切片を用いて鋤鼻受容細胞と一般的な匂いを感知する嗅細胞を取り囲む嗅上皮支持

嗅上皮支持細胞の SER の構造解析を進めることが必要

細胞も，良く発達した SER を有していることが判明してである。これらの SER には複数の性ステロイド合成酵素

きた。そこで，我々の研究室で作製した鼻腔粘膜上皮をが局在している事が免疫電子顕微鏡により明らかにな含むエポキシ系樹脂切片標本を HVTEM により観察し，りつつある。したがって，超微形態と免疫局在双方を鋤鼻受容細胞および嗅上皮支持細胞内の SER の，三次元

HVTEM で観察できるような実験プロトコールの確立も解析を行う事を目的とした。

行いたい。

217

生体磁気計測装置共同利用実験報告

生体磁気計測装置共同利用実験報告
〔

目

次

〕

１．視覚を中心とした物体認識に関わる脳磁場信号の計測（野口泰基ほか）.............................................................................. 222
２．脳波と脳磁図による聴覚の変化探知メカニズムの解明（元村英史ほか）.............................................................................. 222
３．脳磁図を用いた発話時のフィードバック機構とヒト脳機能の研究（軍司敦子ほか）.............................................................................. 223
４．誘発脳磁場のウェーブレット変換による時間周波数成分可視化に関する研究（川田昌武）.................................................................................. 223
５．脳磁場計測を用いたヒト脳内における感覚系の神経連絡に関する研究（寳珠山稔）.................................................................................. 224
６．Williams 症候群およびその他の発達障害を持つ患者の認知機能研究（中村みほ）.................................................................................. 224

221

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

1．視覚を中心とした物体認識に関わる脳磁場信号の計測
野口泰基，喜多伸一，松本絵里子，辻本悟史（神戸大学）

ある刺激をまとまりのある「物体」として認識した時，に関する低次派 vs. 高次派の論争が行われている。本実

ヒトの脳は特有の神経活動パターンを示す。視覚を例に

験ではこの問題を検討するため，意識的表象が発生する

取れば，バラバラの線分が提示された時の脳反応は一次「瞬間」の神経活動を，脳磁計を用いて計測した。その視覚野など低次領域を中心としたものになるが，それら結果，視覚情報の意識化に関係する最初の脳磁場反応はの刺激が集合して物体としての形（例えばヒトの顔）を腹側系高次野で検出され，高次派を支持する結果を得た。

なした時，その活動は側頭高次視覚野あるいは頭頂・前2. 視覚性脳磁場反応における社会的文脈情報の効果

頭野を巻き込んだ広範なネットワークを形成する。だが視覚刺激の提示後約 170 ミリ秒の潜時で観察される脳

これら物体認識に関わる空間的な脳内ネットワークは分

磁場反応は M170 と呼ばれ，特に刺激が顔の画像であっ

かっていても，その時間的な情報の流れは未だ不明な点

たときに振幅が大きくなることが知られている。従来はが多い。本研究課題では脳磁計の優れた時間分解能を活

主に知覚神経処理に関わる反応とされてきたが，今回はかし，視覚を中心とした物体認識に関わる神経活動の流

顔画像の前に社会的な言語情報（「生まれはアメリカ」れを詳細に追うことを目的として研究を進めてきた。今「専門は数学」など）を提示することによって，その後

年度は以下の 2 点をテーマとして実験を行った。

の顔画像への M170 反応に何らかの変化が生じるかを検1. 意識的視覚表象発生時の脳磁場反応計測

討した。その結果，それら社会的文脈情報によって M170

「意識的知覚内容と連動した神経活動が，脳のどこで最反応は変化しないものの，それより僅かに遅れた 200 ミ

初に生じるか」という問題は未解決のテーマの 1 つであ

リ秒過ぎの脳磁場反応は文脈情報の効果によって拡大する。視覚の場合，両眼視野闘争と電気生理的手法を組みることが分かった。以上の結果は，側頭葉高次視覚野の合わせた研究により，サルの IT や V4 といった腹側系高神経反応が視覚刺激というボトムアップ情報だけでなく，

次視覚野が意識的視覚表象の形成に主導的な役割を果た

文脈的なトップダウン情報にも影響され得ることを示し

すことが示されている (Leopold & Logothetis, 1996)。だがている。さらに脳磁図の優れた時間分解能により，このfMRI を使った最近の研究では，ヒト V1 さらには LGN

トップダウン情報の影響が刺激提示後 200 ミリ秒というにおける血流反応も意識的知覚と連動した動態を示すこ

早い段階で起きていることが示唆された。

とが報告されており (Haynes et al. 2005)，意識の発生場所

2．脳波と脳磁図による聴覚の変化探知メカニズムの解明
元村英史（三重大学医学部附属病院精神科神経科）
乾幸二，柿木隆介

ヒトが生存する上では，環境の変化を速やかに察知しdiagnostic marker になる可能性がある。本研究の目的は脳て適応した行動をとる必要がある。脳内ではミリ秒単位

波・脳磁図を用いた聴覚変化探知メカニズムの解明と精で感覚情報処理が行われるわけであるが，最初期段階に神疾患における客観的指標の確立である。本年度は下記位置する変化探知は極めて重要かつ基本的な情報処理活のことを明らかにした。

動と考える。脳波や脳磁図が捉えることができるイベン

1. 脳波計を用いた統合失調症の変化探知活動解析

ト発生後約 100ms にみられる比較的大きな脳活動である

統合失調症患者において，変化させる音特性（音圧，N1, N1m は意識的に制御できるものではない。精神疾患

周波数，音源位置）にかかわらず，健常者と比較して N1

においてこれらに異常があるとすると，極めて安定したの振幅が低いことを明らかにした。統合失調症患者にお222生体磁気計測装置共同利用実験報告

いては個々の音特性の情報処理過程にそれぞれ異常が存の dipole activity もセンサーレベルの解析同様に第 1 音に在するのではなく，sensory gate と考えられる上側頭回に対する活動が第 2～4 音に比して高く，第 2～4 音間に差機能異常が存在する可能性が考えられた。

はみられなかった。これまでに N1 および N1m は変化関

2. train pulse stimulation

連脳活動が主たるものであることを報告してきたが，本純音 (800Hz, duration: 250ms; rise/fall: 5ms) を 500ms 間

パラダイムによる脳活動強度の差異は刺激前の無音の長隔で 4 音呈示し，個々の train の間隔は 3s とした。各刺さに基づく刺激の新奇性（変化）によるものであると考激の約 100ms 後に N1m が側頭領域のセンサーで確認さえられる。さらに，STG および PT の dipole activity の挙れたが，第 1 音に対する N1m の脳磁場活動が第 2～4 音

動から，脳内には変化検出に特化した情報処理回路が存に比して高く，第 2～4 音間に差はみられなかった。双極在し，いくつかの階層において sensory gate が存在するの子 追 跡 法 を 用 い た 信 号 源 推 定 で は ，superior temporal

かもしれない。

gyrus (STG) と planum temporale (PT) がこの N1m の主たる脳活動として推定された。推定された STG および PT

今後，train pulse stimulation を用いて精神疾患での解析を進める予定である。

3．脳磁図を用いた発話時のフィードバック機構とヒト脳機能の研究
軍司敦子，稲垣真澄（国立精神・神経医療研究センター精神保健研究所）
岡本秀彦（ミュンスタ大学，ドイツ）
柿木隆介（統合生理研究系）

自己発声音に対するモニタリング機能の解明を目指し，

ドバックが変化した時点からおよそ 120ms 後に頂点を示

変換聴覚フィードバック (TAF) によって変化する発話

す，聴覚連合野由来の N1m 様成分が出現した。その source

中の聴性脳磁場反応について検討した。

strength は，control よりも TAF 条件で有意に増大した。

健常成人を対象に，自分の声が変調して聞こえる条件

以上から，発話時の聴性モニタリング機能は通常，抑（TAF 条件）と，変調されずにフィードバックされる条制されるが，フォーワード情報とフィードバック情報の件 (control) で，母音/ə/の持続発声（5 秒）をしていると不一致は，発話中の聴性反応を外界の音を聴取する際ときの脳磁場反応を記録した。TAF 条件では，発声開始後同様に賦活させることが，TAF 条件における N1m 成分

1-2 秒後に発話音声の位相を反転・変調して両耳へフィの振幅から確認できた。現在は，変調聴覚フィードバッ

ードバックし，その 1.5 秒後には元の発話音声でフィー

クの状態から本来の聞こえ（自分の声）へ回帰したとき

ドバックした。Control では，TAF 条件と同じタイミングの発話情報のモニタリング機能について，脳磁場反応をで位相の反転のみがなされた。

解析している。

条件毎に加算平均波形を算出したところ，聴覚フィー

4．誘発脳磁場のウェーブレット変換による時間周波数成分可視化に関する研究
川田昌武（徳島大学）

本研究課題では，誘発脳磁場に対してウェーブレット

これまでに，ウェーブレット変換を用いたヒト脳波（運変換 (Wavelet Transform) を用いた時間周波数成分可視化

動関連脳電位）の時間周波数可視化を独自に進めた結果，を行い，その発現機序について新たな知見ことを目的と本手法が脳波の発現機序を解明する上で有効であることしている。

を示している。

223

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

昨年度，高速離散ウェーブレット変換 (Fast Discrete

レット変換を導入した。また，本手法は連続型ウェーブ

Wavelet Transform) に基づく複数測定点間の相関性を求レット変換と比較して，解析時の計算機メモリ量も削減

める相互相関法 (Cross-Correlation Method) のプログラムできる。

を独自に作成し，2 点間での簡易計算機実験（単発パル

本年度は，平成 20 年度に実施した脳磁場計測実験（運ス波形のみ）により，計算結果を確認した。なお，生理動関連脳磁場）の結果データの計算機への読み込み，解学研究所全頭型脳磁図計 (Neuromag System) が 306 チャ

析を進めるとともに，脳磁場発生位置を特定するプログ

ンネル出力であり，その利点を十分に生かすためには高ラムの検討を進めた。今後も同解析，検討を進める予定

速計算が必要不可欠であることから，高速離散ウェーブとしている。

5．脳磁場計測を用いたヒト脳内における感覚系の神経連絡に関する研究寳珠山稔（名古屋大学医学部保健学科）

脳磁計での脳反応測定は，高い時間分解能で精度の高数回平均の誘発磁場パターン中に高い相関係数で出現すい空間位置情報の計算が可能であることが利点の中心でる潜時を計測し，各成分の時間的ばらつきから成分間のあるが，頭皮上に高い密度で計測コイルを配置できるこ

時間的接続性を評価した。

とも重要な点である。また，理論上は測定コイル形状が② 視覚誘発脳磁場には，視覚誘発脳反応の皮質成分軸型である場合のほうが平面型コイルよりも比較的深部(75ms) の前に刺激後 30-40ms に先行成分が認められるが，の神経活動が観察可能であるとされている。

この電流源推定の結果は明らかではない。本研究では，

本研究では，脳磁計の高い時間分解能を利用し，神経軸形および平面型コイル双方で，刺激後 30-40ms の磁場連絡に関する下記の 2 つの脳磁場活動を検出することを成分が検出された。記録された反応の大きさは軸型コイ目的とした。

ルが大きかったものの，同一の成分を観察しているもの① 誘発脳反応成分間の時間的分散を計測し，神経－筋と考えられた。推定された電流源の時間的推移は外側膝接合部で観察される jitter の観察と同様に，誘発成分間で状体から第一次視覚野の至る皮質下の視覚路に一致したの jitter に相当する時間的関連性を評価した。背景雑音のものの，外側膝状体の反応が検出されているかどうかに低い状態（signal-to-noise ratio が高い状態）では誘発脳反ついては他施設での報告と異なる点も見出されており，応を得るために必要な加算回数はより少数となり，理論更に詳細な検討が必要である点が継続した研究課題とし的には 1 回の測定でも誘発成分の抽出が可能となる。本て残された。

測定では，平均加算によって得られた目的とする体性感

本研究結果は，現在，専門国際雑誌に投稿中である。

覚あるいは視覚誘発脳磁場の磁場分布が，1 回あるいは6．Williams 症候群およびその他の発達障害を持つ患者の認知機能研究中村みほ（愛知県心身障害者コロニー・発達障害研究所）

我々はこれまで Williams 症候群 (WS) に対し，脳磁図，しいこと）が見られるか否かに着目したこれまでの神経脳波を用いた神経生理学的な検討や心理学的検討を行い，生理学的検討の結果，WS 患者では，倒立顔に対する反高次脳機能の解明に努めてきた。

応がコントロール群と異なり倒立効果を示さない例と，顔認知に関して，定型発達成人に見られるような顔の同年齢の定型発達コントロール群の反応と差がない例が倒立効果（倒立顔の処理が正立顔の処理に比べてより難混在することが明らかとなった。この結果は従来の複数224

生体磁気計測装置共同利用実験報告の研究室からの顔倒立効果の有無についてのばらつきと知機能がかかわっている可能性を示唆するものであり，矛盾しない。この倒立効果の有無を，我々の被験者の認

ヒトの視覚認知機能の解明に重要なヒントを与える知見

知所見の縦断的データと比較検討した。その結果，顔倒であるとともに，これまでの各報告間の顔倒立効果の有

立効果を認める例においては，視空間認知（特に 3 次元

無についてのばらつきを説明しうるものと考えられた。

知覚）の発達が比較的良好なことわかった。WS におい

さらに，WS 類似の視空間認知機能の躓きを持つ疾患ては視空間認知障害はほぼ全例で認められるものの，そ（22q11.2 欠失症候群など）について，WS に対して実施の発達過程には様々なばらつきがあることがすでにわかしたものと同様の検討を行い，視空間認知機能の発達状っている (Nakamura et al 2009)。今回の知見は，視覚認知

況が顔倒立効果の発現に与える影響の有無についてデー

腹側経路が主体であるとされるヒトの顔認知のメカニズ

タを集積中である。

ムに，視覚認知の背側経路にかかわるとされる視空間認225

研究会報告

研究会報告
〔

目

次

〕

１．イオンチャネル・トランスポーターと心血管機能：細胞機能の分子機序とその統合的理解（代表者：尾野恭一

2010 年 11 月 4 日－11 月 5 日）............................................. 231

２．作動中の膜機能分子の姿をとらえる－静止画から動画へ－（代表者：相馬義郎

2010 年 9 月 16 日－9 月 17 日）............................................. 242

３．シグナル伝達の動的理解を目指す新戦略（代表者：廣瀬謙造

2010 年 9 月 30 日－10 月 1 日）............................................. 251

４．糖鎖機能研究会…分子レベルでの解明を目指して（代表者：辻崇一

2010 年 7 月 1 日－7 月 2 日）............................................... 259

５．シナプス可塑性の動作原理（代表者：木下専2010 年 6 月 10 日－6 月 11 日）............................................. 270

６．視知覚の理解へ向けて－生理，心理物理，計算論による探求（代表者：金子寛彦

2010 年 6 月 10 日－6 月 11 日）............................................. 278

７．行動制御における脳領域間の機能連関（代表者：星英司

2011 年 1 月 7 日－1 月 8 日）............................................... 288

８．感覚刺激・薬物による快・不快情動生成機構とその破綻（代表者：南雅文

2010 年 9 月 30 日－10 月 1 日）............................................. 298

９．シナプス研究会「記憶学習行動の基盤としてのシナプス可塑性」（代表者：林康紀

2010 年 12 月 2 日－12 月 3 日）............................................. 304

10．大脳皮質局所回路の機能原理（代表者：宋文杰

2010 年 12 月 9 日－12 月 10 日）............................................ 308

11．脳機能画像解析法研究会～脳領域間結合分析法（代表者：河内山隆紀
12．認知神経科学の先端

2010 年 12 月 9 日－12 月 10 日）.......................................... 312

身体性の脳内メカニズム（代表者：村田哲2010 年 10 月 22 日－10 月 23 日）........................................... 315

和彦

2010 年 5 月 27 日－5 月 29 日）............................................. 321

13．Motor Control 研究会（代表者：関14．極性細胞の病態生理解明に向けた多角的アプローチ（代表者：酒井秀紀

2010 年 11 月 4 日－11 月 5 日）............................................. 368

15．シナプス伝達の概念志向型研究（代表者：小西史朗

2010 年 12 月 7 日－12 月 8 日）............................................. 377

16．中枢・末梢臓器連関による生体恒常性と仲介分子機構（代表者：矢田俊彦

2011 年 2 月 18 日－2 月 19 日）............................................. 387

17．電子顕微鏡機能イメージングの医学・生物学への応用－電顕・光顕による統合イメージング（代表者：臼田信光

2010 年 1 月 20 日－1 月 21 日）............................................. 394

18．温熱生理研究会（代表者：松村潔

2010 年 9 月 9 日－9 月 10 日）.............................................. 403

229

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

19．TRP チャネル群の生理機能と病態生理（代表者：金子周司

2010 年 6 月 3 日－6 月 4 日）............................................... 416

20．痛みの病態生理と神経・分子機構（代表者：倉石21．第二回

泰2010 年 12 月 3 日－12 月 4 日）............................................. 429

光操作研究会（代表者：松崎政紀

2010 年 9 月 9 日－9 月 10 日）.............................................. 444

22．病気の進化研究会シンポジウム（代表者：中山裕之

230

2010 年 12 月 2 日－12 月 3 日）............................................. 457

研究会報告1．イオンチャネル・トランスポーターと心血管機能：
細胞機能の分子機序とその統合的理解2010 年 11 月 4 日－11 月 5 日
代表・世話人：尾野恭一（秋田大学・院医・細胞生理）
所内対応者：久保義弘（生理研・神経機能素子）（１）SA node 細胞による心筋再生－心筋線維芽細胞のトロポニン T 発現調節
小野景義，木内茂樹（帝京大学薬学部 薬理学 II）（２）ヒト iPS 由来心筋の電気生理学的性質
黒川洵子 1，遠山周吾 2，村田光繁 2，古川哲史 1，福田恵一 2（1 東京医科歯科大学難治疾患研究所，2 慶應義塾大学医学部）（３）非定型心筋細胞 (Atypically-shaped cardiomyocytes, ACMs) の特徴 －起源と虚血耐性－
尾松万里子，松浦博（滋賀医大・生理）（４）薬物の hERG チャネルファシリテーション作用
古谷和春 1,2，山川祐子 3，稲野辺厚 1,2，岩田美紀 1，倉智嘉久 1,2（1 大阪大学大学院医学系研究科 分子・細胞薬理学，2 大阪大学臨床医工学融合研究教育センター，
3

大阪大学大学院医学系研究科 数理保健学）（５）KCNQ1-KCNE1 複合体ストイキオメトリーの一分子蛍光イメージングによる決定
中條浩一 1,2，Maximilian Ulbrich2，久保義弘 1，Ehud Isacoff 2（1 生理学研究所神経機能素子研究部門，2 カリフォルニア大学バークレー校分子細胞生物学科）（６）先天性 QT 短縮症候群の新規 KCNH2 変異 (I560T) の機能解析
蒔田直昌 1，冨永伊知子 1，高塚賢治 1，鵜野起久也 2，鷹野誠3

（1 長崎大学医歯薬学総合研究科内臓機能生理学，2 東京医科大学八王子医療センター循環器内科，
32+

自治医科大学生理学講座 3）

2+（７）カルモジュリンをリンクさせた Cav1.2 型 Ca チャネルの Ca 依存性調節
蓑部悦子 1，森誠之 2，徐建軍 1，亀山正樹 1（1 鹿大・医歯総研・神経筋生理学，2 福岡大・医・生理学）（８）L 型カルシウムチャネルを介した心拍リズムの制御機構
中瀬古寛子，伊藤雅方，丸山博子，杉山篤，赤羽悟美（東邦大学医学部医学科大学院医学系研究科薬理学講座）
2+2+（９）Ca 拮抗薬の徐脈作用に関与する Ca チャネル分子種の検討：efonidipine 光学異性体のCav1.2, Cav1.3, Cav3.1 チャネルに対する作用
行方衣由紀 1，恒岡弥生 1，小川亨 1，古美門千紗 1，高原章 1，

中瀬古（泉）寛子 2，赤羽悟美 2，田中光1

（1 東邦大学薬学部薬物学教室，2 東邦大学医学部医学科薬理学講座）（10）低分子量 G 蛋白質 Rad の抑制は，マウス心筋 L 型カルシウム電流を増加させることで，triggered activity を引き起こす
鈴木智之 1，村田光敏 2，山川裕之 2，水澤美香 2，遠山周吾 2，扇野泰行 2，
湯浅慎介 2，牧野伸二 2，佐野元昭 2，神谷香一郎 1，福田恵一 2（1 名古屋大学環境医学研究所心血管分野，2 慶應義塾大学循環器内科学教室）

231

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（11）マウス心筋細胞における PMCA と NCX の機能連関と活動電位波形
塩谷孝夫（佐賀大学医学部 器官・細胞生理学分野）（12）ラット肺静脈心筋細胞におけるカテコラミン誘発自動能岡本洋介 1，鷹野

誠 2，大場貴喜 1，尾野恭一 1（1 秋田大学大学院医学系研究科細胞生理学講座，2 自治医科大学生理学）（13）心臓における YM-244769（新規ベンジルオキシフェニル誘導体）の特異的 NCX 阻害作用
渡邊泰秀 1，山下寛奈 1，木村純子 2，山川知美 1，喜多紗斗美 3，
山田敏樹 3，山本信太郎 3，岩本隆宏 3（1 浜松医大・医・健康科学，2 福島医大・医・薬理，3 福岡大・医・薬理）（14）動脈平滑筋細胞における Ca マイクロドメイン分子集合の可視化とイオンチャネル活性制御機構
山村寿男，鈴木良明，池田知佳子，大矢進，今泉祐治（名古屋市立大学大学院 薬学研究科 細胞分子薬効解析学分野）（15）TRIC-A チャネルと血圧調節
山崎大樹，竹島浩（京都大学大学院薬学研究科 生体分子認識学）（16）心臓リモデリングにおけるΤΡΠΧチャネルの役割
西田基宏 1，北島直幸 1，斎木翔太 1，清中茂樹 2，井上隆司 3，森泰生 2，黒瀬等1（1 九州大学 大学院薬学研究院 薬効安全性学，
2

京都大学 大学院工学研究科 合成・生物化学，3 福岡大学 医学部 生理学）

（17）心不全発症における PIP5 キナーゼの役割について
喜多紗斗美 1，伊豫田拓也 1，荒井勇二 2，岩本隆宏 1（1 福岡大学医学部薬理学，2 国立循環器病センター研究所）（18）ゲノムワイド RNAi 心不全スクリーニングによる心機能調節因子 CCR4-NOT 複合体の同定
久場敬司 1，鈴木

享 1，森田正行 1，村田光敏 2，山川裕之 2，Greg Neely3，

Josef Penninger3，福田恵一 2，磯部光章 4，木村彰方 5，今井由美子 1（1 秋田大学大学院医学系研究科 情報制御学・実験治療学講座，2 慶應義塾大学医学部 循環器内科学，
3

IMBA-Institute of Molecular Biotechnology of the Austrian Academy of Sciences，

4

東京医科歯科大学 循環制御学，5 東京医科歯科大学難治疾患研究所 分子病態分野）【参加者名】
西田基宏（九州大学・大学院薬学研究院・薬効安全性学

古谷和春（大阪大学・大学院医学系研究科），行方衣由紀，分野），柳（石原）圭子，塩谷孝夫（佐賀大学・医学部・

恒岡弥生，濱口正悟（東邦大学・薬学部・薬物学教室），

生体構造機能学），蒔田直昌（長崎大学大学院・医歯薬学

黒川洵子（東京医科歯科大学・難治疾患研究所・生体情総合研究科），渡邊泰秀，山下寛奈，山川知美（浜松医科報薬理学分野），赤羽悟美，中瀬古寛子，伊藤雅方（東邦大学・医学部看護学科），尾野恭一，岡本洋介（秋田大学

大学・医学部医学科），今泉祐治，大矢 進，山村寿男，大学院・医学系研究科・細胞生理学講座），村田光繁，山鈴木良明，藤井将人，大城隼也，鬼頭宏彰，澤田英士，川裕之，遠山周吾（慶應義塾大学・再生医学教室），鷹野

竹本将士，丸山史登，木下智仁，石井秀明，村本孝博，

誠（自治医科大学・医学部・生物物理学部門），亀山正樹，（名古屋市立大学・大学院薬学研究科），岩本隆宏，喜多蓑部悦子，楊紗斗美，後藤雄輔（福岡大学・医学部・薬理学），小野景レイ（鹿児島大学・大学院医歯学総合研

究科・神経筋生理学分野），李院医学系研究科），竹島
薬学研究科），松浦

鍾國，（大阪大学・大学

浩，山崎大樹（京都大学大学院・

博，尾松万里子（滋賀医科大学・生

理学講座），久場敬司（秋田大学・大学院医学系研究科），

232

義，木内茂樹（帝京大学・薬学部・薬理学教室），神谷香一郎，本荘晴朗，鈴木智之（名古屋大学

環境医学研究所），久保義弘，立山充博，中條浩一，Keceli Batu，藤井大祐（生理研・神経機能素子）

研究会報告【概要】
平成 22 年度 11 月 4 日（木）・5 日（金）の 2 日間，生告された。解析手法に関しては，電気生理学的手法に加理学研究所コンファレンスセンター小会議室にて研究会

え，in vivo での機能解析，分子生物学手法，遺伝子改変を開催した。本年度はコアメンバーから 11 題，それ以外

マウス，分子イメージング，ゲノムワイドスクリーニンから 7 題の合計 18 演題が寄せられた。本年度は昨年に引グ等，多角的視点からの解析が紹介され，本研究の主目

き続いての研究会であったが，昨年度からの継続テーマ的であった「多角的視野からイオン輸送体に関する最新に関する発表に加え，新たに 4 施設からの研究報告があの知見を共有することによって統合的な理解を得るととった。

もに新たな研究手法についての技術交流や情報交換を図

テーマ別にみると，正常及び異常自動能（洞房結節，る」ことが達成されたと自負している。とりわけ，昨年

非定型心筋細胞，iPS 細胞，肺静脈心筋細胞）に始まり，度の研究会以来，新たに共同研究を開始した研究グルー

K チャネルの構造活性相関（hERG チャネルの薬物によプが多く見受けられ，本研究会が研究者相互の技術交流

るファシリテーション，KCNQ1-KCNE1 複合体ストイキ

及び共同研究推進に多大な影響をもたらしていることがオメトリー，先天性 QT 短縮症候群の新規 KCNH2 変異），うかがわれた。

Ca チャネルの構造と機能，細胞内イオン輸送体の機能連当日の研究会には 40 余名の参加者があり，18 題の研関，平滑筋細胞における Ca マイクロドメイン分子集合

究発表に対して活発な質疑応答が行われた。各研究の今の可視化，TRIC-A チャネル，TRP チャネル，心不全・後の発展と共に，新たな研究基盤の確立と促進につなが心肥大，ゲノムワイド RNAi 心不全スクリーニング等，ることを期待したい。

イオン輸送体と心血管機能に関する多彩な研究成果が報（1）SA node 細胞による心筋再生－心筋線維芽細胞のトロポニン T 発現調節
小野景義，木内茂樹（帝京大学薬学部 薬理学 II）
我々はこれまでに，成獣洞房結節細胞 (sinoatrial node

考 え ら れ る GCF の 分 子 生 物 的 特 徴 付 け を 試 み た 。

cell, SANC) を単離し，長期間培養することにより自発拍

RT-PCR 法により，GCF に cTnT を含む心筋マーカー遺動を示す心筋細胞が新生すること，少なくともその一部

伝子の発現が認められた。しかし western blot 法では cTnT

は心臓線維芽細胞 (guinea-pig cardiac fibroblast, GCF) を

蛋白の発現は検出されなかった。MG-132 処理によりプ起源とし，心筋細胞へと transdifferentiate したものである

ロテアソーム阻害を行なうと，GCF に cTnT 蛋白が発現

2+

し，それは，核に局在していた。このとき，cTnT 蛋白のシグナル，活動電位の発生，ROCK，PI3K 或いは GSK3

発現量増加に伴って，cTnT の発現量が著しく減少した。

の阻害により抑制され，反対に ERK1/2，p38 或いは PKA

この効果は，MG-132 の除去により回復した。これらのの阻害により促進されることがわかった。一方，このよ

結果は，GCF では cTnT 蛋白が翻訳後速やかにプロテア

うな心筋細胞への分化誘導効果は，SANC を培養したソームで分解されていること，ごく微量の cTnT 蛋白に

conditioned medium のみでは弱く，oxytocin など既知の心より cTnT の転写が抑制され，結果として蛋白の発現量

筋分化誘導因子や cell-free SANC fraction には認められなが低レベルに維持されるように制御されていることを示

かった。

唆する。

ことを見出してきた。この心筋細胞新生は，細胞内 Ca

今回，SANC による心筋細胞新生の起源となりうると

233

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（2）ヒト iPS 由来心筋の電気生理学的性質
黒川洵子 1，遠山周吾 2，村田光繁 2，古川哲史 1，福田恵一 2（1 東京医科歯科大学難治疾患研究所，2 慶應義塾大学医学部）【背景】ヒト iPS 細胞は，細胞移植治療のみならず疾患 iPSーカーの発現を確認した。3) 微小電極法により，結節様，細胞の樹立による遺伝性疾患の解析や薬剤スクリーニン

心房筋様および心室筋様の活動電位が記録された。活動

グなど，広く有用だと期待される。そのためには，各組電位の幅が，分化誘導の期間に応じて延長した。4) パッ織へ分化したヒト iPS 細胞の機能解析は必須である。しチクランプ法により，心筋細胞の主要なイオンチャネル

かし，ヒト iPS 由来心筋細胞 (hiPS-CM) の電気生理学的電流が記録された。分化誘導を長期間行うことで，If 電特性については，ほとんど報告されていない。

流と T 型 Ca2+電流の減少と IK1 電流の増大という作業心【目的】本研究は hiPS-CM の電気生理学的特性を明らか

筋様への変化が見られ，活動電位の幅の延長を説明しうにすることを目的とした。

る結果を得た。

【方法及び結果】hiPS-CM への分化誘導は胚様体 (EB) 法【結論】hiPS-CM はヒト心筋細胞と同様な電気生理学的特を用いた。1) 拍動 EB の mRNA を抽出し，RT-PCR 法で性を有し，分化誘導の期間を調節することにより，作業

心筋特異的マーカー遺伝子および心筋イオンチャネル遺心筋様の細胞を得られる可能性が示された。

伝子発現を確認した。2) 免疫染色法により心臓特異的マ（3）非定型心筋細胞 (Atypically-shaped cardiomyocytes, ACMs) の特徴 －起源と虚血耐性－
尾松万里子，松浦博（滋賀医大・生理）

ランゲンドルフ灌流によるマウス成体の心室筋細胞単natriuretic peptide (ANP) を発現していることがわかった。

離の最終過程において，遠心によって取り除かれた上清ACMs の心室筋組織における存在を探索するため，心筋分画を集め，半固形状培地中で培養したところ，3～5 日の薄切切片を用いて免疫組織染色をおこなった結果，後に接着細胞群の中に，長く伸長し枝分かれした突起を

ANP を発現している小型細胞が心室筋細胞間隙に存在有した形態に変化するとともに自動的に拍動する細胞がすることを見出した。これらは心筋幹細胞とは異なる細出現することを見出し，「非定型心筋細胞 (atypically-

胞群であり，ACMs の心臓内での origin としての有力なshaped cardiomyocytes, ACMs)」として新規に同定した。

候補細胞であることが示唆された。また，致死的な低酸ACMs の増殖は観察されず，心筋幹細胞マーカーとして素状態に曝露しても約 50%の ACMs は生き残り，自動性知られる細胞表面抗原を持たないことから，これらの細を保持していることがわかった。これらのことから，胞は心筋に存在する幹細胞とは異なる種類の細胞である

ACMs は心室組織内の心筋細胞間隙に存在し，心室筋細と考えられた。ACMs に発現しているタンパク質の特徴

胞より虚血耐性を有することを見出した。

を調べたところ，胎児性心筋遺伝子として知られる atrial

234

研究会報告（4）薬物の hERG チャネルファシリテーション作用
古谷和春 1,2，山川祐子 3，稲野辺厚 1,2，岩田美紀 1，倉智嘉久 1,2（1 大阪大学大学院医学系研究科 分子・細胞薬理学，2 大阪大学臨床医工学融合研究教育センター，
3

大阪大学大学院医学系研究科 数理保健学）

電位依存性 K+チャネルである hERG チャネルを阻害す

分極コンディショニング前に阻害されたチャネル成分は

る薬物は，心室筋細胞の IKr 電流を減少させ活動電位持見かけ上ファシリテーション作用に関与しないこと，②

続時間を延長する可能性があり，心臓機能への影響が不脱分極によって阻害時とは異なる薬物－チャネル相互作

整脈抑制と致死的不整脈発生の両面で関心が持たれてい用が起こり，活性化ゲート機構に影響を及ぼし，活性化る。Amiodarone や nifekalant などの第三群抗不整脈薬は曲線を左方シフトさせることが明らかとなった。この活hERG チャネルを阻害することが知られているが，近年，性化曲線のシフトの大きさは薬物によって決まってお強い脱分極のコンディショニング後には hERG チャネル

り，作用が顕著な amiodarone の場合−30 mV にも達する。

電流を一過的に増強させる作用を併せ持つことが分かっ

変異チャネルを用いた解析から，ファシリテーション作てきた。我々はこの薬物作用をファシリテーション作用

用にはポア領域が重要な役割を果たしていると考えられと呼んでいる。従来は，脱分極パルスによってファシリた。これらの結果は，薬物のイオンチャネルの分子機能テーションを誘発した前後でおこるチャネル機能変化を制御の理解を進め，心臓機能制御の統合的理解にも資す十分説明できていなかった。今回新たな解析から，①脱る。

（5）KCNQ1-KCNE1複合体ストイキオメトリーの一分子蛍光イメージングによる決定
中條浩一 1,2，Maximilian Ulbrich2，久保義弘 1，Ehud Isacoff 2（1 生理学研究所神経機能素子研究部門，2 カリフォルニア大学バークレー校分子細胞生物学科）

KCNQ1 は電位依存性カリウムチャネルのαサブユニ

トを直接観察することで，KCNQ1-KCNE1 複合体中に含ットであり，心臓では一回膜貫通型のタンパク質 KCNE1

まれる KCNE1 分子の数を直接数えることを試みた。そと複合体を構成し，IKs と呼ばれる非常に遅いキネティクの結果，1 つの複合体中には最大 4 分子の KCNE1 が存在

スが特徴の電流を担う。KCNQ1，KCNE1 ともに不整脈することがわかった。また KCNQ1 と KCNE1 の相対発の原因遺伝子であり，IKs が心臓の興奮性の制御に重要な現密度を変えることで，複合体中の KCNE1 の分子数が 1役割を果たしていることはよく知られている。

から 4 の間で変化することもわかった。すなわち KCNQ1

KCNQ1 は他の電位依存性カリウムチャネルと同様 4と KCNE1 のストイキオメトリーはフレキシブルであり，量体であると考えられるが，それに対して何分子の4:1 から 4:4 までさまざまな形をとりうると考えられる。

KCNE1 が結合しているかについては，長い間議論されて今回の結果は，KCNQ1 と KCNE1 のストイキオメトリー

きたが結論には至っていなかった。今回我々は，GFP とが，発現量の調節により細胞膜上で調節可能であること

KCNE1 の融合タンパク質を作成し，全反射蛍光顕微鏡をを示唆している。

用いた単分子レベルでの観察により，GFP の退色イベン

235

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（6）先天性 QT 短縮症候群の新規 KCNH2変異 (I560T) の機能解析
蒔田直昌 1，冨永伊知子 1，高塚賢治 1，鵜野起久也 2，鷹野誠3

（1 長崎大学医歯薬学総合研究科内臓機能生理学，2 東京医科大学八王子医療センター循環器内科，
3

自治医科大学生理学講座 3）

QT 短縮症候群 (Short QT Syndrome; SQTS) は，心電図プ法で IKr 電流を測定した。変異チャネルの電流電圧曲

QT 時間の短縮と突然死の家族歴を伴う稀有な遺伝性致線は，WT と同様 IKr 電流に特徴的な bell shape を示した。

死性不整脈で，現在までに 4 つの心筋イオンチャネルがしかし，I560T の電流密度は WT の約 4 倍に亢進してい原因遺伝子として報告されている。1 型 SQTS の原因遺た (p<0.01)。さらに活性化曲線においては，半最大活性

伝子は 2 型 QT 延長症候群と同一の KCNH2 だが，これ化電位は 13.2 mV 過分極側にシフトし (p<0.01)，不活性まで報告されている SQT1 変異は N588K のみである。

化曲線の半最大不活性化電位は 7.6 mV 脱分極側にシフ

我々は，突然死の濃厚な家族歴を持つ SQTS 家系にトしていた (p<0.002)。これらの I560T 変異の電気生理学

KCNH2 の新規変異 I560T を同定し，その機能を解析した。

特性はいずれも IKr 電流の gain-of-function であり，キャ

COS-7 細胞に正常 (WT) または I560T-KCNH2 発現プラス

リアの心室筋では再分極過程が促進し QT 時間が短縮す

ミドをトランスフェクションし，whole-cell パッチクランると推測された。

（7）カルモジュリンをリンクさせた Cav1.2型 Ca2+チャネルの Ca2+依存性調節
蓑部悦子 1，森誠之 2，徐建軍 1，亀山正樹 1（1 鹿大・医歯総研・神経筋生理学，2 福岡大・医・生理学）

Cav1.2 型チャネルは，inside-out パッチ法を用いた研究
2+

同程度であったが，Cav1.2 ∆1671-CaM では高い値 (58%)

により，Ca 濃度依存的な調節と同時に，カルモジュリを示した。また，Cav1.2 ∆1671-CaM は，野生型や Cav1.2

ン (CaM) 濃度依存的な調節を受けることが判明してい∆1671 と同様に Ca2+濃度依存性の不活性化を示した (IC50る。しかし，分子的な作用機序については不明な点が多= 900 nM) が，外部 CaM による CaM 濃度依存性の不活性い。本研究では，C 末端配列を欠いた変異体 (Cav1.2

化傾向は見られなかった。Cav1.2 ∆1671-CaMmut におい

2+∆1671) と，CaM (Cav1.2 ∆1671-CaM) または Ca 非感受性ては，Ca2+および CaM 濃度依存性不活性化のどちらも観CaM (Cav1.2∆ 1671-CaMmut) をリンクさせた変異体を用察されなかった。これらの結果は，CaM が Ca2+センサー

いて，Ca2+および CaM による活性調節機構について検討として働き，Ca2+濃度依存性不活性化を引き起こすといした。Inside-out から 3-5 分の平均開確率は，Cav1.2 ∆1671

うモデルを支持するが，詳細な分子機構については更なにおいて cell-attached に比し 14%であり，野生型 (9%) とる検討が必要である。

（8）L 型カルシウムチャネルを介した心拍リズムの制御機構
中瀬古寛子，伊藤雅方，丸山博子，杉山篤，赤羽悟美（東邦大学医学部医学科大学院医学系研究科薬理学講座）
我々は，L 型 Ca2+チャネルを介した心拍リズムの制御機構を明らかにする目的で，心房筋に発現する 2 種のα1236

サブユニット CaV1.2 および CaV1.3 の電気生理学的解析を行なった。

研究会報告CaV1.3 は CaV1.2 に比較して活性化電位が約−15mV 過
2+

分極側にシフトしており，さらに Ca 電流に対する Cd2+2+

選択性を示した。以上の結果より，CaV1.3 は洞房結節細胞の緩徐脱分極相を形成することが示された。

2+心房筋細胞において，StarD10 は CaV1.2 の C 末端に特チャネル電流密度が CaV1.2 より大きかった。よって，異的に結合する。StarD10 欠損マウス（KO マウス）の心

CaV1.3 は CaV1.2 と異なるイオン透過性を示し，Ist 電流

房筋細胞において，CaV1.2 およびカベオラの分布が野生に酷似した電流を担うことが示唆された。また，洞房結型と異なっており，また，CaV1.2 チャネル電流密度は野

節細胞のペースメーカー活動電位の発生頻度に対する抑生型の約 1.4 倍に増加していた。よって，心房筋細胞膜

制作用が強いことが知られているカルシウム拮抗薬

における CaV1.2 の局在の制御に StarD10 が関与すること

diltiazem は，CaV1.3 に対して CaV1.2 よりも約 10 倍高いが示唆された。

の遮断作用が弱く，0.1mM Ca 存在下で測定される Ca（9）Ca2+拮抗薬の徐脈作用に関与する Ca2+チャネル分子種の検討：
efonidipine 光学異性体の Cav1.2, Cav1.3, Cav3.1チャネルに対する作用
行方衣由紀 1，恒岡弥生 1，小川亨 1，古美門千紗 1，高原章 1，

中瀬古（泉）寛子 2，赤羽悟美 2，田中光1

（1 東邦大学薬学部薬物学教室，2 東邦大学医学部医学科薬理学講座）

Dihydropyridine 系降圧薬の efonidipine は L 型，T 型両なかった。Cav1.2 と Cav1.3 電流を同程度に抑制した

2+

Ca チャネルを遮断する作用を有し，洞房結節活動電位

S(+)-efonidipine はウサギ洞房結節の緩徐脱分極相後半をの緩徐脱分極相を著明に延長することで徐脈作用を発揮

著明に延長させ cycle length を延長させた。Cav1.2 電流をすることが知られている。本研究は，efonidipine の光学強く抑制した nifedipine ではウサギ洞房結節活動電位の2+異性体（R 体，S 体）および nifedipine の各種 Ca チャネ+Vmax，overshoot の減少と緩徐脱分極相のわずかな延長

ル電流および洞房結節活動電位波形に対する作用を検討が確認された。以上の結果から①動物種により T 型 Ca2+

し，緩徐脱分極に関与する Ca2+チャネル分子種を明らか

チャネルの寄与度が異なっていること②Cav1.3 が phase4にすることを目的とした。R(−)-efonidipine は選択的にの緩徐脱分極相後半から phase0 の急速な脱分極の立ち上Cav3.1 電流を抑制し，マウス，モルモットの緩徐脱分極がりに関与する事が示唆された。

相を延長させた。しかしウサギではその作用が観察され（10）低分子量 G 蛋白質 Rad の抑制は，マウス心筋 L 型カルシウム電流を増加させることで，triggered activity を引き起こす
鈴木智之 1，村田光敏 2，山川裕之 2，水澤美香 2，遠山周吾 2，扇野泰行 2，
湯浅慎介 2，牧野伸二 2，佐野元昭 2，神谷香一郎 1，福田恵一 2（1 名古屋大学環境医学研究所心血管分野，2 慶應義塾大学循環器内科学教室）【背景】以前，我々は ras 関連低分子量 G タンパク質の一mutant である S105N Rad を強発現させた遺伝子組み換えつである Rad が，不整脈発生に重要な役割を担っている

マウスを用い，ホールセルパッチクランプ法で，それぞことを報告した。しかし，その詳しい機序に関しては不れの心室筋細胞から L 型 Ca2+電流および活動電位を測定

明な点も多い。

した。

【方法】Wild type Rad，または Rad の dominant negative【結果】L 型 Ca2+電流密度のピーク値は，コントロール群

237

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）と比較し S105N Rad 群で有意に増加しており，一方 WTた。また，S105N Rad 群では早期後脱分極および後期後Rad 群では有意に減少していた。WT Rad 群の活性化曲

脱分極などの triggered activity が出現したが，コントロー

線はコントロール群や S105N Rad 群に比べて脱分極側にル群や WT Rad 群では認められなかった。

シフトしていたが，不活性化曲線に関しては，3 群間で【結語】本研究の結果から，Rad の抑制は L 型 Ca2+電流

有意な相違は認められなかった。活動電位持続時間を増大させ，triggered activity を引き起こすことで不整脈(APD50, APD90) は S105N Rad 群でコントロール群と比発生に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。

較し有意に延長していたが，WT Rad 群では短縮してい（11）マウス心筋細胞における PMCA と NCX の機能連関と活動電位波形
塩谷孝夫（佐賀大学医学部 器官・細胞生理学分野）

マウス心筋細胞から Na/Ca 交換電流 (INCX) を記録しPMCA 阻害による INCX の増強は，[Ca2+]i を強く緩衝した

た。INCX は，細胞内カルシウムイオン濃度 ([Ca2+]i) を弱条件 (10 mM-BAPTA) では認められなかった。また，生く緩衝した条件 (0.1 mM-BAPTA) でランプパルスによっ

理的条件下に活動電位を記録し，vanadate 投与によってて誘発した。細胞膜カルシウムポンプ (PMCA) の阻害薬

PMCA を抑制すると，プラトー相の延長が認められ，活3−である vanadate (VO4 ) を細胞内に投与すると，INCX の動電位持続時間は延長した。以上の結果は，マウス心筋

電流振幅は濃度依存的に増大した。Vanadate 投与は，INCXPMCA が細胞膜近傍の[Ca2+]i レベルを介して細胞膜の[Ca2+]i 依存性を低濃度側へとシフトさせた。Vanadate

Na/Ca 交換の活性を調節し，Na/Ca 交換を介して[Ca2+]iと作用機序の異なる PMCA 阻害薬 5(6)-carboxyeosin の細トランジェント波形を活動電位波形に反映する reverse

胞内投与も，同様に INCX の電流振幅を増大させた。この

E-C coupling に関与していることを示唆する。

（12）ラット肺静脈心筋細胞におけるカテコラミン誘発自動能岡本洋介 1，鷹野

誠 2，大場貴喜 1，尾野恭一 1（1 秋田大学大学院医学系研究科細胞生理学講座，2 自治医科大学生理学）

臨床上最も頻度の高い不整脈である心房細動は，その細胞内カルシウムイメージングと電気生理の同時記録で起源が主に肺静脈であることが知られている。また，肺は，自動能はカルシウム貯蔵部位からのカルシウム放出

静脈には組織学的に自律神経が豊富に分布しており，心に伴って起きていることがわかった。この自動能はアド

房細動と自律神経の関わりが盛んに論じられている。近レナリン受容体α1 遮断薬，β1 遮断薬により停止した。

年，ラットの肺静脈において，ノルアドレナリン (NE) に

α1 受容体のシグナル伝達経路に着目し，伝達経路の下流より，催不整脈性の自動能が誘発されることが報告されの拮抗薬を投与したところ，イノシトール 3 リン酸受容た。我々はラット単離心筋細胞を用い NE 誘発性自動能

体 (InsP3R) の拮抗薬がこの自動能を阻害した。NCX とを評価した。自動能の出現前後で膜抵抗に変化を認めず，

InsP3R についての免疫細胞化学では，両者が共局在して電圧固定条件では固定電圧によらず，内向きの一過性電いることがわかった。以上より，肺静脈心筋において

流 (Iti) を認めた。また，選択的 NCX 阻害薬により，こInsP3R と NCX が共役して催不整脈性の自動能を惹起すの誘発自動能は停止した。以上により，Na/Ca exchanger

る事が示唆された。

(NCX) がこの自動能の主な責任担体であると判断した。

238

研究会報告（13）心臓における YM-244769（新規ベンジルオキシフェニル誘導体）の特異的 NCX 阻害作用
渡邊泰秀 1，山下寛奈 1，木村純子 2，山川知美 1，喜多紗斗美 3，
山田敏樹 3，山本信太郎 3，岩本隆宏 3（1 浜松医大・医・健康科学，2 福島医大・医・薬理，3 福岡大・医・薬理）

モルモット単離心筋細胞を用いてホールセルクランプ

YM-244769 の両方向型 NCX 電流に対する抑制作用は変法により Na/Ca 交換体 (NCX) 電流に対する YM-244769

化しなかった。YM-244769 の抑制作用は，細胞内投与し(N- (3-aminobenzyl) -6- {4- [(3-fluorobenzyl) oxy] phenoxy}

たトリプシンには非感受性であり，その抑制部位は細胞nicotinamide) の作用を検討した。細胞外液，細胞内液は内側だけでないことが示唆された。さらに，マウス単離

それぞれ調節して，ランプ波を用いて NCX 電流を記録

心筋細胞を用いて，各種膜電流に対する YM-244769 の作した。YM-244769 は濃度依存性に両方向型 NCX 電流を用を調べたところ，1～10 µM の濃度域では ICa, INa, IK1,抑制した（IC50 値＝外向き 0.12 µM，内向き 0.1 µM）。しISS, Ito および IOAG に対して有意な影響を及ぼさなかった。

かし，片方向型外向き電流に対する IC50 値は 0.05 µM で以上より，YM-244769 は，効力および特異性の高い NCX

あった。また，片方向型内向き NCX 電流に対する作用阻害薬であり，有用な研究ツールである。YM-244769 はは 10 µM で約 50%の抑制を示すに過ぎなかった。細胞内NCX の Ca2+流入モード（外向き電流）に特異性があるこ

Na+濃度が増加すると両方向型 NCX 電流に対する抑制作とから，NCX を介する Ca2+過負荷障害に対する治療応用

用は強くなった。ピペット内にトリプシンを投与しても，が期待できる。

（14）動脈平滑筋細胞における Ca マイクロドメイン分子集合の可視化とイオンチャネル活性制御機構
山村寿男，鈴木良明，池田知佳子，大矢進，今泉祐治（名古屋市立大学大学院 薬学研究科 細胞分子薬効解析学分野）
血管平滑筋細胞に発現する電位依存性 Ca2+ チャネル

た。また，脱分極によって VDCC から流入した Ca2+が共(VDCC) や大コンダクタンス Ca2+ 活性化 K+ チャネル

局在する BK を直接活性化した。Cav1 欠損マウスを用い2+た解析から，カベオラが BK と VDCC の機能共役を促進

動態が厳密に制御された Ca マイクロドメインで機能すすることが示唆された。BK は主に loose coupling した

2+

RyR からの Ca2+遊離により活性化すると考えられてきたマイクロドメインに集積する分子群やそれらの分子間相が，tight coupling した VDCC からの Ca2+流入によっても互作用を可視化解析し，このような複合体を安定化させ活性化し，この機能連関にはカベオラが重要であるといる足場構造（カベオラ）の機能的意義の解明を目指した。

う新たな知見が得られた。BK 活性化による過分極は過(BK) は，筋小胞体膜上のリアノジン受容体 (RyR) と Ca
2+ると想定される。本研究では TIRF 顕微鏡を用いて，Ca2+

静止膜電位付近で観察された Ca スパークの発生部位に度の Ca2+流入を防いで血管平滑筋の興奮性を制御しておは，RyR や BK，カベオリン 1 (Cav1) が局在していた。

り，この制御機構にカベオラを場とする tight coupling も

一部の BK は Cav1 や VDCC と共局在し FRET を起こし寄与していると考えられる。

239

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（15）TRIC-A チャネルと血圧調節
山崎大樹，竹島浩（京都大学大学院薬学研究科 生体分子認識学）

細胞内 Ca2+ストアである小胞体からの Ca2+放出は，リL-type Ca2+チャネル (VDCC) 阻害薬によって A-/-マウス

アノジン受容体 (RyR) 及び IP3 受容体 (IP3R) を介してでの降圧作用増強が観察されたため，VDCC が発現する

様々な細胞機能を制御する。当研究室で分子同定された血管の異常であると推測された。次に腸間膜動脈の血管

TRIC (trimeric intracellular cation) チャネルは，小胞体新規径ならびに Ca2+濃度を測定した。その結果，A-/-マウス

膜タンパク質である。遺伝子欠損マウスの解析より TRICにおいて定常状態での Ca2+濃度上昇に伴う恒常的な血管チャネルは種々の細胞系において RyR あるいは IP3R か収縮が観察された。これは血管平滑筋細胞における RyR

2++らの Ca 放出に同調して K を小胞体内腔に導くカウンを介した自発的な Ca2+放出，すなわち Ca2+スパークの頻

ターイオンチャネルとして機能することが示唆された。

度減少を発端とした大コンダクタンス Ca2+依存性 K+チ

今回，我々は TRIC-A 欠損 (A-/-) マウスにおける高血ャネル活性頻度の減少及び静止膜電位上昇を経て，圧及び徐脈の発生機序を明らかにした。個体レベルにおVDCC を介した Ca2+流入が顕著に増大した結果であるこ

いて自律神経遮断薬により，徐脈は改善したが高血圧はとが明らかとなった。以上のように A-/-マウスにおいて改善されなかったため，徐脈は高血圧による圧受容器反血管平滑筋における過分極シグナルが破綻し，血管の異射亢進の 2 次的影響であることが示唆された。さらに常収縮によって高血圧に至ったと結論された。

（16）心臓リモデリングにおける TRPC チャネルの役割
西田基宏 1，北島直幸 1，斎木翔太 1，清中茂樹 2，井上隆司 3，森泰生 2，黒瀬等1（1 九州大学 大学院薬学研究院 薬効安全性学，
2

京都大学 大学院工学研究科 合成・生物化学，3 福岡大学 医学部 生理学）

高血圧や虚血により心臓に負荷がかかると，心筋細胞

ころ，Pyrazole-3 投与は血圧・心拍数に影響を与えないの肥大や間質の線維化（コラーゲンの蓄積）が生じる。

用量で心重量の増大（心肥大）と心機能の低下を顕著に

これを心臓リモデリングと呼ぶ。心臓の肥大（病的肥大）改善した。興味深いことに，Pyrazole-3 は圧負荷により2+には，細胞内 Ca 濃度上昇によるカルシニューリンを介生じる心肥大関連遺伝子の発現増加よりもむしろ線維化

した転写因子 Nuclear Factor of Activated T cells (NFAT)

促進遺伝子の発現増加を強く抑制していた。実際，心肥の活性化が関与している。我々はラット初代培養心筋細大抑制効果が出ない低用量の Pyrazole-3 は線維化および胞を用いて，ジアシルグリセロール (DAG) により直接活

心拡張機能障害を有意に抑制した。さらに，Pyrazole-3性化される transient receptor potential (TRP) チャネル

は初代培養心線維芽細胞の線維化応答を濃度依存的に抑（TRPC3 と TRPC6）が受容体刺激による NFAT 活性化を制した。以上の結果から，Pyrazole-3 による心機能改善

仲介する因子であることを報告した。また，TRPC3 チャ

効果には，心筋細胞のみならず心線維芽細胞に発現する

ネル選択的阻害剤 (Pyrazole-3) を用いて圧負荷による心TRPC3 チャネルの抑制も関与していることが明らかと肥大における TRPC3/TRPC6 チャネルの関与を調べたと

なった。

240

研究会報告（17）心不全発症における PIP5キナーゼの役割について
喜多紗斗美 1，伊豫田拓也 1，荒井勇二 2，岩本隆宏 1（1 福岡大学医学部薬理学，2 国立循環器病センター研究所）

圧負荷などにより起こる心肥大において，PI3K/Akt はに比べて有意に抑制され，WT でみられた心機能低下が心肥大シグナル伝達経路の一つとして働くことが報告さ改善された。さらに，Na+/Ca2+交換輸送体 (NCX1) の細胞れているが，その基質となる PI(4,5)P2 の産生を触媒する

内 Na+依存性不活性化機構を消失させた変異体の心臓特ホ ス ファ チ ジル イ ノシ ト ール 4 リン 酸 5 キナーゼ

異的トランスジェニックマウス (XIP-Tg) は拡張型心筋(PIP5K) の役割はほとんど分かっていない。我々は，野症の病態を示すが，このマウスに PIP5KαDN 遺伝子を導生型およびドミナントネガティブ変異型 PIP5Kαの心筋入することにより拡張型心筋症の発症が抑制された。以特異的高発現マウス (PIP5Kα-Tg，PIP5KαDN-Tg) を作製

上の結果より，PIP5Kαは圧負荷による心肥大形成に重要することにより，PIP5Kαの心肥大や心機能制御におけるな役割を果たすことが示唆された。また，PIP5Kαは NCX1

役割の解明を試みた。これらトランスジェニックマウスの活性制御を介して拡張型心筋症の発症に関わる可能性

お よ び正 常 マウ ス (WT) に大 動 脈狭 窄 術を 施すと，が示された。

PIP5KαDN-Tg では 4 週間後の心肥大の程度が WT の場合（18）ゲノムワイド RNAi 心不全スクリーニングによる心機能調節因子 CCR4-NOT 複合体の同定
久場敬司 1，鈴木

享 1，森田正行 1，村田光敏 2，山川裕之 2，Greg Neely3，

Josef Penninger3，福田恵一 2，磯部光章 4，木村彰方 5，今井由美子 1（1 秋田大学大学院医学系研究科 情報制御学・実験治療学講座，2 慶應義塾大学医学部 循環器内科学，
3

IMBA-Institute of Molecular Biotechnology of the Austrian Academy of Sciences，

4

東京医科歯科大学 循環制御学，5 東京医科歯科大学難治疾患研究所 分子病態分野）

虚血性心疾患や心筋症といった循環器疾患は未だに死て転写調節と RNA 分解の 2 つの活性を発揮するユニー

因の第 1 位であり，疾患メカニズムの理解ならびに新しクな分子複合体である。私達は，CCR4-NOT の構成因子

い治療法の開発が求められている。モデル生物による疾である NOT3 の遺伝子欠損マウスの作製，解析を行った

患関連因子の探索は，心疾患の病態解明のために有効なところ，NOT3 欠損にて心機能の低下，心不全の増悪を戦略のひとつであるが，私達はショウジョウバエのゲノ認めた。また，HDAC 阻害剤の投与は NOT3 欠損の心収

ムワイド RNAi トランスジェニックライブラリーを用い縮力の低下を認めた。さらに，網羅的なヒトゲノム遺伝

た心筋特異的 RNAi 心不全スクリーニングを行った。

子関連解析 (GWAS) から，ヒト NOT1 ならびに NOT3 の8417 個のショウジョウバエ遺伝子の中から 498 個の心不遺伝子座の SNP が，心電図 QT 時間の長さを規定するこ

全遺伝子を同定し，バイオインフォマティクス解析を行とが分かった (Cell 2010)。したがって，CCR4-NOT 複合

った結果，CCR4-NOT 複合体が心機能調節因子として初体は，ショウジョウバエからヒトまで保存された心臓のめて単離された。CCR4-NOT 複合体は，酵母から保存さ機能調節因子であることが分かった。

れた転写調節因子として知られ，遺伝子発現調節におい241

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

2．作動中の膜機能分子の姿をとらえる－静止画から動画へ－
2010 年 9 月 16 日－9 月 17 日
代表・世話人：相馬義郎（慶應義塾大学・医学部）
所内対応者：久保義弘（生理研・神経機能素子）（１）放線菌由来カリウムチャネル KcsA のゲーティング機構の構造生物学的解析
今井駿輔 1，大澤匡範 1，嶋田一夫 1,2（1 東大・院薬系，2 産総研・バイオメディシナル情報解析セ）（２）KcsA カリウムチャネルの pH 依存性ゲーティング：構造－機能 1 分子測定
老木成稔，清水啓史，岩本真幸，松木悠佳，今野卓（福井大学・医学部・分子生理）（３）内向き整流性カリウムチャネルの構造機能相関の解析
稲野辺厚（大阪大学大学院医学系研究科薬理学講座）（４）Na/K pump のイオン通過経路を可視化する
竹内綾子 1,2，Nicolás Reyes2，Pablo Artigas2，David C Gadsby2（1 京都大学・医学部・細胞機能制御学，2 米ロックフェラー大学）（５）電位依存性プロトンチャネル細胞内領域の結晶構造と機能的意義
藤原祐一郎，岡村康司（大阪大学医学系研究科統合生理学）（６）電位依存性プロトンチャネルにおける S4 のトポロジー解析
黒川竜紀，岡村康司（大阪大学医学系研究科統合生理学）（７）水の透過が関与した大腸菌機械受容チャネル MscL のメカノゲーティング
澤田康之 1，曽我部正博 1,2（1 名古屋大学大学院・医学研究科，2JST・ICORP/SORST）（８）Functional and structural identification of amino acid residues of the P2X2 receptor channel critical
for the voltage- and [ATP]-dependent gating
Batu KECELI, Yoshihiro Kubo（生理学研究所・神経機能素子）（９）EGF 受容体の 1 分子動態と会合体形成メカニズム廣島通夫，佐甲靖志（理化学研究所・基幹研究所）（10）高速原子間力顕微鏡によるバクテリオロドプシンの直接観察
柴田幹大 1，山下隼人 1，内橋貴之 1,2，神取秀樹 3，安藤敏夫 1,2（1 金沢大学大学院・自然科学研究科，2JST/CREST，3 名古屋工業大学・工学研究科）（11）ロドプシンにおける構造機能相関の解析
神取秀樹（名古屋工業大学・工学研究科）（12）微生物型ロドプシンの分子進化
須藤雄気 1,2，本間道夫 1（1 名古屋大学大学院理学研究科，2JST・さきがけ）（13）ABC トランスポータ NBD エンジンの ATP 不安定結合に起因した動作不良の発生メカニズム
相馬義郎 1，Y.-C.Yu1，T.-C. Hwang2（1 慶應義塾大学・医学部，2 米国ミズーリ大学・医学部）（14）MD シミュレーションで探る ABC トランスポーターのダイナミクスと機能
櫻井実，足立健太郎，打田和香，萩谷朋佳，渡辺百合香，佐藤大介（東京工業大学 バイオ研究基盤支援総合センター）（15）透過電顕と走査電顕を用いたタンパク質・細胞のイメージング法の開発
三尾和弘 1，丸山雄介 1，西山英利 2，須賀三雄 2，佐藤主税 1（1 産業技術総合研究所，2（株）日本電子）242

研究会報告【参加者名】
大澤匡範（東京大学・大学院薬学系研究科），曽我部正博，郎，林真理子，余盈君（慶應義塾大学・医学部），稲野澤田康之（名古屋大学大学院・医学系研究科細胞情報医

辺厚（大阪大学大学院・医学系研究科）
，櫻井

学専攻）
，竹内綾子（京都大学大学院・医学研究科）
，佐

工業大学）
，神取秀樹，川鍋 陽，浅井佑介，福田哲也，

甲靖志，廣島通夫（理化学研究所），須藤雄気，小林詩織

佐々木賢吾（名古屋工業大学・大学院工学研究科），古谷（名古屋大学・大学院理学研究科），岡村康司，藤原祐一

祐詞，木村哲就（分子科学研究所・生命・錯体分子科学郎，黒川竜紀（大阪大学・医学系研究科），柴田幹大（金研究領域），久木田文夫（生理学研究所・機能協関），村

沢大学・理工学域数物科学類），老木成稔，岩本真幸，炭山秀之（生理学研究所・分子神経生理），内山邦俊（生理竃享司，三田建一郎（福井大学医学部・分子生理），佐藤学研究所・細胞生理），久保義弘，立山充博，中條浩一，主税，三尾和弘（産総研・バイオメディカル研究部門），

Keceli Batu，藤井大祐（生理学研究所・神経機能素子）

実（東京久野みゆき（大阪市立大学・大学院医学研究科）
，相馬義
【概要】
今年度第 2 回目にあたる平成 22 年度生理学研究所研究

関など，それぞれの研究分野における最新かつ重要な研会「作動中の膜機能分子の姿を捉える－静止画から動画

究内容の発表が行われた。昨年度と同じテーマの発表にへ－」は，予定通り 2010 年 9 月 16 日（木）・17 日（金）おいても，それぞれ，この 1 年間になされた大きな進歩の 2 日間にわたって行われた。参加者は計 33 名，発表演についての発表が行なわれた。

題数は 15 題であり，一演題あたり約 40 分間の発表・討論時間を確保した。

発表された研究での測定方法は，NMR，X 線結晶構造解析，高速分子間力顕微鏡，赤外線分光法，パッチクラ本研究会のテーマである作動中の膜機能分子の「姿をンプ法，超解像度蛍光顕微鏡 FPALM および水溶液中電捉える」とは，単に分子構造を解くことを意味するので

子顕微鏡 ASEM と多岐にわたり，さらにスーパーコンピ

はなく，対象分子の動的構造変化を強く意識した機能研

ュータを用いた分子動力学シミュレーションによる理究も，本研究会の非常に重要な構成要素である。前年度論・予測もあり，それぞれにさらに独自の改良を行ったと同様，今年度も分子構造解析の専門家から電気生理学

オリジナリティの高い手法が発表された。

者まで幅広い分野にわたる研究者が一堂に会して，各自本研究会での各発表は，測定法の測定パラメータの違の「姿を捉える」測定技術およびそれによって捉えられい，空間・時間分解能および測定可能環境条件の違い，

た「膜機能分子の姿」を静止画から動画への展開を目指

研究の対象とするチャネル，トランスポータおよびモー

すというコンセプトのもとに最新の研究成果の発表・討

タータンパクなどの機能分子の違い，さらには対象分子論がおこなわれた。

の捻れや回転などの運動様式の違いなど，多くの違いが今年度の参加人数および演題数はほほ昨年と同じでああったが，膜機能分子の動作機構の研究を同じく行ってったが，本年はそのうち約半数の 7 演題が新規の内容のいるもの同志，的を得た活発な討議がなされ，時間的・ものに置き換わった。新規の演題としては，NMR 測定に

空間的に非常に広範のスケールでのさまざまな膜機能分

よる KcsA チャネルの動的構造解析，SCAM とホモロジ子の動作機構についての最新の知見を，参加者一同が共++ーモデルを用いた Na -K pump のイオン透過路の解明，有することができた。懇親会においても和やかな雰囲気

X 線構造解析と電気生理を組み合わせによる Kir チャネのなかにも熱心な議論が続き，新たな研究の萌芽が期待

ルの細胞内ドメインの構造機能相関，および点変異導入

された。

と電気生理を用いた P2X2 受容体チャネルの構造機能相243

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（1）放線菌由来カリウムチャネル KcsA のゲーティング機構の構造生物学的解析
今井駿輔 1，大澤匡範 1，嶋田一夫 1,2（1 東大・院薬系，2 産総研・バイオメディシナル情報解析セ）pH 依存性 K+チャネル KcsA は，細胞内が中性のとき

温度および K+濃度を調節することにより選択的に観測

は閉状態を取るが，酸性刺激に応答してピーク電流を示することに成功した。特に，酸性における活性化状態・し，数秒でその約 15%の電流を流す開状態に至る。しか不活性化状態は，秒のオーダーで行き来する平衡状態でしながら，その構造機構は不明であった。そこで，我々あることが分かった。さらに，K+滴定実験と NOE 解析

は KcsA の動作機構の解明を目的として，界面活性剤ドから，K+を認識する選択性フィルターの構造が状態によ

デシルマルトシドで可溶化した KcsA のメチル基の NMR

り異なること，活性化状態と不活性化状態がそれぞれ K+

シグナルをプローブとして，KcsA の構造変化および構造

結合状態・非結合状態に対応すること，不活性化状態で平衡の解析を行った。

は選択性フィルターに水分子が結合していることを見出

まず，中性における閉状態，酸性条件下で存在する活性化状態・不活性化状態に相当する NMR スペクトルを，した。以上の結果に基づき，KcsA および K+チャネルの動作機構を考察した。

（2）KcsA カリウムチャネルの pH 依存性ゲーティングと透過機構：構造－機能1分子測定
老木成稔，清水啓史，岩本真幸，松木悠佳，今野卓（福井大学・医学部・分子生理）

KcsA チャネルの pH 依存性ゲーティングとイオン透過した。さらに複イオン特性が顕著に表れる KcsA チャネ機構の研究について新しい方法を紹介したい。KcsA チャ

ルの DSMM において，サイクル流束という熱力学的概ネルの高解像度結晶構造によるイオン分布が明らかにな念を導入し，従来の計算法では厳密解を求められなかっったことで，イオン透過機構に関する様々な領域（たとた電流量や水イオンカップル比などを計算した。一方，

えば計算機シミュレーション）の研究が劇的に進展した。

pH 依存性ゲーティングにおける構造変化を 1 分子レベ

しかし各領域の情報がばらばらで，イオン透過に対するルでとらえるために，DXT 法を改良し，従来の毎秒 30

統一的な把握が難しい。私達は従来使われてきたイオン

フレーム（ビデオレート）での画像を，毎秒 5000 フレー

透過に対する離散状態マルコフモデル (Discrete state

ムの高速記録に発展させた。このことで，回折点の軌跡

Markov model: DSMM) が電気生理学的実験結果のキネを誤りなく追跡することができるようになり，構造ゆらティック過程を明らかにするだけでなく，微視的なイオ

ぎなどの情報が今後さらに明らかになることが期待できン過程を統合するためのツールとして使えることに注目た。

（3）内向き整流性カリウムチャネルの構造機能相関の解析
稲野辺厚（大阪大学大学院医学系研究科薬理学講座）

イオンチャネルは生体膜を貫通するポアである。そのに同等であり，ゲートとして機能すると考えられている。

ため，ポアの開閉（ゲート）はイオンチャネルの機能調

内向き整流性 K+ (Kir) チャネルには膜貫通領域のゲート節に重要であり，イオンチャネルの生理的活性調節機構

を調節し，膜貫通領域と同じ長さのイオン透過系路+の標的である。K チャネルの膜貫通領域は構造，機能的244(cytoplasmic pore) を有する特徴的な細胞質領域が存在す

研究会報告る。現時点で，本領域自身がゲートとして機能するのか，した。さらに，Mg2+は陽イオンの結合に競合するだけで既知の結晶構造とチャネルの活性状態がどのように相関なく，一価の陽イオンの結合を阻害した。これら結果は，するのか，不明である。

結晶構造中の cytoplasmic pore は閉状態を反映しており，

我々は X 線結晶構造解析学的手法を用いて，Kir チャ

本領域がゲートとして機能することを示唆する。以上のネル分子 Kir3.2 の細胞質領域と陽イオンとの相互作用を構造解析の結果と，変異体を用いた電気生理学実験を合検討した。陽イオンは cytoplasmic pore 内の特異的な部位

わせて，Kir チャネルの細胞質領域で起こる構造変化とに charged moiety の電荷量に依存して，非選択的に結合機能との相関について考察した。

（4）Na/K pump のイオン通過経路を可視化する
竹内綾子 1,2，Nicolás Reyes2，Pablo Artigas2，David C Gadsby2（1 京都大学・医学部・細胞機能制御学，2 米ロックフェラー大学）

Na/K ポンプを介したイオン輸送は，細胞膜内外からイノ酸を包括的に調べた。既存の SERCA Ca ポンプ構造をオン結合部位に至る通路が交互に開閉するコンフォメー

基に Na/K ポンプホモロジーモデルを構築し，MTS 感受

ション変化により起こる。即ち Na/K ポンプは 2 つのゲ性アミノ酸をマッピングすると，細胞膜外から内へ至る

ートが交互に開閉する一種のイオンチャネルと捉えられ

1 本の連続した通路を可視化できた。この通路は SERCAる。両ゲートはパリトキシン毒素 (PTX) が作用すると同の陽イオン結合部位 II に相当する部位を通過していた。

時に開口し，ポンプは非選択的陽イオンチャネルへと変

また cavity search の結果得られたポンプ内の孔は MTS 感化する。イオン感受性など基本的な特性は PTX 結合の影

受性アミノ酸で囲まれており，モデル及び実験の妥当性

響を受けないため，Na/K ポンプチャネルのイオン通過経が示された。本結果は，Na/K ポンプをはじめとする P

路はインタクトなそれを反映すると予想される。我々は型 ATP アーゼファミリーに属するポンプについて，イオ

PTX 結合型 Na/K ポンプチャネル電流を指標として，水ン輸送のメカニズムを構造的観点から理解するための基

溶性 MTS 化合物を用いた細胞膜貫通へリックスのシス盤となると考えた。

テインスキャンを行い，イオン通過経路に寄与するアミ（5）電位依存性プロトンチャネル細胞内領域の結晶構造と機能的意義
藤原祐一郎，岡村康司（大阪大学医学系研究科統合生理学）

電位依存性チャネルの電位センサードメインと相同性作成し，CD スペクトラム，分析超遠心・ゲル濾過クロの高い膜 4 回貫通領域 (S1-4) からなる電位依存性プロト

マトグラフィーによる解析を行い会合状態の熱安定性を

ンチャネル (VSOP/Hv1) は，サブユニットが互いに会合

解析し，温度依存的チャネルゲーティングとの相関を電し 2 量体として機能することが報告されている。我々は，気生理学的に解析した。コイルドコイルの deletion 変異

VSOP に対するクロスリンク実験から，S4 直後に位置す及び 2 量体会合を減弱させる変異は活性化の温度閾値をる保存性の高い C 端細胞内領域がチャネルの会合を担っ下げキネティクスを促進させ，反対に，会合強度を増強ていることを明らかとした。会合ドメインに対する結晶させる変異はその逆の効果を呈した。コイルドコイルと構造解析から酸化還元により構造の変わる Asymmetry な

S4 をつなぐリンカーの柔軟性を増す変異を導入するとホモ 2 量体コイルドコイル構造を構築することを明らか

チャネルは 2 量体会合を保っているにも関わらずコイルとした。構造情報を基に種々の変異体コイルドコイルをドコイルによるゲーティング修飾は生じなかった。以上

245

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）の結果は，細胞内 2 量体コイルドコイルが膜貫通ドメイ

修飾に寄与していることを示唆している。

ン S4 と一連の構造物を構築し連動してゲーティングの（6）電位依存性プロトンチャネルにおける S4のトポロジー解析
黒川竜紀，岡村康司（大阪大学医学系研究科統合生理）

mVSOP/Hv1 は電位センサー部分のみを持ち，ポアド

培養細胞に用いて S4 のトポロジーを調べた。この方法

メインがないにもかかわらず，プロトンチャネルとして

では，大きさの違う 2 つのマレイミド試薬を使うことに機能する。mVSOP/Hv1 において，S4 と呼ばれる 4 番目

より，特定の部位が水環境にあるかどうかを判定できる。

の膜貫通へリックスに存在する 3 つのアルギニン残基

この実験により，膜貫通ヘリックスであるにもかかわら(R201, R204, R207) は，電位依存的な活性に重要であるとず，S4 の半分以上のアミノ酸残基は水に面している環境

考えられている。この S4 の重要性については，電荷をにあることが明らかになった。また，S1 から S4 全体に中性にする変異体や S4 を短くした変異体などで調べら

おいて PEGylation-protection assay を行うと，膜貫通領域れてきた。しかし，現在まで VSOP の立体構造やトポロの半分以上が水に面しているのは S4 のみであり，S4 はジーなど構造に関しての報告はなかった。

特異な構造をしていることがわかった。

そこで今回，PEGylation-protection assay という方法を（7）水の透過が関与した大腸菌機械受容チャネル MscL のメカノゲーティング
澤田康之 1，曽我部正博 1,2（1 名古屋大学大学院・医学研究科，2JST・ICORP/SORST）
大腸菌機械受容チャネル MscL は，細胞膜に発生したネルギーを計算した結果，脂質膜面と接している TM2

張力を直接感受して活性（ゲーティング）するイオンチ

へリックス内のアミノ酸残基のうち，脂質膜外葉の油水

ャネルである。MscL はホモ 5 量体であり，それぞれの界面に位置する F78 のみが特に強い相互作用を示すこと

サブユニットには 2 つの膜貫通 á へリックス (TM1, TM2)が分かり，これを張力感知部位の最終候補とした。また，を有し，閉状態の 3D 構造が解かれている。MscL のゲー

5 つの TM1 へリックスが互いに交差してポアを形成してティングに関して残された課題は，MscL の張力受容部

いるが，その最狭部（ゲート）は閉口時には疎水性相互位の同定と，それに続くゲート開口機構の解明である。

作用によってロックされている。開口時には，F78 が円

本研究では，原子・分子レベルでの解析が可能な分子動周方向に引っ張られることで膜貫通へリックスが傾斜

力学 (MD) シミュレーションを用いて，脂質膜内に埋めし，それに伴ってゲートが徐々に広がる様子が観察され込まれた MscL の閉状態モデルに対して張力を膜内に発た。その際，疎水ロックがある時点で解除されて，一気生させて開口を誘発させ，その開口挙動を解析した。開に水分子の透過が起きることが示された。

口時の MscL タンパクと周辺の脂質分子との相互作用エ

246

研究会報告（8）Functional and structural identification of amino acid residues of the P2X2 receptor channel critical
for the voltage- and [ATP]-dependent gating
Batu KECELI and Yoshihiro Kubo（生理学研究所・神経機能素子）
Extracellular ATP gated cation channel P2X2 shows

ends of the transmembrane domains to trigger conformational

voltage dependent gating though it lacks a voltage sensor

changes in a voltage dependent manner. The functional

domain. Hyperpolarization evoked activation in the steadysignificance of the β sheets linking the ATP binding region tostate after ATP application is dependent on [ATP]. With thetransmembrane domains were analyzed by mutating theincrease in [ATP], the conductance-voltage (G-V) relationshipconserved residues to alanine. D315A in β14

shifts to more depolarized potentials and the activationdose response relationship. The G-V relationships as well as

kinetics accelerates. A three state model with a fast ATP

activation kinetics differed in low and high [ATP], before andbinding and a rate limiting voltage dependent step canafter the first shoulder in dose response curves. The results

reproduce the results. Our previous mutagenesis, simulationsuggest the presence of two different gating modes and a

and structural analyses suggested that ligand occupied ATP

critical role for D315 in the transmission of the gating signal.

had a biphasic

binding site is indirectly interacting with the extracellular（9）EGF 受容体の1分子動態と会合体形成メカニズム廣島通夫，佐甲靖志（理化学研究所・基幹研究所）

上皮成長因子受容体 (EGFR) は，細胞膜上でリガンド(FPALM) により固定した細胞膜を観察した。その結果，である EGF と結合して活性化し，細胞内部へシグナルを

約 17nm の高精度で EGFR 分子や会合体の位置を検出す伝達する。この際，EGFR 分子間で二量体を形成するこることが可能となった。また，生細胞の膜上で 2 次元拡とが知られているが，近年，より大きな会合体の存在が散運動している受容体分子の 1 分子イメージングをおこ示唆されてきた。しかし，会合体に含まれる分子数や細なった。受容体分子の運動軌跡から，受容体分子全体に胞膜上での分布，形成されるメカニズムなどの詳細な知ついての平均的な拡散様式を解析し，さらに個々の受容見は得られておらず，シグナル伝達にこれら会合体がど体分子についても隠れマルコフモデルに基づく解析方法のように関わっているかはまだ分かっていない。

により，拡散運動状態の遷移を推定した。これらの新しそこで蛍光タンパク質を融合した受容体分子を CHO

い顕微鏡法および解析手法から明らかになってきた，会細胞で発現させ，近年開発された超高解像度の蛍光顕微

合体と細胞膜それぞれの状態の関わりについて報告し鏡法 fluorescence photoactivation localization microscopy

た。

（10）高速原子間力顕微鏡によるバクテリオロドプシンの直接観察
柴田幹大 1，山下隼人 1，内橋貴之 1,2，神取秀樹 3，安藤敏夫 1,2（1 金沢大学大学院・自然科学研究科，2JST/CREST，3 名古屋工業大学・工学研究科）
原子間力顕微鏡 (AFM) は溶液中で生体分子の構造をる数少ない手法の 1 つであるが，通常の AFM は 1 枚のナノメーターサイズの分解能で直接観察することができ画像を取得するのに数分の時間を必要とし，得られた生247

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

体分子の構造は静止画でしかない。しかしながら，我々

構造変化により，近接する bR 分子間で基底状態へ戻るのグループは AFM の走査速度を飛躍的に向上させ，機速さに正・負の協同性を持つことを明らかにした。本発能している生体分子そのものの動的変化を動画として撮

表では，これらの AFM 動画と共に，プロトンポンプか[1]

らクロライドイオンポンプへと機能が変換された bR 変

我々は最近，高速 AFM を高度好塩菌の細胞膜に存在

異体 (D85S) の結果も紹介し，クロライドイオンをポンプ

影することを可能にしてきた 。

する光駆動プロトンポンプタンパク質，バクテリオロド
プシン (bR) に適用し，光励起による bR の構造変化をリ[2]

アルタイムで直接観察することに成功した 。撮影された AFM 動画（1 frame/秒）には bR 1 分子が光に応答しする際に生じる構造変化についても議論した。
[1] T. Ando et al. (2008) Pflügers Archiv. Eur. J. Physiol.
456, 211.
[2] M. Shibata et al. (2010) Nature Nanotech. 5, 208.

その細胞質表面を変化する様子が観察されており，この（11）ロドプシンにおける構造機能相関の解析
神取秀樹（名古屋工業大学・工学研究科）

ロドプシンは，我々の視覚センサーとして光情報変換ており，Rh が進化の中で最適化されてきたと考えると驚を担う膜蛋白質であり，G 蛋白質共役型受容体 (GPCR)

くべき数値である。この報告を受け，さまざまな古細菌の 1 つである。一方，古細菌や微生物に含まれるロドプ型ロドプシンを有する我々は，同様にキメラを用いた構

シンは，光情報変換だけでなく，ポンプやチャネルとし造機能相関に関する研究を開始した。負の走光性センサて機能するものもある。ロドプシン (Rh) を含めた GPCRーである SRII (ppR)[2]，光駆動プロトンポンプである PR,の構造情報が皆無だった時代，古細菌型ロドプシンであGR を用いた研究が進行中であり，講演ではこれらの結るバクテリオロドプシン (BR) の構造を創薬のために用果をもとに視物質と古細菌型ロドプシンの作動機構についるという（無茶な）ことが行われていた。視物質ロドいて考察した。

プシンと古細菌型ロドプシンにはアミノ酸の相同性はな

尚，本研究は文献[2]に示したメンバーとの共同研究で

く，ともに 7 回膜貫通型のヘリックス内にレチナールをあり，特に G 蛋白質の活性化をきわめて精度よく測定し結合するという共通性にも関わらず，研究対象としてはていただいている山下高廣博士，七田芳則博士（京大院

別々のものであった。ところが 4 年前に，ウシ Rh の第 3理）に感謝します。

ループを組み込んだ BR が G 蛋白質を活性化できること[1]が報告され ，2 つの異なるロドプシンの構造変化に類似点があることが示唆された。その報告によれば，最大[1] Geiser et al. Protein Sci. 15, 1679 (2006).
[2] Nakatsuma, Yamashita, Sasaki, Kawanabe, Inoue,
Furutani, Shichida, Kandori, in preparation.

の活性化能をもつキメラはウシ Rh の 3 割の活性を示し（12）微生物型ロドプシンの分子進化
須藤雄気 1,2，本間道夫 1（1 名古屋大学大学院理学研究科，2JST・さきがけ）
ロドプシンタンパク質とは，レチナール（ビタミン A(Rh) などに代表される。微生物から高等生物まで幅広くのアルデヒド型）を発色団とする 7 回膜貫通型タンパク存在するロドプシンタンパク質群は，数千種に及び，そ+質の総称であり，教科書に登場する光駆動 H ポンプ・バの機能は，BR に代表される「ポンプ」と，Rh や微生物

クテリオロドプシン (BR) や，視覚を司るロドプシンの走光性を司るセンサリーロドプシン (SR) などの「セン248研究会報告サー」に大別される。このような機能分化はどのようには，この分子について様々な角度から解析したところ，

起こってきたのだろうか？

SRII 様の吸収波長，BR 様の光反応サイクルなどを示し

これまでの遺伝学的解析によると，ポンプからセンサた[5]。本発表では，これらの結果をもとに分子進化メカーが分化してきたと考えられている。実際に，SR の一種

ニズムについて議論した。さらに，最近取り組み始めた，[1]である青色光受容体・SRII は，ポンプとして働きうるし ，

光誘起タンパク質増減系[6]について触れた。

BR の A215T 変異体は，センサーとして機能しうること[2][1] Sudo, Y., et al. (2001) Biophys. J., 80, 916.

から，BR と SRII の密接な関係が示唆される。このよう[2] Sudo, Y., et al. (2006) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103,な分子進化過程で，どのような変化が起こったのだろうか？

すなわち，BR と SRII には，吸収極大, 光反応, 伝達タンパク質との相互作用などに違いが見られるが，ど16129-16134.
[3] Sudo, Y., et al. (2006) J. Biol. Chem. 281,
34239-34245.
[4] Sudo, Y., et al. (2007) J. Biol. Chem. 282, 15550-15558のような順序で変化が加わったのであろうか？
最近，ドイツのグループは，ゲノム解析から興味深い[cover paper].

ロドプシン遺伝子を発見した。この遺伝子は，分子系統[5] Sudo, Y., et al. to be submitted.

樹的に BR と SRII の中間に位置し，SRII ファミリー以外[6] 特願 2010-181053.

[3,4]

では初めて機能に重要な Thr 残基を持っていた。私達（13）ABC トランスポータ NBD エンジンの ATP 不安定結合に起因した動作不良の発生メカニズム
相馬義郎 1，Y.-C.Yu1，T.-C. Hwang2（1 慶應義塾大学・医学部，2 米国ミズーリ大学・医学部）
ABC トランスポータは，Nucleotide Binding Domain

異導入によって，ATP 濃度依存性である開口速度の低下(NBD) を共通して持つ蛋白スーパーファミリーである。

が引き起こされるとともに，正常なチャネル閉口 (～2 s−1)

NBD は，ATP2 分子を挟み込んだ二量体の形成およびに加えて，ある確率で数～数 10 秒間以上の開口状態が続ATP の加水分解に続発する二量体解離を繰り返すこと

く閉口異常が観察された。

により，ABC トランスポータの機能発現のための機械的

この現象は，NBD2 量体の解離を引き起こす ATP 加水

駆動力を供給しているが，その詳細なメカニズムは未だ分解が起こらないことによる NBD エンジンの動作不良

不明である。

によるものであると考えられた。本研究会ではこの動作

CFTR チャネルではこの二量体形成によって開口し，解離によって閉口すると考えられている。NBD への ATP

不良のメカニズムと予想される NBD エンジンの 4 次構
造について検討した。

の安定結合に重要であると予想される Y1219 残基への変（14）MD シミュレーションで探る ABC トランスポーターのダイナミクスと機能
櫻井実，足立健太郎，打田和香，萩谷朋佳，渡辺百合香，佐藤大介（東京工業大学 バイオ研究基盤支援総合センター）

ABC トランスポーターは ATP の加水分解エネルギー

conductance Regulator; CFTR) は，それぞれヒトの癌細胞を利用して，様々な物質を細胞内外へ輸送する膜タンパの多剤耐性獲得や嚢胞性線維症といった肺の疾患に関わク質である。ABC トランスポーターの中でも特に ABCB1っている。これらのタンパク質についてこれまで多くの(P-Glycoprotein) や ABCC7 (Cystic fibrosis transmembrane

研究が行われてきているものの，その輸送機構について249

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

は未知の点が多い。本研究では，結晶構造やホモロジー
モデリング構造を出発構造として，MD シミュレーショ

1. ABCB1 の inward-facing 構造からの MD シミュレー
ションの結果ンや anisotropic network model (ANM) 解析を実行し，タン

2. CFTR の outward-facing 構造のからの MD シミュレ

パク質の立体構造変化やダイナミクス解析の結果から基ーションの結果及び inward-facing 構造のホモロジーモデ

質輸送メカニズムについて原子レベルの知見を得ること

リングを目的とした。今回は，以下の研究項目に関する最近の3. MsbA トランスポーターの outward-facing 構造からの MD シミュレーションの結果及び ANM 解析

進捗状況について報告した。

（15）透過電顕と走査電顕を用いたタンパク質・細胞のイメージング法の開発
三尾和弘 1，丸山雄介 1，西山英利 2，須賀三雄 2，佐藤主税 1（1 産業技術総合研究所，2（株）日本電子）電子顕微鏡は本来数 Å 程度の分解能を有する装置である。これらのチャネルもタンパク質どうしが会合した分る。しかし，生物試料では照射できる電子線量が限られ，子複合体であり，結晶作製は難しい。この様な複合体のさらに真空中で観察しなければならない。そのため，応チャネル部分やタンパク質の構造決定を単粒子解析法に用範囲が限られてきた。この問題を克服するために，精より行ってきた。開発の結果，最近では非対称のタンパ製されたタンパク質を溶液ごと瞬間的に凍らせ，撮影しク質でも数+の穴が観察できるようになった。

た透過電顕画像に情報学による手法を組み合わせること

では，この様なチャネル全体を捉えるにはどうしたらで，タンパク質の 3 次元構造を広く決定できる電子線単良いのだろうか？

粒子解析法を開発してきた。この方法の最大の利点は結であり，これまでわれわれが開発してきた改良型単粒子晶が作製できないタンパク質に適用できることである。

解析法でも，その複合体の観察は不可能であった。これ

膜タンパク質の多くは，様々のタンパク質と複合体をらの問題を克服するために，走査型電子顕微鏡を改良す形成して機能する。それら複合体は安定とは限らず，多ることで全く新しい顕微鏡を開発した。すなわち，半導くは不安定なものである。例えば，我々の細胞は内部の体加工用の強靭な電子線透過薄膜を利用することで，膜2+小胞体内 Ca が枯渇すると，その枯渇刺激により細胞外
2+

その複合体形成は多くの場合一過性越しに溶液中の細胞を解放条件下で観察できる全く新しから Ca を流入させる。この流入を担うチャネルとして，い走査電子顕微鏡を開発し，その可能性について議論し細胞膜にある Store operated チャネルが注目を集めてい

た。

250

研究会報告3．シグナル伝達の動的理解を目指す新戦略
2010 年 9 月 30 日－10 月 1 日
代表・世話人：廣瀬謙造（東京大・院医・神経生物）
所内対応者：久保義弘（生理研・神経機能素子）（１）シュワン細胞におけるイノシトール 1, 4, 5 三リン酸シグナルを介したミエリン鞘形成機構
稲生大輔，金丸和典，大久保洋平，飯野正光（東京大・院医・薬理）（２）TRP チャネルの酸素感受性
高橋重成，清中茂樹，沼田朋大，香西大輔，森泰生（京都大・院工・分子生物化学）+（３）破骨細胞膜に共存する空胞型 H -ATPase と電位依存性プロトンチャネルによるプロトンシグナリング機構
久野みゆき，酒井啓，森浦芳枝，川脇順子，橋本志野（大阪市大・院医・分子細胞生理学）（４）CIN85 の B 細胞におけるシグナル伝達機能解析
米谷耕平，黒崎知博（理研・免疫・アレルギー科学総合研・分化制御研究グループ）（５）腎マクラデンサ細胞の PGE2 産生自己調節機構
福田英一，河原克雅（北里大学・医学部・生理学）（６）膵β細胞に発現する甘味受容体の機能と意義
小島至，中川祐子，長澤雅裕（群馬大・生体調節研究所）（７）光遺伝学的手法との併用を可能にする持続的自励発光型 Ca2+指示薬
永井健治，齊藤健太，Yu-Fen Chang（北海道大・電子科学研究所）（８）細胞力覚（メカノトランスダクション）におけるアクチン線維の多様な役割
曽我部正博，早川公英，辰巳仁史，小林剛，武田美江（名古屋大・院医・細胞生物物理）（９）シナプス前末端における PKG 依存性シナプス小胞エンドサイトーシス制御機構
江口工学（沖縄科学技術研究基盤整備機構）（10）グルタミン酸イメージングで捉えた単一プレシナプスの情報量
坂本寛和，並木繁行，廣瀬謙造（東京大・院医・神経生物学）（11）シナプス発達を制御する遺伝子群をスクリーニングするための組織培養標本の確立
上阪直史，三國貴康，狩野方伸（東京大・院医・神経生理学）
2+（12）心筋細胞の L 型 Ca チャネルの不活性化モデル
村上慎吾 1,2，河津俊宏 3，イアンフィンドレイ 4，鈴木慎悟 1，赤羽悟美 5，野村泰伸 2,3，倉智嘉久 1,2（1 大阪大学・医学部・分子細胞薬理学，2 臨床医工学融合研究教育センター，
3

基礎工学部，4 フランス・ツール大学，5 東邦大学・医学部・薬理学）（13）KcsA チャネルの 1 分子構造機能測定による pH 依存性ゲーティング
老木成稔，清水啓史，岩本真幸，松木悠佳，今野卓（福井大・医・分子生理）（14）FRET による三量体 G 蛋白質活性化過程の可視化
立山充博，久保義弘（生理学研究所・神経機能素子）【参加者名】
河原克雅，福田英一（北里大学・医学部）
，森

泰生，梶

海道大学・電子科学研究所・ナノシステム生理学研究分

本武利，高橋重成，小林良平，澤村晴志朗（京都大学大野），小島

学院・工学研究科

節研究所），廣瀬謙造，坂本寛和（東京大学大学院・神経

合成・生物化学専攻），永井健治（北至，長澤雅裕，中川祐子（群馬大学・生体調251

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

生物学分野），辻本哲宏（同志社大学・生命医科学部

医化学研究所・免疫・アレルギー科学総合研究所），高橋智

生命システム学科），老木成稔（福井大学医学部・分子生

幸，堀哲也（同志社大学・生命医科学部

医生命シス理），久野みゆき，川脇順子（大阪市立大学・大学院医学テム学科），村上慎吾（大阪大学大学院・医学系研究科・研究科），上阪直史（東京大学大学院・神経生理学（狩野薬理学講座），大洞将嗣（東京医科歯科大学・グローバル研）），飯野正光，山澤徳志子，大久保洋平，金丸和典，

COE），曽我部正博（名古屋大学大学院・医学系研究科），

関谷敬，中村直俊，稲生大輔，久保田淳（東京大学大佐藤かおり（生理研・機能協関），村山秀之（生理研・分学院・細胞分子薬理学教室），江口工学（沖縄科学技術研

子神経生理），久保義弘，立山充博，中條浩一，Keceli Batu，

究基盤整備機構・高橋ユニット），黒崎知博，米谷耕平（理藤井大祐（生理研・神経機能素子）【概要】
細胞機能を司るシグナル伝達機構の研究において，シッション II においては，膵β細胞や腎細胞における新しグナル分子のカタログ化が急速に進んできたが，カタロ

いシグナル伝達経路についての知見が報告されるとともグ化のみでは，依然としてシグナル伝達を「静的」にしに，発光や蛍光を用いた新しいシグナル研究のための実か理解しえない。細胞機能の発現は，シグナル分子の局

験技術が紹介され，その応用法について実際に即した討

在や修飾が巧みに調節され，刻々と変容を遂げることに議がなされた。セッション III においては，シナプス機能

よって実現されている。したがって，刻々と変容する分のうち主にプレシナプスについて研究成果発表が行わ

子の営みそのものを「動的」に理解することが重要であれ，シグナルの動的な理解を中心とした議論が行われた。

り，そのための有効な戦略が必要とされている。そこで，セッション IV においては，昨年に引き続いて受容体・チ昨年度に引き続き，免疫，循環，神経系といった異なっ

ャネル分子に焦点を当てた研究成果が発表され，主とした分野の研究者に加えて，新しい測定技術や解析法の開て生物物理学的な見地から詳細な議論が行われた。昨年

発に取り組む研究者が一堂に会し，4 つのセッション (Iからの 2 年間を通じて，本研究会が目的とするシグナル～IV) において分野横断的な討論を二日間で行った。セの動的理解が一見異なった分野における研究において重ッション I は，シュワン細胞・神経細胞・破骨細胞・B要であることが確認された。また，本研究会の主旨をさ細胞といった多様な細胞におけるシグナリング研究におらに発展させつつ継続的に異分野間で議論を重ねていく

ける最新の知見が発表され，その発表をもとに細胞内外ことがシグナル研究の将来にとって必要であることが結でのカルシウムシグナリングについて討議を深めた。セ

論付けられた。

（1）シュワン細胞におけるイノシトール1, 4, 5 三リン酸シグナルを介したミエリン鞘形成機構
稲生大輔，金丸和典，大久保洋平，飯野正光（東京大・院医・薬理）

末梢神経のミエリン鞘はシュワン細胞により形成さて Ca2+イメージングを行なったところ，ミエリン鞘形成れ，軸索における跳躍伝導を可能としているが，ミエリ

中のシュワン細胞では P2Y2 受容体を介して IP3 によるン鞘形成機構に関しては十分な理解が得られていない。

Ca2+放出が起こる経路が明らかとなった。次に，ミエリ

我々は，新たに開発した生体内シュワン細胞への遺伝子

ン鞘形成中のシュワン細胞において上記シグナルの阻害導入法を用いて，イノシトール 1, 4, 5 三リン酸 (IP3) 産生を行ない，ミエリン鞘形成に対する影響を解析した。新

2+を介した Ca シグナルがミエリン鞘形成に関与すること

生児ラット坐骨神経に電気穿孔法による遺伝子導入法をを明らかにした。

適用し，P2Y2 受容体および IP3 シグナルの阻害を行なっシュワン細胞は，神経細胞やシュワン細胞自身により2+たところ，ミエリン鞘の形成が抑制された。さらに，ミ放出される ATP に応答して細胞内 Ca 濃度増加を示す

エリン鞘形成促進因子である BDNF の過剰発現を IP3 シ

ことが報告されている。新生児ラットの坐骨神経を用い

グナルの阻害と同時に行なったところ，ミエリン鞘形成252

研究会報告が回復することから，BDNF が Ca2+シグナルの下流で機における，P2Y2→IP3→Ca2+→BDNF シグナルが，ミエリ能していることが示唆された。以上から，シュワン細胞

ン鞘形成機構に関与することが示唆された。

（2）TRP チャネルの酸素感受性
高橋重成，清中茂樹，沼田朋大，香西大輔，森泰生（京都大・院工・分子生物化学）

好気性生物においては，エネルギー産生に十分にかつし，この活性化には酸素依存的なプロリン水酸化酵素の酸素毒性を最小限にするように生体内の酸素濃度が保た

阻 害 が 関 与 す る こ と を 見 出 し た 。 Trpa1 遺 伝 子 欠 損れており，酸素供給が厳密に制御されている。特に，哺(Trpa1 KO) マウスを用いた in vivo 実験により，高酸素ガ

乳動物においては，頸動脈小体やその他の化学受容器がス及び低酸素ガス吸入に伴う迷走神経活動の増大，また酸素濃度の変化を感知し，呼吸活動を変化させることにそれに伴う呼吸反射が Trpa1 KO マウスでは著しく抑制

より体内への酸素供給を制御することが知られている。

されることを確認した。Trpa1 KO マウスは通常酸素濃度

しかし，化学受容器における酸素感知を担う分子実体及下においても肺障害，肺高血圧症の症状を示し，本症状びその機構に関しては未解明な点が多い。本研究では，はそれぞれ高酸素濃度下及び低酸素濃度下での飼育によ

迷走神経化学受容器に発現する TRP チャネルの網羅的り，より重篤化することを見出した。以上の知見により，な評価により，TRPA1 がシステイン残基の酸化を介して

TRPA1 は酸素センサーとして機能し，体内への酸素供給

高酸素濃度溶液により活性化することを見出した。また，を制御することが示された。

興味深いことに，低酸素濃度溶液でも TRPA1 は活性化

（3）破骨細胞膜に共存する空胞型 H+-ATPase と電位依存性プロトンチャネルによるプロトンシグナリング機構
久野みゆき，酒井啓，森浦芳枝，川脇順子，橋本志野（大阪市大・院医・分子細胞生理学）

破骨細胞は酸と蛋白分解酵素を分泌して骨を溶かす細流が増強することがしばしば観察された。両者の干渉の胞である。その細胞膜にはプロトンポンプ（空胞型少なくとも一部は pH・電位という共通要因を介して起こ+

H -ATPase, V-ATPase）と電位依存性プロトンチャネル++

ると予測されるが，実際に見積もられたことは無い。そ(H channel) が共存している。いずれも H を選択的に細胞

こで V-ATPase の起電性および H+排出による pH 環境の内から細胞外へと排出し，細胞内外の pH や電位の変動

変動が H+チャネル活性に与える影響を V-ATPase の特異を引き起こす分子である。しかし，方やポンプ，方やチ的阻害剤 (Bafilomycin) を用いて検討した。V-ATPase をャネルとその透過機構や活性化条件は大きく異なる。骨

ブロックすると膜電位は脱分極方向にシフトし，H+チャ

吸収過程で酸分泌の主体となるのは V-ATPase と考えら

ネル自身が感知する膜を介する pH 勾配は増加した。そ+れているが，両者はどのように使い分けられて H というの変化は V-ATPase 電流量に依存し，破骨細胞では細胞共通のファクターを制御しているのか。これまでの研究

膜 V-ATPase が H+チャネルを抑制的にコントロールして過程で，V-ATPase が抑制される条件下で H+チャネル電いると推測された。

253

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（4）CIN85の B 細胞におけるシグナル伝達機能解析
米谷耕平，黒崎知博（理研・免疫・アレルギー科学総合研・分化制御研究グループ）

免疫系の細胞である B 細胞において，BLNK は B 細胞

る増殖能の測定では，CIN85 KO マウスの B 細胞は抗 IgM

抗原受容体 (BCR) からのシグナル伝達を担っている分抗体を用いた BCR からの刺激に対しては低反応性を示子の一つである。我々は，BLNK に会合する分子としてした。また生化学的な実験において，CIN85 KO マウス B

Cbl-interacting molecule of 85kDa (CIN85) を同定した。

細胞は BCR 刺激による古典的 NF-κB 経路の活性化に障CIN85 の免疫系における機能を解明するために，B 細胞

害が認められた。このことを確認するために，活性化型

特異的に CIN85 を欠損するコンディショナル・ノックア

IKKβ 変異体をコンディショナル KI マウスを用いて導入

ウト (KO) マウスを作成し，解析を行った。B 細胞特異したところ，in vitro における細胞増殖能，in vivo におけ的 CIN85 KO マウスにおいて，T 細胞依存的抗原に対する TI-II 抗原に対する抗体産生能の回復が認められた。以る抗体産生は正常に認められた。その一方，T 細胞非依

上の結果から，CIN85 は B 細胞において BCR の下流に存的抗原（TI-II 抗原）に対する反応は，IgM, IgG3 クラ

位置し，NF-κB 活性化経路を正に制御する分子であるこスの抗体産生ともに顕著に減少していた。In vitro におけとが明らかとなった。

（5）腎マクラデンサ細胞の PGE2産生自己調節機構
福田英一，河原克雅（北里大学・医学部・生理学）

慢性的な体液量減少時，マクラデンサ (MD) 細胞は一（PKA 阻害薬）で阻害された。また，NE-MD 細胞は EP4

酸化窒素 (NO) ならびに PGE2 を放出し，輸入細動脈を弛を発現し (RT-PCR)，0 Cl−誘導時の PGE2 産生は 50 µM

緩させて糸球体濾過量を確保する。我々は株化したマウ

AH23848（EP4 アンタゴニスト）により減少した。最後

2+

ス MD (NE-MD) 細胞において，PKA や Ca シグナルを2+に，細胞外液に PGE2 を添加すると濃度依存性に cAMP

阻害すると COX-2 発現が抑制され，低 pH や Ca シグナ

合成量が増加し，COX-2 発現量が増加した。

ルの阻害により nNOS 発現・活性が阻害されることを昨【結論】NE-MD 細胞から放出された PGE2 は，EP4 を介

年度の研究会で報告した。本年度は，PGE2 の MD 細胞へしてオートクライン的に PKA 経路を活性化し，COX-2の影響を検討するため，E プロスタノイド受容体 (EP) 発

mRNA 発現を亢進させると考えられる。MD 細胞の PGE2

現とその PGE2 産生への効果を調べた。

産生における正のフィードバック機構は，PGE2 供給量を−【結果】COX-2 発現量は，0 Cl 溶液や 10 µM forskolin 添

増強することが期待される。

−

加により増加し，0 Cl 誘導 COX-2 発現は 10 µM H-89（6）膵β細胞に発現する甘味受容体の機能と意義
小島至，中川祐子，長澤雅裕（群馬大・生体調節研究所）

膵ランゲルハンス島のβ細胞は，重要な糖代謝調節ホスを添加すると細胞内 Ca2+と cAMP が増加しインスリン

ルモンであるインスリンを産生・分泌する。最近，我々分泌が惹起される。細胞内 Ca2+の増加は細胞内プールかはβ細胞に甘味受容体が発現していることを見いだしらの Ca2+放出と細胞外からの Ca2+流入によるが，Ca2+流た。β細胞に甘味受容体のアゴニストであるスクラロー

入は電位依存性 Ca2+チャネル拮抗剤で抑制されるととも254

研究会報告に細胞外液 Na+に依存している。β細胞に他の甘味物質をが，その作用は様々な点でスクラロースとは異なる。こ添加すると，異なったパターンの反応が見られる。例え

れらの甘味物質は甘味受容体の異なる部位に結合するこ2+とから，甘味受容体は結合部位特異的に異なるトランスは増加しない。これと対照的にグリチルリチンを添加しデューサーを活性化する性質をもつと考えられる。今後

ばサッカリンを添加した場合，cAMP は増加するが Ca
2+た場合，Ca は増加するが cAMP はほとんど変化しない。

この分子機構についてさらに詳細に検討していきたい。

2+

アセスルファーム K は Ca と cAMP の両者を増加させる（7）光遺伝学的手法との併用を可能にする持続的自励発光型 Ca2+指示薬
永井健治，齊藤健太，Yu-Fen Chang（北海道大・電子科学研究所）
transferof Ca2+ dynamics at the single-cell level with temporal(BRET) from a bioluminescent protein to a fluorescent

resolution at 1 Hz. Moreover, BRAC signals were acquired byprotein with high fluorescent quantum yield has been utilized

ratiometricto enhance luminescence intensity, allowing single-cell

independent signal drifts due to change in cell shape, focus

imaging in near real time without external light illumination.

shift, etc. Taking advantage of the bioluminescence imaging

We have applied this strategy to develop an autoluminescent

property that does not require external excitation light, BRAC

EfficientCa2+bioluminescenceresonanceenergy2+imaging

capableofcanceling

out

Ca2+-

indicator, BRAC, which is composed of Ca -binding

might become a powerful tool for elucidating the cellular

protein, calmodulin, and its target peptide, M13, sandwiched

implementation of systems-level neural processes such as

between a yellow fluorescent protein variant, Venus, and anaction, thought and emotion by combining use with anenhanced Renilla luciferase, RLuc8. Adjusting the relative

optogenetic technology for genetically targeted millisecond-

dipole orientation of the luminescent protein’s chromophores

timescale optical excitation of neurons expressing a light-

improved the dynamic range of BRET signal change indriven cation channel and pump including Channelrhodopsin-

BRAC up to 60%. Using BRAC, we succeeded visualization

2 and chloride pump, NpHR, respectively.

（8）細胞力覚（メカノトランスダクション）におけるアクチン線維の多様な役割
曽我部正博，早川公英，辰巳仁史，小林剛，武田美江（名古屋大・院医・細胞生物物理）「細胞力覚」とは，細胞の「力を感じる能力」を表す新

造機能連欄が原子レベルで詳しく解析されている。これ

規用語である。例えば，聴覚，触覚，内臓膨満感覚，筋に対して真核生物 MS チャネルの研究は遅れているが，感覚などはすべて，感覚細胞の細胞力覚に依存している。

細菌にはない特徴を持っている。それは，細胞骨格や接これに止まらず，細胞力覚は細菌からヒトに至るすべて

着斑との超分子複合体の形成である。これによって，力の細胞に備わっており，細胞の成長，増殖，運動など，の遠隔感知や方向感知などの高度な細胞力覚を実現して細胞変形を伴うあらゆる場面で活躍する根幹機能の一ついる。また，アクトミオシン線維が接着斑を介して基質として注目されている。その主役はメカノセンサー分子を引っ張ることで基質の堅さを能動的に感知（アクティで，例えば細菌には雨が降って周囲が低浸透圧になるとブタッチ）し，細胞分化の方向を決めているようである。

開口する機械受容 (MS) チャネルが発現している。これ

驚くべきことに，アクチン線維自身がメカのセンサーとなしには細菌は破裂して死に絶え，生命の進化もあり得して働くことも分かってきた。これら，多様な力覚機構なかったといわれている。細菌の MS チャネルは単純にに関する最新知見を紹介した。

細胞膜の伸展による膜張力の増加で活性化され，その構255

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（9）シナプス前末端における PKG 依存性シナプス小胞エンドサイトーシス制御機構
江口工学（沖縄科学技術研究基盤整備機構）

シナプス前末端に到達した活動電位は電位依存性カル2+

シウムチャネルを開口させ，Ca の流入を促す。流入し2+

著に遷延させることが明らかになった。さらに，これと同様な抑制効果が，一酸化窒素 (NO) 吸着剤 PTIO，またた Ca はシナプス小胞の細胞膜への融合・開口を誘発し，は NMDA 受容体アンタゴニスト AP-V の投与によって惹その結果，小胞内の神経伝達物質が開口放出される。そ起された。calyx of Held においては，シナプス前末端かの後，細胞膜に融合した小胞膜は再度末端内に取り込まら放出されたグルタミン酸によって後細胞に Ca2+が流入

れ，小胞として再生される。この小胞エンドサイトーシ

して NO を産生し，細胞外に放出させることが知られてスに関わるタンパク質の多くはリン酸化部位を持つが，いる。放出された NO が前シナプス末端内のグアニル酸

内在性キナーゼによるシナプスタンパク質のリン酸化がシクラーゼを活性化し，cGMP 濃度上昇，PKG の活性化

エンドサイトーシスに与える影響は明らかでない。

を経てエンドサイトーシスを加速するものと推察され本研究において，各種キナーゼの活性阻害剤を calyx ofる。このことから，伝達物質グルタミン酸を介してエン

Held シナプス前末端に注入して膜容量測定を行ったと

ドサイトーシスを加速させる逆行性調節メカニズムの存

ころ，PKG 阻害剤がエンドサイトーシスの時間経過を顕在が示唆される。

（10）グルタミン酸イメージングで捉えた単一プレシナプスの情報量
坂本寛和，並木繁行，廣瀬謙造（東京大・院医・神経生物学）

シナプス伝達は神経回路における情報処理の素過程

合 (paired pulse) や Phorbol esters 等の神経機能を可塑的である。プレシナプス機能に由来するシナプス可塑性はに変化させる試薬を添加した場合において，変動した。

神経回路の情報処理の中核を担う重要な機構であると考

我々はこれらの可塑的な変化の根底にあるプレシナプス

えられている。しかしながら，プレシナプス機能を単一特性を定量的に説明できるモデルを構築した。また，プシナプスレベルで詳細に解析した研究はほとんど報告さレシナプス特性は個々のシナプス毎に大きく異なり，それていない。我々は海馬培養神経細胞のシナプス前終末の不均一性がシナプス間に見られる幅広いプレシナプスから放出されるグルタミン酸を可視化し，プレシナプス

可塑性の基盤となっていることを明らかにした。以上の機能の定量的な解析を行った。EOS｛Glutamate (E) Optical

結果は，単一シナプスが含有できる情報量は従来から考Sensor｝を用いてグルタミン酸イメージングを行えば，えられてきたよりも大きく，神経回路の情報処理機構に一つのシナプス小胞から放出されるグルタミン酸を検出おいて個々のシナプスが時・空間的構造を構築できるこすることが可能である。単一シナプスから放出されるグとを示唆する。

ルタミン酸の量は，短い時間間隔で 2 回刺激を与えた場

256

研究会報告（11）シナプス発達を制御する遺伝子群をスクリーニングするための組織培養標本の確立
上阪直史，三國貴康，狩野方伸（東京大・院医・神経生理学）

動物の生後発達期に，経験や環境に依存して神経回路とが知られている。しかしながら，これらの分子だけでの広範な再編成がおこり，脳機能が発現・変化する。そは登上線維シナプスが強化・除去される分子メカニズムの回路レベルでの変化として，シナプスの選択的強化・を到底説明できない。この問題に取り組むのに，従来，除去がある。このメカニズム解明に先導的な役割を果た

脳内薬物投与や遺伝子改変動物の利用が行われてきた

しているモデル系の一つに，小脳の登上線維－プルキン

が，これらは非常に時間と手間を要すること，実験上制エ細胞シナプスの生後発達が挙げられる。発達初期のプ

約が多いことなどから，網羅的な遺伝子スクリーニング

ルキンエ細胞は複数の幼弱型登上線維に支配されているには不向きである。私どもは，効率良く機能分子を同定が，発達が進むにつれ一本の登上線維入力が選択的に強するために，実験上あまり制約がない，かつ生体内に近化され，それ以外の登上線維シナプスは除去される。従い環境を実現した組織培養標本の確立を目指してきた。

来，プルキンエ細胞に存在する代謝型グルタミン酸受容本研究会において，この組織培養標本とこの培養標本を

体 1 型により活性化されるシグナル伝達系やデルタ 2 グ

用いた遺伝子スクリーニング法の現状とを紹介した。

ルタミン酸受容体などが，この除去過程に必要であるこ（12）心筋細胞の L 型 Ca2+チャネルの不活性化モデル
村上慎吾 1,2，河津俊宏 3，イアンフィンドレイ 4，鈴木慎悟 1，赤羽悟美 5，野村泰伸 2,3，倉智嘉久 1,2（1 大阪大学・医学部・分子細胞薬理学，2 臨床医工学融合研究教育センター，
3

基礎工学部，4 フランス・ツール大学，5 東邦大学・医学部・薬理学）

カルシウムは心臓における興奮，収縮に関与するイオ

デル化を行ったところ，コントロール，β刺激条件下でンであり，心筋細胞内でのカルシウム動態は心筋の機能のシミュレーション結果は実験値とよく一致した。さらに対して大きな影響を持つと考えられているが，実験でに我々は，開発したモデル構築支援システムを用い，心定量的に計測することは難しい。そこで我々は不活性化

筋細胞におけるカルシウムチャネルおよびチャネル直下に着目した L 型カルシウムチャネルとカルシウム動態のの細胞内微細構造に関連するカルシウム動態のシミュレモデルを開発した。L 型カルシウムチャネルの不活性化ーションを行った。T 管系，カルシウムチャネル，筋小過程には，電位依存性不活性化機構 (VDI) とカルシウム胞体をモデル化し，より素過程に近いシミュレーション

依存性不活性化機構 (CDI) がある。VDI は，β刺激条件を行い，ダイアッド部における細胞膜内カルシウムイオ

下では弱まることが実験的に明らかになっている。このンの時空間的動態を解析した。

効果をモデルに取り込み，L 型カルシウムチャネルのモ（13）KcsA チャネルの 1分子構造機能測定による pH 依存性ゲーティング
老木成稔，清水啓史，岩本真幸，松木悠佳，今野卓（福井大・医・分子生理）

KcsA チャネルは細胞質側が酸性 pH となると活性化ゲ

回転対称軸のまわりにねじれる構造変化を可逆的に行う

ートの開閉を行う。このとき，4 量体のチャネル分子がことが明らかになっている (Shimizu et al., 2008)。KcsA

257

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

カリウムチャネルの pH 依存性ゲーティング（チャネル法の測定精度向上により，より詳細な構造情報が得られ開閉）を構造（回折 X 線追跡 [DXT] 法）・機能（脂質平た。白色 X 線のスペクトルを調整することでバックグラ

面膜法）の面から 1 分子測定した。チャネル機能の一分

ウンドノイズを低減させることに成功し，この結果，従子測定では，単一チャネル電流測定法の基本に戻り，脂来毎秒 30 フレーム（ビデオレート）での遅いダイナミク

質平面膜にチャネルが 1 分子しか存在しない条件で pHス像しか得られなかったものが，毎秒 5000 フレームとい依存性ゲーティング特性を測定した。活性化ゲートのキ

う高速記録を達成した。さらに，従来の定常状態での pH

ネティクスを明らかにするために E71A 変異を使用し依存性測定を，過渡的状態における構造・機能を測定すた。一方，構造変化に関するダイナミクス研究では，DXTるために新しい方法を確立した。

（14）FRET による三量体 G 蛋白質活性化過程の可視化
立山充博，久保義弘（生理学研究所・神経機能素子）

情報伝達において重要な役割を担う G 蛋白質共役型受familyA に属する m3R やプリン受容体 (P2Y1R) でも再現

容体 (GPCR) は，リガンド結合により三量体 G 蛋白質をされたが，familyC に属する代謝型グルタミン酸受容体

活性化して細胞内に情報を伝達する。近年，蛍光物質間(mGlu1α) では再現されなかった。これには，mGlu1αので起こるエネルギー共鳴遷移 (FRET) を利用すること長い C 末端の関与が示唆された。一方，受容体と Gq 蛋

で，リガンド結合による GPCR の構造変化および GPCR

白質の会合は，iii) m1R-YFP と Gαq-CFP での FRET 変化と各種 G 蛋白質との会合の検出が可能となってきていとしても検出可能であると予想されたが，顕著な変化はる。そこで，我々は，Gq 蛋白質と Gq 共役型受容体の会得られなかった。この問題については，現在，蛍光蛋白合について，ムスカリン受容体 (m1R) を用いて FRET 解質の付加部位を変えることで継続して検討している。

析を行った。受容体刺激による Gαq と Gβ1 サブユニット

FRET 解析は，受容体・Gq 蛋白質活性化過程におけるの解離は，i) Gαq-CFP と YFP-Gβ1 での FRET の減少とし個々の動態を詳細に記述できる可能性を有していることて検出された。次に，受容体と Gq 蛋白質の会合は，ii) Cからも，シグナル伝達の動的理解に有効なアプローチで末に YFP を付与した受容体 (m1R-YFP) と CFP-Gβγでのあると考えられる。

FRET 増加として検出された。このような FRET 変化は，

258

研究会報告4．糖鎖機能研究会…分子レベルでの解明を目指して
2010 年 7 月 1 日－7 月 2 日
代表・世話人：辻崇一（東海大学糖鎖科学研究所）

所内対応者：池中一裕（生理研・分子神経生理）（１）インフルエンザの糖鎖ウイルス学
鈴木康夫（中部大学生命健康科学部）（２）ムチン型糖タンパク質中の O-グリカンの網羅解析法の開発とその応用
掛樋一晃（近畿大学・薬学部）（３）グルクロン酸転移酵素-I ノックアウトマウスを用いたマウス初期胚におけるグリコサミノグリカンの機能解析
泉川友美 1，金川奈央 1，綿本有希子 1，岡田めぐみ 1，佐伯美香 1，坂野雅弘 1，
菅原一幸 2，杉原一司 3，浅野雅秀 3，北川裕之 1（1 神戸薬科大学・生化学，2 北大院・先端生命，3 金沢大・学際科学実験センター）（４）糖鎖特異的単鎖抗体の発現は細胞死を誘導するか？
山口（藤田）陽子（東海大・工学部・生命化学科）（５）無臭ベンゼンチオールを利用した非還元末端からの糖鎖合成
梶本哲也 1，有光健二 2，小関稔 2，野出学 2（1 大阪薬大，2 京都薬大）（６）N-アセチルグルコサミン転移酵素 III (GnT-III) による APP 代謝制御
萬谷博（東京都健康長寿医療センター研究所）（７）ポリラクトサミン合成酵素遺伝子ノックアウトマウスを用いた糖鎖機能解析
栂谷内晶，成松久（産業技術総合研究所・糖鎖医工学研究センター）（８）シアリダーゼ NEU3 はフォスファチジン酸により活性化される
塩崎一弘 1,2，山口壹範 2，宮城妙子 2,3（1 鹿児島大・水産・生物化学，2 宮城がんセ・生化学，3 東北薬大・がん糖鎖制御）（９）Klotho-related protein を介した新しいスフィンゴ糖脂質代謝経路
林

康広 1,2，伊東信1（1 九州大学大学院・農学研究院・生命機能科学部門，2 帝京大学・薬学部・生物化学）（10）イメージングを利用した糖鎖の新しい機能探索
深瀬浩一，田中克典（大阪大学大学院理学研究科）（11）真核細胞型シアル酸転移酵素の構造と機能の研究
辻崇一（東海大学

糖鎖科学研究所）（12）ガングリオシドクラスターに結合したアミロイドβの NMR 構造解析
矢木真穂，加藤晃一（名古屋市立大学大学院薬学研究科／岡崎統合バイオサイエンスセンター）（13）アメフラシ由来真菌 Periconia byssoides の代謝産物 pericosine 類の合成研究
宇佐美吉英（大阪薬大）（14）神経再構築とケラタン硫酸
門松健治（名古屋大学大学院医学系研究科）（15）神経系における HNK-1 糖鎖機能と発現調節機構
岡昌吾 1，森瀬譲二 1，中川直樹 1，竹内祐介 1，森田一平 2（1 京大医，2 京大薬）

259

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（16）抱合化によるフィトケミカルの代謝活性化について
金城順英，土橋良太（福岡大学薬学部・生薬学研究室）（17）Notch 糖鎖修飾によるリガンド反応性変化の生理的意義－T 細胞分化をモデルとして－
穂積勝人（東海大学医学部）（18）糖鎖の構造多様性に影響を与える要因の探索
長束俊治（新潟大学理学部生物学科）（19）ERGIC-53/MCFD2 と第 V・第 VIII 因子合併欠乏症
山本一夫（東京大学・新領域）（20）脳発達におけるフコシル基転移酵素 FUT10 の役割
Akhilesh Kumar，吉村武，鳥居知宏，等

誠司，池中一裕（生理研・分子神経生理）【参加者名】
鈴木康夫（中部大学生命健康科学部），掛樋一晃（近畿大大学医学部），金城順英（福岡大学薬学部・生薬学研究室），

学・薬学部），泉川友美（神戸薬科大学・生化学），山口

穂積勝人（東海大学医学部），長束俊治（新潟大学理学部（藤田）陽子（東海大・工学部・生命化学科）
，梶本哲也

生物学科）
，山本一夫（東京大学・新領域），吉村（大阪薬大），萬谷博（東京都健康長寿医療センター研

理研・分子神経生理），加藤晃一（名古屋市立大学大学院究所），栂谷内晶（産業技術総合研究所・糖鎖医工学研究薬学研究科／岡崎統合バイオサイエンスセンター）
，高田

センター）
，塩崎一弘（鹿児島大・水産・生物化学，宮城慎治（統合バイオ），檜山武史（基生研），佐藤昌直（基がんセ・生化学），林

康広（九州大学大学院・農学研究生研），山口拓実（分子研），植草義徳（統合バイオ），横院・生命機能科学部門），深瀬浩一（大阪大学大学院理学

井紀彦（生理研），大西勇気（中部大学），池中一裕（生

研究科）
，辻

理研）
，等

崇一（東海大学

糖鎖科学研究所），矢木武（生

誠司（生理研），田中謙二（生理研），稲村直

真穂（名古屋市立大学大学院薬学研究科／岡崎統合バイ子（生理研），石野雄吾（生理研），杉尾翔太（生理研），

オサイエンスセンター），宇佐美吉英（大阪薬大），門松Salma Jasmine（生理研），村山秀之（生理研），鳴海麻衣

健治（名古屋大学大学院医学系研究科）
，岡

（生理研）

昌吾（京都

【概要】
糖鎖が第三の生命鎖として脚光を浴びるようになって「糖鎖の持つ基本的な機能は何か，特に分子レベルでどの久しく，多くの研究により，複合糖質糖鎖が直接的あるように機能しているのか」という問題を解くことを目標

いは間接的に様々な現象に関与していることを示唆するとしている。

知見が集積されてきている。しかし，糖鎖が実際に分子今回も，最近の様々な学会・シンポジウムあるいは論レベルでどのような機序で機能を発現しているのかとい

文などで注目すべき発表をした方々を中心に多方面の研う基本的かつ重要な問題に関しては，まだほとんど解明

究者にお集まり頂き，糖鎖機能研究の現状と今後の問題されてはいない。糖鎖が単独で機能を発現している場合点を探索した。また，前回の研究会で顕在化されてきたが無いとは言い切れないが，多くの場合糖鎖と相互作用

問題点，あるいは今後発生が予想される問題を克服するをする生体分子，特にタンパク質が介在していると推定のに必要とされる技術開発のエキスパート，特に今回はされるケースが多い。これら生体分子の実態をも解明し網羅的・定量的な糖鎖分析の専門家，先進的な糖鎖合成

なければ，糖鎖の基本問題が解けないということは明らの専門家にも参加を頂き，様々な角度から検討ならびにかである。本研究会は，糖鎖のみならず相互作用をする

情報交換を行った。結果として，研究者間の相互理解が相手の分子をも対象として検討を進め，現在抱えている

深まり，研究の新たな展開や共同研究の可能性が十分に問題点を顕在化し，問題解決への糸口を探ることにより，期待できる成果を得ることができた。

260

研究会報告（1）インフルエンザの糖鎖ウイルス学
鈴木康夫（中部大学生命健康科学部）

インフルエンザはこれまでにたびたび世界流行を起こ

わりがある。インフルエンザウイルスの宿主への感受性してきた。現在も，昨年アメリカ・メキシコで発生したはシアロ糖鎖という第 3 の生命鎖が担っている。A 型イ

ブタ起源新型インフルエンザ (H1N1) はパンデミック

ンフルエンザウイルスの自然宿主はカモなどの野生水鳥（世界的流行）の状態に入っており，1997 年香港で発生

で，それが様々な動物種ヘ伝播する過程で，変異を起こした高病原性トリインフルエンザ (H5N1) は，WHO のパし，ヒト－ヒト間伝播を容易に起こす能力を獲得する場

ンデミック警告はフェーズ 3 である。いずれも監視が必合がある。ここでは，どのような機構で新型インフルエ須である。A 型インフルエンザウイルスの宿主域，宿種ンザが発生してくるのか，糖鎖ウイルス学の視点から新間伝播は，宿主が持つウイルス受容体糖鎖構造と深い関しい情報をお話しする。

（2）ムチン型糖タンパク質中の O-グリカンの網羅解析法の開発とその応用
掛樋一晃（近畿大学・薬学部）

我々は糖鎖の臨床的な応用を図るために，糖タンパク胞（MKN45 細胞）は，分子量が 5000 以上のトリシアロ

質やプロテオグリカンなどの糖鎖を網羅的に解析する方

ポリラクトサミン型糖鎖が特異的に大量的に発現してい法の開発に従事してきた。特に，O-グリカンについてはることを発見し，癌バイオマーカーとしての可能性を指アルカリ－ボロハイを利用して緩和な条件で糖鎖を切り摘した (J. Proteome Res. 2009)。

離す必要性があるために，迅速性と感度の点で改善が望

また，最近我々は東大の入村教授グループとの共同研まれていた。我々は，島津製作所の支援のもとに自動糖究で，強毒性 Zaire 型および弱毒性 Reston 型 Ebola virus

鎖切り離し装置 (AutoGlycoCutter) の開発に取り組み，ムの N-および O-グリカンを網羅的に詳細に解析し，Tn 抗チン型糖たん白質やプロテオグリカンから糖鎖を迅速か

原の発現量が毒性発現に重要であるという知見についつ高い再現性で切り離す革新的な手法開発に成功した。

て，N-結合型糖鎖の関与が示唆されるという知見を得開発した手法を用いて，血球系ならびに内皮系癌細胞た。

中のムチン型糖鎖の網羅解析に適用し，ヒト胃癌由来細（3）グルクロン酸転移酵素- I ノックアウトマウスを用いたマウス初期胚におけるグリコサミノグリカンの機能解析
泉川友美 1，金川奈央 1，綿本有希子 1，岡田めぐみ 1，佐伯美香 1，坂野雅弘 1，
菅原一幸 2，杉原一司 3，浅野雅秀 3，北川裕之 1（1 神戸薬科大学・生化学，2 北大院・先端生命，3 金沢大・学際科学実験センター）

グリコサミノグリカン (GAG) であるコンドロイチン

ないコンドロイチンが初期胚の細胞質分裂に，一方 HS

硫酸 (CS)/ヘパラン硫酸 (HS) は，ほとんどすべての細胞は発生後期の形態形成に重要な機能を果たすことを明ら

表面や細胞外マトリックスに存在し，生体内で様々な生かにした。そこで，ホ乳動物の初期胚の GAG の機能を

理機能を発揮する。以前，我々は線虫で硫酸化されてい明らかにするため，GAG が欠損したマウスの作製を試み

261

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

た。GAG は，CS と HS に共通の結合領域と呼ばれる四作製し，初期胚における GAG の生物学的役割の解明を

糖構造を介しコアタンパク質に結合している。四糖結合試みた。その結果，GlcAT-I KO は GAG を合成できず，8領域の生合成は，まず 3 種類の糖転移酵素が順々に作用

細胞期以前に細胞質分裂が起こらず致死となった。さらし，最後にグルクロン酸転移酵素-I (GlcAT-I) が GlcA をに，野生型の初期胚に CS を特異的に分解する酵素を加転移することにより完成する。これまで GlcAT-I をコーえると細胞質分裂に異常が見られた。これらの結果より，ドする遺伝子は生体内にただ一つしか存在せず，本酵素

線虫と同様にマウスでも CS が初期胚の細胞質分裂に重の発現量により GAG 合成量が制御されることが示唆さ

要な機能を担うことが明らかとなった。

れている。そこで，GlcAT-I ノックアウトマウス (KO) を（4）糖鎖特異的単鎖抗体の発現は細胞死を誘導するか？
山口（藤田）陽子（東海大・工学部・生命化学科）

ファージデスプレイ法を活用し，自己抗原のため生体明した。5A3 及び 1F12 scFv-Fc を発現する樹立株も，そ免疫では得難い糖鎖に親和性の高い抗体の取得を目指の発現がかなり早い時期に低下することが観察された。

し，ヒト型単鎖抗体 (scFv) を作製してきた。mannotriose

これらの結果から，ER 内で合成された N 型糖鎖含有タ

x結合性の 3 クローンと Le 結合性の 2 クローンの単鎖抗

ンパク質が糖鎖特異的単鎖抗体の共発現により，ER に滞体タンパク質発現・精製の結果から，2 種類の抗体群に留し分泌が阻害される可能性が示唆された。一方，分類した。Fc 化後マウスミエローマ細胞で樹立株が得ら

scFv-Fc が ER で発現されても，ミスフォールディングしxれたグループ 1（抗 M3 5A3, 抗 Le 1F12）からは，50 mg/lており，ER-stress を誘起して細胞死に至らしめる可能性

レベルで scFv-Fc が分泌され精製された。一方，グルーもあるが，山本一夫先生との共同研究で，ER-stress 誘起x

プ 2 の抗 M3 1A4, 1G4 と抗 Le 3F1 scFv-Fc からは樹立株はないとの結果を得ている。この 2 種の抗体を単鎖抗体が得られなかった。COS-7 細胞に一過的に発現し細胞内として大腸菌で発現・精製し，糖鎖特異性と親和性を詳

局在性を調べたところ，グループ 1 の 5A3 及び 1F12

細に解析することで，ER 内での動態の違いを検討中であscFv-Fc が細胞外に分泌されるのに対し，グループ 2 のる。

scFv-Fc は，合成されるものの，ER に滞留することが判（5）無臭ベンゼンチオールを利用した非還元末端からの糖鎖合成
梶本哲也（大阪薬大），有光健二，小関先に，私たちは，p-オクチルオキシベンゼンチオール

稔，野出学（京都薬大）用した非還元末端からの糖鎖合成について検討した。

および p-ドデシルベンゼンチオールが無臭であり，また，

そこでまず，上述した p-ドデシルフェニルチオグリコ

これらベンゼンチオールと単糖誘導体から調製した p-オ

シドの完全保護体を m-CPBA で酸化し，続いて保護基のクチルオキシフェニルチオグリコシドおよび p-ドデシル

1 つを除去してグリコシルスルホキシド誘導体（3 種）をフェニルチオグリコシドがグリコシル化反応において優調製した。次に，本スルホキシドを受容体基質とし，れたドナー基質となることを報告した。今回，私たちは，

NIS/TfOH を p-ドデシルフェニルチオグリコシドの活性

本グリコシル化反応の有用性を高めるため，上記チオグ化剤とするグリコシル化反応を幾つか試みた結果，N-フリコシドを酸化して得られるグリコシルスルホキシドをタロイル保護された 1-チオ-D-グルコサミニド誘導体を受容体として利用するグリコシル化反応と，本反応を応ドナーとする反応が良好な収率で進行した。さらに，得262

研究会報告られた二糖の 1-位スルホキシル基は，PPh3/CCl4/CH3CN

ろ，良好な収率で三糖を合成することに成功し，非還元試薬系によってチオグリコシド誘導体に還元でき，本チ末端からの糖鎖合成に新たな可能性を見出すことができ

オグリコシドをドナーとするグリコシリ化を試みたとこた。

（6）N-アセチルグルコサミン転移酵素 III（GnT-III）による APP 代謝制御
萬谷博（東京都健康長寿医療センター研究所）

ア ル ツ ハ イ マ ー 病 (AD) の 特 徴 で あ る 老 人 斑 は ，が有為に増加していた。さらに，Aβの産生増加による

amyloid precursor protein (APP) より生じるβ-amyloid (Aβ)

GnT-III 発現への影響について，培養神経細胞株を用いての蓄積により形成される。Aβは AD の発症に深く関わり，調べたところ，Aβ42 の添加により GnT-III mRNA 量が増

家族性 AD では APP 遺伝子の変異により Aβの産生量が加することが分かった。これらの結果は，AD 脳におけ顕著に増加する。我々は，APP 代謝と糖鎖の関係についる Aβの増加が GnT-III の発現を亢進させることを示唆して検討するため，家族性 AD にみられる変異型 APP の糖ている。次に，培養神経細胞株に GnT-III を強制発現さ

鎖 構 造 を 解 析 し た 。 変 異 型 APP で は 正 常 型 に 比 べ

せて Aβ産生に及ぼす影響を調べた。GnT-III 導入細胞でbisecting GlcNAc 構造を持つ糖鎖が顕著に増加していた。

はコントロール細胞に比べ Aβ40 と Aβ42 の産生量は減少

そこで，bisecting GlcNAc を合成する糖転移酵素 GnT-III

した。以上より，GnT-III には Aβの増加に対する防御因に着目し，AD 脳における GnT-III の発現量を調べた。そ子としての作用がある可能性が考えられた。

の結果，AD 脳では健常脳と比較して GnT-III mRNA の量（7）ポリラクトサミン合成酵素遺伝子ノックアウトマウスを用いた糖鎖機能解析
栂谷内晶，成松久（産業技術総合研究所・糖鎖医工学研究センター）

ポリラクトサミン (PLN) と呼ばれる糖鎖構造は，糖タ

ラクト/ネオラクト系列糖脂質を欠損していた。T5KO マ

ンパク質や糖脂質上に存在し，糖鎖の基幹構造を形成す

ウス由来の B 細胞を解析すると，コレラトキシン毒素（糖る重要な構造である。我々は，主要な PLN 合成酵素であ

脂質ラフト/GEM のマーカー）などによる染色性が変化

るβ1,3-N-アセチルグルコサミン転移酵素 2 (B3gnt2) 遺伝

しており，GEM 構造の形成異常を生じていた。T5KO マ

子のノックアウト (T2KO) マウスの解析を行った。本ウスでは野生型マウスに比較して BCR 刺激での免疫応

T2KO マウスでは，糖タンパク質の N-結合型糖鎖上の長答性が亢進している事が確認された。

鎖 PLN 構造が有意に減少していた。そして，細胞表面分以上より，PLN 糖鎖が過剰な免疫反応に抑制的に働い子上の PLN が消失し，免疫刺激に対する応答性に違いがていることが示唆され，PLN 糖鎖が免疫機能において重生じていることを明らかにした。

要な機能を担っていることを明らかとなった。本研究は，次に，糖脂質上の PLN の合成に関与する，β1,3-N-アセ

新エネルギー・産業技術総合開発機構 (NEDO) プロジェ

チルグルコサミン転移酵素 5 (B3gnt5) ノックアウト

クト「糖鎖機能活用技術開発」の一環として実施したも(T5KO) マウスを用いて解析を行った。T5KO マウスでは

のである。

263

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（8）シアリダーゼ NEU3はフォスファチジン酸により活性化される
塩崎一弘 1,2，山口壹範 2，宮城妙子 2,3（1 鹿児島大・水産・生物化学，2 宮城がんセ・生化学，3 東北薬大・がん糖鎖制御）

シアリダーゼは糖脂質，糖タンパクの非還元末端より

この分子間相互作用の生理的役割を培養細胞により解シアル酸を遊離させる酵素であり，ヒトではこれまで

析したところ，NEU3 の形質膜への局在が PA により制

NEU1, NEU2, NEU3, NEU4 の 4 つがクローニング・性状御されていることを発見した。NEU3 は血清存在下や解析されている。このうち NEU3 はガングリオシドを特EGF 刺激などの条件下で形質膜に局在を示すが，PA と異的基質とし，形質膜に局在する。最近我々は，フォスの相互作用部位に変異を入れると，刺激条件下でのファチジン酸 (PA) が NEU3 のシアリダーゼ活性を賦活

NEU3 の形質膜局在が有意に抑制された。PA の生成酵素化すること，さらに PA と NEU3 の間には分子間相互作である PLD を阻害したところ，同様に NEU3 の形質膜局用があることを見出した。

在が抑制された。また，NEU3 と PA の相互作用を失っ

まず，NEU3 の PA との相互作用部位の特定を GST-おた細胞では，運動能の著しい低下が観察された。これら

よび GFP-NEU3 フラグメントにより試みた。その結果，の結果より，PA との相互作用というシアリダーゼ NEU3

NEU3 の IQ-like motif が PA との結合部位の一つであり，の新しい役割が明らかとなった。

そこはシアリダーゼ活性部位に非常に近接していた。

（9）Klotho-related protein を介した新しいスフィンゴ糖脂質代謝経路
林

康広 1,2，伊東信1（1 九州大学大学院・農学研究院・生命機能科学部門，2 帝京大学・薬学部・生物化学）

我々は，蛍光基質と HPLC を用いた糖脂質代謝酵素のった。また，siRNA を用いて HEK293 細胞の KLrP をノ

微量定量法を開発した (Hayashi et al. Anal. Biochem. 345,

ックダウンすると，GlcCer および全糖脂質量が有意に上

181, 2005)。ゼブラフィッシュ初期発生期の LacCer 合成

昇した。X 線結晶構造解析と点変異実験の結果，KLrP は酵素活性を測定した際，リソソーム由来の GlcCer 分解酵

163 番目のグルタミン酸を酸塩基触媒残基，373 番目のグ

素 (GBA1) とは異なる，中性の新規 GlcCer 分解活性を見

ルタミン酸を求核残基とする，GH1 に分類される新奇グ出した (Hayashi et al. Anal. Biochem. 383, 122, 2008)。バイ

リコシルセラミダーゼであることが証明された (Hayashi

オインフォマティクスを用いて検索したところ，Klotho

et al. JBC, 282, 30889, 2007)。従来，GlcCer はリソソーム

family に属する 4 種のタンパク質が新規 GlcCer 分解酵素

において酸性 GBA1 によって分解されると考えられてい候補として浮上した。それぞれの cDNA をクローニング

たが，本研究によって KLrP が関与する新しい糖脂質代

し，CHOP 細胞で発現させた結果，Klotho related protein

謝経路の存在が示唆された（林(KLrP) が中性 GlcCer 分解酵素であることが明らかにな

2010）
。

他，生化学

82, 47-53,（10）イメージングを利用した糖鎖の新しい機能探索
深瀬浩一，田中克典（大阪大学大学院理学研究科）

我々は，糖鎖が生体内（インビボ）で機能を発現する

264

ダイナミックなプロセスに興味を持ち，蛍光イメージン

研究会報告グや陽電子放出放射性原子を利用した Positron Emission

初めて可視化することに成功した。現在，糖鎖に集中しTomography (PET) イメージングを活用して，糖タンパクて動態の解析を進めており，糖鎖デンドリマーの PET イ

質や糖鎖，リンパ球のイメージングを実施した。

メージング，蛍光イメージングについても紹介する。

まず“高速アザ電子環状反応”による迅速修飾法を用

一方，この方法で細胞表層に蛍光基，ビオチンや糖鎖

いて，水中でのアミノ基選択的な高速標識化法を開発しを簡便に導入できる。蛍光標識リンパ球のイメージング

た。この方法を用いて，様々なペプチド，タンパク質，を行ったところ，脾臓や腸管膜リンパ節に集積すること

または細胞の高効率的な標識化が可能になった。

を可視化できた。一方，DLD-1 を移植した癌モデルマウ

さらに得られた糖タンパク質であるオロソムコイドの68

スにおいて，通常のリンパ球は癌組織への移行は認めら

Ga を導入し，うさぎにおけるれなかったが，人工的に N-結合型糖鎖を導入したリンパPET イメージングを実施した。その結果，シアル酸の有球は二次リンパ器官へのホーミングに加えて，癌組織に無による糖タンパク質の血流外排出過程の相違を世界でも集積することが判った。

DOTA 標識体に対して（11）真核細胞型シアル酸転移酵素の構造と機能の研究
辻崇一（東海大学

糖鎖科学研究所）

シアル酸転移酵素は主に糖鎖非還元末端にシアル酸付

ST6Gal-ファミリーについて保存されている 6 個の Cys

加反応をし，真核細胞では少なくとも 20 種のメンバーをついて S-S 結合の位置の決定解析を終了した。6 個いず

擁する一大ファミリーを形成し，結合特異性により，れも S-S 結合形成に関与し，都合 3 箇所に S-S 結合が有ST6Gal-, ST6GalNAc-, ST3Gal-, ST8Sia-の 4 種のサブファることが明らかになった。しかも，いずれも分子内であミリーに大別される。シアル酸転移酵素ファミリーを構って分子間の結合では無いことも判明した。最近，ブタ成する酵素には高度に保存されているシアリルモチーフの ST3Gal-I の結晶解析から S-S 結合が 3 本存在することと呼ばれるアミノ酸配列領域があるが，モチーフ構造以が報告されたが，ST6Gal-ファミリーのものとは位置が大外にサブファミリー毎に Cys の位置・数の保存のされ方

きく異なっていた。従って我々の予想通り，結合特異性が異なっている。これらサブファミリー毎に保存されたを決めるためには S-S 結合の違いが異なるほどの大きな

Cys-残基は S-S 結合を介することなどにより，結合特異構造の違いによりもたらされることが明らかになった。

性決定に関わっている可能性が予想される。この可能性

なお，ST6Gal-I の S-S 結合位置決定は理研堂前チームとを検証するために検討を行ってきたが，昨年度までに，の共同研究である。

（12）ガングリオシドクラスターに結合したアミロイドβの NMR 構造解析
矢木真穂，加藤晃一（名古屋市立大学大学院薬学研究科／岡崎統合バイオサイエンスセンター）

一般に糖脂質は，細胞表層にクラスターを形成するこ本疾患の発症メカニズムを解明するためには，Aβの重合とにより，様々な生体分子認識に関与していることが知開始点となる GM1 と Aβの複合体の高次構造を明らかにられている。例えば，アルツハイマー病の発症に関与すすることが重要である。しかし，ペプチドと糖鎖と脂質るアミロイドβ (Aβ) ペプチドの重合は，神経細胞表層にからなる本複合体は不均一かつ不安定であるため，通常存在する糖脂質 GM1 ガングリオシドとの相互作用を契の構造生物学によるアプローチは困難であった。そこで機として促進されることが報告されている。したがって，

私達は，GM1 の小型クラスターの構築と超高磁場核磁気265

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

共鳴 (NMR) の計測によりこうした問題を克服し，GM1

本研究は，GM1 がクラスター化することにより Aβの糖鎖の 3 次元立体構造を決定するとともに，Aβと GM1

構造変化と分子間相互作用を誘起するための限定されたの相互作用様式を明らかとした。その結果，Aβが GM1

空間を提供していることを初めて示すものである。こうクラスターの親水領域と疎水領域のインターフェースにして空間配置を規定されることにより，Aβ分子間の特異おいて一定のトポロジーを呈して捕捉されていることが的な分子間相互作用の形成が促され，アミロイド線維形

明らかとなった。

成に至るものと考察される。

（13）アメフラシ由来真菌 Periconia byssoides の代謝産物 pericosine 類の合成研究
宇佐美吉英（大阪薬大）

近年，pseudosugar 或いは carbasugar と呼ばれる生理活

絶対構造は，英国の Donohoe らによる全合成によって決性有機化合物の天然からの単離や合成に関する研究が幅定され，最も顕著な活性を示す pericosine A をはじめ，広く行われている。最も代表的な例としてインフルエン

pericosine C, D の構造決定については筆者らの一連の合ザウイルスの表面に存在する酵素ノイラミダーゼより設成研究を待たなければならなかった。これまでに合成さ計された抗インフルエンザ薬・リレンザ®，これを発展れた pericosine A-D は，単環の carbasugar であるが，極めさせた経口インフルエンザ薬・タミフル®が挙げられる。

て興味深いことに pericosine E の構造は，2 つの単環

糖鎖という観点からは，経口血糖降下薬・acarbose があ

pericosine が逆のキラリティーを持って結合しているこり，これは，carbasugar 構造の valienamine を部分構造ととが沼田らの X 線結晶解析によって明らかにされておして持つ。

り，しかも解析された結晶はラセミ体であった。筆者ら

1990 年代後半より大阪薬大・沼田らは，海洋生物アメは，新たな課題として pericosine E あるいはその異性体のフラシの胃内容物より分離した真菌 Periconia byssoides

合成についての研究を開始した。また，pericosine B もま

OUPS-N133 の細胞毒性代謝産物として pericosine A-E とたエナンチオマー混合物であることをキラル HPLC 分析

名付けた一連の carbasugar 類を単離した。Pericosine B ので証明した。

（14）神経再構築とケラタン硫酸
門松健治（名古屋大学大学院医学系研究科）

軟骨と脳の細胞外マトリックスの組成はとてもよく似カン (CSPG) が注目されている。すなわち，CSPG は強いている。すなわちプロテオグリカンやヒアルロン酸が主軸索再生阻害活性を発揮し，CS 鎖を分解する酵素によっ成分であり，グリコサミノグリカンと総称される糖鎖がて軸索再生が促されるだけでなく，神経機能も回復する。

大きな割合を占めることが分かる。これは，他の組織で最近我々はケラタン硫酸プロテオグリカン (KSPG) がは，コラーゲン，フィブロネクチンなどのマトリックス

CSPG に匹敵する強い軸索再生阻害効果を in vivo で発揮蛋白が主体となっているのと好対照である。本講演ではすることを見出した。このようなプロテオグリカンによ

中枢神経の損傷後回復過程においてプロテオグリカンがる軸索再生の阻害機構の解明は，脊髄損傷から神経変性

どのような役割を担うかについて話題を提供したい。成疾患のような治療法のない疾病の治療に繋がるばかりで体の中枢神経の軸索は一度傷害を受けると再生が難しなく，記憶学習などの高次機能を支える神経可塑性の理い。その主因は再生を阻害する因子が誘導されることに解にも役立つ可能性が出てきた。

ある。近年，その中でコンドロイチン硫酸プロテオグリ

266

研究会報告（15）神経系における HNK- 1糖鎖機能と発現調節機構
岡昌吾 1，森瀬譲二 1，中川直樹 1，竹内祐介 1，森田一平 2（1 京大医，2 京大薬）

HNK-1 糖鎖は神経系に特徴的に発現し，特に神経回路損マウスでは野生型マウスと比較して樹状突起上の成熟形成期に高発現することが知られている。我々は本糖鎖型スパインの数が減少し，未成熟なスパインの数が増加の生合成に中心的役割を担うグルクロン酸転移酵素

していることが明らかとなった。さらに，スパインを形(GlcAT-P) の遺伝子欠損マウスを作成し，解析した結果，成するタンパク質が豊富に存在することが知られている

脳内における大部分の HNK-1 糖鎖が消失することや，そPSD 画分での HNK-1 糖鎖のキャリアータンパク質を調の消失に伴い海馬 CA1 領域において神経可塑性の指標

べたところ，AMPA 型グルタミン酸受容体のサブユニッである長期増強 LTP (long term potentiation) の有意な減弱

ト GluR2 が同定された。AMPA 型のグルタミン酸受容体が認められることを見出している。そこで，HNK-1 糖鎖は長期増強 (LTP) などのシナプス可塑性に重要であるこの消失がどのような機構で神経可塑性に関わっているのとが知られていることから，HNK-1 糖鎖がグルタミン酸

かを明らかにする目的でまずシナプスやスパインの形成受容体を介して神経可塑性，神経回路形成などに関わっに対する影響を観察した。その結果，GlcAT-P 遺伝子欠ているのではないかと考えられた。

（16）抱合化によるフィトケミカルの代謝活性化について
金城順英，土橋良太（福岡大学薬学部・生薬学研究室）

薬物代謝反応は，一般に官能基が導入される第 I 相反応

単純な抱合体のエストロゲン様作用はアグリコンに比と，引き続き起こる抱合化（グルクロン酸，硫酸抱合なし，著しく減弱した。しかし，グルクロン酸および硫酸ど）反応の第 II 相反応に大別される。後者はいわゆる，の両者が抱合した複合抱合体は，ほぼアグリコンと同程“解毒化反応”に相当し，薬物は不活性な排泄されやすい度に活性が回復する新たな知見を見出した。

代謝物に変わる。ところが，抱合化による活性化という現象も認められたことから，その事例を紹介する。

酒毒を消す作用を有する葛花のサポニン（soyasapogenol
B & sophoradiol 配糖体）は，強い肝保護作用を示す。と

大豆イソフラボンのエストロゲン様作用は，腸内細菌

ころが，葛花サポニンの抱合化代謝物に相当する

代謝物に相当するアグリコンなどが主体とされてきた。

soyasapogenol B モノグルクロナイドは，さらに強い活性

しかし，エストロゲン受容体は体内に広く分布することを示した。一方，sophoradiol モノグルクロナイドは，肝から，抱合体によるエストロゲン様作用測定を企図し，細胞膜に対する親和性が強すぎるためか，逆に毒性を表

まずヒト尿中より抱合体をそのままの形で分離した。そすことが明らかとなった。

して，エストロゲン作用を測定したところ，予想通り，（17）Notch 糖鎖修飾によるリガンド反応性変化の生理的意義－T 細胞分化をモデルとして－
穂積勝人（東海大学医学部）

T 細胞は胸腺にて分化・成熟し末梢リンパ組織に供給

子基盤については長らく明らかにされず，T 細胞分化のされるが，T 細胞分化の胸腺依存性を担う胸腺環境の分本質を理解することはきわめて難しい課題であった。

267

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

我々は，活性化 Notch1 の未分化造血細胞への強制発現に

Notch リガンド：Jagged1 の発現が認められる。Jagged1より，胸腺に依存せず，T 細胞が誘導されることを見出由来の Notch シグナルは T 細胞分化を誘導しないが，Dll4

し，胸腺分化環境が Notch シグナルとの関連から理解可との分子的差異については明確ではなかった。我々は，能なことを示した。その後，胸腺環境を担う胸腺上皮細Dll4 と Jagged1 の様々なキメラ分子を作製し，造血未分胞に，Notch リガンド：Delta-like 4 (Dll4) が特徴的に発現化細胞に発現する糖鎖転移酵素：L-fng による Notch1 細することを見出し，胸腺上皮細胞にて Dll4 遺伝子欠損を胞外領域の糖鎖修飾が Dll4/Jagged1 由来の Notch シグナ

誘導することにより，T 細胞の消失と異常 B 細胞の出現

ル量を加減すること，T 細胞分化誘導には，付与されるを認め，Dll4 が胸腺分化環境の分子的本態であることをNotch シグナル量に閾値が存在することを明らかにし明らかにした。一方，造血環境である骨髄分化環境では，た。

（18）糖鎖の構造多様性に影響を与える要因の探索
長束俊治（新潟大学理学部生物学科）

糖鎖の構造多様性は微小不均一性と呼ばれ，糖鎖分子

ミミズ，マボヤ等の N-結合型糖鎖の解析を行い，これま群の最も際立った特徴であることが，古くから指摘されでに報告されている幾つかの生物種の糖鎖構造と比較している。しかし，その生物学的意味は，いまだ謎のままた。次に，環境の変化によってどのように影響されるのであり，誰かにとらえられるのを待っている。

かを観察した。単純な系として培養細胞における細胞質

この課題への手掛かりを得るために，私達は，生物の遊離オリゴ糖の構造変化を，またヒドラの食餌の変化に形態や周囲の環境が変化する際に，糖鎖多様性がどのよよる N-結合型糖鎖の構造変化を解析した。これまでの分

うに影響されるのかを解析してきた。短い時間軸におけ析において，形態変化と環境変化共に，糖鎖変動を引きる形態変化として，ゼブラフィッシュの胚発生，ショウ起こす場合と変化しない場合の両方を観測しており，何ジョウバエの変態を選び，N-結合型糖鎖の網羅的解析をらかの規則性を導き出すに至っていない。現在，野生種行った。一方，長い時間軸として，多細胞動物の進化におよび株化されたシロイヌナズナの比較と，ヒドラの培おける糖鎖の基本構造（糖鎖型）の変遷を調べた。ヒド

養水組成の変化による影響を解析中であり，糖鎖の多様ラ，プラナリア，線虫，アルテミア，スルメイカ，イト

性を変動させる因子の絞り込みを試みている。

（19）ERGIC-53/MCFD2と第 V・第 VIII 因子合併欠乏症
山本一夫（東京大学・新領域）

第 V・第 VIII 因子合併欠乏症 (F5F8D) は，血液中の血質である。我々は ERGIC-53 ならびに MCFD2 の組換え

液凝固第 V，第 VIII 因子がそれぞれ 10-20%程度に減少

体タンパク質を用いて，ERGIC-53 のレクチン活性がした血友病の 1 種であり，劣性の遺伝子疾患である。

MCFD2 との結合によって誘導されること，M8B の高マ

F5F8D 患者は，ERGIC-53 あるいは MCFD2 をコードする

ンノース型糖鎖に最も強く結合すること，また，F5F8D

遺伝子のいずれかに変異をもっており，さまざまな変異患者に見られる変異体では，ERGIC-53 と MCFD2 の相互が報告されている。ERGIC-53 は，細胞内の小胞体とゴ作用が減弱することによってレクチン活性が低下していルジ体間のタンパク質輸送を担うカーゴレセプターであることを明らかにした。最近報告された ERGIC-53 の新り，内腔側にマメ科レクチンと相同のレクチンドメイン

たなミスセンス変異や ERGIC-53/MCFD2 複合体の X 線

をもつ I 型膜タンパク質である。一方，MCFD2 は，C 末結晶構造解析の結果を踏まえて，in vivo におけるレクチ

端側に 2 つの EF hand 構造をもつ，機能未知のタンパク

ン活性の制御とその生物学的意義について考察する。

268

研究会報告（20）脳発達におけるフコシル基転移酵素 FUT10の役割
Akhilesh Kumar，吉村武，鳥居知宏，等

誠司，池中一裕（生理研・分子神経生理）

ES 細胞や iPS 細胞，神経幹細胞などの未分化な細胞は蛋白質と結合した糖鎖を用いた場合に FUT10 はフコシ

糖鎖抗原の Lewis X/SSEA-1 を持つ。脳発達期においてル基を転移した。脳発達期の FUT10 の機能を調べるため

Lewis X 抗原の発現は制御されていることから，この糖に，子宮内エレクトロポレーション法と RNA 干渉法を

鎖抗原は胎児期の脳形成に重要な役割を担うことが考え用いてマウス脳で FUT10 のノックダウンを行った。

られる。我々は Lewis X 抗原の合成に必須なフコシル基

FUT10 の発現が抑制された細胞では局在異常が観察され転移酵素に着目し，マウス胎児脳において FUT10 がた。この効果は FUT10 を過剰発現させることで相殺でき

Lewis X 抗原と共発現していることを見出した。In vitro

た。以上の結果から，FUT10 はマウス胎児期における脳フコシル基転移酵素アッセイ法において，精製糖鎖を用発達に重要な役割を担うことが明らかとなった。

いた場合は FUT10 のフコシル基転移活性は認められず，

269

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

5．シナプス可塑性の動作原理
2010 年 6 月 10 日－6 月 11 日
代表・世話人：木下専（名古屋大学大学院理学研究科）

所内対応者：深田正紀（生体膜研究部門）（１）セロトニン受容体の薬理学的多様性
吉岡充弘（北海道大学大学院医学研究科 薬理学講座 神経薬理学分野）（２）線条体におけるアセチルコリンとドーパミンの生理的相互作用とシナプス可塑性
青崎敏彦（東京都健康長寿医療センター研究所 神経病態生理研究グループ）（３）シナプス微細構造が定める信号伝達特性の解明
松井広（生理学研究所 脳形態解析研究部門）（４）PSD-95 パルミトイル化脂質修飾酵素によるシナプス機能制御～内在性パルミトイル化 PSD-95 の動態可視化への挑戦～
深田正紀，則竹淳，深田優子（生理学研究所 生体膜研究部門）（５）シナプス可塑性と細胞骨格林康紀（理化学研究所）（６）レンチウイルスベクターを用いた脳機能解析－神経細胞種特異的な幼弱脳，成熟脳への高効率遺伝子発現の実際とその応用－
平井宏和（群馬大学大学院 医学系研究科神経生理学分野）（７）加齢に伴う記憶力低下を制御する神経－グリア回路
齊藤実（東京都神経科学総合研究所 神経機能分子治療部門）（８）アストロサイトにおける PKC 依存的な開口放出抑制機構
安田圭一，高橋正身（北里大学大学院 医療系研究科）（９）神経細胞における細胞内物質輸送の制御と神経機能
広常真治（大阪市立大学 大学院医学研究科 細胞機能制御学）（10）感覚神経回路の形成・維持・再編を制御する分子細胞基盤の解明
榎本和生（大阪バイオサイエンス研究所 神経細胞生物学部門）【参加者名】
深田正紀（生理学研究所），深田優子（生理学研究所），（名古屋大学），齊藤実（東京都神経科学総合研究所），

横井紀彦（生理学研究所），則竹

淳（生理学研究所），

佐々木哲也（基礎生物学研究所），高田宜則（京都大学大

大川都史香（生理学研究所），岩永

剛（生理学研究所），

学院），高橋正身（北里大学），坪井大輔（名古屋大学大髙橋直樹（生理学研究所），奥慎一郎（生理学研究所）
，

学院）
，友永

青﨑敏彦（東京都健康長寿医療センター研究所），上田洋

障害者コロニー発達障害研究所），西尾奈々（名古屋大学

司（藤田保健衛生大学），上田（石原）奈津実（名古屋大大学院），服部光治（名古屋市立大学），林学），飯塚幸彦（名古屋大学），井上律子（東京都健康長

学研究所），尾藤晴彦（東京大学），平井宏和（群馬大学），

寿医療センター），瓜生幸嗣（京都大学大学院），江島亜

広常真治（大阪市立大学），松井樹（京都大学），榎本和生（大阪バイオサイエンス研究所），

松尾直毅（京都大学），真鍋俊也（東京大学），三浦正巳

大塚稔久（山梨大学），狩野方伸（東京大学大学院），木（東京都健康長寿医療センター），宮田麻理子（東京女子

下

医科大学）
，森

専（名古屋大学），木全翼（名古屋大学大学院），

清中茂樹（京都大学），栗田浩之（名古屋大学）
，桑田

270

亮

貴（名古屋大学），永田浩一（愛知県心身

康紀（理化広（生理学研究所），

大輔（名古屋大学），森

泰生（京都大学大学院），森田崇夫（名古屋大学），八木雅久二（京都研究会報告大学大学院），安田圭一（北里大学大学院），吉岡充弘（北海道大学），渡部文子（東京慈恵会医科大学）【概要】
シナプスにおける複雑な情報伝達機構を解明することのような背景を踏まえて，様々な実験手技・システム・は記憶や学習の分子メカニズムを明らかにするだけでな

動物種を用いる研究者が一堂に集まり，十分に時間をかく，精神神経疾患，認知症等の病態を理解する上でも極けて議論することはシナプスの動作原理を解明する上でめて重要である。近年のゲノム解析，質量分析法を用い必要不可欠であり，極めて意義深いものである。本研究

た生化学的解析，および神経細胞生物学的解析により

会では，シナプス可塑性とその周辺領域に関わりを持つ

個々のシナプス構成蛋白質の同定および性状解析が次々研究者を幅広く集め，最新の研究成果を発表して頂くとと進んでいる。また，マウスやショウジョウバエ等のモ

ともに，議論に充分な時間を割くことで，今後のシナプデル動物を用いた個体レベルでの解析によりシステムレ

ス可塑性及び関連分野の新展開を開拓できればと考えてベルから個体レベルでの研究が一気に加速している。こいる。

（1）セロトニン受容体の薬理学的多様性
吉岡充弘（北海道大学大学院医学研究科 薬理学講座 神経薬理学分野）
セロトニン (5-hydroxytryptamine; 5-HT) はモノアミン(B7/B6) のセロトニン神経細胞は形態学的な違いのみな

神経伝達物質のひとつで，13 種類の G タンパク質共役型

らず，神経毒に対する感受性も異なる。正中縫線核から受容体と 1 種類のイオンチャネル共役型受容体によっての軸索は比較的粗でビーズ状の結節状構造 (varicosity)

様々な効果を発現させる。現在，セロトニン受容体は，をとっている。一方，背側縫線核から軸索は細密で，小その構造，細胞内情報伝達システム，そして薬理学的作さな多形状の結節状構造をとっている。また，背側縫線

動様式の違いによって 7 つのクラスに分類されており，

核は MDMA や PCA に対する感受性が高い。哺乳類にお中枢および末梢神経系のシナプスのみならず非神経性組

けるモノアミン神経系の発達，特にセロトニン神経系の織やシナプスを形成しない部位（血小板，胃腸管，知覚決定および分化は想像以上に可動的であり，その感受性

神経自由終末，心血管系）にも存在している。セロトニ期（臨界期）では環境やストレスの影響を受けやすいこ

ンは進化の過程において最も古い神経伝達物質の一つでとが明らかになってきた。また，神経細胞のセロトニンあり，その受容体は単細胞生物のゾウリムシにも発現し作動性ニューロンへの誘導や分化を制御するシグナル分ている。セロトニン受容体はおよそ 7 億 5 千万年前に分子が同定されつつある。

岐進化したと考えられており，アセチルコリン，アドレ

セロトニン受容体は無脊椎動物からヒトまで多くの種ナリンあるいはドパミン受容体よりもずっと以前に出現において保存されており，このことはなぜセロトニンがしていたとされる。

数多くの受容体に作用するのかを説明しているのかもし

主要なセロトニン神経はマウスでは胎生 10.5～11.5 日

れない。これら物理学的多様性は明らかにセロトニンのに，ヒトでは妊娠 5～6 週に，後脳の前部および後部に 2

生理学的重要性を物語っているが，多くのスプライスバ

つのクラスターとして発現する。初期の段階から，セロ

リアント（5-HT4 受容体あるいは 5-HT7 受容体）やエデ

トニン神経として発達するために必要な分子は，これらィトバリアント（5-HT2C 受容体）の存在は受容体蛋白2 つのクラスターにおいて異なっている。後にこれらのの数を増加させ，またホモあるいはヘテロ二量体形成

クラスターは 9 つの細胞群，すなわち縫線核群となる。

（5-HT1B/1D 受容体）が生じることによって，セロトニ

縫線核は前部から後部にかけて B9～B1 と命名されていン受容体の薬理学的特性はさらに多様化している。

る。なかでも重要な正中縫線核 (B9/B8/B5) と背側縫線核271

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（2）線条体におけるアセチルコリンとドーパミンの生理的相互作用とシナプス可塑性
青崎敏彦（東京都健康長寿医療センター研究所 神経病態生理研究グループ）

ドーパミンの枯渇するパーキンソン病で最初に確立しばニコチン受容体を不活化させるとドーパミンの放出量た治療法が抗コリン剤療法であったことからわかるようが飛躍的に増加する。アセチルコリンが周囲に存在するに，アセチルコリンとドーパミンは互いに拮抗しときにとドーパミンの放出量は発火頻度に関わらず一定であは共同して作用する。脳内で両者が濃密に会合する場はる。ニコチン受容体は線条体の抑制性インターニューロ

線条体で，濃厚なドーパミンニューロンの投射と内在すンを発火させ，MSN に抑制をかけており，cholinergic

る cholinergic interneuron からのアセチルコリンの供給はinterneuron の軸策は matrix を支配するので，pause 相では報酬を目的とする強化学習行動の発現に深く関わってい行動の実行に関わる matrix の MSN のみが抑制から解放る。その先鞭をつけたのが，サルの慢性行動実験で観察されることになる。一方，ムスカリン受容体の阻害はさ れ た 線 条 体 cholinergic interneuron (tonically active

MSN の可塑性を促進することが知られている。即ち，ア

neuron) の条件付け学習応答である。この学習応答は初期

セチルコリンの放出の停止は MSN においてドーパミンの活動上昇，それに引き続くスパイク発射の抑制 (pause)

依存性のシナプスの可塑的変化を引き起こし，結果的にとその後の反跳興奮の 3 相からなるが，この応答はドー

報酬行動の強化が起こることになる。

パミンニューロンの学習応答（発射頻度の増加）と極め

大脳基底核においては極めて濃密なドーパミン投射とてよく同期していて，3 相それぞれがドーパミンの放出

アセチルコリンの相互作用が投射ニューロンのシナプスを前提としている。中でも pause 相はドーパミン放出の可塑性を強く修飾し，このことがパーキンソン病を始めピークと一致するので，逆説的ではあるが，学習にとっとした神経疾患の病像を形作っている。本講演ではこのて重要なのはアセチルコリンの放出が停止しその受容体

ユニークな強化学習の細胞メカニズムの最近の進歩につ（ニコチン受容体とムスカリン受容体）が活性化されない

いて概説する。

時であると考えざるを得ない。実際，最近の研究によれ（3）シナプス微細構造が定める信号伝達特性の解明
松井広（生理学研究所 脳形態解析研究部門）

多細胞生物の各細胞は，細胞膜で区切られている以上，る研究は進んでいる。一方，伝達物質の細胞間隙での拡細胞の内側同士に連絡がない場合が多い。これらの細胞散係数が求まっていないため，伝達物質濃度推移の時空間で，何らかの信号を伝えたい場合，伝達物質を中継と間特性は明らかになっていない。また，そもそもシナプ

して活用する手段がよく使われる。信号を送る側は，小ス小胞に，何分子の伝達物質が詰まっているのかも明ら

胞に詰め込んだ伝達物質を開口放出させ，伝達物質を細かになっていないので，細胞間隙での伝達物質濃度の最胞間隙に遊離させる。信号を受け取る側の細胞膜に発現

大値すら分かっていない。もう一つの問題は，放出部位

した伝達物質受容体が活性化されれば，信号は伝わる。

と受容体との空間的位置関係であり，両者がどの程度一脳内での信号伝達は，この方式を多用しており，その典致していなければ信号が伝わらないのかも不明である。

型例は化学シナプスである。シナプス前細胞から，どのさらに，シナプス結合部位を取り囲む微細形態学的特徴

ような伝達物質がどのような確率で放出されるのか，まによって，伝達物質拡散がどの程度影響され，結果とした，シナプス後細胞に発現している受容体は，どのようて，二細胞間を伝わる信号の伝達特性が決定されるのかな伝達物質濃度変化に対して，活性化・脱感作・脱活性も明らかでない。神経細胞はある程度の速い周波数で発化されるのか，といったシナプス前後細胞の特性に関す火しているので，放出－応答連関は，発火毎の独立した272

研究会報告事象ではなく，直前の履歴を引きずることにもなる。シ

して，グルタミン酸の細胞間隙における動態を推測し，ナプス伝達特性の短期可塑性の一部は，細胞間隙におけ

神経細胞間の信号伝達特性を決定する要因を探った例をる伝達物質の振る舞いに影響される可能性がある。本発紹介する。

表では，電気生理学・形態学・シミュレーションを駆使（4）PSD-95パルミトイル化脂質修飾酵素によるシナプス機能制御～内在性パルミトイル化 PSD-95の動態可視化への挑戦～
深田正紀，則竹淳，深田優子（生理学研究所 生体膜研究部門）

パルミトイル化脂質修飾は多くの機能蛋白質に見られ的に検出する Genetically encoded probe の作成に着手しる翻訳後修飾で，蛋白質の細胞内局在および機能をダイた。これまでに GTP 結合型 Rab6 や GTP 結合型チューブ

ナミックに制御する。私どもは AMPA 型グルタミン酸受

リンのコンフォメーション特異的なプローブ作成に，ヒ容体のシナプスでの機能発現に必須であるパルミトイル

ト抗体ファージライブラリーから得たリコンビナント抗化蛋白質 PSD-95 に着目し，PSD-95 パルミトイル化脂質体が有用であることが報告されている (Nizak C et al,

修飾酵素 P-PAT ファミリー (DHHC2, 3, 7, 15) を同定しScience 2003, Dimitrov et al, Science, 2008)。そこで，私どた。これまでに，神経活動を低下させた際に，PSD-95 のもは in vitro でパルミトイル化した全長の PSD-95 を抗原

パルミトイル化レベルが大きく上昇し，シナプスにおけとしてパルミトイル化 PSD-95 を特異的に認識するリコ

る PSD-95 量が増加することを見出した。さらに，このンビナント抗体のスクリーニングを行い，パルミトイル

神経活動感受性を有するパルミトイル化酵素が P-PAT フ

化 PSD-95 の構造を特異的に認識する有望なクローンをァミリーのうち DHHC2 であり，DHHC2 による PSD-95得た。本研究会ではその抗体の性状解析，および海馬神のパルミトイル化が，神経活動抑制によって誘導される

経細胞内におけるパルミトイル化 PSD-95 の動態につい

AMPA 受容体のシナプス後膜への集積（AMPA 受容体恒て報告する。

常性維持）に必須であることを見出した。

〈参考文献〉

このように，パルミトイル化修飾は神経細胞において
時空間的にダイナミックに制御されているにも関わら

1. Fukata Y and Fukata M. Nat Rev Neurosci 11, 161-175(2010)

ず，パルミトイル化状態を特異的に可視化することが可

2. Noritake J et al. J Cell Biol 186:147-160 (2009)

能なツールは未だ報告されていない。私どもは，とくに3. Tsutsumi R, et al Mol Cell Biol 29:435-447 (2009)

生細胞で内在性 PSD-95 のパルミトイル化動態を可視化

4. Fukata M, et al. Neuron 44:987-996 (2004)

することを目的として，パルミトイル化 PSD-95 を特異（5）シナプス可塑性と細胞骨格林康紀（理化学研究所）

Excitatory synapses in the central nerve system are often

shaft. The spine head contains excitatory amino acid receptor

formed on tiny protrusions from dendritic shaft called

as well as underlying signal transduction machinery anddendritic spines. The dendritic spines bear peculiar structure

structural components including actin, which forms awith a head which is considered to serve as a chemical andstructure called postsynaptic density (PSD). The structure ofelectrical compartment and a neck that connects head to thedendritic spine is not static: rather it is dynamically regulated273

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）by synaptic activity and plasticity. In this presentation, I

dendritic spine is maintained and regulated during synaptic

would like to summarize our work on how the structure ofplasticity by Ca2+ signaling and actin related proteins.

（6）レンチウイルスベクターを用いた脳機能解析－神経細胞種特異的な幼弱脳，成熟脳への高効率遺伝子発現の実際とその応用－
平井宏和（群馬大学大学院医学系研究科神経生理学分野）

神経細胞は非分裂細胞であり，いろいろな遺伝子導入に対し，アデノ随伴ウイルスベクターとレンチウイルス法が試されているが困難である。とくに生体脳では，神ベクターは神経細胞に比較的親和性が高く，感染細胞へ

経細胞の周りをグリア細胞が覆っておりアクセスが容易の障害もほとんどないため注目を集めている。

ではない。さまざまな遺伝子導入法の中で，ウイルスベ

我々は，レンチウイルスベクターを用いて視床下部

クターを用いるものが現在のところ，最も効率がよい。

(Nature 2007)，小脳 (EMBO Res., 2008)，線条体 (Nature

神経細胞への遺伝子導入には，アデノウイルスベクター，

2010)などに遺伝子発現させて脳機能解析を行っている。

アデノ随伴ウイルスベクター，単純ヘルペスウイルスベ

遺伝子導入は成熟神経細胞だけでなく，生後 0 日のラッ

クター，レンチウイルスベクターなどが用いられている。

ト，生後 1 日のマウスでも可能である (Cerebellum 2010)。

アデノウイルスベクターは最もよく用いられているが，本発表では，レンチウイルスベクターを用いた成熟，及グリア細胞への親和性が高い。とくに小脳皮質ではバー

び幼弱神経細胞への遺伝子導入の実際と，その利点と欠グマングリアへの親和性が極めて高い。また免疫原生が点，さらに，本技術を用いた我々の研究成果を発表する。

あり，幼弱神経細胞に対する障害性も問題である。これ（7）加齢に伴う記憶力低下を制御する神経－グリア回路
齊藤実（東京都神経科学総合研究所神経機能分子治療部門）

加齢に伴う記憶力の低下，所謂加齢性記憶障害は脳老型とで，加齢に伴うタンパクの発現動態の比較解析を 2化の重要な指標であり，シナプス可塑性の発現障害が背次元電気泳動により行った。その結果，CG1516 にコー景にあると考えられているが，その分子機構は不明な点ドされたタンパクの一連のスポットが，野生型では加齢が多い。我々はショウジョウバエをモデル動物として加性記憶障害の発現に伴い DC0-PKA 依存性に増加する

齢性記憶障害の分子遺伝学的解析を行い，PKA 触媒部位

（DC0/+ではこのような変化が顕著に抑えられていた）こをコードする DC0 遺伝子のヘテロ変異体 (DC0/+) では，とを見出した。そこで CG1516 の発現抑制ヘテロ変異体

加齢性記憶障害が顕著に抑制されること，特にキノコ体で加齢性記憶障害を調べたところ，この変異体ではという学習記憶に重要な脳部位における DC0 依存性のDC0/+同様，加齢性記憶障害が顕著に抑制されているこ

PKA (DC0-PKA) 活性が加齢性記憶障害の原因となってとを見出した。
CG1516 はピルビン酸カルボキシラーゼ (PC) と高い相いることなどを見出してきた。
PKA は学習記憶やシナプス可塑性の発現に重要なリ同性を持つタンパクをコードしており，このタンパクがン酸化酵素であるにも関わらず，なぜ PKA 活性を下げる

実際に PC 活性を持つ（ショウジョウバエ PC ホモローグ

ことで加齢性記憶障害が抑制されるのだろうか？

加齢

dPC である）こと，dPC 活性は加齢により，DC0-PKA 依

性記憶障害と相関するタンパクの動態を調べるため，存性に上昇すること，などが分かった。興味深いことに

我々は加齢性記憶障害が抑制された DC0/+変異体と野生哺乳類脳では，PC は神経細胞ではなくグリア細胞に発現274

研究会報告で DC0/+でも加齢性記憶障害が現れた。

している。そこでグリア細胞が dPC 活性を介して加齢性記憶障害を制御しているのか確かめるため，dPC を神経以上のことから，神経細胞の PKA により活性が制御さ細胞またはグリア細胞で発現させたところ，グリア細胞れる PC を介して，グリア細胞が神経細胞やシナプスので発現させたときのみ dPC/+で加齢性記憶障害の回復が機能を制御する神経－グリア回路のフィードバック機構認められた。また DC0 をキノコ体で過剰発現させると記が存在すること，加齢により PC 活性が上昇するとこの憶障害が起こるが，この記憶障害は dPC 変異により抑制

フィードバック機構が障害され，その結果として加齢性された。さらにグリア細胞で dPC を過剰発現させること記憶障害が起こることが示唆された。

（8）アストロサイトにおける PKC 依存的な開口放出抑制機構
安田圭一，高橋正身（北里大学大学院 医療系研究科）

従来，グリア細胞は脳の恒常性の維持に関わっており，細胞では PKC の活性化により synaptosomal-associated

あくまで神経細胞の補助役であると捉えられてきた。しprotein of 25 kDa (SNAP-25) などがリン酸化され，神経伝

かし近年，グリア細胞にも神経伝達物質の受容体が発現

達物質の放出が促進することが知られている。驚いたこ

していることや，神経伝達物質を含む様々な生理活性物とに，アストロサイトを PKC 活性化剤である Phorbol

質を放出し神経細胞のはたらきに影響を与えることが明

12-myristate 13-acetate (PMA) で処理すると，刺激依存的

らかにされ，グリア細胞は神経回路の機能制御にも積極な hHG 放出はほぼ完全に抑制された。この抑制は PKC的に関わっているのではないかと考えられるようになっの阻害剤である bisindolylmaleimide I (BIS) で解除されるてきている。このようなことから，グリア細胞からの開ことから，PKC によるリン酸化を介していると考えられた。

口放出がどの様な機序で制御されているかを明らかにすSDS-PAGE を用いて調べたところ，SNAP-25 ファミリることは，脳の機能を理解する上で重要な課題となってー分子である SNAP-23 のゲル上での移動度が PMA 処理いる。開口放出がタンパク質のリン酸化によって制御さによって高分子量側にシフトし，この変化も BIS によっ

れていることが神経細胞では知られているが，グリア細て解除されることから，PKC によって SNAP-23 がリン胞についてはほとんど分かっていない。そこで我々は，酸化される可能性が明らかとなった。PMA 処理した C6

初代培養したアストロサイトと C6 グリオーマ細胞を用細胞から精製した SNAP-23 を LC-MS/MS で解析した結いてグリア細胞における PKC を介した開口放出の制御

果，Thr24, Ser95, Ser120, Ser160 がリン酸化されていることが機構について調べた。

明らかとなった。既に報告がある Ser110 を含むこれらのアストロサイトからはグルタミン酸なども開口放出さリン酸化部位に対する特異抗体を作製し解析した結果，れるが，その多くは非開口放出性の経路を介し放出されSer95, Ser120, Ser160 は PKC 依存的にリン酸化が亢進するのている。そこで我々は開口放出のみを特異的に調べるたに対し，Ser110 は恒常的にリン酸化されており PKC 活性

め，ペプチド性因子である human growth hormone (hGH)

化によって脱リン酸化が引き起こされることが明らかとを一過的に発現させその放出を測定する系を用いることなった。

に し た 。 hGH を 発 現 さ せ た グ リ ア 細 胞 を ATP や以上の結果，アストロサイトからの開口放出は，神経ionomycin で刺激すると顕著な hGH の放出が引き起こさ細胞とは逆に，PKC によって負に制御されており，そのれた。その放出は BAPTA-AM 処理や破傷風毒素などに制御機構に関わるリン酸化基質として SNAP-23 が候補

2+

よって有意に抑制されることから，Ca および SNAREとなる可能性が明らかとなった。

依存的な開口放出によるものであると考えられた。神経275

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（9）神経細胞における細胞内物質輸送の制御と神経機能
広常真治（大阪市立大学 大学院医学研究科 細胞機能制御学）

神経細胞のネットワーク形成は中枢神経系における高によって細胞質ダイニンを微小管のプラス端に向かって度な神経機能を発揮するために必須である。中枢神経系

運搬される過程に必須であることを明らかにした。一方，の発生の過程は，時間軸の進行に従って神経幹細胞から微小管-LIS1-細胞質ダイニンの複合体がキネシンに結合神経細胞が「分化」「移動」を経て「ネットワークの形成」

する際に NUDC がアダプター蛋白質として機能するこに至るもので，これらが協調して行われている。我々は神とを明らかにした。これらの研究の過程で LIS1 は蛋白質

経細胞の移動の異常によっておこる中枢神経系の形成不分解酵素であるカルパインによって分解されることを発全である滑脳症に注目し，脳形成のメカニズム解明に取見した。滑脳症は LIS1 のヘテロの変異によって起こるもり組んできた。我々の研究で滑脳症の原因遺伝子･LIS1のであり，カルパイン阻害剤によって LIS1 蛋白質の分解はモータータンパク質である細胞質ダイニンの制御因子を抑制することは LIS1 蛋白質を回復させ，LIS1 の変異であり，特に細胞質ダイニンを微小管上にアイドリングに伴う様々な表現形を回復させることを証明した。今後状態する機能があることを明らかにした。さらにこの微は滑脳症における神経細胞のネットワーク形成の可塑性

小管-LIS1-細胞質ダイニンの複合体の形成が，キネシンについて取り組むことを計画している。

（10）感覚神経回路の形成・維持・再編を制御する分子細胞基盤の解明
榎本和生（大阪バイオサイエンス研究所 神経細胞生物学部門）

これまで私どもは，ショウジョウバエ神経系をモデル〈参考文献〉

として，感覚ニューロンが固有の受容領域を獲得し，そ1. Yasunaga, K., Kanamori T., Morikawa, R., Suzuki, E.,

れを維持するメカニズムについて研究を行ってきましand Emoto, K.: Dendrite reshaping of adult Drosophila

た。その過程において，表皮感覚ニューロンの受容領域

sensory neurons requires matrix metalloproteinase-が，隣り合った樹状突起の反発作用を介して自己組織化

mediated modification of the basement membranes.

されること，その時空間制御においては進化上高度に保Developmental Cell 18: (2010).

存されたキナーゼシグナル・ネットワークが中心的な役
2, 4, 5

2. Koike-Kumagai, M., Yasunaga, K., Morikawa, R.,。また，いKanamori T., and Emoto, K.: The target of rapamycin

ったん正常な受容領域が形成されると，固有の受容領域

complex 2 controls dendritic tiling of Drosophila sensoryを積極的に維持・管理するメカニズムが作動することをneurons through the Tricornered kinase signaling

割をはたすことを明らかにしてきました

3

示しました 。最近では，蛹から羽化後 24 時間以内に，

pathway. EMBO J. 28: 3879-3892 (2009).

成虫の樹状突起が劇的にリモデリングされることを見出

3. Parrish, J. Z., Emoto, K., Jan, L., and Jan, Y. N.:

しました。さらに，その制御機構には，細胞外マトリッ

Polycomb genes interact with the tumor suppressor hippo

クスの局所分解機構や神経活動が重要な働きをしている

and warts in the maintenance of Drosophila sensory1

可能性を示してきました 。

neuron dendrites Genes Dev. 21: 956-972 (2007).

本研究会では，特にショウジョウバエ感覚ニューロン

4. Emoto, K., Parrish, J. Z., Jan, L., and Jan, Y. N.: The

樹状突起の可塑的構造変化とその制御メカニズムについtumour suppressor Hippo acts with the NDR kinases inて，私どもの研究を中心にしてお話し，ご意見・ご批判

dendritic tiling and maintenance. Nature 443: 210-213

を頂きたいと考えています。

(2006).

276

研究会報告5. Emoto, K., He, Y., Ye, B., Grueber, W. B., Adler, P. N.,
Jan, L. Y., and Jan, Y. N.: Control of dendritic branching

pathway in Drosophila sensory neurons. Cell 119:245-256 (2004).

and tiling by the Tricornered-kinase/Furry signaling277

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

6．視知覚の理解へ向けて－生理，心理物理，計算論による探求
2010 年 6 月 10 日－6 月 11 日
代表・世話人：金子寛彦（東京工業大学大学院総合理工学研究科）
所内対応者：小松英彦（生理学研究所）（１）視知覚学習の空間特異性
仁科繁明（ホンダ・リサーチ・インスティチュート）（２）視環境の色分布と色覚メカニズム
溝上陽子（千葉大学大学院融合科学研究科）（３）視覚情報に操られる運動制御メカニズム竹村文（産業技術総合研究所）（４）写真空間の現実感－ミニチュア効果の生起因－
三浦佳世（九州大学大学院人間環境学研究院）（５）実世界モデリングのためのイメージング技術
佐藤いまり（国立情報学研究所コンテンツ科学研究系）（６）運動方向弁別における適応的ノイズ排除システムの神経メカニズム
宇賀貴紀（順天堂大学医学部生理学第一講座）（７）被写界深度ボケからのシーンの絶対スケールの単眼推定：ミニチュア化画像の説明とディスプレイへの応用
岡谷貴之（東北大学大学院情報科学研究科）（８）下側頭葉皮質細胞集団による物体カテゴリーの表出田中啓治（理化学研究所脳科学総合研究センター）（９）下側頭葉視覚連合野 (TE) における階層的機能構造とそれぞれの階層の役割の機械学習による解析
谷藤

学（理化学研究所脳科学総合研究センター）（10）環境光に伴う視知覚の変容
竹内龍人（NTT コミュニケーション 科学基礎研究所）（11）ヒト視覚野における素材質感の神経表現
郷田直一（生理学研究所感覚認知情報研究部門）（12）観察者の能動的操作が視覚情報処理におよぼす効果－視覚的運動と輝度変化のフラッシュラグ効果を用いた検討
一川誠（千葉大学文学部行動科学科）（13）放射運動知覚の初期発達－なぜそのように発達するのか－白井述（新潟大学人文学部）（14）高次視覚研究へのアプローチを考える
大澤五住（大阪大学大学院生命機能研究科）【参加者名】
大澤五住（大阪大学），宇賀貴紀（順天堂大学）
，谷藤

学

大学）
，仁科繁明（ホンダ・リサーチ・インスティチュー（理化学研究所脳科学総合研究センター），田中啓治（理ト），一川

化学研究所脳科学総合研究センター）
，竹村

文（産業技

佐藤いまり（国立情報学研究所），竹内龍人（NTT コミュ

述（新潟大学），溝上陽子（千葉ニケーション科学基礎研究所），三浦佳世（九州大学人間術総合研究所），白井278

誠（千葉大学），岡谷貴之（東北大学大学院），

研究会報告環境学研究院），金子寛彦（東京工業大学），栗木一郎（東安田恭子（愛知淑徳大学），大山剛史（岡山県立大学）
，

北大学）
，天野

諭（東北大学），小野裕紀（豊橋技術科学大学），山本哲也（京都大学），

永福智志（富山大学），竹村浩昌（東京大学），大脇崇史

仲西博紀（京都大学），中村幸生（豊橋技術科学大学），（株式会社豊田中央研究所），内川惠二（東京工業大学），

木村隆人（豊橋技術科学大学），高橋智洋（東京工業大学），

福田一帆（東京工業大学），川島祐貴（東京工業大学），

金成

慧（東京工業大学），市村好克（キャノン株式会社），

西田浩聡（東京工業大学），松本知久（東京工業大学），

白岩史（関西大学），堺

篠原浩一郎（東京工業大学），吉田和輝（東京工業大学）
，

野

多田

藍（東京工業大学），

化学研究所），丸谷和史（NTT-CS 研），久方瑠美（東京大凡（東京工業大学），宇佐美篤（東京大学），松宮一学），市川寛子（中央大学研究開発機構），山下和香代（中歩

薫（東京大学），塩入修（東京工業大学），沼田

浩之（豊田中央研究所），浦幸（筑波大学），行松慎二（中京大学），観音隆幸（理道（東北大学），平松千尋（京都大学），寺尾将彦（東京央大学研究開発機構），米家大学），蒲池みゆき（工学院大学），熊野弘紀（順天堂大京大学），樋口洋子（京都大学），壷内鉄郎（ハヤシ眼科学），鈴木航（理化学研究所），寺島裕貴（東京大学），

クリニック，横浜市大眼科），沖山夏子（花王株式会社），

高原雄史（東京大学），細谷晴夫（東京大学），宇和伸明

佐藤雅之（北九州市立大学），藤井芳孝（東京工業大学），（株式会社イングレッサ），高橋弘武（名古屋大学），黒瀧

松田勇祐（東京工業大学），笠原悠司（東京工業大学），

悠太（工学院大学），佐藤宏道（大阪大学），西田眞也（NTT

船瀬新五（名古屋工業大学），山本洋紀（京都大学），高

コミュニケーション科学基礎研究所），中川雄一朗（東京橋伸子（愛知淑徳大学），小濱大学），一戸紀孝（弘前大学），湯淺健一（東京大学），林治（電気通信大学），池田尊司（大阪大学），鈴木一隆（浜隆介（産業技術総合研究所），福島邦彦（理化学研究所，

松ホトニクス），永井岳大（豊橋技術科学大学）
，佐藤智

関西大学）
，根岸一平（株式会社 ATR メディア研），前川治（豊橋技術科学大学），長谷川国大（名古屋大学），金亮（東京工業大学），一色勇毅（東京工業大学），岡部昌

津将康（京都大学），坂野逸紀（京都大学），鬢櫛一夫（中子（大同大学），佐藤直紀（花王株式会社），渡辺辰巳（パ京大学），加藤英之（理研 BTCC），今井千尋（東京大学），

ナソニック株式会社），鶴原亜紀（中央大学），稲吉宏明

田嶋達裕 (NHK)，森本菜奈子（愛知淑徳大学），佐々木（産業技術総合研究所），和田充史（情報通信研究機構），

哲也（基礎生物学研究所），鯉田孝和（豊橋技術科学大学）

澤山正貴（千葉大学），南

以下，生理学研究所

拓人（豊橋技術科学大学），

惇（東京大学），斉亮（東剛（近畿大学），佐藤俊

東島恵美子，森藤 暁，松吉大輔，逸（電気通信大学），岡田真人（東京大学），北園

佐々木章宏，石川理子，仲渡江美，小松英彦，伊藤 南，

淳（東京大学），板倉翔吾（東京工業大学），安田康二（東郷田直一，原田卓弥，坂野 拓，西尾亜希子，岡澤剛起，

庄野

京工業大学），上田祥行（京都大学），本吉

勇 (NTT)，

波間智行

【概要】
「視知覚の理解へ向けて－生理，心理物理，計算論によ周辺のノイズ除去の機構として，受容野サイズの変化をる探求－」は，平成 22 年 6 月 10, 11 日に岡崎コンファレ

仮定するモデルを提案し検証した。岡谷氏は前出のミニ

ンスセンター中会議室において開催された。生理 6 件，

チュア効果と画像中のボケ分布との幾何学的関連を分析

心理物理 6 件，画像工学 2 件の合計 14 件の講演があり，し，観察者の視線位置に応じて画像のボケを変化させる

参加者は 129 名であった。初日は，まず仁科氏が心理物

ディスプレイシステムについて説明した。そして，田中

理実験による視知覚学習の空間特性に関する知見を報告

氏が下側頭葉皮質の細胞の刺激選択性が図形特徴のみなした。次に溝上氏が季節による環境の色分布の変化と色らず物体カテゴリーについても似ていることを示した。

覚メカニズムの関連を考察し，竹村氏は視覚情報により二日目は，まず谷藤氏が下側頭葉の機能構造に関する知生成される眼球運動と上肢到達運動の生理的側面ついて見を報告し，竹内氏が環境光の変化による視覚特性の変報告した。三浦氏は画像のミニチュア効果の要因を視知化について示した。郷田氏は画像の素材質感と fMRI を

覚情報処理のみならず文化的背景も含めた広範囲な視点用いて推定した脳活動との関連について報告した。一川から考察した。佐藤氏は画像から対象の形状を推定する

氏はフラッシュラグ効果を用いた実験により観察者の体工学的技術について報告した。宇賀氏は視覚ターゲット

性感覚信号と視覚信号との対応関係を，また白井氏は放279

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

射運動知覚における初期発達の知見より適応的行為の制含めて多次元に拡張する革新的な提案を行い締めくくっ御機能としての側面を考察した。最後に大澤氏が神経細た。異なるアプローチによる広範な視知覚研究が堪能で胞における受容野の概念を空間のみならず刺激選択性もきる有意義な研究会であった。

（1）視知覚学習の空間特異性
仁科繁明（ホンダ・リサーチ・インスティチュート・ジャパン）

典型的な知覚学習では，成績の向上が訓練する条件に低次の要素情報に対する変化に基づいて起きていること対する強い特異性を示すことが知られており，その特性が示唆された。次の実験では，観察者が注意課題としてを知ることは情報処理の神経メカニズムを知る大きな手

文字検出を行っている時に，同時に課題非関連の方向性

がかりになる。初期の視覚情報処理が網膜位置や線分方

正弦波刺激を異なる位置に閾下強度で呈示することで，向などの視覚特徴に対してより特異的であることから，

課題非関連刺激が受動的に入力されることによる感度向視知覚学習で見られる強い特異性には初期の視覚情報処上が，注意刺激との関係によってどのように影響される

理での変化が関与していると考えられている。しかしなかを調べた。課題非関連刺激を用いることで，視覚刺激

がら，線分方向の識別や副尺視力のように視覚刺激がほそのものの空間特性と，課題に向けられた視覚的注意のぼ低次の視覚特徴のみで構成されている状況は特殊であ

空間特性を分離することができる。結果は正弦波刺激のり，日常的に我々が直面する視覚課題には，低次の要素

方向識別の感度が注意刺激との距離に応じて連続的に変的視覚特徴の処理ステージと，それらを統合したより高化することを示した。また学習は検出するターゲット文

次の視覚特徴の処理ステージの両方が含まれるのが通常

字との時間的な近接性にも依存した。課題非関連であっである。最初の実験では，視覚課題がそのような異なるても学習が起きるが，その課題非関連刺激に対する学習

統合レベルの視覚情報処理を含む場合の視知覚学習としは注意との時空間的関係によって制限された。このことて大域的パターン運動を刺激とし，訓練による運動方向

から視知覚学習は，視覚入力に対して受動的に起きうる識別の感度向上を測定した。学習の位置間転移の強さをと同時に，課題に関連した時空間的注意によって能動的訓練刺激とテスト刺激の複数の条件間で比較した結果，

あるいは受動的に変調されることが示された。これらの大域的パターン運動の運動方向識別の成績向上は大域的

結果は，視知覚学習が低次の視覚情報処理に基づくと同運動情報に対する学習ではなく，局所的運動情報に対す時に，注意によるトップダウンあるいはボトムアップのる学習の結果であることが強く示された。課題は統合さ変調によって選択的に起きているとするモデルを支持す

れた高次視覚特徴に対するものであったが，その学習はる。

（2）視環境の色分布と色覚メカニズム
溝上陽子（千葉大学大学院融合科学研究科）

照明や場所，季節等による視環境の変化にも関わらず，

色平均・色分布の変化はどちらの地域でも同様の傾向を

私たちは安定した色の見えを保つことができる。これは示した。季節による「変化の仕方」には共通性があり，視覚系が環境に適応する機能を持つからであり，周囲の色覚メカニズムの形成への寄与が示唆される。また彩度

環境との相互関係は色覚メカニズムの形成と密接に関連

順応の心理物理実験では，自然画像に対しても順応効果している。自然環境の色分布は地域や季節により異なるが得られたが，その効果は画像分割等により物体認識がが，異なる国での自然風景の季節変化を解析した結果，できない画像では減少する傾向が見られた。これらは色280

研究会報告覚メカニズムが長期的（進化・発達）にも短期的（順応）示唆している。それらは，単なる色分布ではなく，自然にも環境に適応，もしくは環境により形成されることをの法則性に基づく変化に対し選択的だと推測される。

（3）視覚情報に操られる運動制御メカニズム竹村文（産業技術総合研究所）

私達は日常的に眼と手の協調運動をなにげなく行って動）が生じるとともに，上肢到達運動の軌道にずれ（短いるが，それを達成している脳の運動制御メカニズムの潜時腕応答）が生じた。この短潜時腕応答は，大脳皮質

詳細は分かっていない。例えばボールやコップを取ろう

MST 野の神経活動を抑えると，眼球運動とともに減少しとしたとき，体勢を崩してもそれらを手に取ることがでた。一方，腕応答の時空間周波数特性は眼球運動とわずきる。それは，無意識に眼や手を動かして運動を修正しかに異なり，より低空間周波数の刺激で応答が強かった。

ているからだ。本研究では，ヒトに近い筋・骨格系を持これらの結果から，眼と手の運動制御に同じ大脳皮質領つサルを対象に，到達運動を行っている最中に CRT 上の域の関与が示唆される一方で，感覚から運動生成への視パターンを動かした。その結果，眼球運動（追従眼球運

覚情報変換処理は異なると考えられる。

（4）写真空間の現実感－ミニチュア効果の生起因－
三浦佳世（九州大学大学院人間環境学研究院）

実際の風景を実写したにもかかわらず，模型を写したえる写真と低ミニチュア感を与える写真において，印象ように見える写真がある。この現象に関して，さまざま

評定に基づく因子分析を行い，影響因として，被写体のな観点からの議論が可能である。サイズの縮小というこ

密度，色彩，ぼかし，撮影距離を指摘した。ここでは，とに目を向ければ，大きさ－距離判断という知覚の問題

撮影距離（俯角）に注目してみよう。ミニチュア効果をとして検討できる。作り物に見えるということに注目す

示す写真には高い視点からの撮影が多く，大きさの恒常れば，リアリティ判断という認識の問題として捉えられ性の低下もしくは相対距離の圧縮の関与が考えられる。

る。一方，類した作品が同時代的に出現し，人々の関心

しかし，Qian らは，低い視点からの写真に高ミニチュアを集めていることに関しては，時代性やメディア環境か感が指摘されることを示した。三浦ら (2009) も模型を用らの検討が可能である。同じ現象を多層的，多視点的にい，視点の高さを変数に，大きさ判断と本物らしさとの見て総合的に理解する知の技法を「アイステーシス」と相関を調べ，同様の結果を得ている。これらの結果は，いう言葉を用いて示してきたが，この現象もまた，知覚低い撮影俯角がミニチュア感を与えるというより，模型から感性まで，生理学から文化まで，多様な観点から議に見えたから低い撮影俯角だと判断されたと考えるべき論のできるテーマである。三浦 (2009, 2010) は，ミニチかもしれない。これに関し，現在，実写を用いた実験とュア効果の生起因として，視点の高さ（撮影俯角），ぼけ，

因果モデルによる検討を準備中である。個々の知覚的要

色彩（高彩度），画面全体の輝度，絵画的奥行き手がかり

因は低次から高次までの説明が可能であり，リアリティ（線遠近法，肌理の勾配）の減少，質感（粗さ）などの知判断の観点からも検討できる。アイステーシスという言

覚的要因に加え，認知的要因として，影あるいは照明の

葉には，対象を識別する働きの意も含まれている。この

違和感，対象に対する親近性，文脈効果，学習効果，社現象の理解には個々の要因の緻密な分析と，それらの総会文化的背景を上げている。Qian ら (2010) は，このうち合的考察が望まれよう。

知覚的要因のいくつかを取り上げ，高ミニチュア感を与281

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（5）実世界モデリングのためのイメージング技術
佐藤いまり（国立情報学研究所コンテンツ科学研究系）

コンピュータグラフィクス (CG) の研究分野では，現めの技術にも注目が集まっている。CG を用いて現実感実感の高い画像生成をその中心的な課題として，様々なの高い映像を生成するためには，その入力としてシーン描画アルゴリズムやハードウェアが開発されてきた。まの物体（形状や反射特性）および光源分布に関する精密た，CG を用いたデジタルアーカイブ技術の発達に伴い，なモデルを要する。本発表では，実在シーンを撮影した

芸術品や文化財などの実在物体が持つ複雑な形状や質感画像を用いて，シーンのモデルを獲得する技術についてをモデル化し，その物体の見えを現実感高く生成するた

紹介する。

（6）運動方向弁別における注意の空間解像度の神経メカニズム
宇賀貴紀（順天堂大学医学部生理学第一講座）

感覚情報の一部を取り入れ，他を排除する選択的注意

どのように受容野サイズが変化するかを検証した。するの神経メカニズムの解明は，神経科学における重要な課と，RDK のみを呈示した場合に比べ，グリッド中心にノ題である。本研究では選択的注意の空間解像度の神経メ

イズを呈示し，その量を増やした場合には，受容野サイ

カニズムに迫った。小さい対象物 (target) の検出を行なズが縮小した。さらに，偏心度の 3 割の直径を持つ RDK

う際，その周辺に無視しなければならない妨害物

を中心部分に，その周辺にランダムな方向に動く RDK(distracter) があると，distracter によって target の検出能力を呈示し，中心のドットの運動方向を答える crowding 課が阻害される (crowding)。本研究ではまず，運動方向弁題を遂行中のサルの MT 野から神経活動記録を行い，MT

別課題を用いて crowding をヒトで測定した。被験者は左野 ニ ュ ー ロ ン の 運 動 方 向 弁 別 能 力 で crowding と10 度にある直径 3 度の円内の random-dot kinematogramanti-crowding を説明できるか検証した。サル・ニューロ(RDK) が上に動いているか下に動いているかを答えた。

ンの閾値はともに周辺 RDS の直径が大きくなると一時周辺に無視すべきノイズを少し提示すると，ノイズがな

上昇し，その後下降した。一方で，ニューロン活動からいときに比べて被験者の成績は悪くなった (crowding)。

どの程度サルの答えが予測できるか (Choice Probability:

しかし，ノイズ呈示領域が直径 6 度を超えたところでは，

CP) を計算したところ，周辺 RDS が大きい時に閾値が低ノイズを呈示する領域をさらに大きくすると逆に成績が下するニューロンほど CP が高いことを発見した。以上良くなった (anti-crowding)。これは，視覚系には targetの結果から，視覚系には target 周辺に広がったノイズを周辺に広がったノイズを排除する機構が備わっているこ排除する機構が備わっている。周辺ノイズ除去の神経メとを示している。ノイズ除去機構の神経メカニズムとしカニズムとして 1) 受容野を縮小させる（つまり，注意て，ニューロンの受容野が distracter 呈示によって縮小すの空間解像度をあげる）ことで周辺ノイズを排除し，2)る（つまり，空間解像度があがる）という仮説を検証す

空間解像度が上昇するニューロンから選択的に情報を読るため，サル大脳皮質 MT 野の受容野を定量的にマッピ

み出す，という 2 つが機能していると考えられる。

ングする手法を用い，受容野内にノイズを呈示した際，

282

研究会報告（7）被写界深度ボケからのシーンの絶対スケールの単眼推定－ミニチュア化画像の説明とディスプレイへの応用－
岡谷貴之（東北大学情報科学研究科）

画像面をレンズの光軸に対して傾けることが可能な撮3 次元シーンを観察する際，注意や関心が様々な場所に像系を用いて，遠景のシーンをうまく撮影すると，その時間的に移ろい行くのに応じて，注視点を絶えず移動さシーンがあたかもミニチュアであるかに見える画像を撮せる。このとき，眼はその被写界深度の制約のため，シ影することができる。この視覚的な錯覚は逆に，そうやャープな像を得るために絶えず焦点調節を行う。注視点って撮影した画像にはシーンのスケールに関する情報がの移動前後で注視する物体の奥行きが変化すれば，それ含まれていて，それを人間の視覚がうまく抽出できるこに応じた焦点調節によって眼の被写界深度は変化し，故とを意味する。この現象，すなわち単一画像からシーンにデフォーカスボケの分布も変化する。未だはっきりしの絶対的なスケールが推定できることについて，画像のた研究はない模様だが，注視点の移動という能動的行動

何をどのように処理し，計算することでこれが行えるかと，それによって引きおこされる網膜像上のデフォーカ

を，コンピュータビジョンの立場から考える。画像面をスボケ変化という反応の因果的ペアは，奥行き知覚にて傾けることで作り出される画像のボケが，この推定にお一定の役割を果たしているのではないだろうか。われわ

いて重要な役割を果たすことは明らかだが，この画像のれはこの仮説に基づき，この感覚の再現を狙った注視反

ボケとは独立に（例えば幾何学的な方法で）シーンの 3応型の映像ディスプレイシステムを研究している。具体

次元情報がその画像から得られる場合に，これと画像の的には，ビューアがディスプレイ上で注視するシーンのボケを融合することで初めてスケールの推定が行えるこ点に対し，これを視線計測装置によって随時計測して，とを述べる。この原理に基づいて簡単なアルゴリズムを

ディスプレイ上のデフォーカスボケをリアルタイムに変構築し，実画像を用いたスケール推定の実例を示す。こ化させ，その奥行きにいつもフォーカスの合った映像をの現象を含め，人が得る奥行き感に写真上や網膜像上のディスプレイ上に表示するようなものである。最新の開ボケが寄与していることは疑いがない。人は，眼の前の発状況を含めて報告し，いくつかの実験結果を述べる。

（8）下側頭葉皮質細胞集団による物体カテゴリーの表出田中啓治（理化学研究所脳科学総合研究センター）

下側頭葉皮質は視覚的物体認識を担う腹側視覚路の最の多くの細胞の多くの物体像への応答を解析して，細胞終段である。往々にして私達の視覚的物体認識がカテゴ

集団の活動パターンが物体カテゴリーをよく表している

リー的であることを鑑みると，物体カテゴリーの表現はことを示した。さらに，局所領域の多くの細胞の応答を

下側頭葉皮質にある可能性が高い。しかし，私達は以前比較して，下側頭葉皮質の局所領域にある神経細胞の刺の研究で，マカクサルの下側頭葉皮質のひとつずつの神

激選択性は図形特徴のレベルだけでなく，物体カテゴ

経細胞の刺激選択性が中程度に複雑な図形特徴によってリーのレベルでも似ていることを示す事実を得た。下側決まっていることを示した。ひとつずつの下側頭葉皮質

頭葉皮質は物体カテゴリー表現に向けて組織化されてい細胞が反応する図形特徴は，物体カテゴリーを表すほどる。

には抽象的でない。しかし，私達は最近，下側頭葉皮質283

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（9）下側頭葉視覚連合野 (TE) における階層的機能構造とそれぞれの階層の役割の機械学習による解析
谷藤

学（理化学研究所脳科学総合研究センター）

サル下側頭葉視覚連合野（IT 野：Inferior temporal

した見解を与えない。例えば，次のような疑問が残る：

cortex）は物体像の認識に本質的であると考えられてい(1) Critical Feature に対する応答をみるとカラムがみえる。認識の脳内メカニズムを理解するためは，IT 野におて，物体像の応答でみるとそれがはっきりしないのは何いて物体像がどのように表現されているかを解明する必故か？

要がある。機能構造を明らかにする研究は，この方向のリーに選択的な領域（機能パッチ）は，カラムとどうい研究として重要である。IT 野の機能構造について，重要う関係になっているのか？

な研究がいくつかある。まず，IT 野の細胞のもっとも単物体像が表現されると考えると，物体像がカラムの組み純で有効な視覚刺激 (Critical Feature) を決めると，似た合わせによって表現されるという考え方とはどういう関Critical Feature を持つ細胞がカラム状に分布することを係になっているのか？

示した研究がある (Fujita et al., 1992)。また，様々な物体

めに，私達は，IT 野の広い領域から，物体像の応答を記像に対するカラムの応答パターンを調べた研究から，物録し，解析を行った。その結果，(1) 機能構造は，単一細体像がカラムの組み合わせによって表できることが示さ

胞，カラム，機能ドメインという異なる空間スケールをれた (Tsunoda, et al., 2001)。一方で，Critical Feature を決持つレベルによって階層的に構成されていること，(2) 各

めるのではなく，物体像そのものの選択性を見ると，見階層で表現されている情報は異なること，を明らかにしかけ上，近傍の細胞が異なる選択性を持つことも知られた。これらの研究を紹介するとともに，この結果によっている（例えば，Sato, et al., 2009）。さらに，機能的 MRIて上記の問題がどのように説明できるか，また，将来にを使った研究から，物体像のカテゴリーに選択的で，カ残された課題について議論したい。なお，本研究は，佐ラムより大きな活動領域（機能パッチ）があることが示

藤多加之（理研），内田豪（理研），Mark Lescroart（南カ

された (Pinsk, et al., 2005; Tsao, et al., 2003, 2006)。これら

ルフォルニア大学），北園淳（東京大），岡田真人（東京の研究は IT 野の機能構造や物体像の表現について統一

大）との共同研究である。

(2) 機能的 MRI で観測される物体像のカテゴ(3) 機能パッチによってもこれらの問題を明らかにするた（10）環境光に伴う視知覚の変容
竹内龍人（NTT コミュニケーション科学基礎研究所）

真夏の日光が降り注ぐ眩しい浜辺から星明かりで照らして知覚されるという錯視現象があるが，この現象は暗11

所視下で消失し，刺激の持つ運動信号の強度に従った方

1のオーダーで変化している 。このような環境光の大きな向へ動いて見える3。つまり全く同じ視覚運動刺激であっ変化に対応するために，視覚システムでは錐体視/桿体視ても，明所視下と暗所視下で正反対の方向に動いて見えという二つのシステムが機能している。とはいえ知覚はるのだが，これは低域通過型の時間特性により説明でき不変ではなく，環境光の変動に伴い空間視，運動視，色る。一方向に動くパターン（プライミング刺激）の後にされた暗い山道まで，私たちが住む環境の明るさは 10

2覚，立体視などさまざまな属性の知覚が変容する 。視覚提示される運動方向が曖昧なテスト刺激を見ると，見かの時間・空間特性はともに環境光により変化することかけの運動方向はプライミング刺激の持続時間に影響されら，両特性に依存する運動知覚は環境光に依存して大きる。持続時間がある程度長ければ運動残効が知覚される

く変容しうる。時間特性の顕著な変化の一つとして，環境が，短い場合には正のプライミング，つまりテスト刺激

光の低下に伴い，視覚の時間周波数特性が低域通過型にがプライミング刺激と同方向に知覚される。このようななる。フレーム間に一様な画面を挟むと運動方向が反転「同化現象」は一般的には低域通過型のメカニズムにより284

研究会報告説明されることから，運動プライミングは背景光の低下

評価どちらも生じ，また運動方向の知覚があいまいになにつれてより頻度が高まることが予測される。ところがる。薄明視下では，暗所視下以上に時空間情報の統合が実際は，環境光が低下するとプライミングは消失し運動安定せず，複雑運動の知覚が困難になるという報告もあ4

残効へと切り替わる 。このことから，運動プライミングる。これらの現象と，薄明視下で交通事故が多いといっは低域通過型のメカニズムが引き起こしているのではな

た現実問題との関連性が指摘できる。

く，空間パターンを追尾する仕組みが関与していると推1. Stockman, 2006, IOVS.

測される。環境光は必ずしも暗所視のレベルまで低下し

2. Takeuchi, 2005, P&P; De Valois, Takeuchi, & Wickens,
2009, Proc. SPIE.

なくとも，視知覚に大きな影響を与える。例えば，環境
光が明所視から薄明視へ変化する時には若干情報が遮断

3. Takeuchi & De Valois, 2009, Vision Res.

される時間が存在し，この間の視覚情報は運動方向検出

4. Takeuchi & Tuladhar, 2010, Vision Res.

5

5. Takeuchi, Motoyoshi, & De Valois, 2001, JOSA.

に用いられない 。速度知覚に目を転じると，暗所視下では速度は過小評価される一方，薄明視下では過小・過大（11）ヒト視覚野における素材質感の神経表現
郷田直一 1,2，平松千尋 1,3（1 生理学研究所感覚認知情報研究部門，
2

総合研究大学院大学，3 京都大学大学院文学研究科）

我々は，日常的に，複雑な視覚入力から物体やシーン検討した。その結果，初期視覚野および腹側高次視覚野の情報を瞬時に抽出し理解している。このとき，多くのの広い範囲で素材が有意に識別できることがわかり，素場合，物体の色や形状だけでなく，金属，プラスチック，

材を識別する情報は視覚野に広く分布することが示され

木など，その多様な素材についても瞬時に認識することた。次に各脳領域の活動が，空間周波数や輝度・色ヒスができる。このような素材の認識機能が脳においてどのトグラムなどの画像特徴と心理的（感性的）判断のいずように実現されているかはほとんど明らかになっていなれによく相関しているかを調べるために，9 種の素材間い。本研究では，素材の識別に関わる脳活動を fMRI での活動の非類似度を様々な脳領域について求め，それら計測し，脳の様々な領域において，素材に関する情報がを画像的・心理的な素材間の非類似度と比較した。そのどのように表現されているかを検討した。CG で作成し結果，初期視覚野の活動は画像特徴と相関が高く，腹側た 9 種類の異なる素材カテゴリ画像（金属，ガラス，セ

高次視覚野の活動は心理判断と相関が高いことが示されラミックス，毛，石，木目，樹皮，皮革，布，それぞれた。また，腹側高次視覚野における 9 種の素材に対する異なる 8 つの画像からなる）を呈示し，意味微分法（SD

活動は 3 つの上位カテゴリに分けることができ，それらは法）を用いて感性的な素材間の関係を分析した。次に，心理判断にみられる 3 つの上位カテゴリとも一致するこ

被験者が各素材を観察している時の脳活動を計測し，サとが明らかになった。以上の結果は，初期視覚野から腹側

ポートベクタマシンを用いて，脳の様々な領域の脳活動

高次視覚野へ至る神経経路で画像特徴表現から心理的素パターンによって 9 種の素材をどの程度識別できるかを材カテゴリ表現への変換が行われていることを示唆する。

（12）観察者の能動的操作が視覚情報処理におよぼす効果－視覚的運動と輝度変化のフラッシュラグ効果を用いた検討
一川

観察者がコンピュータマウスで能動的に操作する視覚誠（千葉大学文学部）

刺激の運動や輝度変化に対してはフラッシュラグ効果が285

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

減少する (Ichikawa & Masakura, 2006)。しかしながら，マ実験を行い，能動的観察によるフラッシュラグ効果の減

ウス以外の道具を用いて行われた研究では，観察者が操少が，手の体性感覚的信号と視覚信号との変化の対応関作する運動刺激のフラッシュラグ効果がむしろ増加する係の学習や，体性感覚信号と視覚信号との対応関係の一ことが見出された (e.g., Scocchia et al., 2009)。これらの結貫性に依存することを見出した。実験結果に基づき，知果は，観察の能動性それ自体が視覚の時空間的精度の上

覚運動協応が視覚情報処理における時空間的精度におよ昇を決定しているわけではないことを示している。視覚

ぼす効果について整理する。

的運動や輝度変化に対するフラッシュラグ効果に関する（13）放射運動知覚の初期発達－なぜそのように発達するのか－白井述（新潟大学人文学部）

ヒトを含む動物一般において最も重要な能力の 1 つと

放射運動知覚が移動行動の制御に重要な役割を果たすとして，環境中を能動的に移動する機能が挙げられる。よいう事実を省みれば，前者が後者に先立って成熟するこり洗練された移動能力を持つことは，食物の探索，取得とは適応的観点から妥当であるといえる。その一方で，や，捕食者からの逃避などの適応的行為の遂行にあたっより最近の研究からは，放射運動知覚やそれと関連するてより有利に働くに違いない。私たちヒトにおいては移脳活動は生後数ヶ月で急激に発達するものの，実際には動行動の制御に視覚の果たす役割は大きく，とりわけ運その様相は成人とはかなり異なっていること，さらには動視の機能は移動行動の制御と密接に関連している。例

そうした急激な発達の直後，ちょうど移動行動が獲得さえば，私たちが前進または後退すると，視野上には放射れ始める時期には，放射運動知覚の発達は停滞期にある状の拡大・縮小運動が典型的に生じるが，こうした放射ことが明らかになってきた。

運動の知覚は移動中の進行方向の認識や修正に寄与して本研究では，こうした放射運動知覚の初期発達過程のいることが知られている（例えば Gibson, 1950; Warren,

詳細について，主に発表者らによる心理物理学的，生理1998）。これまで，発表者らを含む，多くの研究グループ

心理学的研究の成果を概観しながら，ヒトにおける放射の手によって，放射運動知覚の諸機能が生後数ヶ月で急運動知覚の諸機能が，乳児期にはどのように変化してい激に発達することが実験的に明らかにされている。私たくのかを解説する。そして，そうした変化の背景にどのちヒトでは，移動行動は一般的におよそ生後半年から 1ような発達的メカニズムが潜んでいるのかについて，特年の間にハイハイやつかまり歩きといった形態で発達しに視覚の持つ，適応的行為の制御機能としての側面に注はじめ，1 歳半前後でようやく自立歩行が可能となるが，目して考察したい。

（14）高次視覚研究へのアプローチを考える
大澤五住（大阪大学大学院生命機能研究科）

視覚系神経細胞の受容野の古典的定義は，視野空間で造は見えなくなる。IT 野細胞では，刺激選択性は高くて刺激が細胞の反応に影響をあたえる範囲である。細胞は，も，刺激の提示位置に対する選択性はほとんど無くなる

この受容野内に提示される刺激の様々なパラメータに対ことが知られている。そのため，高次視覚細胞の受容野

し刺激選択性を持つ。V1 単純型細胞までは On, Off 領域マッピングは一見ほとんど意味が無いように思われる。

という受容野の内部構造が見え，それが刺激選択性と結刺激選択性こそが面白い特性だとされるのも，無理もな

びついていることが明らかである。しかし，高次の視覚いことである。それでは，刺激選択性をこれまでの手法

野になるほど，細胞の受容野は大きくなり，その内部構の延長上で研究して行けば良いのだろうか。そうでない

286

研究会報告とすると，視覚系の細胞の反応特性を考える上で，本当(x, y) 空間であったから，受容野が視野空間で定義されてに意味のある情報はどういうものだろうか？

私は受容いたに過ぎない。しかし，拡張された受容野概念で考え野の概念を (x, y) 空間に限定するのでなく，適切な多次れば，この最初の視野空間に縛られる必要は無いはずで

元空間へ拡張することが，今後の高次視覚神経科学の展ある。そこで，網膜/視野上での座標系を敢えて忘れ，全開に一つの重要なアプローチを与える事になると考えてての視覚情報処理の起点として一次視覚野の持つ表現かいる。我々が知りたいのは，「ある視覚野の細胞が前段ら考え直してみたい。ここでは，どのような多次元空間の多くの細胞からどのように入力を集めているかを規定

を入力空間として選ぶかが鍵となる。また，多次元空間

している神経回路の結合様態」に関する詳細な情報であで定義された受容野では刺激選択性と視野空間の区別はる。これは一種の受容野と考えることができる。V1 単純

本質的には無くなる。さらに，こうした拡張された受容型細胞までは，この結合を規定する入力空間が実質的に野をどのようにして実験的に計測するのかを考察する。

287

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

7．行動制御における脳領域間の機能連関
2011 年 1 月 7 日－1 月 8 日
代表・世話人：星所内対応者：南部英司（玉川大学）

篤（生体システム研究部門）（１）入出力神経ネットワークに基づく小脳の機能構築
杉原泉（東京医科歯科大学）（２）大脳小脳連関における小脳皮質の非線形的情報変換の機能的意義筧慎治（東京都神経科学総合研究所）（３）小脳による時間の表現
田中真樹（北海道大学）（４）大脳基底核ネットワークを形態学的に検証する
藤山文乃（京都大学）（５）大脳皮質-大脳基底核ループの機能と病態：今後の研究戦略
南部篤（生理学研究所）（６）動機付けによる行動制御：中脳ドーパミンニューロンと外側手綱核の役割
松本正幸（京都大学）（７）扁桃核－前部帯状回ループと情動行動の関係
中村克樹（京都大学）（８）行動のプログラミングにおける前頭連合野ネットワークの機能的役割
星

英司（玉川大学）（９）動機づけ制御の神経ネットワーク
南本敬史（放射線医学総合研究所）（10）前頭連合野における機能的カテゴリの表現とそれに基づいた行動制御
筒井健一郎（東北大学）（11）前頭眼野系によるサッケードおよび滑動性眼球運動の制御
伊澤佳子（東京医科歯科大学）（12）脊髄と感覚運動皮質の連関による運動時の感覚情報処理機構
関

和彦（国立精神・神経医療研究センター）【参加者名】
田中真樹，新田統昭（北海道大学），筒井健一郎，松井優

学霊長類研究所），星太，林友里恵（東北大学），杉原山文乃（京都大学），関泉，伊澤佳子，杉内友理子，高橋真有，藤田啓史（東京医科歯科大学），筧治，石川享宏，閔小高慎

庚甫（東京都神経科学総合研究所），

泰（産業技術総合研究所），南本敬史（放射線医学

総合研究所），船水章大，瀧山健（東京大学），高田昌彦，中村克樹，宮地重弘，松本正幸，井上謙一（京都大英司，山形朋子（玉川大学），藤和彦，武井智彦，金祉希（国立精神・神経医療研究センター），松崎政紀，正水芳人，平理一郎，大久保文貴（基生研），小松英彦，南部篤，

畑中伸彦，知見聡美，佐野裕美，纐纈大輔，高良沙幸，
高原大輔，金子将也，村田和義，横井功，加藤利佳子，

吉原一文，西尾亜希子，竹内佐織（生理研）【概要】
行動制御は，記憶に基づく意思決定といった高次機能，

288

動作の準備や実行といった運動機能，そして，感情や報研究会報告酬に基づく行動発現といった辺縁系機能を代表とする多ま残されている。そこで，こうした疑問を共有しながら，様な脳機能によって支えられている。最近の脳研究は，標題に掲げたタイトルで本研究会を開催し，最新の研究

こうした多様な脳機能に関して，前頭葉，大脳基底核，

成果を「脳領域間の機能連関」という視点から共有する

小脳といった複数の脳領域が特異的な関与をしているこことにより，新しいシステム脳研究の潮流を日本から生とを示してきている。例えば，Schmahmann は，“Theみ出すことを目指した。

cerebellar cognitive affective syndrome” というタイトルで具体的には，大脳基底核，小脳，大脳皮質，さらには総説を発表し，運動機能の中心であると考えられている

それに関連する研究について，広く神経解剖学，神経生

小脳が高次機能や辺縁系機能にも深く関与していること

理学，分子生物学，情報工学など多岐にわたる専門分野を示した。また，大脳基底核疾患であるパーキンソン病の若手あるいは中堅の研究者が，最新の知見を紹介し，やハンチントン病でも，運動機能だけでなく，高次機能

各分野における研究の趨勢，問題点，及び今後の展開にや辺縁系機能に障害が生じることが明らかとなってい関する忌憚のない意見を活発に交換した。このような研る。しかしながら，現在のシステム脳研究は，脳領域毎究会を通じて，異なる研究分野間での情報の交換が促進に分断されて散発的に行われているのが現状であり，され，それぞれの領域での研究の更なる発展を期待した「複数の脳領域がある特定の脳機能にどのように関与しい。また，本研究会を通して次代を担う若手研究者の連ているのか？」，「脳領域間の機能連関はどのような構造

帯の場が形成され，新たな研究方法を開拓し，新たな共的，機能的基盤によって支えられているのか？」といっ同研究も実現したい。

たような核心的な問題に対する回答は未だ手つかずのま（1）入出力神経ネットワークに基づく小脳の機能構築
杉原泉（東京医科歯科大学）

小脳皮質は均一な局所神経回路を持つので，小脳の構維を持つが，それらはほとんど同一の縦縞内に投射した。

築と機能区分は入出力線維の連絡パタンに依存する。前

また，同一の縦縞内のプルキンエ細胞は，小脳核内の共庭小脳・脊髄小脳・大脳小脳（橋小脳）という古典的な通する微小部分に投射した。それに対して，単一苔状線

小脳の区分に見られるように，小脳内外間の入出力の連維軸索は，小脳内で広く横方向に広がり，複数の特定の絡が小脳の区分の決定に重要であることは従来から知ら縦縞に投射した。このように，登上線維，苔状線維とプれている。しかし，小脳は部位特異的に多彩な運動機能・

ルキンエ細胞軸索が縞特異的な投射を持っていることか

非運動機能に関与するので，この神経基盤を理解するたら，分子発現パタンの小脳の機能的コンパートメントとめには新しい神経ネットワーク解析に基づく緻密な小脳しての意義が明らかになった。これらの投射の部位対応の機能構築が解明されなくてはならない。

性の解析により，小脳皮質のコンパートメント構築と対そこで，私たちは登上線維，苔状線維，プルキンエ細応する小脳核・下オリーブ核の新しい領域区分が示され

胞軸索，小脳核ニューロンの単一軸索の形態と投射パタ

た。特に，小脳核に関して，従来は内側（室頂核）・中間ンを順行性標識による再構築法により解析して来た。そ（中位核）・外側（歯状核）と横方向に区分されていたが，の結果，これらの軸索の投射パタンに密接に関係する緻

それに加えて，吻背側・尾側・腹側という縦方向の区分

密な機能的コンパートメント構築が小脳に存在することが存在することが明らかになった。現在，小脳の体性感が示唆された。このコンパートメント構築を理解するた覚入力を受ける部分に関して，詳細な体部位局在性と領め，小脳皮質において場所をはっきり定義できる区分と域区分との関係を解析している。以上の解析は，ラット・して，左右の小脳皮質をそれぞれ約 20 本の縦縞領域に区

マウスで詳しく行ってきたが，ヒトにより近いサル（マー分する分子発現パタン（aldolase C 発現パタン）を利用しモセット）の小脳の aldolase C 発現パタンと軸索投射パ

た。登上線維軸索は，枝分かれにより平均 7 本の登上線

タンを解析した。その結果，サル小脳の機能構築は，全289

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

体的には齧歯類のものと同等であるが，部分的にはそれワークの存在を示し，その主要部分は哺乳類の中で系統とは異なる特徴を持つことが明らかになった。

発生学的に維持されていることを示唆する。

以上の結果は，小脳の緻密な機能構築と神経ネット（2）大脳小脳連関における小脳皮質の非線形的情報変換の機能的意義
筧

運動制御のシステム論的研究，特に Evarts に始まる慢性サルを用いた行動と神経活動の関係を分析する実験

慎治（東京都神経科学総合研究所）

であり，その重要性に議論の余地はないが，その意義は知られていない。

は，方法論的に根本的見直しが必要な時期に来ている。

この様な状況下で我々が大脳小脳連関を研究対象に選

一次運動野から始まった個々の領野の機能を調べる研究

ぶ理由は，小脳ではニューロンの同定が例外的にし易く，は，前方は前頭連合野に至り，後方は側頭連合野に到達

ループ構造が比較的単純で多重ループの度合いが弱く，し，解剖学的フロンティアは消失した。そこで Tanji ら

さらに有力な作業仮説「小脳内部モデル仮説」が存在すのグループは，いち早く多数の運動関連領野の機能相関るためである。そこで我々はニホンザルに異なる姿勢下を分析し，運動関連領野の機能分担，局在の様相がかな

での手首運動課題を習得させ，小脳の第 V および VI 小り明らかになってきた。それでは運動関連領野の相関図

葉半球部から課題に関連するニューロン活動を記録・分を超える次のステップは何であろうか？

我々はそれを析した。この部位への主入力である苔状線維の活動を顆

「システム同定」レベルでのダイナミクスの解明と考え

粒細胞層で記録したところ，基本的に一次運動野およびる。しかし，それを先導すべき理論的枠組みも，実験に

腹側運動前野に見られると同様の 3 つのタイプのニュー落とし込むための技術的進歩も，見通しが立っていない。

ロン活動が確認された。このことは，橋核では線形に近

ここで何が障害なのか，我々に足りないものを整理する

い穏やかな中継が行われ，大脳皮質の運動指令のコピーことは重要である。以下に我々が直面する問題の一部をあるいはそれに準ずる情報が小脳に供給されていること

挙げてみる。1) 記録しているニューロンの同定：神経回を示唆する。小脳が forward model の座である必要条件の

路上での位置づけ，すなわち入出力関係の分析がシステ

一つは満たされているように思われる。我々はさらに，

ム同定の基本である。2) 単純すぎる筋骨格系モデル：例

この苔状線維入力を受けるゴルジ細胞およびプルキンエ

えば whole arm の肩，肘関節を蝶番とみなし，単純な角細胞からも記録を行い，小脳皮質における苔状線維入力度の計測で「記述」のアリバイとすることの正当性は，の変換過程について検討を行った。その結果，小脳皮質

あくまで慣習的である。実験データに現れる「分類不能」

への苔状線維入力はプルキンエ細胞から出力されるまでのニューロン活動は，その慣習の「副作用」の可能性がに複雑な非線形変換を受け，特徴抽出的処理が行われてある。3) ループ神経回路の意義：「機能連関」＝ループいる可能性が示唆された。

（3）小脳による時間の表現
田中真樹（北海道大学）

時間の情報は我々の認知・行動に不可欠である。最近

してはほとんど未解明であるといってよい。そもそも，の症例検討や脳機能画像研究から，その処理には大脳，

脳内で時間がどのような神経活動によって表現されてい小脳，基底核がそれぞれ異なった関与をしていることがるのかということについてさえ定説がない。本講演では示唆されている。しかし，それらの神経メカニズムに関時間の表現方法について概説し，現在取り組んでいる小290

研究会報告脳に関した研究を紹介する。

経活動として線形にコードされていることを意味する。

実験では 100-600 ミリ秒の一定間隔で繰り返し提示さ同部の不活化によって刺激欠落の検出時間が延長するこれる視聴覚刺激の欠落を検出するようにサルを訓練したと，また逆に同部の電気刺激によってオドボールを検出（欠落オドボール課題）。小脳歯状核からニューロン記録

した時と同様の行動が誘発されることから，これらの信を行ったところ，一部が刺激の繰り返しに伴って活動を号が刺激欠落の検出に使われていることが示唆された。

増大させることを発見した。さらに，各刺激に対する応同様の課題での小脳患者の行動や，健常者の心理実験の答の大きさが，刺激間隔に比例して増大することを見出

結果と合わせ，小脳による時間表現とその限界についてした。このことは，直前の刺激提示からの経過時間が神考察する。

（4）大脳基底核ネットワークを形態学的に検証する
藤山文乃（京都大学）

大脳基底核は大脳皮質－基底核－視床ループおよび直能連関を見据えた生理学的な裏付けを必要とするものば接路・間接路モデルをもとにパーキンソン病やハンチン

かりであり，本研究会で生理学をはじめとする他分野のトン病の理解がなされている。また近年大脳脳基底核が研究者からご意見をいただき，今後の研究に繋げていき

強化学習および報酬系など高次脳機能に深く関わるといたいと考えています。

う理解も進んできた。我々はこの数年間，少しでも正確

References

な大脳基底核スキームを形態学的に描くために新しい形

1) Fujiyama F, Sohn J, Nakano T, Furuta T, Nakamura KC,

態学的手法を取り入れてきた。マスとして神経集団を描

Matsuda W, Kaneko T. Exclusive and common targets of

出する小胞性グルタミン酸トランスポーターや樹状突起

neostriatofugal projections of rat striosome neurons: A

特異性遺伝子改変動物，単一ニューロントレースのためsingle neuron-tracing study using a viral vector. Eur Jのウイルスベクタや傍細胞記録，アクションサイトであNeurosci, in press.

るシナプス部位で伝達物質や受容体を可視化するための

2) Kuramoto E, Fujiyama F, Nakamura KC, Tanaka Y,

post-embedding 法などである。これらの所見の積み重ね

Hioki H, Kaneko T. Complementary distribution ofの中で従来の大脳基底核スキームとは矛盾する点などもglutamatergic cerebellar and GABAergic basal ganglia

見つかってきた。

afferents to the rat motor thalamic nuclei. Eur J Neurosci,

1) 線条体の直接路ニューロンも淡蒼球外節に投射しており，その投射領域が間接路ニューロンのそれと異なっている。

in press.
3) Matsuda W, Furuta T, Nakamura KC, Hioki H, Fujiyama
F, Arai R, Kaneko T. Single nigrostriatal dopaminergic2) 淡蒼球外節の投射パターンは少なくとも 2 種類存

neurons form widely spread and highly dense axonal

在し，細胞体の位置と投射領域との関係に法則がありそ

arborizations in the neostriatum. J Neurosci, 29(2),うである。

444-53, 2009.

3) 視床下核ニューロンが淡蒼球外節に投射する軸索終末の量とその投射領域にある相関が見られる。
形態学的に見つけたこれらの問題は他の脳領域との機

4) Nakamura KC, Fujiyama F, Furuta T, Hioki H, Kaneko T.
Afferent islands are larger than µ-opioid receptor patch instriatum of rat pups. NeuroReport 20, 584-588, 2009.

291

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（5）大脳皮質-大脳基底核ループの機能と病態：今後の研究戦略
南部篤（生理学研究所）

大脳皮質－大脳基底核ループの機能と病態を明らかにわれる。さらに今後，遺伝子改変動物は，マウスからラするために，今後，重要と考えられる戦略について，シスット（あるいはマーモセットまで）に広がっていくが，テム神経科学あるいは神経生理学の立場から論じたい。

その際にも in vivo 記録とくに課題遂行中の記録などが1．情報の流れの重視

益々重要になっていくであろう。

私たちが脳機能を調べようとする際，脳の各領域に特一方，ウイルスベクターによって特定の神経経路に遺徴的な神経活動を見出すのが正統的な方法である。例え伝子を発現させ，その活動を制御する方法も発展して行

ば，各視覚野に特徴的な反応を調べることで，一次視覚

くと考えられる。例えば，チャネルロドプシンやハロロ

野から高次視覚野に至る情報処理過程が明らかとなっドプシンを特定の神経経路に発現させ，レーザー照射にた。また，運動野でもサルに工夫を凝らした様々な運動

より神経活動を上下させる光遺伝学的方法，あるいは課題を課すことにより，一次運動野，補足運動野，運動IL-2 受容体を発現させイムノトキシンによって特定の神

前野などの機能が明らかとなってきた。しかし，必ずし経経路を除去する方法などが考えられる。

も大脳基底核では成功していないように思われる。例え3．神経疾患の病態生理

ば，線条体，視床下核，淡蒼球内節・外節でも上肢の運

日本の神経生理学者は，病態生理にはあまり関心を持動に応じた神経活動が記録出来るが，それぞれ特徴的なっていないのであろうか？

とくに大脳基底核疾患は，活動を示さない（もちろん，それぞれの核によって発射病態の基礎として神経活動の変化があり，神経活動が変頻度や発射パターンが異なるなど，特徴はある。しかし，化するメカニズムや，神経活動変化が症状発現に至るメ運動のどのようなパラメータに応じているのか，運動にカニズムなど解明すべきことが沢山ある。また，正常な先行しているのかなど，どの核においても大差ない）。こ

脳機能を知るためにも，これらが不具合になった状態，

れは大脳基底核を構成する核は相互連絡が強く，線維連

すなわち神経疾患の病態を知ることが重要である。正常絡がある領域は似た神経活動を示すためであろう。これ機能を説明するモデルは，パラメータを変化させることを解決するためには，ひとつの核から次の核へ，どのよにより，病態も説明できる必要がある。さらに，大脳基うな情報が伝えられ，またそれぞれの核において，どの底核の機能モデルは，DBS（脳深部刺激療法）による治ような新たな情報が加えられるのか，明らかにする必要

療メカニズムも説明できないといけない。

がある。そのため，電気生理学的な手法により入出力をまた，基礎医学と臨床医学との共同研究も少ない。臨

同定する，薬理学的（あるいは遺伝子操作的）な方法を用床医学者で神経生理学の意義を理解している人は多くはいて入力をブロックあるいは除去するなどが考えられる。

なく，また，基礎医学者が患者さんから記録を取るにあ2．分子生物学的手法の利用

たっては，多くの努力を要する。しかし，定位脳手術の遺伝子改変動物とくにマウスを用いることにより，脳際の記録，DBS 電極からの記録などは，貴重なデータを機能の物質的基盤について多くのことが解明された。ま提供してくれる。

た，神経疾患モデルマウスを解析することにより，病態

4．守備範囲外のことや治療法が明らかになってきた。しかし，生化学，解剖

以上，システム神経生理学的手法を中心に述べてきた学，行動学的解析が主で，遺伝子－物質－機能とつながが，その基礎となる神経解剖学的な検索，スライスレベ

る一連の鎖の中で生理学的解析，とくに in vivo 神経活動

ルでの解析は，もちろん重要である。また，工学的アプ

記録が抜け落ちているのではないだろうか？

ローチ（数理モデル）やイメージングなども有用である

これまで多くの遺伝子改変マウスが作出され，特徴付けが行われているので，神経生理学者にとっては宝の山のように思292が，私の守備範囲を超えている。

研究会報告（6）動機付けによる行動制御：中脳ドーパミンニューロンと外側手綱核の役割
松本正幸（京都大学）

報酬は，動物の行動を動機付けする主要な要因のひと

綱核ニューロンの活動を記録し，手綱核ニューロンはつである。たとえば，空腹時に眼の前にリンゴあれば，ドーパミンニューロンと逆の応答様式，すなわち報酬にそれに手を伸ばそうとする行動が動機付けされる。この対しては抑制性応答を，無報酬に対しては興奮性応答をような報酬に基づいた行動の調節に関わる神経系とし示すという結果を得た。また，外側手綱核を電気刺激すて，中脳にあるドーパミンニューロンが注目されている。

ると，ドーパミンニューロンの活動が抑制された。以上

ドーパミンニューロンは，報酬を得て欲求が満たされたの結果は，報酬が得られないときに手綱核ニューロンがときや，報酬を得ることが期待されるときに興奮性の応

興奮し，その興奮によってドーパミンニューロンの活動

答を示し，予測していた報酬が得られなかったときに抑が抑制されることを示唆する。

制性の応答を示す。また，ドーパミンニューロンが投射

また，これまで一様に報酬の「価値」に関連した情報する大脳基底核の線条体にドーパミン拮抗薬を注入し，をコードすると考えられていたドーパミンニューロン

これら興奮性・抑制性の信号を遮断すると，報酬を得る

が，実際には「価値」と「salience（顕著性）」をコードための学習や意欲が阻害される。しかし，ドーパミンニ

する少なくとも 2 つの集団に分かれていることを報告しューロンと報酬による行動制御の関係を示す多くの報告

た (Matsumoto & Hikosaka, Nature, 2009)。他方，上述の手がある一方，ドーパミンニューロンの興奮性・抑制性応綱核ニューロンは価値をコードし，価値をコードする

答がどのような神経メカニズムによって生じるかという

ドーパミンニューロンにより強い入力を送っていること根源的な問題については解明されていなかった。

がわかった (Matsumoto & Hikosaka, Nat Neurosci, 2009)。

我々は，中脳ドーパミンニューロンの報酬応答の起源

以上の結果は，ドーパミンニューロンが持つ価値情報（特を探る研究を行い，ドーパミンニューロンに入力を送るに抑制性応答）の起源が外側手綱核であることを示唆すことが知られている外側手綱核がその有力候補であるこる。これら一連の研究は，外側手綱核がドーパミンニとを報告した (Matsumoto & Hikosaka, Nature, 2007)。眼球ューロンへの抑制作用を介し，報酬に基づく行動制御に

運動課題を遂行中のサルからドーパミンニューロンと手深く関わっていることを示唆する。

（7）扁桃核－前部帯状回ループと情動行動の関係
中村克樹（京都大学）

イメージング・ジェネティクスが新たな研究ツールとす脳領域であるが，感情障害 (Phillips et al., 2003) や不安

して用いられるようになって以降 (Hariri and Weinberger,

障害 (Domschke and Dannlowski, 2010) と深く関連し，感2003) 非常に多くの研究が行われ，これまで理解が進ん

情障害の患者では扁桃核の活動が亢進していることが示でいなかった感情障害などの精神疾患にも新たな光が当されている (Savitz and Drevets, 2009)。また，膝下部前帯

てられるようになってきた。そして，扁桃核・前頭眼窩状回も，感情障害の患者において体積減少 (Ongur et al.,

回・前帯状回・海馬といった脳領域が情動行動の制御に

1998) が報告されている。膝下部前帯状回の構造異常は深く関与していることが示されてきた (Price and Drevets,

家族性を示す患者で頻繁に認められている (Boes et al.,2009)。中でも特に，扁桃核と前帯状回の subgenual region

2008; Hajek et al., 2008; McDonald et al., 2004)。非常に興味（膝下部）と呼ばれる領域を含む神経回路，すなわち扁桃

深い結果として，膝下部前帯状回の代謝異常 (Drevets et

核－前帯状回ループ，が注目されている。例えば，扁桃

al., 1997) がある。膝下部帯状回の代謝は，うつ病患者で核は情動情報処理や社会行動制御に中心的な役割を果た

低下するが，双極性障害の患者では，躁状態のときに代293

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

謝が高まり，逆にうつ状態のときに代謝が低くなること

結合がイメージング研究から示唆されている (Beckmannが示されている。こうした結果は，扁桃核と膝下部前帯

et al., 2009; Heinz et al., 2005)。ここでは，こうした知見に

状回の活動が，直接的に感情を制御していることを示唆

基づきサルにおける感情障害モデル作出の可能性を考えする (Pezawas et al., 2005)。実際に，扁桃核と前帯状回のたい。

（8）行動のプログラミングにおける前頭連合野ネットワークの機能的役割
星

英司（玉川大学）

ヒトで発達した高次脳機能の特徴の一つは，多様な情されるので，これは仮想的レベルでの動作情報の生成の報を関連付ける能力である。認知情報と運動情報を統合障害であるとみなされる。一方，観念運動失行の病態でする過程は，こうした情報処理を必要とするので，これは，日常的な遂行には問題がないのにも関わらず，与えを支える神経メカニズムを解析することは，ヒト脳の機られた指示に従って意図的に動作を行おうとする際に問能的基盤を理解するにあたって重要な洞察を与える。本

題が生じる。従って，この病態でも物理的動作レベルに

発表では，前頭葉外側面を中心としたネットワークを構は問題がなく，仮想的レベルの障害とみなすことができ成する領野が認知と運動の統合過程において果たす様々る。これらとは対照的に，一次運動野の障害では，重篤な役割について，課題遂行中の動物の脳から記録されたな麻痺に陥り，体を動かそうという意図はあるにも関わ

実際の細胞活動例を紹介しながら議論を進める。特に，らず，思い通りに動かすことができなくなる。従って，「仮想的レベル」ならびに「物理的動作レベル」の情報表

仮想的レベルの動作表現は正常であるが，物理的動作レ

現という観点から様々な知見を統一的に解釈することをベルに障害があることを示唆する。実際，一次運動野の試みる。具体的には，運動前野や前頭前野を中心とする細胞活動はおもに物理的動作レベルを反映しているの

前頭連合野では，仮想的レベルの情報処理が中心としてで，運動前野などで生成された物理的動作レベルの情報

なされており，「仮想的レベル」の動作情報が運動前野を受け取り，これを脊髄などに送り出すことによって最に集約されて統合されることによって，実際の動作遂行

終的な動作発現へとつなげていると考えられる。

に必要となる「物理的動作レベル」の情報に変換される

このように，「仮想的レベル」と「物理的動作レベル」という視点は，健常時の脳機能に深い理解をもたらすだという仮説的枠組みを提唱する。
この仮説の視点から，運動前野の機能脱落による条件

けでなく，失行，麻痺，不随意運動，運動失調などの病付視覚運動変換の障害を見直してみると，実際の動作遂態メカニズムを説明するための枠組みを提供し，基礎研

行には障害がないのにも関わらず，動作選択だけが障害

究と臨床応用の重要な接点となることが期待される。

（9）動機づけ制御の神経ネットワーク
南本敬史（放射線医学総合研究所）

同じ行動であっても，その正確さや早さは行動の動機得るために，視覚ターゲットの色が赤から緑に変ることづけに依存する。この動機づけは，予測される報酬の量を検出して，握っていたバーを放すという単純な行動をやタイミングなどの外的要因である誘因 (incentive) と，要求された場合，バー放しの成功率が，予測された報酬

その報酬を身体がどの程度欲しているかという内的要因

量とタイミング（報酬遅延）で精度よく説明できる。まである動因 (drive) の 2 要因によって脳内で動的に制御さたセッションを開始してしばらくはほとんどバー放しをれると考えられている。例えば，サルが報酬である水を成功させる一方で，セッションの後半などある程度満足294

研究会報告した状態では，バー放しを完遂させない試行が多くみらのいずれかに影響を受ける活動はほとんどない一方で，れる。この未完遂試行の割合が，獲得した総報酬量の割

報酬量と遅延時間から計算される Hyperbolic temporal

合（drive の指標）
，報酬量と報酬遅延 (incentive) の 3 パラ

discounting に相関して活動が変化する細胞が多く見られメータの関数で精度よく説明できた。さらに，ここでのた。このことは，前頭前野外側部で統合された報酬量と報酬量と報酬遅延の関係は，報酬遅延による報酬価値の遅延の情報が尾状核の単一細胞活動に表現されている可割引として知られている Hyperbolic Discounting の関係で能性を強く示唆する。

表されることが分かった。我々はこれら 3 パラメータの一方，Drive の評価・処理システムを調べるため，動機情報が脳内のどこで表現/統合処理されて動機づけが制づけ行動課題遂行中のサルを用いて PET activation study

御されるかの解明に取り組んできた。

を行ったところ，各セッションの前半（Drive が高い状態）

Incentive の評価・処理システムを調べるために，サルの前頭前野外側部/眼窩部のいずれかを外科的に破壊しにおいて前頭前野眼窩部と腹側線条体に脳血流量の上昇が確認された。

た群と未処置コントロール群に動機づけ行動課題を行わ

これらの結果から，Incentive 情報はまず前頭前野眼窩せた。その結果，前頭前野眼窩部は，報酬量や報酬遅延部において個々に評価され，前頭前野外側部において統を評価することに必須であり，前頭前野外側部が報酬量合され，次に尾状核に送られるというネットワークで処と遅延を統合して評価することに必須であることが分か理されていることが分かった。一方で Drive は前頭前野った。次に前頭前野外側部から投射を受ける部位の尾状

眼窩部と腹側線条体のネットワークが関わると考えられ核から神経細胞活動を行動課題遂行中に記録したとこる。今後 Incentive と Drive の統合処理ネットワークにつろ，報酬量/遅延の手がかり刺激呈示直後に活動を上昇さいても同定できると期待される。

せる細胞が多く見つかった。このうち，報酬量/遅延時間（10）前頭連合野における機能的カテゴリの表現とそれに基づいた行動制御
筒井健一郎（東北大学）

機能的カテゴリ (functional category) とは，等価性に基

それらに対する反応を逆転させるという，推論的行動がづいて形成される刺激類型である。知覚的カテゴリ見られた。これは，サルが個別の刺激と結果の随伴性を(perceptual category) が，一般に，般化 (generalization) に学習しているのではなく，刺激カテゴリとルール（どの基づくのに対して，機能的カテゴリは，元来中立的な刺カテゴリがどの結果に結びついているか）に基づいて課激が経験によって結び付けられるものである。機能的カ

題を遂行していることを示している。

テゴリの利点は，情報の精緻化によって記憶容量の大幅課題の遂行中に前頭連合野の背外側部・腹外側部・眼な節約を可能とすること，推論などの柔軟な認知判断を

窩部からニューロン活動を記録すると，1) 刺激呈示期に可能とすることにある。筆者は，機能的カテゴリを形成

反応し，その選択性が，結果の随伴性に基づいているニ

し，利用する能力が，高度な認知活動の根底にあると考ューロン，2) 刺激呈示期に反応し，その選択性が，刺激

え，その神経基盤を明らかにすることを目指して，このカテゴリに基づいているニューロン，3) 刺激呈示前およ研究を行った。

び呈示中に活動し，その選択性が，ルールに基づいていサルに，刺激カテゴリと結果の随伴性を頻繁に逆転さるニューロン，が見つかった。これらのニューロンの前せる課題（カテゴリ逆転課題）を訓練した。この課題を頭連合野内での分布は，以下の通りであった。結果の随十分に訓練した後には，訓練に用いた刺激セットではな

伴性に伴って活動を変化させたニューロンが，前頭連合

く，新奇な刺激セットを使ったときにも，カテゴリ内の野に広く分布していたのに対して，カテゴリに基づいて一つの刺激について結果の随伴性が逆転したことを経験

活動を変化させたニューロンは，側頭葉との線維結合がすると，他の刺激についてもそれを予想し，あらかじめ強い腹外側部や眼窩部に多く分布しており，また，ルー295

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

ルに基づいて活動を変化させたニューロンは，とりわけなルールが有効か」という情報と，側頭葉からもたらさ

短期記憶との関連が深いと考えられている，背外側部にれる「いま，どのカテゴリの刺激が呈示されたか」とい多く分布していた。

う情報をあわせることによって，「どのような結果がもこれらの結果により，前頭連合野が機能的カテゴリに基づいた行動の制御に関わっていることが明らかになったらされるか」を判断する過程が，前頭連合野のなかで実現されている可能性が示唆された。

た。また，試行を超えて保持している「いま，どのよう（11）前頭眼野系によるサッケードおよび滑動性眼球運動の制御
伊澤佳子（東京医科歯科大学）

眼球運動に関わる脳の階層構造の中で，大脳前頭眼野

では注視中に強い持続発火を示す注視ニューロンが多数とその主な出力先である上丘および脳幹バーストジェネ

記録された。従って，この前頭眼野の抑制野は注視の際

レータは，サッケードの発現に関わっている。これまでに働き，サッケードの抑制に関わるものと考えられる。

我々は，上丘より下位のサッケード出力経路を電気生理

注視中はサッケード以外の眼球運動，特に滑動性眼球学的手法と解剖学的手法を組合わせて解析してきた。そ運動も抑制されている可能性があると考えられる。そこの結果，水平眼球運動系および垂直眼球運動系のいずれで，それについての前頭眼野の役割りについて調べるたにおいても，左右の上丘から外眼筋運動ニューロンへ最め，我々は前頭眼野の微少電流刺激を行い，滑動性眼球短で 2 シナプス性の相反性入力，すなわち一方から興奮運動の抑制について検討した。刺激部位では，まず電気性，他方から抑制性入力があることを明らかにした。従誘導性サッケードの閾値と，視覚誘導性サッケードの抑来水平眼球運動系における抑制性バースト細胞に相当す

制の閾値を確認した後，滑動性眼球運動に対する刺激効るものが垂直眼球運動系では明らかにされていなかった

果を調べた。その結果，電気誘導性サッケードが誘発さが，これにより垂直眼球運動系にも抑制性バースト細胞

れる閾値より低い刺激強度で，滑動性眼球運動の発現がが存在することが明らかになった。

強く抑制されることがわかった。この抑制は，catch-up

この上丘より下位の眼球運動出力経路は，さらに上位

サッケードを伴わない滑動性眼球運動においても認めらの中枢である前頭眼野から入力を受けている。前頭眼野

れ，サッケードの発現を両側性に抑制する前頭眼野の抑は従来サッケードの発現に重要な役割を果たすことが知制野では，滑動性眼球運動の発現も両側性に抑制される

られているが，我々は訓練したサルの前頭眼野において，ことが明らかになった。

微少電流刺激により視覚誘導性サッケードの発現を両側以上の結果から，前頭眼野は眼球運動の発現のみなら性に強く抑制する部位が存在することを明らかにした。

ず，眼球運動の発現を抑制することにより注視の維持に

この前頭眼野のサッケード抑制部位は，prearcuate gyrus

関わり，視線を制御するものと考えられる。

の弓状溝下行脚に面した限局した領域であり，この領域（12）脊髄と感覚運動皮質の連関による運動時の感覚情報処理機構
関

和彦（国立精神・神経医療研究センター）

随意運動時に末梢刺激に対する知覚閾値が上昇するこる感覚誘発電位のサイズが減少すること，それらが運動とは，多くの心理物理実験などによってよく知られた現に関連する求心神経入力のみに起こること，運動の大き象である。また，それを裏付けるように大脳皮質におけさやサイズなどによって減少幅が異なることなどが報告

296

研究会報告されてきた。このような知覚閾値の上昇の欠如は，統合運動局面において有意に大きい事から運動コマンドなど失調症やジストニアなどの臨床症状と関連するとの指摘

トップダウン指令による抑圧である可能性が考えられもされている。しかし，このような知覚閾値の上昇を引た。第二のメカニズムは運動準備時間において顕著に認き起こす神経機構やその機能的意義については不明な点められる感覚抑圧である。この抑圧は一次運動野と運動が多い。

前野に限定して引き起こされていたことから，中枢神経

そこで我々は 2 頭のサルに手首屈曲伸展運動を行わ

系内の局所で認められる感覚抑圧である。この種類の抑せ，運動の各局面における皮膚神経誘発電位を大脳皮質

圧の大きさは，運動のパフォーマンスと相関関係が認め（一次運動野，一次感覚野，運動前野）及び脊髄（中間層）られた。これは運動と関連性の低い感覚入力を抑圧さらから同時・個別に記録し，比較した。その結果，2 種類

え，それによって運動関連領野がより効率的に運動準備の感覚抑圧メカニズムがあることを発見した。第一のメを行う事が可能になったからだと解釈できる。さらに，

カニズムは動的運動及び筋力維持局面において認められ領野間連関による感覚抑圧機構を調べるために，各領野る感覚抑圧である。この抑圧は脊髄を含めた全ての領域における誘発電位のサイズの 1 試行毎の相関解析を行っにおいて顕著であったことから，中枢神経系普遍的な抑た。その結果，一次感覚野が大脳皮質における感覚抑圧

圧である可能性がある。さらに，受動運動に比べて能動において重要な役割を持っている可能性が指摘された。

297

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

8．感覚刺激・薬物による快・不快情動生成機構とその破綻
2010 年 9 月 30 日－10 月 1 日
代表・世話人：南雅文（北海道大学薬学研究院薬理学研究室）

所内対応者：重本隆一（大脳皮質機能研究系脳形態解析研究部門）（１）社会行動の適応的選択におけるプロスタグランジン E2 の役割
古屋敷智之 1，田中昂平 1，北岡志保 1,2，成宮周1（1 京都大学 医学研究科 神経細胞薬理学分野，2 京都大学 iPS 細胞研究所）（２）うつ病難治化要因としての BDNF の分子機能障害小島正己（産業技術総合研究所 健康工学研究部門）（３）ヒト染色体異常モデルマウスを用いた自閉症責任分子の探索
玉田紘太，内匠透（広島大学 医歯薬学総合研究科 統合バイオ研究室）（４）外界の匂い情報を情動行動へと翻訳する嗅覚神経回路
森憲作（東京大学 医学系研究科 細胞分子生理学分野）（５）「情動，あるいは，有害性警告制御系」のボトムアップ的際理解を目指して－慢性的侵害受容による扁桃体シナプス可塑性から考える－
加藤総夫（東京慈恵会医科大学 神経生理学）（６）痛みによる不快情動生成における分界条床核内神経情報伝達機構
南雅文（北海道大学 薬学研究院 薬理学研究室）（７）ゼブラフィッシュ研究から見たヒトの心の成り立ち－Fish-eye’s view on human mind
岡本仁（理化学研究所 脳科学総合研究センター）（８）生後脳の神経新生による恐怖記憶の制御メカニズム
井ノ口馨（富山大学 大学院医学薬学研究部 医学部生化学講座）（９）経験と時間による『恐怖神経回路』の再構成
関口正幸（国立精神・神経医療研究センター神経研究所 疾病研究第四部）（10）想起後の恐怖記憶増強のメカニズム喜田聡（東京農業大学 応用生物科学部 バイオサイエンス学科）【参加者名】
南雅文（北海道大学薬学研究院），加藤総夫（東京慈恵学），高橋宏明（日本たばこ産業株式会社），岩井孝志（国会医科大学），井ノ口馨（富山大学），古屋敷智之（京都立精神・神経医療研究センター

大学）
，岡本

弘（国立精神・神経医療研究センター精神保健研究所），

仁（理化学研究所），玉田紘太（広島大学

精神保健研究所），高橋

大学院），小島正己（産業技術総合研究所），関口正幸（国喜田

立精神・神経医療研究センター神経研究所），池田和隆（財上良介（北海道大学），永原朋貴以下

団法人東京都医学研究機構），笠井慎也（東京都医学研究

本隆一，小松英彦，柿木隆介，高雄啓三，上条真弘，古

機構）
，野村

江秀昌，丸山めぐみ，田渕克彦，深澤有吾，松井洋（東京大学），斎藤顕宜（国立精神・神経医療研究センター精神保健研究所），森憲作（東京大聡（東京農業大学），八十島安伸（大阪大学），川

釜澤尚美，木瀬

生理学研究所重広，環，吉原一丈【概要】
セッション 1：情動異常を示す病態モデルに焦点を当かかわるプロスタグランジンが，社会挫折ストレスモデてた。古屋敷は，感染性病態時の「sickness behavior」にルにおける抑うつ反応にも関与していることを示し，そ298

研究会報告の脳内機構に関する研究成果を報告した。小島は，BDNFについて報告した。

(R125M, R127L) ノックインマウスが抗うつ薬抵抗性のセッション 3：哺乳類以外のモデル動物，および，情不安・抑うつを示すことを報告した。玉田は染色体工学

動記憶の固定化，再固定化，消去学習のメカニズムに関的手法による自閉症モデルマウスの作製とマウスの行動する研究成果の報告が行われた。岡本は，ゼブラフィッ

学的特徴および脳内モノアミン神経系における変化につ

シュでの遺伝子操作法を駆使した研究成果を報告し，情いて報告した。

動研究におけるモデル動物としての有用性を論じた。井セッション 2：感覚情報を情動へと変換する脳内機構

ノ口は，海馬神経新生が抑制あるいは促進されたマウスに焦点を当てた。森は匂い情報を情動行動へと翻訳するを用いた研究により，海馬神経新生の活発さが恐怖記憶

嗅覚神経回路についての研究成果を報告した。加藤は，の海馬依存的期間の決定に重要であることを示した。関

扁桃体中心核外側外包部におけるシナプス伝達につい口は，再固定化と消去学習の一方のみを修飾する薬物にて，慢性疼痛モデル動物における可塑的変化のメカニズついて紹介し，この弁別的作用の基本となる消去学習回

ムに関する電気生理学的研究の成果を報告した。南は，路作動原理について論じた。喜田は，受動的回避反応課

痛みによる不快情動生成の神経機構について，分界条床

題を用いて，恐怖記憶の再固定化・増強制御機構におけ核におけるノルアドレナリンおよび CRF 神経情報伝達

る脳領域間の役割の違いを示した。

の重要性，さらに，グルタミン酸神経情報伝達との関係（1）社会行動の適応的選択におけるプロスタグランジン E2の役割
古屋敷智之 1，田中昂平 1，北岡志保 1,2，成宮周1（1 京都大学 医学研究科 神経細胞薬理学分野，2 京都大学 iPS 細胞研究所）
炎症関連分子であるプロスタグランジン (PG) E2 が社

celecoxib に抗うつ作用があるとの臨床報告がなされ，抑会行動の選択に重要な役割を示すことを明らかにしてきうつ行動におけるプロスタノイドの役割が注目されていた。すなわち EP1 欠損マウスは，新奇幼若マウスに対する。そこで抑うつ行動の小動物モデルの一つとされている攻撃性の亢進と社会行動の減少，高所における断崖回

る社会挫折ストレスモデルを用いて，抑うつ行動におけ

避反応の消失といった「衝動性」を呈する。EP1 欠損マる各種 EP 受容体の役割を検討した。このモデルでは

ウスの行動異常はドパミン受容体阻害薬で正常化し，まC57BL/6 背景の野生型マウスが体格的に優位な ICR マウ

た脳微小透析法により少なくとも線条体における細胞外スからの攻撃を毎日繰り返し受ける。この結果，野生型

ドパミン濃度の上昇を見出した。さらに電気生理学的検

マウスは新奇個体からの逃避行動を示すようになるが，討から，EP1 の活性化がドパミン神経細胞の抑制性シナEP1 欠損マウスではこの逃避行動を示さなかった。以上

プス入力を増強することを示した。これらの結果は，EP1の結果は，PGE2-EP1 が状況に応じた適応的な社会行動の欠損マウスの行動異常がドパミン神経細胞の脱抑制によ選択に重要であることを示唆している。

る可能性を示唆する。近年プロスタノイド合成阻害薬（2）うつ病難治化要因としての BDNF の分子機能障害小島正己（産業技術総合研究所 健康工学研究部門）

私達は BDNF の polymorphism (R125M, R127L) のノッ

モマウスは不安様行動が顕著であり，尾懸垂試験ではコクインマウスを作製し，その表現型を解析してきた。ホントロールマウスに比べて不動時間が増加し，不安とう299

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

つ様行動が顕在化していた。しかし，選択的セロトニン

抗うつ効果を阻害し抗うつ薬抵抗性の要因的分子となる再取り込み阻害薬 fluoxetine 投与による不動時間の回復と考えた。また，BDNF 生成時の切断により産生されるは見られず，抗うつ薬抵抗性であった。このマウスの海BDNF pro-peptide が生理作用を有する物質であることを馬 を は じ め と す る 脳 組 織 の BDNF を 調 べ た 結 果 ，発見した。海馬スライス標本を用いた電気生理学の実験

proBDNF から BDNF への変換は非効率であった。また，から BDNF pro-peptide が LTD を促進すること，また，生培養海馬神経細胞に対して proBDNF はスパイン退縮効

化学解析から BDNF と結合することにより BDNF の生理果が見られた。これらの結果から，proBDNF が BDNF の作用をマスクする効果を有することが明らかとなった。

（3）ヒト染色体異常モデルマウスを用いた自閉症責任分子の探索
玉田紘太，内匠透（広島大学 医歯薬学総合研究科 統合バイオ研究室）

我々はヒト染色体 15q11-13 領域の重複が自閉症の数 %の行動学的表現型が認められた。一方，matDp にはこれらにおいて見られる最も頻度の高い染色体異常であるといの行動学的表現型は認められなかったことから，父性由来

うことに着目し，この遺伝学的異常をマウスにて再現する

染色体発現遺伝子がこれらの行動学的異常に関与していことに成功した。本領域はインプリンティング領域としてる可能性を見出した。また，自閉症は脳内モノアミンバラ

知られており，父性由来染色体から発現する遺伝子と母性ンスが崩壊することにより発症するという「モノアミン仮由来染色体から発現する遺伝子が報告されている。このこ説」に従い，patDp 脳内におけるモノアミンの定量を行っとから本重複マウスは父性由来染色体重複マウス (patDp)

たところ，セロトニンの減少が一部の脳領域にて認められと母性由来染色体重複マウス (matDp) に分けられる。約た。現在は更なる分子的異常を探索する一方で，patDp に

20 種類の行動解析の結果，patDp に社会的相互作用の低て見られたセロトニンの減少が行動学的異常にどの程度

下，超音波啼鳴反応の上昇，固執性の上昇などの自閉症様関与しているかを検討している。

（4）外界の匂い情報を情動行動へと翻訳する嗅覚神経回路
森憲作（東京大学 医学系研究科 細胞分子生理学分野）

ラットやマウスは，特定の匂いを嗅ぐと典型的なモテ領域へと送られる。嗅覚神経系の研究は，匂い分子受容イベイション・情動行動を示すことより，「外界の匂い体の発見を契機に近年急速に進歩し，「1 嗅細胞－1 受容

情報を情動行動へと翻訳する嗅覚神経回路」を研究する

体ルール」，「1 糸球－1 受容体ルール」，「匂い分子受容体上で重要なモデル動物である。食べ物の匂いにより，探地図（匂い地図）の構造」など，匂い分子受容体を視点

索行動や食行動等を示し，その食べ物の評価を匂いととにすえた匂い分子のコーデイング機構の解明が続いた。

もに記憶する。腐ったにおいがすると，その食べ物を避しかしながら，大脳嗅皮質やより上位の嗅覚関連領域のける行動を引き起こす。捕食動物のにおいがすると，逃神経回路が，どのように嗅球にコードされた「匂い地図」

避行動や恐怖反応を示す。においは，雄雌のネズミの接を読み，モテイベイション行動や情動行動を引き起こす

近行動や生殖行動にも重要な役割を果たすとともに，のかはほとんど不明である。本研究会では，私達の最近

様々な社会的コミュニケーションを媒介して社会行動にの大脳嗅皮質の神経回路の機能解析のいくつかを紹介も重要である。匂い分子は，嗅上皮の感覚細胞（嗅細胞）し，「外界の匂い情報を情動行動へと翻訳する嗅覚神経で受け取られ，匂い分子情報は嗅球を介して嗅皮質の各回路」の解明を目指す研究の将来を展望する。

300

研究会報告（5）「情動，あるいは，有害性警告制御系」のボトムアップ的際理解を目指して－慢性的侵害受容による扁桃体シナプス可塑性から考える－
加藤総夫（東京慈恵会医科大学 神経生理学）

痛覚・嗅覚・味覚・内臓感覚などの原始感覚は，いずや皮質を経由せずに扁桃体に伝える経路である。CeC はれも，視床・皮質の認知系回路を介さずに，直接もしく

in vivo において選択的に侵害刺激に応答するため「疼痛

は腕傍核 (PB) のシナプスを介して扁桃体および拡張扁受容性扁桃体」とも呼ばれている。我々は，この投射路

桃体に投射する経路を持つ。我々は，特にこの中でも有の最終シナプスである PB-CeC シナプスでのシナプス伝害性の高い「痛み」の成立過程をシナプス・レベルで解達が，慢性神経因性疼痛動物において異痛症応答依存的

析することによって，ニューロン〜シナプスからボトムに増強し，機能的構造的変化を伴って固定化する事実をアップ的に情動あるいは有害性警告制御系の本態に迫る見出した。さらに，慢性痛におけるこの CeC の活動亢進

可能性を探求している。

が，下降性痛覚制御系を介して侵害受容閾値そのものに

脊髄後角 (DH) 膠様質および三叉神経脊髄路核膠様質

影響を及ぼす事実が最近示されており，CeC が有害性警の侵害受容ニューロンから PB を経て扁桃体中心核外側

告制御系の重要なメンバーである可能性が考えられる。

外包部 (CeC) へ至る DH-PB-CeC 路は，侵害情報を視床（6）痛みによる不快情動生成における分界条床核内神経情報伝達機構
南雅文（北海道大学 薬学研究院 薬理学研究室）

痛みによる不快情動生成機構について，「extended

また，我々はこれまでに本研究会において，背側分界条

amygdala」を構成する脳領域である分界条床核に着目し床核では，コルチコトロピン放出因子 (CRF) による神経て研究を進めている。一昨年および昨年の本研究会では，

情報伝達亢進が，アデニル酸シクラーゼ−PKA 系の活性

腹側分界条床核におけるノルアドレナリン神経情報伝達

化を介して，痛みによる不快情動生成に関与しているこおよびグルタミン酸神経情報伝達が，痛みによる不快情とを示す研究結果も報告しているが，この CRF 神経情報

動生成に重要であることを，主として行動薬理学的解析

伝達を調節することにより痛みによる不快情動生成を抑により示してきた。今年度は，腹側分界条床核でのノル制する神経ペプチドの探索を行ったので，その結果につアドレナリン神経情報伝達とグルタミン酸神経情報伝達

いても紹介する。

の相互作用の可能性について検討した結果を紹介する。

（7）ゼブラフィッシュ研究から見たヒトの心の成り立ち－Fish-eye’s view on human mind
岡本仁（理化学研究所 脳科学総合研究センター）

最近の研究から，硬骨魚類の終脳も，哺乳類の終脳の骨魚類では外套の背外側に，そして哺乳類では大脳腹外基本構造に相当する構造をもっていることが示された。

側にある扁桃体は，硬骨魚類では外套の背内側に相当す

発生過程において，哺乳類の外套は膨出 (evagination) すると推察される。さらに，終脳と脳の他の領域との神経るが，硬骨魚類の終脳では外套は外反 (eversion) する。

結合パターン，神経伝達物質の発現パターンなども考慮

その結果，哺乳類の大脳の背側中心部にある海馬は，硬すると，硬骨魚類の終脳にも海馬，扁桃体，基底核とい301

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

った行動制御のプログラムの蓄積に関わる領域が存在す変更に関わる神経回路の作動原理を求めて研究を進めてることが示唆され，現在は哺乳類と硬骨魚類の終脳の対いる。本講演では，始めに，情動と記憶に基づき行動を応が可能となってきた。我々は，神経回路が簡略化され制御するための脳の神経回路とはどのようなもので，どているゼブラフィッシュとマウスを実験材料として，遺のような進化をたどって成り立ったのかを解説し，次に，伝子操作技術を駆使して，神経活動の可視化や人為的操遺伝子操作法を駆使することによって，どのようなこと作を行うことで，行動制御プログラムの成立，読み取り，が明らかにできるかを論じる。

（8）生後脳の神経新生による恐怖記憶の制御メカニズム
井ノ口馨（富山大学 大学院医学薬学研究部 医学部生化学講座）

物理的あるいは遺伝子改変技術によって生後の海馬神か否かを調べた。 (1) X 線照射処置を受けて海馬の神経経新生が抑制されたマウス，もしくは海馬神経新生が促

新生がほぼ消失したマウスは，恐怖記憶の海馬依存的期進されたマウスを用いて，恐怖記憶の長期的な保持率と間が長くなっていた。 (2) 遺伝的に海馬の神経新生が低その時の記憶想起の海馬依存性を検討した。具体的には，下した FSM マウスもまた，恐怖記憶の海馬依存的な期間

生後海馬神経新生低下マウスとして，頭部局所への X 線が長くなっていた。 (3) 一方，豊富環境で飼育されて海照射処置を施したマウス，またはフォリスタチンを前脳

馬の神経新生が 2 倍程度になったマウスでは，恐怖記憶

特異的に過剰発現させた遺伝子改変マウス（FSM マウの海馬依存的期間が短縮されていた。

ス）を用い，海馬神経新生促進マウスとして，豊富環境

以上の結果から，記憶想起の海馬依存的期間が，さまざまな処置や状況に影響を受けること，さらに上記 (1)で飼育したマウスを用いた。
恐怖記憶の想起が海馬依存的であるか否かを検討する～(3) の実験結果より，海馬の神経新生の活発さが恐怖記

ために文脈性恐怖条件付けを行った。マウスに恐怖の体

憶の海馬依存的期間を決定する重要な要因の 1 つである

験をさせ，一定時間経過後に，神経活動を不活性化する

ことが明らかになった。

薬剤を海馬に注入し，直後にその恐怖記憶を想起できる（9）経験と時間による『恐怖神経回路』の再構成
関口正幸（国立精神・神経医療研究センター神経研究所 疾病研究第四部）

げっ歯類では，「電気ショックなどの嫌悪刺激」と「新習）。「再固定化」と「消去学習」は恐怖に根ざした連合

規環境や音への暴露」を組み合わせた恐怖条件付け試験

記憶の消長を決定する重要な過程であり，再固定化を抑が，研究に用いられている。条件付けされた個体を嫌悪制する薬物や消去学習を促進する薬物は，不安関連障害

刺激なしで再び条件付け時の環境や音に再暴露すると，に対する暴露型認知行動療法の効果を高める薬物として個体は「この状況に曝されると嫌なことがある」ことを国外で臨床試験が行われている。しかし，再固定化を抑思い出し防御行動をとる。この「想起」に伴い，記憶は制する薬物は消去学習も抑制し，逆に，消去学習を促進

より不安定な状態に遷移すると考えられている（再活性するものは再固定化も促進することがジレンマとなって化）。再活性化された記憶は，再暴露が短時間である場合いる。我々は消去学習による恐怖神経回路の再構成を利維持され，その連合記憶に根ざした防御行動の表出も維用して，これら 2 つの記憶修飾過程の一方のみを修飾す持される（再固定化）。一方，再暴露が充分な時間行われる薬物を見いだしている。本口演ではこれについて紹介

た場合，連合記憶に対する抑制性学習が新たに行われ，しながら，この弁別的作用の基本となる消去学習回路作

その記憶に根ざした防御行動は著しく弱まる（消去学

動原理について最近の知見を俯瞰する。

302

研究会報告（10）想起後の恐怖記憶増強のメカニズム喜田聡（東京農業大学 応用生物科学部 バイオサイエンス学科）

受動的回避反応課題ではマウスが明箱から暗箱に移動することが初めて明らかとなった。恐怖記憶想起時にはすると電気ショックを受け，暗箱に対する恐怖記憶を形海馬，扁桃体，前頭前野において c-fos 遺伝子発現が誘導成する。従って，マウスを再度明箱に入れた場合には，された。さらに，恐怖記憶を想起させた直後にタンパク

恐怖記憶は想起されるものの，恐怖記憶消去は誘導され質合成阻害剤アニソマイシンを扁桃体に局所注入するとず（暗箱に移動して，電気ショックを受けない場合にの恐怖記憶が破壊され，一方，海馬あるいは前頭前野にアみ消去が誘導される），この課題では，再固定化と消去をニソマイシンを局所注入しても恐怖記憶の破壊は観察さ区別して解析することが可能であると考えられる。このれず，記憶増強のみが阻害された。以上の結果から，恐課題において，恐怖記憶形成後に，マウスを明箱に戻し

怖記憶再固定化には扁桃体における新規タンパク質合成

た場合には，明箱での滞在時間が長くなり，想起によりが必須であるのに対し，恐怖記憶増強には海馬，前頭前恐怖記憶が増強されることが明らかとなった。また，記野における新規タンパク質合成が必須であることが示さ

憶想起後に遺伝子発現を阻害すると，恐怖記憶が破壊され，恐怖記憶の再固定化・増強制御機構における脳領域

れたことから，恐怖記憶再固定化が恐怖記憶増強と関係の役割の違いが示された。

303

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

9．シナプス研究会「記憶学習行動の基盤としてのシナプス可塑性」
2010 年 12 月 2 日－12 月 3 日
代表・世話人：林康紀（理化学研究所 脳科学総合研究センター）

所内対応者：重本隆一（大脳皮質機能研究系 脳形態解析研究部門）（１）Mechanisms underlying disruption of cortical function by neonatal isolation
宮崎智之（横浜市立大学大学院医学部研究科

生理学教室）（２）Synaptic correlates of fear extinction in the amygdala
天野大樹（ラトガース大学）（３）Chronic pain-triggered consolidation of synaptic potentiation in the nociceptive amygdala
加藤総夫（東京慈恵会医科大学 総合医科学研究センター 神経生理学）（４）Memory traces for short and long-term cerebellar motor learning
王

文（生理学研究所・脳形態解析研究部門）（５）In Search of the Molecular and Circuit Mechanism of Depression
胡

海嵐（中国科学院

神経科学研究室）（６）Large Dendritic Activity in Awake Animals
村山正宣（理化学研究所 脳科学総合研究センター）（７）Neural Representation of the Syntactic Structures in Vocal Signals Acquired by Imitative Learning渡辺大（京都大学大学院生命科学研究科 高次脳機能学）（８）Rewards of social behavior: activation of midbrain dopamine neurons during courtship singing of male birds
Neal A. Hessler（理化学研究所 脳科学総合研究センター）（９）Neuronal mechanisms controling innate and learned behaviors in the mouse olfactory system
小早川高（大阪バイオサイエンス研究所 神経機能学部門）【参加者名】
安島綾子（理化学研究所脳科学総合研究センター），天野松尾直毅（京都大学），三木麻莉子（名古屋大学），美津大樹（ラトガース大学），井田頼子（慶應義塾大学），岩

島大（横浜市立大学），宮崎智之（横浜市立大学），宮田

田亮平（国立遺伝学研究所），上野耕平（東京都神経科学

麻理子（東京女子医科大学），宮本大祐（東京大学），村総合研究所），梅村孝司（北海道大学），大屋大祐（横浜山正宜（理化学研究所脳科学総合研究センター）
，森口茂

市立大学）
，加藤総夫（東京慈恵会医科大学），国井美紗

樹（東北大学），山口和彦（理化学研究所），山﨑良子（東子（横浜市立大学），小早川高（大阪バイオサイエンス研

京大学），山下直也（横浜市立大学），山中衣織（名古屋究所），坂口昌徳（理化学研究所脳科学総合研究センター），大学），柚﨑通介（慶應義塾大学），渡邉

佐々木幸生（横浜市立大学），塩田倫史（東北大学），実

Hailan Hu (Chinese Academy of Sciences)，Neal A. Hessler

木（理化学研究所脳科学総合研究センター），松崎政紀（基亨（横浜市立大学），白尾智明（群馬大学），寸田祐嗣（北海道大学），高橋

葵（横浜市立大学），高橋琢哉

礎生物学研究所），以下

生理学研究所

重本隆一，山肩圭，Sumru Keceli，（横浜市立大学），多田敬典（横浜市立大学），中島和希（横葉子，石橋

浜市立大学），西洋

Wen Wang，田渕克彦，深澤有吾，松井 広，釜澤尚美，

崇（東京大Wajeeha Aziz ， Laxmi Kumar Parajuli ， Timotheus

真弓（奈良県立医科大学），野村（東京大学），野村寿博（慶應義塾大学）
，林
学）
，林

304

康紀（理化学研究所脳科学総合研究センター），

仁，田中悟志，江藤大（京都大学），

Budisantoso，Dwi Wahyu Indriati

研究会報告【概要】
There are many studies showing that a manipulation thatto directly demonstrate synaptic plasticity in animals that areblocks synaptic plasticity also blocks learning and memory

undergoing learning paradigms. In view of this, in the

but actual demonstration of the plastic change of synaptic

Synapse Meeting in 2010, we gather studies that actuallytransmission induced by learning behaviour has been scarce.

demonstrate plastic change of the neuronal circuit induced by

The lack of such evidence even casts doubt on thevarious behavioural paradigms. In view of current trends ofphysiological significance of synaptic plasticity. However,various scientific meetings, the meeting was conducted inrecent advance of mapping and detection techniques allow us

English.

（1）Mechanisms underlying disruption of cortical function by neonatal isolation
宮崎智之（横浜市立大学大学院医学部研究科

生理学教室）

Stressful events during early childhood can have acellular and circuit developmental processes leading to

profound lifelong influence on emotional and congnitive

behavioral dysfunction. Neonatal isolation prevents long-term

behaviours. However, the mechanisms by which stress affects

potentiation and experience-dependent synaptic trafficking of

neonatal brain circuit formation are poorly understood. Here,

AMPA receptors normally occurring during circuit formation

we find that neonatal social isolation disrupts molecular,

in the rodent barrel cortex. Abstract truncated.

（2）Synaptic correlates of fear extinction in the amygdala
天野大樹(Center for Molecular and Behavioral Neuroscience, Rutgers, The State University of New Jersey, USA)The approach used by clinicians to treat anxiety disorders is

stimulus, US), leading to fear extinction. However, thesimilar to that used to extinguish conditioned fear responses inmechanisms underlying fear extinction remain unclear. The

the laboratory. In both cases, the subject is repeatedly

main output station of the amygdala for conditioned fear

presented with the feared object (or conditioned stimulus, CS)

responses is the central medial nucleus (CEm). Abstract

in the absence of adverse consequences (or unconditioned

truncated.

（3）Chronic pain-triggered consolidation of synaptic potentiation in the nociceptive amygdala
加藤総夫（東京慈恵会医科大学 総合医科学研究センター 神経生理学）

Nociceptive signal is one of the most fundamental andtight link between the nociception and adaptive responses is

protopathic sensory information essentially linked to thehighly conserved throughout the evolution and very likely tosurvival of an individual. It is therefore of no wonder that it is

be the biological origin of “emotion” –closely connected to the neural circuits handling aversive

learn to “abominate” potentially aversive events. Abstract

information to generate optimized adaptive responses. This

truncated.

animals should305

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（4）Memory traces for short and long-term cerebellar motor learning
王

文（生理学研究所・脳形態解析研究部門）

The sustained decrease of cerebellar Purkinje cell (PC)

(PF-PC) synapses accounts for such a persistent decrease of

output is postulated to be a potential memory trace for motor

PC output and is associated with a decrease in number but notlearning. Earlier in vitro studies have shown that long-term

the altered channel properties of synaptic AMPA-type

depression (LTD) of excitatory parallel fiber-Purkinje cellglutamate receptors. Abstract truncated.

（5）In Search of the Molecular and Circuit Mechanism of Depression
胡

海嵐（中国科学院

神経科学研究室）

Depression is the most common psychiatric disorder,

Although this view has provided important new perspectives,affecting at least 10% populations in the world. The emerging

many key questions still remain as to which key brain regions

neuroplasticity hypothesis of depression proposes that theare involved, what types of neural plasticity change are

disease may result from a dysfunction of neural plasticity inoccurring, and what molecular mechanisms account for the

key brain areas involved in the control of mood and emotions.

alteration in neuroplasticity. Abstract truncated.

（6）Large Dendritic Activity in Awake Animals
村山正宣（理化学研究所 脳科学総合研究センター）

Very little is known about dendritic activity in living

stimulation by using a fiberoptic imaging method (Murayama

animals and even less about sensory processing and its

et al., J Neurophysiol., 2007; Murayama & Larkum, Nat.

relationship to behavior. Here, we measured dendritic calcium

Protoc., 2009). Dendrites of L5 pyramidal cells in

activity in layer 5 (L5) pyramidal neuron in the sensorimotor

somatosensory area were bolus-loaded with Ca2+-sensitive

cortex of awake and anesthetized rats following sensory

dye. Abstract truncated.

（7）Neural Representation of the Syntactic Structures in Vocal Signals Acquiredby Imitative Learning渡辺大（京都大学大学院生命科学研究科 高次脳機能学）

Vocal signals, the fundamental interface for communication,

the diversity and complexity in their temporal structures. In

convey information in their acoustic and temporal structures.

spite of the importance of syntax in vocal communication, theWhile vocal signals including human languages are composed

neural development and representation of syntax largelyof a finite set of acoustic elements, syntactic rules augment

remain unknown. Abstract truncated.

306

研究会報告（8）Rewards of social behavior: activation of midbrain dopamine neurons
during courtship singing of male birds
Neal A. Hessler（理化学研究所 脳科学総合研究センター）
As they are critical for survival of the species, social

I will discuss a variety of methods we have used to show thatinteractions in humans and other animals should be closely

when male finches sing to attract a female partner,

regulated by motivational systems in the brain. We have been

dopaminergic neurons in the midbrain ventral tegmental area

examining the role of such reward-related processing in(VTA) are highly active. Abstract truncated.

courtship behavior of a small Australian bird, the zebra finch.

（9）Neuronal mechanisms controling innate and learned behaviors
in the mouse olfactory system
小早川高（大阪バイオサイエンス研究所 神経機能学部門）

Odorant molecules are detected by olfactory sensory

map can be subdivided into three compartments along theneurons (OSNs) in the olfactory epithelium (OE) inside thedorso-ventral axis in the OB: a dorsal domain for class I ORs

nasal cavity. The OE can be divided into two, non-(DI domain), a dorsal domain for class II ORs (DII domain)

overlapping areas: a dorsal zone (D zone) and a ventral zone

and a ventral domain for class II ORs (V domain). Abstract(V zone). Vertebrate OR genes are phylogenetically divided

truncated.

into two distinct classes: class I and class II. The glomerular307

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）10．大脳皮質局所回路の機能原理
2010 年 12 月 9 日－12 月 10 日
代表・世話人：宋文杰（熊本大学大学院・医学薬学研究部）

所内対応者：川口泰雄（大脳神経回路論研究部門）（１）視覚像再構成と視覚野局所回路網の特性
宮脇陽一（（株）国際電気通信基礎技術研究所／（独）情報通信研究機構・脳情報研究所）（２）大脳皮質局所細胞集団による多様な情報のコーディング
田村弘（大阪大学大学院・生命機能研究科）（３）無麻酔ラットの長時間多点電極記録でさぐる脳ダイナミックスの階層的時間構造
加藤英之（理化学研究所・脳科学総合研究センター）（４）体性感覚系を用いた神経回路形成の時空間的制御解析
河崎洋志（東京大学大学院・医学系研究科）（５）局所回路の機能理解のための多角的生理行動学的解析
駒井章治（奈良先端科学技術大学院大学・バイオサイエンス研究科）【参加者名】
宋

文杰（熊本大学大学院・医学薬学研究部），一戸紀孝，

加藤英之，倉重宏樹，佐藤多加之，坪泰宏（理化学研

拓（国立精神・神経医療研究センター・神経研究究所・脳科学総合研究センター），河崎洋志（東京大学大所），宮脇陽一（（株）国際電気通信基礎技術研究所／（独）学院・医学系研究科），山下晶子（日本大学・医学部），

情報通信研究機構・脳情報研究所），田村 弘（大阪大学・

小島久幸（東京医科歯科大学・医歯学総合研究科），田中

生命機能研究科），駒井章治（奈良先端科学技術大学院大琢真（東京工業大学・総合理工学研究科），渡我部昭哉，学・バイオサイエンス研究科），金子武嗣，藤山文乃，越定金

水義登，田中康裕，田中康代，平井大地，岡本慎一郎，澤悦子，中川直，石川理子，吉田正俊，川口泰雄，窪平井康治，早川田芳之，大塚岳，森島美絵子，植田禎史，牛丸弥香，

坂野隆（京都大学大学院・医学研究科），青柳富誌生，太田絵一郎（京都大学大学院・情報学研究科），

理（基礎生物学研究所），井本敬二，稲田浩之，足苅部冬紀（生理学研究所）【概要】
平成 22 年度の「大脳皮質局所回路の機能原理」研究会解明に貢献できると期待できる。続いて，田村弘先生（大は 12 月 9 日と 10 日に開催された。内容は視覚皮質情報阪大学）は多電極を用いたマッピングにより，下側頭葉の解読，視覚皮質高次領野における情報表現の局所性，における図形表現の空間的局所性を示した研究を発表さ脳ダイナミクスの時間構造，および局所回路解明のためれた。サルの下側頭葉全体に表現されている図形情報のの新技術開発などに関するものであった。研究会では，すべてが約 1.6mm 幅の局所的な領域の細胞によって表現

まず宮脇陽一先生（ATR 脳情報研究所）は初期視覚皮質

できることを示され，下側頭葉に図形表現のハイパーコ

から非侵襲的に得られた fMRI 信号から，視覚刺激を逆ラムが存在することを提案された。一方，加藤英之先生に推定できることを紹介し，fMRI 画像と刺激画像を構成（理研 BSI）は，覚醒ラット大脳皮質のユニット活動を多するための基底関数も推定できることを示した。これは電極で長時間記録した後に，マルチスケール解析法を駆大脳皮質にどのような情報表現がなされているかについ使し，皮質活動ダイナミクスの階層的時間構造を示されて，定量的に研究する新しいアプローチで，世界的に注た。河崎洋志先生（東京大学）と駒井章治先生（奈良先目を集めている。発想や方法は電気生理学や他のイメー

端大）は，大脳皮質や皮質下構造の局所回路を研究する

ジングデータにも応用できるため，今後大脳皮質の機能ための分子生物学的なツールを多種作成され，その有用308

研究会報告性を示された。今後様々な分野での応用が広がることが後大脳皮質研究への貢献が期待できる。これらの研究発期待される。また，回路の構造に留まらず，神経活動に表に対し，会場から大変活発な質疑応答がなされた。多応じた細胞操作を可能にするツールの開発もなされ，今くの若手が研究会に参加し，積極的に討論に加わった。

（1）視覚像再構成と視覚野局所回路網の特性
宮脇陽一（（株）国際電気通信基礎技術研究所／（独）情報通信研究機構・脳情報研究所）

われわれの脳は，見ている画像刺激に応じた特有の脳

クセル間の fMRI 信号の相関に局所的な視野内のコント

活動パターンを生じる。この脳活動パターンと，画像とラスト情報が反映されていること，またその傾向は第一の関係を機械学習の手法でプログラムに学習させると，

次視覚野で最も顕著であることが，ヒトが見ている画像

脳活動パターンからそのとき見ていた画像を予測するこを fMRI 信号から再構成する研究（視覚像再構成）によとができるようになる。このような手法は神経デコーデって明らかになった。このように，神経デコーディング

ィングと呼ばれ，近年盛んに研究されている。神経デコー

は脳活動からヒトの知覚内容を読み出すことを可能にす

ディングを使うと，脳部位ごとの大域的な活動量の差だ

る興味深い技術であると同時に，局所回路における情報

けでなく，脳の局所回路構造から生じる微妙な脳活動パ表現を解明する上でも強力なツールとなりうる。本講演

ターンの差も見分けることできる。機能的磁気共鳴画像

では，fMRI 信号からの視覚像再構成の研究結果を題材と装置 (fMRI) を用いた研究では，ヒトの第一次視覚野かして中心的に取り上げ，局所回路の機能原理解明へむけ

ら，fMRI のボクセルサイズよりはるかに小さなコラムレた神経デコーディング技術の応用可能性について議論しベルで表現されている方位選択性の情報が神経デコーデ

たい。

ィングで読み出せることが示された。また近年，近隣ボ（2）大脳皮質局所細胞集団による多様な情報のコーディング
田村弘（大阪大学大学院・生命機能研究科）

物体の視覚像はどのように表現されているのか。特に際にどの程度の広がりを持った細胞集団が情報を表現で表現に関与する神経細胞の脳内分布を明らかにすること

きるのかは不明であった。最近，我々は，比較的小さなは，その背景にある神経回路の構成について重要な示唆

領域，およそ 1.6mm の幅，の下側頭葉皮質細胞集団が，を与える。例えば，ある領野全体に広がって分布する神皮質全体に広がって分布する同数の細胞集団と同程度の経細胞集団が物体の視覚像を表現する場合，次段階の神

情報表現能力を持つことを，マルチプローブマルチニ

経細胞または細胞集団はこれら皮質全体に広がって分布ューロン計測手法を用いて見いだした。この結果は，物する細胞から入力を受け取る必要がある。過去のいくつ体の視覚像の表現がこれまで考えられていた以上にコンかの研究は，ある領野全体に広がって分布する細胞集団

パクトであることを示している。

による表現の可能性を指摘している。しかしながら，実309

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（3）無麻酔ラットの長時間多点電極記録でさぐる脳ダイナミックスの階層的時間構造
加藤英之（理化学研究所・脳科学総合研究センター）

脳を構成する神経細胞の細胞内生化学過程で見られるµ

タイムスケールを階層的に含むシステムと類似した特性

秒の時間スケールから，個体の一生維持される記憶まで，を脳活動が示していることが分かった。この解析結果の紹

ダイナミカルシステムとしての脳には極めて多くの時間

介に加えて，スパイクタイミング依存可塑性が多数の神経スケールが存在している。我々は無麻酔で正常稼働状態の細胞集団に働くとき，どのような局所回路を作り得るかを

ラットの脳の活動の 8 時間に及ぶ長時間記録を，マルチス

理解する理論的方法も紹介したい。

ケール解析と呼ばれる方法で解析した。その結果，様々な（4）体性感覚系を用いた神経回路形成の時空間的制御解析
河崎洋志（東京大学大学院・医学系研究科）

マウス大脳皮質の一次体性感覚野に存在するバレル構細胞へと GFP を導入し，その投射経路の可視化を行っ造は，神経回路形成，可塑性および臨界期研究の代表的た。その結果，2/3 層神経細胞は，4 層のなかで特にセプなモデル系である。ヒゲで検出された体性感覚情報は，

タ優位に軸索投射をしていることを見出した。シナプト

三叉神経節，三叉神経核および視床を介して一次体性感

フィジン-GFP を発現させた実験結果から，セプタへの投

覚野第 4 層へと伝達される。このように末梢から皮質第射部位ではシナプスが形成されていることが示唆され4 層へと至る感覚情報伝達経路は詳細に解析されてきてた。さらに，ヒゲ傷害を行った実験結果から，このセプいるのに比して，一次体性感覚野における第 4 層以降のタへの投射パターンは視床皮質軸索パターンにより規定

神経回路構築は未だに不明な点があった。そこで我々は，されていることが示唆された。現在，この投射経路の形成

子宮内電気穿孔法を用いて一次体性感覚野の 2/3 層神経メカニズムや機能的意義についての解析を進めている。

（5）局所回路の機能理解のための多角的生理行動学的解析
駒井章治（奈良先端科学技術大学院大学・バイオサイエンス研究科）

近年の光学的手法の発達に伴い，これまで明らかとさ経科学の大きな柱である行動学的手法もここで今一度それてこなかった局所回路の実態に迫ることが可能となっのやり方について考え直す必要があるように思える。つてきた。2 光子レーザー走査顕微鏡を用いたイメージン

まり時空間的に高分解で神経活動を観測，刺激が可能とグにより，これまで集団活動でのみ計測されていた一次なった今，動物行動を細分化して観測する必要があると視覚野における方位選択性や色選択性を単一神経細胞レ考えられる。応答時間の比較的速い高次脳機能の解析のベルで可視化可能となってきたことは良い一例である。

ためにはこれまで高等霊長類が利用されてきた。しかし一方でオプトジェネティックスという新しい手法が導入

高等霊長類の脳は非常に大きく，前述の観測，刺激技術

され，時間的，空間的に制限された特定の神経細胞を単では対応しきれない点が多く存在する。そこで齧歯類を一細胞レベルで刺激，抑制することが可能となった。こ用いた認知行動の解析が見直され始め，豊富なバイオリ

れら神経活動の観測及び操作手法は技術の発展に伴ってソースも認知機能などの高次脳機能に対して利用可能に大きな進化を遂げてきたと言える。そこで，古来より神なってきた。そこで我々は齧歯類を用いた認知行動課題

310

研究会報告の確立と，ステレオタイプな本能行動を利用した一連の胞集団（局所回路）が規定する行動の理解が推進される行動の分断化を試みている。このような試みと上記の様ものと考えられる。本口演ではこういった試みを紹介しな光学的手法を組み合わせることによって，特定神経細

たい。

311

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

11．脳機能画像解析法研究会～脳領域間結合分析法
2010 年 12 月 9 日－12 月 10 日
代表・世話人：河内山隆紀（ATR-Promotions 脳活動イメージングセンタ）
所内対応者：定藤規弘（自然科学研究機構生理学究所心理生理研究部門）（１）領域間結合分析の考え方とその実習
河内山隆紀（ATR-Promotions 脳活動イメージングセンタ）（２）領域間結合解析の実際 －課題設計・解析・結果の報告－藤井猛（福井大学高エネルギー医学研究センター）（３）機能的 MRI による機能統合研究の実際 －課題設計と解析結果を中心に－
田邊宏樹（生理学研究所

心理生理学研究部門）【参加者名】
薫（東京大学大学

太戯留（慶應義塾大学），中村優子（九州大学歯学研究院），

院），伊藤文人（東北大学大学院），岩渕俊樹（京都大学

西村聡生（上智大学），橋本直樹（北海道大学大学院）
，

大学院）
，上野

早川友恵（帝京大学），疋田理菜（東京医科歯科大学大学

相澤恵美子（東北大学大学院），雨宮彩（東北大学大学院），宇杉竜一（琉球大学医学部），宇田武弘（大阪市立大学大学院），緒方洋院），藤井 猛（福井大学高エネルギー医学研究センター），輔（筑波大学大学院），小川朝生（独立行政法人国立がん藤田耕太郎（大阪大学大学院），前原吾朗（上智大学），

研究センター東病院），折口真希（京都大学），神原利宗

松村直亮（京都大学大学院），三浦直樹（高知工科大学），（東北大学大学院），呉宮本

瓊（岡山大学），小関優太（東北順（東京医科歯科大学），村瀬智一（明治国際医療大学大学院），酒井雄希（京都府立医科大学大学院），鹿大学大学院），山口

亨（花王株式会社），湯淺健一（東内

学（京都大学大学院），設楽仁（群馬大学大学院），

京大学大学院），楊

家家（岡山大学大学院），横井

四戸豊（岩手医科大学），柴田寛（京都大学大学院），（東京大学大学院），吉住美保（京都大学大学院），和田哲

剛也（岐阜大学大学院），岡澤剛起（生理学研究所），守田

格其

知代（生理学研究所），村田和義（生理学研究所），郷田

柴田みどり（慶應義塾大学先導研究センター），下村（大分大学），高橋俊昌（慶應義塾大学大学院），其惇（岡山大学大学院），豊巻敦人（北海道大学大学院），中村直一（生理学研究所），坂谷智也（生理学研究所）【概要】
1990 年に発見された機能的磁気共鳴画像法（以下のためには，先進的な解析法に関する議論や知識を共有

fMRI）はヒト脳機能を非襲的に探る上で卓越した可能性

する場の整備が急務であると考え，新しい形の研究会のをもっている。その発展の一端を担っているのが様々な開催するに至った。

解析手法である。近年，差分法による伝統的な手法に加研究会のテーマは，脳領域間結合解析である。従来のえて，脳機能画像の時空間情報を最大限に活用した新し差分法は，脳機能の局在性評価に特化した方法論であっい解析手法が提案されている。我々はこれらの解析に精たが，本解析法は，局在化した機能領域の統合過程を評通し，積極的に利用することが求められているが，その価できる手法である。近年，世界的に関心の高まりを見一方で，学際性の高い脳科学分野においては，数理的なせている分析法の 1 つであり，国内の fMRI 研究がその学問背景を持たない研究者や学生も多く，先進的手法に流れに乗り遅れないためにも，本解析法をテーマとした

取り組む際の敷居が大変高いのも事実である。実際，国研究会を開催したいと考えた。

内からの研究成果の発信は，まだ少なく，啓蒙や教育活

今年度の参加者は，47 名であった。講義や実習を含む動が必要であると考えられる。このような fMRI を取り新しい研究会の形式は参加者にとって好評であり，今後巻く現状を鑑み，国内の脳機能画像法研究の更なる発展もこのような形式の研究会の実施を望む声が多く寄せら

312

研究会報告れた。さらに領域間結合分析を自らの実験に取り入れた解析法に取り組む研究者が増えることで，今後の脳機能いと考える参加者あり，本研究会の開催意義が改めて感画像研究の発展が期待される。

じられた。研究会をきっかけにしてこのような先進的な（1）領域間結合分析の考え方とその実習
河内山隆紀（ATR-Promotion 脳活動イメージングセンタ）

脳機能画像法は，差分法と呼ばれる脳機能の局在性評

本研究会では，まず本解析法の原理や方法に関する知価に特化した解析法で発展したが，近年，逆に局在化し識を講義を通して参加者全員で共有し，その後，実際のた機能領域の機能統合の過程を評価できる方法である，データを用いて，本解析法の技能を身につける時間を設

脳領域間結合分析法が提案された。その思想自体は，脳けた。さらにその結果を検討することで，当解析法の有機能画像法の黎明期より存在したが，近年，動力学的モ

効性や問題点を確認した。また既に本解析法に取り組ん

デルや時系列分析の考え方を発展的に融合することで，でいる研究機関や個人に対しては，研究過程で生じた疑例えば，影響の因果性を加味した神経回路レベルでのモ問や課題を持ち寄り，問題解決の糸口を掴むための自由デル評価が可能となった。近年，世界的に関心の高まりな議論の場を設けた。以上のように，本発表は，全員参を見せている分析法の 1 つである。

加の研究会の場とした。

（2）領域間結合解析の実際 －課題設計・解析・結果の報告－藤井猛（福井大学高エネルギー医学研究センター）

近 年 ， 機 能 的 磁 気 共 鳴 画 像 法 (fMRI) に お い て ，路モデルと含むモデルを比較し，前者がより優れたモデ

connectivity 解析（脳領域間の関係性の解析）に注目が集ルであることを示した。さらにそのモデルにおける領域

まっている。しかし，従来の解析方法とは理論および手間の結合パラメータの値を比較し，失明者において晴眼

順が大きく異なるため，独力でその理論を理解した上で，者よりも，一次体性感覚野から視覚の背側経路を経て，自らの研究に適用するにはハードルが高い。そこで今回，後頭葉にいたる経路の connectivity が強いことを示した。

代表的な connectivity 解析の一種である Dynamic causal

またこれらの connectivity の強さは失明年齢と負の相関

modeling (DCM) について，その解析と結果の実例を示しを，課題成績と正の相関を示した。これにより失明者でて適用方法を解説した。

は，背側経路を介して後頭葉に活動が伝播して点字判別

例では，失明者および晴眼者による触覚点字判別課題
遂行時のデータを用い DCM で解析した。まず，Bayesianmodel selection (BMS) を用いて，失明者において一次視に寄与している可能性が示唆された。
これらの理解を通じて，今後 DCM が適用されて多くの成果が生み出されることを期待する。

覚野と一次体性感覚野の間に直接経路を含まない皮質経313

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（3）機能的 MRI による機能統合研究の実際 －課題設計と解析結果を中心に－
田邊宏樹（生理学研究所

心理生理学研究部門）

これまでの脳機能イメージング研究では，特定の心的形で示した。具体的には，我々が実際に行った「ベンハ機能を特定の脳部位にマッピングすることに主眼が置かムコマによる主観色生起時の大脳皮質視覚野における因れ，部位間の相互作用は軽視されてきた。しかし実際の果的機能結合」研究を紹介した。ベンハムコマによる主脳は部位ごとに単独で働いているわけではなく，解剖学

観色生起は，網膜細胞の局所的な相互作用がその主要因

的にも機能的にも連結し情報をやり取りしながら協同的と考えられているが，同時に大脳皮質視覚野の関与も示に働いている 1 つのシステムと考えることが出来る。近唆されている。我々の実験の結果，主観色知覚時にも通年，このような考え方に立ち，システムとして脳をとら

常の色知覚と同じく視覚の腹側路が強く関与しているこ

えようとする研究－機能統合研究－が進展してきていとが示された。さらに，ベンハムコマの知覚に主に関与る。

している V1, V2, V4, V4α, V5 の領域間の DCM 解析の結ここでは，機能統合研究の 1 つ「脳領域間結合解析」

果，主観的色知覚には V1-V2-V4 の双方向の因果的機能の 代 表 的 な 方 法 で あ る 「 Dynamic Causal Modelling

結合，その中でも特に V4→V2→V1 の逆行性結合が重要(DCM)」について，その有効性と限界をより分かり易いな役割を果たしていることが示唆された。

314

研究会報告12．認知神経科学の先端

身体性の脳内メカニズム
2010 年 10 月 22 日－10 月 23 日
代表・世話人：村田
所内対応者：伊佐哲（近畿大学医学部）

正（生理研・認知行動発達）（１）チンパンジーの自己認識平田聡（林原類人猿研究センター）（２）身体を通じて獲得する自己－自己認識発達研究への新アプローチ－
宮崎美智子（玉川大学・脳科学研究所）（３）Your action or mine? A neuronal code for others’ action in monkey medial frontal cortex
磯田昌岐（沖縄科学技術研究基盤整備機構 (OIST)）（４）運動と感覚の双対性と感覚脳から社会脳への拡張を支える共通神経基盤
内藤栄一（NICT バイオ ICT グループ/ATR 認知機構研究所）（５）慢性疼痛の発症基盤としての身体性（知覚－運動協応）
住谷昌彦（東京大学医学部麻酔学教室）（６）身体性情報構造が初期発達に与える影響の構成論的解明
國吉康夫（東京大学大学院情報理工学研究科

知能機械情報学専攻）（P-01）Body Image 拡張のコンピュータシミュレーションモデル：観察対象/手段としての身体佐藤勇起（東大院・総合文化研究科）（P-02）Cross-frequency coupling in eye-movement related LFP activities of freely viewing monkeys
伊藤淳司（理化学研究所 脳科学総合研究センター統計神経科学研究チーム）（P-03）The EBA dysfunction in the autism spectrum disorders (ASD); as a “comparator” of self
and other’s action in reciprocal imitation
岡本悠子（生理学研究所

心理生理学研究部門）（P-04）幻肢の状態を客観的に捉える方法
河島則天（国立障害者リハビリテーションセンター研究所）（P-05）見ている手の所有感覚によって増大する視覚運動残効
松宮一道（東北大学電気通信研究所）（P-06）身体外に生じる触覚跳躍宮崎真（高知工科大学 総合研究所）（P-07）行動することができない条件が健常者の近位空間に及ぼす影響
草場正彦（藤井会リハビリテーション病院，畿央大学健康科学部理学療法学科）（P-08）注視の共有によりロボットに自己身体を拡張する予備的検討
高橋英之（玉川大学 脳科学研究所）（P-09）ニホンザルにおける上肢運動の同調
長坂泰勇（理化学研究所・脳科学総合研究センター・適応知性研究チーム）（P-10）ニホンザルにおける社会的文脈の神経表象
柳川透（理化学研究所

脳科学総合研究センター 適応知性研究チーム）（P-11）視覚と体性感覚の異種感覚情報の統合による身体の認識が模倣能力に与える影響～右片麻痺患者による手指構成模倣の視覚遮蔽下模倣検査～
沖田

学（愛宕病院リハビリテーション科，高知大学大学院医学系研究科）

315

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（P-12）VR を用いた自己像幻視体験の誘発
鈴木啓介（理化学研究所 BSI 適応知性研究チーム）（P-13）ゴム手袋の形状や手姿勢を変化させた Rubber Hand Illusion における身体イメージの解析
福村直博（豊橋技術科学大学情報・知能工学系）（P-14）運動の主体感に関与する体性感覚領域の活動
和坂俊昭（自然科学研究機構

生理学研究所

統合生理研究系）

精神保健研究所

心身医学研究部，（P-15）不安による痛み修飾時の海馬の反応と日常の身体愁訴との関係
権藤元治（国立精神・神経医療センター

九州大学大学院医系学府

心身医学）（P-16）道具使用から考える身体表現の獲得と階層的情報処理モデル
荻野正樹（大阪大学大学院工学研究科）（P-17）複数の感覚システムを有するロボットの力学的解析
松田英子（東京大学大学院総合文化研究科）（P-18）身体への気づきに対する半側無視・運動・感覚の関与
早川裕子（山形大学医学系研究科高次脳機能障害学）（P-19）手の身体モデルは対象物認知に影響する
片山正純（福井大学大学院工学研究科知能システム工学専攻）【参加者名】
青木朋子（熊本県立大学），雨宮薫（東京大学大学院），

学研究所），千代原真哉（畿央大学大学院），筒井健一郎池上高志（東京大学大学院），伊佐正（生理学研究所），（東北大学大学院），寺島裕貴（東京大学大学院），友永雅

磯田昌岐（沖縄科学技術研究基盤整備機構），伊藤淳司

巳（京都大学霊長類研究所），内藤栄一（ATR・脳情報研（理化学研究所脳科学総合研究センター）
，井上

庸（北

究所/NICT），中川雅樹（国立障害者リハビリテーション

海道医療大学），植田耕造（畿央大学大学院），岡本悠子

センター研究所），長坂泰勇（理化学研究所 BSI）
，成田

（生理学研究所），小川昭利（理化学研究所脳科学総合研

悠輔（東京大学大学院），早川裕子（山形大学大学院），究センター），沖田

平田学（愛宕病院），荻野正樹（大阪大

聡（林原類人猿研究センター），福村直博（豊橋技学），小濱祐治郎（特定非営利活動法人ヘルパーコール），

術科学大学），藤井直敬（理化学研究所 BSI）
，前田和孝

掛水真紀（愛宕病院），片山正純（福井大学大学院），勝（広島大学大学院），松田英子（東京大学大学院），松宮一

山成美（東京医科歯科大学），加藤悦男（奈良先端大），道（東北大学電気通信研究所），松元健二（玉川大学・脳栢野藤章（真和クリエイション（株）ブレインコスモ研

科学研究所），松本和宏（ヤマハ発動機株式会社），三田究所），河島則天（国立障害者リハビリテーションセンタ

友記（国立障害者リハビリテーションセンター研究所），

ー研究所），河村章史（平成医療専門学院），草場正彦（畿三谷明範（東京大学），宮崎美智子（玉川大学・脳科学研

央大学大学院），國吉康夫（東京大学大学院）
，河野美香

究所）
，宮崎

（上田脳神経外科），権藤元治（九州大学大学院），阪口 豊（岡村一心堂病院），明和政子（京都大学大学院），村井千（電気通信大学），桜井良太（首都大学東京），佐々木哲也寿子（玉川大学・脳科学研究所），村田（基礎生物学研究所），佐藤勇起（東京大学大学院），佐藤

森岡芳宏（パナソニック株式会社），守田知代（生理学研

洋平（長野厚生連鹿教湯病院理学療法科），首藤康聡（岡究所），八木隆志（慶應義塾大学大学院），柳川

崎南病院リハビリテーション科），ZHOU SHUHUI（豊橋化学研究所 BSI）
，湯淺健一（東京大学大学院），吉田正

技術科学大学），杉浦綾香（東京大学），鈴木啓介（理化

俊（生理学研究所），米家

惇（東京大学大学院），和坂学研究所 BSI），鈴木俊昭（生理学研究所），渡辺

塁（首都大学東京人間健康

航（国立精神・神経医療研究センター），鈴木貴之（南山大学），住谷昌彦（東京大学），高
橋俊昌（慶應義塾大学大学院），高橋英之（玉川大学脳科

316

科学研究科）

真（高知工科大学総合研究所），宮崎昌也

哲（近畿大学），透（理研究会報告【概要】
ミラーニューロンの発見以来，神経科学においては認能イメージング，ロボティクス，神経心理など）から人

知機能と身体との関係が様々な観点から議論されてい選し，話題を提供してもらった。発表者は異なる領域でる。西洋思想においては身体とこころの問題を別々のも研究を進めているが，全員が共通の対象を研究テーマとのとして議論していたが，その後，現象学において身体して仕事を進めている研究当事者であるため，通常の学と精神がつながりの深いものとして考えられるようにな

会やシンポジウムでは得られない様々な視点からの活発った。一方，日本では，仏教や芸能において古来から身な議論が行われた。

体とこころは一体のものとして考えられていたが，思想

また，ポスター発表を含む参加者の側面からも，神経としての身体論が系統だって議論されてきたのは，それ生理学者だけに留まらず，リハビリテーション関係者やほど古いことではない。

複雑系研究者などバラエティのある次代を担う研究者達

いずれにしろ，身体性という言葉で，心と進退の問題が一同に会し，忌憚なく活発な議論がする機会を提供すがサイエンスの上で議論されるにいたったのは，近年にることに成功した。また，大学院生などの若手研究者おなってきてからである。そこで，本研究会では，身体性よび研究者の卵の参加を積極的に促すために，運営へのという心の問題に取って重要なキーワードを元に，この協力依頼や旅費の援助などを行い，その結果創参加者人

テーマを研究対象にアクティブに研究成果を出している数が 100 人程度となる盛況な会を開催することに成功し研究者を，様々な研究領域（電気生理，霊長類学，脳機た。

（1）チンパンジーの自己認識平田聡（林原類人猿研究センター）

チンパンジーは，鏡映像自己認識を示すことが知られきる，実物大ではない縮尺の映像を映すことができるとている。鏡を見ながら口を開けて自分の口の中を調べる

いった点である。10 個体のチンパンジーでテストをおこなど，鏡に映っている像が自己であることを認識していなった結果，2 個体において自己認識の証拠となる行動

る証拠となる行動を自発的におこなう。また，自分の目が自発的に観察された。これらの行動は，モニターに映では直接見えない身体部位にマークを付けるマークテスる映像を見て比較的初期に生じた。チンパンジーの自己トをおこなうと，鏡を見ながらそのマークを取ろうとす

認識が鏡映像に特有のものではなく，別の媒体の自己像

る行動も示す。こうした行動は，霊長類のなかでは大型に対しても容易に般化する能力であることが示された。

類人猿に特有であり，サルでは自己認識の証拠は得られふたつめの実験は，遅延自己像に対する反応を調べた研ていない。ただし，これまでのヒト以外の霊長類におけ究である。ヒトを対象とした先行研究で，2 秒遅延の自る自己認識の研究は，もっぱら鏡を媒体にしておこなう

己像を 3 歳児は正しく自己と認識できないことが示され

鏡映像自己認識に関するものであった。ヒトを対象としている。つまり，3 歳児の自己認識は，「いまここ」の世た研究ではビデオ映像などを用いた多角的研究がおこな界に強く密着しており，過去や未来の時間軸を通した自われているが，それと比較可能なデータはヒト以外の霊

己認識とは異なるものであることが示唆される。今回の長類では非常に少ない。そこで，チンパンジー対象に，

実験では，チンパンジーを対象に，1) ライブ（0 秒遅延），

ビデオカメラを用いて自己認識の諸側面を調べる実験的

2) 0.5 秒遅延，3) 1 秒遅延，4) 2 秒遅延，5) 4 秒遅延の映研究を大きく 2 つおこなった。ひとつめは，ビデオカメ像に対する反応を，自発的行動によるもの，および変形

ラを通してモニターに映された生の自己像に対する反応

版のマークテストによるものを元に観察した。その結果，を調べた研究である。ビデオカメラを通した映像は，鏡

4 秒遅延の映像に対しても，チンパンジーは自己認識の映像とは異なるいくつかの特徴がある。左右の対応が逆証拠となる行動を示した。つまり，チンパンジーの自己である，顔の正面ではない角度からの像を映すことがで認識は「いまここ」の世界に限ったものではなく，ヒト

317

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

4 歳児以上のものと同様に時間軸を通じた理解であるこ

し，自己認識の系統発生的基盤をチンパンジーの研究結とが示唆される。本発表では，こうした実験結果を紹介

果から考察する。

（2）身体を通じて獲得する自己－自己認識発達研究への新アプローチ－
宮崎美智子（玉川大学・脳科学研究所）

私たちは鏡に映った自己像を自分であると容易に判断あるかによって，幼児が異なる視覚－体性感覚間の統合することができる。このような能力は自己鏡像認識

処理を駆動させている可能性を示唆する。

(Mirror self-recognition) と呼ばれ，自己認識のターニング【アイ・スクラッチ課題の開発 －運動主体感の自己身体ポイントとして長年にわたり注目を浴びてきた。本講演

外への拡張】

では自己鏡像認識を可能にする二つの重要な能力として自分が操作している感覚（運動主体感）を自己身体外「身体表象の統合的処理」と「運動主体感の自己身体外への鏡像に対しても拡張することにより，自己鏡像認識がの拡張」という二つのトピックを取りあげる。

成立するという見方がある。Iriki et al. (2001) は通常自己【自己/他者認識における身体表象の統合的処理】

鏡像認識をしないマカクザルに段階的に複雑化する道具

ヒト乳幼児は 2 歳までに鏡に映る自己像を自分である使用を獲得させると，自分の手の映像にも自己を帰属さと認識できると言われる。幼児に気づかれないよう頭にせる自己鏡像認識の兆候が現れることを示した。従って，シールを貼り，鏡を見せると，2 歳児は鏡に映ったシー

運動主体感の拡張過程の発達を評価することは自己鏡像

ルを手掛かりに実際の自分の頭に貼られたシールに手を認識の成立メカニズムの解明に役立つと考えられる。し伸 ば す 。 こ の 課 題 は マ ー ク テ ス ト と 呼 ば れ (Gallup,

かし，四肢の発達が未熟かつ内省を得ることが困難な乳

1970)，自己鏡像認識の有無を検討する課題として用いら

幼児では成人を対象とした検討で用いられるような指標れてきた。先行研究では自分の頭に貼られたシールに手を用いて運動主体感の有無を評価するのは難しい。そこを伸ばすかどうかが専ら注目されてきたが，我々はシーで我々は乳児から成人までを統一的に扱う新たな実験パ

ル探索のファースト・サーチに注目することにより，身ラダイム，アイ・スクラッチ課題の開発に取り組んでい体表象の統合に関する特徴的な処理を反映したエラーがる。アイ・スクラッチ課題とは黒い画面が自らの視線に観察されることを見出した (Miyazaki & Hiraki, 2009)。具伴って削れて背後から絵が現れるという，従来の乳幼児

体的には，知らないうちに前頭部に貼られたシールを自研究では困難と考えられていた乳児の主体的行動が反映

己像のみを参照しながら探索させると，実際のシールにされるインタラクティブな課題である。この課題は，乳手を伸ばした 2 歳児のうち，4 割近くの被験児が「後頭幼児から成人まで適用可能であり，成人の内省にもとづ部から」探索を始めた。鏡に映る視覚的自己像の身体部

く視線の傾向の違いを指標として，乳幼児の視線から運位が実際の自己身体（体性感覚性の身体表象）のどの部

動主体感の有無を評価できると期待される。この課題を位に相当するか，という身体表象の統合的処理を行う際用いることによって，乳幼児の運動主体感という内的なに，前後軸の反転を無視したかのような対応づけをする

感覚を定量的に検討できる可能性について述べる。

ことが示唆された。さらに興味深いことに，実験者が自これら二つのトピックを紹介することで，自己鏡像認

身の身体を指し示してシール位置を教示した場合では，識，ひいては自己認識を構成する認知要素の相互の関係

後頭部探索エラーの割合は有意に減少した。このことは性について議論をしたい。

自己身体表象に対応づける対象が自己像であるか他者で318

研究会報告（3）Your action or mine? A neuronal code for others’ action in monkey medial frontal cortex
磯田昌岐（沖縄科学技術研究基盤整備機構 (OIST)）
What neuronal code in the brain might allow us todistinguish between self-action and others’ action? The

planning and increasingly recognized as important for social
cognition.

self-other distinction in the domain of motor act is of crucial

In this talk, I will show that apart from neuronal activity

importance for our productive social exchanges. For instance,

specific to one’s own action (self type) or nondifferential

people must accurately assign a shared outcome to one’s own

activity between self-action and the partner’s action (mirror

actions or those of another individual to decide the optimaltype), the medial frontal cortex encompasses a uniquelevel of cooperation and reciprocity. It remains unknown

neuronal code for the action of one’s partner (partner type).

where and how the action of others is uniquely represented.

These partner-type neurons were significantly more prevalent

To address this issue, we devised a task called thein the dorsomedial convexity region including the pre-SMA

role-reversal choice task. In this task, two monkeys monitored

than in the cingulate sulcus region including the rCMA.

each other’s action for planning adaptive behavior of their

Further, the firing property of these neurons was not

own. We recorded single-neuron activity in the medial frontal

accounted for by gaze direction, muscular activity, or social

cortex,area

hierarchy. I suggest that the medial frontal cortex is involved(pre-SMA) and the rostral cingulate motor area (rCMA),

in the self-other differentiation in the domain of motor act andwhich has been implicated in behavioral monitoring andmay provide a fundamental neural signal for social learning.

includingthepre-supplementarymotor（4）運動と感覚の双対性と感覚脳から社会脳への拡張を支える共通神経基盤
内藤栄一（NICT バイオ ICT グループ/ATR 認知機構研究所）
ヒトの運動，感覚，知覚，認知機能は脳の神経活動にる後頭頂葉の神経基盤が他者との社会的（心理的）距離

よって支えられており，ミラー・ニューロン・システムの評価にも拡張されて利用される証拠などを紹介する。

(MNS) でみられるように，脳は共通の神経基盤を利用し

MNS 以外でみられるこれらの証拠を通して，脳の共通のてこれらの機能を司る。この発表では，手足の運動制御

神経基盤が「運動と感覚の双対性」や「感覚脳から社会を司る運動野の神経基盤を用いてヒトがその運動感覚を脳への機能拡張」を支える可能性について議論したい。

知覚できる証拠，空間的（物理的）距離の判断に関与す（5）慢性疼痛の発症基盤としての身体性（知覚－運動協応）
住谷昌彦（東京大学医学部麻酔学教室）

慢性疼痛疾患の発症原因は末梢神経および脊髄レベル

すことなどから，末梢神経および脊髄レベルだけの異常

での分子生物学的な異常による神経過興奮と説明されてとは考えられない。我々は慢性疼痛の専門医として「ヒ久しい。しかし，慢性疼痛患者に神経ブロックによる求ト難治性疼痛患者の訴える病的疼痛の多くは大脳認知機心路遮断が必ずしも有効でないことや神経系（脊髄，視能の異常に由来する」という立場を取り，中枢神経系，床，大脳運動野）への電気/磁気刺激が鎮痛効果をもたら

特に大脳レベルに働きかける神経リハビリテーションと319

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

身体性（知覚－運動協応）をキーワードに診療を行ってした痛み（例：針で刺されるような）には無効であった。

いる。

このことから，深部感覚に関連した幻肢痛の発症基盤は我々が行っている神経リハビリについて A) 幻肢痛に対する鏡を用いた治療，B) 慢性疼痛疾患の視空間認知障
害とその矯正による治療の 2 つの話題を発表する。

身体性の破綻にあると考えている。
B)【疼痛による目的指向性運動の障害】些細な外傷後に疼痛が遷延する CRPS という疼痛疾患では視空間知覚

A)【幻肢痛】四肢切断後に知覚される幻肢痛に対してが障害されていることを明らかにした。さらに CRPS 患鏡を用いた治療法が提案されているが，その鎮痛機序は者は，合目的な運動も正確に行えない。そこで視空間知依然として不明である。これまでの我々の経験では，幻覚障害を視野偏位プリズム順応療法によって改善させる

肢痛に対する鏡療法を行うと幻肢の随意運動感覚が出現と運動障害だけでなく疼痛も改善したことから，視空間

し，それとともに深部知覚に関連した痛み（例：関節を知覚障害に起因する身体性の破綻が疼痛の発症基盤とな

捻られるような）は改善する一方，皮膚表在感覚に関連っていると考えている。

（6）身体性情報構造が初期発達に与える影響の構成論的解明
國吉康夫（東京大学大学院情報理工学研究科

知能機械情報学専攻）

ヒトの認知・行動とその神経科学的基盤の動作原理とこれらを通して言えることは，身体性に内在する情報構成原理を正しく根本的に理解するためには，発達論的構造が，皮質下神経系に駆動された身体運動を通して顕理解，特に，ごく初期の発達過程の理解が極めて重要で在化し，行動パタンと感覚運動情報構造を形作り，それある。ヒト胎児の振る舞いの発達については近年多くのが脳神経系の自己組織化に反映されていく，という原理

知見が蓄積され始めているが，それらを貫く発達原理にが構成可能なことである。さらに，この原理に基づく胎

ついては定性的な推測の域を出ない。

内学習の結果として，従来生得的反射とされてきた行動

初期発達期において，脳の形成・機能構築と並行しての一部が再現可能なことも新たな重要な知見である。

身体運動や知覚が発生し変化し続ける。この知覚・運動

現状のシミュレーションモデルは実際のヒトの赤ちゃ経験が脳神経系の自己組織化に影響しないとは考えにくんよりはるかに単純化された構造であるが，それでも，

いから，両者の双方向的影響がどのように発達の道筋を発達を支配する基本的な原理（ロジック）を実験的に構形作るかを理解することは重要である。しかし，特にヒ成できる場合があり，有用な知見となりうる。そして，トの胎児においてこれを明らかにする実験を行うこと

このアプローチは，超早産児やハイリスク児の一部にみは，技術的にも倫理的にも不可能に近い難事である。

られる発達障害のうち，胎児期の環境と発達に起因する

我々は，構成論的方法によりこの問題にアプローチしものについて，その基本的な発生ロジックの候補を提起ている。胎児・新生児の筋骨格系，身体形状，感覚器，することで，原理解明と適切なケア方法の選択に寄与す

子宮内等環境，脳神経系の一部，などをシミュレーショ

る可能性も秘めていると考える。

ンモデルとして構築・統合し，これを実行することで，

参考文献：

その行動，発達を支配する基本原理を明らかにしようと

Yasuo Kuniyoshi and Shinji Sangawa, Early Motor

試みている。これまでに，主に胎生中期までを対象としDevelopmentて，脊髄・延髄の振動ニューロン系と身体ダイナミクス

Dynamics-Experiments with A Cortico-Spinal-Musculo-の相互作用によりヒト類似の身体運動が発生する例，四Skeletal Model, Biological Cybernetics, vol. 95, no. 6, pp.

肢運動発達や手－顔接触行動発達が，体表触覚分布の違589-605, Dec., 2006.

いに影響を受ける例，原始歩行が胎内感覚運動学習によ

國吉康夫，寒川新司，塚原祐樹，鈴木真介，森り獲得される例，など，いくつかの具体的なデータを通人間的身体性に基づく知能の発生原理解明への構成論

して，身体性が初期発達に与える効果を検証してきた。

的アプローチ，日本ロボット学会誌，vol.28, no.4, 2010.

320

from

Partially

OrderedNeural-Body

裕紀，

研究会報告13．Motor Control 研究会
2010 年 5 月 27 日－5 月 29 日
提案代表者：関和彦（国立精神・神経医療センター神経研究所）
世話人：内藤栄一（ATR 脳情報研究所）
所内対応者：伊佐正（生理研・認知行動発達）（特別講演）神経系の回路構造に運動系の基本的な設計をどう読み取るか？
伊藤正男（理化学研究所

脳科学総合研究センター）

シンポジウム（チュートリアルレクチャー）これだけは最低理解しておきたい運動制御研究に必要な計算神経科学
理論の基礎と物の考え方
提案者：内藤栄一 (NICT/ATR)（S1）運動系の冗長性はどのように解消されるか？

－最適化によるアプローチ－
野崎大地（東京大）（S2）運動計画と運動学習－運動制御の観点から－
小池康晴（東工大）（S3）運動学習をモデルで考えよう
大須理英子 (ATR)（特別シンポジウム）神経系による運動制御研究の最前線
座長：北澤茂（順天堂大学）（S4）脳幹と脊髄の筋緊張制御系による運動の制御
高草木薫（旭川医大）（S5）膝状体外視覚系による視覚運動変換機構
伊佐正（生理学研究所）（S6）大脳小脳連関における小脳の機能的意義筧慎治（都神研）（S7）情報の表現から情報の流れへ
南部

篤（生理学研究所）（S8）弓状溝周辺皮質における眼と手の到達運動制御
蔵田

潔先生（弘前大学医学部）（S9）動的情報表現と行動制御
虫明
（総合討論

元（東北大学医学部）

20 分）Motor Control 研究の短期，中期，長期的ゴール
進行：北澤

茂

（公募シンポジウム 1）Motor Control: in Humans, for Robots
提案者：Ganesh Gowrishankar (NICT/ATR)（S10）How kinesthetic information can contribute for visual perception in humans
Nobuhiro Hagura (NICT/ATR)（S11）Learning soft manipulation from humans
Ganesh Gowrishankar (NICT/ATR)321

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（S12）Action planning based on learned affordances
Emre Ugur (CCC, ATR)
（S13）Learning stylistic models of human motion sequences for humanoid robotics:
High-accuracy on-line prediction and stylistic dynamic movement primitives
Takamitsu Matsubara (NAIST)（公募シンポジウム 2）運動制御回路を構成するニューロンの機能解析
提案者：西丸広史（筑波大学）（S14）ゼブラフィッシュを用いた脊髄運動系神経回路の機能解析
木村有希子（生理研）（S15）マウス脊髄反回抑制回路制御のシナプス基盤
西丸広史（筑波大）（S16）マウス大脳皮質運動野のニューロン活動の光制御
松崎政紀（東京大）
一般口演（小脳・制御モデル）（１）運動記憶痕跡の小脳皮質から核への移動に皮質のタンパク質合成は必要である
岡本武人 1,2，白尾智明 1，永雄総一 2（1 群馬大学大学院・神経薬理，2 理研脳センター・運動学習制御研究チーム）（２）小脳から大脳皮質背側運動前野への入力様式
橋本雅史，高原大輔，平田快洋，井上謙一，宮地重弘，
南部

篤，丹治

順，高田昌彦，星英司（玉川大・脳研，京大・霊長研・分子生理・統合脳システム，
京大・霊長研・行動神経・高次脳機能，生理学研究所・生体システム研究部門）（３）両手運動における大脳小脳連関の変調
荒牧勇，河内山隆紀，大須理英子，野崎大地（名古屋工業大学若手研究イノベータ養成センター，
ATR プロモーションズ脳活動イメージングセンター，
ATR 脳情報研究所運動制御機能回復研究室，東京大学大学院教育学研究科）（４）プリズム順応の学習と消去の時間経過－「速い学習系」と「遅い学習系」で説明できるのか？－井上雅仁，内村元昭，苅部綾香，北澤茂（順天堂大学医学部生理学第 1 講座）（５）視覚運動変換学習の誤差フィードバックに最適なタイミングは運動終了時か課題終了時か？
阪口豊，石川拓海（電通大院・情報システム学）（６）指標追跡運動における 2 つの並列制御器の分離とその機能の検証
李鍾昊，戸松彩花，筧

慎治（東京都医学研究機構・東京都神経科学総合研究所・認知行動研究部門）（７）運動中に時間変化するフィードバックゲイン
植山祐樹，宮下英三（東工大院・総理工・知能システム）（８）運動学習における報酬予測誤差と感覚予測誤差の役割
井澤

淳，RezaShadmehr（電気通信大学，JohnsHopkinsUniversity）（学習機能促進）（９）時間推定能力はタイミング予測を要する運動課題の訓練で向上する
角田吉昭，筧

322

慎治，永雄総一（理研・運動学習制御，東京都神経研・認知行動）

研究会報告（10）ヒト背側運動前野への経頭蓋直流電気刺激で，並列反応選択課題のパフォーマンスを向上させる
鈴木裕輔，内藤栄一（NAIST・情報，ATR-CMC，NICT Bio-ICT Group，大阪大院・医）（11）間欠的な視覚フィードバックによる周期運動学習の促進
池上剛，平島雅也，大須理英子，野崎大地（ATR，東大院・教・身体，NICT）（12）運動前短時間の感覚刺激による技能学習の停滞状態からの脱却
上原信太郎，南部功夫，戸松彩花，鈴木裕輔，李鍾昊，筧

慎治，内藤栄一（京大院・人環・共生人間/日本学術振興会，NICT，
東京都神経研・認知行動，NAIST・情報，ATR）（13）ヒト運動野の可塑性に対する情動の影響
小金丸聡子 1,2，美馬達哉 1，道免和久 2，福山秀直 1（1 京都大・医，2 兵庫医科大・高次神経制御系リハビリテーション科学）（全身運動・四肢運動協調）（14）着地からのジャンプにおける下肢・体幹の筋活動パターン
飯田祥明，稲葉優希，中澤公孝，金久博昭（東京大学総合文化研究科，鹿屋体育大学）（15）熟練度が全身リズム動作中の共収縮レベルに及ぼす影響三浦哲都，工藤和俊，大築立志，中澤公孝（東京大学大学院総合文化研究科）（16）空間位置を音階で定義した音によるトラッキング運動 －競泳ドルフィンキックの場合－
下門洋文，市川浩，椿本昇三，高木英樹（筑大院・人間総合・体育科学，国立スポーツ科学センター）（17）プリズム適応における学習と記憶保持特性に与える重力の影響
加島崇史，和田佳朗，桑田成雄，平田豊（中部大院・工・情報工学，奈良県立医科大・医・医，航空自衛隊・航空医学実験隊）（18）落下タイミングの予測で反射的活動は抑制されるか？
須田悠紀，北澤茂，米田継武（順天堂大院）（19）運動指令の違いが同側二肢協調動作の安定性に与える影響
中川剣人，田代哲朗，村岡哲郎，坂本将基，彼末一之（早稲田大学大学院スポーツ科学研究科，日本大学経済学部，早稲田大学スポーツ科学学術院）（20）脚関節間協調に注目した歩行運動の解析
垣内田翔子，橋爪善光，西井淳（山口大院・理工）（認知運動）（21）運動イメージによる転移
雨宮薫，小嶋祥三（東大院・医・脳神経医学，慶應・人文 GCOE）（22）物体への接触が運動イメージ中の皮質脊髄路の興奮性に及ぼす影響
水口暢章，坂本将基，村岡哲郎，中川剣人，中田大貴，彼末一之（早大院スポーツ科学，日本学術振興会，早大スポーツ科学，日大経済）（23）視覚－運動連合学習には視覚情報に対するセルフエージェンシーが必要である
廣瀬智士，小原一樹，内藤栄一，松村道一（情報通信研究機構，京大院・人・環，ATR-CMC, DCN，大阪大院・医）（24）観察学習中の一次運動野の活動変化
森山倫良，水口暢章，坂本将基，彼末一之（早稲田大学・スポーツ科学学術院）（25）幻肢の状態を客観的に捉える方法
河島則天（国立障害者リハビリテーションセンター研究所・運動機能系障害研究部）

323

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（26）聴覚フィードバック情報に基づく到達運動のオンライン修正
藤井進也，平島雅也，野崎大地（東大院・教育・身体教育学）（27）聴覚運動統合の神経機構：手指による音高操作に関与する皮質領域
橘亮輔，柳田益造，力丸裕（同志社大・院・生命医科，同志社大・院・理工）（眼球運動から行動発現まで）（28）前頭眼野による急速眼球運動および滑動性眼球運動の抑制
伊澤佳子（東京医歯大院・医・神経生理）（29）眼球運動学習中のサル大脳皮質の神経活動
大藤智世，竹村文（筑波大院・人間総合科学・感性認知脳科学，
産総研・ヒューマンライフテクノロジー・システム脳科学）（30）短潜時の修正運動制御に学ぶ
竹村

文，安部川直稔，河野憲二，五味裕章（（独）産総研・ヒューマンライフテクノロジー・システム脳科学，
NTT・CS 研，京大院・医学研究科・認知行動脳科学）（31）ラットにおける上丘両側性破壊による自発運動への影響
長谷川良平，野田康剛，長谷川由香子（産総研・ヒューマンライフテク・ニューロテク）（32）複数ニホンザルにおける上肢運動の無意識的な同調
長坂泰勇，ZenasC.Chao，長谷川有美，能登谷智則，藤井直敬（理研・BSI・適応知性研究チーム）（歩行）（33）トレッドミル歩行およびその経験がトレッドミル上での視知覚に及ぼす影響
谷部好子，渡辺はま，多賀厳太郎（高知工科大学総合研究所，東京大学大学院教育学研究科身体教育学コース）（34）歩行中の手先振動を抑制するシナジーの解析
東郷俊太，香川高弘，宇野洋二（名大院・工・機械理工学）（35）歩行時の特徴的動作に基づく関節間協調の構成要因の評価
舩戸徹郎，青井伸也，土屋和雄（京大・工・機械理工，京大・工・航空宇宙，同志社大・理工・エネルギー機械）（36）歩行中の後方転倒誘発刺激に対する補償動作パターンの解析
香川高弘，太田雄，宇野洋二（名大院・工・機械）（脊髄）（37）覚醒行動下のサルにおける筋求心性神経へのシナプス前抑制
金

祉希，関

和彦

（国立精神・神経医療研究センター・神経研究所・モデル動物開発研究部）（38）脊髄介在ニューロンは把握運動におけるシナジーの形成に貢献しているか？
武井智彦，関和彦（国立精神・神経医療研究センター・神経研究所・モデル動物開発研究部）（39）運動軌跡は一次求心性ニューロンによってどのようにコードされているか？
梅田達也，坂谷智也，山下沖人，佐藤雅昭，森本淳，関和彦，川人光男，伊佐正（生理研・認知行動発達，ATR，国立精神・神経センター）324

研究会報告（40）ペダリング運動と経皮的電気刺激の併用治療が spinalinterneuron に与える影響
山口智史，藤原俊之，田辺茂雄，村岡慶裕，大須理英子，大高洋平，里宇明元（慶應大院・医・リハビリ，藤田保衛大・医療科・リハビリ，国病機構村山医センター・臨研センター，ATR・脳研，東京湾岸リハ病院）（41）長期的な身体運動による脊髄反射応答の特異的変化
小川哲也，河島則天，鈴木秀次，中澤公孝（国リハ運動部，早大・人間科学，東大院・総合文化）（一次感覚運動領野のリハビリテーション）（42）第一次運動野損傷前後の精密把握動作中の脳血流変化－PET を用いたサルの脳機能イメージング－
村田弓，肥後範行，西村幸男，林拓也，大石高生，塚田秀夫，伊佐正，尾上浩隆（産総研・ヒューマンライフテクノロジー，生理研・認知行動発達，
理研・分子イメージング科学研究センター，
京大・霊長研・分子生理，浜松ホトニクス・中央研究所）（43）健常及び損傷後のマカクサル運動皮質における SPP1 の役割変化
杉山容子，肥後範行，大石高生，山下晶子，村田弓，山本竜也，伊佐正（筑波大・人間総合科学，産総研・ヒューマンライフ，京都大・霊長研・統合脳システム，
日大・医・応用システム神経科学，生理研・認知行動発達）（44）Mirror therapy による皮質運動興奮変化
野嶌一平，美馬達哉，小金丸聡子，福山秀直，川又敏男（神大院・医・リハ，京大院・医・脳機能センター）（45）脳卒中片麻痺例における運動負荷に依存した脳活動の Laterality
武田湖太郎，安田恒，相原孝次，北佳保里，大高洋平，大須理英子（ATR 脳情報研究所，東京湾岸リハビリテーション病院）（運動情報表現）（46）両腕運動学習中の潜在的な視覚エラー割り当てにおける混線
森山翔子，野崎大地（東大院・教育・身体教育学コース）（47）両腕運動学習の汎化様式から明らかになった両腕運動情報の掛け算的情報表現
横井惇，平島雅也，野崎大地（東大院・教育・身体教育学，学振・特別研究員（DC））（48）Interpreting the neural activity of monkey’s sprimary motor cortex during reaching movement
using joint angular velocity and joint torque
上田大志，新井直樹，田村優治，宮下英三（東工大院・総理工・知能システム）（49）筋座標系仮説に基づく一次運動野モデルから生じる見かけ上の筋及び空間情報表現ニューロン
平島雅也，野崎大地（東大院・教育）（運動前野と一次運動野）（50）マカクザルの淡蒼球内節 (GPi) から背側運動前野 (PMd) への多シナプス性入力様式
佐賀洋介，平田快洋，高原大輔，井上謙一，宮地重弘，
南部

篤，丹治

順，高田昌彦，星英司（玉川大・脳研，京大・霊長研・統合システム，
京大・霊長研・高次脳，生理研・統合生理・生体システム）（51）「抽象的動作」と「視覚空間」の情報が運動前野へ入力する経路は異なる
山形朋子，中山義久，丹治順，星英司（玉川大・脳研）

325

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（52）運動前野背側部における仮想レベルから運動レベルへの動作の変換
中山義久，山形朋子，丹治順，星英司（玉川大・脳科学）（53）報酬系の活性化がヒト一次運動野に与える影響
美馬達哉，Mohamed Nasreldin Thabit Hamdoon，小金丸聡子，福山秀直（京大院・医・脳機能総合研究センター）（BMI 関連）（54）運動課題中の EEG データから脳内電流源をベイズ推定する
相原孝次，武田湖太郎，安田
花川

隆，本田

恒，大高洋平，田中悟志，学，佐藤雅昭，川人光男，大須理英子（ATR・脳情報，NCNP・神経研・疾病研究第七部，東京湾岸リハ病院，
生理研・心理生理，ATR・脳情報解析）（55）重度運動障害者の意思伝達支援を行う BMI における P300 脳波誘発手法の検討
高井英明，南哲人，長谷川良平（産総研・ヒューマンテク，豊橋技科大・エレクトロニクス先端融合 RC）（56）Decoding two different sequential finger movement from fMRI signal
南部功夫，羽倉信宏，川人光男，内藤栄一 (NICT，ATR-CNS，JSPS，ATR-CMC)（57）運動皮質における可塑的な機能変化の観測・誘発技術を用いた BMI ポート形成の試み
深山理，鈴木隆文，満渕邦彦（東大院・情理）（58）習熟度を考慮した筋電義手制御システムの開発
北佳保里，横井浩史（ATR・脳情報研究所，電通大院・情報理工）【参加者名】
相原孝次（国際電気通信基礎技術研究所・脳情報研究所・

上田大志（東京工業大学・大学院 総合理工学研究科 知運動制御・機能回復研究室），青木朋子（熊本県立大学・能システム科学専攻・宮下研究室），上原信太郎（京都大環境共生学部食健康科学科），雨宮

学・大学院 人間・環境学研究科 共生人間学専攻），植山薫（東京大学・大学
勇祐樹（東京工業大学・大学院 総合理工学研究科知能シス（名古屋工業大学・若手研究イノベータ養成センター），

テム科学専攻・宮下研究室），内村元昭（順天堂大学・大

有村奈利子（玉川大学脳科学研究所・星研究室），飯田祥

学院 医学研究科・神経生理学教室），宇野洋二（名古屋

明（東京大学・大学院総合文化研究科・中澤研究室），池大学・大学院 工学研究科 機械理工学専攻），梅田達也（自上

然科学研究機構生理学研究所・認知行動発達機構），大須院 脳神経医学専攻・感覚運動神経科学教室），荒牧

剛（ATR・脳情報通信総合研究所，脳情報研究所・
正（自然科学研究機

理英子（国際電気通信基礎技術研究所・脳情報研究所・構生理学研究所・発達生理学研究系・認知行動発達機構

運動制御・機能回復研究室），大築立志（東京大学・大学

研究部門），伊澤佳子（東京医科歯科大学・大学院 医歯院総合文化研究科生命環境科学系・身体運動科学研究

学総合研究科 システム神経生理学）
，井澤

淳（電気通

室）
，大藤智世（筑波大学・大学院 人間総合科学研究科

信大学情報システム学研究科），石田文彦（富山高等専門

感性認知脳科学専攻・産総研（連携大学院）），大屋知徹

学校・専攻科），一戸紀孝（弘前大学・大学院医学研究科・（国立精神神経医療研究センター・モデル動物開発研究

神経解剖・細胞組織学講座），井上雅仁（順天堂大学・医部），岡本武人（群馬大学大学院・医学系研究科医科学専

学部・生理学第 1 講座），岩見雅人（筑波大学・大学院人攻・神経薬理），岡本泰樹（東京大学大学院・大学院教育間総合科学研究科体育科学専攻・体力学研究室），Ugur

学研究科身体教育学コース），小川哲也（国立障害者リハ

Emre （ 独 立行政 法 人 情 報通 信 研 究 機構/Middle East

ビリテーションセンター研究所・運動機能系障害研究

Technical Univ.・未来 ICT 研究センター バイオ ICT グ部・神経筋機能障害研究室），小倉太郎（東京大学・大学

ループ/Computer Engineering・計算神経サブグループ），

院 情報理工学系研究科 システム情報学専攻・満渕・鈴運動制御・機能回復研究室）
，伊佐

326

研究会報告木研究室），小野友輔（東京大学・大学院 情報理工学系

究科・身体教育学コース），杉内友理子（東京医科歯科大研究科 システム情報専攻・第七研究室），垣内田翔子（山学大学院・医歯学総合研究科・システム神経生理学），杉口大学・大学院 理工学研究科 自然科学基盤系専攻・生

山容子（筑波大学大学院・人間総合科学研究科 認知脳科

体情報システム研究室），香川高弘（名古屋大学・機械理学専攻），鈴木裕輔 (ATR-CMC, Kyoto/NAIST)，鈴木隆文

工学専攻・宇野研究室），筧慎治（（財）東京都医学研（東京大学・大学院 情報理工学系研究科 システム情報学

究機構・東京都神経科学総合研究所・高次脳機能研究分

専攻・満渕研究室），須田悠紀（順天堂大学・大学院 医野・認知行動研究部門），加島崇史（中部大学・大学院 工学研究科・生理学第一），関学研究科 情報工学専攻・平田研究室），加藤寛之（東京究センター・神経研究所・モデル動物開発研究部門），高大学・大学院 教育学研究科・身体教育学コース），加藤井英明（産業技術総合研究所・ヒューマンライフテクノ

利佳子（生理学研究所・発達生理学研究系・認知行動発

ロジー研究部門・ニューロテクノロジー研究グループ），

達機構研究部門），門田浩二（東海学園大学・健康人間学

高草木薫（旭川医科大学・生理学講座神経機能分野）
，高

部）
，門田

橋真有（東京医科歯科大学・大学院医歯学総合研究科・

宏（東京大学・大学院教育学研究科），金田

和彦（国立精神神経医療研

勝幸（生理研・認知行動発達），彼末一之（早稲田大学・

システム神経生理学），高橋

スポーツ科学学術院・スポーツ神経科学研究室），河島則

健学研究科・健康・スポーツ医科学研究室），瀧山天（国立障害者リハビリテーションセンター研究所・運京大学・大学院新領域創成科学研究科複雑理工学専攻），

動機能系障害研究部・神経筋機能研究室），北佳保里（株武井智彦（国立精神・神経医療研究センター・神経研究

式会社国際電気通信基礎技術研究所・脳情報研究所・運所・モデル動物開発研究部），武田湖太郎（ATR・脳情報

動制御・機能回復研究室），北澤

研究所・運動制御・機能回復研究室），竹村茂（順天堂大学・大学

真（広島大学・大学院 保
健（東

文（
（独）

院 医学研究科 神経生理学専攻），岐部琴美（東京大学・

産業技術総合研究所・ヒューマンライフテクノロジー研

大学院 教育学研究科 身体教育学コース），金究部門・システム脳科学）
，橘

祉希（国

亮輔（同志社大学・大学

立精神・神経医療センター神経研究所・モデル動物開発

院 生命医科学研究科 生命医科学専攻・知覚・認知脳神研究部），木村有希子（自然科学研究機構・岡崎統合バイ

経機構研究室），田中真樹（北海道大学・医学研究科・認

オサイエンスセンター・神経分化），桐本光（新潟医療知行動学分野），谷由加利（筑波大学・医学群医療科学類・航（東京大学・大学院

人間総合科学研究科西丸研究室），田巻弘之（新潟医療福福祉大学・医療技術学部），久保

教育学研究科身体教育学コース・野崎研究室），蔵田潔

祉大学大学院・医療福祉学研究科），月本洋（東京電気（弘前大学・大学院 医学研究科・統合機能生理学講座），

大学工学部情報通信工学科），角田吉昭（独立行政法人理倉山太一（東京湾岸リハビリテーション病院），黒木

忍

化学研究所・脳科学総合研究センター・運動学習研究チー（東京大学大学院・情報理工学系研究科），Gowrishankarム），東郷俊太（名古屋大学大学院・工学研究科機械理工

Ganesh (NICT, CNS-ATR・Biological ICT group)，小池康

学専攻電子機械工学分野・宇野研究室），戸松彩花（東京晴（東京工業大学・ソリューション研究機構），小金丸聡

都神経科学総合研究所），冨田子（京都大学・大学院 医学研究科 脳機能総合研究セン部エネルギー機械工学科・土屋研究室），内藤栄一（情報ター），國部雅大（大阪体育大学・スポーツ科学研究科），

通信研究機構/ATR・未来 ICT 研究センター・バイオ），後藤遥介（京都大学・大学院 人間・環境学研究科共生人

中川剣人（早稲田大学・スポーツ科学研究科・スポーツ間学専攻・認知・行動科学講座松村道一研究室），五味裕

神経科学研究室），長坂泰勇（（独）理化学研究所・脳科章（NTT コミュニケーション科学基礎研究所・人間情報学総合研究センター・適応知性研究チーム），中村加枝（関科学研究部・感覚運動研究グループ），齊藤

西医科大学・生理学第二），中山義久（玉川大学・脳科学

慧（東京湾

望（同志社大学・理工学

岸リハビリテーション病院），佐賀洋介（玉川大学・脳科

研究所）
，南部

学研究所・星研究室），阪口豊（電気通信大学・大学院

体システム研究部門），南部功夫（情報通信研究機構・未情報システム学研究科），篠田義一（東京医科歯科大学・

来 ICT 研究センター・バイオ ICT グループ），西田知史（京大学院医歯学総合研究科・システム神経生理学），下門洋

都大学・大学院 医学研究科 医学専攻・認知行動脳科学），

文（筑波大学大学院・人間総合科学研究科 体育科学専

西丸広史（筑波大学・大学院 人間総合科学研究科・基礎

攻・水泳研究室），鄭

医学系生理），西村幸男（科学技術振興機構・さきがけ），

柱錫（東京大学大学院・教育学研

篤（自然科学研究機構生理学研究所・生327

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

野崎大地（東京大学・大学院教育学研究科・身体教育学

大学・大学院医学系研究科・構造生理学），松原崇充（奈コース），野嶌一平（神戸大学・大学院医学系研究科），

良先端科学技術大学院大学・情報科学研究科・知能情報

則武厚（関西医科大学・生理学第二講座・中村研究室），

処理学講座），三浦哲都（東京大学大学院・総合文化研究羽倉信宏（株式会社国際電気通信基礎技術研究所・脳情科広域科学専攻生命環境科学系・身体運動科学研究室），

報研究所・運動制御・機能回復研究室），橋本雅史（玉川

水口暢章（早稲田大学・大学院 スポーツ科学研究科・ス

大学・脳科学研究所・星研究室），長谷川良平（産業技術

ポーツ神経科学），美馬達哉（京都大学・大学院 医学研

総合研究所・ヒューマンライフテクノロジー研究部門・

究科脳機能総合研究センター），宮下英三（東京工業大

ニューロテクノロジー研究グループ）
，花川

隆（国立精

学・大学院総合理工学研究科・知能システム科学専攻），

神・神経医療研究センター・神経研究所疾病研究第七部・宮地重弘（京都大学霊長類研究所行動神経研究部門・高第一研究室），林久仁則（筑波大学大学院・人間総合科学

次脳機能分野），虫明

研究科・運動生理学研究室），林

究科・生体システム生理学分野），村田和子（関西医科大学・元（東北大学・大学院 医学系研哲（近畿大学・

医学部生理学第二），春野雅彦（玉川大学・脳科学研究所），

医学部・生理学 I），村田 弓（（独）産業技術総合研究所・

平島雅也（東京大学・大学院 教育学研究科・野崎研究室），

ヒューマンライフテクノロジー研究部門・システム脳科

廣瀬智士（情報通信研究機構・神戸研究所 未来 ICT 研

学研究グループ），森山翔子（東京大学・大学院教育学研究センター・バイオ ICT グループ），深山 理（東京大学・

究科・身体教育学コース野崎大地研究室），森山倫良（早大学院 情報理工学系研究科 システム情報学専攻・満稲田大学・スポーツ科学部・彼末研究室），谷部好子（高渕・鈴木研究室），福士珠美（JST・研究開発戦略センター・

知工科大学・総合研究所・宮崎真研究室），山形朋子（玉ライフサイエンスユニット），福村直博（豊橋技術科学大

川大学・脳科学研究所・星研究室），山口智史（慶應義塾学大学院・情報・知識工学系・生体運動制御システム研

大学・大学院医学研究科リハビリテーション医学教室），究室），藤井進也（東京大学・大学院 教育学研究科 身体

山下大地（京都大学・大学院 人間・環境学研究科 共生

教育学コース・野崎研究室），藤井慶輔（京都大学大学院・人間学専攻），山脇

人間・環境学研究科認知・行動科学講座・運動制御学研

身体教育学コース），横井究室），藤原祐介（電気通信大学 情報システム学研究科），

学研究科 身体教育学コース・野崎大地研究室），吉田舩戸徹郎（京都大学・大学院 工学研究科機械理工学専（千葉県立保健医療大学・健康科学部リハビリテーション

攻）
，星

学科）
，李

英司（玉川大学・脳科学研究所），本多卓也（東学（東京大学・大学院教育学研究科
惇（東京大学・大学院 教育晋鍾昊（東京都神経科学総合研究所・認知行動）

京大学・教育学研究科・身体教育科学），松崎政紀（東京【概要】
平成 22 年度の本研究会には 137 名の参加があった。世た。第二回より開催した優秀発表賞などの試みも定着し話人は ATR 脳情報研究所の内藤栄一であった。参加者のてきた。特別講演では世界の脳科学研究を長年リードさ

平均学位習得後年は約 5.27 年であり，また工学・体育・れてきた伊藤正男先生にお願いし，若い世代研究者にとリハビリテーションなど学際分野からの参加者が大半をっては今後の研究生活のよい指針となった。昨年度はチしめた。従って，若手・中堅中心の学際分野を含めた参ュートリアルシンポジウム，また運動制御研究の「最前加者が多数集まるという目的は過去 4 年を通して達成さ線」を抽出・議論するシンポジウムを新たに行った。まれていると考えられる。また本研究会ではボトムアップ

た第 3 回より行っている，若手研究者が自発的にシンポ的な運営を行うという方針から，希望者には発表をしてジウムをオーガナイズし，それをきっかけに研究コミュ

もらうという新たな試みを行った。その結果，合計 58

ニティを深化させる試みを継続した。

の口演+ポスター発表があり，活気のある議論が行われ

328

研究会報告シンポジウム（チュートリアルレクチャー）これだけは最低理解しておきたい運動制御研究に必要な計算神経科学
理論の基礎と物の考え方
提案者：内藤栄一 (NICT/ATR)
大学入試のころには，数学が大きな得点源であった人

方について，日本を代表する 3 名の先生方にわかりやすも数多いことでしょう。しかし，ハタと気づくと!?読めく解説いただきます。この考え方，発想を取り入れると，さえしない記号が氾濫する数式を全く理解できなくなっ今までとは違う新鮮な観点から脳がみえてくるかもしれていること (learning no-use) を嘆いている人も多いことません。このレクチャーが，計算論との距離を縮め，個々とお察しいたします（大きい声では言えないが計算論のの研究が益々多面的に発展する契機となれば幸いと思いお膝元で研究する私がそうである）。このレクチャーで企画してみました。

は，いまさら聞けない，計算神経科学の基礎と物の考え（S1）運動系の冗長性はどのように解消されるか？ －最適化によるアプローチ－
野崎大地（東京大学・大学院教育学研究科）

我々の筋骨格系は，単一の関節における筋力発揮に複の最適解が予測するパターンは，筋の活動レベルがそれ数の筋が関与しているという特徴を有している。さらにが跨いでいない関節で発揮されている力にも依存して決筋を活動させる大本まで遡って考えれば，そこには膨大まるという点で直感に反するものにも関わらず，実際のな数の脊髄運動ニューロンや一次運動野のニューロンの実験結果によく適合するのである。また，計算を少し拡活動が関与していることがわかる。このような「冗長」

張すれば一次運動野ニューロンの最適方向の分布を説明な系のもとでは，理論上，無限の組み合わせの筋群の活できること，また，恣意的な考え方を導入しなければ説動パターンや一次運動野ニューロンの活動パターンが，明不可能なヒトの直立姿勢時の筋活動パターンを極めて全く同じ力レベルを実現しうる。しかし，実際には，研自然に説明できることなどを紹介する。しかし，いくら究者は，筋活動やニューロン活動を記録し，そこに力発実験結果に合うとはいえ，筋力の二乗和というものを評

揮に関連した再現性のある活動を見つけている。試行を価関数として設定することの妥当性はどこにあるのか，行う度にでたらめな活動パターンになるわけではないとということは大問題であろう。運動の出来映えについていうことは，このような冗長性は確かに解消されているの情報（例えばエラー）は脳が直接参照できる情報だが，はずだ。本レクチャーでは，冗長性を解消するフレーム

一方，全ての筋について筋力の二乗和を計算する具体的ワークとして「最適化」の概念を簡単に説明する。最適な仕組みを想定することは難しい。おそらく筋力の二乗化とは，ある大きさの力を発揮するという条件（拘束条

和に関連する量を，間接的に，脳が参照していると考え件）を満たす無限の筋活動パターンのうちで，筋群の活るのが自然なアイデアであろう。事実この線に沿って，動レベルに関連したある関数（評価関数）を最小（もしいろいろなアイデアが提案されてきた。いくつかのアプ

くは最大）にするものを探してみましょう，ということ

ローチとともに，我々が最近たどり着いた，神経系の「学だ。こうした問題を解く手法として一般的に用いられる

習と忘却」の性質が，二乗和=評価関数となることに関ラグランジェの未定係数法を紹介し，それぞれの筋力の連しており，結果的に冗長性の解消に寄与しているので二乗和を評価関数としたときに，筋活動パターンがどのはないかという仮説についても紹介したい。

ように決定されるかを具体的に計算してみる。実は，こ329

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（S2）運動計画と運動学習－運動制御の観点から－
小池康晴（東工大・ソリューション研究機構）

ヒトの上肢水平面内運動に関しては，様々な最適化規フィードフォワード制御を実現するための制御モデルに範が提案されている。これらの運動規範に従って腕は制ついて，逆モデルの獲得方法に関する様々なアプローチ

御されるとしても，腕の運動制御についても筋骨格系のについて概説する。さらに，運動規範と運動制御モデル

非線形性，冗長性などが存在し，計画通りの運動を実現について，その間をどのように結びつけて考えるのかにするためには運動制御についても考慮する必要がある。

ついて，トルク変化最小規範とフィードバック誤差学習

本講演では，運動の最適化規範がどのように提案されてなどを例に解説する。

きたか，歴史的な背景とそれを証明してきた実験，また，（S3）運動学習をモデルで考えよう
大須理英子（ATR・脳情報）目指した所に腕を素早く動かすには，それを実現する

入力 x に対して y を出力する関数 y = F(x)を，入力 x と教ための運動指令をあらかじめ計算しておかなければなら師信号 y^のサンプルをもとに学習することであり，このない。腕の大きさや重さは，成長に伴って変化し，また，関数がうまくできあがれば，任意の入力 x に対して適切環境によって同じ軌道を実現するにも必要な力が変化すな出力が計算できるようになる。内部モデルを獲得するる。そこで，脳は，目標とする動きに対して必要な運動

学習アルゴリズムの例として，フィードバック誤差学習

指令を計算するシステム（内部モデル）を学習によってがあげられる。このアルゴリズムの特徴は，フィードバ

獲得することができるようになっている。このような入ックコントローラの出力を誤差信号として使う点であ力（目標）と出力（運動指令）の関係を学習するには，り，フィードバック制御で運動を制御しながら，徐々に

教師あり学習が有効である。教師あり学習においては，

内部モデル（逆ダイナミクスモデル）を学習して，フィー

入ってくる情報に対して何を出力すべきかが教師信号とドフォワード制御に移行していくことができる。フィー

して与えられていて，実際の出力と教師信号との差（誤ドバック誤差学習は小脳での入出力関係とよく一致して差信号）が少なくなるように学習が行われる。すなわち，おり，内部モデル獲得の座の有力候補である。

（特別シンポジウム）神経系による運動制御研究の最前線
座長：北澤茂（順天堂大学・医学部）

運動制御には脊髄，脳幹，中脳，大脳皮質運動野，大ただき，それらを総合することで，それぞれの領域だけ

脳基底核，小脳などの神経系が関与する。神経生理の研を見ていてはつかめない運動制御の全体像を明らかにす

究ではそれら領域のどれかを専門とすることが伝統であることをねらいとしている。運動制御全体を統合して理る。しかし，それらは単独では運動を制御することはで解するためのキーワードを抄録から抜き出すとすれば，きないから，相互作用を視野に入れない限り，運動制御

最適な筋緊張の制御（高草木先生），視覚から運動への変の全体像はつかめない。本シンポジウムではそれぞれの換（伊佐先生，蔵田先生），ループ神経回路（筧先生），

領域の研究の第一人者の方々に研究の最前線をお話しい

情報の流れ（南部先生），動的な情報変換（虫明先生）な330

研究会報告どを挙げることができるだろう。運動制御の全体像を描か，も自ずと明らかになればなによりである。

き出すために何をこれから研究しなければならないの（S4）脳幹と脊髄の筋緊張制御系による運動の制御
高草木薫（旭川医大・生理・神経機能分野）

我々が表出する全ての運動において，その運動に最適れる。従って，皮質網様体投射系は筋緊張促通系を興奮な姿勢や筋緊張レベルが自動的に調節される。しかし，させる結果，大脳皮質からの信号は運動を誘発させる。

我々がこのプロセスを意識することは無い。脳幹や脊髄

しかし，レム睡眠では，筋緊張抑制系を構成する抑制性の損傷のみならず，大脳皮質や大脳基底核，そして，小網様体脊髄路の興奮性が高く，筋緊張促通系の興奮性は脳の障害によって誘発される運動異常には，必ず，姿勢低い。従って，皮質網様体投射は筋緊張抑制系を選択的や筋緊張の異常が随伴する。姿勢や筋緊張の制御には脳に賦活させて，大脳皮質の活動は運動を強く抑制するこ幹と脊髄とが重要な働きを担っている。また，体幹や手と に な る 。 こ れ は Chase が 提 唱 し た State-dependent

足の運動が脊髄反射経路を介して発現されることを考慮

response reversal という現象である。この現象を説明する

すると，脳幹と脊髄において，どの様に筋緊張が制御さ

論理的根拠の一つに，ノーベル賞受賞者である Edelman

れるのかを理解することは運動制御のみならず運動障害の提唱した Operator theory (The theory of neural groupのメカニズムを考察する上で極めて重要である。では，selection; for any brain activity, the ablest group of neurons is

脳幹と脊髄の神経回路はどの様に運動と筋緊張とを統合

selected to do the task) がある。3．筋緊張制御系と脊髄反的に制御しているのだろうか？

姿勢筋緊張は起立を可射経路の統合的作用により運動時の筋緊張が調節される能にする持続的な筋張力と定義される。しかし，姿勢筋

筋緊張抑制系を構成する抑制性網様体脊髄路は脊髄の抑緊張を調節する神経機構の仕組みについては，様々な神

制性介在細胞を介して，α 運動細胞，γ 運動細胞，相反経疾患における運動や筋緊張の異常を論理的に説明でき

抑制，自原抑制，反回抑制，屈曲反射などを媒介する介る程度にまで解明されている訳ではない。そこで，今回在細胞群，そして，一次求心性線維の活動を抑制する。

は，筋緊張制御系の働きがどの様に運動機能の調節に関

即ち，脊髄反射系路の入力部（感覚線維），統合部（介在与するのかを私のこれまでの研究成績に基づいて解説し細胞），そして，出力部（運動細胞）の全てを抑制する。

たい。1．筋緊張制御系は覚醒－睡眠状態に依存する運動

従って，筋緊張抑制系が活動すると，その作用を受ける機能の調節に関与する多くの霊長類において大脳皮質運

髄節の脊髄反射弓の興奮性は強く抑制される。一方，抑動領域からの運動性出力は脊髄に投射し，運動細胞を直制性介在細胞は屈曲反射経路から強い抑制を受けるの

接興奮させる。従って大脳皮質運動野に加えた微小電気で，屈曲反射が作用する髄節の脊髄反射弓の活動は抑制

刺激は，その領域が支配する身体部位の筋収縮を誘発す系されない（筋緊張は維持される）。この筋緊張抑制系とる。即ち，「一次運動野の同じ領域を刺激した時には，屈曲反射経路と相互抑制作用は，運動制御を理解する上必ず，身体の同じ部位の運動が誘発される」という。しで非常に重要である。上に示した様に，レム睡眠時の筋かし，覚醒時とレム睡眠時では，大脳皮質の同じ部位か緊張消失は，筋緊張抑制系が脊髄の全髄節に作用するこらの信号によって誘発される運動は全く異なる。覚醒時とにより誘発されると考えられる。また，筋緊張抑制系と同様にレム睡眠の脳波では低振幅速波（脳波覚醒）がは歩行運動時にも活動する。歩行時には，左右肢の屈曲誘発される。大脳皮質からの出力は脊髄に直接投射する

反射経路に，歩行サイクルに対応したリズミカルな活動

と共に，皮質網様体投射を介して網様体脊髄路系を賦活が誘発される，従って，筋緊張抑制系が活動しても，屈させる。覚醒時には，促通性の網様体脊髄路系やモノア

曲反射が作用する髄節の脊髄反射の興奮性は維持され筋ミン作動性下行路系などの筋緊張促通系の興奮性が高い

緊張が保たれる。即ち，筋緊張抑制系と屈曲反射との相ため，筋緊張ならびに脊髄反射弓の興奮性は高く維持さ互抑制作用は，歩行時における筋緊張の調節とリズミカ

331

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

ルな肢関節の屈曲・伸展を円滑に遂行させる役割を持つ

遂行する上で合理的なメカニズムである。従って，網様と考えられる。一方，物を摘む，握るなどの動作は，外体脊髄路（筋緊張抑制系）と屈曲反射経路の相互作用は，側皮質脊髄路が屈曲反射経路を積極的に動員することに姿勢維持や歩行などの全身運動においても Precision grip

より誘発される手指遠位筋の屈曲運動である。屈曲反射など局所的な精緻運動においても，その運動に適切な筋経路は筋緊張抑制系の作用を低下させるので，その外側緊張の調節に重要な役割を担っており，各々の運動の定皮質脊髄路が投射する髄節に存在する脊髄反射弓の興奮型性に寄与すると考えられる。

性だけが高く維持される。これは目的とする精緻運動を（S5）膝状体外視覚系による視覚運動変換機構
伊佐正（自然科学研究機構生理学研究所）

高等な哺乳動物では，大脳皮質の発達に伴って外側膝層及び中間層内での水平性結合，およびそれらの修飾因状体から一次視覚野に至る「膝状体視覚系」が発達し，子 (2) 上記の局所神経回路の構造がもつ機能的意義の物体視や様々な視覚認知機能に関わっている。一方，よサルのサッケード系での検証 (3) 特に一次視覚野損傷

り下等な脊椎動物で主要な視覚系である視蓋ないしは上後，残存視覚によってサッケード遂行が可能になってい丘を介する膝状体外視覚系は，相対的な役割が減じている「盲視」モデルのサルにおける上丘によるサリエンシー

るとはいえ，高等霊長類においても，サッケードや注意検出機構について，主として私たちのデータをもとに議の制御において重要な役割を果たしているとされるが，論したい。

膝状体視覚系に比べると明らかでないことが多い。特に，参考論文（総説）

上丘は浅層には網膜ないしは一次視覚野から視覚入力がIsa T & Sparks D (2006) Microcircuit of the Superior

入力し，視覚空間マップが展開されていること，そしてColliculus: A Neuronal Machine that Determines Timing

中間・深層にはサッケードなどの指向運動のベクトルマ

and Endpoint of Saccadic Eye Movements. 93rd Dahlem

ップがあり，そこからの出力は脳幹や脊髄に投射される

Workshop on Microcircuits; The interface between

ことはよく知られているが，それぞれの層の内部，ない

Neurons and Global Brain Function, pp1-34.

しは層の間の結合関係といった局所神経回路の構造とそ

Isa T, Hall WC (2009) Exploring the superior colliculus inの機能的意義はよくわかっていなかった。私たちはこれvitro.

まで 14 年余り，上丘による視覚－運動変換系について，2581-2593.

脳スライス標本を用いた上丘局所神経回路の解析とサル

Isa T, Yoshida M. (2009) Saccade control after V1 lesionのサッケード系の解析を組み合わせて研究を行ってきrevisited. Current Opinion in Neurobiology (review), 19:

た。本シンポジウムでは，(1) げっ歯類のスライス標本

608-614.

Journalof

Neurophysiology(review),102:を用いた上丘の異なる層の間の信号伝達，及び上丘の浅（S6）大脳小脳連関における小脳の機能的意義筧慎治，戸松彩花，角田吉昭，李鍾昊

（（財）東京都医学研究機構・東京都神経科学総合研究所）

運動制御のシステム論的研究，特に Evarts に始まる慢は，更なる飛躍のためには方法論的な根本的見直しが必性サルを用いた行動と神経活動の関係を分析する実験要な時期に来ている。一次運動野から始まった個々の領332

研究会報告野の機能を調べる研究は，前方は前頭連合野に至り，後は上記の困難の 1) が回避できること，3) のループ構造

方は頭頂連合野を経て側頭連合野に到達し，フロンティ

が比較的単純で多重ループの度合いが弱いこと，そしてアは消失した。そこで Tanji らのグループは，いち早く小脳機能に有力な作業仮説が存在することである。

多数の運動関連領野のニューロン活動を同じ条件下で，現在有力な運動制御の仮説によれば，小脳は運動指令

つまり共通の物差しで比較し，機能的な位相関係を分析に基づいて，現在実行中の運動の結果を予測する forward

することにより大きな成功をおさめてきた。これらの研model の座と考えられている。この見方によれば，小脳究によって運動関連領野の機能分担，局在の様相がかな

への大脳皮質からの入力は皮質から出力される運動指令

り明らかになってきた。それでは運動関連領野の相関図の忠実なコピー，いわゆる efference copy であることが要を超える次のステップは何であろうか？

私はそれを請される。従って，大脳皮質の出力を小脳に中継する橋「システム同定」レベルでのシステムが働く仕組みの解明

核は，機能的には入力から出力への変換を行わない単純と考える。これが難問である。それを先導する計算論的な中継核であると考えられる。ところが神経解剖学的にな枠組みという点でも，実験に落とし込むための技術的は橋核における中継は全く異なるとらえ方をされてきな点でも，見通しが立たない状況である。何が障害なのた。大脳皮質から橋核への投射は高度な発散と収束の複か，我々に何が足りないのかを整理することは重要であ合であるため，橋核では大脳皮質の出力が統合され異なる。そこで Shinoda & Yoshida (1974) が制御工学的枠組る表象に変換されると信じられてきたのである。2 つのみで前庭動眼反射を解明した方法論を念頭に，我々が直見方の間には明らかに大きな溝がある。

面する問題点の一部を（比較的やさしいものに限る）挙

そこで我々は 2 頭のニホンザルに異なる姿勢下での手
首運動課題を習得させ，小脳の第 V および VI 小葉半球

げてみる。
1) 記録しているニューロンの同定の欠如：神経回路上部から課題に関連するニューロン活動を記録し，それらでの位置づけ，すなわち入力と出力。入出力関係の分析の姿勢依存性を併せて分析した。橋核ニューロンから直がシステム同定の基本である以上，この同定は必須。こ接記録する代わりに神経終末である苔状線維の活動を顆

の問題は安易なニューロン population の扱いに警鐘を発

粒細胞層で記録したところ，基本的に一次運動野およびする。

腹側運動前野に見られると同様の 3 つのタイプのニュー

2) 運動器のモデルが単純すぎる：例えば単関節を蝶番

ロン活動が確認された。このことは，橋核では線形に近とみなし，1-2 個の位置センサーによる角度の計測で済まい穏やかな変換が行われ，大脳皮質の運動指令のコピー

すこと。「状態推定」が極度な単純化に陥る。制御対象をあるいはそれに準ずる情報が小脳に供給されていること十分な精度でモデル化できなければ実験データに現れるを示唆する。小脳が forward model の座である必要条件の複雑な現象を「理解不能」として不当に無視するしかない。

一つは満たされているように思われる。

3) ループ神経回路の動作原理が不明：神経回路の至る

我々はさらに，この苔状線維入力を受けるゴルジ細胞

所にループがあることは周知であるが，その意義は全くおよびプルキンエ細胞からも記録を行い，小脳皮質にお知られていない。特に多重ループの機能的意義，ダイナ

ける苔状線維入力の変換過程について検討を行った。そミクスが収束する原理はともに全く理解されていない。

の結果，小脳皮質への苔状線維入力はプルキンエ細胞か

4) より長い時系列データの必要性：システム同定の基本ら出力されるまでに複雑な非線形的変換を受けることが

5) 入力と出力の同時記録の必要性：システム同定の基本明らかになった。

我々が大脳小脳連関を研究対象に選ぶ理由は，小脳で（S7）情報の表現から情報の流れへ
南部

私たちが日頃行っている霊長類の慢性実験は，言うま篤（生理学研究所・生体システム研究部門）

でもなく 1960 年代の Evarts に始まる訳です。彼は，手333

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

首関節の屈曲伸展という単純な運動中のサルの大脳皮質実験の結果をみるまでもなく，入力線維の終止様式，介一次運動野から，単一ニューロン活動の記録を行い，運在ニューロンと投射ニューロンの相互連絡など，複雑な動野がまさに運動の発現に寄与していることを示しましものです。したがって，ある領域の機能を知るためには，た。その後，後継者たちによって，慢性実験は一次運動

どのような入力が入ってきて，ニューロン毎にどのよう野ばかりでなく，高次運動野，感覚野，さらには連合野，に情報処理がなされ，最終的に投射ニューロンでどのよ

小脳，大脳基底核などに広がり，また，それに伴って運うに情報が統合され送り出されるのか，いうなれば情報

動課題も複雑になっていきました。このような霊長類のの流れを明らかにする必要があります。

慢性実験は，神経活動と機能の関係を明らかにする強力

このことは，電気刺激によって引き起こされる順行性な方法で，脳機能の解明に大きな役割を果たしてきまし

応答や逆行性応答による経路の同定，局所薬物注入によた。Evarts はまた，錐体路に刺激電極を入れ，逆行性応る受容体あるいは経路特異的な入力遮断など，古典的で答により脊髄に投射している皮質ニューロンを同定し，はあるが有効な手法によって，ある程度可能です。最近

その活動を調べるという，急性実験の手法も導入しましでは，（げっ歯類が中心となりますが）遺伝子改変動物

た。この手法はあまり追随されることがなかったのです

を用いた解析，ウイルスベクターによる興奮性制御，光が，最近になって見直されつつあるように思います。

遺伝学など，遺伝子改変技術を応用することでも可能に

これまで，ある脳領域の機能を調べようとする際は，なってきました。大脳基底核の神経回路や機能の解析へ

その領域に特徴的な活動を調べる，すなわち情報表現にの応用例，試用例などを紹介し，「情報の表現から情報注目して解析されてきました。しかし考えてみれば，記の流れへ」をキーワードに，脳による運動制御研究の今録しているニューロンが介在ニューロンか投射ニューロ

後の展開について考えてみたいと思います。

ンかで，大きく解釈が変わってきます。また，スライス（S8）弓状溝周辺皮質における眼と手の到達運動制御
蔵田潔（弘前大院・医・統合機能生理）

ヒトやサルは視覚目標への到達運動を行うとき，通常，

上記の到達運動生成過程を明らかにするための条件設定

手と眼の協調運動により，この運動を達成している。こを満たす運動課題をサルに課し，課題遂行中の神経活動のとき，手と眼の運動はそれぞれが独立して生成されるを解析することが必要である。そこで本研究では，同一のではなく，それぞれに関わる中枢領域が相互に関連しの視覚目標に対し，手と眼球のそれぞれの運動を制御すて制御・実行系として機能するものと考えられる。具体る課題を用い，その際の神経活動を，これまで知られて的には，到達運動の生成過程では，到達目標の視覚空間

いるさまざまな大脳皮質の到達運動制御中枢からニュー

座標情報は眼と手の運動空間座標の変換のために共通しロン活動を同時記録し解析ことにより，個々の中枢の機て用いられ，視覚到達目標に関する情報は手あるいは眼能特異性と，それら中枢相互の調節機能と情報処理を明のいずれか，あるいはその両方を選択し，それら運動のらかにすることを目標とした。

準備および運動指令生成を行う過程に用いられると考え大脳皮質には一次運動野をはじめとする数多くの運動られる。これらの過程を経て，最終的に，個々の運動効

関連領野の存在が明らかになっており，それぞれの運動

果器に特化した中枢領域において運動の最終指令へと変

関連領野は体性（特に手）あるいは眼球運動に重要な役換されるとともに，運動がどのように行われたかに関す割を果たしていることが知られてきている。これらの領るフィードバック信号を処理することにより，精度の高域のうち，弓状溝周辺皮質と呼ばれる領域は運動前野（腹い運動が実現されるものと思われる。これらは複数の中側部および背側部）と前頭眼野（急速および追跡眼球運

枢領域で直列的ならびに並列分散的に処理されているも動領域）が含まれており，いずれも視覚運動変換に関与のと考えられるが，これらの脳機能を明らかにするには，していることが明らかになりつつあるが，それらが相互

334

研究会報告にどのような機能連関を有しているかは未だ明らかではが変化するニューロンや，その空間指示信号への予期をない。また弓状溝の底に存在する領域がどのような機能反映するニューロン活動などが存在していた。一方，眼特異性を有しているかは明らかではない。これら隣接す

球運動に先行して活動するニューロン活動は弓状溝前壁

る弓状溝周辺領域に注目し，視覚目標情報が手あるいは皮質表面部で低閾値の質内微小刺激で眼球運動が誘発さ眼による個別の到達運動，そしてこれらの協調運動に，れる前頭眼野に多く存在し，眼球運動後に活動の変化を

これらの皮質領域がどのような役割を果たしているか，示すものは少数であった。しかし弓状溝前壁で弓状溝底またそれら領域がどのような機能連関を有しているかをに近づくにつれ，眼球運動後に活動の変化を示すものが明らかにしようとした。

多数を占めていた。さらに弓状溝底近くの皮質では，手この目的のため，ディスプレイ上に呈示した中心固視と眼の両方の到達運動が実行されたとき，眼球運動終了

点に対し上下左右等距離にある 4 つの視覚目標へ，眼と後に遅れて手運動による到達運動が終了するまで活動が手のいずれか，あるいはその両方による以下のような到持続するものが存在していた。また，前頭眼野に BDA

達運動課題を行うようサルを訓練した。その際，眼球運を注入したところ，これらの領域と対応する相互結合が動を赤外線眼球運動計測装置で，またマウスを用いたタ存在することが明らかになった。これらの結果は，眼とブレットで手運動をモニターした。運動に先行する準備

手の到達運動の開始と遂行の制御のみならず，両者の運期間中に，次に行うべき運動が手・眼のいずれか，また動が完遂するまでのモニターを弓状溝深部皮質が行っては両方を動かすかを示す指示信号，および 4 つの目標点

おり，これらの協調運動に重要な役割を果たすことを示のうちどの目標に到達すべきかを示す指示信号をランダ

すものと考えられる。これら領域における特異的ニュー

ムな順で与えた。その結果，運動前野腹側部表面部ではロン活動の存在は，異なる効果器のどの組み合わせを選

手運動に選択的なニューロン活動が多数を占めていた択するかに必要な情報処理が運動前野腹側部と前頭眼野が，運動前野腹側部と背側部間の弓状溝深部領域では運を含む弓状溝周辺の一連の領域で行われていることを示

動の準備期間に，眼と手の運動のいずれの場合も共通にすものである。

用いられる視覚到達目標を指示する信号に応答して活動（S9）動的情報表現と行動制御
虫明

元（東北大学・大学院医学系研究科・生体システム生理学分野）

前頭前野は，他の連合野と連携しながら，ゴール指向

せゴールまで到達すると報酬が与えられた。最終ゴール

的でかつ融通性のある行動選択に関わっている。その特指示後の遅延期間においては，前頭前野細胞の多くの細徴は，長期的な行動制御の側面に加えて，その試行内の胞において，課題関連の細胞活動が多数見出された。そ一時的な情報を用いて，適切に行動に結びつけることでの中では前頭前野にはゴール表現を示す細胞が多数見つある。課題遂行中の動物からの細胞活動からは，前頭前かった。ひとつのタイプは，最終的ゴールに関する情報

野がさまざまな情報変換にかかわることが判明してきを反映する活動をしめす細胞であった。また別なタイプ

た。まずこのような例を紹介する。

は，最初にどちらに目標に向かうかという即時ゴールの問題解決課題における例としては，コンピュータ上の情報を反映する細胞が存在した。さらに，ある最終ゴー

迷路課題を用いて，サルを訓練した。迷路課題では，サ

ルをどの即時ゴールを組み合わせた統合した情報を反映

ルが両手のマニピュレータを中立位に保持すると，前方する前頭前野の細胞があった。興味深いことに，準備期

スクリーンの格子状の迷路にスタート点の位置，次いで間である遅延期間の間に細胞の示すゴール情報表現は時

ゴールの位置を一定時間呈示して消した後，ゴー信号が間的に変化する細胞が多く存在した。すなわち最初は最呈示された。サルは，両手のマニピュレータを操作して，終ゴールを示す細胞が多かったが，実行直前には，即時カーソルをステップごとに上下左右の選択を行い移動さゴールを示す細胞が増えてくる。さらには，将来の自ら

335

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

行うカーソル移動の操作順序を反映する細胞も実行前にとして捉えることができることがわかってきた。このよ

現れてくる。このような細胞の中には，実行中に再度活うな状態は，記憶の一時的な保持や，その想起に関わる動する細胞も認められた。前頭前野のこのような細胞活

ことがわかっている。しかし，このような局所回路の特動表現は，ポピュレーションとしても非常にダイナミッ

性は状態維持としての側面もあるが，状態遷移させて，クな活動といえる。

情報の切り替えや新たな情報の生成に関わると考えたほ

他の研究者の例で動的な情報変換の例としては，振動

うが，前頭前野の融通性のある情報制御には重要な側面

周波数の弁別課題がよく知られている。この課題では，であると考えられる。先に述べた迷路課題の例では，離サルの片手に振動子を当てて，遅延期間をはさんで二つ散的な状態を状況に合わせて維持したり切り替えたりすの異なる周波数の振動刺戟を与える。サルは，その周波る。この情報内容をきりかえに関して注目すべきは，情数を比較して，もう片方の手で，二つのボタンのどちら

報表現を行う基準を変えるという意味でより高位の動的かを押して，後の刺戟が最初の刺戟の振動周波数より高変換の例である点である。また他の研究者たちの最近のいか低いかを答える。この課題で記録できる細胞活動を事例は，連続的な量的なアトラクターか状態から，離散調べると二つのタイプの情報表現が見出されている。一的なニ値的なアトラクター状態への変換として，内容をつ目は最初の刺戟のときから遅延期間に見られるもの

変換するのでなく内容表現の基準を変化させている。こで，最初の刺戟周波数の量的な作業記憶として表現されのような，情報表現の基準を変えるような，階層的によている。もうひとつのタイプは，二つのめの刺激が与えり上位の“メタレベル”な切り替えを行うことで，動的られた跡に認められるもので，二つの刺激の周波数それな情報変換が可能になっていると考えられる。このようぞれに関わる情報を持っているが，典型的には，その後な動的な情報変換に関しては，それを支える局所の神経

意思決定に関わる二値的な表現である。

回路の特性が重要であると考えられる。特に興奮性抑制

さまざまな問題解決，意思決定課題において，細胞活性の細胞クラスターのかなでバランスが，アトラクター動を調べると，その情報内容が，課題の異なる文脈や課状態としての神経回路の状態維持と切り替えとしての状

題時期において，一時的にオンラインで保持されている。

態遷移に関わると可能性を検討する。

これがいわゆる作業記憶であるが，これはアトラクター（総合討論）Motor Control 研究の短期，中期，長期的ゴール
進行：北澤茂（順天堂大学）（公募シンポジウム 1）Motor Control: in Humans, for Robots
提案者：Ganesh Gowrishankar (NICT/ATR)
It is amazing to observe how the human central nervous

This symposium will give examples from coordinate

system (CNS) integrates various sensory signals to control theplanning, manipulation, gripping and walking where researchcomplex system of the human body and learn new motorin human motor control has helped develop robot behaviortasks. A human baby exhibits better motor control andand discuss how the robots can in turn help us understandadaptation capabilities than the best of current robots. This

motor control in humans better.

exhibits that we still have a lot to learn about the human CNS!

336

研究会報告（S10）How kinesthetic information can contribute for visual perception in humans
Nobuhiro Hagura (CNS ATR)
Kinesthetic information, which arises from muscle andexplain this behavioral result by looking at the change ofjoints, tells you not only about your own body movements but

activity pattern in visual motion sensitive region (human

can also help you gathering information about the outerMT+). Change of activity pattern by kinesthetic input may

environment.In my talk, I will show evidences that kinesthetic

indicate that what we call ‘visual space’ is not merely

information of hand movement can be utilized to improve

represented by processing visual information, but by

visual motion direction judgment task. Further, I will try tointegrating multimodal information.

（S11）Learning soft manipulation from humans
Ganesh Gowrishankar (NICT/ATR)
In contrast to the typically fixed movements of robots,

computational model of this learning we have developed,

humans constantly adapt their motor behavior to the external

which can predict the whole evolution of muscle activity

environment. This presentation will first describe howobserved in experiments. Robotic implementations of thishumans coordinate and adapt their muscles to perform

controller will show how the robot can automatically adapt tosuccessful and stable movements with least effort in novel

the environment to produce smooth and stable interactions

stable or unstable environments. It will then present thewith minimal impedance like humans.

（S12）Action planning based on learned affordances
Emre Ugur (CCC-ATR)
In this talk, I will describe a robotic system that interacts

learned affordance relations. From a developmental point ofwith its environment for discovering the effects of its actions

view, this learning phase can be related to development ofand learning the relation between these effects and object

infants between 7-11 months, who explore the environment

properties, ie., the affordances. After the learning phase, we

and learn the dynamics of the objects by hitting, grasping andshow that the robot can make non-trivial multi-step plans

dropping them and observing the results of their actions.

involving push and grasp-and-lift behaviors based on the（S13）Learning stylistic models of human motion sequences for humanoid robotics:
High-accuracy on-line prediction and stylistic dynamic movement primitives
Takamitsu Matsubara (NAIST)
Modeling of human motion sequences is essential forrecognition, prediction and motor control of humanoid robots

337

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

executing tasks in the human living environment. Modeling ofapproach allows to capture the both state and style ofhuman motion sequences, however, has difficulties such as

unknown motion sequence in on-line manner, and achieves

high-dimensionality and nonlinearity. In addition, humanhigh-accuracy prediction. The effectiveness for motion

motion sequences have sequence-specific inherent features,

capture data is demonstrated. For motor learning and control

broadly termed by “style”. In this talk, we present our recent

scenario on humanoid robots, we propose anovel class of

research progress on modeling of such “stylistic” humanmotor primitives named “stylistic” dynamic movement

motion sequences for humanoid robotics, especially for theprimitives (SDMPs). Focusing on discrete movement, thepurposes of on-line human motion prediction and motor control

SDMPs are modeledas an extension of Dynamic Movementon humanoid robots. For on-line human motion prediction

Primitives (DMPs) proposed by Ijspeert et al. The SDMPs

scenario, we propose a novel generative model by focusing on

have three independent control variables for duration, goal

walking behavior (periodic motions), which is comprised of astate and “style” in motion, respectively. A novel learning

low-dimensional state dynamics and a two-factor (state andprocedure of the SDMP from multiple demonstrations

style) observation model. The learning procedure of the model

including a diversity of motion styles and two practicalfrom a various motion sequences during walking behavior,applications of this framework with a 7DoFs anthropomorphic

and on-line EM-like estimation algorithm of both state andmanipulator, i.e., learning stylistic table tennis swing skill andstyle from a unknown motion sequence are proposed. This

point-to-point reaching skill with obstacle avoidance.

（公募シンポジウム 2）運動制御回路を構成するニューロンの機能解析
提案者：西丸広史（筑波大学）

運動制御を司る神経回路に関してその作動原理，特にニューロンの同定，およびその活動パターンやシナプス構成するニューロンの性質やお互いの結合様式，そして入力パターンの解析における有用性を紹介する。さらに，

その機能的な役割に関しては依然として未知の部分が大

遺伝子改変マウスにおいてチャネルロドプシンなどの光きい。本シンポジウムでは，主に遺伝学と生理学，ある感受性電位変換色素をニューロン特異的に発現させ，大いは最新のオプトジェネティクスによるアプローチを組脳皮質運動野の神経回路を人為的に刺激，制御するアプ

み合わせて，これらの問題解決に挑む研究の発表と議論

ローチによる研究成果を紹介する。このアプローチではを行う。まず，ゼブラフィッシュとマウスの二つの実験

長期間に渉る 2 次元マッピングが可能であり，個体レベ

モデル動物において，遺伝学・遺伝子工学技術を駆使し，ルでの運動制御メカニズムの解析および制御に重要な方

脊髄の運動神経回路網を構成する特定のニューロン集団法論であると考えられる。このようなアプローチの有効を蛍光タンパク質で標識し，神経回路結合を正常に保っ性と可能性を，国内外の次代を担う気鋭の若手およびト

たままでその詳細な電気生理学的・形態学的解析を行っップレベルの研究者が集う本研究会で議論することを目ている研究に関して発表する。これらの研究では泳動や的とする。

歩行運動を司る神経回路を構成する興奮性および抑制性（S14）ゼブラフィッシュを用いた脊髄運動系神経回路の機能解析
木村有希子，東島眞一（岡崎統合バイオ・神経分化）

脊髄運動系神経回路が機能するメカニズムを理解する

338

ためには，脊髄にどのような種類の神経細胞が存在し，

研究会報告各種類の細胞が機能的回路の中でどのような役割を担っ類に比べ，単純な神経系を持ち，神経細胞の種類も少なているかを明らかにする必要がある。これらの研究を進いため，効率的かつ詳細に神経回路の解析を行える。まめるためには，特定の機能を持つ神経細胞群を生きたまた，得られた結果は転写因子の発現パターンが進化的にま同定する手法を確立することが重要である。近年，分保存されている哺乳類にも示唆を与えると期待される。

子生物学的研究による脊髄発生機構の解明が進み，特定方法としては，特定の転写因子を発現する様々な細胞をの転写因子の発現の有無によって，特定の機能を持つ神

蛍光タンパク質で可視化したトランスジェニック魚を作

経細胞集団を同定することが可能になると期待されてい製し，可視化した細胞について形態学的な観察と，仮想る。現在，特定の転写因子を発現する神経細胞が，脊髄遊泳中の細胞活動について電気生理学的な解析を行う。

運動系神経回路で果たす役割を調べる研究が進められて

今回は，特に転写因子 Chx10 を発現する脊髄 V2a ニューいる。ただし，哺乳類の脊髄神経回路は複雑なため，実ロンの解析について具体的に報告し，脊髄 V2a ニューロ

際の研究には困難な点が多い。そこで我々は，ゼブラフ

ンが脊髄運動系神経回路において果たす役割について示

ィッシュを材料に用いている。ゼブラフィッシュは哺乳す。

（S15）マウス脊髄反回抑制回路制御のシナプス基盤
西丸広史（筑波大学・院・人間総合科学研究科）

脊髄の出力ニューロンである運動ニューロンは抑制性

ス新生児から，脊髄の神経結合をほぼ正常に保持できる

介在ニューロンの Renshaw 細胞を介して反回抑制を受け

in vitro 脊髄摘出標本を作製し，運動ニューロンの活動とる。この回路では，末梢の筋肉に投射する運動ニューロ

同時に Renshaw 細胞へのシナプス入力の電気生理学的性

ンの軸索の側枝は脊髄内で Renshaw 細胞と興奮性のシナ質を調べることによって，運動ニューロンが興奮したと

プス結合をする一方，Renshaw 細胞は軸索を運動ニュー

きに，Renshaw 細胞の活動がどのように制御されている

ロンに投射し，その活動を反回的に抑制する。1940 年代かを解析した。この標本で NMDA とセロトニンの灌流に Renshaw によって発見されたこの回路は，脊髄からの投与によって誘発される運動ニューロン群の歩行運動様

最終出力の調節に重要な役割を担っていると考えられて

リズム活動の際，Renshaw 細胞は結合している運動ニ

いるが，未だにその機能的な役割は明らかではない。一ューロンから興奮性シナプス入力を受けてリズミックにつの有力な説は，この回路が運動ニューロンの入出力の発火する。その一方で，興奮性入力とほぼ同時にリズミ

利得を調節しているという variable gain regulator 仮説でックな抑制性シナプス入力を受けていた。これは歩行運ある。運動ニューロンがある強さの興奮性入力を受けた動の際，Renshaw 細胞が興奮性入力と抑制性入力を同時とき，同時に受ける反回抑制入力が強い場合（=Renshawに受けることでその発火パターンが複雑に制御されてい細胞がより興奮している場合），運動ニューロンへの入力ることを示唆している。また，腰髄前根では数百ミリ秒の大きさに対する運動出力の大きさの傾きは小さくなから数秒間続く自発的なバースト活動がみられるが，ほり，逆に反回抑制入力が弱い場合（=Renshaw 細胞の活動

とんどの Renshaw 細胞で，近傍の運動ニューロンが発火が抑制されている場合），その傾きは大きくなると考えらするのとほぼ同じタイミングで抑制性シナプス入力を受れる (Hultborn et al. Exp Brain Res, 1979)。この説を支持す

けており，その振幅の大きさは運動ニューロンへの興奮る実験結果がヒトやネコの運動中の反回抑制の強さを間性シナプス入力のそれと正の相関を示していた。これは，接的に測定した研究で得られているが，その際，Renshaw

運動出力の大きさに合わせて Renshaw 細胞の興奮性が脊細胞がどのような性質のシナプス入力によって制御され髄神経回路網によってダイナミックに調節されることをているのかはほとんどわかっていない。

示唆しており，反回抑制回路の variable gain regulator 仮

我々は，GABA 作働性抑制性ニューロンが蛍光タンパ説を支持するシナプス・メカニズムと考えられる。

ク質 GFP を発現する GAD67-GFP ノックインマウスマウ

339

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（S16）マウス大脳皮質運動野のニューロン活動の光制御
松崎政紀（東大院・医・構造生理）

マウス大脳皮質運動野のニューロン活動の光制御東京

配領域を皮質表面に対して 2 ヶ月間に渉る 2 次元マッピ

松崎政ングが可能となった。光刺激によって明らかになった支紀我々はこれまでケイジドグルタミン酸を用いたシナプ

配領域は皮質内電気刺激法による機能マッピングによるス・細胞の光刺激法を開発してきたが，青色光を照射す結果と一致していた。また皮質内でのシナプス結合を明ると活性化されるカチオンチャネルタンパク質，チャネ

らかにするのにも光刺激が有効であることがわかってきルロドプシン 2 (ChR2) にも注目し，この遺伝子導入マウた。今後この刺激法が，運動機能を司る神経回路網の計スにおける神経細胞の光刺激を行っている。特に光刺激測・制御に重要な方法論となることが期待される。

大学大学院医学系研究科疾患生命工学センターの結果を個体行動の出力として検出可能な運動野に研究

Wang H et al. High-speed mapping of synaptic connectivityの焦点を絞っている。このマウスを麻酔下で頭部固定し，using photostimulation in Channelrhodopsin-2 transgenic

頭蓋骨越しに青色光を皮質運動野に照射することによっmice. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 104. 8143-8148, 2007.

て，照射領域の第 5 層 ChR2 発現細胞に活動電位を誘発

Hira R et al. Transcranial optogenetic stimulation for

させて，任意の肢の運動を誘発させる非侵襲的な経頭蓋

functional mapping of the motor cortex.J. Neurosci.

光刺激法を確立した。これを用いると，前肢・後肢の支Methods 179, 258-263, 2009.

一般口演（小脳･制御モデル）（1）運動記憶痕跡の小脳皮質から核への移動に皮質のタンパク質合成は必要である
岡本武人 1,2，白尾智明 1，永雄総一 2（1 群馬大学大学院・神経薬理，2 理研脳センター・運動学習制御研究チーム）

海馬や扁桃体が重要な役割を演じる恐怖反応の条件付

時間間隔で 4 回行った分散学習の群では，訓練直後は両けでは，記憶の固定化にタンパク質合成が必要であるこ

群ともに，30%程度の HOKR の利得が増加した。しかしとが知られている。しかしながら小脳依存性の運動学習

24 時間後には，集中学習群では利得は回復したが，分散では，小脳皮質や小脳（前庭）核でのタンパク質合成が学習群では，利得の増加は維持されていた。訓練の数時

どのような役割を演じているか，あまり検討されていな

間前にアニソマイシン (0.4µl, 125µg/µl) を小脳片葉に微い。私たちは，マウスの水平性視機性眼球運動 (HOKR)

量投与すると，集中学習群では HOKR の利得は増加したの効率（利得）の適応に，小脳皮質でのタンパク質合成

が，分散学習群では利得は変化しなかった。局所麻酔薬が関与しているかどうかを，タンパク質合成阻害剤（アを用いた実験結果は，分散学習によって生じた HOKR のニソマイシン）を用いて調べた。HOKR の訓練には，チ適応の記憶痕跡が，片葉の出力先の前庭核に移動していェック模様のスクリーンの正弦波状回転刺激 (0.22Hz，

ることを示している。これらの所見は，片葉内部でのタ15°peak-to-peak) を用い，誘発された眼球運動は，TV カ

ンパク質合成は，HOKR の適応の記憶痕跡の獲得には必

メラによる画像計測法を用いて測定した。1 時間持続的要ないが，その片葉から前庭核への移動の過程では必要に HOKR の訓練をした集中学習の群と 15 分の訓練を 1であることを示唆する。

340

研究会報告（2）小脳から大脳皮質背側運動前野への入力様式
橋本雅史，高原大輔，平田快洋，井上謙一，宮地重弘，
南部

篤，丹治

順，高田昌彦，星英司（玉川大・脳研，京大・霊長研・分子生理・統合脳システム，
京大・霊長研・行動神経・高次脳機能，生理学研究所・生体システム研究部門）

狂犬病ウイルストレーサーを用いた解剖学的実験によた。その結果，小脳歯状核の尾側腹側に位置するニューり，大脳皮質−小脳間の多シナプス性ネットワークの解ロンは F2r へ選択的に投射するのに対し，より吻側背側析を行い，ニホンザル大脳皮質高次運動野の F2 領域のに位置するニューロンは F2c へ選択的に投射することが吻側部 (rostral part of area F2, F2r) および尾側部 (caudal

明らかとなった。また，小脳皮質 CrusI，CrusII に位置すpart of area F2, F2c) へそれぞれ投射する小脳部位（小脳核るプルキンエ細胞は F2r へ投射するのに対し，III～VIII

および小脳皮質プルキンエ細胞）を同定した。狂犬病ウ

葉に位置するプルキンエ細胞は F2c へ選択的に投射してイルスをサル 8 頭の F2r（4 頭）および F2c（4 頭）へそいた。したがって，F2r および F2c はそれぞれ異なる小れぞれ注入し，ウイルスが二次ニューロン（小脳核ニュー

脳部位（小脳核および小脳皮質）からの投射を受けておロン）および三次ニューロン（小脳皮質プルキンエ細胞）

り，また F2c は F2r に比べてより広範囲の小脳部位からに伝播していると考えられる時間に合わせて環流固定，の投射を受けている様式が明らかとなった。

脳切片作成を行い，免疫染色により投射細胞を可視化し（3）両手運動における大脳小脳連関の変調
荒牧勇，河内山隆紀，大須理英子，野崎大地（名古屋工業大学若手研究イノベータ養成センター，
ATR プロモーションズ脳活動イメージングセンター，
ATR 脳情報研究所運動制御機能回復研究室，東京大学大学院教育学研究科）
片手だけで覚えた運動と，もう一方の手の運動がある状

条件 (BM) でおこなった。DCM の作成にあたり，右一次態で覚えた運動は，部分的にしか転移しない (Nozaki et al.,

運動野と左小脳の双方向結合を，片手か両手かによらない

Nature Neuroscience, 2006)。我々はこの結果から，同じ手「左手運動」の固有結合とした。BM 条件での「右手運動」の運動でもその神経表現は片手運動時と両手運動時ではは，「左手運動」の固有結合へのモジュレーションとした。

異なる，という仮説を持っている。実際，両手鏡像運動時

その結果，BM 条件において，「右手運動」というモジュは左片手運動時よりも，左手制御系である右一次運動野とレーションは，左手運動制御系の右一次運動野と左小脳間左小脳の活動が少なくて済むことが fMRI 研究で示されての双方向結合のうち，左小脳から右一次運動野への結合のいる (Aramaki et al., Neuroscience, 2006)。今回我々は，左手

みを減弱させた。これは，非利き手制御系の大脳小脳連関運動制御系の右一次運動野と左小脳の「大脳小脳連関」に，において，BM 時には小脳から一次運動野への内部フィー

片手/両手運動でどのような文脈差があるかを fMRI デー

ドバックが減弱することを示唆しており，同じ手の運動で

タの Dynamic causal model (DCM) により調べた。右利き健もその神経表現は片手運動時と両手運動時では異なる，と常成人 8 名が，視覚ターゲットの動きに合わせた手首伸展

いう我々の仮説はさらに補強された。

屈曲運動を (1) 左片手運動条件 (UL) と (2) 両手鏡像運動341

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（4）プリズム順応の学習と消去の時間経過－「速い学習系」と「遅い学習系」で説明できるのか？－井上雅仁，内村元昭，苅部綾香，北澤茂（順天堂大学医学部生理学第 1 講座）

視野をプリズムで平行移動すると目標に手を伸ばす到

後に残効が見られないことは，「遅い学習系」の残効は達運動に誤差を生じるが，運動を繰り返すことで減少す

24 時間後には消失することを意味する。プリズムありでる。プリズムをはずすと，逆方向の誤差が生じる。小脳500 試行行った場合に観察される 24 時間後の残効は，が障害されると，誤差が減少せず残効も失われるので，「遅い学習系」よりも「さらに遅い学習系」が駆動される

プリズム順応は小脳が関与する運動学習のモデルと考えと仮定しなければ説明できない。そこで，われわれは，ることができる。我々はこれまで，プリズム順応の効果

プリズムありの試行数を 30 回，150 回，500 回行った後，が長期（24 時間以上）にわたり保存される条件を調べて視覚フィードバックなしの試行を 50 または 100 回行ってきた。プリズムありで 50 または 250 試行行わせたときに学習の消失する時定数を比較した。その結果，30 回，150は 24 時間後には明らかな残効は見られなかったが，500

回，500 回の時定数は有意に異なった。
「速い学習系」と試行行わせたときには残効が見られている。一方，速度「遅い学習系」だけでは，150 回と 500 回の時定数は同じに応じた外乱力場を使った運動学習では「速い学習系」になるはずであり，このことは「速い学習系」，「遅い学と「遅い学習系」の存在が注目されている (Smith et al.,

習系」に加えて「さらに遅い学習系」が存在することを2006)。プリズムありで 250 試行行わせたときに 24 時間

示唆する。

（5）視覚運動変換学習の誤差フィードバックに最適なタイミングは運動終了時か課題終了時か？
阪口豊，石川拓海（電通大院・情報システム学）

課題成績向上に必要な情報を脳がいかにして獲得して終了のタイミングを人為的に操作できる仮想投てき課題

いるかは運動学習における重要な問題である。この問題を設定して適応実験を行なった。被験者は手首運動によへの一アプローチとして，本研究では視覚運動変換の適り画面上のボールの向きを制御して的にあてる。ボール

応における誤差フィードバックのタイミングの影響を調が的にあたる時刻（課題終了時刻）を基準として，ボー査した。到達運動のプリズム適応では，到達位置の視覚

ル到達点がそれと同時に提示される条件，遅れて提示さフィードバックが運動終了より 50 ms 以上遅れると学習れる条件，早く提示される条件において残効量を比較しの残 効量 が 有意 に 減少 す るこ と から (Kitazawa et al.

た。また，手首運動終了からボール到達までの時間を操

1995)，脳は運動終了直後に最も効果的に誤差情報を受容作して運動終了からの時間の影響を調べた。その結果，していると考えられる。本研究では，脳が誤差情報を受残効量は，ボール到達までの時間によらず，到達点がボー容するメカニズムをさらに探究するため，以下の問いをル到達と同時に提示される条件で最大になった。（予備提起した。1：誤差フィードバックの最適タイミングは身実験では）ボール到達を告げる感覚手がかりがない条件

体運動終了時か課題終了時か？ 2：課題終了時が重要だ

でも同じ結果が得られた。これらの結果は，脳が課題終とすれば，そのタイミングを知るために感覚手がかりは了タイミングを予測しそれにあわせて誤差情報を受容し必要か？

ていることを示唆する。

342

これらの問いに答えるため，運動終了と課題

研究会報告（6）指標追跡運動における2つの並列制御器の分離とその機能の検証
李鍾昊，戸松彩花，筧

慎治（東京都医学研究機構・東京都神経科学総合研究所・認知行動研究部門）

指標追跡運動には，ターゲットとの誤差を修正するフの運動指令を周波数の違いを利用して分離することに成ィードバック制御器と，ターゲットの動きを予測するフ功した。それぞれの運動指令について，我々が提案した

ィードフォワード制御器という 2 つの並列制御系が機能筋活動を位置，速度，加速度のキネマティクスの成分にし，2 つの制御器からの制御信号が混ぜ合わせられた運

分解する分析法を適用し，フィードバック制御器では単動指令（筋活動）によって追跡運動が行われていると考純な位置制御が優位に行われており，フィードフォワー

えられる。通常，この 2 種類の運動指令を分離することド制御器では速度と位置のハイブリッド制御が行われては極めて困難である。我々は，フィードフォワード運動

いることが確認された。最後にフィードフォワード制御

指令が低周波に，フィードバック運動指令がより高周波器に小脳が含まれていることを脊髄小脳変性症患者の運となるような運動課題をデザインし，2 つの制御器から動指令の分析や動物実験によって検討した。

（7）運動中に時間変化するフィードバックゲイン
植山祐樹，宮下英三（東工大院・総理工・知能システム）

Animals apply two types of controller, feedforward andperturbation because the somatosensory feedback was

feedback controllers. We estimated a Japanese monkey’s arm

observed to follow the perturbation after a delay of about 20

stiffness as positional sensory feedback gains during the

ms. The arm stiffness was time-varying during the reachingreaching movement using a manipulandum in order to reveal

movement. This result suggests that the feedback gains area feature of the feedback controller. The arm stiffness wasscheduled in the motor planning and Optimal Feedback

estimated from hand trajectories and forces at 50-70 ms afterControl model is a plausible model for the movement control.

（8）運動学習における報酬予測誤差と感覚予測誤差の役割
井澤

淳，Reza Shadmehr（電気通信大学，Johns Hopkins University）

これまでの運動学習の研究では，脳は運動実行に関す

マニピュランダムを把持させて，ターゲットを通過する

る誤差を最小化するように記憶を更新すると考えられてような素早い “shooting” 運動を行わせた。被験者の腕をきた。しかし，最近の研究結果は，運動学習の目的が報スクリーンで覆ったが，カーソルを投影することで，手酬獲得の最大化であることを示している (Izawa 2008)。

先位置のフィードバックを与えた。学習課題中にはカー

もしも運動学習をタスクの達成度の最大化であると再定ソル位置と手先に回転外乱を与えた。報酬学習グループ

義すると，最適制御理論に基づく枠組みは，報酬予測誤にはタスクの成否に関するフィードバック情報のみを与差によって更新される運動指令選択メカニズムと感覚予

えたが，感覚誤差学習グループにはタスクの成否に関す

測誤差によって更新される順モデルの，二つの独立したるフィードバックの他に運動中の視覚フィードバックも部位によって運動学習メカニズムが構成されることを予与えた。どちらのグループも回転外乱を補償するような測する。この仮説を検討するために，被験者にロボット学習に成功したが，誤差学習グループは自分の手先運動343

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）の予測値も更新したのに対して，報酬学習グループは予つのグループで異なることがわかった。これは，運動予測値を更新しなかった。この実験結果は，感覚予測誤差

測誤差によって更新される学習メカニズムと報酬予測誤が順モデルを更新して，報酬予測誤差が運動指令選択を差によって更新される学習メカニズムは二つの異なる基更新することを示唆する。さらに，学習の汎化関数が二質によって担われていることを示唆している。

（学習機能促進）（9）時間推定能力はタイミング予測を要する運動課題の訓練で向上する
角田吉昭，筧

慎治，永雄総一（理研・運動学習制御，東京都神経研・認知行動）

我々は環境の変化を予測しあらかじめ行動を準備するばならない。運動方向は WS により指示される。WS とことができる。準備することで効率よく行動できる。たRS の間は先行期間と呼ばれ，各試行で 1～2 秒の均一なとえば，行動に関連する事象が“いつ”起きるかを知る

確率分布からランダムに選ばれた。WS 提示後，RS が現ことは，すばやく反応するための手掛かりとなるであろ在まで現れず，次の瞬間に RS が現れる確率は先行期間う。そのためには経過時間を知る必要がある。脳は時間が長くなるほど高くなる。この条件確率はハザード率とを推定しなければならない。あいまいさが存在する。す呼ばれる。被験者はこの確率分布を知らされずに課題をなわち，運動の準備には時間推定のあいまいさが伴うこ訓練した。反応時間は先行期間が長くなるほど短縮されとになる。過去の研究では，時間弁別，再生能力は訓練た。さらに先行期間に対する反応時間の関係は訓練ととにより向上することが報告されている。時間推定のあいもに変化した。これは被験者がハザード率を学習し RS

まいさは，タイミング予測を要する運動課題の訓練で小を予測するようになったことを示唆している。反応時間

さくなるかもしれない。本研究では，ヒト被験者が反応の変化に伴い時間推定のあいまいさが減少していること

時間課題を訓練することによりこの問題を検証した。各が分かった。上記の結果はタイミング予測を必要とする

試行では警告信号 (WS) と反応信号 (RS) が提示される。

運動課題の訓練によって時間推定能力が向上することを被験者は RS 提示後にすばやく手首運動を開始しなけれ支持する。

（10）ヒト背側運動前野への経頭蓋直流電気刺激で，並列反応選択課題のパフォーマンスを向上させる
鈴木裕輔，内藤栄一（NAIST・情報，ATR-CMC，NICT Bio-ICT Group，大阪大院・医）
大脳皮質運動領野への可塑性誘導は，これと同時また別々に反応する (R1, R2) 場合，個々の反応時間 (RT) が遅はこれに引き続き実行される認知運動課題と相互作用を延する現象である。この原因の 1 つとして，S と R を対おこす。従って，ある認知運動機能を向上させるには，応付ける処理（S-R 処理）が並列処理され，相互に干渉

LTP 型の情報処理促進が効果的な場合と LTD 型の処理することで，背側運動前野 (PMD) の過活動が起きること抑制が効果的な場合が想定され，これらは課題自身がどがあげられる。本研究では，課題遂行中に PMD へ経頭のような可塑性を脳内に誘導するかに依存する。本研究

蓋電気刺激 (tDCS) を与え，促進型 (anodal tDCS) またはでは，psychological refractory period (PRP) 課題に対する両抑制型 (cathodal tDCS) のどちらが，PRP 効果を軽減する

者の効果を検討した。PRP とは，2 つの刺激 (S1, S2) が非かを検証した。実験では，反応選択肢数の異なる 2 つの常に短い時間差で連続して提示され，それぞれについて

PRP タスク（一択単純反応；SS タスク，二択選択反応；344

研究会報告CC タスク）を用意した。各タスクは，3 つの tDCS (sham,

短縮効果は見られなかった。この結果は，anodal が PMD

anodal, cathodal) ブロックから構成され，刺激提示時間差の情報処理を促進した結果，通常みられる干渉を軽減で50 ms, 500 ms の条件を比較した。CC タスクの 50 ms 条

きたためと推測された。本研究は，tDCS で人間のマルチ件で RT の遅延が最も顕著に観察されたが，この RT はタスク処理能力が向上する可能性を示した最初の研究でanodal によって有意に短縮できた。一方，cathodal では，もある。

（11）間欠的な視覚フィードバックによる周期運動学習の促進
池上剛，平島雅也，大須理英子，野崎大地（ATR，東大院・教・身体，NICT）

我々は，視覚運動変換課題（カーソルへの 30°
回転変における一定回転変換に対する低い学習成績を再現し換）を，周期的運動で学習した場合の学習成績（学習曲た。我々は，こうした成績の低下には，一度に複数のエ線の時定数，プラトー値）が，離散的運動で学習した場

ラー情報を参照してしまうことが関連しているのではな

合に比べて顕著に低いことを報告した (Ikegami et al.,

いかと考えた。そうであれば，エラー情報を間欠的に与2010)。この結果は，視覚運動変換の学習システムが離散えた方がむしろ成績を改善させるはずである。実際，被運動と周期運動で異なることを示唆している。そこでシ

験者に 30°の回転変換の学習を 4 つの条件（連続的にステム同定法を応用し，周期運動時に視覚的エラー情報(n=15)，2 サイクルに 1 回 (n=8)，3 サイクルに 1 回 (n=5)，がどのように内部モデルの更新に利用されているのかを

5 サイクルに 1 回 (n=15) の視覚フィードバック）で行っ調べるために，8 人の被験者に，サイクル毎にランダムてもらったところ，5 サイクルに 1 回フィードバックをな回転変換が付加される条件下で周期的な到達運動を行与えた場合だけ，連続的に与えた場合よりも有意に学習ってもらった（1 サイクル≒400ms）。同定の結果，周期が改善された。この結果は，約 2 秒（5 サイクル×400 ms）

運動の学習システムは，5 サイクル前までのエラー情報

間に次々と入力される過度のエラー情報が，周期運動のを参照して現在の運動指令を修正していた。さらに，同学習成績を低下させることを示唆している。

定されたモデルを用いたシミュレーションは，周期運動（12）運動前短時間の感覚刺激による技能学習の停滞状態からの脱却
上原信太郎，南部功夫，戸松彩花，鈴木裕輔，李鍾昊，筧

慎治，内藤栄一（京大院・人環・共生人間/日本学術振興会，NICT，東京都神経研・認知行動，NAIST・情報，ATR）

運動技能学習は果々しく行動が変化する学習初期とそ介入が停滞した運動技能に及ぼす行動学的効果の検証

れに続く漸進的変化を特徴とする学習後期に分けることと，その背景にある神経機序の解明を行った。運動課題ができる。この学習後期にはいくら練習を重ねても顕著には掌で 2 つの球を回す手指巧緻運動を用いた。事前のな向上が見られない段階が存在し，ここに達すると定常

練習によって技能が自動化し，且つ停滞に至った参加者

的練習ではさらなる技能向上を期待することは難しくなに対し，運動前に運動閾値下の高頻度 TENS を母指球部る。この段階から脱し更なる向上を導く（=後期学習促に短時間介入した。すると運動制御が効率化され，即時進）にはどのような手段が有用で，どのような神経系の的に技能の向上を導くことができた。更に TENS を介入

変化が必要なのだろうか？

我々は，体性感覚入力が運する試行を繰り返すことでその技能レベルは保持され，動機能に恩恵をもたらしうる知見に基づき，経皮的神

介入を辞めても維持された。これらの背景には，TENS

経・筋電気刺激 (TENS) を利用し，運動前短時間の TENS

が主に筋感覚繊維由来で，一次運動野 (M1) の興奮性を

345

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

上昇させ，この状態で運動を行うと M1－大脳基底核回制御の効率化が鍵であり，その裏には運動中枢，特に路の機能的結合が強化，固定化されることが存在していM1－基底核回路の機能結合強化とその固定化が必要でた。最後に，TENS を伴う試行を日々反復訓練することあることが分かった。運動前の短時間高頻度感覚線維刺で，TENS 介入なしの通常の訓練のみでは，促進できな

激は，これらを効果的に誘導できる，いつでも，どこでかった後期学習を段階的に促進することに成功した。自も，だれでも，できる方法である。

動化された後期運動技能学習をさらに促進するには運動（13）ヒト運動野の可塑性に対する情動の影響
小金丸聡子 1,2，美馬達哉 1，道免和久 2，福山秀直 1（1 京都大・医，2 兵庫医科大・高次神経制御系リハビリテーション科学）

我々の学習や記憶はしばしば情動の影響を受ける。しか運動野の LTP 様の変化を誘導する手法として，間欠的シーしながらヒトにおいてその脳内メカニズムは十分に明ら

タバースト法を使用した。結果として，我々は負の情動刺かにされていない。特に，逃避行動など負の情動に関わる

激が，ヒト運動野の可塑性を増強し，さらに標的部位以外

運動学習についての報告は少ない。今回我々はにも LTP 様の効果を引き起こす事を発見した。この現象

International Affection Picture System (IAPS) と経頭蓋磁気は，精神運動障害 (Psychotic movement disorder) の神経生理

刺激 (TMS) を用いて，負の情動を引き起こす視覚刺激が学的基盤である可能性が考えられる。

ヒト運動野の可塑性に影響するかどうかを検討した。一次（全身運動・四肢運動協調）（14）着地からのジャンプにおける下肢・体幹の筋活動パターン
飯田祥明，稲葉優希，中澤公孝，金久博昭（東京大学総合文化研究科，鹿屋体育大学）【背景・目的】着地からのジャンプは，球技をはじめとすおよび下肢と体幹の筋電図の各データを取得した。筋活るスポーツ活動において多用される動作の 1 つである。

動パターンの定量指標として，重心下降および重心上昇

その遂行にあたっては，下肢と体幹に位置する筋群の協の各局面において，筋放電がピークとなる時点（筋放電

調的な筋活動パターンが要求されると考えられる。しかピークタイミング）を分析した。

し，これまでのところ両セグメントの筋活動パターンを【結果】重心下降局面における筋放電ピークタイミングに包括的に検討した例はない。そこで本研究は，着地からは，脊柱起立筋と大殿筋の間にのみ有意な差が認められ，のジャンプにおける下肢・体幹の筋活動パターンについ筋活動ピークの発現順序に特徴的なパターンは観察されて検討することを目的とした。

なかった。一方，重心上昇局面においては，ヒラメ筋と【方法】健常男性 17 名が被験者として実験に参加した。

脊柱起立筋，大殿筋，外側広筋の 3 筋との間に有意な差

被験者には高さ 35cm の台上からの着地からのジャンプが認められ，近位から遠位の順で筋活動のピークが発現を 10 試行課した。課題動作中，床反力，キネマティクス，するパターンが観察された。

346

研究会報告（15）熟練度が全身リズム動作中の共収縮レベルに及ぼす影響三浦哲都，工藤和俊，大築立志，中澤公孝（東京大学大学院・総合文化研究科）

近年，主に上肢における短期の運動学習により主働筋

有意に低かった。すべての関節における関節角速度の－拮抗筋の共収縮レベルの低下が報告されている。本研

ピーク値の絶対値，膝関節と足関節における関節角度範

究は，全身動作中の下肢筋群の共収縮レベルが熟練度に囲は非ダンサー群よりもダンサー群の方が有意に高かっより異なるのかを検証した。全身リズム動作熟練者であた。以上の結果は，ダンサー群における全身リズム動作

るストリートダンサー8 名（国際大会優勝者 2 名を含む）

中の下肢筋群の共収縮レベルが長期の運動学習により低とダンス未経験者 9 名に，ストリートダンスの基本のリ

下し，より大きな関節角速度絶対値と関節角度範囲を実ズム動作（ビートと膝屈曲を同期）を 8 種類の周波数 (40,現していることが明らかになった。またこれらの結果は，60, 80, 100, 120, 140, 160, 180bpm) で行わせ，下肢の筋活運動学習における主働筋－拮抗筋の共収縮レベルの低下

動測定（前脛骨筋，腓腹筋，ヒラメ筋，大腿直筋，外側が，上肢の運動のみならず全身リズム動作中の下肢にお広筋，大腿二頭筋）および 2 次元動作解析を行った。屈いても，また短期運動学習のみならず数年という長期運筋と伸筋の筋電図の相対差分信号から共収縮レベルを算動学習においても観察されることを示し，共収縮レベル出した。また，股関節，膝関節，足関節の関節角度範囲，の低下が運動学習における一般原則であることを示唆す

関節角速度を算出した。下腿，大腿の屈筋－伸筋の共収る。

縮レベルは非ダンサー群と比較してダンサー群において（16）空間位置を音階で定義した音によるトラッキング運動 －競泳ドルフィンキックの場合－
下門洋文，市川浩，椿本昇三，高木英樹（筑大院・人間総合・体育科学，国立スポーツ科学センター）

現在の競泳規則では，すべての種目において水中での先位置をトラッキングして泳いでもらい，水中カメラ

ドルフィンキック動作が許されており，これは水中での(60 Hz) で撮影した。被験者全体の足先位置の平均値を見

周期的な推進運動である。競泳指導において，水中環境

ると，ターゲットとは逆位相の結果となった。そこで，

で指導者が求める周期運動をコントロールできるようにターゲット音の高音階の瞬間と身体各部の動作ピークのなれば，さらなるパフォーマンス向上が期待できる。本

瞬間との誤差を評価した。しかし，本来定義したものと研究では，モデル選手のドルフィンキック動作を音で表は異なり，足先位置の高い瞬間と高音階の瞬間が近づく

現し，トラッキングすることで泳動作に及ぼす影響を調様子は見られなかった。他の運動学的指標と比較したと査した。モデル選手（全国大会出場レベル）のドルフィ

ころ，最もピーク時間が近づいたものとして，蹴り下ろンキック動作から得られた二次元の足先位置座標を標準し中の大転子の水平方向加速度ピークの瞬間が高音階の化し電子音に変換した。音は足先位置が高い位置にある

瞬間に近づいた。空間位置を定義したものの，時間的な場合は高音階 (900 Hz)，低い位置は低音階 (300 Hz) とな

タイミングを最大加速の瞬間で合わせるように音と運動るように空間位置を定義した。これをターゲット音とし，が近づいていた。このことから，音を用いることで競泳競泳選手 13 名（全国大会出場レベル）に音の定義を十分の推進運動をコントロールできる可能性があるものと考説明した後，水中ドルフィンキックで音を聞きながら足

えられる。

347

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（17）プリズム適応における学習と記憶保持特性に与える重力の影響
加島崇史，和田佳朗，桑田成雄，平田豊（中部大院・工・情報工学，奈良県立医科大・医・医，航空自衛隊・航空医学実験隊）

我々の身体運動は地上重力との相互作用のもとで調整らない。本研究では，重力環境の変化が運動の学習，忘されており，重力環境が変化すれば，運動制御の再調整

却特性，ならびに記憶保持に与える影響を評価するため，が必要になる。また，運動の学習や記憶保持特性に変調

リーチング動作のプリズム適応実験を，1) 座位と仰臥をきたす可能性もある。これまで，微小重力下における位，2) 通常重力と過重力環境下で実施し，比較した。そこうした運動の適応過程については，宇宙飛行士によるの結果，仰臥位は座位に比べ，過重力下では通常重力下

経験的な内省としての報告はあるが，適応時の学習特性に比べ，学習スピードが速く，記憶保持率が高くなるこや忘却特性と重力の関係に関する定量的な評価は見あたとが示された。

（18）落下タイミングの予測で反射的活動は抑制されるか？
須田悠紀，北澤茂，米田継武（順天堂大院）

吊り下げ状態からの不意な落下により，前庭器官に起乳突筋，僧帽筋，三角筋，腹直筋，大腿二頭筋，大腿直因した反射的な筋活動が生じるが，自ら落下開始のタイ筋，腓腹筋，前脛骨筋の 8 筋とした。落下開始 40ms 後

ミングをコントロールする場合（自発落下）には生じなから 170ms 後までの筋電図を整流し積分した放電量を，い (Greenwood & Hopkins,1976)。自らの運動によって生じ被験者ごとに 3 条件の平均で標準化した後，二元配置のる感覚器からの信号は，運動指令のコピーに基づいて抑分散分析により統計解析した。落下条件と筋の二元配置

制されると考えられている (Mittelstaedt, 1950)。これに従分散分析の結果，落下条件で有意な主効果 (F (2.12) = 16.0,

えば，自発落下では前庭器官からの感覚情報が運動指令

p<0.001)，と 2 要因間で有意な交互作用 (F (14.84) = 2.0,に基づいて抑制されたと考えられる。では，他者が開始

p<0.05) が認められた。単純主効果の事後解析の結果，被する落下時の反射的な筋活動も，タイミングが予測でき

検筋中 6 個の筋の自発条件と他発予測条件は，不意条件れば抑制されるのだろうか。本実験では，吊り下げ状態

より有意に抑制されていた (p<0.01)。他発的に開始したからの落下に伴う筋活動を，自発落下条件，他者による落下でもタイミング予測できれば反射的筋活動が抑制さ落下でタイミングを予測できる予測条件，予測できない

れることが明らかになった。

不意条件，の 3 条件各 30 試行で調べた。被検筋は，胸鎖（19）運動指令の違いが同側二肢協調動作の安定性に与える影響
中川剣人，田代哲朗，村岡哲郎，坂本将基，彼末一之（早稲田大学大学院スポーツ科学研究科，日本大学経済学部，早稲田大学スポーツ科学学術院）【序論】多肢・多関節を同時に制御する協調動作に関するる場面も存在する。本研究は，二肢を能動的に制御する研究は古くから行われている。それらの多くは二肢を能協調動作と，一肢は受動的に動かされ，もう一肢を能動動的に制御するものだが，日常生活やスポーツ場面では，的に制御する協調動作の様相を比較することで，運動指受動的に身体を動かされ，それに対して能動的に協調す令の違い（一肢を能動的に動かすか受動的に動かされる348

研究会報告か）により協調動作の安定性にどのような影響を受ける

出した位相差を元に，それぞれのタスクの成功率を求めかを検討した。

た。

【方法】被験者は椅子に座り，右前腕をゴムバンドで肘掛【結果・考察】タスク成功率は足関節動作が受動的，能動

けに回内位に固定した。右足は矢状面上に足関節の底的に関わらず，逆方向動作が小さく，同方向動作が大き

屈・背屈運動が可能な板付きの三脚に固定し，手関節とかった。足関節が受動的か能動的かの間に違いは見られ足関節の周期的な屈曲・伸展動作を行った。手関節およなかった。この結果は，協調動作の安定性は運動指令のび足関節の関節角度変化は，ゴニオメータを用いて測定違い（足関節が能動動作か受動動作か）には影響しないした。タスク間では，足関節動作（受動，能動），動作のことが示唆され，足関節由来の体性感覚情報が影響して方向（逆方向，同方向）の要素を組み合わせて，4 種類

いることが予想された。

のタスクを 7 試行行った。手と足の関節角度変位から算（20）脚関節間協調に注目した歩行運動の解析
垣内田翔子，橋爪善光，西井淳（山口大院・理工）

生体は熟練した運動を行なう際，複数の関節をそれぞ支持期にかけては，立脚側は関節間協調を活用することれの状況に応じて臨機応変に協調させて目的の運動を実で腰の高さと速度を調整し，遊脚側は脚姿勢および関節現している。Bernstein は運動中，タスク達成に重要なポ

角速度のばらつきを抑えるような調整がなされているこ

イントではこのような関節間の協調が強く働くと述べてとがわかった。第二に，着地前に両脚が協調的に働くこいる。そこで，本研究ではヒトの歩行運動中のどのようとで着地時の足先位置と速度を調節していることがわかな瞬間に股・膝・踝関節間の協調が生じているかを調べった。第三に，脚を前に振り出す際の足先が最も床と近る こ と を 目 的 と し ， 歩 行 軌 道 の UCM (Uncontrolled

付く瞬間には，その足先の高さが関節協調を使って調整

Manifold) 解析を行った。その結果，腰・膝・踝関節の協されていることがわかった。すなわち，足先が低い位置

調によって腰に対する足先の鉛直位置が歩行周期全体にを通り地面につまずく可能性の高い瞬間や着地による衝渡り調整されていることがわかった。また，以下にあげ

撃で転倒しやすい瞬間において，ヒトは特に関節間協調

る 3 つの瞬間については，特に関節間協調が強く働いてを活用して足先を巧みに調整し歩行の安定化を図っていいることがわかった。第一に，片足支持期終期から両脚ることがわかった。

（認知運動）（21）運動イメージによる転移
雨宮薫，小嶋祥三（東大院・医・脳神経医学，慶應・人文 GCOE）

本研究では，運動イメージを用いて，両側性転移の効手）によるテスト（転移テスト）を行った。結果，同側果とその学習前後の活動の変化を比較することで，実際学習の成績は上昇し，かつ，右手の成績は左手の成績との運動を用いない学習とその効果の般化がどのように行同程度へ転移する傾向が見られ，本先行研究結果と同様，われるかを検討した。課題は簡単な左手（非利き手）に運動イメージ学習が効果器非依存の効果を持つ傾向がうよるタッピングを用い，運動イメージ学習の前後に同側かがわれた。fMRI 結果では，同側学習結果であるポストのテスト（プレテスト・ポストテスト），その後に反側（右テストの賦活領域はプレストより減少する一方，転移テ349

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

ストの賦活領域は右手の運動野以外にも上頭頂・下頭頂のように，実際の運動学習による修正が不可能な学習の領域が上昇する傾向が見られた。これら領域は運動イ

場合にも，抽象的ルールの獲得により学習の転移可能とメージ中において強い関連性が示されている領域であなっていた可能性があると考えられ，かつ同側の学習促

り，かつ運動の軌道のコントロールの獲得や抽象的ルー

進の領域とは異なる領域が関連していた可能性が示唆さ

ルの獲得，効果器非依存の学習における関連が示唆されれる。

ている領域でもある。これらのことより，運動イメージ（22）物体への接触が運動イメージ中の皮質脊髄路の興奮性に及ぼす影響
水口暢章，坂本将基，村岡哲郎，中川剣人，中田大貴，彼末一之（早大院スポーツ科学，日本学術振興会，早大スポーツ科学，日大経済）「運動イメージ」は実際の動きを伴わずにある動作を想ルに触れながら運動イメージを行った。その結果，触れ起するものと定義される。我々は物を扱う運動イメージ

るボールの大きさが運動イメージと同じだった場合のほ中に実際にその物に触れて行うと皮質脊髄路の興奮性がうが異なった場合と比べて MEP 振幅が大きかった。しより高まることを報告した。本研究ではイメージする動

かし，触れる物の質感の違いによる MEP 振幅の差はな

作で扱う物と実際に触れる物の「形」が異なった場合やかった。さらに，物対に接触している部分の広さを変化

物の「質感」が異なった場合の皮質脊髄路の興奮性を検させた場合の MEP を測定した。その結果，物に接触し討した。皮質脊髄路の興奮性は経頭蓋的磁気刺激 (TMS)ている面積を広くしても運動イメージ中の MEP にさらによって誘発される運動誘発電位 (MEP) の振幅から求なる増大は見られなかった。つまり，皮膚刺激の強さはめた。MEP は第一背側骨間筋から記録し，TMS 強度は運動イメージ中の皮質脊髄路の興奮性に影響しないと考安静時閾値の 1.2 倍とした。運動イメージはスポンジボー

えられる。これらのことから，物を扱う運動イメージ中

ル (4cm) を握る動作とした。物の形が異なる条件では直に「同じ形」の物に触れて行うとより皮質脊髄路の興奮

径 2cm のボールに触れながら運動イメージを行った。質性が高まる可能性が示唆された。

感が異なる条件では表面が滑らかなプラスチックのボー（23）視覚－運動連合学習には視覚情報に対するセルフエージェンシーが必要である
廣瀬智士，小原一樹，内藤栄一，松村道一（情報通信研究機構，京大院・人・環，ATR-CMC，DCN，大阪大院・医）我々が運動を行う際，視覚座標上で計画した運動を，運（右もしくは左だが円の動く方向とは無関係）に手首をで動指令に変換しなければならない。我々は運動を繰り返きるだけ早く動かす単純反応課題を行った。トレーニング

し，運動指令と対応する視覚入力の関係を学習すること

では，静的に呈示される視覚刺激の位置に対して，反対方で，運動指令と視覚上での動きを対応づけている。本研究

向に手を動かす，選択反応課題を用いた。この際，半数のでは，自己の動きに帰属する（視覚フィードバックである）

参加者では，自分の手の動きに連動してこれと反対方向に

視覚上での動きのみが視覚－運動の関連付けに貢献する

動く円を観察させ，運動と視覚フィードバックの方向が逆ことを示す。参加者は，後述するトレーニングの前後で以転する環境を訓練した［Agency Training (AT) 群］。もう一

下の課題を行った。右もしくは左に，試行毎にランダムに群では，視覚刺激は手と反対方向に動くが，実験者が円の動く円を観察しながら，あらかじめ教示されている方向動きを操作し，自分の手に連動しない環境を訓練した

350

研究会報告［Non Agency Training (NAT) 群］。トレーニング前には，両た。これは，AT 群においてのみ，トレーニングによって，群とも，円の動く方向と手を動かす方向が同じ条件（一致運動とは逆向きへの視覚刺激の動きが，自己の手の動きと条件）で，方向が逆の条件（不一致条件）に比べて，反応

関連づけられた結果であると考えられる。本研究の結果

時間が短くなった。一方，トレーニング後には AT 群におは，視覚－運動連関の書き換えには，自己の運動に帰属す

いてのみ，不一致条件の反応時間がトレーニング前より短る視覚情報を観察することが重要であることを示す。

くなり，一致条件と不一致条件の有意な差は見られなかっ（24）観察学習中の一次運動野の活動変化
森山倫良，水口暢章，坂本将基，彼末一之（早稲田大学・スポーツ科学学術院）「観察学習」とは，身体を動かさずに観て覚えることで

TMS を 9 番目の指文字が提示されたときに与えた。実験ある。観察学習は特に新しい運動技能の学習の初期で行

2 では，指文字の順序を実験 1 と逆にし，実験 1 の 9 番

われ，例えば，熟練者の動作を模倣しようとして観察す

目と同じ指文字を 2 番目に提示し，その時に TMS を与る際の学習方法である。しかし，その神経機構は明らかえた。実験 3 では，9 番目以外が set 毎に異なる順序の映になっていない。そこで本研究では，観察学習中の一次像を提示した。TMS を与えた 9 番目の指文字は実験 1 と運動野 (M1) がどのような活動を示すかについて検討し同一とした。実験 1 から，観察学習が進むにつれて運動た。3 種類の実験を行った。すべてで 10 種の手話の指文誘発電位が小さくなることがわかった。さらに実験 2 で字を，10 回で 1set とし，5set 繰り返し観察する時に M1

は実験 1 より早くに運動誘発電位が小さくなり，実験 3を磁気刺激し，運動誘発電位を第一背側骨間筋から記録

では set 毎に大きな変化は見られなかった。このようなした。また，全実験の初めにコントロールとして，スク

結果は，学習過程には運動誘発電位が大きくなることをリーン内の止まっている右手を筋活動がない状態で観察示唆さする。

させ，TMS を約 10 秒間隔で 10 回与えた。実験 1 では，（25）幻肢の状態を客観的に捉える方法
河島則天（国立障害者リハビリテーションセンター研究所・運動機能系障害研究部）

多くの体肢切断者に生じる「幻肢 (phantom limb)」の状た。前腕切断者 12 名を対象として，幻肢と健側手の両手態を記述した研究報告では，被験者の内省や臨床的な所

運動（手首の掌背屈運動）を快適運動速度を基準とした見を扱うに留まったものが多く，幻肢の運動の成就や運異なる 10 段階の規定動作速度下で実施した。各動作速度

動感覚の変化を定量的に評価した研究はほとんどみられでの運動実施後に主観的運動感覚 (VAS) の回答と求めない。本研究では，Visual analog scale (VAS) による被験るとともに，運動中に切断端の手関節屈筋・伸筋の筋活

者の主観（心理）的尺度と，動作の速度（物理量）に応動，健側の手関節角度を記録した。当日は，結果の詳細

じたその変化を捉えることで，幻肢の状態を定量的に把を提示し，上記の方法の有用性と問題点について議論し握するための心理物理学的評価法の適用可能性を検討し

たい。

351

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（26）聴覚フィードバック情報に基づく到達運動のオンライン修正
藤井進也，平島雅也，野崎大地（東大院・教育・身体教育学）

ヒトの聴覚系は，視覚情報の二経路処理モデル

覚情報の誤差を突如生じさせ，聴覚誤差フィードバック（“where” と “what” 経路）と同様に，音の高さと聴こえた情報のみを与えた場合に到達運動がオンライン修正され位置とを異なった神経基盤を用いて情報処理しているるかを検証した。実験 1 の結果，音定位の誤差フィード(Alain et al., PNAS, 2001)。この知見に基づくと，ヒトのバック情報に基づいて運動が機能的にオンライン修正さ脳内においては，音高情報の誤差よりも，音定位情報のれていることが確認された。実験 2 の結果，3 名の被験誤差と視覚運動情報の誤差を結び付ける方が容易であ者は，音高の誤差フィードバック情報に基づいて運動をり，ヒトは音定位の誤差フィードバック情報に基づいて機能的にオンライン修正することができなかった。これ運動をオンライン修正できる，という仮説を立てることに対し，残り 3 名の被験者（2，3 歳からのピアノ経験者）ができる。本研究では，到達運動課題を用いた。2 つのは，音高の誤差フィードバック情報に基づいて運動を機実験により，この仮説を検証した。第 1 の実験 (N=6) で能的にオンライン修正することができた。これらの結果

は，視覚カーソルの位置に応じて音の定位を変化させ，は，幼少期に音高情報に関わる脳内聴覚運動マップが形

第 2 の実験 (N=6) では，視覚カーソルの位置に応じて音成されていれば，音高の誤差フィードバック情報によっ高を変化させた。両実験とも，被験者に前方への到達運ても，運動がオンライン修正されることを示唆している。

動を十分学習させた後に，視覚運動回転による視覚・聴（27）聴覚運動統合の神経機構：手指による音高操作に関与する皮質領域
橘亮輔，柳田益造，力丸裕（同志社大・院・生命医科，同志社大・院・理工）

歌唱や楽器演奏は，音の特徴量（ピッチ，音色，ラウに合うよう調整する課題をおこなう際の脳活動を fMRI

ドネスなど）を素早く正確に操作することを必要とする。

で計測した。実験の結果，聴覚運動統合をともなう課題

このことは，聴覚フィードバックを運動制御に上手く反に特異的な賦活が，一次聴覚野，一次運動野，側頭平面，

映させる仕組みを要求する。本研究では，聴覚運動統合

背側前運動野にみられた。また，背側前運動野の賦活はに関わる脳領域を検討するために，入出力を簡単化した

試行毎の制御誤差と正の相関を示した。側頭平面と背側

擬似楽器を操作する際の脳活動を調べた。擬似楽器は圧前運動野の賦活は，発声制御の先行研究でも示されてき

力センサと波形生成器で構成され，手指でセンサをつまた。したがって，側頭平面と背側前運動野は，聴覚フィー

むようにして圧力をかけると，その強弱に応じたピッチ

ドバックを身体運動に統合するための神経機構を構成しを持つ音が生成されるというものであった。目標ピッチていると考えられる。

（眼球運動から行動発現まで）（28）前頭眼野による急速眼球運動および滑動性眼球運動の抑制
伊澤佳子（東京医歯大院・医・神経生理）

動物が興味ある視標を中心窩に捉えて注視している時

352には，視野内に現れる視標に対して反射的に起こる眼球研究会報告運動は抑制されている必要がある。大脳前頭眼野は従来野の刺激による滑動性眼球運動の抑制について調べた。

急速眼球運動（サッケード）の発現に重要な役割を果た刺激部位では，まず電気誘導性サッケードの閾値と，視すことが知られているが，我々は前頭眼野において，微覚誘導性サッケードの抑制の閾値を確認した後，滑動性

少電流刺激によりあらゆる方向の視覚誘導性サッケード

眼球運動に対する刺激効果を調べた。その結果，電気誘の発現を強く抑制する部位が存在することを明らかにし

導性サッケードが誘発される閾値より低い刺激強度で，た。この前頭眼野のサッケード抑制部位では注視中に強前頭眼野の刺激により滑動性眼球運動の発現が強く抑制

い持続発火を示す注視ニューロンが数多く記録されたこされることがわかった。この抑制は，catch-up サッケーとから，この部位は注視の際に働き，サッケードの抑制

ドを伴わない滑動性眼球運動においても認められた。以に関わるものと考えられる。一方，サッケード以外の眼上の結果から，前頭眼野はサッケードのみならず滑動性球運動の抑制については，前頭眼野の刺激効果は調べら

眼球運動の発現も抑制することにより，注視の維持に関れていない。本研究では，訓練したサルにおいて前頭眼

わるものと考えられる。

（29）眼球運動学習中のサル大脳皮質の神経活動
大藤智世，竹村文（筑波大院・人間総合科学・感性認知脳科学，

産総研・ヒューマンライフテクノロジー・システム脳科学）

我々は運動学習のメカニズムを解明するために，サル関与しているかを調べるために，運動学習中の MST 野のの追従眼球運動を用いた研究を行っている。追従眼球運

神経活動を記録した。眼球速度が減少する学習課題とし動は，視野の広い部分が突然動き出すと，それを追いかて，視覚刺激（ランダムドット像）を二段階で動かす課

けるように短潜時で生じる眼の動きである。この眼球運

題をサルに数百～数千試行繰り返し行わせた。一段階目

動は，体の揺れなどによる視野のブレを素早く補正し，で記録中のニューロンが最も強く応答する動きで追従眼

視線の静定化に役立っていると考えられ，運動学習をは

球運動を誘発し，二段階目で動きを突然止めて視覚誤差

じめ，さまざまな修飾を受ける。post-saccadic enhancementを作り出した。運動学習中のサルの眼球運動と MST 野のと呼ばれる現象では，サッケード直後に視野が動くと誘単一ニューロン活動を記録した結果，全く同じ視覚刺激

発される追従眼球運動が増強する。追従眼球運動の発現によって誘発される追従眼球運動の速度は学習の初期かに 関 与 す る 神 経 回 路 に は 大 脳 皮 質 MST 野 (Medialら有意に減少した。一方，MST 野のニューロン活動は有Superior Temporal area) と小脳腹側傍片葉が含まれるが，意な変化を示さなかった。本研究の結果より，MST 野は

post-saccadic enhancement の原因と考えられる神経活動が追従眼球運動の学習の初期には関与しておらず，運動学

MST 野から記録された。本研究では MST 野が学習にも習の座は MST 野より下流に位置することが示唆された。

（30）短潜時の修正運動制御に学ぶ
竹村

文，安部川直稔，河野憲二，五味裕章（（独）産総研・ヒューマンライフテクノロジー・システム脳科学，
NTT･CS 研，京大院・医学研究科・認知行動脳科学）
例えばボールやコップを取ろうとしたときなど，私達ができるが，このようなアクシデント時の修正運動はどは日常的に眼と腕の協調運動をなにげなく行っている。

のようなメカニズムでおきているのだろうか？

近年，

このとき，不意に体勢が崩れても目標物を手に取ること

腕の到達運動中に背景である視覚刺激を動かすと，腕軌353

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

道がその動きを追うように逸れることを五味らが発見しSuperior Temporal area) をムシモールで抑制した。する

た。このような無意識な腕のオンライン修正運動は「短と，眼と腕のそれぞれに異なる障害が現れた。腕運動で潜時腕応答」と名づけられ，実験室で条件を揃えて誘発は，対側の腕をもちいたときの短潜時腕応答が消失した。

することができ，定量的に解析することが可能になった。

一方，同時に測定した眼球運動では，同側方向にむかう予備実験ではあるが，ヒトに近い筋・骨格系を持つサル

眼球運動が障害を受けた。このことから，視覚を処理すを対象とし，背景である視覚刺激を動かしたときの腕のる領域より下流で運動コマンドを構築するメカニズム

軌道と眼球運動を記録しながら，視覚の動きの情報を処が，眼と腕では異なることが示唆された。

理 し て い る と 考 え ら れ る 大 脳 皮 質 MST 野 (Medial（31）ラットにおける上丘両側性破壊による自発運動への影響
長谷川良平，野田康剛，長谷川由香子（産総研・ヒューマンライフテク・ニューロテク）

ラットの上丘は古典的には視覚の主要経路の一つと有性に破壊し，自発的な移動行動に誘発する回転カゴを用名であるが，上丘深層の電気刺激実験では頭部運動やロ

いて運動量の変化を測定した。その結果，実験に用いた

コモーションなどの定位行動が誘発されたり，逆にすく個体のうち，過半数（8 匹中 5 匹）において破壊後に回み行動が引き起こされたり，多様な運動を誘発すること

転数が有意に増加した。これらの個体では破壊後数日でもわかってきている。本研究では，しばしば上丘前方部

回転数を伸ばし始め，なかには破壊前の回転数の数倍にの電気刺激によってすくみ行動が誘発されやすいことにまで達したものもあった。これら結果は，上丘前方部が着目し，この部位が定位行動の抑制に関わるという仮説

本来，定位行動のような移動を伴うような運動を抑制すを立てた。この仮説を検証する第一段階として，通電にる働きを持っていることを示唆している。

よる局所脳破壊法を用いて上丘前方部を標的として両側（32）複数ニホンザルにおける上肢運動の無意識的な同調
長坂泰勇，Zenas C. Chao，長谷川有美，能登谷智則，藤井直敬（理研・BSI・適応知性研究チーム）

社会において他者との間で適応的な行動をとるために

3 頭のサルに訓練した。訓練後 2 頭のサルを対面させ，は意識的に行動を変化させるだけではなく，無意識的な訓練と同様なボタン押し課題を行わせた。各個体のボタプロセスの関与が必要であると考えられている。しかしン押しのスピードの変化を比較したところ，個体により意図的な同調行動や模倣行動を扱った研究はこれまで多速さの変化は異なるが，個体が単独でボタン押しを行っ

数行われている一方で，無意識的な同調行動に焦点を当ているときのその速さと対面条件での速さに変化が認めてた研究はごく少数である。またヒト以外の動物を対象られた。さらにその速さはペアとなったサルのボタン押とし，行動（比較認知心理学）と脳（神経科学）の両面

しの速さの整数倍に近似した。続いて対面状況においてから検討する試みはこれまでほとんど見られなかった。

視聴覚情報を統制した実験を行ったところ，特定のペア

本研究では，神経科学的な検討に先立ち，複数のニホンにおいて対面個体の視聴覚情報がボタン押しの速さに影

ザルの無意識的な行動の同期現象について行動科学的検響していることが示された。以上の結果から，ニホンザ討を行った。はじめに 2 つのボタンを交互に押すことをルにおいてもヒトと同様な行動の同調現象が生じること

354

研究会報告が示された。さらに訓練期においてボタン押しを他個体

象は無意識的あるいは無意図的な同調行動であることがと同調するよう学習させていなかったため，この同調現示唆された。

（歩行）（33）トレッドミル歩行およびその経験がトレッドミル上での視知覚に及ぼす影響
谷部好子，渡辺はま，多賀厳太郎（高知工科大学総合研究所，東京大学大学院教育学研究科身体教育学コース）

本研究は，トレッドミル歩行及びその経験による視知覚

連関を成し下向きにバイアスがかかるためと考えられる。

の調節を示す。実験 1 ではトレッドミル非経験者 18 名を実験 2 では運動方向判断へのトレッドミル使用経験によ対象とし，トレッドミル歩行 (W)，トレッドミル上での立る影響を調べた。トレッドミルを習慣的に使用した場合，

位 (Str)，床上での立位 (Sfl) の 3 条件で足元に水平の縞の流動するベルトと静止した地面とのどちらかに運動視が仮現運動画像を 3 秒間提示した。画像の運動方向には上か適応する可能性がある。前者なら条件 Str で条件 W と同下へ物理的バイアスを掛け，どちらの運動が見えたか回答

様のバイアスが生じ，下向きの運動知覚の頻度がこの 2を求めた。下へと回答された頻度に関する分散分析の結条件で条件 Sfl に比べて増えると予想されるが，後者なら果，条件の効果は有意であり (F (2,34) = 7.292, p<.005)，条

条件 W で下向きの運動知覚へのバイアスが消え，3 条件

件 W＞条件 Str＝条件 Sfl (MSe = 0.004, p<.05)であった。まの差が無くなると予想される。そこでトレッドミル習慣的た条件 W での頻度はチャンスレベルより有意に高かった

使用者 18 名を対象としたところ，3 条件に有意差は無く(p<.05)。以上よりトレッドミル歩行非経験者では歩行中に

後者の予想が支持された。トレッドミル歩行経験に伴い視下向きの運動が知覚されやすくなることが確認された。こ覚的流動の無い地面がトレッドミル歩行との連関を形成

れは通常の歩行で経験される地面の視覚的流動が歩行とし，下向きへのバイアスが消えると考えられる。

（34）歩行中の手先振動を抑制するシナジーの解析
東郷俊太，香川高弘，宇野洋二（名大院・工・機械理工学）

人間には自然に行うことの出来る，巧みな動作がたくャークを小さくし，コップの角度を一定に保つために，さんある。その中でも本研究では，コップの水をこぼさ人間はシナジーを用いている，すなわち各関節を協調さずに運ぶというタスクに注目し，人間がどのような方策せているという仮説を立てた。このことを確かめるためを用いてこの巧みな動作を実現させているのかを解析しに，人間のシナジーを定量的に評価する UCM 解析と呼た。このタスクを達成するためには，手先のジャークをばれる解析法を用いた。UCM 解析とは冗長性を持つ多要小さくすることと，コップの角度を一定に保つことが重素（各関節）の分散を性能変数（手先ジャーク，コップ

要であると仮定し，三次元位置計測装置を用いて，身体角度）に直接性能を与えない UCM 成分と，直接影響を各部位のキネマティクスデータを取得し，解析を行った。

与える ORT 成分の異なる二つの分散成分に分ける。UCM

水が入ったコップを持って歩行をする場合と，水が入っ解析により得られた結果から，人間が手先のジャークをていないコップを持って歩行する場合を比較した結果，小さくし，コップの角度を一手に保つために各関節を協水が入ったコップを持って歩行する場合のほうが，手先調させていることがわかった。また，視覚情報の有無をのジャークが小さくなっており，コップの角度の分散も実験条件に加えた結果から，振動抑制の動作における視小さくなっていることが確かめられた。次に，手先のジ

覚情報の働きについても考察していく。

355

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（35）歩行時の特徴的動作に基づく関節間協調の構成要因の評価
舩戸徹郎，青井伸也，土屋和雄（京大・工・機械理工，京大・工・航空宇宙，同志社大・理工・エネルギー機械）

歩行運動では各関節や筋が独立に制御されているのでべての動きの組み合わせと歩行中の協調パターンとの比はなく，各関節の運動には強い相関（関節間協調）が見較を行う。このとき，組み合わせの数が膨大になることられることが知られている。Ivanenko ら (Y.P. Ivanenko etを防ぐために，各動きを試行ごとのばらつきの大きさにal., J. Neurophysiol, 2007) はこれらの協調が下肢の伸縮と基づいて評価し，比較する動作をばらつきが少ないもの

回転に対応していることを示しており，さらに下肢の伸縮に限定する。ばらつきを評価する方法として，全身の関と回転に対応する指令はネコの後脊髄小脳路においてが確節運動を特定の動きに関与する動きと関与しない動きに認されていることから (R.E. Poppele et al., J. Neurophysiol,

分類して比較する Uncontrolled Manifold 仮説に基づく方2002)，これらの特徴点の動きが運動の生成に関与してい法 (J.P. Scholz and G. Schoner, Exp. Brain Res., 1999) を用る可能性がある。一方で Ivanenko らの研究では，検討すいる。

る特徴点の動きが下肢の伸縮と回転に限定されており，

このように 1：歩行中でばらつきの少ない動作を取りより適切な動きがある可能性は否定できない。特に下肢出し 2：それらの組み合わせによってできる動作と歩行関節のみではなく，上体まで含めた全身運動でみられる中の関節間協調とを比較することで，関節間協調が生成

協調がどのような物理的要因によって生成されているかされる物理的要因を検討した。その結果，重心・足首のについては調べられていない。そこで本研究では，歩行並進移動，遊脚の回転を含む動きが関節間協調を最もよ

中の全身の関節間及び重心の伸縮・回転の考えられるす

く表すことが分かった。

（36）歩行中の後方転倒誘発刺激に対する補償動作パターンの解析
香川高弘，太田雄，宇野洋二（名大院・工・機械）

本研究では，ヒトの 2 足歩行における後方転倒誘発刺る補償動作パターンが見られた。不安定な場合，遊脚足

激に対する補償動作を解析した。後方転倒に対する安定部が支持脚側部より後方に位置するように急速に着地し性は，支持脚足関節に対する身体の重心位置と速度によてその後の歩行リズムの位相が進む動作パターンが見らって評価できる。後方転倒刺激に対して重心が前方に移れた。外乱がより小さい場合，スイング動作を継続して動できるかどうかに依存してその補償動作パターンが変

位相が遅れるパターンが見られた。また，遊脚の関節角化するという仮説を立てて，苑検証実験を行った。トレ

軌道の違いは遊脚初期から中期に現れた。これらの結果

ッドミル上の歩行において，着地時にベルト速度を急激から，ヒトの歩行制御系は，将来の転倒を予測してスイに減少することで後方転倒を誘発する外乱を与え，そのング脚の動作と歩行リズムを制御していることが示唆さ

補償動作パターンと後方転倒の安定性との関係を評価しれる。

た。実験の結果，後方転倒の安定性に応じて 2 つの異な356

研究会報告（脊髄）（37）覚醒行動下のサルにおける筋求心性神経へのシナプス前抑制
金

祉希，関

和彦

（国立精神・神経医療研究センター・神経研究所・モデル動物開発研究部）

Wall ら (1958) は，脊髄内微小電流刺激によって誘発さた。DR は，求心性線維と遠心性線維が混在しているのれた逆行性電位を求心性神経末梢部で記録し，そのサイで，脊髄内微小電流刺激によって求心性の逆行性電位だ

ズによって PAD (Primary afferent depolarization) を伴うシ

けではなく，遠心性の順行性電位も誘発する可能性があ

ナプス前抑制の大きさを評価できる事を報告した（興奮る。そのため，弱い刺激電流で刺激した時（10µA 以下）

性試験）。我々は，覚醒行動下サルの筋感覚神経にこの興でさえこの筋電図活動が見られるものは，順行性電位と奮性試験を適用し，随意運動時に筋求心性神経へのシナ判断し，解析データから除いた。その結果 25 の電位が逆プス前抑制がどのように働くのかを評価した。1 頭のサ

行性電位として同定された。この逆行性電位のサイズは，

ルに手首の屈曲伸展運動を行わせ，橈骨神経深枝 (DR)

手首伸展トルクを一定に維持する運動局面において有意から短潜時入力を受ける脊髄ニューロンを検索し，そのに減少する事がわかった (p<0.05)。この結果は，関節ト近傍で微小電流刺激を行い (10Hz, 1-20µA)，DR においてルクを一定に維持する事が求められる運動時には，一次誘発される電位を記録した。DR からの記録や刺激はカ

求心神経へのシナプス前抑制が減衰し，主働筋からの求フ電極を慢性的に埋め込む事により安定的に行った。そ心性情報が積極的に中枢神経系に取り込まれていることの結果，DR において 38 の誘発電位が記録された。それを示唆した。

らの中には前腕伸筋群の筋電図活動を伴う電位があっ（38）脊髄介在ニューロンは把握運動におけるシナジーの形成に貢献しているか？
武井智彦，関和彦（国立精神・神経医療研究センター・神経研究所・モデル動物開発研究部）

霊長類の手には 27 個もの筋肉が集まっており，中枢神

訓練し，課題中の脊髄ニューロン活動および上肢筋活動

経系がこの冗長自由度をどのように制御しているのかは(n=16) の記録を行った。次に，筋活動から筋シナジーを

未だに明らかにされていない。我々はこれまでに，脊髄抽出するため，非負値因子分解によって筋活動を複数の前運動性介在ニューロン (premotor interneuron, PreM-IN)

時系列信号の重み付き線形和として分解した。その結果，が手指の複数の筋群を支配していることを明らかにし，

3 個のシナジーに分解することで全筋活動の 80%以上を

これら PreM-IN が手指筋群の協働活動パターン（＝筋シ

説明できることが判明した。これら 3 つのシナジーは，

ナジー）の形成に関与していることを示唆してきた。しそれぞれ (1) 手指の屈筋群，(2) 手首の屈筋群，(3) 手指かし，これらの投射パターンが実際の手指筋群の協働活

および手首の伸筋群に高い係数を持っており，これらは動パターンと相関しているのかについては明らかではな

PreM-IN の投射パターンと強く一致していた。さらに，

かった。そこで本研究では，上肢筋活動から筋シナジー

個々の PreM-IN の投射パターンとシナジー係数の一致度を抽出し，これと PreM-IN の投射パターンを比較するこを定量化したところ，有意な相関が認められた。これらとで，PreM-IN の筋シナジーへの関与をより詳細に検討の結果は，脊髄 PreM-IN が把握運動における筋シナジーした。まず，3 頭のマカクザルに対して把握運動課題をを形成していることを強く示唆するものであった。

357

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（39）運動軌跡は一次求心性ニューロンによってどのようにコードされているか？
梅田達也，坂谷智也，山下沖人，佐藤雅昭，森本淳，関和彦，川人光男，伊佐正（生理研・認知行動発達，ATR，国立精神・神経センター）

体性感覚系の脳領域におけるニューロン活動は正確にした。指/手首/肘の関節を受動的に動かしたときのニ

四肢の運動をコードしていると考えられる。これまで，

ューロン反応を記録し，同時に，手/腕運動の立体軌跡を触覚刺激に対する単一の一次求心性ニューロンの応答をモーション・キャプチャーシステムで取得した。2 匹の記録し，多数のデータを解析することで刺激位置を推定

サルから合計 190 個以上のユニット活動をスパイクソー

できることが報告されている。しかしながら，集団としティングにより抽出し，そのうち多くが受動運動に応じて一次求心性ニューロンの活動パターンが運動軌道をどることが明らかになった。Sparse regression 法を用いてのようにコードしているか，明確ではない。今回，我々DRG ニューロン集団の発火パターンから手/腕の運動軌

は，サル頚髄の後根神経節 (DRG) ニューロンの活動と手跡をデコーディングしたところ，いくつかの運動に関し/腕の運動軌跡を同時記録し，運動軌跡がニューロン集団て正確に推定する事ができた。現在，我々はニューロンの活動でどうコードされるか解析した。2 つのマルチ電の種類（皮膚受容体・筋紡錘）と受容野がどう手/腕の運

極アレイ（各 48 チャンネル; Blackrock microsystems）を

動軌跡のデコーディングを反映しているか解析していイソフルレン麻痺下の 2 匹のサルの C7/8 の DRG に挿入る。

（40）ペダリング運動と経皮的電気刺激の併用治療が spinal interneuron に与える影響
山口智史，藤原俊之，田辺茂雄，村岡慶裕，大須理英子，大高洋平，里宇明元（慶應大院・医・リハビリ，藤田保衛大・医療科・リハビリ，国病機構村山医センター・臨研センター，ATR・脳研，東京湾岸リハ病院）

脳卒中患者において，ペダリング運動が痙縮の改善に

PE-ES と同様の運動のみ，ES はストレングスエルゴ TR

有効なことが報告されている。また，拮抗筋を支配する

上での座位で PE-TES と同様の電気刺激（同じ強度およ

神経への電気刺激が痙縮の改善に有効なことが知られてび周期）のみを行った。すべての課題で，実施時間は 7いる。今回，ペダリング運動中に電気刺激を組み合わせ分間とした。神経生理学的評価として，ヒラメ筋 H 波をて行うことによる脊髄相反性抑制の変化を検討した。対用いた条件－試験刺激法により，2 シナプス性相反抑制

象は健常男性 9 名（年齢 27.1 歳±2.8）。介入は，ペダリを測定した。測定は介入前後，15 分後，30 分後に実施しング運動＋電気刺激 (PE-ES)，ペダリング運動のみ (PE)，た。PE-ES によるヒラメ筋への Ia 相反抑制は，PE およ

電気刺激のみ (ES) の 3 課題とし，全対象者に日を変えてび ES と比較し，有意な増加を認めた (p＜0.01)。また実施した。PE-ES は，ストレングスエルゴ TR と電気刺PE-ES は，介入後，15 分後まで Ia 相反抑制が持続してい激装置を用いた。運動様式はアイソトニックモード，負た (p＜0.01)。今回，健常者において，ペダリング運動中

荷量 5Nm，正回転で任意のペダル回転速度で実施した。

に電気刺激を組み合わせて行うことによって，個々の治

電気刺激は，ペダリング運動中の伸展相（股関節最大屈療単独より Ia 相反抑制が増強することが示された。

曲位から最大伸展位）に，総腓骨神経へ行った。PE は358

研究会報告（41）長期的な身体運動による脊髄反射応答の特異的変化
小川哲也，河島則天，鈴木秀次，中澤公孝（国リハ運動部，早大・人間科学，東大院・総合文化）【背景】脊髄反射応答には可塑的に変化する性質が認めら

ラメ筋に誘発される伸張反射応答を測定，群間で比較しれており，また，そのような変化をもたらす一因子とした。伸張反射応答の誘発にはサーボモーター制御の足底て，長期にわたる繰り返しの身体運動への参加が知られ板による足関節の背屈方向への機械的外乱を用い，刺激ている。一方，脊髄反射応答の少なくともその一過性の強度は足関節の回転速度により 4 段階 (100, 200, 300, 400

調節においては，運動課題や外部環境の違いなどの要因

deg/sec) 設定した。

が影響することが示されてきた。では，特性の異なる身【結果と考察】すべての刺激条件について，水泳群が他の体運動に繰り返し参加すると，可塑的変化の起こる可能

2 群と比較して顕著に大きな応答特性を示した。また，性，あるいはその変化のパターンは異なるのだろうか。

刺激条件に対して得られる応答の関係，すなわち入出力

身体的背景の異なる群間で横断的な比較を実施した。

特性についても水泳群のみ顕著に高い値を示し，日常的【方法】大学の体育会レベルにおいて非常に高度にトレーに従事する運動の特性（運動課題や，運動を遂行する環

ニングされた水泳選手 8 名，陸上長距離選手 13 人，およ境など）を特異的に反映した脊髄反射応答の可塑的変化

び運動習慣のない若年者 8 名の計 29 名（年齢 21.4 (mean)の起こる可能性が示唆された。

±3.4 (SD) 歳）を対象とし，安静座位における右脚のヒ（一次感覚運動領野のリハビリテーション）（42）第一次運動野損傷前後の精密把握動作中の脳血流変化－PET を用いたサルの脳機能イメージング－
村田弓，肥後範行，西村幸男，林拓也，大石高生，塚田秀夫，伊佐正，尾上浩隆（産総研・ヒューマンライフテクノロジー，生理研・認知行動発達，
理研・分子イメージング科学研究センター，京大・霊長研・分子生理，浜松ホトニクス・中央研究所）

脳卒中などで脳が損傷された後にリハビリ訓練が行わ群」は手全体で把握する握力把握は回復したが，精密把れるが，その回復のメカニズムは明らかになっていない。

握の回復は認められなかった。この結果から，運動トレー

運動機能の回復がリハビリ訓練によって促進されるのニングが M1 損傷後の運動機能の回復を促進することがか，また機能回復にどのような脳領域が関与しているの示唆された (Murata et al., 2008)。次に，機能回復に関わるかを明らかにするために，サルの第一次運動野 (M1) 損

脳領域を特定するために，陽電子放出断層撮影法 (PET)

傷モデルを使用した。まず，M1 の手領域にイボテン酸を用いて M1 損傷前と損傷後に精密把握が回復した時期を注入して不可逆的な損傷を作成し，運動トレーニングの脳活動（脳血流）を調べた。その結果，損傷前と比べ，の有無によっておこる回復過程の違いを調べた。損傷直精密把握動作中の運動前野腹側部 (PMv) の活動が上昇

後は把握動作が不可能であったが，損傷後に精密把握動する傾向が認められた。PMv の活動は，精密把握が回復

作（母指と人差し指の先端で小さな物体をつまむ動作）

して間もない損傷 1～2 カ月後には両側性であったが，回のトレーニングを行った「トレーニング群」では 1 ヶ月

復後の安定期である損傷 3～4 カ月後には損傷半球（麻痺半程度で精密把握が回復した。一方，「非トレーニングから回復した動作手の支配半球）に限局していた。この359

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

ことから，両側の PMv が M1 損傷後の運動機能回復に関性が考えられる。

連し，回復の時期によって各半球の寄与が変化する可能（43）健常及び損傷後のマカクサル運動皮質における SPP1の役割変化
杉山容子，肥後範行，大石高生，山下晶子，村田弓，山本竜也，伊佐正（筑波大・人間総合科学，産総研・ヒューマンライフ，京都大・霊長研・統合脳システム，
日大・医・応用システム神経科学，生理研・認知行動発達）

これまで，私たちは SPP1 (Secreted Phosphoprotein 1) と傷を作成した後，手指の機能回復訓練を行わせた。手指の呼ばれる遺伝子の発現をマカクサル大脳皮質で調べ，主に巧緻動作の回復が不十分である損傷後 2 週間の時期に組

第一次運動野 (M1) に存在する皮質脊髄路ニューロンで織採取を行い，免疫組織化学法によって SPP1 の分布を調特異的に発現していることを明らかにした (Higo et al.,

べた。その結果，SPP1 は損傷領域のマイクログリア内外

2010; J. Comp Neurol.)。この結果は，SPP1 が運動の遂行にで散在していた。健常個体の M1 とは異なり，損傷周辺領

重要な役割を果たすタンパクであることを示唆している。

域のニューロンでは，SPP1 の発現は確認されなかった。

一方，ラット運動皮質損傷モデルを用いた研究では，炎症

一方，巧緻動作の回復が見られた損傷後 3 カ月では，SPP1反応に関わるマイクログリアにおいて SPP1 が発現するこ損傷領域のマイクログリア内に存在していた。さらに，損とが報告されている (Wang et al., 1998; J. Neurosci.)。そこ

傷周辺領域のニューロンにおいても，SPP1 の発現が見らで今回，サル運動皮質損傷後における SPP1 の発現変化をれた。以上の結果から，サル運動皮質損傷後において SPP1

検証することで，1 つのタンパクが運動遂行と，皮質損傷

タンパクは炎症と運動の両方に関係した役割を持つこと

後の炎症の両方に関係するのか検証した。M1 の手指領域が示唆された。

にイボテン酸を注入することによって，不可逆的な皮質損（44）Mirror therapy による皮質運動興奮変化
野嶌一平，美馬達哉，小金丸聡子，福山秀直，川又敏男（神大院・医・リハ，京大院・医・脳機能センター）

近年，mirror therapy（以下 MT）という新しいリハビに何回回すことができるかを計測した。TMS による脳機リテーション治療方法が脳卒中片麻痺患者に応用されて能評価では右一次運動野（以下 M1）の運動誘発電位（以いる。MT とは，鏡を利用し，健常肢の運動を障害肢に

下 MEP）と運動閾値（以下 MT）を計測した。介入は両重ね合わせた状況で健常肢を動かすことで錯覚を起こ

群ともに右手でのボール回し練習を 30 秒間 10 セット実

し，障害肢の運動機能の向上を図る方法で，元々は幻肢施した。MT 群は鏡を用いて左手が回している様な鏡像痛に対する治療として報告されたものである。片麻痺患を見ながら実施し，一方 nMT 群では動かしていない左手者への応用では，臨床において麻痺肢の運動機能の改善を注視しながら実施した。介入後，ボール回し回数とが報告されているが，その神経学的機序は不明な点が多TMS 指標に関して再評価を実施した。結果は，MT 群にい。本研究は，経頭蓋磁気刺激（以下 TMS）を用いて，おけるボール回し回数が nMT 群に比べ有意に増加し，まMT による運動関連領野の神経メカニズムの変化と運動

た運動関連領野の MEP と MT ともに MT 群で有意に向学習効果を検討した。対象は健常成人 20 名とし，MT 群上した。これらの結果は，MT により運動同側の M1 にと non-MT 群（以下 nMT 群）の 2 群に分けた。運動課題

可塑的変化が生じ，それに伴い運動機能の向上が得られとして，2 つのコルクボールを非利き手（左）で 30 秒間たことを示唆していると考える。

360

研究会報告（45）脳卒中片麻痺例における運動負荷に依存した脳活動の Laterality
武田湖太郎，安田恒，相原孝次，北佳保里，大高洋平，大須理英子（ATR 脳情報研究所，東京湾岸リハビリテーション病院）

脳卒中をはじめとした脳血管障害の後遺症で最もみら秒－課題 15 秒－安静 15 秒を 6 回繰り返した。25 ポイン

れるのが片麻痺である。これまでの fMRI・PET・NIRS

トの移動平均処理後，ベースラインを課題前 15-10 秒となどを用いた研究で，麻痺手運動時には様々な活動部位

した酸素化ヘモグロビン濃度長の課題時平均変化量をがみられ，また，回復の過程で活動領域が変化すること

MR 画像上にマップし (Fusion, Shimadzu)，活動パタンをが報告されている。しかし，運動負荷による活動領域の比較した。非麻痺手運動時には運動速度に依らず対側一違いを報告した例はない。本研究では NIRS (FOIRE-3000,

次感覚運動野が賦活したが，麻痺手では 1 Hz 運動時に同Shimadzu) を用い，回復期脳卒中例（右放線冠梗塞，左側一次感覚運動野が賦活し，3 Hz 運動時に両大脳半球に片麻痺）を対象とし，運動負荷による脳活動の Laterality

おいて広範囲の領域が賦活した。また，麻痺手 1 Hz 運動を評価した。国際 10-20 法の Cz を基準として，近赤外光時の脳賦活パタンは非麻痺手運動時とほぼ同等の活動パ

照射・検出 Probe を格子状（4×7 配列）に，運動関連領タンであった。脳卒中片麻痺例において，麻痺手運動で域をカバーするよう配置した（サンプリング間隔：130は運動速度（運動負荷）に依存した活動パタンがみられ

ms）。NIRS 計測課題として片手の audio-paced index-to-ることが示された。

thumb tapping 課題を 1, 3 Hz の運動速度で行い，安静 15（運動情報表現）（46）両腕運動学習中の潜在的な視覚エラー割り当てにおける混線
森山翔子，野崎大地（東大院・教育・身体教育学コース）

新奇な環境下でも正確な運動を遂行できる能力は，動覚情報を利用できる右腕の運動方向が変換に適応し徐々作に伴うエラー情報をもとに，フィードフォワード制御に変化するのに加えて，視覚情報を与えていない左腕運器（内部モデル）が適切に修正される仕組みによって支動にも同じ方向への適応的変化が観察された。この傾向

えられている。エラーと制御器の対応関係が一対一であは視覚情報を身体の左側に呈示した場合，特に顕著だっる片腕運動とは異なり，両腕運動のように複数の制御器た。また，左右の腕にそれぞれ逆方向の回転変換を課すが複数の身体部位の動作に関わる場合には，どのエラーと，同方向の回転変換を課した場合に比較して，適応の情報がどの制御器の修正に結びつけられているかという程度が有意に阻害された（実験 2）。これらの結果は，視問題は自明ではない。この問題を検討するため，被験者

覚情報が右腕由来だという顕在的な知識を持ちながらに，前方への両腕リーチング運動中に右腕の視覚情報

も，視覚情報の身体に対する相対的な位置によっては，（カーソル）のみ呈示しながら，カーソル位置がスタート

左腕制御器が右腕エラー情報を潜在的に参照してしまっ

位置を中心に回転して呈示される視覚運動変換を学習したことに起因する（実験 1）とともに，このエラー情報てもらった（実験 1）。被験者が変換の存在に気づかない

参照の「混線」は両腕の視覚情報を呈示した場合にも存ように，回転角度は試行毎に漸増させた。その結果，視在する（実験 2）ことを示唆していると考えられる。

361

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（47）両腕運動学習の汎化様式から明らかになった両腕運動情報の掛け算的情報表現
横井惇，平島雅也，野崎大地（東大院・教育・身体教育学，学振・特別研究員 (DC)）
片腕到達運動における運動学習効果の未学習方向への果が，両腕を各々異なる方向に動かしたときにどのよう汎化の程度は，運動が学習方向から離れるに従い徐々にに汎化するかを調べた（右腕 6 方向，左腕 8 方向）。その減少する (Thoroughman & Shadmehr, Nature, 2000)。この

結果，左腕運動方向に依存した汎化曲線のゲインが右腕

汎化パターンは，脳内の運動学習過程における運動方向の運動方向に応じて変化する，すなわち汎化パターンがの情報表現を反映していると考えられている。一方，我々各腕の運動方向の関数の積として近似できることが明らはこれまで，両腕到達運動中の一方の腕の運動学習効果かとなった。運動学習過程を模した数学的モデルの考察

も，反対側の腕運動が学習方向から離れるに従い減少すから，こうした汎化パターンが観察されるためには，モることを示してきた (Yokoi et al, SfN, 2008, 2009)。これ

デルの構成素子が左右の腕の運動情報を積の形で表現しは，到達運動の学習過程に，同側だけでなく対側の腕のている必要があることが示唆された。このような情報表

運動情報も表現されていることを示唆している。では，

現 (Gain-field) は，任意の変換を学習するための基底関数8として機能しうる (Pouget & Sejnowski, JCN, 1997) ため，

名の被験者に，両腕同時に前方への到達運動を行いなが互いの腕の運動状況に応じた柔軟な協調運動制御の基盤

ら，左腕に課した新奇な力場を学習してもらい，学習効となっている可能性がある。

それらはどのように相互作用しているのだろうか？

（48）Interpreting the neural activity of monkey’s primary motor cortex during reaching movement
using joint angular velocity and joint torque
上田大志，新井直樹，田村優治，宮下英三（東工大院・総理工・知能システム）

We have previously shown that the neural discharge rate of

we have confirmed the proposed model under two additional

the arm region of monkey’s primary motor cortex during a

conditions: 1) different amount of force on the hand and 2)

reaching movement is explainable with a linear combination

two workspaces. The model with joint angular velocity andof shoulder-elbow joint angular velocity and its torque,joint torque showed again convincingly good performance,

especially when treating the extension and flexion part of theand this is even better for most of units (85%) with theshoulder and elbow movement selectively. In this experiment,

direction selective (extension or flexion) models.

（49）筋座標系仮説に基づく一次運動野モデルから生じる見かけ上の筋及び空間情報表現ニューロン
平島雅也，野崎大地（東大院・教育）「一次運動野 (MI) ニューロンが何をコードしているの間座標系仮説 (Georgopoulos et al. 1988)，さらにはそれらか」という問いには長い論争の歴史がある。筋活動をコー

両方をコードしているとする仮説 (Kakei et al. 1999) が存ドしているとする筋座標系仮説 (Evarts 1986)，集団とし在する。Todorov (2000) らは，MI ニューロンは筋活動をて空間座標系での運動の方向をコードしているとする空

コードしているという仮定を用い，運動中のニューロン362

研究会報告活動を予測したところ，ニューロン集団としてはあたか

モデルに回内位，中間位，回外位の 3 姿勢において，8も運動方向をコードしているかのように振る舞うことを方向への運動課題を学習させた。その結果 Kakei らの報

報告し，それ以降，筋座標系仮説が有力と考えられるよ

告と同じように，空間的ニューロンが最も多く出現し，うになってきている。本研究では，筋座標系仮説を用い

筋的ニューロンに近づくにつれ数は減少した。また筋的て，Kakei らの実験結果を再現する座標変換ニューラル

ニューロンほど，姿勢変化に伴うゲイン変化の大きいニネットワークモデルを提案する。本モデルでは，空間座

ューロンの割合が高いという点まで再現することができ標系における目標運動方向が，姿勢（筋長）によってゲた。この結果は，筋活動コードニューロンであっても，イン変調された信号が，MI ニューロンに入力されると仮見かけ上，筋や空間情報に相関を持つ場合があることを定した。ニューロンは筋にのみ接続し，接続構造上はす示している。

べて等質なニューロンであることに注意されたい。この（運動前野と一次運動野）（50）マカクザルの淡蒼球内節 (GPi) から背側運動前野 (PMd) への多シナプス性入力様式
佐賀洋介，平田快洋，高原大輔，井上謙一，宮地重弘，
南部

篤，丹治

順，高田昌彦，星英司（玉川大・脳研，京大・霊長研・統合システム，
京大・霊長研・高次脳，生理研・統合生理・生体システム）

生理学的実験により PMd の吻側部 (F2r) と尾側部を作成することによって，視床を介して注入部位へ投射(F2c) は，異なった機能的役割を担っていることが明らかしている GPi 細胞を同定することができた。標識細胞のとなってきている。そこで，この機能分化の構造的基盤

GPi 内での分布を解析したところ，GPi の連合領域が F2rを明らかとすることを目的として，シナプスを越えて逆へ投射する一方で，GPi の運動領域が F2c へ投射してい行性に伝搬する性質がある狂犬病ウイルスをトレーサー

ることが明らかとなった。これらの結果は，F2r と F2cとして用いることによって，大脳基底核の出力部位であはそれぞれ異なった情報を大脳基底核から受け取っておる GPi から F2r と F2c への経シナプス性入力を解析した。

り，こうした入力情報の差が PMd 内の機能分化につなが狂犬病ウイルスを F2r または F2c へ注入後 3 日目の標本っていると示唆された。

（51）「抽象的動作」と「視覚空間」の情報が運動前野へ入力する経路は異なる
山形朋子，中山義久，丹治順，星英司（玉川大・脳研）

運動前野は視覚誘導性の運動に主要な役割を果たすこ情報」と「抽象的動作」への視覚応答について調べた。

とが知られている。我々は，視覚情報を運動に変換する

運動前野の背側部 (PMd) と腹側部 (PMv) は解剖学的に過程（視覚運動変換）は，「視覚空間情報」と「抽象化さ入出力部位が異なることが知られており，電気生理学的

れた動作情報」のどちらの視覚情報に基づくかによってにはその機能が異なることが示唆されているため，視覚異なる，という仮説を検証しながら，運動前野の役割を

応答は PMd と PMv に分けて比較した。
「視覚空間情報」

調べている。本研究では，2 つの情報がどのような様式

へは，PMd, PMv ともによく応答した。応答潜時の解析

で運動前野に入力しているかを調べるため，「視覚空間から，視覚空間情報は 90 ミリ秒で PMd と PMv に到達す363

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

ることが分かった。また，PMd, PMv 細胞は記録半球とである「左右」には，左（対側）指示や右（同側）指示は対側の視覚空間情報に強く応答する傾向があった。視への優先的な応答傾向はないことが分かった。まとめる

覚応答を興奮応答と抑制応答に分けて調べた結果，このと，運動前野の視覚応答は，応答潜時と応答特性の観点

対側優位性は興奮応答を示す細胞だけにみられた。「抽から，空間情報と抽象的動作情報で異なることが示され象的動作」には PMd がよく応答した。PMd の抽象的動た。以上から，運動前野は「視覚空間情報」と「抽象化作への応答潜時は 150 ミリ秒であり，空間情報への応答

された動作情報」を異なる経路から受け取ることが示唆

より遅いことが分かった。また，抽象的動作の指示内容された。

（52）運動前野背側部における仮想レベルから運動レベルへの動作の変換
中山義久，山形朋子，丹治順，星英司（玉川大・脳科学）

我々が随意行動を計画する際に，具体的にどのようなの四角）が呈示され，この色が灰色から白色に変わると運動をとるかを決定する前に，より高次のレベルで動作

運動開始を意味した。選択刺激は，モニター上の様々なを計画しなくてはならない場面がみられる。たとえば，

位置にランダムに呈示された。サルは指示刺激に基づい「隣の部屋に入って左側の本を持ってくる」という行動をて，左または右へのターゲットへの到達を計画し，選択計画した時点では，目の前に本がないため，実際にどこ刺激が呈示された後に実際の運動を計画する必要があっに手を伸ばせばよいのかを決定することができない。こた。この課題を遂行中のニホンザルの運動前野背側部のように動作には，実際の運動から乖離した仮想レベル(PMd) の細胞活動を記録した。解析の結果，多くの運動のものと，具体的な運動のパラメータを伴う運動レベル

前野背側部の細胞が仮想レベルの動作の計画を反映するのものがあると考えられる。本研究では，仮想レベルの活動を示すことが明らかとなった。さらに，これらの仮動作の計画と運動レベルの動作の計画を時間的に分離可

想レベルの動作計画を反映する細胞が，運動レベルの動

能な行動課題を作成し，ニホンザルに訓練した。まず指作の計画へ変換する過程に強く関わることが明らかとな

示刺激として視覚物体が呈示され，その内容に応じて右った。

または左への到達を意味した。その後，選択刺激（一対（53）報酬系の活性化がヒト一次運動野に与える影響
美馬達哉，Mohamed Nasreldin Thabit Hamdoon，小金丸聡子，福山秀直（京大院・医・脳機能総合研究センター）

報酬課題は，ドパミン系を賦活することで意志決定や行(APB) から記録した。M1 興奮性の評価としてテスト刺激動に影響を与えると考えられている。ドパミン系は運動統に対する MEP 振幅を測定した。抑制系を評価するために御にも関与するが，ヒトにおいて，報酬課題の遂行が一次は，運動時閾値の 95%の強度の条件刺激をテスト刺激の運動野 (M1) の興奮性にどのような影響を与えるかにつ

3ms 前に与える二連発ペア刺激の手法を用いた（短潜時皮いては，ほとんど知られていない。本研究では，報酬課題

質内抑制：SICI，ペア刺激 MEP/テスト刺激 MEP 比）。報による M1 の興奮性および抑制系回路の変化を TMS によ酬課題としては，選択反応課題を用いた。まず，4 つの正って検討した。13 名の正常被験者を対象として，報酬課

方形（1 秒）がモニター上に提示され，被験者は右手のボ

題と報酬を伴わない対象課題を行わせ，課題遂行中の M1

タンによって，そのうちの一つを選択する。2 秒後に，そ機能を検討した。表面筋電図 (EMG) を，左短拇指外転筋の選択の結果として，百円硬貨または白色円形が提示され

364

研究会報告る（2 秒）。TMS は，結果の提示開始後 1 秒後に与えた。

報酬ターゲット提示中のみに，M1 皮質内抑制系の過活動

この試行が 8 秒ごとに繰り返される。対照課題は，まったが認められた。この結果は，金銭的報酬課題によるドパミ

く同じ条件であるが，百円硬貨ではなく，たんなる赤色円

ン系の賦活が M1 の皮質内抑制系回路に影響を与えてい形が提示される課題である。課題間，ターゲット・非ターることを示唆する。

ゲット間で，MEP 振幅に差はみられなかった。しかし，（BMI 関連）（54）運動課題中の EEG データから脳内電流源をベイズ推定する
相原孝次，武田湖太郎，安田
花川

隆，本田

恒，大高洋平，田中悟志，学，佐藤雅昭，川人光男，大須理英子（ATR・脳情報，NCNP・神経研・疾病研究第七部，
東京湾岸リハ病院，生理研・心理生理，ATR・脳情報解析）

EEG/MEG はミリ秒オーダーの時間解像度で脳活動をの有効性を確かめることを目的とした。健常被験者にお測定可能であるが，EEG/MEG データから電流源を推定いて，手関節あるいは人差し指の中手指節間関節の反復することは不良設定な逆問題であるために，EEG/MEG

背屈運動課題中に機能 NIRS，機能 MRI，EEG により脳の空間解像度は低い。この逆問題を解くためには何らか活動を計測した。構造 MRI 制約を取り入れて VB 法をの事前知識が必要である。最近，佐藤らは MEG データ

EEG の電流源推定に適用し，(1) 機能的な事前情報が無から電流源を推定するための変分ベイズ (VB) 法を提案い場合，(2) 機能 NIRS 活動を事前情報とした場合，(3) 機した。この手法では，階層事前分布を導入して構造的な

能 MRI 活動を事前情報とした場合，について電流源推定

制約と機能的な制約を効果的に組み込むことにより，電結果を比較検討した。(1)，(2)，(3) の順に時空間的な解

流源推定の精度を向上させることが可能である。VB 法

像度が向上する結果が得られ，(2) においても運動肢と対は，構造 MRI と機能 MRI による制約を取り入れて MEG

側の感覚運動野に電流源が推定された。従って，NIRSに適用された場合，高い時空間解像度を実現可能であると EEG を組み合わせた VB 推定は，リハビリテーション

ことが，コンピュータ・シミュレーションおよび実験デー

分野における脳機能計測に有効であることが示唆されタにおいて示されてきた。そこで，本研究は，実験デー

た。

タを用いて，VB 法を EEG の電流源推定に適用した場合（55）重度運動障害者の意思伝達支援を行う BMI における P300脳波誘発手法の検討
高井英明，南哲人，長谷川良平（産総研・ヒューマンテク，豊橋技科大・エレクトロニクス先端融合 RC）
近年，脳と外部機器を直接つなぐブレインマシンインな手法である脳波を用いた BMI による意思伝達システ

ターフェース（BMI/BCI とも）の研究が進められている。

ムの例として，P300 スペラー (Farwell and Donchin, 1988)

BMI は，重度の運動障害により発話や筆記が困難であっがあげられる。スペラーを用いたこのシステムでは，しても，自身の脳機能を使ってコミュニケーションを行う

ばしば輝度や色を一瞬変化させること（フラッシュ）にことを可能とする技術として期待されている。非侵襲的よって誘発される事象関連脳波 (P300) に着目して利用365

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

者の意思決定を解読していた。しかし，P300 等の脳波成方法と比較した。著者らのグループにて開発された 8 種

分は，刺激タイプによって強度等が変化することが知ら類のピクトグラム（単純化した画像）から 1 つを選択しれている。そこで本研究では，輝度によるフラッシュ以て入力する BMI システムを使って，一般被験者による実外に，ヒトにとって，特別な刺激といえる「顔」か「文験を行った結果，文字提示や顔と文字の mix 提示は，従字」，またはその 2 種類を交互に配置する方法（mix 提示）

来の輝度変化に比べ有効であったことが示された。

方法を提案し，それらの成功率を既存の輝度変化による（56）Decoding two different sequential finger movement from fMRI signal
南部功夫，羽倉信宏，川人光男，内藤栄一 (NICT, ATR-CNS, JSPS, ATR-CMC)
近年，デコーディング技術の発展により，fMRI などの側感覚運動領域および頭頂領域の脳活動から判別が可能

ヒト非侵襲脳活動から運動パターン（例：じゃんけん運であることがわかった。特に，対側感覚運動領域では運動など）を読み出すことが可能となってきた。しかし，動開始時，頭頂領域からは運動実行時の信号から高い判

非侵襲脳活動からどのような運動情報が抽出できるか，別率で系列情報を読み出すことができた。さらに，頭頂特に運動系列のような，より抽象的な運動情報の抽出に，領域の脳活動からは右手と左手にかかわらず，指系列運

この技術が適用可能かは検討されていない。そこで，本動の空間的方向を判別できることもわかってきた。これ研究では，fMRI 脳活動から 2 つの指の運動系列情報を抽らの結果は，単純な指運動系列は fMRI で計測された感出できるかを検討した。参加者には 1Hz の音にあわせて

覚運動領域と頭頂領域からの脳活動のパターンから判別

シンプルな二つの系列（親指→人差し指→中指→小指，できること，また，それぞれの領域における異なる脳情もしくは小指→中指→人差し指→親指）を実行してもら

報処理を反映した脳情報抽出が可能であることを示唆し

い，そのときの脳活動を fMRI で計測した。このうち，ている。このような技術をさらに洗練させることにより，運動開始時と運動実行時に関連した fMRI 信号を解析対

ヒトの脳活動からも，運動行動に関連した，より抽象的象とした。複数ボクセルを用いた fMRI デコーディング

な運動関連情報を抽出できるだろう。

によって運動系列の判別（予測）を行わせた結果，反対（57）運動皮質における可塑的な機能変化の観測・誘発技術を用いた BMI ポート形成の試み
深山理，鈴木隆文，満渕邦彦（東大院・情理）

脳内に刺入された電極を介し，細胞外電位の時系列波

傍に目的の運動に対して強い相関を示す細胞が存在する

形から運動情報を推定する運動出力型 BMI では，モデルとは限らないことも，推定性能が頭打ちとなる一因であまたは知識ベースに基づく入出力関係の対応付けが不可る。そこで本研究では，自由歩行するラットの神経活動欠である。例えば筆者らの開発してきた RatCar システムと歩行動作との関係を状態空間表現によって記述し，内では，ラットの神経活動と歩行動作（速度・方向変化）

部パラメータの適応的な更新を導入した。その結果としとの関係を記述するモデルを構築し，両者の実測値に基て得られたパラメータの時系列変化は，未知の状態からづきパラメータを同定することで，推定を実現した。しのパラメータの収束，歩行動作に伴う変動特性の計測対

かし，大脳の機能は可塑的な経時変化を示すため，上記象に応じた差異，身体環境の変化によるパラメータ変化の対応関係は定常的ではなく，良好な推定を長時間に亘について示唆に富むものであった。また，ラットのレバーって維持することは困難である。さらに，神経電極の近押し動作に同期した皮質内微小電気刺激によって，電極366

研究会報告周囲の神経細胞が目的動作（ここではレバー押し動作）

ベントに対応した電気刺激を加えることにより，目的のに対して相関を強める場合があることを確認した。これ

動作と神経活動との関係を観測・操作できる BMI プラッらの結果を踏まえ，ラットの行動開始・停止といったイトホームの構築可能性について検討を行った。

（58）習熟度を考慮した筋電義手制御システムの開発
北佳保里，横井浩史（ATR・脳情報研究所，電通大院・情報理工）

現在，筋電義手の制御を行うために，機械学習を用いンの精度と再現度で表される習熟度を用いて現在の人のて筋電位から人の動作意図を読み取る様々な動作識別方

習熟状態を判定する。それに基づき機器側は，自己組織法が提案されている。しかしながら，信号の非定常性か化クラスタリングを用いて筋電位が変動しても他の動作

ら動作との関係が一意には定まらない，時間経過に伴っと重複しない代表的なパターンを抽出し，その対応関係て信号特性が変化するといった筋電位と動作との対応関を学習することで安定的な動作識別を構築する。さらに，係の複雑さから，安定して動作を識別することは難しい。

人には上記の代表的パターンを目標パターンとして提示

一方，筋電義手を自在に取り扱うことができるかは個人

し，トレーニングを促す。その後再び習熟度を算出し，によって大きく異なる。すなわち，習熟の程度（習熟度）

習熟したと判定された場合は新たな動作を追加する。以が機器の使い方の巧みさと強く関連しているため，習熟上の手順を繰り返すことで，識別可能な動作数の向上を状態に応じて機器の特性を変更しなければ各個人にとっ目指す。提案システムを用いて動作識別トレーニングをて使いやすいシステムは構築されない。そこで本研究で行った結果，動作識別に対して熟練した操作者においては，より多くの動作を識別することを目的として，習熟も識別可能動作数が最大 9 動作まで向上し，動作識別率

度を考慮した筋電義手制御システムを構築した。提案シもトレーニング前後において約 21%向上したことから，ステムにおいては，まず，筋電位から得られる運動パター

提案システムの有効性が示唆された。

367

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）14．極性細胞の病態生理解明に向けた多角的アプローチ
2010 年 11 月 4 日－11 月 5 日
代表・世話人：酒井秀紀（富山大学大学院医学薬学研究部）
所内対応者：鍋倉淳一（生理学研究所生体恒常機能発達機構）（１）膵導管細胞の重炭酸イオン分泌における CFTR と SLC26A6 の役割
石黒洋（名古屋大学大学院健康栄養医学）（２）グラミシジン穿孔パッチクランプ法による唾液腺イオン輸送機構の解析杉田誠（広島大学大学院医歯薬学総合研究科）（３）尿酸輸送体過剰発現マウスを用いた高尿酸血症起因輸送体の同定とその極性発現木村徹（杏林大学医学部薬理学）（４）メタボロミクスを用いた新規有機アニオントランスポーター Oatn1 の生体内における機能の解析
永森收志（大阪大学大学院・医学系研究科生体システム薬理）（５）ヒト及びラット大腸における匂い物質の受容と分泌作用
加治いずみ（静岡県立大学大学院・環境科学研究所

環境生理学研究室）+（６）MAP kinases・MAPK phosphatases による腎上皮細胞での Na 再吸収制御機構
新里直美（京都府立医科大学・細胞生理学）（７）マウス腎集合管バソプレシン V1aR-AQP2 軸：実験的アシドーシスの影響
安岡有紀子（北里大学医学部生理学）（８）核膜イオンチャネル
丸山芳夫（東北大学大学院医学研究科

細胞生理）（９）神経細胞内 Cl 濃度調節機構と生体機能
鍋倉淳一（生理学研究所生体恒常機能発達機構研究部門）（10）TMEM16F の電気生理学的性質
清水貴浩（富山大学大学院医学薬学研究部）+（11）Na 依存性グルコース吸収におけるタイト結合部の役割
林久由（静岡県立大学

食品栄養科学部

生理学研究室）（12）熱ショック転写因子群による細胞内タンパク質恒常性の維持中井彰（山口大学大学院医学系研究科医化学分野）（13）NSAID 潰瘍発症機構の解明と，胃潰瘍副作用の少ない NSAID の開発
水島徹（熊本大学）（14）Beta-2 agonist によるマウス末梢気道線毛運動の活性化
中張隆司（大阪医科大学）（15）肝がん細胞の細胞外 ATP 分解能に対するクルクミンの効果
藤井拓人（富山大学大学院

医学薬学研究部

薬物生理学）【参加者名】
丸中良典（京都府立医科大学 大学院医学研究科

細胞生

学院医学研究科

細胞生理学），新里直美（京都府立医科理学），芦原英司（京都府立医科大学 大学院医学研究科

大学 大学院医学研究科

細胞生理学），中島謙一（京都府立医科大学 大学院医学大学 医学系研究科

研究科

立大学大学院 生活健康科学研究科

368

細胞生理学），細木誠之（京都府立医科大学 大

細胞生理学），丸山芳夫（東北細胞生理学），飯塚祐美子（静岡県
環境生理学研究研究会報告室），木村徹（杏林大学 医学部之（杏林大学 医学部

薬理学教室），櫻井裕薬理学），桑原厚和（静岡県立大薬理学），金井好克（大阪大学大学院 医学系研究科
体システム薬理学），實吉生

拓（熊本大学大学院医学薬学

環境生理学研究室），加治い

研究部 腎臓内科），水本輝彦（熊本大学院生命科学研究

ずみ（静岡県立大学/環境科学研究所 生活健康科学研究部 腎臓内科学），尾上友朗（熊本大学大学院生命科学研

科

究部 腎臓内科），中畑義久（生理学研究所 発達生理学系

学大学院 環境科学研究所

環境物質科学専攻

環境生理学研究室），酒井秀紀（富山大学 大学院医学薬学研究部
石黒

薬物生理学研究室），

洋（名古屋大学 総合保健体育科学センター（大学

生体恒常機能発達機構研究部門），宮本愛喜子（生理学研究所 発達生理学研究系

生体恒常機能発達機構研究部

院医学系研究科）健康栄養医学），唐木晋一郎（静岡県立門），江藤

大学 環境科学研究所

常機能発達機構研究部門），金

環境生理学研究室），中張隆司（大阪医科大学 生理学），中井研究科

彰（山口大学大学院 医学系

大学 医学薬学研究部

生体恒常機能発達機

稲田浩之（生理研 発達生理学研究系

生体恒常機能部

生理学）
，安

生理学）
，清水貴浩（富山

健康栄養医学），水島

本大学 大学院生命科学研究部

徹（熊薬学微生物学分野），藤井拓人（富山大学 医学薬学研究部

生体恒常機能発達機構研究部門），林
生理学研究室），薬物生理学研究室），山口 誠（名古屋大学 医学系研究科

善光（生理学研究所 発

久由（静岡県立大学 食品栄養科学部

構研究部門），河原克雅（北里大学 医学部
岡有紀子（北里大学 医学部

達生理学研究系

生体恒

生理

医化学分野），大黒恵理子（大阪医科大学

学教室），鍋倉淳一（生理学研究所

圭（生理学研究所 発達生理研究系

薬物生理学），杉田門），渡部美穂（生理学研究所 発達生理学研究系生体恒常機能発達機構研究部門

鍋倉研究室），石川達也（生理学研究所 発達生理学研究系
仁（生理学研究所
藤生体恒常機能発達），石橋

生体恒常機能発達機構研究部門），加剛（生理学研究所

生体恒常機能発達機構研究部門），平尾顕三（生理学研究所

生体恒常機能発達機構研誠（広島大学 大学院医歯薬学総合研究科 口腔生理学），

究部門），山口純弥（生理学研究所

永森收志（大阪大学大学院 医学系研究科 生体システム

構研究部門）

生体恒常機能発達機【概要】
極性細胞は，頂部膜および基底側壁膜を有しており，臓の尿酸輸送機構における URAT1 や URATv1 の役割，

それぞれの膜環境で異なるイオン輸送や物質輸送を行っメタボロミクスを用いた新規アニオントランスポーターている。基底側壁膜は血管，頂部膜は管腔に接しており，

Oatn1 の生体内における機能解析，大腸における匂い物

ホルモンや神経等による様々な機能制御を受けて，体内質の生理機能，腎上皮細胞の Na+再吸収制御機構におけ

環境恒常性維持に重要な働きを担っている。この維持機

る MAP kinases・MAPK phosphatases の役割，腎集合管の構には膜輸送タンパク質に加え，細胞内情報伝達系が不アシドーシスにおけるバゾプレシン V1aR シグナルと可欠であり，これらの異常，破綻により様々な病態が引

AQP2 の機能，膵腺腺房細胞の核膜イオンチャネルの調き起こされる。病態メカニズム解明には，個体レベルか

節機構，TMEM16F 塩素イオンチャネルの電気生理学的

ら遺伝子レベルまでの多くの研究対象に対して，多角的性質，小腸の Na+依存性グルコース吸収におけるタイトなアプローチを適用し，各研究成果を総合的に判断して結合部の役割，上皮細胞内タンパク質の恒常性維持機構

いく必要がある。

における HSF2 の役割，胃潰瘍副作用の少ない NSAIDs

本研究会は，平成 22 年 11 月 4 日～5 日に開催し，様々の開発について，β2-アゴニストによる末梢気道線毛運動

な手技・手法を有する，極性細胞に関連する分野の研究の活性化，肝がん細胞の細胞外 ATP 分解能等についての者が集結し，より深いレベルでの意見交換を行うことを最新の研究成果が発表された。また特別講演として，生目的とした。研究会では，14 題の一般講演（講演 20 分，

理研の鍋倉淳一教授に神経細胞内の Cl−濃度調節機構に

討論 10 分）と 1 題の特別講演（講演 40 分，討論 15 分）

関する研究の最前線についてご講演をいただいた。

が行われ，会場は終始熱気に包まれていた。

本研究会の開催が引き金となり，この分野の研究水準

一般講演では，膵臓における高重炭酸イオン分泌機構

がさらに高まると共に裾野が広がること，ならびに参加

における CFTR と SLC26A6 の役割，グラミシジン穿孔パ

研究者間の共同研究の推進に繋がることが期待できる。

ッチクランプ法による唾液腺イオン輸送機構の解析，腎369

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（1）膵導管細胞の重炭酸イオン分泌における CFTR と SLC26A6の役割
洋 1，Song Ying1，山口 誠 1，山本明子 1，Martin Steward2，相馬義郎 3

石黒（1 名古屋大学大学院健康栄養医学，2 マンチェスター大学生命科学，3 慶應義塾大学薬理学）
膵導管細胞の Apical membrane を介する HCO3−輸送は

約 0.7，Slc26a6 null 膵管の Cl−absorption/HCO3−secretion 比

CFTR と SLC26A6 が担う。Slc26a6 null マウスから単離しは約 2.2 であった。マウス膵管の Slc26a6 は，Cl−-nHCO3−

た小葉間膵管を用いて，Cl−-HCO3− exchange の stoichiometry

exchange を担うと考えられた。MATLAB/Simulink を用いを調べた。単離膵管の管腔内に BCECF-dextran を注入し，て作成した 1Cl− -2HCO3− exchange を組み込んだ膵導管細管腔内の pH と容積の変化より，Apical membrane の Cl−胞のシミュレーションモデルは，～140 mM HCO3−を含む-HCO3− exchange に伴う Cl−と HCO3−の flux を算出した。

膵液を 1-2 nl min−1 mm−2（上皮面積当り）の速度で分泌しワイルドタイプ膵管の Cl− absorption/HCO3− secretion 比はた。

（2）グラミシジン穿孔パッチクランプ法による唾液腺イオン輸送機構の解析
杉田

誠，広野

力（広島大学大学院医歯薬学総合研究科）

本研究では一価のカチオンを選択的に透過するグラミ

Ca2+依存性 Cl−チャネルの部分的阻害は carbachol によりシジンを適用したグラミシジン穿孔パッチクランプ法を誘発される Cl−電流量に影響を与えないが，Na+-K+-2Cl−

用い，唾液腺の腺房細胞と導管細胞における Ca2+依存性

共輸送体のさらなる活性化は Cl−電流量を増大させるこ

アニオン輸送の律速分子活性およびアニオン輸送機構をとより，腺房細胞では Na+-K+-2Cl−共輸送体活性が Ca2+

明らかにすることを目的とした。唾液腺の腺房細胞にお依存性の振動性 Cl−分泌の律速過程を支配することが示

いて，副交感神経性作働薬 carbachol 刺激時には，Ca2+依唆された。一方，導管細胞においては，carbachol 刺激時−−

存 性 の 振 動 性 Cl 電 流 が 観 察 さ れ る 。 本 Cl 電 流 は++−

Na -K -2Cl 共輸送体の阻害剤である bumetanide により顕++に非振動性のアニオン電流が観察され，本アニオン電流
は炭酸脱水酵素阻害剤 methazolamide の添加により抑制−された。導管細胞では，炭酸脱水酵素により細胞内で産−胞内に供給された Cl が Ca 依存性 Cl チャネルを介して生された HCO3−が DPC 感受性で DIDS 非感受性のアニオ

腺腔側に分泌されることが示唆される。NPPB によるンチャネルを通して分泌されることが示唆された。

著に抑制されることより，Na -K -2Cl 共輸送体により細−2+（3）尿酸輸送体過剰発現マウスを用いた高尿酸血症起因輸送体の同定とその極性発現木村徹（杏林大学医学部薬理学）

尿酸はヒトにおけるプリン体の最終代謝産物であり，よび URATv1-L）が存在するが，ヒト腎臓における発現

主に腎臓から排泄される。腎近位尿細管において，管腔部位を明らかにし，さらに in vitro での極性発現機構の解側の URAT1 と血管側の URATv1 の両輸送体がタンデム析を行った。URAT1 Tg マウスでは尿酸値に変化は見らに働き尿酸の経細胞輸送を行う。そこで，それぞれの輸れなかったが，URATv1 Tg マウスでは，尿中尿酸排泄の送体過剰発現マウス（Tg マウス）を用いて，尿酸値調節減少が見られた。よって，管腔側での尿酸取り込みの過機構の検討を行った。また，URATv1 には異なった N 末

程より血流へ排出する過程の方が，より高尿酸血症発症

端を持つ 2 種類のスプライスバリアント（URATv1-S おに対する寄与が大きいことが示唆された。ヒト腎組織切370

研究会報告片の染色から，URATv1-S は主に CCD の管腔側に，

URATv1-L は基底側のみに発現が見られた。よって，異URATv1-L は主に近位尿細管の血管側にその発現が見らなる N 末端部位に細胞内の極性輸送に関わるシグナルがれた。URATv1-S および URATv1-L を MDCK 細胞に発現存在することが示唆された。

さ せ る と URATv1-S は 管 腔 側 と 基 底 側 の 両 方 に ，（4）メタボロミクスを用いた新規有機アニオントランスポーターOatn1の生体内における機能の解析
永森收志 1，平田

拓 2，何新 2，Pattama Wiriyasermkul1，

石川貴正 3，曽我朋義 4，金井好克 1，（1 大阪大学大学院医学系研究科生体システム薬理，2 杏林大学医学部，
3

HMT，4 慶応義塾大学先端生命研究所）

トランスポーターの輸送基質は，培養細胞などを用い

マウスと野生型の尿を CE-MS で比較解析した。その結た in vitro 実験系により良く研究されているが，それらの果，β-ヒドロキシ酪酸 (β-HB)，乳酸やホモバニリン酸が物質が生体内における本来の基質かは定かではない。そKO マウスの尿に多く見られ，in vitro でこれらが輸送さこで，新規に遺伝子が単離された有機アニオントランスれることが示され，さらに in vivo で Oatn1 がβ-HB を輸ポーターOatn1 の生理的な基質を，CE-MS（キャピラリー

送していることが確認された。 β-HB は飢餓や糖尿病時

電気泳動質量分析計）を用いたメタボロミクスにより同に存在量が上昇することが知られている。糖尿病モデル定することを試みた。Oatn1 は Slc22 ファミリーの新規因マウスを作成すると KO マウスで尿中のβ-HB が増加し子として同定された。mRNA は腎臓のみに発現が見られ，ていた。以上より，β-HB が Oatn1 の生理的基質の一つでなかでも近位尿細管に強く発現しており，タンパク質はあることが明らかになり，Oatn1 は飢餓において重要な管腔側に局在していた。従って Oatn1 欠損の影響が尿中働きを持つことが示唆され，さらにメタボロミクスを用の物質組成に反映すると考え，oatn1 ノックアウト (KO)いた解析の有効性が示された。

（5）ヒト及びラット大腸における匂い物質の受容と分泌作用
加治いずみ，唐木晋一郎，桑原厚和（静岡県立大学大学院・環境科学研究所）

消化管の生理機能の調節には，腸管粘膜上皮における薬非感受性であった。また，thymol 投与によって膜コン

管腔内の化学的情報の感受も関与していると考えられダクタンス (Gt) は大きく増加したが，この機序は Isc 増る。我々は，ヒト及びラット大腸組織において，複数の加の機序とは異なることが示唆された。さらに，

苦味受容体 (T2R family) の発現と，そのリガンドである

FITC-dextran（平均 4 kDa）の管腔側→血管側透過量を経6-n-propylthiouracil の起電的陰イオン分泌作用を報告し時的に測定したところ，thymol 投与によって dextran 透

た (Am J Physiol, 2009)。今回は，香気成分として古くか過性が有意に上昇した。また，ヒト及びラット結腸組織ら利用され，嗅覚受容体 OR1G1 のリガンドとして同定

より粘膜層を単離し，RT-PCR 法を用いて OR1G1 の発現された thymol について，ヒト及びラットの結腸粘膜におを確認した。

ける組織レベルでの作用を検討した。

本研究の結果より，下部消化管においても粘膜に嗅覚

Ussing chamber に装着した結腸粘膜－粘膜下組織標本

受容体が存在し，機能していることが示唆された。また，の管腔側に thymol を投与すると，濃度依存的な起電的陰そのリガンドである香気成分が起電的な陰イオン分泌をイオン分泌による一過性の短絡電流 (Isc) 増加が観察さ引き起こし，さらに結腸上皮膜の透過性にも影響するこれた。この反応は，tetrodotoxin 及び cyclooxygenase 阻害とが明らかになった。

371

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（6）MAP kinases・MAPK phosphatases による腎上皮細胞での Na+再吸収制御機構
新里直美，丸中良典（京都府立医科大学・細胞生理学）
腎遠位尿細管・集合管における上皮型 Na+ チャネル+

浸透圧低下は，A6 細胞で JNK, p38 以外にも ERK を活性(ENaC) を介する Na 再吸収は，体液浸透圧・体液量およ

化させることを報告しているが，ERK の浸透圧低下によび血圧調節に重要であり，様々な因子により緻密に調節る Na+再吸収亢進への関与については知られていない。

されている。我々はこれまでに浸透圧低下という刺激が，そこで，本研究では，ERK の Na+再吸収亢進メカニズム

腎遠位尿細管・集合管上皮モデル細胞（A6 細胞）で，時への関与について検討したところ，浸透圧低下時，1)+間的に異なる 2 つのメカニズムによって Na 再吸収を亢

ERK は負の制御因子として Na+再吸収亢進メカニズムに進することを見出してきた。早期には，EGFR-JNK-PI3K

関与していること，2) p38 は，MAPK phosphatase の発現依存的に ENaC の管腔側膜への局在を促進するメカニズ

制御を介して ERK による負の制御を解除する役割を担

ムにより，後期には p38 依存的に beta- and gamma-ENaC

うこと，3) 3 種類の MAP kinases は時間的・空間的に協+の遺伝子発現を亢進することにより，Na 再吸収を亢進調し，緻密な Na+再吸収制御に関わるという結果を得た。

し，体液浸透圧を正常に回復させると考えた。一方で，（7）マウス腎集合管バソプレシン V1aR-AQP2軸：実験的アシドーシスの影響
安岡有紀子 1，小林瑞佳 2，河原克雅 1（北里大学医学部

腎集合管主細胞管腔膜の水透過性は，(1) V2R-PKA シ

1

生理学，2 麻酔科学）

AQP2 発現量変化，TSA-ISH 法により集合管の V2R

グナル伝達系による管腔膜水チャネル (AQP2) の活性化/

mRNA 発現量変化の解析を行った。

発現量増加と，(2) V1aR-PKC 系による拮抗作用により調【結果】標準食飼育時の主要な血漿・尿データは，V1aR KO

節されている。一方，アシドーシス (MA) 時の多尿は，と WT 間に有意な差はなかった。MA 誘導後，V1aR KO

2+「V1aR を介した細胞内 Ca 増加による AQP2 の膜への移は WT より血漿 pH, pCO2，HCO3−が低く，尿 pH は高か行阻害」と理解されているが，AQP2 の膜への組込みにった。血漿・尿 AVP は KO の方が有意に高かったが，関与する分子群は未だ不明である。我々は，V1aR KO マ

MA 誘導により変化しなかった。腎集合管 AQP2 の発現ウスを使い，MA 時における AQP2 の管腔膜/細胞内局在

量は MA 誘導により KO, WT 共に増加した。AQP2 の細を調べ，AQP2 の膜移行における V1aR-PKC シグナルの胞内局在は，WT では細胞質内に限局していたが，KO で役割を調べた。

は管腔膜側に多く存在していた。V2R mRNA の発現量

【方法】V1aR KO, WT（10 週齢）を代謝ケージに入れ，は，KO では有意に低下していた。MA 誘導により WT，(1) 標準食飼育群，(2) 2.5% NH4Cl 食負荷群（MA 誘発後

KO 共に増加しなかった。

−

6 日目）の採尿・採血を行い，pH, pCO2, HCO3 ，電解質

【結論】MA 時の尿濃縮能低下の一因は V1aR 系シグナル

および AVP 濃度等を測定した。さらに，免疫組織染色法が関与していると考えられる。

により AQP2 の細胞内/膜局在，Western blot 法により372

研究会報告（8）核膜イオンチャネル
丸山芳夫（東北大学大学院医学研究科）

膵腺腺房細胞からの核小胞体標本作製を意図し，さま

よそ 8 週令より機能的発現が始まり，18 週でほぼ定常化

ざま作成法を試みた。低浸透圧マンニトール溶液中で単した。膵腺腺房細胞からの核小胞体標本において，その一化した膵腺細胞を処理し，次いで，さらなる低浸透圧

構造維持に果たすイオンチャネルの役割を形態構造との溶液にて細胞膜を破砕することで，パッチクランプ電流

連関において調べた。ノマルスキー画像計測を行った結測定法に適した核膜小胞体標本を得た。以下のような各

果，細胞質側の K イオンと Cl イオンをチャネル不透過

種イオンチャネルを膵腺腺房細胞の外側核膜において同イオンに置き換えると可逆的に標本が縮小することがわ

定した：1) 200 pS Maxi-K channel, 2) 80 pS K-channel, 3)

かった。いっぽう，低浸透圧溶液に暴露すると標本は可30pS cation-channel, 4) 7 pS Cl-channel, 6) 55 pS cADPR or

逆的に膨張した。これらの結果は，水チャネルの存在とNAADP-dependent channel。そのうち，200 pS Maxi-K チ

ともに，核小胞体構造の維持に果たす K イオンと Cl イ

ャネルの発現は動物（マウス）の週年齢に依存し，おおオンチャネルの役割を示唆している。

（9）神経細胞内 Cl 濃度調節機構と生体機能
鍋倉淳一（生理学研究所生体恒常機能発達機構研究部門）

成熟脳における抑制性伝達物質である GABA は神経−

ロシンリン酸化部位が存在する。KCC2 はリン酸化によ

細胞膜 GABAA 受容体を活性化し，内蔵する Cl チャネルって，細胞膜の lipid raft で oligomer を形成する。障害時開口する。GABA 作用は未熟期には脱分極性から，抑制には，KCC2 の急速な脱リン酸化により，declustering，−性に発達スイッチする。これは，細胞内 Cl 濃度が未熟期

その後，蛋白発現自体の低下により GABA 作用の平衡電には高く，発達とともに減少することに起因する。神経位は脱分極シフトし，GABA は障害後には脱分極作用を−−

細胞内 Cl 濃度は主に 2 種類のカチオン－Cl 共役担体獲得する。また，未熟期のニューロンでは細胞内 Cl−濃度（K+-Cl−共役担体：KCC と Na+, K+-Cl−共役担体：NKCC）

が高く，GABA は細胞興奮性として作用する。未熟期にによって制御されている。発達に伴う細胞内 Cl 濃度変化

おける GABA ニューロンの移動速度は GABAA 受容体阻は，Cl イオンくみ出し分子 KCC2 の蛋白および機能発現

害薬や NKCC1 阻害薬によって減少した。この結果から，増強と，Cl 取り込み分子 NKCC1 の機能低下に起因して未熟期の GABA 細胞は GABAA 受容体の活性化により細いる。KCC2 のアミノ酸配列の C 末端近くに 1 カ所のチ

胞移動が促進されていることが示唆される。

（10）TMEM16F の電気生理学的性質
清水貴浩 1，家原貴大 1，藤井拓人 1，竹口紀晃 1，岡田泰伸 2，酒井秀紀 1（1 富山大学大学院医学薬学研究部，2 生理学研究所・機能協関）
Ca2+賦活化 Cl−チャネル (CaCC) は，経上皮イオン吸収て同定されたが，それ以外のアイソフォームの機能は明や分泌などの生理機能に重要な役割を果たしていること

らかでない。本研究では，普遍的に発現しているが知られている。最近，Transmembrane protein (TMEM) 16

TMEM16F をクローニングし，ヒト胎児腎臓 HEK293T 細ファミリーの TMEM16A と 16B が CaCC の分子実体とし胞に強制発現後，ホールセルパッチクランプ法を用いて373

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

TMEM16F 蛋白質の機能解析を行った。TMEM16F 発現
2+

調べたところ，TMEM16F の活性化には TMEM16A や 16B細胞において細胞外溶液へ Ca イオノフォアである

よりも高い細胞内 Ca2+上昇が必要であることが明らかとionomycin を添加すると，一過性にホールセル電流が増加なった。これらの結果から，TMEM16F は細胞内 Ca2+にしたが，mock 細胞では ionomycin による電流変化は観測

対する感受性が低い Cl−チャネルであることが示唆されできなかった。さらに細胞内 Ca2+に対する濃度依存性をた。

（11）Na+依存性グルコース吸収におけるタイト結合部の役割
林（1 静岡県立大学

久由 1，鈴木裕一 1，田村

食品栄養科学部，2 大阪大学大学院

淳 2，月田早智子 2
生命機能研究科）

多くの栄養素は，Na+と共輸送されることにより，濃度

また Na+と Cl−の透過性の比 (PNa/PCl) は，Cldn15KO で勾配に逆い小腸細胞内に上り坂輸送される。しかし小腸は低下していた。小腸内容物のグルコース総量を測定す+が栄養素吸収に必要な多量の Na を，どのような機構でると，Cldn15KO では野生型に比べ 10 倍以上貯留してお供給しているのかは研究されていない。小腸タイト結合

り，内容物中の Na+濃度は約 5mM と，野生型に比べ低下部を構成する蛋白の一つであるクロージン 15 は，イオン

していた。腸管灌流実験では野生型マウスではグルコーの透過路としての役割があることが推測されている。こス吸収に伴う，Na+吸収速度の増加は観察されなかったの た め 本 研 究 で は ， ク ロ ー ジ ン 15 欠 損 マ ウ ス

が，Cldn15KO ではグルコース吸収に伴う Na+吸収速度の(Cldn15KO) を用い，小腸でのグルコース吸収に対するタ増加が観察された。以上の結果は，グルコース吸収に伴イト結合部のイオン透過路の役割を検討した。Cldn15KO

い吸収された Na+はクロージン 15 により形成される陽イより摘出した小腸を，Ussing チャンバーに装着しコンダ

オン選択制のチャネル構造を介し，管腔側にリサイクル

クタンスを測定するとコンダクタンスは低下していた。

しグルコース吸収を維持していることを示唆している。

（12）熱ショック転写因子群による細胞内タンパク質恒常性の維持
譚克，新川豊英，林田直樹，瀧井良祐，Ramachandran Prakasam，藤本充章，中井彰（山口大学大学院医学系研究科医化学分野）

上皮細胞を含むすべての細胞にとって，タンパク質恒

HSF 群が，マウス生殖器，脳，感覚器等の発生過程に必常性の維持は細胞機能の発現に重要である。その維持シ須の役割を担うことが分かってきたが，HSF1 以外の細ステムの中で，タンパク質フォールディングに重要な役

胞での役割は不明であった。今回，高等動物細胞の HSF2割を演じているのが，熱ショックタンパク質 (HSP) の誘が細胞のタンパク質恒常性の維持に必要であることを初導を特徴とする熱ショック応答である。この応答は，熱めて明らかにしたので報告する。我々は，ニワトリ B リ

ショック因子 1 (HSF1) を介した転写制御であり，HSP に

ンパ球系 DT40 細胞の HSF2 欠損細胞を作成し，それがよるタンパク質のフォールディングだけでなく，非 HSP

温熱ストレスに感受性が高いことを見いだした。HSF2による分解を促進することでタンパク質恒常性を維持す

ノックダウンにより，異常蛋白質であるポリグルタミン

ることが明らかとなってきた。4 つの熱ショック因子(polyQ) タンパク質の凝集体が蓄積しやすいことが分っ

HSF (HSF1-4) のうち，哺乳動物細胞では HSF1 が，ニワた。マウス胎児線維芽細胞でも同様の結果が得られるとトリ細胞では HSF3 が HSP の誘導を導く。HSF1 を含む

同時に，HSF2 欠損ハンチントン病モデルマウスの脳神374

研究会報告経細胞の polyQ 凝集体形成が亢進することが明らかとな持に極めて重要な役割を担うことを示している。

った。以上の結果は，HSF2 が，タンパク質恒常性の維（13）NSAID 潰瘍発症機構の解明と，胃潰瘍副作用の少ない NSAID の開発
水島徹（熊本大学大学院医学薬学研究部）

非ステロイド系抗炎症薬 (NSAIDs) の副作用である胃死を起こすことも，PG 低下作用と共に，NSAIDs 潰瘍の潰瘍，NSAIDs 潰瘍が臨床現場で大きな問題になってい発症に必要であることを証明しました。我々は既存のます。NSAIDs はシクロオキシゲナーゼ (COX) を阻害し，

NSAIDs の中で最も膜傷害性の弱かったロキソプロフェ

プロスタグランジン (PG) を低下させることにより，抗炎ンを修飾し，ほとんど膜傷害性を持たないフッ素誘導体，症作用を発揮します。一方，PG は胃粘膜を保護していま

F-LOX を得ました。ラットを用いて F-LOX の胃潰瘍副すので，これまで NSAIDs は胃粘膜の PG を低下させる作用をロキソプロフェンと比較したところ，ロキソプロ

ことにより胃潰瘍を起こすと考えられてきました。しかフェンが胃潰瘍を起こす条件で，F-LOX はほとんど胃潰

し PG を低下させるだけでは胃潰瘍が起こらないことか

瘍を起こしませんでした。また F-LOX の抗炎症作用はロ

ら我々は，NSAIDs が胃潰瘍を起こすためには，COX 非

キソプロフェンと同程度でした。このように F-LOX は胃

依存的な別の作用も必要であると考えました。そして最に安全な NSAID ですので，我々は F-LOX の医薬品とし

近，NSAIDs が膜傷害性を持ち，これにより胃粘膜細胞ての開発を進めています。

（14）Beta-2 agonist によるマウス末梢気道線毛運動の活性化
中張隆司（大阪医科大学

生理学）

粘液線毛クリアランスは，末梢気道で捉えた吸入異物

運動の振幅 (CBA) も増加させていることが明らかとなを中枢気道へ輸送し，体外へ排泄する肺の宿主防御機構った。このプロカテロールの効果は，cAMP/PKA シグナである。このシステムにおいて線毛運動は気道ベルトコ

ルを介したものであった。さらに CBF と CBA の濃度依

ンベアーのエンジンとも言えるものである。これまで線存性を調べた結果，CBA の濃度依存性が CBF に比較し毛運動の研究は中枢気道を対象として行われ，末梢気道て低濃度側へシフトしていた。

はほとんど研究がなされてこなかった。

一方で，肺のスライス標本を用いて，末梢気道に負荷

今回，マウス末梢気道線毛細胞を高速度カメラ

したラテックスビーズ（1µm 径）の輸送を観察した結果(500Hz) で観察し，線毛運動に対するプロカテロール（β2は，10 pM プロカテロールによる CBA の増加がラテック刺激薬）の効果について検討した。

スビーズの輸送を活性化していることが明らかとなっプロカテロールは濃度依存性に線毛運動周波数 (CBF)た。これらの結果は，粘液線毛クリアランスの活性化にを増加させた。最大刺激では CBF は約 180%に増加した。

は CBF のみならず，CBA も重要であることが明らかと

さらに，ビデオ画像の解析から，プロカテロールは線毛

なった。

375

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（15）肝がん細胞の細胞外 ATP 分解能に対するクルクミンの効果
藤井拓人，皆川拓磨，清水貴浩，竹口紀晃，酒井秀紀（富山大学大学院

医学薬学研究部

薬物生理学）

クルクミンは，抗酸化作用，抗アミロイド作用，抗炎化合物よりも低濃度で阻害効果を示した。他方，クルク症作用など様々な生理活性を持つポリフェノールで，近ミ ン は ecto-ADPase (ADP → AMP) 活 性 お よ び

年肝がんを含めた種々のがんに対して抗腫瘍作用を持つ

ecto-5’-nucleotidase (AMP→adenosine) 活性に対しては，30ことが報告されている。しかし，プリン作動性シグナルµM でも阻害効果を示さなかった。クルクミンによるに対する効果はこれまで報告されていない。

ecto-ATPase 活性の阻害効果は，ATP 濃度には非依存的で本研究では，肝細胞がん由来 HepG2 細胞のプリン作動あった。以上より，クルクミンは，ecto-ATPase 活性に対性シグナルに対するクルクミンの効果を検討した。まず，

して強力な阻害作用を持ち，クルクミンの肝がん細胞のATP 分解酵素である ecto-ATPase 活性に対するクルクミ

増殖抑制には，ecto-ATPase 活性の阻害によるプリン作動

ンの効果を検討したところ，クルクミンは ecto-ATPase

性シグナルの変化が関与している可能性が示唆された。

活性を濃度依存的に阻害した。その IC50 値は 6.2 µM で，

現在，P2X 受容体のチャネル電流に対するクルクミンのこれまで ecto-ATPase を阻害すると報告されているどの効果も検討している。

376

研究会報告15．シナプス伝達の概念志向型研究
2010 年 12 月 7 日－12 月 8 日
代表・世話人：小西史朗（徳島文理大学香川薬学部）
所内対応者：鍋倉淳一（生体恒常機能発達機構研究部門）（１）V-ATPase/Synaptobrevin の神経伝達物質放出制御
持田澄子（東京医科大学・細胞生理学講座）（２）Presynaptic glycine receptors on hippocampal mossy fibes
窪田寿彦（東北大学大学院歯学研究院・歯科薬理学）（３）シナプス小胞放出ダイナミクス（放出確率・放出多重性）の階層性と独立性
佐竹伸一郎（生理学研究所・生体情報研究系）（４）シナプス小胞の回収再利用
赤羽正紀（同志社大学生命医科学部医生命システム学科・神経生理学研究室）（５）光反応性ブロッカーを用いたグルタミン酸受容体シナプス発現の動態解析
神谷温之（北海道大学医学研究科・神経生物学分野）（６）海馬 CA1 錐体細胞の NMDA 受容体とヒスタミン H1 受容体の相互作用
益岡尚由（徳島文理大学香川薬学部・病態生理学講座）（７）全反射顕微鏡を用いたシナプス後膜内外における AMPA 型受容体の動態解析
田中洋光（京都大学大学院理学研究科・生物物理学教室）（８）小脳核におけるセロトニン作動性シナプス修飾作用の役割
齋藤文仁（日本医科大学医学部・薬理学講座）（９）ラット脊髄後角第 II 層ニューロンにおけるシナプス伝達のガラニンによる制御機構
熊本栄一（佐賀大学医学部・生体構造機能学講座・神経生理学分野）（10）小脳グロビュラー細胞へのシナプス入力の解析
廣野守俊（理化学研究所脳科学総合研究センター・運動学習制御研究チーム）（11）小脳プルキンエ細胞における GluR2 細胞内プールの活動依存性トランスロケーションとシナプス可塑性：蛍光蛋白質 2 重発現法による解析
山口和彦（理化学研究所脳科学総合研究センター・運動学習制御研究チーム）（12）ストレス負荷による前部帯状回皮質 GABA ニューロン機能変化
村越隆之（埼玉医科大学医学部・生化学教室）（13）Rapid synaptic remodeling in the adult somatosensory cortex during development of neuropathic pain
Kim Sun Kwang（生理学研究所・生体恒常機能発達機構研究部門）（14）チャネルロドプシン光刺激による海馬 CA3 樹状突起特性の解析
酒井誠一郎（東北大学生命科学研究科・脳機能解析分野）（15）Ube3a 機能欠失マウス（Angelman 症候群モデルマウス）における神経シナプス回路網病態生理江川潔（浜松医科大学医学部・生理学第一講座）（16）海馬スライスにおける β 振動とてんかん様発火の伝播特性比較
橋本あゆみ（九州工業大学生命体工学研究科脳情報専攻）（17）末梢神経の損傷に起因する脊髄求心路のスイッチング
駒形成司（新潟大学脳研究所・システム脳生理学分野）

377

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）【参加者名】
村越隆之（埼玉医科大学 医学部 生化学教室），高橋智幸

学講座神経生理学），橋本あゆみ（九州工業大学 生命体（同志社大学 生命医科学部 神経生理），神谷温之（北海工学研究科

道大学 医学研究科 神経生物学分野），夏目季代久（九州

然科学研究機構 生理学研究所 生体情報研究系），窪田寿

工業大学 大学院生命体工学研究科 神経回路情報処理），彦（東北大学大学院 歯学研究院 歯科薬理学）
，廣野守俊

中西節子（
（独）沖縄科学技術研究基盤整備機構 高橋ユ（理化学研究所 脳科学総合研究センター 運動学習制御

ニット），澁木克栄（新潟大学 脳研究所 システム脳生理研究チーム），小西史朗（徳島文理大学 香川薬学部 病態学分野），赤羽正紀（同志社大学 生命医科学部

医生命生理学講座），齋藤文仁（日本医科大学 医学部 薬理学講

システム学科 神経生理学研究室），酒井誠一郎（東北大座），渡部美穂（生理学研究所 発達生理学研究系生体恒学 生命科学研究科 脳機能解析分野）
，高木

博（
（独）

常機能発達機構研究部門 鍋倉研究室），平尾顕三（生理沖縄科学技術研究基盤整備機構 高橋ユニット），三木崇学研究所 生体恒常機能発達機構研究部門），Kim Sun史（同志社大学 生命医科学部

Kwang（生理学研究所），中畑義久（総合研究大学院大学

医生命システム学科 神脳情報専攻 夏目研究室），佐竹伸一郎（自経生理学研究室），辻本哲宏（同志社大学 生命医科学部

生命科学研究科

医生命システム学科 神経生理学研究室），駒形成司（新（生理学研究所 発達生理学研究系 生体恒常機能発達機

潟大学脳研究所 システム脳生理学分野），堀

構研究部門），鍋倉淳一（生理学研究所 生体恒常機能発

志社大学 生命医科学部

哲也（同医生命システム学科 神経生理

生理科学専攻 鍋倉研究室），稲田浩之

達機構研究部門），江川潔（浜松医科大学 医学部 生理医生学第一講座），益岡尚由（徳島文理大学 香川薬学部 病態

命システム学科 神経生理学研究室），平野丈夫（京都大生理学講座），久場健司（名古屋大学 医学部）
，宮本愛喜

学 理学研究科 神経生物），山田順子（弘前大学 大学院子（生理学研究所 発達生理学研究系 生体恒常機能発達医学研究科 脳神経生理学講座），田中洋光（京都大学大機構研究部門），江藤

学院 理学研究科生物物理学教室 平野研究室），藤井俊平

究系 生体恒常機能発達機構研究部門），福田敦夫（浜松（京都大学 理学部生物物理学科 平野研究室），持田澄子

医科大学 医学部 生理学第一講座），栗生俊彦（徳島文理（東京医科大学

大学 香川薬学部）
，石橋

学研究室）
，中村行宏（同志社大学 生命医科学部

細胞生理学講座），長崎信博（京都大学

圭（生理学研究所 発達生理学研

仁（生理学研究所 生体恒常機

大学院 理学研究科 平野研究室），山口和彦（理化学研究

能発達機構研究部門），加藤

所 脳科学総合研究センター 運動学習制御研究チーム），

常機能発達機構研究部門），山口純弥（生理学研究所 生

熊本栄一（佐賀大学 医学部 生体構造機能学講座（神経体恒常機能発達機構研究部門），石川達也（生理学研究所

生理学分野），岳

生体恒常機能発達機構研究部門）

海源（佐賀大学 医学部 生体構造機能

剛（生理学研究所 生体恒【概要】
2010 年 12 月 7・8 日の両日に「シナプス伝達の概念指再利用が論じられた。光反応性ブロッカーによる海馬グ向型研究」のテーマで研究会を開催した。以下に記載す

ルタミン酸受容体の発現動態の解析，NMDA 受容体とヒるように 17 演題の口演に続いて，活発な討論が行われスタミン H1 受容体の相互作用，全反射顕微鏡によるた。サブテーマは，シナプス伝達に関する 5 つの側面を

AMPA 受容体の動態解析が示された。小脳神経回路にお網羅していた。(1) 前シナプス性機構（座長：渋木克栄・

けるセロトニン修飾作用の役割，小型 GABA 介在ニュー新潟大）。(2) グルタミン酸受容体（座長：高橋智幸・同

ロンからのシナプス入力の性質が紹介された。小脳プル

志社大）。(3) シナプス伝達・神経回路（座長：村越隆之・

キンエ細胞 AMPA 受容体のシナプス可塑性，ストレス負埼玉医大）。(4) シナプス可塑性（座長：平野丈夫・京都荷に誘発される帯状回皮質 GABA シナプスの機能変化，

大）。(5) ニューロン形態。シナプス機能変化（座長：福体性感覚皮質のシナプス・リモデリングが示された。

田敦夫・浜松医大）。

また，Ube3a 機能欠失によるシナプス回路変化，てん

これらの課題のもとに，神経伝達物質の放出を制御す

かん様発火の伝播特性，末梢神経の損傷による脊髄求心る分子機構（V-ATPase/Synaptobrevin の役割）
，シナプス路の回路組替えが論じられた。さらに，坂場武史博士（マ

前終末に存在するグリシン受容体やシナプス小胞の回収

ックスプランク研）が「神経伝達物質放出の律速段階」

378

研究会報告について特別講演をおこなった。

取り巻く問題点のいくつかに光が当てられ，研究の今後

これらの活発な講演，討論を通じて，シナプス伝達をの方向性が示された有意義な研究会であった。

（1）V-ATPase/Synaptobrevin の神経伝達物質放出制御
持田澄子（東京医科大学・細胞生理学講座）

Vacuolar proton ATPase (V-ATPase) は，V1 と V0 の 2

入しても，シナプス伝達が阻害された。プロトンポンプ

つのモーター分子複合体からなり，プロトンポンプによ機能阻害剤 bafilomycin は，シナプス小胞の酸性化を抑制

るシナプス小胞の酸性化は伝達物質のシナプス小胞へのして伝達物質の小胞への充填を阻害し，シナプス伝達を充填に必須である。EL FAR 博士（マルセイユ，INSERM）阻害する。一方，3.4 ループペプチドは，シナプス小胞のは，V-ATPase の V0 c-サブユニットが，v-SNARE の酸性化に影響を及ぼさず，頻回刺激によるシナプス小胞

synaptobrevin と細胞質 3.4 ループで結合することを見出枯渇からの回復時間にも影響を及ぼさない。即ち，シナした。そこで，結合部位合成ペプチドを大脳皮質第 5 層

プス前終末 V-ATPase は，①V1 と V0 が協調して小胞内錐体細胞グルタミン作動性シナプス，あるいは培養交感へプロトンを輸送する，②V0 セクター c-サブユニット

神経コリン作動性シナプス前終末に導入して相互作用をが v-SNARE と協調してシナプス小胞開口放出を制御す抑制すると，シナプス伝達が阻害された。さらに，培養る，という 2 つの重要な機能を担うことが明らかとなっ交感神経シナプス前終末に synaptobrevin の c-サブユニッ

た。

トとの結合部位（カルモジリン結合部位）ペプチドを導（2）Presynaptic glycine receptors on hippocampal mossy fibes
窪田寿彦（東北大学大学院・歯学研究科・歯科薬理学）

興奮性神経終末部に存在するグリシン受容体は，興奮いた逆転電位計算より Cl-コンダクタンスを介する成分性情報伝達機構に関与している事が知られている。しかであることが確認された。MFB に対するグリシンの局所しながら，海馬 CA3 錐体細胞へ投射する苔状神経線維終投与により惹起されるグリシン受容体を介する電流の大末部 (mossy fiber bouton: MFB) におけるグリシン受容体

きさは，成長・発達に伴い徐々に減少していく事が確認に関しては不明な事が多い。そこで我々は，ラットの海された。幼若期から成熟期までの MFB より行った

馬脳スライス標本を用いて MFB に直接的にパッチクラ

single-channel 記録法を用いた解析では，MFB に発現してンプを適応し，MFB に存在するグリシン受容体に関しているグリシン受容体は 20pS から 120pS と幅広い範囲の電気生理学的解析を行った。MFB にパッチクランプ法をコンダクタンスを示した。これらのことより，MFB には適応した状態で puff-application 法を用いてグリシンを幼若期には少なくとも 8 つ，成熟期には少なくとも 1 つ

MFB 局所的に投与した。投与したグリシンにより誘発さのグリシン受容体が発現している可能性が考えられた。

れる電流が MFB では認められた。更にこのグリシン誘以上の結果より，MFB にはグリシン受容体が発現してお発性電流は，strychnine 存在下では認められなかった。

り，CA3 錐体細胞への興奮性情報伝達の修飾を成長・発MFB で認められるグリシン誘発性電流は，I-V 曲線を用達に伴って行っている可能性が考えられた。

379

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（3）シナプス小胞放出ダイナミクス（放出確率・放出多重性）の階層性と独立性
佐竹伸一郎 1,2，井上

剛 1,2,3，井本敬二 1,2（1 生理学研究所生体情報研究系，2 総合研究大学院大学生命科学研究科，
3

岡山大学大学院医歯薬学総合研究科）

一般に中枢神経の軸索終末では，活動電位の伝播に伴い

象（ペアパルス増強）を発見したので報告した。キネティ

1 か所の放出部位当たり 1 個のシナプス小胞が開口放出さ

クス解析ならびに薬理学実験の結果から，(1) 振幅のペアれる（単一性放出 monovesicular release）。一方，複数のシ

パルス増強はシナプス小胞の放出確率と放出多重性の増ナプス小胞が複数の放出部位から同期的に，もしくは単一

大，(2) 減衰時間のペアパルス増強は多重性放出に伴い近の放出部位から連続的に放出される，多重性放出傍シナプスから漏出 (spillover) してきたグルタミン酸の(multivesicular release) の存在も指摘されている。しかし，シナプス間蓄積 (pooling) によって引き起こされたと推定

小胞放出の単一性・多重性制御に関わる分子的基盤は，現している。こうした推定に基づき，シナプス後電流のキネ

在までほとんど明らかにされていない。今回，ラット小脳

ティクスが，シナプス小胞の多重性放出や伝達物質の拡顆粒細胞（上向性線維）－分子層介在ニューロン間グルタ

散・蓄積作用により決定される分子的背景や各ペアパルス

ミン酸作動性シナプスにおいて，2 発連続刺激に伴い 2 発増強の生理的意義について考察した。

目 EPSC の振幅値と減衰時定数 (τ) が一過性に増大する現（4）シナプス小胞の回収再利用
赤羽正紀 1，堀哲也 1,2，高橋智幸 1,2（1 同志社大学大学院生命医科学研究科神経生理学研究室，
2

沖縄科学技術研究基盤整備機構 (OIST) 細胞分子シナプス機能ユニット）

神経終末端においては，シナプス伝達を持続させるた

した後，低頻度刺激 (0.02Hz) で EPSC を誘発してリサイ

め，エキソサイトーシスの後，エンドサイトーシスによクリング全小胞数を算出した。この条件下でリサイクリってシナプス小胞を回収し，神経伝達物質を再充填してング小胞数は 1-2x104 個と算定されたが，刺激頻度を上放出可能なシナプス小胞数を維持している。しかしながげるとリサイクリング全小胞数の算定値が増大し，20Hz

ら，このリサイクリングする小胞数を決定するメカニズ

刺激下では約 10 倍の値が得られた。海馬 autapse の報告

ムには不明な部分が多い。

と同様，bafilomycin A1 の投与によって miniature EPSC

近年，Ikeda & Bekkers (2009) は海馬の培養 autapse にの振幅は変化しなかった。これらの結果は，リサイクリ+

H ATPase 阻害薬 bafilomycin A1 を投与して小胞のグルタ

ングする小胞数を神経活動に対応させて，ダイナミック

ミン酸再充填を阻害した後に，低頻度刺激 (0.03-0.2Hz)に変化させる調節メカニズムの存在を示唆する。

4によって誘発したシナプス応答サイズの総和 (2.7x10 )References

を求め，ここから単一 bouton あたりのリサイクリングすIkeda K and Bekkers JM(2009)Counting the number ofる全小胞数を約 100 個と算出した。今回，我々は生後

releasable synaptic vesicles in a presynaptic terminal. Proc

13-15 日のマウスの calyx of Held に bafilomycin A1 を投与

Natl Acad Sci USA 106:2945-2950.

380

研究会報告（5）光反応性ブロッカーを用いたグルタミン酸受容体シナプス発現の動態解析
神谷温之（北海道大学医学研究科神経生物学分野）

AMPA 型グルタミン酸受容体のシナプス下膜におけるAMPA 受容体と架橋形成し，受容体応答を不可逆的に阻発現は，細胞内プールやシナプス外受容体との交換によ害する。このため，光不活化後の EPSP の回復の時間経

り動的に制御されることが，主に初代分散培養やスライ

過から，細胞内プールからシナプス下膜への AMPA 受容ス培養系を用いた AMPA 受容体サブユニットの GFP 標

体の補給の程度と時間経過を測定できる。マウス海馬ス

識法により示されてきた。これに対し，より生体内に近ライス標本において，局所灌流システムを用いて ANQX

い急性スライス標本においても AMPA 受容体のシナプを CA1 野シナプスに投与し，紫外線照射による光分解をス発現が同様に動的な制御を受けるかについては不明で行った。ANQX の光分解に伴い EPSP は減弱した後一部ある。急性海馬スライスにおける AMPA 受容体のシナプ

回復し，その後は持続的に減弱したままであった。シナ

ス発現の動態を解析する目的で，光反応性 AMPA 受容体

プス下膜の AMPA 受容体発現は比較的安定で，安静時にブロッカーANQX の光分解法による検討を行った。細胞は細胞内プールからの補給はほとんど生じないと考えら

外から投与した ANQX は紫外線照射に伴い細胞膜上のれた。

（6）海馬 CA1錐体細胞の NMDA 受容体とヒスタミン H1受容体の相互作用
益岡尚由，池田亮，小西史朗（徳島文理大学香川薬学部病態生理）

我々はこれまでに，海馬のヒスタミン H1 受容体を遮断の灌流投与により，Schaffer 側枝をガラス電極で刺激しすることにより空間記憶の障害が引き起こされ，この記て誘発した NMDA 電流応答は顕著に抑制された。一方，憶障害作用は NMDA 受容体機能の低下と関連している

H1 受容体アゴニストである 2-pyridilethylamine は無効でことを行動薬理学的に明らかにしてきた。しかし，シナ

あった。また，NMDA 受容体電流の pyrilamine およびプスレベルで両受容体がどのように相互作用するかは全

cetirizine による NMDA 電流の抑制効果は，D-serine またく不明である。本研究では，海馬スライス標本を用いて，は ア ス ト ロ サ イ ト か ら の D-serine 放 出 を 阻 害 す る

CA1 領域の NMDA 受容体で仲介されるシナプス伝達に

fluoroacetate の前投与で消失した。以上の結果より，アスヒスタミン H1 受容体がどのように影響するか検討した。

トロサイトの H1 受容体が内在性ヒスタミンにより活性

C57BL/6J マウスのより海馬スライス標本を作製し，化されるか，あるいは H1 受容体の構成的活性化により

CA1 錐体細胞よりシナプス電流をホールセルパッチクラ

D-serine が放出され，NMDA 受容体を介したシナプス応

ンプ法で記録した。H1 受容体のアンタゴニストおよびイ

答電流が増強される可能性が示唆された。

ンバースアゴニストである pyrilamine あるいは cetirizine（7）全反射顕微鏡を用いたシナプス後膜内外における AMPA 型受容体の動態解析
田中洋光，平野丈夫（京都大学大学院理学研究科生物物理学教室）

シナプス後部にある神経伝達物質受容体の動的な局在

AMPA 型 グ ル タ ミ ン 酸 受 容 体 サ ブ ユ ニ ッ ト で あ る

変化は，シナプス可塑性の一因と考えられている。本研

GluA1, GluA2, GluA3 のシナプス可塑性時における動態

究では，全反射顕微鏡を用いる新しい実験系を確立し，を，タイムラプスイメージング記録した。全反射顕微鏡

381

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

は，ガラス面直上のみの蛍光シグナルを選択的に観察でにおいて，刺激後数分以内に GluA1 シグナルはピークにきる顕微鏡である。興奮性シナプス後部の形成を誘導す達したのに対し，GluA2, GluA3 シグナルは遅いタイミン

る接着分子の一つである Neurexin でガラス面をコート

グでピークに達した。また，刺激後 1 分以内に PSD95 周

し，その上に初代海馬神経細胞を培養することにより，辺において，GluA1 のエクソサイトーシスが観察された。

興奮性シナプス後部様構造を全反射顕微鏡の観察領域内

これらの現象は，APV により阻害されたことから，に形成させた。神経細胞に SEP (super ecliptic pHluorin) を

NMDA 型グルタミン酸受容体依存的と考えられる。以上

融合したサブユニットを発現させて，電場刺激 (fieldの結果より，長期増強 (LTP) 時に，GluA1, GluA2, GluA3

stimulation) を加え，その刺激前後での AMPA 型受容体サは各々異なる時間経過で増加することが示唆された。まブユニットの動態変化を解析した。シナプス後膜の位置

た，LTP 発現時における GluA1 のシナプス後膜近傍でのは，PSD95 をマーカーとして同定した。シナプス後膜内

エクソサイトーシスを，高解像度で可視化できた。

（8）小脳核におけるセロトニン作動性シナプス修飾作用の役割
齋藤文仁（日本医科大学薬理学講座）

深部小脳核 (DCN) へ入力する小脳皮質プルキンエ細が小さくなる。加えて，DCN 細胞膜の興奮性の増大によ胞からの GABA 作動性抑制性入力と苔状線維を介したり小脳皮質からの GABA 作動性制御を弱める働きがあ脳幹部からのグルタミン酸作動性の興奮性入力についった。(3) グルタミン酸の放出抑制は，シナプス後膜にて，アミン系修飾物質であるセロトニンの効果とその役おける代謝調節型 mGluR を仲介する緩徐な膜電流も減割について調べた。約 2 週齢のラット小脳スライスを用

弱して LTD 誘発の規模を抑制した。以上の結果より DCNいて，電気生理学・薬理学的手法を駆使して実験を行い，におけるセロトニンは苔状線維のシナプス伝達に対して以下の 3 点が明らかになった。(1) 電気刺激により誘発

一過性の抑制効果を示すだけでなく，長期的シナプス伝

された興奮性および抑制性シナプス後電流の振幅は，セ達の調整にも重要な役割を果たしており，5mM 以上の高

ロトニンの潅流投与により，用量依存的に可逆的に抑制濃度の細胞外セロトニンは小脳核を舞台とした運動学習

された。この反応はともにシナプス前終末の 5-HT1B 受容の獲得および消去の機能に妨害的な役割をもつ可能性が体の活性化を介していた。(2) GABA 放出抑制により考えられる。

DCN で引き起こされる postinhibitory rebound depolarization（9）ラット脊髄後角第 II 層ニューロンにおけるシナプス伝達のガラニンによる制御機構
熊本栄一，岳海源，藤田亜美，朴
八坂敏一，楊蓮花，蒋昌宇，水田恒太郎，柳，井上将成，川崎弘貴，上村聡子（佐賀大学医学部生体構造機能学講座）

脊髄後角の第 II 層（膠様質）は，皮膚末梢に与えられえずに発生頻度を増加させ，高濃度で−70 mV においてた痛み情報の伝達制御に重要な役割を果たしている。脊外向き膜電流を誘起した。これらの作用は Na+チャネル

髄腔内投与のガラニンによる痛み伝達修飾機序を明らか

阻害薬テトロドトキシンにより影響を受けず，低濃度でにするために，ラット脊髄薄切片の膠様質ニューロンへの作用はガラニン受容体 (GalR) -2/3 作動薬 galanin 2-11

パッチクランプ法を適用し，シナプス伝達に及ぼす作用により，高濃度での作用は GalR-1 作動薬 M617 によりみを調べた。ガラニンは低濃度で自発性 EPSC の振幅を変られた。また，ガラニンは Aδや C 線維誘起の単シナプ

382

研究会報告ス性 EPSC の振幅を減少させた。同様な作用は galanin

膜過分極を起こすこと，さらに，Aδや C 線維の中枢端に

2-11 によりみられたが，M617 ではみられなかった。自ある GalR-2/3 の活性化によりグルタミン酸放出を減少さ

発性および局所電気刺激誘起 IPSC はガラニンにより影せることが明らかになった。これらの作用は，ガラニン

響を受けなかった。以上より，ガラニンは低濃度での痛み行動修飾作用のシナプスレベル機序であることがGalR-2/3 を活性化して自発性グルタミン酸放出を促進す示唆される。

る一方，高濃度でシナプス後細胞の GalR-1 を活性化して（10）小脳グロビュラー細胞へのシナプス入力の解析
廣野守俊（理化学研究所脳科学総合研究センター運動学習制御研究チーム）

小脳プルキンエ細胞層直下には，形態学的に近年同定

ビュラー細胞はプルキンエ細胞から非常に強い抑制性入されたグロビュラー細胞が存在する。グロビュラー細胞力を受けることが明らかとなった。また，グロビュラー

はルガロ細胞のサブタイプの一つであるが，そのシナプ細胞から記録される自発性の興奮性シナプス後電流

ス入力は明らかでない。そこで本研究では，グロビュラー(EPSC) は，低頻度で振幅の小さい電流応答であった。顆

細胞からシナプス後電流を記録し，入力線維の同定を試

粒細胞層を刺激すると誘発性 EPSC が記録され，2 発刺みた。まず，グロビュラー細胞にホールセル電位固定法

激による 2 発目応答は減弱した。これは苔状線維－ゴルを適用すると，高頻度で振幅の大きい自発性の抑制性シ

ジ細胞間シナプスにおける誘発性 EPSC と似た傾向であ

ナプス後電流 (IPSC) が記録された。この自発性 IPSC のることから，グロビュラー細胞は苔状線維から興奮性入発生は，近傍に分布するプルキンエ細胞の発火とほぼ同力を受ける可能性が示唆された。以上より小脳皮質にお期することが認められた。さらに，ダブルパッチ記録法

いてグロビュラー細胞は，プルキンエ細胞の軸索側枝をによりプルキンエ細胞に脱分極を与えると，グロビュ

含んだ局所回路形成に関与し，運動学習に関わる情報処

ラー細胞から誘発性 IPSC が記録されたことから，グロ理に寄与する可能性が示唆された。

（11）小脳プルキンエ細胞における GluR2 細胞内プールの活動依存性トランスロケーションとシナプス可塑性：蛍光蛋白質 2 重発現法による解析
山口和彦（理化学研究所脳科学総合研究センター運動学習制御）

小脳皮質の平行線維－プルキンエ細胞間シナプス伝達て発現させ，化学的 LTD 刺激による GluR2 細胞内プーの長期抑圧 LTD では，シナプス膜に発現している AMPA

ルの変化を共焦点顕微鏡でタイムラプス記録法により解型グルタミン酸受容体がシナプス後膜からエンドサイ

析した。その結果，化学的 LTD 刺激により，GluR2 細胞

トーシスを介して除去される。メカニズムとして，LTD

内プールはスパイン内からシャフトにトランスロケート

刺激は，シナプス膜 AMPA 受容体の脱安定化の速度定数した。この結果は，「LTD 刺激により，エキソサイトーを上昇させることを見出した。しかし，これのみでは量シスを介した GluR2 のシナプス膜への供給が減少する」

的に LTD を説明できない。そこで LTD 刺激は，①AMPAとする仮説を支持する。ケージ化した阻害ペプチドのア受容体エンドサイトーシスを増強させるのか，あるいはンケージングにより測定した AMPA 受容体のエンドサ②エキソサイトーシスを低下させるのか，を検討した。

イトーシス速度定数の LTD 刺激による変化，についても

培養プルキンエ細胞にレンチウイルスベクターを用いて報告し，併せて，AMPA 受容体の活動依存性トラフィッ

GFP を発現させ，細胞の形態を可視化すると同時に，キングのキネティックスについて考察した。

mCherry-GluR2 をシンドビス

ウイルスベクターを用い383

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（12）ストレス負荷による前部帯状回皮質 GABA ニューロン機能変化
村越隆之（埼玉医科大学生化学）

前部帯状回は，種々精神疾患の病態に際し抑制性神経(fEPSP) の可塑性（長期増強，長期抑圧）が亢進した。2

伝達の異常が見られ，遺伝的背景とともにストレス負荷

発刺激による PPR (paired-pulse ratio) 変化，ホールセル記が発症や症状の増悪につながることが示唆されている。

録による自発性微小抑制性シナプス後電流 (mIPSC) の

我々は若年期マウスに慢性拘束ストレスを負荷した後の解析から，CRS 群では同部位での GABA 作動性抑制性ニ

行動学的変化および前部帯状回シナプス活動変化を調べ

ューロン機能の低下が示唆された。刺激誘発性の興奮性た。

シナプス後電流 (EPSC) の NMDA 受容体依存性成分は，

3 週齢マウスに拘束ストレス（CRS, chronic restraint

CRS 群と対照群で差がなかった。また，GABA 作動性抑stress：1 日 2 時間×7 日間）を与えた。CRS 終了翌日以

制性機能の低下が右半球に限られる可能性が示された。

降の行動学的解析の結果，CRS 群では，オープンフィー

以上より，慢性拘束ストレス負荷は，右前部帯状回のルド試験で行動量が増大したが明暗選択課題では対照群

GABA 作動性抑制性伝達機能低下による脱抑制と興奮性と変化はなく，恐怖条件付け学習能が低下した。スライ

増大，可塑性亢進を導き，行動上の活動過多につながっ

ス標本を用いた前部帯状回浅層からのフィールド記録でたのではないかと考察した。

は，CRS 群で深層刺激による興奮性シナプス後電位（13）Rapid synaptic remodeling in the adult somatosensory cortex
during development of neuropathic pain
Sun Kwang Kim, Junichi Nabekura(Division of Homeostatic Development, National Institute of Physiological Sciences)
Little is known about how intact cortical circuits are

size-dependent survival/growth of new and pre-existing

remodeled at individual synapse level during neuropathic

spines. These results not only show the structural andpain. We show, using long-term in vivo two-photon imaging

temporal correlates of neuropathic pain, but also propose aof dendritic spine dynamics, that synaptic connections in theclose connection between pain and memory at single spine

somatosensory cortex are rapidly remodeled within earlylevels in the cortex, providing a novel therapeutic target indevelopment phase of neuropathic pain (within days), but notchronic pain.

later maintenance phase. We also found phase-specific and（14）チャネルロドプシン光刺激による海馬 CA3 樹状突起特性の解析
酒井誠一郎，石塚徹，八尾寛（東北大学生命科学研究科脳機能解析分野）

CA3 錐体細胞は，苔状線維からの非常に強力な入力，算が海馬における情報処理基盤のひとつであると考えら連合・交連線維からの興奮性フィードバック入力，そしれる。そこでこれら層特異的な情報の入力に対し，樹状て嗅内皮質からの直接入力と各層に性質の大きく異なる

突起の特性もまた層特異的であり，層特異的な樹状突起

入力を受けている。これら入力に対する樹状突起上の演演算のプロセスを経て入力が細胞体へと伝播すると仮説384

研究会報告を立て，その検証を行った。

的に変化させて樹状突起の周波数応答性を解析したとこ

時空間的に制御された入力を行うため，チャネルロド

ろ，細胞体より放線層樹状突起の方が高周波への応答性

プシン 2 トランスジェニックラットを用いて，先端樹状が有意に高かった。放線層樹上突起は高周波数の入力を

突起全長を 100µm ごとに局所光刺激を行った。細胞体の伝播しやすい性質を有していることが示唆され，それがパッチ電極から膜電位の変化を記録することにより，イCA3 フィードバック回路の同期的な活動を生み出す役割

ンプット・アウトプット関係を解析した。光強度を周期を担っている可能性が考えられる。

（15）Ube3a 機能欠失マウス（Angelman 症候群モデルマウス）における神経シナプス回路網病態生理
江川

潔 1，内田琢 1，井上浩一 1，斉藤伸治 2，木住野達也 3，福田敦夫 1（1 浜松医科大学生理学第一講座，2 北海道大学病院小児科，（3 長崎大学・先導生命科学研究支援センター・ゲノム機能解析分野）

Angelman 症候群（以下 AS）は重度の精神発達遅滞，ける電気生理学的検討について発表を行った。AS モデル

てんかん，小脳失調を主徴とする遺伝性疾患であり，ユ

マウスにおいて tonic GABA conductance が有意に低下しビキチンリガーゼ E6-AP をコードする母性発現遺伝子ていること，mIPSC, sIPSC の頻度および振幅，evoked

UBE3A を原因遺伝子とする。AS は Autism spectrum

IPSC の PPR には有意差を認めなかったことを報告した。

disorder の ひ と つ と し て 近 年 注 目 さ れ ， こ れ ま で にGABA 作動性シナプスの構築，前シナプスの GABA 放出

CaMKα 活性の低下による経験依存的興奮性シナプス可は保たれていると考えられ，ambient GABA の調節機構

塑の障害が示されている。しかしながら，てんかん，小障 害 ， あ る い は シ ナ プ ス 外 GABA 受 容 体 の down

脳失調を含む神経シナプス回路網機能障害の詳細は未だ

regulation が tonic conductance 低下の要因として推測され解明されていない。本研究会では，「UBE3A 機能欠失がる事，同様の結果は小脳顆粒細胞においても記録され，何らかの GABA 作動性抑制の機能障害を来たす」との仮

小脳失調のメカニズムの一つである可能性が示唆される

説をたて行った AS モデルマウス海馬急性スライスにお事を考察した。

（16）海馬スライスにおける β 振動とてんかん様発火の伝播特性比較
橋本あゆみ，夏目季代久（九州工業大学大学院生命体工学研究科脳情報専攻）【はじめに】ラット海馬スライス標本にコリン作動薬カル

火とコリン性誘導振動について伝播特性の比較を行った

バコールを投与することによってβ振動が誘導されるこ研究はまだない。そこで，本研究ではてんかん様発火ととが分かっている。これまでに私達は，picrotoxin 誘導てカルバコール誘導 β 振動の伝播特性を調べ比較することんかん様発火を起こしたスライスにカルバコールを投与を目的とした。

すると β 振動が発生し，てんかん様発火が抑制されるこ【実験手法】3-6 週令の Wistar ラットより脳を摘出し海馬とを明らかにしてきた。またてんかん様発火などのリズスライスを作製した。海馬スライスをチャンバー上に置

ム現象はスライス上を伝播することが分かっている。コ

いて人工脳脊髄液によりかん流し 2 点から電位測定をお

リン性の振動は記憶学習において重要な役割を果たすとこなった。海馬スライス CA3a と CA3b に約 1mm 離して考えられており，記憶障害に関わるてんかん様発火と異ガラス微小電極 (2M NaCl, 1-2MΩ) を配置し，細胞外記録なる特性を持っている事が予想されるが，てんかん様発によって集合電位を記録した。刺激実験の際は，シャー385

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

ファー側枝を刺激して CA3 放線層において逆行性の集火両方でその伝播速度はβ振動と比較して有意に大きか合興奮性シナプス後電位 (fEPSP) を測定した。

った。

【結果】海馬スライスに picrotoxin (100µM) を投与すると，てんかん様発火や β 振動の発生には AMPA 受容体を持続時間の短い interictal 様発火と持続時間の長い ictal 様

介したシナプス伝達が重要であることが分かっている。

発火の 2 種類のてんかん様発火が CA3a と CA3b の 2 点

そのため，てんかん様発火とβ 振動の伝播にも EPSP が関で誘導された。てんかん様発火が安定した後にコリン作わっているのではないかと考え，CA3 錐体細胞間シナプ動薬であるカルバコール (30µM) を投与すると，CA3a，スにおける fEPSP を測定した。その結果，カルバコール

CA3b でてんかん様発火から β 振動へ移行した。カルバ

投与中に fEPSP が有意に減少することが明らかになった。

コール投与前（てんかん様発火）とカルバコール投与後【結論と考察】以上の結果より，海馬スライス CA3 領域（β 振動）それぞれについて 2 点間電位信号の相互相関関では β 振動の伝播速度がてんかん様発火の伝播速度に比数をとると，2 つの信号間には遅延が見られ信号が伝播

べて小さいことが明らかになった。この傾向は，interictal

していることが示唆された。2 点間の波形の伝播速度を様の発火，ictal 様の発火両方に共通して見られた。また，測定した所，interictal 様発火は約 0.37±0.06m/sec でβ振CA3 錐体細胞間 fEPSP の減少が見られたことより，fEPSP

動は約 0.14±0.01m/sec であった。また，ictal 様発火につの減少が伝播速度の減少に関わっているのではないかといては約 0.31±0.03m/sec であり，2 種類のてんかん様発考えている。

（17）末梢神経の損傷に起因する脊髄求心路のスイッチング
駒形成司 1,2，陳山林 1，鈴木晶子 3，山下晴義 1,2，

菱田竜一 1，前田健康 3，柴田実 2，澁木克栄 1（新潟大学 1 脳研究所システム脳生理，2 医学部形成外科，3 歯学部解剖）

外傷などによって末梢神経が損傷されると，患部の治考え，この可能性を検証した。私たちはマウスのマイス

癒後もしばしば痛みや異常感覚（アロディニア）を生ず

ナー小体に存在しているグリア細胞由来神経栄養因子

ることがあり，これらを神経因性疼痛と呼ぶ。その発症(GDNF) が触覚神経に 0.1 Hz 以下の持続的な発火を生じメカニズムは非常に複雑であり，様々な炎症反応や遺伝させていること，この持続的発火が脊髄に伝わらないよ子発現を介しているため，基本的な病態メカニズムの特うにすると，数時間の内に皮質応答の急性増強とアロデ定が難しく，未だに効果的な治療方法の確立が為されてィニアが生じることを見つけた。皮質応答の増強は，触いない。また一方で末梢神経を損傷すると，大脳皮質体

覚情報の主経路である後索・内側毛帯路を破壊した状態

性感覚脳地図の再編や，残存神経を介する皮質応答の増でも生じたことから，脊髄視床路を介していたと推察さ

強が数時間以内に生じることが知られている。しかし，れる。これらの結果は，触覚神経に存在する GDNF 由来

これら大脳皮質応答の可塑的変化が，どのように神経因の基底発火が途絶すると，数時間の内に触覚情報が温性疼痛と関わっているは殆ど判っていない。本研究では，度・痛覚経路に連絡するようになったことを示しており，末梢神経損傷後数時間以内に生じる皮質応答の増強が，

この触覚情報を伝える脊髄求心路のスイッチングが神経

神経因性疼痛の初期過程と関連しているのではないかと

因性疼痛発症メカニズムの一つではないかと思われる。

386

研究会報告16．中枢・末梢臓器連関による生体恒常性と仲介分子機構
2011 年 2 月 18 日－2 月 19 日
代表・世話人：矢田俊彦（自治医科大学

医学部）

所内対応者：箕越靖彦（生殖・内分泌系発達機構）（１）視床下部ヒスタミン H1 受容体発現ニューロンの選択的死滅を利用した摂食調節機構の研究
堀尾修平（徳島大学大学院ヘルスバイオサイエンス研究部分子情報薬理分野）（２）ストレス反応を介した神経ペプチド W (NPW) による摂食抑制作用
影山晴秋，柴加奈子，竹ノ谷文子，塩田清二（昭和大学医学部第一解剖学教室）（３）新規摂食関連転写因子 AF5q31 の視床下部における摂食調節機能の解析
森川吉博，小森忠祐（和歌山県立医科大学・医学部・第二解剖学）（４）体内時計システムによる代謝調節
榛葉繁紀（日本大学薬学部）（５）中枢神経系 Sirt1 によるエネルギーバランス制御
佐々木努，北村忠弘（群馬大学生体調節研究所，代謝シグナル解析分野）（６）グレリンによる自律神経の調節について
児島将康，佐藤貴弘（久留米大学分子生命科学研究所）（７）弓状核 AgRP ニューロンによる骨代謝調節機構
中田正範 1，笹沼秀幸 2，中江淳 3，矢田俊彦 1（1 自治医科大学医学部生理学講座統合生理学部門，
2

自治医科大学医学部整形外科，3 慶応大学腎臓内科）（８）消化管上皮細胞特異的 SOCS3 欠損マウスの胃癌発症におけるレプチン/レプチン受容体の役割
稲垣匡子 1,2，吉村昭彦 3，松崎吾朗 2，加藤誠也 4，箕越靖彦 1（1 生理学研究所 生殖・内分泌系発達機構研究部門，
2

琉球大学熱帯生物圏研究センター 分子生命科学研究施設分子感染防御学分野，
3

慶應義塾大学医学部微生物学免疫学教室，4 琉球大学医学部細胞病理学分野）（９）膵 β 細胞インスリン分泌と Kv チャネル機構
加計正文（自治医科大学附属さいたま医療センター総合医学 1）（10）インスリンの求心性迷走神経への直接作用
岩﨑有作 1，中林

肇 2，加計正文 3，矢田俊彦 1（1 自治医科大学医学部生理学講座統合生理学部門，2 金沢大学保健管理センター，
3

自治医科大学附属さいたま医療センター総合医学 1）（11）ランニングホイール・メタボリックチャンバーを用いた呼吸代謝評価系の検討
緒里真一（三菱化学メディエンス株式会社創薬支援事業本部試験研究センター薬理研究部）（12）ガラニン様ペプチド (GALP) 点鼻投与による抗肥満効果
柴加奈子，影山晴秋，竹ノ谷文子，塩田清二（昭和大学医学部第一解剖学教室）（13）ヒト iPS 細胞を用いた脂肪細胞治療法の開発
細田公則，野口倫生，森栄作，海老原健，中尾一和（京都大学医学研究科人間健康科学系，内分泌代謝内科）387

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）【参加者名】
松尾崇，伊達 紫（宮崎大学），佐々木努，北村忠弘（群馬大学生体調節研究所），嶋津孝（愛媛大学），堀尾修

Dedbazar，小平美里（自治医科大学），浅川明弘（鹿児島大学大学院），榛葉繁紀（日本大学薬学部），植田紘貴（鹿平（徳島大学大学院），加計正文（自治医科大学附属さい

児島大学），細田公則，冨田努（京都大学大学院），飯

たま医療センター総合医学 1），影山晴秋，柴加奈子（昭田哲郎（松谷化学工業（株）），豊田行康，長野和大学），森川吉博（和歌山県立医科大学），児島将康（久藤寛之，岡田悠里，戸田州俊（名城大学），西田由香（県

留米大学分子生命科学研究所），北村明彦，井上尚彦（味立広島大学），兼松の素（株）・イノベーション研究所），緒里真一（三菱化子，志内哲也，岡本士毅，戸田知得，横田繁史，唐学メディエンス株式会社），徳田雅明（香川大学），尾仲君，上條真弘，高木一代，Eulalia Coutinho，斉藤久美子

達史，中田正範，岩﨑有作，矢田俊彦，前島裕子，Udval（生理学研究所）

烈，佐隆（広島大学），箕越靖彦，稲垣匡
麗【概要】
本研究会は，中枢・末梢臓器連関による生体恒常性とに摂食代謝調節ホルモンに関して，インスリンの求心性

仲介分子機構をテーマとした。摂食に関しては，ヒスタ

迷走神経への直接作用，グレリンによる自律神経の調節

ミン H1 受容体を介した摂食抑制，ストレス反応を介しが紹介され，ホルモン情報の末梢⇔中枢連絡に自律神経た神経ペプチド W (NPW) による摂食抑制，新規摂食関が重要な役割を担うことが示され，また，胃腸膵におけ

連転写因子 AF5q31 の視床下部における摂食調節機能なるレプチン，グレリンの機能を仲介する新規分子の研究

ど最新研究成果が紹介された。ついで中枢による代謝調が紹介された。一方，方法に関する研究として，呼吸代節に関しては，視床下部 Sirt1 によるエネルギー消費調

謝評価系としてランニングホイール・メタボリックチャ

節，弓状核 AgRP ニューロンによる骨代謝調節，体内時

ンバー，点鼻投与による代謝改善効果が紹介された。大計による代謝調節の紹介があり，脳の複数の部位・ニュー

学院生や若手研究者も活発に討議に参加し，種々の異なロン・分子による糖代謝・脂質代謝・骨代謝が示され，る手法・アプローチによる研究成果の情報交換を行い，広範な脳→末梢代謝制御が明らかにされつつある。さら

実り多い研究会となった。

（1）視床下部ヒスタミン H1受容体発現ニューロンの選択的死滅を利用した摂食調節機構の研究
堀尾修平（徳島大学大学院ヘルスバイオサイエンス研究部分子情報薬理分野）

視床下部は摂食中枢，満腹中枢があり，摂食調節の中かにしようと考えた。この目的のために，H1 受容体発現心を担っている脳部位である。本研究では摂食調節を担細胞を特異的に死滅させる遺伝子改変マウスを作製した。

う新規なニューロンを見出すために，ヒスタミン H1 受

このマウスは，H1 受容体発現細胞にイムノトキシン感受容体発現ニューロンに注目した。その理由は，H1 受容体性であるヒト interleukin-2 receptor α-subunit (IL-2Rα) が欠損マウスが肥満になること，動物の視床下部への H1

発現しており，イムノトキシン投与によりこの細胞が選拮抗薬投与で摂食が促進されることから，H1 受容体が摂択的に死滅する。実際に，ヒト IL-2Rαの発現は H1 受容食調節に重要であると考えられることにある。実際にマ体の発現とほぼ一致し，PVH へのイムノトキシン注入に

ウス視床下部の室傍核 PVH と腹内側核 VMH に H1 受容より H1 受容体発現ニューロンが選択的に死滅した。こ体が非常に強く発現していることを確認した。これらのの実験系は，H1 受容体発現ニューロンの摂食調節におけH1 受容体発現ニューロンを選択的に死滅させ，摂食行動る役割を明らかにするのに有用であると考えられる。

への影響を調べることで，当該ニューロンの機能を明ら

388

研究会報告（2）ストレス反応を介した神経ペプチド W (NPW) による摂食抑制作用
影山晴秋，柴加奈子，竹ノ谷文子，塩田清二（昭和大学医学部第一解剖学教室）

神経ペプチド W (NPW) は 23 または 30 アミノ酸残基

定し，普通食群と比較検討した。次に自発運動するマウからなるペプチドである。NPW の脳室内投与は摂食抑制

スに NPW30 または生理食塩水を脳室内投与し，同様に作用および血中の副腎皮質刺激ホルモン (ACTH) および

24 時間測定を行った。普通食群マウスでは摂食量と飲水

コルチコステロンを上昇させる。コルチコトロピン放出

量は有意に減少したが，肥満マウスへの NPW 投与では，因子 (CRF) の阻害剤の前投与は NPW によるコルチコス

摂食量，飲水量，運動量および体重のいずれも変化しな

テロンの上昇を抑制する。つまり NPW は視床下部－下かった。自発運動は NPW 投与による摂食抑制作用を完

垂体－副腎アクシスを活性化に関与していると考えられ

全に抑制した。食餌誘導性肥満マウスの血中コルチコスる。そこで食餌誘導性肥満動物に対する NPW の摂食抑テロン値はすでに高いことから，NPW を投与してもスト

制効果および NPW の摂食抑制機序に，ストレス反応がレス反応による摂食抑制効果が現れない可能性がある。

関与しているかを検討した。2nmol の NPW30 を食餌誘導

また，自発運動はストレスを緩和させることから NPW

性肥満あるいは通常食群のマウスの脳室内に投与した。

の摂食抑制作用にストレス反応の関与が示唆される。

投与 24 時間後の摂食量，飲水量，運動量および体重を測（3）新規摂食関連転写因子 AF5q31の視床下部における摂食調節機能の解析
森川吉博，小森忠祐（和歌山県立医科大学・医学部・第二解剖学）

摂食・エネルギー代謝の中枢である視床下部において，入すると，AMP-activated protein kinase (AMPK) αの発AF4 転写因子群のメンバーである AF5q31 は絶食により現・活性化，及び acetyl CoA carboxylase (ACC) αの活性

その発現が増加すると報告されているが，その機能は不化が増加した。AF5q31 ヘテロ遺伝子欠損マウスの視床下明である。今回，我々は視床下部での摂食調節機能にお部においては，野生型マウスで認められた絶食時のける AF5q31 の役割について検討した。摂食亢進ホルモ

AMPKαの発現量の増加・活性化，ACCαの活性化，及びンであるグレリンの腹腔内投与により，視床下部弓状核

NPY/AgRP の発現量の増加などが抑制されていた。また，や腹内側核のグレリン受容体陽性神経細胞においてこのマウスでは絶食後の再摂食量の低下も認められた。

AF5q31 の発現が増加し，視床下部の神経細胞株である

これらのことから，グレリンにより視床下部で誘導されGT1-7 細胞をグレリンで処理すると，時間・濃度依存的

た AF5q31 は AMPKαの発現を誘導し，絶食時の摂食をに AF5q31 の発現が増加した。GT1-7 細胞に AF5q31 を移亢進すると考えられる。

（4）体内時計システムによる代謝調節
榛葉繁紀（日本大学薬学部）

メタボリックシンドローム発症の原因は多様であり，ており，その中心は，転写因子 Brain and Muscle Arnt like

シフトワークもその一つである。シフトワークによるメ

protein 1 (BMAL1) である。SNP 解析から BMAL1 と II 型

タボリックシンドローム発症には体内時計の関与が示唆

糖尿病ならびに高血圧症との関係が示されており，またされている。体内時計システムは転写レベルで制御されメタボリックシンドローム患者脂肪組織において389

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

BMAL1 の機能低下が示されている。そこで本研究では，の原因として膵ラ氏島の矮小化とそれに伴うインスリンBMAL1 の機能とメタボリックシンドロームとの関係を分泌不全が示された。

明らかにする目的で BMAL1 欠損 (KO) マウスを作製し，これらの結果は，各組織における特異的な機能さらにはそれらに基づいた臓器間クロストークに BMAL1（すその解析を行った。
BMAL1 KO マウスは，行動ならびにエネルギー代謝のなわち体内時計システム）が関与する事を示すとともに，日内変動を消失しており，低体重，脂質異常症，高コレ全身の体内時計システムの調和が乱れることによりメタ

ステロール血症ならびに各組織への著しい脂質の蓄積をボリックシンドロームが発症することを示唆している。

示した。さらに BMAL1 欠損は耐糖能の低下を生じ，そ（5）中枢神経系 Sirt1によるエネルギーバランス制御
佐々木努，北村忠弘（群馬大学生体調節研究所，代謝シグナル解析分野）【目的】長寿遺伝子 Sirt1 は NAD+依存性タンパク脱アセ

下で太らない。2) 精巣周囲白色脂肪 (eWAT) は野生型にチル化酵素をコードし，各種臓器でインスリン感受性の比べて軽く，脂肪細胞が小型化している。3) 摂食量は変改善し，エネルギー代謝を制御する。今回の実験では，わらない。4) 基礎代謝が亢進している。5) 血漿甲状腺ホ

POMC 陽性神経細胞における Sirt1 によるエネルギー消

ルモン (T4) が有意に高い。6) 褐色脂肪細胞では，beta-1

費制御機構を解明するために，Rosa26-Sirt1 マウスを作成

アドレナリン受容体，PGC-1 beta，及び UCP2 の発現がし Pomc-Cre マウスと掛け合わせて，コンディショナル

亢進している。7) 血中コルチゾール値に有意な変化は認

ノックイン (KI) マウス（Pomc-Sirt1-KI マウス）を作製しめられない。

た。Pomc-Sirt1-KI マウスの摂食量・体重変化・呼吸代謝・【結論】以上より，POMC 陽性神経細胞の Sirt1 は，視床

遺伝子発現を検討した。

下部－下垂体－甲状腺系と交感神経系を介して褐色脂肪【結果】Pomc-Sirt1-KI マウスでは以下の所見を認めた。

細胞のエネルギー消費を調節し，全身のエネルギーバラ

1) 雄の KI マウスは野生型マウスに比べて，普通食飼育

ンスを制御する。

（6）グレリンによる自律神経の調節について
児島将康，佐藤貴弘（久留米大学分子生命科学研究所）

自律神経は生体の恒常性（ホメオスターシス）の維持

マウスにグレリンを投与すると体温が下がる。投与後に重要な役割を果たすが，われわれはこれまでの研究で数分して体温は下がり始め，投与 2 時間でもとの体温よグレリンが自律神経の恒常性維持に必要なホルモンでありも 2 度以上の低下を認めた。次にグレリン KO マウス

ることを明らかにした。グレリンの欠損マウスの解析かを高温環境および低温環境においた時の状態を調べた。

ら，このマウスでは血圧・心拍数の日内リズムが消失し，われわれが作出したグレリン欠損マウスを使った実験か

また不安定になっていることを見いだした。また消化管

らは，グレリンが欠損すると高温環境下にマウスを置いの運動機能も低下しており，消化物の腸管内輸送に障害たときに，体温上昇が野生型に比べて大きく，またそのを受けている。

結果，野生型では死亡率が 5%くらいであるのに対して，

このグレリンの自律神経機能の恒常性維持機構を明ら

グレリン欠損マウスでは死亡率が 30%以上と高率になっかにするため，今回，グレリンの体温調節作用についてた。高温環境下においた野生型マウスの血中および胃内検討した。

のグレリンを調べてみると，血中グレリン濃度は高温環

390

研究会報告境下では上昇し，また胃内のグレリン mRNA 発現レベル

モンであることを示唆している。

も上昇した。グレリンが高温環境での生存に必要なホル（7）弓状核 AgRP ニューロンによる骨代謝調節機構
中田正範 1，笹沼秀幸 2，中江淳 3，矢田俊彦 1（1 自治医科大学医学部生理学講座統合生理学部門，
2

自治医科大学医学部整形外科，3 慶応大学腎臓内科）【目的】近年，レプチンの骨代謝調節作用が報告されてかには雌マウスを用いた。対照は Cre マウスを用いた。骨

ら，中枢神経系による骨代謝調節機構が明らかになって量，骨形態解析および各種骨代謝関連物質の測定を行なきた。インスリンはエネルギー代謝作用と成長促進作用った。

を有する。視床下部弓状核は摂食・エネルギー代謝調節【結果】KO マウスは Cre マウスに比較して低身長を示しの一次中枢であり，弓状核の AgRP ニューロンはインスた。Quantitative-CT による解析で KO マウスは大腿骨のリン，レプチンの標的ニューロンの 1 つであり，それら

骨量の低下を認めた。また形態解析により骨形成の低下の細胞内情報伝達分子として PDK1 が重要である。本研と骨吸収の亢進を認めた。現在詳細を解析中でありあわ究は，骨代謝における AgRP ニューロンの役割を明らかせて報告する。

にする目的で，AgRP ニューロン特異的 PDK 1KO マウス【総括】弓状核 AgRP ニューロンは骨代謝調節に関与するの骨代謝を解析した。

こと，特にインスリン中枢性の骨代謝作用を仲介してい【方法】AgRP-Cre マウスと PDK1-flox マウスを交配しる可能性が示唆される。

AgRP ニューロン特異的 PDK1-KO マウスを作成し，実験（8）消化管上皮細胞特異的 SOCS3欠損マウスの胃癌発症におけるレプチン/レプチン受容体の役割
稲垣匡子 1,2，吉村昭彦 3，松崎吾朗 2，加藤誠也 4，箕越靖彦 1（1 生理学研究所 生殖・内分泌系発達機構研究部門，
2

琉球大学熱帯生物圏研究センター 分子生命科学研究施設分子感染防御学分野，
3

慶應義塾大学医学部微生物学免疫学教室，4 琉球大学医学部細胞病理学分野）

レプチンは脂肪組織のみならず消化管からも産生され内にすべてのマウスが死亡した。胃癌発症時に炎症によていることが知られている。SOCS3 はレプチン受容体

る組織の損傷は認められなかった。胃癌形成初期に胃で(ObRb) に会合しシグナル伝達を抑制するが，消化管におのレプチン産生，ObRb 及び STAT3 リン酸化の増強が認けるレプチンシグナルの意義は十分に解明されていな

められ，レプチン中和抗体により胃癌発症が抑制された。

い。そこで我々は消化管におけるレプチンシグナルの生以上の結果から胃上皮細胞の SOCS3 欠損により亢進し理的意義を検討するため，T3b プロモーターを用い消化たレプチン/ObRb/STAT3 活性化経路のポジティブフ−/−

管上皮特異的 SOCS3 欠損 (T3b-SOCS3 ) マウスを作出−/−

ィードバック機構が胃癌発症につながったと考えられ，した。T3b-SOCS3 マウスは，成長遅延や食餌摂取量のレプチン/STAT3 軸の SOCS3 による制御が胃癌抑制に重低下を示し，8 週齢までに胃癌が形成され，生後半年以要である可能性を示唆する。

391

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（9）膵 β 細胞インスリン分泌と Kv チャネル機構
加計正文（自治医科大学附属さいたま医療センター総合医学 1）
膵 β 細胞の Kv チャネルはグルコース刺激インスリンに調節した時の結果であるが，次に，細胞内 Ca2+濃度を分泌に重要な役割を果たしている。そのチャネル活性は1µM へ上昇させると Kv チャネル電流電圧関係曲線は左代謝依存性であり，チャネルリン酸化が関与しているこ方へ移動した。細胞内 Ca2+濃度上昇は Kv チャネルを調とを昨年の本研究会で発表した。グルコース代謝は ATP

節することが明らかになった。このことは正常に血中グ産生に対応して Kv チャネルの電流電圧関係を右方へ移ルコース濃度を保つためのインスリン分泌を微量調整す動させる。低グルコースは同じく左方へ移動させこれらるためには ATP/ADP 比の変化で KATP チャネル活動をの変化は基質としての MgATP 濃度に依存していた。脱変化させることでインスリン分泌を調節するという従来

リン酸化酵素のアルカリフォスファターゼは電流電圧関の考え方よりも Kv チャネルによるインスリン分泌調節

2+−9係を左方移動させた。これらは細胞内 Ca 濃度を 10 Mが重要であることが示唆された。

（10）インスリンの求心性迷走神経への直接作用
岩﨑有作 1，中林

肇 2，加計正文 3，矢田俊彦 1（1 自治医科大学医学部生理学講座統合生理学部門，
2

金沢大学保健管理センター，3 自治医科大学附属さいたま医療センター総合医学 1）

消化管ホルモンの多くは求心性迷走神経に作用し，摂阻害剤でも有意に抑制された。従って，インスリンは求食やエネルギー代謝などの中枢作用を誘導する。一方，

心性迷走神経に直接作用し，インスリン受容体シグナリ膵由来インスリンの求心性迷走神経への作用は不明であングを介して [Ca2+]i 増加することが示唆された。膵臓はる。本研究ではマウス迷走神経求心神経節の Nodose

生体内でインスリンが分泌される部位である。あらかじ

Ganglion Neurons (NGN) に対するインスリンの直接的作

め膵臓に逆行性神経トレーサー処理したマウスの NGN

2+用を，細胞内 Ca 濃度 ([Ca ]i) の応答を指標に検討した。

を用いてインスリンによる [Ca2+]i 変化を測定した。膵臓

インスリン (10−12 ～10−7 M) は濃度依存的に NGN のを支配する NGN はインスリンに対する応答が高頻度

2+

2+

−7

[Ca ]i を増加させ，10

2+

M で約 10%の NGN が [Ca ]i 応(20%) に観察され，膵支配迷走神経が優先的にインスリ答した。免疫組織化学法により 15%の NGN がインスリンを受容することが示された。本研究から，末梢インス

2+ン受容体陽性反応を示した。インスリン誘発 [Ca ]i 応答

リンが求心性迷走神経を介して脳に情報を伝達する経路

は IRS2-KO マウスの NGN で有意に減少し，PI3 キナーゼが示唆される。その生理的意義は今後の課題である。

（11）ランニングホイール・メタボリックチャンバーを用いた呼吸代謝評価系の検討
緒里真一（三菱化学メディエンス株式会社創薬支援事業本部試験研究センター薬理研究部）

我々は，これまでにオキシマックスシステムと自発運

消費量に占める，活動を伴うところの代謝量（活動性代動測定装置を用いてマウスの肥満モデルでエネルギー代

謝量）の割合が少ない傾向にあった。そこで今回我々は，謝測定をおこなってきた。しかし，従来の方法であるホー

従来の測定装置にランニングホイールを組み合わせたチ

ムケージ（飼育ケージ）内での測定では，動物が自由にャンバーを用いることで，マウスの自由な運動における

動き回るスペースが少なく，なかでも日内総エネルギー

エネルギー代謝を測定できるランニングホイール・メタ

392

研究会報告ボリックチャンバーを新規に開発した。測定には，遺伝証した。その結果，従来の装置による測定に比べて，日的 2 型糖尿病モデル動物である KK-Ay マウスを用いた。

内総エネルギー消費量に占める，活動性代謝量が約 20%

従来の飼育ケージで飼育した動物を非運動群，新規チャに向上し，さらにカプサイシン投与による基礎代謝量のンバーにて飼育した動物を運動群として，運動時と非運上昇が確認された。

動時のカプサイシンのエネルギー代謝に対する影響を検（12）ガラニン様ペプチド (GALP) 点鼻投与による抗肥満効果
柴加奈子，影山晴秋，竹ノ谷文子，塩田清二（昭和大学医学部第一解剖学教室）

ガラニン様ペプチド (GALP) は 60 アミノ酸残基から点鼻投与実験により視床下部内への移行効率は静脈投与

なり，一部ガラニンと共通の配列を有するペプチドであより約 6 倍高いことを明らかにしたので，GALP の点鼻る。GALP 含有ニューロンの細胞体は弓状核に局在し，投与による抗肥満効果を検討する目的で，ob/ob 肥満マウ

摂食促進および抑制物質を含む種々のニューロンとネッ

スへ GALP または生理食塩水を 1 日 1 回 14 日間経鼻的トワークを形成している。GALP 脳室内投与は 24 時間後に投与した。生理食塩投与群に比べて GALP 投与群は有の摂食量および体重を減少させ，さらに投与後 4 時間以

意な体重減少および摂食抑制効果が認められた。さらに

上熱産生を亢進させる。このように GALP は摂食調節と味覚嫌悪学習実験よりこの摂食量の低下は不快感によるエネルギー代謝調節に深く関与していると考えられる。

ものではないことが明らかとなった。以上の実験結果か

我々は GALP の摂食調節およびエネルギー代謝調節作

ら，GALP による点鼻投与法はとくに肥満マウスに有効

用を抗肥満薬として臨床応用するため，非侵襲的な点鼻であることが明らかとなり，将来ヒト肥満患者への臨床投与による GALP の抗肥満効果を調べている。GALP の応用への可能性を示した。

（13）ヒト iPS 細胞を用いた脂肪細胞治療法の開発
細田公則，野口倫生，森栄作，海老原健，中尾一和（京都大学医学研究科人間健康科学系，内分泌代謝内科）【目的】ヒト iPS 細胞を用いた再生医療や疾患の成因解明制された。また PPARγ の細胞内局在を検討し，脂肪滴をの進展が期待されている。我々は in vitro での脂肪細胞へ蓄える細胞の核に PPARγ が発現することを確認した。

の分化誘導が可能なことを示した (FEBS Lett. 2009)。ヒ2. 分化誘導後のヒト iPS・ES 細胞由来脂肪細胞を

ト iPS 細胞を用いて細胞治療法の開発を目指す。

Matrigel に懸濁し移植後 2 週，4 週で摘出した組織におい【方法】て HE 染色で菲薄化した細胞質と扁平な核を持つ脂肪細1 ヒト iPS・ES 細胞からの脂肪細胞分化

胞様構造を認めた。さらにヒト vimentin 特異的抗体を用

2 ヒト iPS・ES 細胞由来脂肪細胞のヌードマウスへのいてヒト細胞由来であることを示した。また Oil Red O

移植と生着
3 脂肪組織移植と脂肪細胞移植【結果】

染色でも脂肪滴が染色された。移植後 2 週の組織を摘出
し，PCR にて脂肪細胞関連遺伝子の発現が確認された。
【総括】ヒト iPS・ES 細胞由来脂肪細胞が in vitro におい

1. ヒト iPS 細胞とヒト ES 細胞で脂肪細胞への分化誘て分化誘導され，in vivo において生着することを初めて導を行った。すべてのクローンにおいて脂肪蓄積を認め，示した。脂肪萎縮症に対する細胞治療への応用が期待さ

脂肪細胞分化関連遺伝子の mRNA 発現を認めた。分化誘れる。

導後，未分化マーカーである Nanog の mRNA 発現は抑393

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

17．電子顕微鏡機能イメージングの医学・生物学への応用－電顕・光顕による統合イメージング
2010 年 10 月 5 日－10 月 6 日
代表・世話人：臼田信光（藤田保健衛生大学）
所内対応者：永山國昭（生理学研究所）（１）Introduction: Bio-orthogonal labeling
永山國昭（生理学研究所

ナノ形態生理）（２）組織化学：1960 年代から 1990 年
臼田信光（藤田保健衛生大学医学部解剖学 II，細胞生物学）（３）新規レーザー光を用いた生体 in vivo イメージング法・超解像イメージング法の開発
根本知己，日比輝正，川上良介（北海道大学電子科学研究所，JST CREST）（４）生体内を動的に可視化する蛍光プローブの開発
花岡健二郎（東京大学大学院

薬学系研究科

生物有機化学）（５）階層を登る 1 分子生理学 －1 分子内から個体へ－
樋口秀男（東京大学大学院

理学研究科

物理学専攻）（６）電顕光顕統合イメージングとしてのライブクレム法とその応用
原口徳子（情報通信研究機構，大阪大学大学院理学研究科

生物科学）（７）電子・光子ハイブリッド顕微鏡
飯島寛文（総研大，日本電子株式会社）（８）シナプスからネットワークまで：大脳基底核へのアプローチ
藤山文乃（京都大学医学研究科 高次脳形態学）（９）電顕・光顕によるシアノバクテリア DNA 動態のイメージング
金子康子（埼玉大学教育学部，理工学研究科生命科学）（10）位相差電子顕微鏡による微小核内クロマチン DNA のトモグラフィー
加藤幹男（大阪府立大学理学部生物科学科）（11）膵島移植をモデル系とした機械－化学応答細胞死のイメージングサイエンス
最上秀夫（浜松医科大学 生理学第二）（12）顕微鏡像で明らかになる結核菌の素顔
山田博之（結核予防会結核研究所 抗酸菌レファレンス部細菌検査科）（13）凍結置換法と連続切片法による酵母のストラクトーム解析
山口正視（千葉大学 真菌医学研究センター）（14）CryoEM Applications of Thin Film Phase Plates
Radostin S. Danev（生理学研究所 ナノ形態生理）（15）ゼルニケ位相差低温電子線トモグラフィーによる Vibrio alginolyticus のフック基部体の調査
細木直樹（生理学研究所 ナノ形態生理）（16）Application of Zernike Phase-Contrast Electron Microscopy for Vitrified Complex Biological Specimens
福田善之（生理学研究所 ナノ形態生理）（17）異なる加速電圧の電子顕微鏡を使った総合的な構造解析
村田和義（生理学研究所）394

研究会報告【参加者名】
永山國昭（生理学研究所），臼田信光（藤田保健衛生大学），

理学研究所），Radostin S. Danev（生理学研究所），細木直

根本知己（北海道大学電子科学研究所），花岡健二郎（東樹（生理学研究所），福田善之（生理学研究所），萩原小

京大学大学院薬学系研究科），樋口秀男（東京大学大学院

百合（埼玉大学教育学部），関由起子（埼玉大学教育学部），

理学研究科），原口徳子（情報通信研究機構，大阪大学大厚沢季美江（藤田保健衛生大学），松本

学院理学研究科），飯島寛文（総研大，日本電子（株）
）
，

（株）
）
，新田浩二（テラベース（株）），杉谷正三（テラベ藤山文乃（京都大学医学研究科），金子康子（埼玉大学教ース（株）），伊藤俊幸（テラベース（株）），藤田芸彦（（株）育学部，理工学研究科），加藤幹男（大阪府立大学理学部

エイキット），牛島太郎（アサヒビール），香山容子（生生物科学科），最上秀夫（浜松医科大学生理学第二），山

理学研究所），永田麗子（計算科学研究センター），元木田博之（結核予防会結核研究所抗酸菌レファレンス部），

創平（日本電子），上畑桂太郎（日本電子），前田次郎（日山口正視（千葉大学真菌医学研究センター），村田和義（生本電子）

勉（テラベース【概要】
細胞・組織内の物質を可視化する研究手法の進展は目顕微鏡で電子・光子の同時観察ができるハイブリッド顕

覚しい。GFP を始めとする蛍光蛋白による細胞内の蛋白微鏡の開発は，細胞内の標識された物質の局在を nm か質に対する遺伝子レベルでの標識法や，小分子化合物にら mm レベルの広範囲で示すことができるようになっより細胞内の特定の物質を化学的に標識するた。本研究会においては，これら 2 つの技術の融合によbio-orthogonal labeling の開発が進んでいる。標識物質とり達成できる近未来の細胞形態機能観察法，「電顕と光しての Qdot は電顕と光顕の双方に用いることが可能で顕の双方に用いることができる標識法」と「電子・光子

あるが他の標識法はいずれか一方にのみ用いることが可の同時観察ができるハイブリッド顕微鏡」による high能である。標識法の進歩とともに進みつつある，1 台のthroughput な研究法について議論した。

（1）Introduction：Bio-orthogonal labeling
永山國昭（生理学研究所）

10 年近くお世話をした本研究会を終了するにあたり，蛋白質の成功に見られるように生体条件で観たいものを

私たち研究グループの足跡を振り返る。位相差顕微鏡の選択的に観る標識技術 (labeling) が重要な鍵を握る。他の漸進的開発と本研究会は歩みを共にしてきたので，まずイメージング法との統合を目指した場合，伝統的電顕ラ

この新手法の生物応用上の到達点と問題点について触れ

ベル法はむしろ障害となるので新しい標識法の開発を考る。次に細胞生物学や基礎医学分野における高次機能研

慮しなければならない。

究において有効性を発揮すると期待される Structural-

標識法を歴史的に概観し，将来の方向として光顕・電Functional Imaging (SFI) への展開を報告する。1 つは位相顕共用ラベリングさらに電顕・光顕・MRI・PET にまた差法と電子分光法との結合，もう 1 つは最近注目されてがる統合ラベリングの可能性を検討する。また genetic

いる CLEM（光顕・電顕相関法）の完全ハードウェア化

labeling の限界（蛋白質のみ）を超えるニューフェースのとしての電子・光子複合顕微鏡の開発である。いずれも生理的ラベル法 bio-orthogonal labeling を紹介し，標識法

異なるイメージング技法の統合が鍵となる。

とイメージングの今後について参加者と共に考えて行き

SFI における機能画像は genetic labeling としての蛍光

たい。

395

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（2）組織化学－1950年から1990年代の経験－電顕・光顕統合イメージングを目指して
臼田信光（藤田保健衛生大学医学部解剖 II）
電顕・光顕統合イメージングにおいて，同一標本をひ

RAG (radioautography) と蛋白質等の高分子の局在を示す

とつの顕微鏡で観察して物質の局在を示す。組織標本に免疫組織化学は，1960 年代から 1990 年代に発明・改良

おいて物質の局在を証明する形態学を「組織化学」と呼され，光顕・電顕の顕微鏡技術の進歩に支えられて，細ぶが，そのためには電子線と光線により可視化可能な反胞内微細構造の機能的解明に大きく貢献してきた。

応産物を用い新しい組織化学を行うことが必要となる。

光顕・電顕の所見の統合的な解釈は従来の組織化学に

組織化学は 19 世紀初頭に始まり，20 世紀に大きく進おいても最重要視され，光顕標本と電顕標本の対比観察歩をした。独立した学問として体系化されたのは，欧米が行われてきた。私の 35 年の経験の中で行って来た組織

で学会が創設された 1950 年代であるといえる。日本でも化学から，酵素組織化学・レクチン組織化学・RAG・免

1968 年に学会が正式発足し，主に医学部の解剖学と病理

疫組織化学・蛍光蛋白質などの，細胞小器官・細胞内情学で研究が行われてきた。以来あらゆる物質の証明方法

報伝達系・疾患解明への応用例を対比観察に留意しながが開発されてきたが，特に低分子化合物の局在を示すら供覧する。

（3）新規レーザー光を用いた
生体 in vivo イメージング法・超解像イメージング法の開発
根本知己，日比輝正，川上良介（北海道大学電子科学研究所・生体物理，JST CREST）
光学顕微鏡は生きた細胞や組織を対象とすることが可生きたマウス大脳新皮質における樹状突起スパインや軸能である一方，電子顕微鏡と比して，光と電子の波長の索上のサブµm の変化を追跡することが可能となり，脳違いから，空間分解能が原理的に劣っている。この空間

梗塞後の脳機能回復における神経回路の再構成を実証す

分解能の向上が近年の光学顕微鏡の技術改良の目標のひるといった応用もなされた。一方，焦点面内方向の空間

とつであり，実際，軸性方向の分解能に優れ断層観察可分解能の向上も，多くの研究者が試みている。我々東北

能な共焦点顕微鏡等が現在広く使われている。その中で，大多元研・佐藤俊一教授との共同研究により，位相，偏

生体組織中において高い分解能を実現するものとして，光，強度が空間分布を持つ新しい光－「ベクトルビーム」

近赤外超短光パルスレーザーによる非線形光学現象の 1を用いてこの問題に挑戦している。特に高次径偏光型

つ，多光子励起過程を利用した蛍光顕微鏡－多光子顕微

ビームにより，古典的な回折限界を打ち破る空間分可能

鏡が神経科学を中心に広く使われ始めた。最近，我々はを実現させ，現在，生物標本への応用を推進している。

生体用“in vivo”多光子顕微鏡を開発し，世界最深部の本発表では，実際の実験データ等を紹介しつつ，これら

蛍光断層イメージングを可能とした。数ヶ月にわたって，

新しい光学顕微鏡法について議論したい。

（4）生体内を動的に可視化する蛍光プローブの開発
花岡健二郎（東京大学大学院薬学系研究科）

生体内を「生きたまま」でリアルタイムに観察する蛍要不可欠な技術である。これまでに細胞レベルでの蛍光光イメージング技術は，生命科学現象を解明する上で必プローブの開発研究は盛んに行われてきたが，更に近年

396

研究会報告では，個体レベルでのイメージングといった更に高次のとに成功した。

イメージング技術が必要とされてきている。本講演にお(2) 亜鉛イオンを検出する長寿命蛍光プローブ：蛍光

いては，近赤外蛍光プローブの開発，及びランタノイド

性ランタノイド金属イオンはミリ秒オーダーに至る非常

金属イオン錯体を基礎とした新たな蛍光プローブの開発に長い蛍光寿命を有する。通常の生体成分の蛍光寿命はについて話させて頂く。

ナノ秒オーダーであるため，長寿命蛍光成分のみを検出(1) 低酸素環境を検出する蛍光プローブ：低酸素組織することで，他の生体由来の蛍光物質の蛍光を分離し高を高感度かつ選択的に検出することはそれに関連した疾い S/N 比で長寿命蛍光のみを検出することができる。

患の早期診断に繋がる。我々はアゾ基が低酸素環境選択

我々は，Zn2+を検出可能な長寿命蛍光プローブを開発し，的な還元的開裂を受けることに着目し，新たな蛍光プ

Zn2+の細胞内濃度変化を高精度でイメージングすること

ローブを開発した。本プローブによって，in vitro のみなに成功した。

らず in vivo においても感度良く低酸素環境を捉えるこ（5）階層を登る1分子生理学 －1分子内から個体へ－
樋口秀男（東京大学大学院

理学系研究科物理学専攻）

これまで蛋白質 1 分子機能研究の多くは精製した蛋白（2001-09 年），実験結果を元に分子運動メカニズムを提案

質が用いられてきました。しかし，精製した蛋白質の機しました。細胞やマウスの中のミオシン，キネシンダイ

能測定は，個体内と非常に異なる環境下（イオン組成，

ニンの 1 分子挙動を 3 次元的に数 nm という精度で観察

蛋白質濃度，蛋白質ネットワーク，細胞間相互作用，ホすることに成功し（2007 年），細胞やマウス内の蛋白質

ルモン制御など）で進められてきたため，精製蛋白質機

はさまざまな運動様式（結合解離，減速，高速化など）能の結果が個体にどのように反映されているか明確に知があることを理解することができました。最近は精度をることはできませんでした。そこで我々は，蛋白質の個さらに数Åに上げ，ミオシン 1 分子内の弾性率の正確な体内機能を知るため，1 分子機能研究をさまざまな生物測定に成功し，弾性率が非線形であることが明らかとな階層（分子内，各分子，異なる分子間，細胞内そしてマり，筋肉のような多分子システムに都合が良いことが理

ウス個体内）で解明してきました。例えば真核細胞全て解されました。このように生物の階層を網羅的に 1 分子や特に神経・筋肉で働くモータータンパク質（ミオシン，

解析することによって生体内の分子機能を理解する研究

キネシン，ダイニン）を精製して，キネシンやミオシンを進めています。

1 分子の高速な運動を 10µs かつ 2nm 精度で測定し（6）電顕光顕統合イメージングとしてのライブクレム法とその応用
原口徳子（（独）情報通信研究機構）

蛍光顕微鏡は，特定の分子を蛍光で染め分けて，生き間分解能で観察することができるという長所がある。

た細胞での挙動を観察することができる点で優れている

我々は，両者の長所を生かしたイメージング法としてラが，得られる画像は一般的に空間解像度が低く，蛍光染

イブクレム法 (live CLEM: live Correlative Light-Electron

色した分子が局在していない細胞構造は見えないという

Microscopy) を開発した。この方法は，まず観察対象であ欠点がある。一方，電子顕微鏡は，特定の分子を染め分る細胞を，蛍光顕微鏡を用いて生細胞観察をしたのち，けることは苦手であるが，細胞内の様々な構造を高い空同一細胞を，電子顕微鏡を用いて観察するものである。

397

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

これにより，生きた細胞で目的分子のダイナミクスを理

出芽酵母（非接着性細胞），テトラヒメナ（遊泳性細胞）解した上で，目的分子の細胞内局在を，高分解の細胞構に適応できる方法を開発している。ライブクレム法の応造と比較することができる。同一細胞を特定する方法と用例を挙げ，この方法の利点や欠点について議論する。

して，現在までに，ヒト細胞（接着性細胞），分裂酵母や（7）光子－電子ハイブリッド顕微鏡
飯島寛文（総研大，日本電子（株）），新井善博（テラベース（株））
寺川進（浜松医科大学），永山國昭（生理学研究所）

光顕・電顕相関顕微鏡法は蛍光顕微鏡法における試料

成されており，同一試料・同一視野の蛍光像と電顕像をの特異的な標識と電子顕微鏡法による高分解能観察を結同時に得ることができる。そのため蛍光顕微鏡で試料のぶ有用な手法であるが，同一試料の同一視野を光顕と電視野探しを行った後，直ちに電顕による同一視野の高分顕で互いに観察する必要があり，視野探しや位置合わせ解能観察に移行することができ，従来のシステムでは難は大変手間の掛かる作業である。また，光顕・電顕相関

しかったハイスループットな光顕・電顕相関法が容易に顕微鏡法に有効な装置として光学顕微鏡と電子顕微鏡を実現可能である。

統合した顕微鏡 1,2 が報告されているが，光学顕微鏡と本装置により，
アクチンを特異的に蛍光標識した PTK2

電子顕微鏡が同軸でないため試料移動が必要，或いは電細胞をクライオ条件下で観察した。その結果，蛍光顕微

顕観察時に試料の固定および重金属染色が必要等の理由

鏡像と同一視野の高分解能電子顕微鏡像を対応させるこから，高効率な光顕・電顕相関顕微鏡法は困難であった。

とができ，アクチンを特異的に標識していることから電

そこで，光顕と電顕による同一試料の同時観察が可能

顕像で得られた繊維状の構造がアクチン繊維であることな装置として，光子・電子ハイブリッド顕微鏡を開発しも確かめられた。

た。本装置は蛍光顕微鏡と透過型電子顕微鏡が同軸で構（8）シナプスからネットワークまで：大脳基底核へのアプローチ
藤山文乃（京都大学大学院医学研究科

高次脳形態学教室）“動きたいのに動けない”，“動きたくないのに動いて小胞性グルタミン酸トランスポーターや樹状突起特異性

しまう”という謎に満ちた症状を引き起こしているのが遺伝子改変動物，単一ニューロントレースのためのウイ

大脳基底核です。また近年，大脳基底核はこのような随

ルスベクタやアクションサイトであるシナプス部位で伝意運動機能のみならず，報酬を手がかりとした強化学習

達物質や受容体を可視化するための post-embedding 法ななど高次機能にも重要な役割を担うことがわかってきまど，新しいツールを開発・改良・駆使しながら日々奮闘した。運動と学習，この二つを実現する大脳基底核は，しています。先生がたに私たちの悪戦苦闘ぶりを紹介ししかしながら未だ多くの謎につつまれています。私たちながらご意見ご批判を仰ぎたいと思っています。

はこの謎に迫るために，マスとして神経集団を描出する

398

研究会報告（9）電顕・光顕によるシアノバクテリア DNA 動態のイメージング
金子康子，萩原小百合，関由起子（埼玉大学教育学部）
新田浩二（テラベース（株））
永山國昭（生理学研究所）

光学顕微鏡では活発に活動する細胞内で刻々と変化す

た DNA の局在を示す蛍光は，コンパクトに凝集して巨る構造を追跡することが可能である。電子顕微鏡を用い大ならせんとみなされる太いひも様の構造をとることがてこれらの構造をより高分解能で観察するためには，で分かった。この DNA 凝集期に細胞壁を酵素で分解した

きるだけ生きている状態に近い微細構造を保持し，同時後，低張処理により穏やかに細胞を破壊し，急速凍結後に物質の局在を同定することが課題となる。

位相差低温電子顕微鏡で観察した。ヘキスト 33342 染色

桿状のシアノバクテリア Synechococcus elongatus PCC7942

した DNA を含む構造を蛍光顕微鏡と比較観察したとこ

は，明暗周期により細胞分裂が同調化する。1 細胞あたろ，一定の太さの，規則的な形状をとるひも様構造を識り 2～5 コピーの環状クロモソーム DNA を保持すること

別することができた。電顕・光顕を駆使して，DNA をはが知られており，ヘキスト 33342 で DNA を蛍光染色すじめとした細胞内物質の局在と，生きている状態に近いることにより，細胞分裂周期にあわせて DNA の形状が微細構造を解明する方法の今後の可能性について考察しダイナミックに変化する様子を蛍光顕微鏡観察で明らかたい。

にした。特に細胞分裂に先立って，細胞内に拡散してい（10）位相差電子顕微鏡による微小核内クロマチン DNA のトモグラフィー
加藤幹男（大阪府立大学理学部生物学科）

DNA はその配列や環境に応じて，三重鎖構造・四重鎖態で観察することで，その立体構造の解析を進めた。

構造やその他の特殊高次構造を形成することができる。

培養細胞をデメコルチン処理することによって得た微これらの特殊高次構造を形成可能な配列は，生物ゲノム

小核や，調製法によってつぶれた核から放出されたクロ中に高い頻度で出現することから，ゲノム機能の発現にマチンを対象として連続傾斜撮影し，その画像から立体

何らかの役割を果たしていると期待されている。その機構造を再構成したところ，クロマチン繊維や，膜断片に能の解明には，生きた細胞内での高次構造変化を検出す付着したリボソームと思われる構造物が観察された。まることが必須である。

た，微小核の内部構造も再構成トモグラムから推定され近年，クライオ電子顕微鏡観察によって，DNA やクロた。

マチンの直接（無染色での）観察が可能になっている。

DNA の特殊高次構造に結合するタンパク質はいくつ

永山らは電子顕微鏡用に新しく位相板を開発して，無染か報告されており，今後は標識した三重鎖 DNA 結合タ

色試料をより高いコントラストで観察することを可能に

ンパク質の利用もあわせて，核内 DNA 構造の解析をすした。本研究では，この位相差クライオ電子顕微鏡を用

すめたい。

い，DNA やクロマチンの高次構造を生体内により近い状

399

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（11）膵島移植をモデル系とした機械－化学応答細胞死のイメージングサイエンス
最上秀夫（浜松医科大学医学部）

インスリン投与を必要とする糖尿病患者にとって理想

支流内における膵島細胞死の防止である。しかしながら，的な解決法は，インスリン分泌能のある膵β細胞を補っ超急性期における血管内生体防御機構を介した血管内膵

てあげることである。現時点で可能な方法としては，膵

島破壊シグナルの詳細はわかっていない。現在，我々は臓移植と膵島移植がある。後者は，経皮経肝的に単離しこの移植膵島細胞死と血管内生体防御機構の相関解明すた膵島を門脈血管内に注入し，膵島を門脈支流でレシピるために，各種イメージング手法を中心に分子から生体

エントより血流支配を受けて機能させる方法である。手まで階層横断的な検討を行っているので，今回はその結技的な面から臨床的に非常に魅力的な方法であるが，成果を交えながら電顕及び光顕を含めた各種イメージング

績は芳しくなく，未だに臨床試験の段階である。その最手法の位置づけについてお話をしたい。

重要課題の一つは，膵島移植後に起こる超急性期の門脈（12）顕微鏡像で明らかになる結核菌の素顔
山田博之（結核予防会結核研究所 抗酸菌レファレンス部 細菌検査科）

WHO の最新の統計によれば 2008 年の結核の新規登録ている。

患者は全世界で年間約 940 万人，有病者数は約 1,110 万

結核菌は強い病原性を持つ抗酸菌であるが，長期にわ人，そして HIV 陰性の死亡者数は約 130 万人である。

たり（年単位で）人体内で潜伏する菌は，休眠状態で存結核を対象として世界的に様々な研究が行われてお在し，そのような菌は本来の特徴である抗酸性を失ってり，PubMed 検索で 2001 年以降全体で 41,391（昨年末いると考えられているが，この抗酸性が菌体のどのよう

37,572）の論文があり，そのうち，10,207 (9,253) が疫学な特徴により付与されているのかは未だ不明である。ま

関係，6,976 (6,335) が免疫学関係，11,851 (10,736) が細菌

た，様々な抗結核薬と菌側の標的分子との相互作用，菌学，3,825(2,945) が新薬開発で，顕微鏡関係は 1,042 (919)，

体成分の生合成の場についても未だ推測の域を出ていな

電子顕微鏡関係は 202 (176) であった。これは結核の研究い。

に電子顕微鏡の需要が少ないということよりもむしろ，

これらの事象，現象を説明するには可視化が必須であ

biosafety レベルが高い菌を扱い，なおかつ電子顕微鏡をり，そのためには光学顕微鏡の分解能を超越した電子顕有効に活用できる施設が少ないことを意味していると考微鏡による観察が不可欠であると考えられる。

えられるが，昨今の cryoTEM の活用などで顕微鏡関係，
電子顕微鏡関係論文数は昨年末と比較して約 14%増加し今回，最近の結核菌（抗酸菌）に関する電顕観察に関する考察と我々の試みを紹介する。

（13）凍結置換法と連続切片法による酵母のストラクトーム解析
山口正視（千葉大学

真菌医学研究センター）

ヒトの身体を構成する細胞の数は約 60 兆，脳細胞の数

胞体はどれだけの体積を占め，どのように分布しているは 150 億であるといわれている。しかし，例えば一個ののかなどは，わかっていない。「ストラクトーム」とは，酵母細胞に何個のリボソームが存在するのか，また，小structure と-ome から成る造語であり，電子顕微鏡レベル

400

研究会報告における細胞の定量的，三次元的全構造情報を意味する

10 個存在するが体積のわずか 0.2%を占めるにすぎない

新しい概念である。我々は，酵母エキソフィアラを材料ことなどを明らかにした。

として，世界で初めて，ストラクトーム解析を行い，1

現在さらに，サッカロミセス細胞を，急速凍結・置換

個の細胞にリボソームは約 20 万個，ミトコンドリアは固定法により，樹脂に包埋し，連続超薄切片法により，17～52 個存在し体積の 10%を占めること，小胞体は 5～すべての細胞成分のストラクトーム解析を行っている。

（14）CryoEM Applications of Thin Film Phase Plates
Radostin S. Danev（生理学研究所）
In the last few years there is a growing interest in theuniform spectral transfer characteristics, can reduce thedevelopment and applications of methods for in-focus phase

information loss due to CTF. In addition, it provides ancontrast electron microscopy. The oldest such technique is theoverall contrast increase, which could aid the alignment steps

Zernike phase contrast TEM based on thin film phaseduring reconstruction making possible the use of lower total

plates. It was the first one to demonstrate the benefits of thedoses, smaller angular steps or smaller fiducial markers. As ain-focus phase contrast TEM. Few other approaches based on

result, the application of in-focus phase contrast toelectrostatic or magnetic devices are under development but,

cryotomography is expected to produce tomograms withdespite its limitations, the thin film phase plate is currently thehigher resolution and more details.
We show examples of the first applications of Zernike

only method available for applications.
Cryo-electron tomography is expected to have a large

phase contrast to cryo-tomography and single particle analysis

benefit from the implementation of in-focus phase contrast

of macromolecules. The specimens include T4 Phage,techniques. A tomogram is based on tilt series of a specimen

Influenza A virus and GroEL chaperonin. The discussion will

area using a limited dose. Assuming the specimens is a uniquefocus on the current state and the future directions of theobject; the information lost during the acquisition cannot beapplication of phase plates to cryo-electron microscopy.

recovered at a later stage. The in-focus phase contrast, with its（15）ゼルニケ位相差低温電子線トモグラフィーによる
Vibrio alginolyticus のフック基部体の調査
細木直樹（生理学研究所）

Vibrio alginolyticus は回転器官として鞭毛を持つ細菌

ring の微細構造を明らかとすることを目的とした。野生である。本菌は膜の内外のナトリウムイオンの流れをエ型および，T ring の構成成分であると考えられている

ネルギー源として，らせん型鞭毛繊維をスクリューのよMotX および MotY 欠損変異体のフック基部体の構造比

うに回転させて運動する。鞭毛は細胞膜を貫通する基部較を行った。ゼルニケ位相差電子顕微鏡法を用いて低温

体，細胞外に伸びるフック，そして鞭毛繊維の 3 つの部

トモグラフィーを行い，三次元構造の再構成を行ったと分構造で構成されている。このうち基部体は，中心の rod

ころ，通常法に比べてコントラストの大幅な改善および部分を取り囲むように LP ring, T ring, MS ring といったノイズの減少が認められ，フック基部体の全体像が確認構造を持ち，それぞれが様々な役割を担っている。

できた。野生型のフック基部体の LP ring 下部に存在する

本研究では本菌に特異的であり，構造が未知である TT ring は，MotX および MotY 欠損変異体のフック基部体

401

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

では失われていた。このことから本構造体は MotX とその直径は約 32 nm，高さは約 9 nm であることがわかっ

MotY により構成されていることが改めて示唆された。

た。

また T ring は連続的な環状構造であることが推測され，（16）Application of Zernike Phase-Contrast Electron Microscopy
for Vitrified Complex Biological Specimens
福田善之，Radostin Danev，永山國昭（生理学研究所

ナノ形態生理研究部門）

深澤有吾，重本隆一（生理学研究所

脳形態解析研究部門）

In order to acquire phase-contrast images with an adequate

difficult. Due to this problem, the application of ZPC-TEM

contrast, conventional TEM requires large amount of defocus.

has been restricted to imaging of smaller particles. In order toIncreasing the defocus enables to recover low-frequency

restrain the halo appearance, we fabricated a new phase-platecomponents but attenuates high-frequency ones. On the otherwith a smaller central hole and tested it on vitreous biologicalhand, Zernike phase-contrast TEM (ZPC-TEM) can recover

specimens. ZPC-TEM with the new plate could successfully

low-frequency components without losing high-frequency

visualize the intracellular fine features of cultured cells andones under in-focus conditions. ZPC-TEM is able tobrain tissues. This result indicates that reduction of the central

successfully visualize unstained vitreous ice-embedded

hole diameter makes ZPC-TEM applicable to specimens

biomolecules and biological specimens (e.g., proteins, viruses,

ranging from protein particles to tissue sections. The

and liposomes). ZPC-TEM however, has another problem,

application of ZPC-TEM to vitreous biological specimens will

especially in imaging of complex biological specimens such

be convenient to advance the new field of imaging

as cells and tissues; strong halos appear around specimen

ultrastructures in close-to-physiological state.

structures, and these halos make the interpretation of images（17）異なる加速電圧の電子顕微鏡を使った総合的な構造解析
村田和義（生理学研究所）

有機分子が複雑に組み合わされて構成された細胞の構

中型加速電圧の TEM (200～300kV) では，特性的にはこ造研究のためには，生体分子から細胞までを総合的に解れらの中間に位置するが，生物試料においては像コント

析する必要がある。透過型電子顕微鏡（以下 TEM）は，

ラストに比較した試料ダーメジが少なく高分解能観察が分子から細胞までの大きさの試料を直接観察できる装置可能である。そこで，これらのデータの特性を上手く組であるが，その加速電圧によって見えるものの特性が大み合わせることで，分子から細胞に至るシームレスな構

きく異なる。低加速電圧の TEM (～100kV) では，像コン

造解析が期待される。本講演では，加速電圧の異なる電トラストは高いが電子線の試料透過能が低い (～100nm)。

子顕微鏡で撮ったデータの特性を紹介し，これらを組みこれに対して，超高加速電圧 TEM (1000kV) では，コ

合わせることによって，分子から細胞に至る統合的な構

ントラストは低いが試料透過能に優れている (～5000nm)。

402

造生物学の可能性を検証する。

研究会報告18．温熱生理研究会
2010 年 9 月 9 日－9 月 10 日
代表・世話人：代表者：松村潔（大阪工業大学情報科学部）

所内対応者：富永真琴（岡崎統合バイオサイエンスセンター

細胞生理）（１）環境温変化に対する体温調節反応の日内変動および絶食の影響
時澤

健 1，依田珠江 3，内田有希 2，中村真由美 2，彼末一之 1，永島

計2

（早稲田大 1 スポーツ科学学術院，2 人間科学学術院，3 獨協大 国際教養学部）（２）絶食時の時間特異的体温調節にかかわる視交叉上核の組織化学的解析
内田有希 1，時澤健 2,4，林政賢 2,4，中村真由美 3，永島

計 1,4

（1 早稲田大学人間科学研究科，2 スポーツ科学学術院，
3

人間科学総合研究センター，4 早稲田大学 GCOE アクティブライフ）（３）体温・循環・活動のウルトラディアンリズム
大塚曜一郎（鹿児島大学大学院医歯学総合研究科
先進治療科学専攻・生体機能制御学講座・統合分子生理）（４）ボツリヌス毒素による汗腺への影響
芝﨑学（奈良女子大学大学院人間文化研究科）（５）暑熱馴化によるラット唾液分泌促進の分子メカニズム松崎健太郎 1，杉本直俊 2，片倉賢紀 1，原俊子 1，橋本道男 1，紫藤治1

（1 島根大学医学部環境生理学，2 金沢大学医学部血管分子生理学）（６）寒冷刺激によるエネルギー消費と褐色脂肪－局所寒冷刺激の効果
米代武司 1，小澤尚久 2，会田さゆり 3，斎藤昌之 3（1 北海道大学大学院 医学研究科，2 パナソニック電工 先行技術開発研究所，
3

天使大学大学院 看護栄養学研究科）（７）ふるえ熱産生の遠心路
中村和弘 1，Shaun F. Morrison2（1 京都大学・生命科学系キャリアパス形成ユニット，
2

Oregon National Primate Research Center, Oregon Health & Science University, USA）

（８）低酸素刺激による低体温反応への視床下部終板器官周囲部のα1 アドレナリン受容体と一酸化窒素の関与
大坂寿雅（国立健康・栄養研究所）（９）TRPV4 欠損による抗肥満効果と骨格筋の代謝変化
楠堂達也，片岡直也，山下均（中部大学 生命健康科学部 生命医科学科）（10）温度受容体 Transient receptor potential vanilloid 3 (TRPV3) イオンチャネルの機能進化：
哺乳類とニシツメガエル (Xenopus tropicalis) における逆向きの温度感受性齋藤茂 1，新貝鉚蔵 2，富永真琴 1,3（1 岡崎統合バイオ，生命環境，細胞生理，2 岩手大，工，応用化学・生命工学，
3

総合研究大学院大学，生理科学専攻）（11）マウス陰嚢の非侵害性の加温に対する行動変化と一次感覚神経反応
増田竜也 1，松村潔 1，細川浩 2，小林茂夫 2（1 大阪工業大学大学院情報科学研究科，2 京都大学大学院情報学研究科）

403

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（12）新規神経ペプチド QRFP は交感神経を活性化して体温を上昇させる
高山靖規 1，常松友美 1，田中謙二 2，杉尾翔太 2，山中章弘 1，富永真琴 1（1 岡崎統合バイオサイエンスセンター 細胞生理研究部門，2 分子神経生理研 究部門）
（13）ラット体性感覚野バレル領域における局所脳血流および温度イメージングによる脳機能計測鈴木崇士 1,2，関淳二 1,2，大井康浩 2,3（1 国立循環器病研究センター研究所 生体医工学部，
2

科学技術振興機構 (JST) CREST，3 大阪大学大学院 歯学研究科）（14）虚血性脳血管障害に対する MRS による脳温度測定の臨床応用
西本英明 1，吉岡芳親 2，石垣大哉 1，藤原俊朗 1，吉田研二 1，小林正和 1，小笠原邦昭 1（1 岩手医科大学医学部脳神経外科，2 大阪大学免疫学フロンティア研究センター）（15）脳低温療法－基礎的背景から臨床まで－
前川剛志，山下進（綜合病院社会保険徳山中央病院 救急科）

（16）脳出血に伴う発熱の分子機構
松村

潔 1，堀あいこ 2，山本知子 2，細川浩 2，小林茂夫 2（1 大阪工業大学大学院情報科学研究科，2 京都大学大学院情報学研究科）（17）インフルエンザ脳症の発症メカニズムの酵素学的な解析
ウイルス罹患後の高熱で誘発されるミトコンドリアの長鎖脂肪酸代謝障害
千田淳司，Wang Siye，Yao Dengbing，Yao Min，山口美代子，木戸博（徳島大学・疾患酵素学研究センター 応用酵素・疾患代謝研究部門）（18）アミノ酸による麻酔時低体温抑制効果とそのメカニズム
山岡一平（株式会社大塚製薬工場 研究開発センター）【参加者名】
斉藤昌之（天使大学看護栄養学研究科），米代武司（北海根大学医学部医学科），田村

道大学医学研究科），西本英明（岩手医科大学医学部脳神田麻由子（福山大学薬学部），前川剛志（徳山中央病院）
，

経外科）
，永島

計（早稲田大学人間科学学術院），時澤

千田淳司（徳島大学），山岡一平（（株）大塚製薬），大塚健（早稲田大学人間科学学術院），中村真由美（早稲田大曜一郎（鹿児島大学），山口秀明（（株）アイシン・コス

学人間総合研究センター），内田有希（早稲田大学人間科

モス研究開発部）
，八木

学研究科）
，リン

リェンシェン（早稲田大学人間科学研

医薬総合研究所），小林淳一（キッセイ薬品工業），川田究科），丸井朱里（早稲田大学人間科学部），張つぼみ（早直樹（（株）小野薬品工業），富永真琴（岡崎統合バイオ稲田大学人間科学部），三澤彩佳（早稲田大学人間科学部），

細胞生理），鈴木善郎（岡崎統合バイオ細胞生理），梅村

田中佑輝（早稲田大学人間科学部），大坂寿雅（国立健康・

徹（岡崎統合バイオ細胞生理），齋藤

栄養研究所），杉山翔（富オ細胞生理），内田邦敏（岡崎統合バイオ細胞生理），高均（中部大学生命健康科学部），楠堂達山靖規（岡崎統合バイオ細胞生理），加藤麻紀子（岡崎統

山大学）
，山下

渉（静岡県立大学），前嶋豊（福山大学薬学部），門章（江崎グリコ），臼井健司（JT茂（岡崎統合バイ也（中部大学生命健康科学部），中村和弘（京都大学生命合バイオ細胞生理），周科学系キャリアパス形成ユニット），中村佳子（京都大学三原

生命科学系キャリアパス形成ユニット）
，芝崎

学（奈良

合バイオ細胞生理），新宅健司（岡崎統合バイオ細胞生理），女子大学），鈴木崇士（国立循環器病研究センター研究所），

稲田大彦（名古屋市立大学），戸田知得（生理学研究所），

吉岡芳親（大阪大学），松村

丸山めぐみ（生理学研究所），横田繁史（生理学研究所）
，

部）
，紫藤

404

潔（大阪工業大学情報科学

治（島根大学医学部医学科），松崎健太郎（島一鳴（岡崎統合バイオ細胞生理），

弘（岡崎統合バイオ細胞生理），川口

古江秀昌（生理学研究所）
，作田

仁（岡崎統

拓（基礎生物学研究所）

研究会報告【概要】
平成 22 年 9 月 9 日及び 10 日に研究会が行われた。今経機構を報告した。中部大学楠堂らは TRPV4 欠損と抗肥回が第 1 回目の温熱生理研究会は，大阪工業大学松村（以満，筋代謝変化を，岡崎統合バイオ斎藤らは TRPV3 の温下敬称略）が代表者をつとめ，体温をテーマに生理学，

度感受性の進化を，大阪工業大学増田らはマウス陰嚢加

生化学，脳外科学，救急医学に至る様々な分野の研究者

温による行動と神経活動の変化を，岡崎統合バイオ高山が集まった。研究発表，情報交換，議論を行い，新たならは新規神経ペプチドの体温上昇機構を報告した。9 月

研究テーマを模索した。1 日目に口演をおこない，2 日目

10 日は臨床医学にかかわる温熱生理学のシンポジウムにシンポジウムをおこなった。

をおこなった。国立循環病研究センター鈴木らは脳局所

9 月 9 日には，早稲田大学時澤らが環境温変化による血流量と温度イメージングによる脳機能計測について，

体温調節反応の日内変動と絶食の影響を，早稲田大学内

岩手医科大学西本らは虚血性脳血管障害における MRS

田らは時間特異的体温調節反応における視交叉上核の関による脳温度測定について，徳山中央病院前川らは脳低与を，鹿児島大学大塚は約 90 分周期でみられる体温・循

温療法について，最新の話題を提供した。大阪工業大学

環・活動のリズムを報告した。奈良女子大学芝崎がボツ

松村らは脳出血に伴う発熱の分子機構について，徳島大

リヌス毒素の汗腺への影響を，北海道大学米代らはヒト

学千田らはインフルエンザ脳症の発症機構について，大褐色脂肪にたいする局所寒冷刺激の効果を，京都大学中塚製薬山岡はアミノ酸による麻酔時低体温抑制について

村らはふるえ熱産生の遠心性神経経路を報告した。国立

最新の話題を提供した。2 日間にわたり活発な質疑応答

健康・栄養研究所大坂は低酸素刺激による低温反応の神が行われた。

（1）環境温変化に対する体温調節反応の日内変動および絶食の影響
時澤

健 1，依田珠江 3，内田有希 2，中村真由美 2，彼末一之 1，永島

計2

（早稲田大 1 スポーツ科学学術院，2 人間科学学術院，3 獨協大 国際教養学部）【背景】体温調節系の第一義的機能は環境温 (Ta) の変化

37.5℃の定常を示す範囲が認められたが，明期（非活動に対して深部体温 (Tcore) を維持することである。そこ

期）では Ta に依存し定常は認められなかった。絶食下で，種々の状況下で Ta と Tcore の関係を知ることは体温において，暗期の定常を示す Tcore は 37.0℃となり範囲

調節系がどのように修飾されるかを知る重要な手がかりは狭まった。明期には，より Ta に依存し Tcore は大きくとなる。本研究では日内変動と絶食に着目し，体温調節低下した。

反応を広範囲の Ta で測定した。

代謝，活動量，行動性調節との関係については当日の【方法】ICR 系マウス（雄，40～50g）を半閉鎖型チャン

発表で示す。

バーに入れ，チャンバー内温度 (Ta) を 27℃から毎分【結論】体温調節系による Tcore の制御は，同じ Ta の変

0.16℃上昇または下降させた。27℃からの Ta 制御は，そ化であっても日内リズムの時間によって異なることが示

れぞれ ZT1（明期）または ZT13（暗期）から開始した。

唆された。また絶食は修飾因子として作用し，体温調節

また 24 時間の絶食を行った後に，同様に Ta 制御を行っ系による Tcore の制御を減弱させ，特に非活動期に強くた。

作用することが考えられた。

【結果】自由摂食下において，暗期（活動期）では Tcore405生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（2）絶食時の時間特異的体温調節にかかわる視交叉上核の組織化学的解析
内田有希 1，時澤健 2,4，林政賢 2,4，中村真由美 3，永島

計 1,4

（1 早稲田大学人間科学研究科，2 スポーツ科学学術院，
3

人間科学総合研究センター，4 早稲田大学 GCOE アクティブライフ）【背景】我々はマウスは絶食時に寒冷時体温調節反応が減【方法】ICR 雄マウスを 27℃の環境温で 12h-12h の明暗サ

弱することを報告している。この反応は明期（非活動期）

イクルで飼育した。マウスを絶食群，自由摂食群に分け，に顕著である。この際 Fos の発現が視交叉上核に増強す

明期に室温 20℃3h (8:00-11:00) の寒冷暴露，または対照ることが明らかになり，さらに体温調節とのかかわりがとして 27℃3h の室温暴露を行った。体温は腹腔内埋め込示唆された (Tokizawa et al., 2009, Neuroscience)。しかし，

み型データロガーで記録した。暴露後屠殺し，脳を採取

この Fos の発現の機序，ニューロンの性状は明らかではし，視交叉上核の AVP, VIP, cFos を免疫組織化学染色し

ない。

た。

【目的】絶食時の体温調節反応の時間特異性を明らかにす【結果】cFos 陽性細胞の視交叉上核内の分布に大きな違るため，特に Fos が強発現するニューロンの神経化学的いは認められなかった。自由摂食時と比べ，絶食時の寒性質を同定することを目的とした。絶食寒冷負荷時に増冷暴露で AVP と cFos の二重染色陽性細胞，VIP と cFos

強する Fos 発現の視交叉上核内分布，視交叉上核に局在の二重染色陽性細胞が共に多く観察された。VIP と Fos，する神経ペプチドである血管作動性ペプチド (VIP)，ア

AVP と cFos の二重染色陽性細胞を比較すると，VIP とルギニンバソプレッシン (AVP) との共局在に着目し解Fos の二重陽性染色細胞の方が多く観察されが，cFos を析を行った。

特異的に発現するニューロンは認められなかった。

（3）体温・循環・活動のウルトラディアンリズム
大塚曜一郎（鹿児島大学大学院医歯学総合研究科
先進治療科学専攻・生体機能制御学講座・統合分子生理）

Claude Bernard が提唱したホメオスタシス（恒常性）のリズムで，その生理学的な重要性が示されている。最近の概念では，生理状態の一定性が強調されているために，体覚醒ラットを用いた研究から 1) 褐色脂肪組織の熱産生が温などの生理学的指標に見られる揺らぎはあまり重要視

約 100 分周期で一過性に生じ（超日褐色脂肪組織代謝），

されていない。安静時の体温は一定ではなく，季節性（長環境温度や摂食に依存せず昼夜を通して見られること，2)日リズム），日内（概日リズム）があることはよく知られ‘超日褐色脂肪組織代謝’は血圧，心拍，行動および脳のているが，さらにより短い周期（超日リズム）で大きく変温度の変化と，さらには脳波の覚醒レベルの揺らぎと相関化することは以前より報告されているにもかかわらず，ほがあることを見いだした[1]。覚醒レベルもまた，起きていとんど注目されていない。事実，覚醒実験動物を用いた長る間常に一定ではなく，超日リズムで揺らいでいる。興味時間体温記録では，超日リズムに属する揺らぎが見られる

深いことにナルコレプシーと似た病態を示すオレキシンのにもかかわらず，多くの場合，記録時のエラーあるいはニューロン欠損マウスで，体温，心拍，行動を計測したと

アーティファクトと見なされ，その揺らぎを敢えて取り除

ころ，この超日リズムが減弱している。これらの結果から，

くために，複数データをまとめて平均化している。体温は脳の覚醒レベルの変化を伴う‘超日褐色脂肪組織代謝リズ

熱産生と熱放散のバランスで決定される。化学物質の代わ

ム’が脳からの中枢指令により生じることが示唆される。

りに熱が意図的に産生される組織として褐色脂肪組織が概日リズム調節に重要なニューロン群（視交叉上核）を破ある。これは非ふるえ熱産生と呼ばれ，冬眠や体温の概日

壊した後，この超日リズムはより顕著となる[2]。それゆえ，406

研究会報告この超日リズムは概日リズムよりさらに基本的な重要な[1] Ootsuka et al.,Neuroscience, 164,849-61 (2009)

リズムと考えられる。

[2] F. C. Baker et al., Am J Physiol 289, R827-R838 (2005)（4）ボツリヌス毒素による汗腺への影響
芝﨑学（奈良女子大学大学院人間文化研究科）

ボツリヌス毒素 (BTX) は，コリン作動性神経終末に作

皮膚血流量を同時測定するために皮膚温は 34℃に設定

用し，神経伝達物質の放出を抑制する。BTX の効果は，した。プローブの透過部上に温調付きの発汗測定用カプ

筋収縮抑制効果よりも発汗抑制効果の方が長いことが報セル（実験 1）もしくは発汗と皮膚血流慮を同時に測定

告されている。近年，水チャネルであるアクアポリンができる装置（実験 2）を貼付した。実験 1 では 1×10-6

BTX によって阻害されること，汗腺にアクアポリン 5 がから 1M までの 7 濃度のアセチルコリンを，実験 2 では

存在することがそれぞれ報告された。そこで，本研究で1×10-7 から 1M までの 8 濃度のアセチルコリンを，

は BTX がアセチルコリンに対する汗腺への応答性を低2µL/min の速度で投与した。いずれの実験においてもコ下させる可能性について検討した。実験参加者は，実験

ントロール部位では，発汗量はアセチルコリンの濃度依の少なくとも 3 日前に 10unit/1.5mL の BTX を前腕部外側存性に増加したが，BTX 処置部では高濃度において若干部の皮下に投与された。アセチルコリンの投与には皮内名において微量に発汗が検出されただけで，ほとんど発マイクロダイアリシス法を用い，皮下に多濃度のアセチ

汗は抑制された。一方で，同じくアセチルコリンによっ

ルコリンをそれぞれ 5 分間連続投与した。マイクロダイて濃度依存性に増加する皮膚血流量反応に BTX 処置に

アリシスプローブは，BTX 処置部と隣接する非処置部

よる影響は認められなかった。これらの結果は，BTX は（コントロール）に留置した。実験 1 では発汗の効果を高

アセチルコリン投与に対する皮膚血管拡張には影響しなめるために，局所加温装置で皮膚温を 38℃に加温し，実いが，汗腺の応答性には影響して汗の分泌を抑制してい験 2 では発汗と同様にアセチルコリンによって増加するることを示している。

（5）暑熱馴化によるラット唾液分泌促進の分子メカニズム松崎健太郎 1，杉本直俊 2，片倉賢紀 1，原俊子 1，橋本道男 1，紫藤治1

（1 島根大学医学部環境生理学，2 金沢大学医学部血管分子生理学）【目的】ヒトやラットにおいて，唾液分泌には唾液腺管腔

後，32℃の暑熱環境に 5 日間暴露した。なお，環境温 24℃

膜に存在するアクアポリン 5 (AQP5) が重要な役割を果で 5 日間飼育したラットを対照群とした。暑熱暴露終了

たすことが知られている。一方，ラット暑熱馴化形成機後，麻酔下でラットの唾液分泌量を測定した。さらに，

構のひとつとして唾液分泌量の増加による蒸散性熱放散

顎下線を摘出し RT-PCR および Western Blot 法によりの促進が挙げられるが，その分子メカニズムは明らかに

AQP5 とその発現に関与する転写因子の mRNA およびタ

されていない。本研究では，暑熱馴化形成時の唾液分泌

ンパク質発現量を解析した。

促進メカニズムの解明を目指し，暑熱馴化したラットの【結果・考察】暑熱暴露されたラットの唾液分泌量は対照

顎下腺における AQP5 とその発現に関与する転写因子等群と比較して顕著に増加した。また，暑熱暴露によりラの発現変化を解析した。

ット顎下線における AQP5 mRNA とタンパク質発現量が【方法】Wistar 系雄性ラット（10 週齢）を明暗周期 12:12

有意に増加した。さらに，暑熱馴化したラットの顎下線

時間，自由摂食・摂水下，環境温 24℃で 1 週間飼育したにおいて，AQP5 遺伝子の転写調節に関与する Sp3 や407

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

GATA-6 などの転写因子の発現量が顕著に上昇した。暑AQP5 発現上昇が関与する可能性が示唆された。

熱馴化したラットの唾液分泌促進メカニズムに顎下線の（6）寒冷刺激によるエネルギー消費と褐色脂肪－局所寒冷刺激の効果
米代武司 1，小澤尚久 2，会田さゆり 3，斎藤昌之 3（1 北海道大学大学院 医学研究科，2 パナソニック電工 先行技術開発研究所，
3

天使大学大学院 看護栄養学研究科）

ヒトの褐色脂肪は fluorodeoxyglucose-positron emission

いて安静時エネルギー消費量と鼓膜温，皮膚温度（褐色tomography/computed tomography (FDG-PET/CT) によって

脂肪近傍部，胸部，脛部，手の甲，足の甲）を測定した。

機能的に評価できる。また，その活性は内臓脂肪面積な測定終了後，本研究用に開発した局所冷却装置を用いてどと逆相関する (Diabetes 2009) ので，肥満予防の新たな頭部，頸部，腋下部，大腿部を間欠的に 15℃に冷却してターゲットとしても期待されている。最近我々は，全身エネルギー消費量と体温の変化を調べた。

寒冷刺激によって活性化されたヒト褐色脂肪は，エネル

安静時と比べ，局所寒冷刺激 2 時間後には＋群のエネ

ギー消費量を大きく増加させることを明らかにした

ルギー消費量は有意に増加した (1420kcal±135kcal/d,(Obesity 2010)。本研究では，局所的な寒冷刺激を行うこ

1585±221kcal/d, p<0.05) のに対し，－群では変化しなかとによる褐色脂肪の活性化について，呼気分析機およびった (1520±202kcal/d, 1555±295kcal, N.S.)。手の甲と足

体温データロガーを用いて検討した。

の甲の体表温度は両群ともに寒冷刺激によって有意に減若年の成人男性 10 名を対象とし，12 時間の絶食の後少し，皮膚交感神経系の応答が起こっていると考えられに室温 19℃，2 時間の寒冷刺激を行い FDG-PET/CT を行た。鼓膜温とその他の皮膚温度には両群ともに有意な変って，褐色脂肪検出群（＋群，N=5）と非検出群（－群，化は見られなかった。

N=5）に分けた。別の日に，同被験者を対象とし 12 時間

以上の結果から，局所的な寒冷刺激によって褐色脂肪の絶食の後，呼気分析機（AR-1，アルコシステム）と鼓が活性化してエネルギー消費量が増加することが判明し

膜温データロガー（DBTL-1，テクノサイエンス），温度た。

データロガー（Thermochron，KN ラボラトリーズ）を用（7）ふるえ熱産生の遠心路
中村和弘 1，Shaun F. Morrison2（1 京都大学・生命科学系キャリアパス形成ユニット，
2

Oregon National Primate Research Center, Oregon Health & Science University, USA）

ふるえ (shivering) 熱産生は，寒冷曝露時や感染性発熱

この実験系において，体幹部の皮膚をウォータージャ

時に骨格筋で顕著に見られる熱産生反応であるが，そのケットで冷却，あるいは視索前野に発熱メディエーター，

発現に関わる中枢遠心路は分かっていない。私達は，イ

プロスタグランジン E2 (PGE2) を微量注入すると，首のソフルラン麻酔ラットを用いた in vivo の電気生理学実験

背側部の骨格筋における筋電レベル (EMG) の顕著な上系によって，ふるえ熱産生発現の指令を体温調節中枢（視昇が観察された。これらのふるえ反応は，神経活動の抑索前野）から骨格筋へと伝達する脳内の遠心路の同定を制薬であるムシモールを視床下部背内側核あるいは延髄試みた。

の淡蒼縫線核へ微量注入することによって完全に消失し408

研究会報告た。従って，視床下部背内側核と淡蒼縫線核は，視索前受容体拮抗薬であるビククリンの微量注入によって脱抑野からのふるえ熱産生シグナルを中継する神経核である

制すると，EMG の顕著な上昇が生じ，この反応は，内側ことが分かった。また，皮膚冷却や PGE2 によるふるえ

視索前野 (MPO) の GABAA 受容体をブロックすることに反応は，セロトニン 1A 受容体作動薬である 8-OH-DPAT

よって消失した。従って，寒冷曝露によるふるえ熱産生を淡蒼縫線核へ注入することでも消失したことから，淡の惹起に際し，皮膚から MnPO への冷温度情報の入力は，

蒼縫線核へのセロトニン入力によってふるえ熱産生が修MnPO に存在する GABA 作動性局所ニューロンの活性化

飾されることが示唆された。

を通じて，MPO の熱産生抑制ニューロンの tonic な活動

私達はこれまでに，皮膚からの冷温度情報は視索前野を抑制し，それによって脱抑制された視床下部背内側核の中でも正中視索前核 (MnPO) に入力されることを報告

や淡蒼縫線核の中継ニューロンからのふるえ熱産生シグ

した (Nat Neurosci 11:62-71, 2008)。そこでムシモールをナルが脊髄前角の運動ニューロンを介して骨格筋へと伝MnPO に微量注入すると，皮膚冷却によるふるえ反応は達されるというモデルが考えられた。

完全に消失した。逆に，MnPO の神経細胞を，GABAA（8）低酸素刺激による低体温反応への視床下部終板器官周囲部の
α1アドレナリン受容体と一酸化窒素の関与
大坂寿雅（国立健康・栄養研究所）

高地のような気圧が低い場所は低酸素環境（低圧低酸

165:976-983, 2010) を報告している。そこで，低酸素環境素）であり，炭坑や洞窟の奥でも酸素消費などによってによる低体温反応への終板器官周囲部でのノルアドレナ

酸素分圧が低下している場合（常圧低酸素）がある。どリンと一酸化窒素の関与を検討した。

ちらの低酸素環境下でも多種の動物で体温低下がおきる

ラットをウレタン・クロラロース麻酔し，d ツボクラ

ことが知られている。これは酸素不足によって熱産生量

リンによって非動化して人工呼吸下で実験を行った。通が低下するためにおきる受動的な反応ではなく，積極的常の空気中の酸素濃度は約 21%であるが，10%酸素 90%に熱放散を高めて体温を低下させ，それによって生体維

窒素のガスを 5 分間吸入させると，その後に尾部皮膚温持に必要な酸素必要量を抑制するためであると想定され度の上昇をともなって深部体温（結腸温度）が低下した。

ている。

50pmol ノルアドレナリン注入によって尾部皮膚温上昇

その生理機構としては末梢組織，自律神経系，脳の各と結腸温低下反応がおきることを確かめた部位にα1 ア所が関与していると考えられているが，体温調節中枢でドレナリン受容体拮抗薬であるプラゾシンを前投与してある視床下部視索前野もこの反応に関わっていることがおくとノルアドレナリンによる低体温反応も低酸素刺激示唆されており，Steiner や Branco は視索前野での一酸化による低体温反応も阻止された。この部位に一酸化窒素

窒素放出がこの機構において重要であると報告してい合成酵素の阻害薬である L-NMMA を低酸素吸入中に投る。私は視索前野の吻側部にある終板器官の周囲領域に与した場合にも低体温反応は抑制された。

ノルアドレナリンが作用すると熱放散の促進と熱産生の低酸素刺激によって視索前野内でのノルアドレナリン抑制がおき (Neuroscience, 162:1420-1428, 2009)，この反応放出が高まり，一酸化窒素合成促進を介して熱放散の促は一酸化窒素の放出を介していること (Neuroscience,

進と低体温反応が誘起される可能性が示唆された。

409

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（9）TRPV4欠損による抗肥満効果と骨格筋の代謝変化
楠堂達也，片岡直也，山下均（中部大学 生命健康科学部 生命医科学科）【背景と目的】TRP チャネルは全身に広く分布しているするために，トレッドミルを用いて TRPV4 欠損マウスのカルシウムチャネルであり，ヒトでは味覚や温度の感受運動能力について検討した。その結果，40 cm/sec の条件に重要な働きを果たしている。我々は遺伝子改変マウス

下での平均走行時間は野生型マウスが 42 分であるのに対を用いた研究より，TRPV4 欠損により高脂肪食摂取によして TRPV4 欠損マウスでは 59 分であり有意に上昇してる食事誘導性の肥満に対して抵抗性を示すこと，インス

いた。ヒラメ筋に含まれる筋線維構成を組織化学的方法

リン感受性が上昇することを見出した。その後の解 析ににより解析したところ，遅筋線維である Type-I 線維の割より TRPV4 欠損マウスでは野生型マウスと比較し全身合 は 野 生 型 マ ウ ス が 55.8 ± 1.9% で あ る の に 対 し てのエネルギー消費が上昇していること，骨格筋(ヒラメTRPV4 欠損マウスでは 63.5±2.9%となり有意に上昇し筋)において脂肪酸代謝系遺伝子の発現が上昇しているており，持久能力の上昇に寄与していると考えられた。

ことなどが明らかになった。これらのことから，TRPV4

また，遅筋線維の分化に重要な働きをする Myogenin 遺欠損による抗肥満作用には骨格筋におけるエネルギー代

伝子の発現量も，TRPV4 欠損マウスのヒラメ筋において

謝変化が大きく関与していることが 示唆された。そこ

有意に上昇していた。これらことから，TRPV4 の欠損にで，本研究では TRPV4 欠損マウスを用い骨格筋をターゲより Myogenin 遺伝子の発現が誘導されることで筋線維ットとした解析を行った。

が遅筋化し，それが全身のエネルギー消費の上昇，抗肥【方法と結果】TRPV4 欠損が骨格筋に与える影響を検討

満作用に関係しているのではないかと考えられた。

（10）温度受容体 Transient receptor potential vanilloid 3 (TRPV3) イオンチャネルの機能進化：
哺乳類とニシツメガエル (Xenopus tropicalis) における逆向きの温度感受性齋藤茂 1，新貝鉚蔵 2，富永真琴 1,3（1 岡崎統合バイオ，生命環境，細胞生理，2 岩手大，工，応用化学・生命工学，
3

総合研究大学院大学，生理科学専攻）

温度受容体である温度感受性 TRP イオンチャネルは化するカンフル，チモールなど，植物に含まれる複数種

進化過程において動物が温度環境に適応する際に重要なの化学物質をニシツメガエル TRPV3 イオンチャネルに役割を担ったと考えられる。TRPV3 イオンチャネルは哺作用させたが，いずれの場合も活性化されなかった。次乳類において皮膚に発現する温かい温度 (>33℃) の受容に，温度感受性を調べたところ，ニシツメガエル TRPV3体であり体温調節に関与している。本研究では温度受容イオンチャネルは温かい温度では活性化されなかった体の機能進化を解明するため両生類であるニシツメガエ

が，一方，16℃以下の低温で活性化され，哺乳類とニシルの TRPV3 遺伝子を単離し，そのイオンチャネル特性をツメガエルでは逆向きの温度変化に感受性があることが調べた。各脊椎動物種の TRPV3 イオンチャネルのアミノ示された。16℃以下の温度域はニシツメガエルには致死酸配列を比較したところ，ニシツメガエルでは両端の領的であること，また，皮膚に発現することはニシツメガ域が他の陸上脊椎動物と比べて著しく異なっていた。アエル TRPV3 イオンチャネルが侵害性の低温の受容にか

フリカツメガエル卵母細胞にニシツメガエル TRPV3 イ

かわることを示唆している。本研究により脊椎動物の進

オンチャネルを発現させたところ，哺乳類のアゴニスト

化系統で TRPV3 イオンチャネルの温度感受性が生理的である 2-aminoethoxydiphenyl borate (2-APB) により活性な特性に適応するように変化したことが示された。

化された。一方，哺乳類の TRPV3 イオンチャネルを活性410

研究会報告（11）マウス陰嚢の非侵害性の加温に対する行動変化と一次感覚神経反応
増田竜也 1，松村潔 1，細川浩 2，小林茂夫 2（1 大阪工業大学大学院情報科学研究科，2 京都大学大学院情報学研究科）【背景と目的】温感の分子・神経メカニズムは不明である。

【一次感覚神経反応】8 週齢雄マウス (C57BL6) をペント

温感の研究が進まない理由の 1 つは，非侵害性の加温にバルビタールで麻酔し，陰嚢皮膚温を 37-38℃に 10 分間

対して動物が明確な行動を示さないことである。その例

保持した（加温群）。対照群のマウスの陰嚢には温度刺激

外が陰嚢の加温である。多くの哺乳類で，陰嚢を体温程を加えなかった（陰嚢皮膚温 30-32℃）。その後，L5，L6,

度 (37-38℃) に加温すると，明確な行動や自律神経性反応

S1 レベルの後根神経節 (DRG) を採取し，活性化神経マーが起こる。しかしマウスについてはこのような報告はな

カー (pNFB) の発現を免疫組織化学法で検討した。加温い。本研究ではマウスの陰嚢の非侵害性の加温に対する群の L6 DRG では，対照群と比べて有意に多くの pNFB

行動変化と一次感覚神経反応を検討した。

陽性細胞が見られた。一方，L5 DRG, S1 DRG では加温

【行動変化】8 週齢雄マウス (C57BL6) をハンモックで緩群と非加温群ともに pNFB 陽性細胞は少数で，両群の間やかに拘束し，陰嚢皮膚をペルチエ素子で加温した（温に有意差はなかった。pNFB とカプサイシン受容体

度範囲 33℃～41℃，加温速度 3℃/分）。マウスの体動は(TRPV1) の 2 重染色により，pNFB 陽性細胞の 80%は後肢に装着したピエゾ素子とビデオカメラで記録した。

TRPV1 を発現していた。

マウスの発声はビデオカメラで記録した。陰嚢皮膚の温【結論】マウスの陰嚢の非侵害性の加温により，明確な行度が 35-37℃に達するとマウスは四肢を動かしはじめた。

動変化と一次感覚神経の反応が見られた。TRPV1 を発現

その頻度は温度上昇とともに増加した。陰嚢皮膚温がしている感覚神経が非侵害域の温受容に関わっている可37-39℃に達するとマウスは発声し，その頻度は温度上昇能性が示唆された。マウス陰嚢の加温は，温感の分子・とともに増加した。

神経メカニズムを研究するうえで有用と考えられる。

（12）新規神経ペプチド QRFP は交感神経を活性化して体温を上昇させる
高山靖規 1，常松友美 1，田中謙二 2，杉尾翔太 2，山中章弘 1，富永真琴 1（1 岡崎統合バイオサイエンスセンター 細胞生理研究部門，2 分子神経生理研 究部門）

QRFP は近年，オーファン受容体の 1 つである GPR103

経背側運動核および弧束核などに強い発現が認められ受容体に対する内因性リガンドとして同定された神経ペた。また，GPR103B は疑核，迷走神経背側運動核およびプチドである。QRFP は，N 末端がグルタミン (Q) から

弧束核などに発現が見られた。

始まり，C 末端に RF アミド (Arg-Phe-NH2) を持つ Peptide

QRFP の生理作用はほとんど解明されていないが，であるためそのように命名された。QRFP は，43 アミノ

QRFP の側脳室投与によってマウスの摂食行動や自発行酸から成る 4554 Da のペプチドであり，脳室周囲視床下動が惹起されると共に，酸素消費量や二酸化炭素排出量

核，視床下部外側野および灰白隆起に少数存在するニの増加および脈拍や血圧の上昇が報告されている

ューロンにおいて産生される。また，GPR103 は SP9155(Takayasu et al, Proc. Natl. Acad. Sci., 2006, vol 103, no 19,

や AQ27 とも呼称される G タンパク質共役受容体の 1 つ

pp 7438-7443)。これらのことから，QRFP が交感神経のであり，Gq タンパク質と共役する。GPR103 には，A と賦活に関わっている可能性がある。ところが，これまで

B の 2 つのサブタイプが存在し，両者に対する QRFP の麻酔下の実験動物を用いた産熱の検討がなされていない

親和性は等しい。In situ ハイブリダイゼーション法によため，交感神経の活性化に対する QRFP の直接的関与はり GPR103A は，大脳皮質，扁桃体，視床下部，迷走神

不明確であった。

411

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

そこで，我々は 1%イソフルレン麻酔下にある雄のる投与後の体温変化を 3 時間に渡って測定した。その結BL/6NCr マウス（8～10 週齢）を用いた体温の測定系を

果，iBAT 温は投与後 30 分から上昇を始め，それに続い構築した（図 1）。この際，麻酔下のマウスを腹側からヒーて腹腔温が投与後 50 分から上昇した。これらの体温上昇

ティングパッドにより加温し，その体幹部と尾部を気泡

は，投与後約 60～120 分の間でコントロールに比して有緩衝材により保温した。また，肩甲骨間褐色脂肪組織意であった。

(iBAT)，腹腔内，皮下および尾部周辺に熱電対を留置し，これらの結果から，
QRFP は GPR103A および GPR103B

皮膚および筋肉層の切開部を縫合した。QRFP の側脳室を介して弧束核ニューロンを活性化させることによっ投与には留置したカニューレを使用した。これらの実験て，交感神経を活性化し，iBAT における代謝亢進に伴う条件下において，QRFP 投与前 1 時間の平均体温に対す

体温上昇を生じさせることが示唆された。

（13）ラット体性感覚野バレル領域における局所脳血流および温度イメージングによる脳機能計測鈴木崇士 1,2，関淳二 1,2，大井康浩 2,3（1 国立循環器病研究センター研究所 生体医工学部，
2

科学技術振興機構 (JST) CREST，3 大阪大学大学院 歯学研究科）

脳局所において神経活動が惹起されると，その周囲のバレル領域を測定することにより，脳神経活動と局所脳血管が拡張し，エネルギー源となる酸素やグルコースを血流および温度変化との関係を明らかにすることを試み含む多くの動脈血を供給する調整機構が働く。このようた。ウレタン麻酔下ラットの片側のヒゲ全体を 10Hz（振な神経活動と脳血液反応の関係は，ニューロバスキュ

幅 5mm）で 10 秒間振動刺激し，その刺激したヒゲと反ラーカップリングと呼ばれている。その際，脳における対側のバレル領域における血流及び温度変化をそれぞれ

代謝亢進は熱を産生し，血流量増大は熱輸送を促進する。

観測した。その結果，両者は刺激とともに増大し，血流

その結果脳局所温度は神経活動に伴って変化する。したは刺激後約 5 秒で，温度は約 8 秒でそれぞれピークに達がって，局所脳血流量および脳温度分布の変化を測定す

し，測定領域の平均として約 10%の血流量増加と約ることによって，脳の活動領域や活動強度が評価できる

40mK の温度上昇がそれぞれ確認できた。また血流は，と期待される。ラットやマウスなどの齧歯類の体性感覚

刺激直後に中大脳動脈の血流が増加するのに対し，温度野には，顔面に生えるヒゲのそれぞれからの情報を処理

はバレル領域全体で上昇する様子が確認できた。さらにするバレルと呼ばれるモジュール構造が存在する。本研

温度イメージングにおいてヒゲ一本のみを同様に刺激し究では局所の血流量と温度変化を非侵襲・非接触で測定た結果，そのヒゲに対応した領域における温度上昇が確可能であるレーザースペックル血流計と赤外線カメラを認された。これは，脳温度イメージングが，脳局所神経それぞれ用いて，ヒゲ刺激時におけるラット体性感覚野

活動を評価可能な手法であることを示している。

（14）虚血性脳血管障害に対する MRS による脳温度測定の臨床応用
西本英明 1，吉岡芳親 2，石垣大哉 1，藤原俊朗 1，吉田研二 1，小林正和 1，小笠原邦昭 1（1 岩手医科大学医学部脳神経外科，2 大阪大学免疫学フロンティア研究センター）

近年 magnetic resonance spectroscopy (MRS) による脳代能となった。今回は，虚血性脳血管障害に対する MRS

謝の測定が臨床にも応用されるようになってきた。脳温による脳温度測定の臨床応用につき我々の研究を報告す度に関しても MRS により高い精度で測定することが可る。脳温度の測定法としては proton MRS を用いた。まず，

412

研究会報告一側内頸動脈あるいは中大脳動脈の閉塞・狭窄性病変を(Stroke, 2009)。次に，頸部頸動脈狭窄症による脳梗塞が持つ患者を対象として大脳半球の脳温度を測定し，健側起こるのを予防することが認められている外科治療であ大脳半球との差を算出した。さらに同患者に positron

る内膜剥離術に応用した。すなわち，この術後合併症でemission tomography (PET) を施行し，脳循環代謝量を測ある過灌流（脳血流の流れすぎ：脳内出血を起こしたり，定した。結果として，PET による脳酸素抽出率（脳代謝認知症をおこしたりする）は misery perfusion で起こるこに対する脳血流量の比：この値が高いということは脳代とがすでに知られており，MRS による脳温度測定がこの謝に対して血流が足りない (misery perfusion) ということ

合併症の予知に用いることができるかどうか検討した。

になる）が異常高値にあると脳温度は上がってくること

結果として，手術側大脳半球の脳温度が術前に異常に高が示された。すなわち，脳温度を測定することによりくなっている時，術後過灌流が起こることが示された

misery perfusion であるかどうかがわかることが示された(Radiology, 2010)。

（15）脳低温療法の現状・基礎的背景から臨床まで
前川剛志，山下

軽度低体温療法による脳保護作用は多施設無作為臨床研究 (RCT) により心肺停止蘇生後患者および新生児仮1-5)進（綜合病院社会保険徳山中央病院 救急科）

付け，各群の深部体温を 72 時間以上維持して，6 カ月後の Glasgow Outcome Scale (GOS) を比較した。

，前者により心肺蘇生法（二次【結果】症例登録数は 150 例で，エントリー条件を満たし救命処置）の世界標準が書き変えられた。しかし，これ解析できた患者は軽度低体温群 88 例，対照群 47 例であら以外では重傷頭部外傷患者を含めて RCT では有効とった。平均年齢はそれぞれ 41±18 歳，38±18 歳（平均死において有効とされ

6)。本講演では脳虚血，低酸素，頭部外傷値±標準偏差）であり，来院時の GCS はそれぞれ 5.7±などによる神経細胞死の機序，低体温による脳保護作用

1.4, 5.8 ± 1.3 ， 平 均 動 脈 圧 は 103 ± 25mmHg, 105 ±機序，および臨床における軽度低体温療法による脳保護

26mmHg, Injury Severity Score は 26±9, 23±7 で，頭部 CTの現状を述べる。

所見上も 2 群間に有意差はなかった。

されていない

図 1 に脳虚血，低酸素，頭部外傷による神経細胞死のGOS で予後良好 (GR, MD) 症例数は軽度低体温群では機序を示す。この図に沿って我々が得ている基礎および40 例 (45%)，対照群では 25 例 (53%) で，両群間に有意臨床データを紹介し，臨床医からみた各機序の重み，急差はなかった。来院時の GCS 4-5 の症例で比較すると，性脳傷害発生後阻止できる可能性などの考察を加える。

それぞれの群で予後良好症例数は 39 例中 15 例 (38%)，7)

表 1 に Polderman の低体温による脳保護作用機序（一部

16 例中 4 例 (25%) であり，GCS 6-8 の症例では，49 例中改変）を示し，脳低温療法との関連を述べる。

25 例 (51%)，31 例中 21 例 (68%) であった。

そして RCT で実施された脳低温療法を成人の心肺蘇【考察】本 RCT では両群間の温度較差が小さく，GOS で生後，新生児仮死，成人頭部外傷，小児頭部外傷の順には有意差を認めなかった。しかし，当時の重傷頭部外傷紹介する。また我々が 2003 年から実施した重傷頭部外傷患者の予後良好例は 35%程度で，両群ともに予後は改善患者に対する RCT の結果を述べて，今後解決すべき課題

できている。そして，来院時 GCS4-5 の症例では軽度低や展望を検討する。以下に我々の重傷頭部外傷患者に対体温で，GCS 6-8 の症例では体温上昇回避で予後改善傾する RCT (BHYPO) の詳細を記載する。

向を示した。重傷頭部外傷患者では受傷後 3 日間以上の重傷頭部外傷患者に対する軽度低体温療法 (BHYPO)【方法】我々は 2003 年から重傷頭部外傷患者 (Glasgow
Coma Scale, GCS: 4-8) に対して 40 施設で RCT を実施した。各施設の IRB で承認を得たのち，軽度低体温群（32.0-34.0 度）と対照群（35.5-37.0 度）に 2 対 1 で割り体温管理が必要と思われる。
【文献】
1) The Hypothermia after Cardiac Arrest (HACA) Study
Group. N Engl J Med 2002; 346: 549-56.
2) Bernard SA, Gray TW, Buist MD et al. N Engl J Med

413

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

2002; 346: 557-63.

5) Shankaran S, Laptook AR, Ehrenkranz RA, et al. N Engl

3) Eicher DJ, Wagner CL, Katikaneni LP, et al. Pediatr
Neurol 32; 11-17, 2005.

J Med 353; 1574-87, 2005.
6) Clifton GL, Miller ER, Choi SC, et al. N Engl J Med

4) Gluckman PD, Wyatt JS, Azzopardi D, et al. Lancet 365;
663-70, 2005.

2001; 344: 556-63.
7) Polderman KH. Lancet 371; 1955-69, 2008.

（16）脳出血に伴う発熱の分子機構
松村

潔 1，堀あいこ 2，山本知子 2，細川浩 2，小林茂夫 2（1 大阪工業大学大学院情報科学研究科，2 京都大学大学院情報学研究科）

脳内出血にはしばしば体温上昇がともなう。しかしそ②プロスタグランジン系の関与の機構は不明である。本研究の目的は次の 2 つである。

ジクロフェナック（非選択的 COX 阻害剤）の腹腔内①脳内出血による体温上昇の動物モデルを確立する。②

投与はコラゲナーゼ脳内注入による体温上昇を初日，2

脳 内 出 血 に よ る 体 温 上 昇 に プ ロ ス タ グ ラ ン ジ ン E2

日目でほぼ完全に抑えた。コラゲナーゼ注入 4 時間後と(PGE2) が関与しているか明らかにする。

26 時間後，脳組織の PGE2 含量は有意に増加した。NS398①動物モデル（COX-2 選択的阻害剤）をコラゲナーゼ注入と同時に腹ラットの一側の視索前野にコラゲナーゼ（タイプ 4）

腔内投与すると，その直後の体温上昇は抑制されず，を微量注入した。コラゲナーゼは 50 units/ml で生理食塩

PGE2 の抑制も部分的であった。NS398 をコラゲナーゼ

水に溶かし，1.4・l を 7 分間で持続注入した。体温は腹注入の 24 時間後に投与すると，それまで高値を維持して腔に留置した温度ロガーで記録した。体温はコラゲナー

いた体温が低下し，PGE2 の増加もほぼ完全に抑制されゼ投与後 3 時間から上昇をはじめ，2 日間にわたって，た。コラゲナーゼ注入 26 時間後には，脳血管内皮細胞に38℃から 39℃の高値を維持した。投与側の視索前野にはCOX-2 の発現が認められた。

明瞭な出血が認められた。生理食塩水投与群，熱処理し本研究では，脳内出血による体温上昇の動物モデルをて不活性化したコラゲナーゼ投与群では，体温上昇も出確立した。その体温上昇には脳内の PGE2 が関与してお血も認められなかった。線条体へのコラゲナーゼ投与でり，これは感染・炎症による発熱と同様である。2 日目

は出血は起こったが，体温上昇は上昇しなかった。以上の発熱には，COX-2 により産生された PGE2 が関与しての結果は視索前野の出血が体温上昇の原因であることをいる。1 日目の発熱はおそらく COX-1 により産生された示唆する。これを脳内出血による体温上昇の動物モデル

PGE2 によると考えられる。

とした。

（17）インフルエンザ脳症の発症メカニズムの酵素学的な解析－ウイルス罹患後の高熱で誘発されるミトコンドリアの長鎖脂肪酸代謝障害－
千田淳司，Wang Siye，Yao Dengbing，Yao Min，山口美代子，木戸博（徳島大学・疾患酵素学研究センター 応用酵素・疾患代謝研究部門）

インフルエンザ脳症は，6 歳以下の子供がインフルエ

致死性（30%前後）の高い疾患で，後遺症も 20%近く報

ンザに感染して長時間の高熱が続いた後，突然幻聴，意

告されている。発症は日本人に多いことから遺伝学的な識障害等の中枢神経障害と多臓器不全を伴って発症する

背景が発症に深く関わっているものと推定されてきた

414

研究会報告が，これまで発症因子は不明であった。

血管内皮細胞の膜透過性の亢進であることが明らかにな

我々は，インフルエンザ脳症患児（約 300 名）の遺伝ってきた。すなわちインフルエンザ脳症は脳の血管内皮子多型解析を実施した結果，長鎖脂肪酸代謝酵素 (CPT2:の透過性亢進による急速な脳浮腫であり，多臓器不全はCarnitine palmitoyltransferase) に 日 本 人 に 特 有 の 多 型

血管内皮細胞の浮腫による末梢循環不全が原因であると(F352C)，(V605L) を見出している。これらは温度感受性

推定している。従って，CPT2 の多型保因者はインフルの熱失活変異であり，保因者はインフルエンザ罹患後のエンザ罹患後の高熱時に長鎖脂肪酸代謝障害が誘発され高熱時に CPT2 の熱失活による長鎖脂肪酸代謝酵素の後て，これが原因で全身性の ATP 産生障害が起こり，重症

天性欠損状態が誘発されることが明らかになった。最近化するものと考えられる。

の我々の研究では，インフルエンザの重症化の原因は 1)

本発表では，これらのインフルエンザ脳症の発症メカ

ウ イ ル ス 感 染 初 期 の 増 悪 サ イ ク ル (Influenza virus-

ニズムの仮説について，我々の最近の研究を中心に紹介

cytokine-protease cycle)と，2)ウイルス感染後期の全身性したい。

のエネルギー (ATP) 産生障害によって引き起こされる（18）アミノ酸による麻酔時低体温抑制効果とそのメカニズム
山岡一平（株式会社大塚製薬工場 研究開発センター）

アミノ酸，グルコースそして脂肪の順で熱産生効率はと，体熱蓄積や骨格筋タンパク質合成，エネルギー消費高い。この特性を利用して，手術の現場では全身麻酔での連関上昇が認められなくなった。加えて，アミノ酸投生じる体温低下を抑制するためアミノ酸混合液が点滴さ

与は筋原線維タンパク質の分解を亢進し，この亢進の程れている。この手術時の低体温は短い期間では激しい震度と核心体温には正の相関があることも見出した。以上

えを誘引し，長期的には術後創感染や入院期間にまで影のことはアミノ酸による体熱蓄積にエネルギー分解を多響する。それ故，手術中体温を維持すべく様々なデバイ

く伴うタンパク質代謝回転の向上が深く関わっているこスが考案されているが，体内から温めるという意味ではとの傍証と言えようか。

アミノ酸輸液による保温は斬新である。

タンパク質合成に向かって最も効率のよい栄養素であ

それでは「アミノ酸は如何に全身麻酔時におこる体温

るアミノ酸を補給し生体内部の熱が影響を受けること低下を軽減するのか?」，実験動物を用いてその機序解明

は，生体分子の秩序の増加と熱産生とが密接に関連してを目指した。麻酔下のアミノ酸投与はげっ歯類の動物（ラいることを反映した結果なのかもしれない。以上のことット）でも実際に有効である。覚醒している場合と比べは，これまで解明が進んでいなかったタンパク質・アミて，麻酔状態でアミノ酸を投与すると，血中インスリンノ酸の最も重要な生理機能特性の領域に踏み込んだもの

濃度と翻訳開始段階の活性を著しく上昇させて骨格筋タで，今後さらに詳細な制御機構の解明や新たな応用に向ンパク質合成が刺激されることをまず明らかにした。こけての展開が期待される。

のインスリン分泌の亢進をソマトスタチンで抑制する415

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

19．TRP チャネル群の生理機能と病態生理2010 年 6 月 3 日－6 月 4 日
代表・世話人：金子周司（京都大学

大学院薬学研究科）

所内対応者：富永真琴（生理学研究所・岡崎統合バイオサイエンスセンター）（１）心臓の病的肥大における TRPC3/TRPC6 チャネルの役割
西田基宏 1，北島直幸 1，斎木翔太 1，清中茂樹 2，井上隆司 3，森（1 九州大学2京都大学

泰生 2，黒瀬大学院薬学研究院

薬効安全性学，3

大学院工学研究科

等1

合成・生物化学， 福岡大学

医学部

生理学）

（２）ナトリウム利尿ペプチド－GC-A シグナルの抗心肥大作用における TRPC6 阻害の役割
木下秀之 1，桑原宏一郎 1，井上隆司 2，西田基宏 3，
黒瀬等 3，清中茂樹 4，森泰生 4，中尾一和 1（1 京都大学大学院医学研究科内分泌代謝内科，2 福岡大学医学部生理学教室，
34

九州大学薬学研究院，創薬科学部門薬効安全性学，

京都大学大学院工学研究科合成・生物化学専攻分子生物化学分野）（３）PIP2 の脱リン酸化による TRPC6 チャネルの抑制的効果
今井裕子 1,3，森（1 福岡大学

医学研究科

誠之 1，岡村康司 2，井上隆司 1

生理学，2 大阪大学
3

九州大学

医学研究科

歯学研究科

統合生理，

全身管理歯科）（４）神経細胞の亜鉛毒性における TRPM7 の役割
井上浩一 1,2，福田敦夫 1，Zhi-Gang Xiong2（1 浜松医科大学医学部生理学第一講座，2Legacy Research）（５）ミクログリア活性化における TRPM2 の病態生理学的役割
白川久志 1，崎元伸哉 1，草野綾香 1，中川貴之 1，森（1 京都大学

生体機能解析学，2 京都大学

薬学研究科

泰生 2，金子周司 1

工学研究科

合成・生物化学）（６）膵臓 β 細胞に発現する TRPM2 のインスリン分泌への関与
内田邦敏 1,2，出崎克也 3，Boldbaatar Damdindorj3，稲田
志内哲也 2,4，森（1 岡崎統合バイオサイエンスセンター3

泰生 5，矢田俊彦 3，箕越靖彦 2,4，富永真琴 1,2細胞生理，2 総合研究大学院大学
4

自治医科大学 生理学

仁 1，

統合生理学， 生理学研究所
5

京都大学

生理科学，

生殖・内分泌発達機構，
工学部

合成生物化学）（７）消化管上皮における温度感受性 TRP チャネルの発現と機能解析
植田高史 1，鹿野美千子 2，石田雄介 3，神谷武 2，城卓志 2，鵜川眞也 1，島田昌一 3（1 名古屋市立大学 大学院医学研究科
2

名古屋市立大学 大学院医学研究科
3

機能組織学，

消化器代謝内科学，

大阪大学 大学院医学系研究科 神経細胞生物学）（８）TRPV6 はカルシウム恒常性維持に関与する
鈴木喜郎 1,3，Andreas Pasch2，Felix J. Frey2，Matthias A. Hediger3，山中章弘 1，富永真琴 1（1 岡崎統合バイオサイエンスセンター2416

インゼル病院3

腎臓高血圧内科， ベルン大学

細胞生理部門，生化学分子医学研究所）

研究会報告（９）ヒト肺微小血管内皮細胞における stretch-activated Ca2+ channel の制御機構と TRP の関与について
理 1，長谷川好規 1，成瀬恵治 3，曽我部正博 2伊藤（1 名古屋大学
3

医学系研究科

岡山大学

呼吸器内科学，2 細胞生理学，

医歯薬学総合研究科

システム生理学）（10）ヒト脳毛細血管内皮細胞における TRPV4 の機能発現
波多野紀行 1，伊藤友香 2，鈴木裕可 1，村木克彦 1（1 愛知学院大学
2

名古屋市立大学

薬学部

大学院薬学研究科

薬効解析学，

医薬品代謝解析学）（11）細胞接着・細胞運動と TRPV2 機能制御
長澤雅裕，小島至（群馬大学 生体調節研究所細胞調節分野）（12）マウス有郭乳頭における PKD2L1/PKD1L3 チャネルを介した酸味応答
川口仁，山中章弘，内田邦敏，柴崎貢志，曽我部隆彰，富永真琴（岡崎統合バイオサイエンスセンター

細胞生理部門）

2+（13）TRPP2 変異体は TRPC3 と複合体を形成し受容体活性化型 Ca 流入を増加させる
清中茂樹 1，宮城恭子 2，山田和徳 2，沼田朋大 1，
森恵美子 1，三木崇史 1，加藤賢太 1，森（1 京都大学

工学研究科

合成・生物化学専攻，2 金沢大学

泰生 1

医学研究科）

2+（14）TRPC6 チャネルの細胞膜上への移行と Ca 流入
森島繁（福井大学

医学部

薬理学領域）（15）TRPM2 のクライオ単粒子解析と TRP 関連タンパク質の ASEM 水中免疫電顕
丸山雄介 1，三尾和弘 1，清中茂樹 2，加藤賢太 2，
西山英利 3，須賀三雄 3，森泰生 2，佐藤主税 1（1 産業技術総合研究所バイオメディカル研究部門，
2

京都大学大学院工学研究科生物化学，3 日本電子（株））（16）TRPM8 チャネルの構造と機能
池原辰弥 1，細川（1 奈良先端大学院大学2

京都大学

大学院情報学研究科

浩 2，前川真吾 2，小林茂夫 2

情報学研究科

生命機能計測学講座，

知能情報学専攻

生体情報処理分野）（17）局所麻酔作用を持つ化学物質による脊髄後角の自発性興奮性シナプス伝達促進－TRP チャネルの関与
熊本栄一，朴

（佐賀大学

蓮花，岳

海源，井上将成，藤田亜美，

水田恒太郎，蒋昌宇，八坂敏一，友廣大輔

医学部

生体構造機能学講座（神経生理学分野））【参加者名】
堀之内孝広（北海道大学医学研究科）
，高井
科大学

章（旭川医

生理学講座），大和田智彦（東京大学薬学研究科），

院大学薬学部），金子周司，白川久志，原口佳代，金野真和，草野綾香，崎元伸哉（京都大学薬学研究科），細川浩

加藤啓一郎（東京大学理学研究科），井上浩一（浜松医科（京都大学情報学研究科），木下秀之（京都大学医学研究

大学医学部），佐藤主税，丸山雄介（産業技術総合研究所）
，

科）
，森

長澤雅裕（群馬大学生体調節研究所）
，森島

繁（福井大

平，香西大輔，高田宜則，中尾章人，澤村晴志朗（京都

聡（富山大学医

大学工学研究科），成瀬恵治（岡山大学医歯薬学総合研究

学医学部）
，門脇
学部）
，伊藤

真，王

暁宇，織田

理（名古屋大学医学部），植田高史（名古屋市立大学医学研究科），波多野紀行，鈴木裕可（愛知学泰生，清中茂樹，梶本武利，沼田朋大，小林良科），西田基宏（九州大学薬学研究院），城戸瑞穂，王（九州大学歯学研究院），森冰

誠之，今井裕子（福岡大学417生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

医学部），熊本栄一，井上将成，（佐賀大学医学部），小製薬），渡邊修造，西林

護，廣井理人，藤倉秀紀，平澤秀明（キッセイ薬品

佐藤かお理（生理学研究所），高尾大輔（基礎生物学研究

工業（株）），遠藤俊弥（持田製薬株式会社），金政利幸，所），富永真琴，山中章弘，鈴木喜郎，曽我部隆彰，齋藤山名田夏枝（塩野義製薬（株）），川原田宗市（小野薬品

茂，梅村

工業株式会社），藤田郁尚，高石雅之（マンダム中央研究鳴，高山靖規，田淵紗和子，新宅健司，川口所），臼井健司（日本たばこ産業），森村浩三（田辺三菱弘，水野秀紀（岡崎統合バイオ細胞生理部門）

洋平，佐藤梓（ラクオリア製薬），

徹，内田邦敏，加塩麻紀子，常松友美，周

一

仁，三原

【概要】
平成 22 年 6 月 3 日及び 4 日に研究会が行われた。17

腸 Ca2+吸収における TRPV6 のそれぞれ生理学的および題の発表があり，TRPC チャネルについて 4 題，TRPV チ

病態生理学的意義を発表した。続いて名大の伊藤が内皮

ャネルについて 5 題，TRPM チャネルについて 5 題，
TRPA細胞ストレッチ刺激における TRPV family の関与を，同チャネルについて 1 題，TRPP チャネルについて 1 題でじく愛知学院大の波多野が内皮細胞における TRPV4 のあった。毎年のように，新しい TRP チャネル研究者が集機能を，群馬大の長澤が細胞接着運動における TRPV2

い，このチャネル研究の広さをあらためて実感し，お互の役割を発表した。また岡崎統合バイオの川口が酸味レいの研究内容についての有意義な討論・情報交換が行わセプターとしての TRPP を，京都大の清中が TRPP2 変異

れた。具体的には，九州大の西田（以下敬称略）が病的体と TRPC3 の機能的会合を，福井大の森島がα1-アドレ

心肥大における TRPC3/C6 の役割を，京都大の木下がナナリン受容体活性化後の TRPC6 の動態変化を報告した。

トリウム利尿ペプチドの抗心肥大作用における TRPC6

さらに，産総研の佐藤は TRPM2 の三次元構造について，の阻害の関与について発表した。また，福岡大の今井が京都大の細川は TRPM8 活性化における構造の詳細につPIP2 の脱リン酸化による TRPC6 の抑制メカニズムを報いて，佐賀大の熊本は局所麻酔薬による TRPV1/TRPA1

告し，浜松医大の井上が亜鉛神経毒性における TRPM7，

活性化の意義について発表した。いずれもレベルの高い

京都大の白川が脳虚血障害における TRPM2，岡崎統合バ発表であり，日本における TRP チャネル研究の発展を確

イオの内田が膵 β 細胞における TRPM2，名市大の植田が信した。

消化管上皮における TRPV，岡崎統合バイオの鈴木が小（1）心臓の病的肥大における TRPC3/TRPC6チャネルの役割
西田基宏 1，北島直幸 1，斎木翔太 1，清中茂樹 2，井上隆司 3，森（1 九州大学2

京都大学

大学院工学研究科

泰生 2，黒瀬大学院薬学研究院
3

合成・生物化学， 福岡大学

等1

薬効安全性学，
医学部

生理学）

高血圧による圧負荷や虚血などによるストレスが心臓

代培養心筋細胞を用いて，ジアシルグリセロール (DAG)にかかると，心臓は肥大し，やがて心不全へと移行する。

により直接活性化される transient receptor potential (TRP)

心肥大や心不全への過程において，心臓では収縮タンパ

チャネル（TRPC3 と TRPC6）がアンジオテンシン (Ang)

ク質やイオンチャネルなどの発現パターンが変わる。こII 刺激による NFAT の活性化を仲介することを報告した

れを心臓のリモデリングと呼ぶ。この心臓のリモデリン(EMBO J., 25; 5305-5316, 2006)。さらに，ホスホジエステ

グは，心機能を悪化させる要因として重要視されているラーゼ阻害剤による心筋保護作用の分子メカニズムに，現象である。圧負荷などで生じる心臓の肥大（病的肥大）

PKA や PKG を介した TRPC6 チャネルの Thr69 残基のリ2+には，細胞内 Ca 濃度上昇によるカルシニューリンを介ン酸化が関与していることを明らかにした。そこで本研した転写因子 Nuclear Factor of Activated T cells (NFAT)

究では，個体レベルの心肥大に TRPC3/TRPC6 チャネルの活性化が関与している。我々はこれまでに，ラット初が関与するかどうか，TRPC3 チャネル選択的阻害剤418

研究会報告(Pyrazole-3) を用いて検討した。マウスの横行大動脈の結荷により生じる心肥大関連遺伝子の発現増加の抑制のみ

紮により圧負荷を施し，圧負荷 1 週間および 6 週間後のならず線維化促進遺伝子の発現増加も強く抑制してい心臓の形態変化および心機能を評価した。Pyrazole-3 は，た。実際に，Pyrazole-3 投与は圧負荷で生じる間質コラー

腹腔内から浸透圧ポンプを用いて持続投与した。

ゲンの蓄積を強く抑制していた。さらに，Pyrazole-3 はPyrazole-3 投与は，血圧・心拍数に影響を与えない用量

Ang II 刺激により誘発される初代培養心線維芽細胞の線で結紮部位前後の大動脈圧格差の程度に比例して生じる維化応答を濃度依存的に抑制した。以上の結果から，心心重量の増大（心肥大）と心機能の低下を著しく改善し筋細胞と心線維芽細胞に発現する TRPC3 チャネルが圧た。心肥大および線維化と関連する遺伝子の発現変化を負荷による心臓リモデリングおよび心機能障害に関与しReal time PCR 法を用いて調べた結果，Pyrazole-3 は圧負ていることが明らかとなった。

（2）ナトリウム利尿ペプチド－GC-A シグナルの抗心肥大作用における TRPC6阻害の役割
木下秀之 1，桑原宏一郎 1，井上隆司 2，西田基宏 3，
黒瀬等 3，清中茂樹 4，森泰生 4，中尾一和 1（1 京都大学大学院医学研究科内分泌代謝内科，2 福岡大学医学部生理学教室，
34

九州大学薬学研究院，創薬科学部門薬効安全性学，

京都大学大学院工学研究科合成・生物化学専攻分子生物化学分野）【背景・目的】近年，心肥大等の病的心室リモデリングに
2+(TRPC6T67A) により消失した。ANP, BNP 共通の受容体

おいて，受容体活性化型 Ca チャネルである TRPC

GC-A を欠失し，高血圧性心肥大を示す GC-A ノックア

family，特に TRPC6 が calcineurin-NFAT 経路の増幅因子

ウトマウス (GCA-KO) の心室では TRPC6 mRNA 発現がとして重要な役割を果たすことが報告された。今回我々有 意 に 増 加 し て お り ， TRPC チ ャ ネ ル 阻 害 薬 BTP2はナトリウム利尿ペプチドの抗心肥大作用における標的(20mg/kg/day) 投与は GCA-KO において，血圧には影響

分子としての TRPC6 の関与を検討した。

せず，心エコーでの有意な壁厚の改善，心体重比の減少【結果】ANP は，ラット新生仔心室筋細胞における ET-1

を示した。

2+

刺激による Ca 流入と NFAT 活性化を抑制し，また2+【結論】ナトリウム利尿ペプチドの抗心肥大作用においHEK293 細胞において TRPC6 由来 Ca 流入および陽イオて，TRPC6 抑制が重要な役割を果たしており，TRPC6ン電流を抑制した。この TRPC6 抑制効果は，PKG 特異を標的とした治療が心肥大・心不全等の病的な心室リモ的阻害剤や，TRPC6 の PKG リン酸化部位である 69 番目

デリングに対する新たな治療となる可能性が示唆され

ト レ オ ニ ン を ア ラ ニ ン 置 換 し た mutant TRPC6

た。

（3）PIP2の脱リン酸化による TRPC6チャネルの抑制的効果
今井裕子 1,3，森（1 福岡大学

医学研究科

誠之 1，岡村康司 2，井上隆司 1

生理学，2 大阪大学
3

九州大学

医学研究科

歯学研究科

統合生理，

全身管理歯科）

イオンチャネル，特に細胞内カルシウム動態と関連するかとなってきた。また，これら 2 つの制御因子による競合

イオンチャネル制御機構に関し，カルモジュリン (CaM)

的，共同的作用に関する可能性についても報告されつつあとホスホイノシチド (PIPs) が重要な制御因子として明らる。しかしその機能的実態，及び機構の詳細に関しては未419

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

だ混沌としている。我々は TRPC 分子ファミリーに属する

VSP の活性化には強い脱分極が必要であるが，電位非依存TRPC6 に着目し，その制御機構について検討した。TRPC6性である TRPC6 に及ぼす影響は小さいと考えられる。人は G 蛋白質共役型受容体刺激－ホスホリパーゼ C 活性化

由来 TRPC6 チャネルとゼブラフィッシュ由来 VSP を共発

により PIP2 から産生されるジアシルグリセロール (DAG)

現させたところ，脱分極刺激による VSP 活性化によるで直接的に活性化される。そこで，PIPs の作用を測る研究

TRPC6 電流の一過性抑制が得られている。この抑制作用

ツ ー ル と し て 電 位 作 動 性 PIPs 脱 リ ン 酸 化 酵 素の生理的意義，及びその抑制効果における PIPs と CaM 作

Voltage-Sensing Phosphatase (VSP) を用いることにした。

用について議論したい。

（4）神経細胞の亜鉛毒性における TRPM7の役割
井上浩一 1,2，福田敦夫 1，Zhi-Gang Xiong2（1 浜松医科大学医学部生理学第一講座，2Legacy Research）
虚血時に起こる細胞外グルタミン酸濃度の上昇は，神その程度は TRPM7 の阻害剤である Gd3+により抑制され経細胞においてグルタミン酸受容体等祖からの過剰なた。次にマウス大脳皮質の初代培養神経細胞を用いて，

2+

Ca の流入を引き起こし，細胞傷害を促進することが知[Zn2+]i 及び細胞毒性を評価した。TRPM7 を活性化するたられている。近年，虚血時のカルシウム流入に TRPM7

めに Ca2+/Mg2+ を細胞外液から除去したところ，[Zn2+]iも関与していることが報告された。TRPM7 は，TRP チの上昇及び細胞毒性が増強された。この毒性は Gd3+等のャネルファミリーの中で唯一亜鉛を通過することが報告

阻害剤により減少した。次に，RNA 干渉法を用いて，されているチャネルであり，その亜鉛は虚血時の神経細TRPM7 をノックダウンすると，Ca2+/Mg2+除去下におけ

胞傷害の一因となっている。このことから，本研究ではる亜鉛毒性が軽減された。さらに，in vitro 虚血（酸素－亜鉛の細胞毒性における TRPM7 の役割の検討を行った。

グルコース除去）時に生理的濃度の亜鉛投与によって起HEK293 細胞に亜鉛を投与したところ，濃度依存的なこる傷害も TRPM7 のノックダウンにより減少した。こ細胞毒性が認められ，TRPM7 の過剰発現によりその細胞

れらの結果は，TRPM7 が虚血時の亜鉛による神経傷害に毒性が増強された。また，TRPM7 の過剰発現により，亜も重要な役割を果たしていることを示唆している。

2+

鉛投与時の細胞内亜鉛濃度 ([Zn ]i) の上昇が促進され，（5）ミクログリア活性化における TRPM2の病態生理学的役割
白川久志 1，崎元伸哉 1，草野綾香 1，中川貴之 1，森（1 京都大学

薬学研究科

生体機能解析学，2 京都大学

工学研究科

泰生 2，金子周司 1
合成・生物化学）

骨髄由来のマクロファージ系細胞のうち中枢神経系に形成にも関与していると考えられている。近年，このよ

移行・分化し，脳の免疫を担当する細胞がミクログリア

うなミクログリアの機能に K+チャネルや Cl−チャネルをであり，死細胞の貪食や組織修復因子の放出などにより，含む細胞膜イオンチャネルが重要な役割を担うことが示

脳内の恒常性や神経ネットワークの維持に貢献していされつつあるが TRP チャネルのミクログリアにおけるる。その一方で，活性化に伴い一酸化窒素 (NO) や炎症

発現や機能についてはあまり報告されていない。本研究性サイトカインをはじめとする種々の因子を産生・放出では培養ミクログリアの LPS/IFN-γ 活性化過程におけるするとともに，異常増殖や形態変化を伴って神経傷害的TRPM2 の役割について，野生型および TRPM2-KO マウに働くことが報告されており，中枢神経変性疾患の病態

スから作製した培養ミクログリアを用いて検討したとこ

420

研究会報告ろ，ミクログリア活性化に伴いその発現が惹起される各に改善し，また rope test においても有意な改善がみられ，

種炎症性サイトカイン等のうち，CXCL2 および iNOS の梗塞巣の形成が顕著に抑制されていた。また同モデルマ

mRNA 発現増大および NO の遊離/蓄積量の増大がウスにミクログリア活性化抑制薬であるミノサイクリン

TRPM2 欠損マウス由来のミクログリアにおいて顕著にを投与することで，神経症状の改善および梗塞巣の形成抑制されていることが明らかになった。さらに薬理学的が抑制されたが，TRPM2-KO マウスではそれ以上の症状

2+

検討結果より，Ca 依存性チロシンキナーゼである Pyk2，の寛解が観察されなかった。さらに免疫組織化学的検討

p38 や JNK などの MAPK 経路が TRPM2 を介したにより，梗塞巣領域における Iba-1 陽性細胞（ミクログ

LPS/IFN-γ 誘発 NO 産生増強作用に重要であることが示

リア/マクロファージ）の増殖/集積や好中球の浸潤が，唆された。

野生型に比べて TRPM2-KO マウスでは顕著に抑制され上述したような LPS-TLR4 活性化経路から iNOS 発現，ていることが明らかとなった。

NO 蓄積へ至る経路は，脳虚血再灌流傷害の病態過程に以上の結果より，ミクログリアの異常活性化に TRPM2

おいて重要であると報告されていることから，次に脳虚が重要な役割を果たしていること，および脳虚血障害の血再灌流モデルマウスにおける TRPM2 の役割について

病態時には TRPM2 の異常活性化が神経症状の増悪およ検討した。野生型マウスと比較して，TRPM2-KO マウス

び梗塞巣の形成に重要な役割を果たしていることが示唆

では虚血負荷 48 時間後における神経症状スコアが有意される。

（6）膵臓 β 細胞に発現する TRPM2のインスリン分泌への関与
内田邦敏 1,2，出崎克也 3，Boldbaatar Damdindorj3，稲田
志内哲也 2,4，森泰生 5，矢田俊彦 3，箕越靖彦 2,4，富永真琴 1,2（1 岡崎統合バイオサイエンスセンター
3

自治医科大学 生理学

細胞生理，2 総合研究大学院大学
4

統合生理学， 生理学研究所
5

TRPM2 はカルシウム透過性を持った非選択性陽イオ

仁 1，

京都大学

生理科学，

生殖・内分泌発達機構，
工学部

合成生物化学）異常に伴う高血糖が認められた。

ンチャネルであり，所属研究室より体温近傍の温度で活膵臓 β 細胞における TRPM2 の役割を検討するために，性化されること，体温近傍温度条件下で cADPR によっ

TRPM2 ノックアウトマウスより単離した膵島及び β 細て活性化されることを明らかにした。さらに培養細胞を胞の検討を行った結果，グルコース及び消化管ペプチド用いた検討により，特に消化管ペプチドによるインスリに対する応答の低下がみられた。一方，KATP チャネル阻

ン分泌に TRPM2 が関与する可能性を報告している

害剤で KATP チャネル依存性経路を刺激するトルブタミ(Togashi et al. 2006)。

ドに対する応答に違いは認められなかったことから，

今回，TRPM2 のインスリン分泌への寄与を明らかにするため，TRPM2 ノックアウトマウスの解析を行った。

TRPM2 は KATP チャネル非依存性経路に関与している可能性が考えられた。

TRPM2 ノックアウトマウスは WT マウスと比較し，空本研究により，膵臓 β 細胞に発現する TRPM2 は消化腹時において血糖値が有意に高値であったが，血漿中イ

管からの情報だけでなく膵臓 β 細胞におけるグルコー

ンスリン濃度に有意な差は認められなかった。16-17 時

ス代謝情報をも感知し，インスリン分泌を調節している

間絶食後にグルコースを投与する糖負荷試験を適用することが明らかとなった。

と，TRPM2 ノックアウトマウスにおいてインスリン分泌421

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（7）消化管上皮における温度感受性 TRP チャネルの発現と機能解析
植田高史 1，鹿野美千子 2，石田雄介 3，神谷武 2，城卓志 2，鵜川眞也 1，島田昌一 3（1 名古屋市立大学 大学院医学研究科
2

名古屋市立大学 大学院医学研究科
3

機能組織学，

消化器代謝内科学，

大阪大学 大学院医学系研究科 神経細胞生物学）

消化管上皮は生体内部の外界と接する部分で，バリアゴニストである carvacrol に対する用量依存的な細胞内カ機能だけでなく，病原菌や様々なストレスに対しての受ルシウムの上昇が観察された。この細胞応答は TRPA1

容• 伝達• 応答機能を有している。近年，温度感受性 TRPのアゴニストである allyl isothiocyanate では見られず，チャネルが神経系だけでなく皮膚表皮ケラチノサイトにCarvacrol の同濃度連続刺激で感作される性質を示した

おいても重要な役割を演じていることが報告されてきてことから，TRPV3 であることが推測された。さらに器官いるが，口腔以外の消化管上皮については不明である。

培養組織を用いたカルシウムイメージングにより上皮表

そこで我々は消化管上皮における温度感受性 TRP チャ層に位置する吸収上皮細胞が carvacrol に応答することをネルについて，その発現と分布を検索した。RT-PCR で見いだした。この部位における TRPV3 の役割は不明では TRPV3 の mRNA はマウス遠位結腸で検出され，それあるが，我々はこの組織が carvacrol の刺激により ATP以外の消化管，すなわち食道，胃，十二指腸，近位結腸を放出することを確認しており，この放出因子が遠位結では検出されなかった。機能的発現の有無を確かめるた

腸上皮の TRPV3 の機能の一端を担っている可能性が示

めにマウス遠位結腸上皮を単離してカルシウムイメージ

唆される。

ングを行ったところ，一部の細胞に TRPV3/TRPA1 のア（8）TRPV6はカルシウム恒常性維持に関与する
鈴木喜郎 1,3，Andreas Pasch2，Felix J. Frey2，Matthias A. Hediger3，山中章弘 1，富永真琴 1（1 岡崎統合バイオサイエンスセンター
2

3

インゼル病院

腎臓高血圧内科， ベルン大学

カルシウム (Ca2+) は生体において極めて重要であり，
2+

細胞生理部門，生化学分子医学研究所）

択的な膜 6 回貫通型のイオンチャネルであった。Trpv6

血中 Ca 濃度は小腸における食物からの吸収および骨代

ノックアウトマウスを用いた解析によって，TRPV6 は小謝，腎臓における再吸収が全て調和することによって一

腸 Ca2+流入および胎盤における母子間 Ca2+輸送の一部を定に保たれている。しかしながら生体にとって唯一の担い得ることが示唆された。今回は TRPV6 が小腸 Ca2+

Ca2+流入路と考えられている腸において，管腔膜におけ吸収に関与することを示唆するような異なる角度からの2+

る細胞内への Ca 流入路の分子実体については不明な点2+が多い。留学先の Hediger 研究室において小腸 Ca 流入
2+路の候補として TRPV6 が同定されたが，実際は Ca 選422

証拠，特にヒト Ca 結石発症との関係，およびヒト進化における牧畜の開始との関係について述べたい。

研究会報告（9）ヒト肺微小血管内皮細胞における stretch-activated Ca2+ channel の制御機構とTRP の関与について
理 1，長谷川好規 1，成瀬恵治 3，曽我部正博 2伊藤（1 名古屋大学
3

医学系研究科

岡山大学

呼吸器内科学，2 細胞生理学，

医歯薬学総合研究科

システム生理学）【目的】肺微小血管内皮の細胞内 Ca2+は血管透過性・バリ

濃 度 の 上 昇 を 生 じ ， こ の 反 応 は 細 胞 外 Ca2+ 除 去 ，

ア機能を制御し，肺の発達，homeostasis，病態生理に深stretch-activated channel 阻害剤 Gd3+ 及び TRPV 阻害剤

く関与している。肺微小血管内皮は呼吸に伴うストレッ

ruthenium red で有意に抑制された。このストレッチによ

チ刺激を受けているが，様々な病態下で過剰なストレッ

る Ca2+流入はアクチン重合阻害剤 cytochalasin D によりチにさらされる。特に，急性呼吸促迫症候群 (ARDS) に抑制され，jasplakinolide, sphingosin-1-phosphate によるア

おける機械的人工呼吸器管理下での肺の過剰な伸展は，クチン重合促進により増強した。一方で，thapsigargin,

肺胞上皮細胞や血管内皮細胞の傷害を介して，肺損傷のthrombin による Ca2+流入は cytochalasinD により影響を受更なる悪化，ventilator-induced lung injury (VILI) を引き起けなかった。本細胞には TRPV-2, -4 mRNA 発現を認め

2+homeostasis

た。TRPV-4 活性化薬 4aPDD により生じた Ca2+流入は，の異常が示唆されている。本研究では，肺微小血管内皮

ruthenium red で抑制されたが，cytochalasin D には影響さこす。その機序の一つとして，細胞内 Ca
2+細胞におけるストレッチ活性型 Ca 流入の制御機構につれなかった。

いて検討した。

【総括】我々はストレッチ活性型 Ca2+流入をヒト肺微小【方法】Fibronectin 処理したシリコン膜上にヒト肺微小血

血管内皮細胞において初めて見出した。これは受容体作管内皮細胞を培養し，細胞伸展装置 (ST-150, Strex) を用

動型流入 (ROC) ストア作動型流入 (SOC) とは異なる

2+

いてストレッチ刺激を与えた時の細胞内 Ca 濃度変化をCa2+流入経路であり，TRPV family がその候補チャネルで

fura-2 蛍光で測定した。TRPV-2, TRPV-4 発現を RT-PCRある。ストレッチ活性型 Ca2+流入と機械的ストレスによ法で検討した。

る肺傷害との関連が推測され，TRPV family 遺伝子は治【結果】ストレッチにより，伸展強度依存性に細胞内 Ca

2+

療分子標的となりうる可能性が示唆される。

（10）ヒト脳毛細血管内皮細胞における TRPV4の機能発現
波多野紀行 1，伊藤友香 2，鈴木裕可 1，村木克彦 1（1 愛知学院大学
2

名古屋市立大学

大学院薬学研究科

薬学部

薬効解析学，

医薬品代謝解析学）

脳毛細血管内皮細胞 (BMVEC) は，脳内への物質輸送受容機構に関する報告は少ない。そこで我々は初代培養を規定する脳血液関門の主要構成細胞である。BMVEC

ヒト BMVEC (hBMVEC) を用いて，浸透圧変化及び溶液

はタイトジャンクションにより強く結合しており，物質粘度変化という物理的刺激による細胞機能への影響につの細胞間隙輸送を制限している。またそれと同時にいて検討した。

BMVEC は各種トランスポーターを介して脳内へのブド

hBMVEC に低浸透圧溶液およびデキストラン含有高

ウ糖・アミノ酸等の輸送を行っている。BMVEC は脳浮

粘稠性溶液を添加すると細胞内 Ca2+濃度の上昇が観察さ腫などの病態時において物理的な刺激に曝露され，そのれた。これら物理的刺激による細胞内 Ca2+濃度上昇はル細胞機能に影響を受けると考えられているが，特にヒトテニウムレッドおよびガドリニウムを処置することによでは物理的刺激を感知する分子の同定あるいはその刺激

りほぼ完全に抑制された。次に定量的 RT-PCR 法を用い423

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

た解析を行い，hBMVEC において TRPV4 mRNA が豊富

処置すると，hBMVEC の増殖は抑制され，4αPDD によに発現していることを見出した。さらに，hBMVEC にる細胞増殖促進作用も有意に抑制された。これらの結果

ホールセルパッチクランプ法を適用することにより，高から，hBMVEC において低浸透圧刺激及び高粘稠性溶液

粘稠性溶液によって惹起される非選択的カチオン電流を

刺激は TRPV4 の活性化を介して細胞内 Ca2+濃度を上昇観察した。TRPV4 を標的とした siRNA を hBMVEC に処させることが明らかとなった。また，TRPV4 を介した細2+

置すると，高粘稠性溶液誘発細胞内 Ca 濃度上昇は有意

胞内への Ca2+流入が hBMVEC の細胞増殖を促進していに抑制された。また，TRPV4 選択的アゴニストである

ることが示唆された。

4αPDD を hBMVEC に投与すると，hBMVEC の増殖は有意に促進された。さらに TRPV4 を標的とした siRNA を

また本発表では，線維芽細胞組織における TRPV4 の機能に関しても報告したい。

（11）細胞接着・細胞運動と TRPV2機能制御
長澤雅裕，小島至（群馬大学 生体調節研究所細胞調節分野）

細胞接着には大別して細胞・細胞間接着と細胞・基質

管腫瘍の悪性度にも関連することが報告されている。

間接着 2 種類の様式がある。このような細胞間相互の接我々は，マクロファージやヒトの線維肉腫細胞において着や細胞と細胞基質との接着性相互作用は，細胞移動・

TRPV2 が細胞基質間接着部位に局在して，その細胞接着

組織構築などの生物現象に重要な役割を担っている。さ機能を制御すること。さらに，細胞運動の制御に TRPV2

らに，この接着部位は，多種類の分子によりダイナミッが重要であることを報告してきた。TRPV2 は，adhesome

クに制御され，‘adhesome’と呼ばれるネットワークを形における局所のカルシウムを制御することにより，成していることがわかりはじめた。TRPV2 は，正常な細adhesome の on-off を制御するスイッチ分子として機能す胞・組織で機能しているばかりでなく，前立腺がん，尿るものと考えられる。

（12）マウス有郭乳頭における PKD2L1/PKD1L3チャネルを介した酸味応答
川口仁，山中章弘，内田邦敏，柴崎貢志，曽我部隆彰，富永真琴（岡崎統合バイオサイエンスセンター

細胞生理部門）

我々は，5 つの基本味（苦味，甘味，うま味，塩味，一員である。我々は，このチャネルはパートナーである

酸味）を主に味蕾が存在する部位（茸状乳頭，有郭乳頭，

PKD1L3 と共発現して初めて細胞膜へ輸送され酸に対す

葉状乳頭，口蓋）にて感じることが出来る。この味蕾はる機能的なチャネルを形成することを HEK293 を用いた形態的な違いがある 4 種類のタイプの細胞から構成され異所性発現系にて示した。このチャネルの性質として，ている。このうち TypeIII 細胞は唯一神経とシナプスを形

non selective cation channel であるが比較的 Ca2+透過性が成する味細胞であり，かつ，酸味のレセプターが存在す

高く，また current-voltage (I-V) relationship は整流性を示る可能性が高いと考えられている。今までに酸味レセプ

さず，linear であった。酸に対する活性化閾値は HEK293

ター候補として，ASIC (acid-sensing-ion-channel) など複数を用いた系において，おおよそ pH3 であった。このチャの候補があがっているが，どれもすべての事象をうまく

ネルは，酸刺激を加えられている間ではなく，その刺激説明できてはいない。我々は以前，新しい酸味レセプターが除去された時にチャネルが開き電流が流れるという，候補として PKD2L1/PKD1L3 チャネル複合体について報いわゆる off response という特徴を有していることが以告した。PKD2L1 は別名 TRPP3 とも呼ばれ TRP family の前の研究にて示された。In situ hybridization にて mouse424

研究会報告PKD2L1 mRNA はすべての部位に発現しているが，mouse

PKD2L1 を発現していることも確認された。またパッチ

PKD1L3 mRNA は有郭乳頭，葉状乳頭だけに発現が認め

ク ラ ン プ で も 同 様 に off-response が 確 認 さ れ ， I-Vられた。

relationship は linear を示した。茸状乳頭に対して同様の

今回我々は，実際の味細胞で PKD2L1/PKD1L3 が酸にことを施行したが，off-response は確認されなかった。さ対するレセプターとして機能しているかどうかを見るた

らに，pH による活性化閾値を調べたところ，pH5 付近でめに，カルシウムイメージング，パッチクランプを用いあることが分かった。最近の報告にて，酸味のみ感じなて評価した。GAD67-GFP knock in mice を用いることによくなった 2 人の患者の舌を調べたところ，健常者では存り typeIII 細胞を蛍光させ実験を行った。マウス有郭乳頭在しているが，患者からは ASIC と PKD2L1/PKD1L3 遺に対して，カルシウムイメージングを行ったところ，酸伝子が欠損していることが分かった。こうした状況証拠が洗い流された直後に細胞内カルシウム濃度上昇を確認

から，酸味のレセプターとして PKD2L1/PKD1L3 が機能した，さらにその後，その細胞に対して抗 PKD2L1 抗体

している可能性が考えられる。

で免疫染色を行った結果，off-response を示した細胞は（13）TRPP2変異体は TRPC3と複合体を形成し受容体活性化型 Ca2+流入を増加させる
清中茂樹 1，宮城恭子 2，山田和徳 2，沼田朋大 1，
森恵美子 1，三木崇史 1，加藤賢太 1，森（1 京都大学

工学研究科

合成・生物化学専攻，2 金沢大学

泰生 1

医学研究科）

常 染 色 体 優 性 多 発 性 嚢 胞 腎 (Autosomal dominant

TRPC ファミリーを TRPP2 (697sX) と共発現させて Ca2+

polycystic kidney disease, ADPKD) は，腎臓に多発性の嚢応答を評価したところ，TRPC3 あるいは TRPC7 を共発胞が生じて慢性腎不全を引き起こす遺伝性疾患である。

現させた際に Ca2+流入を大幅に増加させた。GST プルダ

腎嚢胞のほか，肝臓，膵臓，脾臓等にも嚢胞が生じ，高ウン，免疫沈降，クロスリンクなどの生化学実験結果か

血圧，脳動脈瘤なども合併する。ADPKD の原因遺伝子

らは，TRPP2 (697fsX) と TRPC3 が直接相互作用しているとしては，PKD1 (85%)，PKD2 (15%) が知られ，それらことが分かった。また，TRPP2 (697fsX) を過剰発現させは，ポリシスチン (PC) 1 および PC2 (TRPP2) タンパク質

ると，受容体刺激後の TRPC3 電流の逆転電位および単一をコードする。日本においても 10 万人～20 万人程度のチャネルコンダクタンスが変化した。以上の結果から，罹患が推測されている。

TRPP2 (697fsX) は TRPC3 とチャネルヘテロマーを形成

我々は，日本人の ADPKD 患者の遺伝子を解析し，し，受容体刺激後の Ca2+流入を増強することが示唆され

TRPP2 タンパク質の 697 番目のアミノ酸残基以降にフた。また，興味深いことに，腎上皮細胞株である LLC-PK1

レームシフト変異を引き起こす新たな変異を発見した。

細胞において，TRPP2 (679fsX) あるいは TRPP2 (WT) を

この変異体 (TRPP2 (697fsX)) を HEK293 細胞に発現させ過剰発現させたところ，TRPP2 (WT) が basolateral 膜およて機能評価を行ったところ，野生型の TRPP2 (WT) が小び細胞内に局在するに対して，TRPP2 (697fsX) は，apical

胞体に発現し，受容体刺激後の小胞体からの Ca2+放出を膜に局在し，native TRPC3 の局在と一致した。すなわち，増強するのに対して，TRPP2 変異体 TRPP2 (697sX) は形

apical 側で増強された受容体刺激後の Ca2+流入が，嚢胞質膜に存在し，細胞外からの Ca2+流入を増加させた。そ形成を引き起こす異常な細胞増殖の原因の 1 つとして考2+

こで，受容体刺激後の Ca 流入を担うことが知られる

えられる。

425

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（14）TRPC6チャネルの細胞膜上への移行と Ca2+流入
森島繁（福井大学

医学部

薬理学領域）

近年我々は，α1-アドレナリン受容体に Snapin が結合ナルを調べたところ，α1-アドレナリン受容体刺激後にすることを報告した。また，Snapin は，TRPC ファミリー

FRET シグナルが増加することが確認された。このシグ

分子とも結合しており，α1-アドレナリン受容体を活性化

ナルは細胞外 Ca2+を除いた (nominally free) 溶液では増加することにより，TRPC チャネルが細胞膜表面にリクせず，また，α1-アドレナリン受容体のアンタゴニストに2+ルートされ，持続相での細胞内 Ca 上昇の一部である受2+

容体作動性 Ca 流入が起こることを示した。

よりその増加が抑制された。また，Snapin の 2 量体形成に重要と考えられている N 末端側を除いた変異 Snapin

Snapin はもともと SNARE 複合体の構成蛋白である
Snap-25 に “associate” する蛋白として報告されたとおり，を用いた実験では，持続相での細胞内 Ca2+上昇や FRET
シグナルの上昇はほとんど増加が見られなかった。

細胞膜の融合や膜蛋白の輸送などにも関係していると考

細胞膜輸送を阻害する brefeldin A にてあらかじめ処理

えられている。そこで我々は，Snapin を発現させた培養をしておいた細胞においては，細胞内 Ca2+上昇も FRET細胞を用いて，受容体刺激時にどのように TRPC チャネ

シグナルの上昇も見られなかった。

ルが膜表面に発現するか，また Snapin と TRPC チャネル

以上のことから，α1-アドレナリン受容体活性化後のの共在がどのように起きるかを調べた。Snapin と TRPCTRPC チャネルの活性化においては，イオンチャネルのにそれぞれ ECFP と EYFP のタグを付加したものを共発活性化というよりも，TRPC チャネルの表面膜への移行現させた細胞を用い，二光子顕微鏡を用いて FRET シグ

が，受容体作動性 Ca2+流入に重要であると考えられた。

（15）TRPM2のクライオ単粒子解析と TRP 関連タンパク質の ASEM 水中免疫電顕
丸山雄介 1，三尾和弘 1，清中茂樹 2，加藤賢太 2，
西山英利 3，須賀三雄 3，森泰生 2，佐藤主税 1（1 産業技術総合研究所バイオメディカル研究部門，
2

京都大学大学院工学研究科生物化学，3 日本電子（株））【TRPM2 クライオ単粒子解析】TRPM2 は活性酸素種の感造マップへとあてはめた。

知に関わり，その刺激で活性化するチャネルである。そ【ASEM 水中免疫電顕】ASEM は，半導体製造工程で使わのユニークな特徴として，分子内に酵素ドメインを有し，れる SiN 薄膜により電顕カラムの真空を大気から隔てる

この部位への基質結合がチャネルの開閉を制御する。以ことにより，液中での試料観察を可能とする新しい倒立

前我々は，負染色電子顕微鏡画像を用いた単粒子解析法

型走査電子顕微鏡である。この膜は電子線を透過するが，により，その三次元構造を明らかにした。さらに今回，大気圧を支える強靭さも兼ね備える。また上部には光学

クライオ電子顕微鏡画像を用いて，より高分解能で解析顕微鏡も搭載しており，両顕微鏡での同視野観察が可能した。負染色画像からの構造同様，分子全体はベル形でである。薄膜上の細胞は固定するだけで液中観察可能であり，大きく膨れ隙間のある細胞質構造が特徴的であっあり，現状 8 nm の分解能を有している。

た。この細胞質部分は，中心の柱構造を腕状構造が取り

この ASEM を用いた液中免疫電顕法を開発した。標的

巻く，二層構造である。さらに，その細胞質端には特徴

タンパク質は gold 結合抗体を用いてラベルされ，その金的な構造が突き出していた。この部位は TRPM2 の酵素

シグナルを検出する。またこの抗体には蛍光物質も結合ドメインではないかと考え，このドメインとアミノ酸配しているため，最初に光学顕微鏡を用いておおまかな分

列に相同性のある酵素 NUDT9 の結晶構造を，三次元構

子局在を確認した後，同じ領域を ASEM で高分解能観察426

研究会報告できる。試料調製にかかる時間は，通常の蛍光染色同様

一過的に発現させた TRPM2・Orai1・STIM1 などの局在

わずか数時間であり，試料の抗原性保持・形態維持も極を高分解能で可視化することに成功した。

めて良好である。この免疫電顕法を用いて，培養細胞で（16）TRPM8チャネルの構造と機能
池原辰弥 1，細川（1 奈良先端大学院大学2

京都大学

大学院情報学研究科

浩 2，前川真吾 2，小林茂夫 2

情報学研究科

生命機能計測学講座，

知能情報学専攻

生体情報処理分野）

末梢神経に発現している TRPM8 は冷却や，冷感物質なった。その結果生細胞では，TRPM8 は C 末端同士がであるメンソールに応答し，自律性・行動性体温調節に会合していると予測された。変異 TRPM8 を用いた解析

重要な役割を果たす。TRPM8 はその一次構造から他のでは，細胞内 C 末端が TRPM8 の会合と活性に必要であTRP ファミリーチャネルと同様に，6 回膜貫通型であり，った。次に，TRP チャネルのポア領域を同定する実験を

4 量体を形成することで機能的なチャネルを形成するとおこなった。S5-S6 領域間のアミノ酸配列を分子間，種考えられている。しかし，構造の詳細はわかっていない。

間で比較を行い共通領域を発見した。その領域の変異体

本研究では TRPM8 チャネルの構造と機能の関係を解析

では，チャネルの活性化は見られなかった。TRPM8C 末した。TRPM8 を生細胞上でクロスリンク解析をおこなっ

端同士は近傍に存在していた。以上のことから，TRPM8たところ 4 量体の TRPM8 が検出された。TRPM8 の 4 量の活性化には，会合に必要な C 末端とポア領域が必要と体形成に必要な領域を同定するため，FRET 解析をおこ示唆された。

（17）局所麻酔作用を持つ化学物質による脊髄後角の自発性興奮性シナプス伝達促進－TRP チャネルの関与
熊本栄一，朴

（佐賀大学

蓮花，岳

海源，井上将成，藤田亜美，

水田恒太郎，蒋昌宇，八坂敏一，友廣大輔

医学部

生体構造機能学講座（神経生理学分野））

脊髄後角における TRPV1 チャネルや TRPA1 チャネル

実験は，成熟ラット脊髄横断スライスの膠様質ニューの活性化は，後根神経節 (DRG) ニューロンの中枢端からロンへブラインド・ホールセル・パッチクランプ法を適起こるグルタミン酸の自発放出を促進することはよく知用し，−70mV の保持膜電位で膜電流を記録することによられている。我々は昨年の本研究会において，局所麻酔り行った。リドカイン同様，エステル型の局所麻酔薬テ薬のうちで，アミン型のリドカインは TRPA1 チャネルをト ラ カ イ ン (5mM) も 自 発 性 興 奮 性 シ ナ プ ス 後 電 流

活性化してグルタミン酸放出を促進する一方，エステル(sEPSC) の発生頻度を増加させた。この作用は，20 分間

型のプロカインはそのような作用を持たないことを報告

隔の繰り返し投与でも見られた。テトラカインの促進作した。今回，局所麻酔薬のどのような化学構造がグルタ

用は，Na+チャネルの阻害薬テトロドトキシン (0.5µM) やミン酸の放出促進に関与しているかを知る目的で，脊髄TRPV1 チャネルの阻害薬カプサゼピン (10µM) により影後角第 II 層（膠様質）ニューロンにおけるグルタミン酸

響を受けない一方，非選択的 TRP チャネル阻害薬ルテニ

作動性の自発性興奮性シナプス伝達に及ぼす様々な局所

ウムレッド (300µM) により抑制された。他の様々な局所麻酔薬の作用を調べた。

麻酔薬について，プラモキシン（エステル型）は sEPSC

427

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）の発生頻度を増加させ，プリロカイン（アミン型）もそ

ドにより抑制され，ジンゲロン作用はカプサゼピンに抵の増加の傾向を示した。しかし，ロピバカインやレボブ

抗性である一方，ルテニウムレッドにより抑制された。

ピバカイン（いずれもアミン型）は，プロカインと同様

すなわち，TRPV1 チャネルや TRPA1 チャネルの関与がに，sEPSC の発生頻度を減少させた。すなわち，sEPSC示唆された。

の発生頻度増加作用は，局所麻酔薬がアミン型かエステ

以上より，伝導ブロックすなわち局所麻酔の作用を持

ル型のいずれであるかとは無関係であった。最近，カプ

つ多くの化学物質が，脊髄膠様質において TRP チャネル

サイシンを始め様々な TRPV1 チャネル作動薬に伝導ブを活性化することによりグルタミン酸の自発放出を促進

ロック作用があることが報告されている。そこで，DRGすることが明らかになった。この促進作用は，脊髄腔内ニューロンにおいて TRPV1 チャネルを活性化し，伝導ブに投与された局所麻酔薬による神経毒性に寄与すること

ロック作用も持つバニロイド化合物（オイゲノールやジが示唆される。膠様質における TRP チャネル活性化に局ンゲロン）が自発性興奮性シナプス伝達に及ぼす作用を所麻酔薬のアミンやエステルの化学構造の違いは重要で調べた。いずれもテトロドトキシン抵抗性に sEPSC の発ないことが明らかになったが，今後，TRP チャネル活性生頻度を増加させ，この作用は繰り返し投与でも見られ化にどのような化学構造が必要であるか，さらに明らかた。オイゲノール作用はカプサゼピンやルテニウムレッにする必要がある。

428

研究会報告20．痛みの病態生理と神経・分子機構
2010 年 12 月 3 日－12 月 4 日
代表・世話人：倉石泰（富山大学大学院医学薬学研究部応用薬理学研究室）

所内対応者：富永真琴（生理学研究所・岡崎統合バイオサイエンスセンター）（１）教育講演 1：痛みからの解放の歴史－戦争がもたらした痛みを巡って小山なつ（滋賀医科大学生理学講座統合生理学）（２）神経損傷後のアロディニア・断端痛に対するプレガバリン，モルヒネ，トラマドールの効果
宮崎里佳，山本達郎（熊本大学大学院生命科学研究部生体機能制御学）（３）モルヒネ鎮痛耐性を制御するアンチオピオイド機構の解明
三浦裕，西建也，荒木康平，内田仁司，黒須洋，植田弘師（長崎大学大学院医歯薬学総合研究科分子薬理学分野）（４）慢性疼痛におけるエピジェネティクス：疼痛関連遺伝子群のサイレンシング制御機構の解明
内田仁司，荒木康平，植田弘師（長崎大学大学院医歯薬学総合研究科分子薬理学分野）（５）腰痛の発生源としての胸腰筋膜
田口

徹 1，Ulrich HOHEISEL2，Siegfried MENSE2（1 名古屋大学環境医学研究所神経系分野 II，

2

ハイデルベルグ大学医学部マンハイム，CBTM，神経解剖学）（６）遅発性筋痛に関与するプロスタグランジン受容体について－ノックアウトマウスを用いた検討－
太田大樹 2，那須輝顕 2，成宮周 3，水村和枝 1（1 名古屋大学環境医学研究所神経系分野 II，
2

目白大学健康科学部，3 京都大学大学院医学研究科神経細胞薬理学）（７）皮膚癌性疼痛発生への P2X3 プリン受容体の関与
安東嗣修 1，藤田真英 1，佐々木淳 1，済木育夫 2，倉石

泰1

（1 富山大学大学院医学薬学研究部応用薬理学，2 和漢医薬学総合研究所病態生化学）（８）帯状疱疹痛マウスモデルで生じる自発痛様行動における一酸化窒素合成酵素 2 の役割
佐々木淳，金山翔治，安東嗣修，倉石泰（富山大学大学院医学薬学研究部応用薬理学）（９）統合失調症患者における痛覚感受性の変化
中江

文 1，橋本亮太 2,3，前田尚悟 4，奥知子 4，安達友紀 5，福本素由己 3，

大井一高 3，安田由華 3，山森英長 3，酒井規広 1，阪上
上出寛子 7，萩平

学 1，石垣尚一 6，

哲 1，武田雅俊 3，柴田政彦 8，眞下

節1

（1 大阪大学大学院医学系研究科麻酔集中治療医学，2 大阪大学大学院金沢大学浜松医科大学連合
小児発達学研究科子どものこころの分子統御機構研究センター，3 大阪大学大学院医学系研究科精神科学，
4

日本光電株式会社，5 大阪大学大学院人間科学研究科，6 大阪大学大学院歯学系研究科歯科補綴学第一教室，
7

大阪大学大学院基礎工学研究科，8 大阪大学大学院医学系研究科疼痛医学寄付講座）（10）硬膜炎モデルラットにおける光応答性上部頸髄侵害受容ニューロン応答の可塑的変化
人見涼露 1,2，岡田明子 3，I.D.Meng4，岩田幸一 1（1 日本大学歯学部生理学教室，2 日本大学歯学部摂食機能療法学講座，
3

日本大学歯学部口腔診断学講座，4University of New England）

429

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（11）舌および顔面皮膚の侵害受容器感作に対するグルタミン酸受容体の関与
本田訓也 1,2，篠田雅路 2，岩田幸一 2（1 日本大学歯学部口腔外科学教室第 2 講座，2 日本大学歯学部生理学教室）（12）ラット青斑核ノルアドレナリン細胞からの in vivo パッチクランプ記録
杉山大介 1,2，井本敬二 1,3，川真田樹人 2，古江秀昌 1,3（1 自然科学研究機構生理学研究所神経シグナル研究部門，
2

信州大学麻酔蘇生学講座，3 総合研究大学院大学生命科学研究科）（13）教育講演 2：痛覚伝導路は前側索を上行する脊髄視床路でいいか？
山田仁三（東京国際大学人間社会学部）（14）イオンチャネルを用いた新しい局所麻酔薬の開発（第一報）－TRPV1，TRPA1，及び TRPM8 の比較
中川

弘 1，樋浦明夫 2（1 徳島大学医学部歯学部附属病院小児歯科，2 徳島大学歯学部口腔組織学教室）（15）第一級アルコールによる炭素数依存的な TRPA1 チャネル活性化機構
内田邦敏 1,2，小松朋子 1，藤田郁尚 3，富永真琴 1,2（1 岡崎統合バイオサイエンスセンター（生理学研究所）細胞生理研究部門，
2

総合研究大学院大学生命科学研究科生理科学専攻，3 株式会社マンダム中央研究所）（16）成熟ラット脊髄膠様質，痛覚シナプス伝達に対する TRPA1 の役割について
歌

大介，井本敬二，古江秀昌（生理学研究所神経シグナル研究部門，総合研究大学院大学生命科学研究科）（17）脊髄膠様質の痛み伝達制御に働く TRP チャネルの活動電位伝導遮断物質による活性化
熊本栄一，岳海源，朴八坂敏一，楊蓮花，井上将成，蒋昌宇，藤田亜美，柳，川崎弘貴，上村聡子，水田恒太郎（佐賀大学医学部生体構造機能学講座（神経生理学分野））（18）がん性疼痛モデルマウスの脊髄後角における興奮性シナプス応答の変化の検討
柳澤義和 1，古江秀昌 2,3，川股知之 4，歌

大介 2，古瀬晋吾 5，井本敬二 2,3，吉村

惠6（1 吉塚林病院整形外科，2 自然科学研究機構生理学研究所神経シグナル研究部門，
3

総合研究大学院生命科学研究科，4 信州大学医学部麻酔蘇生学講座，
5

中村記念病院麻酔科，6 熊本保健科学大学大学院保健科学研究科）（19）選択的セロトニン再取り込み阻害薬 fluvoxamine の脊髄後角一次求心性興奮性
シナプス伝達レベルにおける疼痛抑制メカニズム
友寄織江 1，小野秀樹 1，田辺光男 1,2（1 名古屋市立大学大学院薬学研究科中枢神経機能薬理学分野，
2

北里大学薬学部薬理学教室）（20）NAAG peptidase inhibitor である ZJ43 の PAG 投与による鎮痛効果
山田寿彦，山本達郎（熊本大学大学院生命科学研究部生体機能制御学）（21）眼窩下神経損傷により発症する疼痛異常の中枢神経機構
鈴木郁子，岩田幸一（日本大学歯学部生理学教室）（22）リゾホスファチジン酸誘発性神経因性疼痛における脊髄ミクログリアの機能的関与
永井潤，馬琳，植田弘師（長崎大学大学院医歯薬学総合研究科分子薬理学分野）（23）教育講演 3：末梢神経性の神経障害性疼痛発生機序植田弘師（長崎大学大学院医歯薬学総合研究科分子薬理学分野）

430

研究会報告【参加者名】
瀬尾憲司（新潟大学，大学院 医歯学総合研究科），舟久

つ（滋賀医科大学，生理学講座），真下 節，柴田政彦，

保恵美（慶應義塾大学，医学部），篠田雅路，鈴木郁子，

中江文（大阪大学，大学院医学系研究科），舟井優介（大人見涼露，本田訓也（日本大学，歯学部），田辺光男（北阪市立大学，大学院 医学研究科），樋浦明夫（徳島大学，里大学，薬学部），石川哲大，宮城正行，鈴木

歯学部）
，江口

都，鴨田

覚（徳島大学病院，歯科麻酔科），柳澤博人（千葉大学，医学研究院），那須輝顕（目白大学，保義和（吉塚林病院，整形外科），熊本栄一，八坂敏一，井健医療学部理学療法学科），山田仁三（東京国際大学，人上将成（佐賀大学，医学部），植田弘師，内田仁司，永井間社会学科），尾崎紀之，堀紀代美，山口豪（金沢大学，潤（長崎大学，大学院 医歯薬学総合研究科），山本達郎，泰，安東嗣修，佐々木淳

山本達郎，宮崎里佳（熊本大学，大学院 生命科学研究部），（富山大学，大学院 医学薬学研究部），富永真琴，山中章

飯野雅宣（アステラスリサーチテクノロジー（株），薬理弘，鈴木喜郎，齋藤研究部），倉橋香菜，林医薬保健研究域医学系），倉石茂，内田邦敏，梅村紀子，常松友美，高山靖規，周徹，加塩麻一鳴，田淵紗和子，新賢一（東レ株式会社，医薬研究所），加賀谷賢太（田辺三菱製薬（株）
，研究本部

薬理

宅健司（岡崎統合バイオ，細胞生理部門），古江秀昌，杉第 2 研究所），小川

山大介，歌 大介，Hur, Sung Won（生理学研究所，神経所），菊池伸次，小林淳一（キッセイ薬品工業（株）
，創

シグナル）
，国

薬研究部）
，伊藤彰敏（旭化成ファーマ（株），医薬研究定久，加勢大輔（生理学研究所），水村

亨（日本ケミファ（株），創薬研究

徹，村瀬詩織，久保亜抄子，センター），臼井健司（JT 医薬総合研究所，生物研究所），

太田大樹，QUEME Fernando，溝口博之（名古屋大学，

石田康直（日本臓器製薬（株），学術部），奥村貴子，渡環境医学研究所），安井正佐也（名古屋大学，大学院 医邉修造（ラクオリア創薬（株）），寶満学系研究科），井上貴行（名古屋大学病院），友寄織江，

板野義太郎（岡山大学，麻酔科），友利公彦（富士フィル

杉浦健之（名古屋市立大学，大学院 薬学研究科）
，松田

ム（株）
）
，神谷厚範（国立循環器病センター研究所），牛輝（中部大学，生命健康科学部

田享宏（愛知医科大学）

和枝，片野坂公明，田口理学療法学科），小山な隆（日本新薬（株）），【概要】
本研究会は，神経障害性疼痛，炎症性疼痛，癌性疼痛や麻酔薬などの薬物関係が各 5 題と多く，チャネル，受などの痛みの病態生理の研究者と痛みの神経機構・分子

容体，情報伝達物質関係が 4 題，筋性疼痛関係と癌性疼機構の研究者が一堂に会して，研究成果を発表し，意見・痛関係が各 2 題，偏頭痛関係が 1 題，臨床関係では統合

情報交換を行うことを目的とした。教育講演は，3 つの失調症患者における疼痛感受性の変化について 1 題の発テーマを選定した。小山なつ先生（滋賀医大）は過去の表がなされた。本研究会では，十分な発表時間を設け研戦争における痛みと鎮痛について解説され，戦争が痛み究の背景から説明していただくことにより，専門外の研の研究や考え方に与えた影響について述べられた。山田

究内容についても理解を深めることが出来た。なお，本仁三先生（東京国際大）は，解剖学の視点から中枢神経研究会のテーマを疼痛関係の研究を広範囲に含むものと系における痛覚上行路について解説され，未だ解決できしたことで，一般演題の内容も広範囲に及んだが，疼痛ていない問題点を指摘された。また，植田弘師先生（長性疾患に関するものでは末梢神経障害に関するものが多崎大）は，神経障害性疼痛の発生におけるリゾホスファ

い傾向は続いていた。また，最近の疼痛に関する基礎研

チジン酸の重要性とその役割・機序について，自ら得た究は，行動，遺伝子・生化学，組織学，電気生理学などデータを中心に解説された。教育講演は，2 講演では痛様々な手法を用いて進められているが，電気生理学的手みを歴史的に振り返り，1 講演では最先端の研究の情報法を取り入れた発表が 9 題と多くあったことが印象に残提供を主目的に実施したが，その目的を十分に果たせたった。

内容であった。一般演題は，末梢神経障害関係と鎮痛薬

431

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（1）教育講演1：痛みからの解放の歴史－戦争がもたらした痛みを巡って小山なつ（滋賀医科大学生理学講座）

痛みに苦しむことはいつの時代でも変わるはずはな(1829～1914) は幻肢痛とカウザルギーという用語を作く，人類は痛みからの解放に取り組んできたことだろう。

り，Jacob Mendes Da Costa (1833～1900) は心身症様の症

痛みに関連する年表を作ってみると，あらゆる痛みに候群の報告をしていた。殺傷力の強いライフル銃が本格様々な物語りがあるが，「戦争」は多大なる痛みを与え的に使用され，総人口の 2%の 60 万人もの戦死者が出た

ただけではなく，医療の進歩に結びつくキーワードの一が，赤痢などの伝染病による病死も少なくないようだ。

つであるだろうと思い，度重なる戦争が引き起こした物

ライフル銃に撃たれた傷口はガス壊疽を起こし，感染症

語の背景を WEB などから拾ってみることにした。

を起こして死に至る可能性が危惧されたため，軍医は担

日本への鉄砲伝来は 1543 年であるが，ヨーロッパの戦ぎ込まれた負傷兵の手足を片っぱしから切断した。南北場では 14 世紀頃から火縄銃や大砲が使われていて，兵士

戦争ではアヘン類やモルヒネが手術前後の鎮痛に使用さ達は惨たらしい銃創に苦しむことになった。床屋外科医

れ，中毒患者を大量生産した。北軍ではジエチルエーテであった Ambroise Paré (1509～1590) も銃創の治療を行

ル麻酔，南軍はクロロホルム麻酔が施されたが，薬は慢

い，砲弾で砕けた四肢を切断した。銃創は火薬で焼かれ性的に不足しており，無麻酔での手術も珍しくなかった。

て毒されているので，焼灼しないと毒がまわって死ぬとあまりの凄惨さに，負傷しても野戦病院への移送を拒むいう説があり，当時の治療は煮えたぎる油を傷口に注ぐ

兵士も多かったのに対して，医療技術が少し進歩した第という治療であった。Paré は偶然も幸いし，焼灼法より二次世界大戦時の負傷兵は尊厳を保ち，重傷にもかかわも炎症の少ない軟膏を使った治療を考案した。Paré は幻らず鎮痛薬を要求しなかったという報告がある。

肢痛を最初に記載した医師でもあり，四肢切断の止血にJohn Joseph Bonica (1917～1994) は第二次世界大戦のおいては結紮止血法を採用していた。近代的な麻酔法の末期に，ルイス陸軍基地マディガン陸軍病院で幻肢痛，発見は 19 世紀であり，それ以前の外科手術は患者にワイカウザルギーに苦しむ兵士達の治療に難渋した。Bonica

ンを飲ませたり，昏倒させたりしても，大男が体を押さはこの時複数の診療科の医師が一丸となって，治療困難

えつけなければできなかった。迅速な手術ができること

な痛みを持つ患者さんに対する診療体制が必要であるとが 名 医 の 条 件 で あ り ， Napoléon 軍 の 軍 医 で あ っ た

痛感し，戦後マルチデシプリナリー・ペインセンターを

Dominique Jean Larrey (1766～1842) は雪と氷で患部を冷組織するに至った。現在の日本は平和であるにもかかわ却して，24 時間に 200 本の足を切断したと伝えられていらず，同様の慢性痛が問題となっている。戦争は身も心る。

も痛めつけるが，それは戦争に限ることではないのだろ

米国の南北戦争 (1861～1865) 時に，Silas Weir Mitchellう。

（2）神経損傷後のアロディニア・断端痛に対するプレガバリン，モルヒネ，トラマドールの効果
宮崎里佳，山本達郎（熊本大学大学院生命科学研究部生体機能制御学）

神経損傷後に発症する痛み（神経障害痛）に対する治が報告された。今回，多くのガイドラインで第 1 選択薬・療は，未だに確立されていない。最近多くの薬物治療の第 2 選択薬に挙げられているプレガバリン・モルヒネ・ガイドラインが報告されてきているが，その有用性も十トラマドールのアロディニア・断端痛に対する効果を，分に検証されていない。最近，同一の個体で神経損傷後

TNT モデルを用いて検討したので報告する。

のアロディニアと断端痛を発症させるモデル (Tibial【方法】ラットを用い，一側の腓骨神経を下腿部にて露出

neuroma transposition (TNT) model, Pain 2008;134:320-34)

し結紮・切断した。中枢側の断端を下腿外側の皮下に移432

研究会報告動し，固定した。神経切断後 1 週間で，足底にアロディ果を示したが，断端痛に対しては鎮痛効果を示さなかっ

ニア，断端移動部に神経鞘腫による断端痛が発症した。

た。一方，モルヒネは，アロディニア・断端痛に対して，

薬物は，全て経口投与とし，投与後 15 分，30 分，45 分，

良好な鎮痛効果を示した。

60 分，75 分，90 分にアロディニア・断端痛の程度を評【結論】薬物により有効な痛みが異なることがわかった。

価した。

臨床で使用する際も痛みの種類により有効性が異なる可【結果】プレガバリン・トラマドールは抗アロディニア効能性が示され，治療にあたっては注意が必要である。

（3）モルヒネ鎮痛耐性を制御するアンチオピオイド機構の解明
三浦裕，西建也，荒木康平，内田仁司，黒須洋，植田弘師（長崎大学大学院医歯薬学総合研究科分子薬理学分野）

これまでの国内外の研究からモルヒネ鎮痛耐性にはるために，BAC (bacterial artificial chromosome) クローンか

様々な分子機構が報告されているが，我々はグルタミン酸-

ら得た µ オピオイド受容体 (MOP) 遺伝子プロモーターのNMDA 受容体を介するアンチオピオイド機構が重要な役

制 御 下 に ， MOP が 発 現 す る 組 み 換 え 遺 伝 子 PMOP:

割を担うことを証明してきた。具体的には，モルヒネ慢性MOP-EGFP を作製し，MOP 遺伝子欠損マウスの脳局所に投与は中脳水道周囲灰白質 (PAG) におけるグルタミン酸-

遺伝子導入した。その結果，モルヒネ慢性投与により生じ

NMDA 受容体機能の活性化，いわゆるアンチオピオイド

る鎮痛耐性は，MOP 遺伝子欠損マウスにおいて消失する機構の亢進による補償機構 (Counterbalance) を介して鎮痛が，PAG に遺伝子導入した MOP 遺伝子欠損マウスでは鎮耐性を生じる，という考え方である。最近の我々の知見で痛耐性が観察されることを見出した。重要な発見は，このは，BDNF を介する神経－グリアネットワークがアンチオ

鎮痛耐性現象が，NMDA 受容体の NR2A サブユニット欠ピオイド機構において重要な役割を果たすことが明らか

損マウスにおいて消失したことである。異なる脳領域におになりつつある。

ける同様なモルヒネ耐性形成に及ぼす影響などを含めて，今回，特定脳領域における MOP の機能的役割を解析す

この仮説の検証の最近の進歩について報告したい。

（4）慢性疼痛におけるエピジェネティクス：疼痛関連遺伝子群のサイレンシング制御機構の解明
内田仁司，荒木康平，植田弘師（長崎大学大学院医歯薬学総合研究科分子薬理学分野）

一次知覚神経の損傷は，疼痛過敏，アロディニア，知て，これらの遺伝子がサイレンサーエレメント NRSE を覚鈍麻などの多様な臨床症状を示す慢性疼痛（神経因性有することに着目し，転写抑制因子 NRSF を介する遺伝疼痛）を誘発する。その分子基盤において，長期的な遺子サイレンシングの機能的関与を解析した。第一に，神伝子発現変調を介する痛み伝達経路の機能的変調が重要

経損傷後の一次知覚神経において，NRSF の長期的な発な役割を果たすと考えられている。しかしながら，その現増加が観察された。第二に，神経損傷後では，これら

転写制御機構，特に長期性の分子基盤については明らかの遺伝子の NRSE 配列において，NRSF 結合量の増加，になっていない。そこで，クロマチン再構築を介して長およびヒストンアセチル化の低下が認められた。第三に，期的遺伝子発現を制御する「エピジェネティクス機構」

アンチセンスオリゴにより NRSF のノックダウンは，神の観点から検討を行った。

経 損 傷 後 に お け る 疼 痛 関 連 遺 伝 子 群 (MOP, Nav1.8,

具体的には，一次知覚神経におけるµオピオイド受容

TRPM8, TRPA1, Kv4.3) の発現低下を抑制した。第四に，体(MOP)とナトリウムチャネル Nav1.8 の発現低下につい

NRSF のノックダウンは，神経損傷後における C 線維性433

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

知覚鈍麻および末梢性モルヒネ鎮痛の消失を顕著に改善

子群をサイレンシングし，知覚鈍麻およびモルヒネ鎮痛した。以上の結果から，神経損傷後に発現増加する NRSFの消失を誘発することが強く示唆された。

が，エピジェネティクス制御機構を介して疼痛関連遺伝（5）腰痛の発生源としての胸腰筋膜
田口

徹 1，Ulrich HOHEISEL2，Siegfried MENSE2（1 名古屋大学環境医学研究所神経系分野 II，

2

ハイデルベルグ大学医学部マンハイム，CBTM，神経解剖学）

腰部の筋や筋膜は腰痛の発生源として重要であると考脊髄分節に相当する椎体レベルより，常に 2～4 分節程えられているが，その神経解剖学的，電気生理学的研究

度，尾側にシフトしていた。さらに，腰部多裂筋に完全による根拠は乏しい。そこで我々はラット脊髄後角ニ

フロイントアジュバントを投与し慢性炎症を惹起する

ューロンの細胞外記録を体系的に行い，Th13-L5 脊髄分と，胸腰筋膜から脊髄への入力は有意に増加した。正常節から腰部の胸腰筋膜に受容野をもつニューロンの同定

動物でみられた受容野の尾側方向へのシフトは CFA 投を試みた。Th13-L2 脊髄後角において，後根の電気刺激

与による慢性炎症状態においても同様に観察された。胸により同定した後角ニューロンのうち約 5-15%が腰部胸腰筋膜の神経解剖学的観察により，1) 胸腰筋膜は 3 層構

腰筋膜に受容野を有していた。一方，L3-L5 脊髄ではこ造をなしていた。2) 神経線維のマーカーである PGP 9.5

れらのニューロンは同定できず，腰部胸腰筋膜からの入陽性線維は outer layer にもっとも密に観察された。3) 小

力は主として L2 脊髄分節またはそれより頭側に投射す

径線維のマーカーである CGRP や SP 陽性線維も同様に，ると考えられた。また，胸腰筋膜より入力を受けるニュー

outer layer にもっとも密に観察された。以上より，胸腰ロンの約 88%は，他の組織や部位から収束入力を受けて筋膜は侵害受容を担う組織であり，腰痛の発生源としていた。面白いことに，胸腰筋膜の受容野の中心は，記録重要であると考えられた。

（6）遅発性筋痛に関与するプロスタグランジン受容体について－ノックアウトマウスを用いた検討－
太田大樹 2，那須輝顕 2，成宮周 3，水村和枝 1（1 名古屋大学環境医学研究所神経系分野 II，
2

目白大学健康科学部，3 京都大学大学院医学研究科神経細胞薬理学）

慣れない運動などの後に遅発性筋痛（DOMS, 筋機械

208，小野薬品工業（株）提供）を投与したが，DOMS痛覚過敏）が生じることが知られている。本研究室では，の抑制を確認できなかった。そこで今回，残る EP2 なら伸張性収縮 (LC) 負荷による本症動物モデルを作製し，行びに IP（PGI2 受容体）の関与を調べるため，EP2，IP 欠動薬理実験ならびに筋における COX-2 発現解析によっ

損マウス (KO) を用い，LC 負荷により DOMS が生じるて DOMS に対する COX-2 の関与を明らかにした。しかか調べた。

し，この下流でどのプロスタグランジン種が生成される

雄性 EP2KO，IPKO 及び野生型マウス (C57Bl/6) の下か，その受容体は何かなどの点については不明である。

腿後面筋群に対し，マウスに合わせた収縮条件（1 秒間

これまで我々は，本モデルに EP（PGE2 受容体）1, 3, 4の筋収縮と同期し背屈 40°
伸張を 300 回反復）で LC を負拮抗薬（それぞれ ONO-8713, ONO-AE5-599, ONO-AE3-荷した。その前後において腓腹筋の筋機械逃避反応閾値434

研究会報告をランダルセリット装置 (8 g/s) により測定した。なお，

閾値低下が全くみられなかった。以上より，PG 受容体

先行実験において，このランダルセリット測定法がマウのなかで EP2 受容体が DOMS 形成に強く関与すること

スの骨格筋の逃避反応閾値を特異的に測定できることをが示唆された。また本研究室の実験結果において COX2

証明している。

下流経路の活性化によりグリア由来神経栄養因子

この結果，野生群の筋機械逃避反応閾値は運動後 12～24 時間において有意に低下した。IPKO は野生群と全(GDNF) の発現上昇が示されていることから，今後は，EP2 から GDNF 発現へ行く経路を検討したい。

く同様の閾値低下を示した。これに対し EP2KO 群では（7）皮膚癌性疼痛発生への P2X3プリン受容体の関与
安東嗣修 1，藤田真英 1，佐々木淳 1，済木育夫 2，倉石

泰1

（1 富山大学大学院医学薬学研究部応用薬理学，2 和漢医薬学総合研究所病態生化学）

ATP は，痛みの発生や伝達に重要な役割を担っている。

と比べ，より顕著に licking を生じた。Suramine は，皮膚本研究では，ATP 及びその受容体の癌性疼痛への関与を，

癌性疼痛マウスモデル脛骨神経の自発発火を抑制した。

メラノーマ細胞の後肢足蹠へ同所移植により作製した皮後肢足蹠での ATP の遊離は，癌細胞移植足で健常足と比膚癌性疼痛マウスモデルを用いて検討した。非選択的 P2

べ有意に増加していた。また，後根神経節における P2X3

プリン受容体拮抗薬 suramine，P2X 受容体選択的拮抗薬

受容体陽性神経細胞の割合が癌の移植により増加してい

TNP-ATP および PPADS は，皮膚癌性疼痛マウスモデル

た。受容体拮抗薬の効果および感覚神経での発現変化かの癌細胞移植足への自発的疼痛様行動 (licking) を抑制しら P2X3 及び P2X2/3 が本癌性疼痛に関与していることがた。癌細胞移植足蹠への ATP の皮下注射は，健常マウス

示唆される。

（8）帯状疱疹痛マウスモデルで生じる自発痛様行動における一酸化窒素合成酵素2の役割
佐々木淳，金山翔治，安東嗣修，倉石泰（富山大学大学院医学薬学研究部応用薬理学）

単純ヘルペスウイルス 1 型の経皮接種により作製する

的 P2X3 受容体拮抗薬 A317491 により有意に抑制された帯状疱疹痛マウスモデルを用いて，帯状疱疹による自発ことから，NO が ATP/P2X3 受容体シグナルを増強する可痛の発生における一酸化窒素合成酵素 2 (NOS2) の関与

能性を考えた。興味深いことに，NOR3 は P2X 受容体作を検証した。一酸化窒素 (NO) 消去薬 CPTIO および選択動薬α, β-meATP の発痛作用を有意に増強し，この増強は的 NOS2 阻害薬 AMT の全身性投与は，自発痛様行動で

CPTIO，A317491，グアニル酸シクラーゼ (GC) 阻害薬

ある皮膚病変部への舐め行動を有意に抑制した。感覚神

ODQ およびプロテインキナーゼ G (PKG) 阻害薬 KT5823

経節および皮膚においてウイルス増殖後に NOS2 の発現の前処置により消失した。本研究から，ウイルス増殖に誘導が生じ，NOS2 の主な発現細胞はマクロファージでより感覚神経節と皮膚で生じる免疫反応が NOS2 を発現あった。健常マウスに NO 供与体 NOR3 を単独で局所注

誘導し，産生された NO が GC/cGMP/PKG 経路を介して射しても有意な自発痛様行動（注射部位への舐め行動）

ATP/P2X3 受容体シグナルを増強することで，帯状疱疹には生じなかった。帯状疱疹痛マウスの自発痛行動は選択よる自発痛が生じることが示唆される。

435

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（9）統合失調症患者における痛覚感受性の変化
中江

文 1，橋本亮太 2,3，前田尚悟 4，奥知子 4，安達友紀 5，福本素由己 3，

大井一高 3，安田由華 3，山森英長 3，酒井規広 1，阪上
上出寛子 7，萩平

学 1，石垣尚一 6，

哲 1，武田雅俊 3，柴田政彦 8，眞下

節1

（1 大阪大学大学院医学系研究科麻酔集中治療医学，2

大阪大学大学院金沢大学浜松医科大学連合小児発達学研究科
子どものこころの分子統御機構研究センター，

3
5

大阪大学大学院医学系研究科精神科学，4 日本光電株式会社，

大阪大学大学院人間科学研究科，6 大阪大学大学院歯学系研究科歯科補綴学第一教室，
7

大阪大学大学院基礎工学研究科，8 大阪大学大学院医学系研究科疼痛医学寄付講座）【背景】統合失調症患者は痛みに強いと言われ，注意機能，

票 (McGill Pain Questionnaire) の回答を求めた。統計は認知機能との関連の可能性を示唆する報告があるが小規JMP8.01 を用い，Wilcoxon 順位和検定を行った。

模な研究における仮説に留まっている。今回我々は患者【結果】電気刺激での痛み耐性電流は患者で高く，「ひきと健常者の痛覚閾値の差と痛みの感じ方の差について検つる痛み」のスコアが患者で低値であった。温痛覚閾値討を行った。

は患者で高く，「熱い，焼けるような痛み」のスコアが【方法】DSM-IV によって精神科医が診断した統合失調症

患者で低値であった。

患者 54 人，健常者 60 人に対し，電気刺激（Pain Vision:【考察】統合失調症患者は健常者と刺激に対する感受性がニプロ），温冷痛覚刺激（UDH-300：ユニークメデイカル）

異なる可能性が考えられた。

を行った。各々の刺激で最も痛かった刺激に対する質問（10）硬膜炎モデルラットにおける光応答性上部頸髄侵害受容ニューロン応答の可塑的変化
人見涼露 1,2，岡田明子 3，I.D.Meng4，岩田幸一 1（1 日本大学歯学部生理学教室，2 摂食機能療法学講座，
3

口腔診断学講座，4University of New England）

近年，硬膜に受容野を持ち眼への光刺激に応答する上激に対するニューロン活動を記録した。その後，部頸髄 (C1-C2) 侵害受容ニューロンが存在することが報10%Mastard Oil (MO) を硬膜受容野に 60 分間投与し同様告されたが，光刺激に応答する C1-C2 侵害受容ニューロの刺激に対するニューロンの応答性変化を解析した。光

ンが硬膜の炎症後，いかなるメカニズムで変調を受ける

応答性硬膜感受性侵害受容ニューロンは C1-C2 後角の腹かについては全く不明である。そこで本研究では，硬膜外側表層に存在した。硬膜の炎症によって，顔面皮膚受に炎症を起こした片頭痛モデルラットを用い，C1-C2 に容野の拡大および自発放電の増加を認めた。また，光お分布する光応答性硬膜感受性侵害受容ニューロン活動をよび機械刺激に対するニューロン応答は MO 投与前と比詳細に検索した。ハロセン吸入麻酔 (1%) 下にて SD 系雄較して有意な増加を示した。以上より，光刺激により増性ラットの C1-C2 より光応答性および硬膜感受性侵害受強する片頭痛には硬膜の炎症による光感受性 C1-C2 侵害

容ニューロンを検出し，持続光あるいはフラッシュ光受容ニューロンの活動性増強が重要な働きを有する可能(0.3Jor2J, 0.5Hz, 1min) および顔面皮膚受容野への機械刺性が示された。

436

研究会報告（11）舌および顔面皮膚の侵害受容器感作に対するグルタミン酸受容体の関与
本田訓也 1,2，篠田雅路 2，岩田幸一 2（1 日本大学歯学部口腔外科学教室第 2 講座，2 生理学教室）
舌および顔面皮膚の侵害受容器感作に対するグルタミは有意な変化は認められなかった。一方，舌および顔面

ン酸 (Glu) 受容体の役割を解明するために，麻酔下にて皮膚の熱刺激に対する逃避閾値の有意な低下が認められ

SD 雄性ラットの舌および顔面皮膚に Glu 投与を行い，5た。また，舌への冷刺激に対し pERK 発現数の有意な増分後の熱・冷刺激に対する逃避行動を観察した。また Glu

加が認められたが，顔面皮膚においては有意な変化は認

投与後，熱 (50℃)・冷 (5℃) 刺激を行い，三叉神経脊髄

められなかった。さらに，末梢への NMDA および AMPA

路核尾側亜核および上部頸髄ニューロンにおける pERK

受容体拮抗薬処置または PD 髄腔内投与により，有意な発現様式を解析した。さらに，Glu 投与 5 分前に NMDA

逃避閾値の上昇および pERK 発現数の低下が認められおよび AMPA 受容体拮抗薬で処置，または 7 日前に MEKた。よって，Glu 受容体の活性により，舌の冷刺激に応

inhibitor である PD98059 (PD) 髄腔内処置後同様に解析し答する侵害受容器が感作されるのに対し，顔面皮膚におた。顔面皮膚および舌への Glu 投与後，舌の冷刺激に対いては感作されず，熱刺激に対しては舌および顔面皮膚する逃避閾値の有意な低下が認められたが，顔面皮膚でとも感作されることが示唆された。

（12）ラット青斑核ノルアドレナリン細胞からの in vivo パッチクランプ記録
杉山大介 1,2，井本敬二 1,3，川真田樹人 2，古江秀昌 1,3（1 自然科学研究機構生理学研究所神経シグナル研究部門，2 信州大学麻酔蘇生学講座，
3

総合研究大学院大学生命科学研究科）

脳幹青斑核のノルアドレナリン細胞は脊髄後角表層へ

ギガオームシールを形成し，cell-attached mode で活動電投射し，脊髄における痛みの伝達を下行性に調節するこ位を記録した。青斑核ニューロンは数ヘルツの自発性のとが知られている。脊髄におけるノルアドレナリンの鎮活動電位を発生し，末梢への痛み刺激によってその発生痛機構は，近年のスライス標本を用いた研究からシナプ

頻度を一過性に増加した。電流固定下にホールセルクラ

スレベルで詳細に調べられてきた。一方で，下行性疼痛

ンプ記録を行うと，約−60 mV の静止電位を有し，同様の抑制系のノルアドレナリンの起始核である青斑核ニュー頻度の活動電位が記録された。電位固定下に入力するシロンの活動そのものをコントロールするメカニズムの詳

ナプス応答を記録すると，興奮性のシナプス応答に比し細は不明な事が多い。そこで，青斑核ニューロンへ入力て，高頻度の自発性の抑制性シナプス後電流が観察されするシナプス応答を詳細に解析する in vivo パッチクラン

た。以上より，開発に成功した青斑核からの in vivo パップ法を開発した。

チクランプ法は，薬効評価や慢性疼痛時における異常がウレタン麻酔下にラット頭部を定位固定装置にセット

シナプスレベルで定量解析できるなど，鎮痛薬の開発やした。開頭後に小脳を除去し，露出した脳幹背側から，

疼痛発症メカニズムの研究に有用であることが示唆され

パッチ電極を青斑核に刺入した。青斑核ニューロンから

た。

437

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（13）教育講演2：痛覚伝導路は前側索を上行する脊髄視床路でいいのか？
山田仁三（東京国際大学人間社会学部）

左第 1, 2 頚髄に銃創を受け右半身に痛みを感じなくなったと表現した患者の病理所見で，銃創は脊髄前側索に

臨床的には，コルドトミーは一定期間の除痛効果があるが再び不快感を増した痛みが再現する。

比較的限局していた。この症例から，痛覚伝導路は前側

一方，ヒトの中心後回には触覚はあるが痛覚は無いこ

索を上行するということを Gowers (1886) が初めてヒトとを Penfield と Rasmussen (1950) が報告し，彼らの所見で明らかにした。これをもとに，癌性疼痛をはじめ難治は現代の脳外科医の間でも常識となっている。したがっ性疼痛を除去するために前側索切断術（コルドトミー）て，中心後回は視床後外側腹側 (VPL) を介して dlSTT がが世界中で盛んに行われ，また動物の前側索切断実験が伝達する情報を受けるから，中心後回が痛覚を受容しな行われ膨大な知見が報告されている。その中でも久留ければ，dlSTT は痛覚固有の伝導路ではなく，またその(1949) は，過去の多数の所見を総括するとともに，人で起始細胞を痛覚固有の伝導路の起始細胞とすることがで

脊髄および脳幹を詳細に検討した。その結果，後角周辺きなくなる。しかし，Melzack and Wall (1965) のゲートコ部（I 層および II 層外側部）の大型の細胞が対側の前側

ントロールの脊髄視床路の起始細胞を始め，末梢神経，

索に線維を送って背外側脊髄視床路 (dlSTT) 作り，痛み

脊髄神経節，さらには脊髄後角で分子生物学的手法を用

情報を視床まで伝え，さらに V 層の大型細胞から発していた痛覚に関する論文の多くは，痛覚に関わる細胞を対側の前索に至る線維を腹内側脊髄視床路 (vmSTT) とdlSTT の起始細胞としている。上記した臨床所見からもし触覚を伝えるとした。このような概念が今日の教科書

dlSTT は痛覚固有の伝導路でない可能性が強いので，痛に記載されている。しかし，久留の所見は，細い線維が覚固有の起始細胞および伝導路を明確にしたうえで，脊染まりにくい Marchi 染色法を用いたため，脳幹における髄における痛覚実験を行うべきである。それには，新た

dlSTT と vmSTT の位置関係に曖昧なところがある。とりな痛覚発現のための伝導路およびその起始細胞を見つけわけ，脳幹網様体と強くかかわる vmSTT が明瞭さに欠け出す必要がある。

る。網様体は視床髄板内核を介して広範な大脳皮質に情ちなみに後根が終止する後角周辺部の細胞は圧倒的に報を送り，また視床下部にも強力な情報を送る。なお，

小型が多い。後角周辺部の大型の細胞が dlSTT の起始細延髄網様体は脊髄と相互結合をもち，末梢侵害刺激に応胞で，小型の細胞が結合腕傍核への線維の起始細胞であじ，頚髄後角周辺部および V～VII 層に投射する。

る。

（14）イオンチャネルを用いた新しい局所麻酔薬の開発（第一報）－TRPV1，TRPA1，及び TRPM8の比較
中川

弘 1，樋浦明夫 2（1 徳島大学医学部歯学部附属病院小児歯科，2 同大学歯学部口腔組織学教室）

歯科の臨床で一般的に用いられているリドカインは，

彼らの方法を臨床的に用いるためにカプサイシンに代わ

脂質親和性が高いために容易に細胞膜を通過し，痛覚以る物質を見つけることにある。我々は TRPA1 や TRPM8

外のニューロンにも作用し不快な痺れや運動麻痺が起こを用いて，TRPV1 と同じように QX-314 による麻酔作用

る。最近，Binshtok らは，QX-314 とカプサイシンを同時が現れるかどうか侵害熱および機械的刺激を用いて行動

投与で痛覚受容器を選択的に抑制できることを報告し学的に検討した。

た。その方法を臨床に用いるには，カプサイシン自身が【実験方法】生後 8 週から 10 週のラット 24 匹を侵害熱刺

痛みを引き起こすという問題がある。本研究の目的は，激に，生後 5 週から 7 週のラット 24 匹を機械的刺激に用438

研究会報告いた。投与薬剤は，TRPV1，TRPA1 および TRPM8 それを示したフィラメントの値を測定値とした。

ぞれのアゴニストであるカプサイシン，アリールイソチ【結果と考察】侵害熱刺激に関して，TRPV1 の実験群でオシアネイト (AITC) およびメンソールを用いた。投与方は，QX-314 との混合液群およびカプサイシン単独群に有法は，動物を 6 匹ずつ 4 群に分け，それぞれの後足底部意な麻酔効果が見られた。TRPA1 の実験群では麻酔効果に (1) アゴニストと QX-314 の混合液，(2) アゴニスト単がなかった。TRPM8 の実験群では，QX-314 との混合液

独，(3) QX-314 単独，(4) 溶媒のみを各 10µl 投与した。

群とメンソール単独群に同様な麻酔効果が見られた。機

侵害熱刺激は，足底部に赤外線を当て（Hargreaves 法），

械的刺激にかんして，TRPV1，TRPA1 の実験群全てに麻回避行動をとるまでの時間を測定した。機械的刺激は，

酔効果がなかった。QX-314 のチャネル通過は TRPV1 が

von Frey フィラメントを用い，足底部を刺激し回避行動有効である。

（15）第一級アルコールによる炭素数依存的な TRPA1チャネル活性化機構
内田邦敏 1,2，小松朋子 1，藤田郁尚 3，富永真琴 1,2（1 岡崎統合バイオサイエンスセンター（生理学研究所）細胞生理研究部門，
2

総合研究大学院大学生命科学研究科生理科学専攻，3 株式会社マンダム中央研究所）

第一級アルコールは化粧品の防腐剤として使用されての活性化は細胞質要素非依存的であると考えられた。第いるが，皮膚や粘膜への刺激性を有することが知られて一級アルコールによる TRPA1 活性化の構造基盤を検討いる。そのメカニズムは明らかになっていないが，今回するために点変異体解析を行ったところ，665 番目の私たちは第一級アルコールが TRPA1 を活性化すること

cysteine 残基と 983 番目の histidine 残基がアルコールによ2+を見いだした。Ca -imaging 法でアルコールによる細胞
2+

内 Ca 濃度変化を観察すると，炭素数依存的に C5OH か2+る活性化に関与していることが示唆された。さらに，それぞれの残基に作用することが報告されているリガンド

ら有意な細胞内 Ca 濃度上昇が観察された。TRPA1 を強と 1-C8OH の同時投与による解析を行った結果，それぞ制発現させた HEK293 細胞にパッチクランプ法を適用しれ単独では TRPA1 活性化能がほとんど認められない濃て 全 細 胞 型 膜 電 流 を 測 定 す る と ， 1-C6OH, 1-C7OH,

度によって大きな電流応答が観察され，何らかの相乗作

1-C8OH の比較では，炭素数が大きくなるほど活性化の用があるものと推測された。このように，TRPA1 はアルpotency は増大し，一方 efficacy は減少することが明らか

コールセンサーとして働くことが明らかとなり，TRPA1になった。Inside/out mode による単一チャネル電流記録

がアルコールによる痛みの受容に関与していることが示においても作用は認められ，アルコールによる TRPA1

唆された。

（16）成熟ラット脊髄膠様質，痛覚シナプス伝達に対する TRPA1の役割について
歌

大介，井本敬二，古江秀昌（生理学研究所神経シグナル研究部門，総合研究大学院大学生命科学研究科）

TRPA1 は侵害性冷覚や炎症性侵害により活性化され回路の詳細は不明なことが多い。我々は脊髄 TRPA1 を活ることが知られており，一次求心性線維の一部の小型細性化すると，膠様質細胞のシナプス伝達がどのような影胞やその末梢終末部のみならず，脊髄後角の中枢終末部

響を受けるかを，成熟ラット脊髄スライスを用いたホーに発現することが報告されている。脊髄膠様質は侵害性

ルセルパッチクランプ記録法と形態学的解析を行って検情報伝達の調節に重要な役割を果たすが，そのシナプス

討した。

439

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

TRPA1 作動薬である cinnamaldehyde (CA) は，一部の深いことに，CA は，C（Aδではなく）線維によって誘起膠様質細胞において興奮性シナプス後電流の発生頻度をされた単シナプス性興奮性シナプス後電流に対する選択増強させた。CA は膠様質細胞のうち，vertical 細胞と radial

的な抑制作用を有した。これらの結果から，脊髄の細胞で興奮性シナプス後電流の増強作用を示したが，TRPA1 のシナプス前性の活性化によって，vertical 細胞や

islet 細胞と central 細胞ではその作用は見られなかった。

radial 細胞への微小興奮性シナプス伝達が促進されるが，特に，CA は，抑制性シナプス後電流に変化を与えず，一方で，末梢からの C 線維誘起のシナプス応答は抑制さ

また，シナプス後性の直接作用も見られなかった。興味れることが示唆された。

（17）脊髄膠様質の痛み伝達制御に働く TRP チャネルの活動電位伝導遮断物質による活性化
熊本栄一，岳海源，朴八坂敏一，楊蓮花，井上将成，蒋昌宇，藤田亜美，柳，川崎弘貴，上村聡子，水田恒太郎（佐賀大学医学部生体構造機能学講座（神経生理学分野））

脊髄後角第 II 層（膠様質）の神経回路が皮膚末梢から奮性シナプス伝達に及ぼす作用を調べたので報告する。

脊髄後角に入力する痛み情報の伝達制御において重要な実験は，成熟ラット脊髄横断スライスの膠様質ニューロ役割を果たすことはよく知られている。その制御に働くンへホールセル・パッチクランプ法を適用し，−70 mV の

TRP チャネルとして，TRPV1，TRPA1 および TRPM8 が保持膜電位で膜電流を記録することにより行った。それ知られている一方，それらの内因性作動物質については

らは濃度依存性に自発性 EPSC の発生頻度を増加させ不明な点が多い。我々は，今まで，後根神経節ニューロ

た。また，TRPV1 活性化の場合と異なり，いずれも 20

ンに発現している TRP チャネルの作動物質であるカプ

分間隔の繰り返し投与でも見られた。さらに，Na+チャネ

サイシン，アリルイソチオサイアネート，レシニフェラ

ル阻害薬テトロドトキシンや TRPV1 チャネル阻害薬カトキシンおよび局所麻酔薬リドカインが膠様質ニューロ

プサゼピンにより影響を受けない一方，非選択的 TRP チンへのグルタミン酸の自発放出に及ぼす作用を調べるこ

ャネル阻害薬ルテニウムレッドにより抑制された。テトとにより，痛み伝達制御に働く TRP チャネルの活性化をラカインと同様，ジンゲロンやオイゲノールは活動電位調べてきた。今回，リドカインと同様な局所麻酔薬テト

伝導遮断作用を持つことが知られており，これらいずれ

ラカイン，および TRPV1 作動薬のジンゲロン（生姜の辛の伝導遮断物質も TRPV1 以外の TRP チャネルを活性化み成分）とオイゲノール（月桂樹に含まれる成分）が膠することが示唆される。

様質ニューロンにおけるグルタミン酸作動性の自発性興（18）がん性疼痛モデルマウスの脊髄後角における興奮性シナプス応答の変化の検討
柳澤義和 1，古江秀昌 2,3，川股知之 4，歌

大介 2，古瀬晋吾 5，井本敬二 2,3，吉村

惠6（1 吉塚林病院整形外科，2 自然科学研究機構生理学研究所神経シグナル研究部門，
3

総合研究大学院生命科学研究科，4 信州大学医学部麻酔蘇生学講座，
5

中村記念病院麻酔科，6 熊本保健科学大学大学院保健科学研究科）

骨がん患者において疼痛は頻度の高い症状であるが，腔内に移植してマウス骨がんモデルを作製し疼痛関連行

治療に難渋することも多く，またその発症メカニズムの動を評価後，脊髄後角における興奮性シナプス応答を検詳細は不明である。今回我々は骨溶解細胞を左大腿骨髄討した。行動学的評価ではモデル作製後 7 日目以降より440

研究会報告自発性疼痛関連行動が観察され，また作製 14-21 日後にルでは振幅の大きな微小 EPSCs が誘起された。さらに後は腫瘍占拠部位以外の患側後肢足底に機械的刺激逃避行

根誘起の応答ではモデルにて C 線維を介した単シナプス

動閾値の低下を認めた。さらに移植 14-21 日後のモデル

性 EPSCs の振幅増大，およびに Aδ線維と C 線維を介しマウスより後根付き脊髄横断スライス標本を作製し，脊た多シナプス性入力を受ける細胞数増加を認めた。これ

髄後角表層の膠様質細胞に誘起される興奮性シナプス後らの結果からモデルでは腫瘍占拠部位以外にも知覚過敏

電流（以下，EPSCs）をパッチクランプ法にて記録・解が生じ，腰髄では多髄節に興奮性シナプス伝達が増強し析した。モデルでは多髄節に渡って正常より振幅の大きていた。この脊髄における興奮性シナプス応答の可塑的な自発性 EPSCs が誘起され，TTX 存在下においてもモデ変化が，がん性疼痛発症メカニズムの一因と考えられた。

（19）選択的セロトニン再取り込み阻害薬 fluvoxamine の脊髄後角一次求心性興奮性シナプス
伝達レベルにおける疼痛抑制メカニズム
友寄織江 1，小野秀樹 1，田辺光男 1,2（1 名古屋市立大学大学院薬学研究科中枢神経機能薬理学分野，2 北里大学薬学部薬理学教室）

選 択 的 セ ロ ト ニ ン 再 取 り 込 み 阻 害 薬 fluvoxamineている細胞では，mEPSCs 発生頻度は FVX によって増大(FVX) は急性痛及び慢性痛に鎮痛効果を持つことが知ら傾向を示したものの統計的に有意には至らなかった。一れている。本研究では FVX の鎮痛作用の脊髄シナプス伝方，一次求心性 Aδ線維－脊髄膠様質細胞の興奮性シナプ

達レベルにおけるメカニズム解明を目的として，成熟マ

ス伝達において Sr2+存在下に誘発した非同期性 EPSCs の

ウス後根付き脊髄スライスを作製し，スライスパッチク

発生頻度に対して FVX は抑制作用を示した。

ランプ法を用いて脊髄膠様質細胞よりホールセル記録を以上の結果より，FVX は膠様質介在細胞神経終末から行い，一次求心性線維を介する単シナプス性興奮性シナの興奮性神経伝達物質の放出を増大させるが，一次求心

プス後電流 (eEPSCs) 及び微小興奮性シナプス後電流性 Aδ線維終末からの放出を特異的に抑制することで脊(mEPSCs) に対する FVX の作用を検討した。

髄への痛み情報の入力を抑制することが示唆された。こFVX は Aδ線維性及び C 線維性 EPSCs の振幅を抑制したが，任意に記録した膠様質細胞の mEPSCs 発生頻度を

れが FVX の鎮痛作用に大きく寄与する可能性が考えられる。

有意に増大させた。しかし一次求心性線維の入力を受け（20）NAAG peptidase inhibitor である ZJ43の PAG 投与による鎮痛効果
山田寿彦，山本達郎（熊本大学大学院生命科学研究部生体機能制御学）

N-acetyl-aspartyl-glutamate (NAAG) は哺乳動物の中枢酵素阻害薬である ZJ43 をラット periaqueductal grey

神経系に 3 番目に多く存在する神経伝達物質である。

(PAG) に脳定位手術の手法を用いて投与し，その効果を

NAAG は mGluR3 の作動物質である。NAAG の分解酵素

ホルマリンテストにより検討したので報告する。

阻害薬により NAAG 量を増加させることが出来ること【方法】SD ラット (250-300g) に脳定位手術により PAGが知られている。NAAG 分解酵素阻害薬を髄腔内・脳室にカテーテルを留置した。手術後 1 週間で，ZJ43 を投与

内・末梢に投与することにより鎮痛効果が得られることした。ZJ43 は 0.5µl の生理食塩水に溶解し，1 分かけてが報告されてきている。今回は，脳内における NAAG 分投与した。ホルマリンテストは，ラット後肢に 5%ホル解酵素阻害薬の作用部位を特定する目的で，NAAG 分解

マリンを 50µl 皮下注することにより作成した。痛みの程441

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）度は，後肢を振り回す回数を測定することにより評価し効果を示した。

た。

【結論】ZJ43 脳室内投与時の鎮痛効果発現には，PAG を【結果】ZJ43 は 3.75-150µg の範囲で投与量依存性に鎮痛介する効果が含まれることが示唆された。

（21）眼窩下神経損傷により発症する疼痛異常の中枢神経機構
鈴木郁子，岩田幸一（日本大学歯学部生理学教室）

眼窩下神経の CCI (ION-CCI) により顔面皮膚領域に疼

ットと比較し，ION-CCI ラットにおいて機械刺激に対し痛異常を惹き起こすことが報告されている。しかしながてより高いスパイク応答を示した。Background activity はら，この疼痛異常発症のメカニズムに関しては不明な点

ION-CCI 後増加した。また，ION-CCI ラットの口ひげ部が多く残されている。そこで，本研究では ION-CCI ラッへの侵害 (60g) および非侵害機械刺激 (6g) により表層トを用いて行動学的，電気生理学的および免疫組織学的

Vc に多くの pERK 陽性細胞が認められた。
また，PD98059

手法により疼痛異常発症の中枢メカニズムを明らかにすの髄腔内投与により，機械刺激に対する逃避閾値の上昇

ることを目的とした。ION-CCI 後，7 日目に口ひげ部へおよび侵害機械刺激による ERK のリン酸化の抑制が認の機械および熱刺激に対する Vc ニューロン活動の変調められた。以上の結果から，三叉神経損傷により顔面領と Vc 領域における ERK のリン酸化について検索した。

域に発症する疼痛異常には，Vc 領域に分布する侵害受容

さらに，MEK inhibitor である PD98059 髄腔内投与の効果

ニューロンの過剰興奮が関与し，この興奮異常には ERKについて検討した。口ひげ部への機械刺激に対する逃避を介する細胞内情報伝達機構が関係する可能性が示され

閾値は，ION-CCI 後 1 日目に有意に低下し，この閾値のた。

低下は 14 日以上持続した。WDR ニューロンは sham ラ（22）ゾホスファチジン酸誘発性神経因性疼痛における脊髄ミクログリアの機能的関与
永井潤，馬琳，植田弘師（長崎大学大学院医歯薬学総合研究科分子薬理学分野）

これまでに我々は，神経障害性神経因性疼痛の初発原

p38 のリン酸化の亢進，が認められた。第二に，ミクロ因分子として，脂質メディエーターであるリゾホスファチ

グリア阻害薬であるミノサイクリンを用いた機能的解析

ジン酸 (LPA) を同定し，その分子基盤として LPA1 受容体から，神経障害初期のミノサイクリン処置が，LPA 誘発活性化機構を明らかにしてきた (Nature Medicine, 2004)。

性神経因性疼痛を顕著に抑制することが明らかになっ

さらに，最近では，LPA はそれ自身が脊髄後角におけるた。一方，神経障害後期のミノサイクリン処置は，LPA

LPA 産生を誘発する，
いわゆるフィードフォワード機構を誘発性神経因性疼痛に影響を及ぼさなかった。第三に，介して，神経因性疼痛を引き起こすことを見出している

神経障害性神経因性疼痛においても，同様の結果が認め(Mol Pain, 2009; J Pharmacol Exp Ther. 2010)。今回，LPA にられた。第四に，神経障害初期のミノサイクリン処置は，

よる LPA 産生および神経因性疼痛の誘発機構において，

LPA による LPA 産生酵素の活性化および LPA 産生を顕脊髄ミクログリアが関与するかどうかの検討を行った。

著に抑制した。以上の結果から，神経障害後の脊髄後角第一に，LPA を脊髄くも膜下腔内投与した脊髄後角でにおいて産生される LPA は，脊髄ミクログリアの活性化

は，1) アメボイド型（活性化型）ミクログリアの増加，2)を介して，新たな LPA 産生を誘発し，神経因性疼痛を引

ミクログリア活性化のマーカー分子である CD11b の発

き起こすことが明らかになった (J Neurochem, 2010，in

現増加，3) ミクログリア活性化の機能的マーカーである

press)。

442

研究会報告（23）教育講演3：末梢神経性の神経障害性疼痛発生機序植田弘師（長崎大学大学院医歯薬学総合研究科分子薬理学分野）

これまでに我々は，様々な疼痛評価システムを開発し，が，神経障害時に見られるような脊髄後根での活性化は慢性疼痛が単に疼痛閾値が低下するだけではないという観察されず，その阻害剤による鎮痛効果は神経障害性疼ことを明らかにしてきた。この独創的な解析方法を駆使痛特異的であった。

することにより，リゾホスファチジン酸 (LPA) の脊髄く

最近では，LPA の de novo 合成は LPA そのものによるも膜下腔内投与が，神経障害性疼痛様の行動を誘発する

フィードフォワード機構により促進され，そのメカニズ

ことを見出し，この現象が LPA1 受容体遺伝子欠損マウ

ムにミクログリアの活性が関与するという興味ある知見

スにおいて消失することを見出した。さらに詳細な解析を得ている。さらに，ミクログリア阻害剤を用いた実験から，LPA1 受容体シグナリングが末梢神経障害性疼痛のから，神経障害後の初期段階におけるミクログリアの活初発機構であることを明らかにした。その特徴は，脊髄性化が神経障害性疼痛形成に重要であり，後期段階のミで de novo 合成された LPA が脊髄後根に運ばれ，その部

クログリア活性化は少なくとも慢性形成に重要で無い，

位で LPA1 受容体を介する脱髄を誘発することにある。

という成果が得られ，議論すべき課題となっている。ま急速な脱髄機構は LPA1 受容体を介するミエリンタンパ

た，神経障害性疼痛においてミクログリア活性化の初発

ク質の分解にあり，カルパイン活性化がその責任酵素で因子は未だ解明されていないが，LPA が重要な役割を果あることを見出している。カルパイン活性化については，たすという知見も得ている。

炎症時の脊髄後根神経節や脊髄においても観察される443

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

21．第二回

光操作研究会2010 年 9 月 9 日－9 月 10 日

代表・世話人：松崎政紀（東京大学・大学院医学系研究科）
所内対応者：山中章弘（生理学研究所・細胞生理研究部門）（１）線虫における行動をつかさどる神経回路の光操作
久原篤（名古屋大学・院理・生命）（２）ゼブラフィッシュ脊髄神経回路網の機能解析
東島眞一（自然科学研究機構・岡崎統合バイオサイエンスセンター）（３）光受容タンパク質を用いた睡眠覚醒調節の制御
常松友美，山中章弘（生理学研究所）（４）黄色植物共通の光受容体オーレオクロム－青色光活性型転写因子－片岡博尚（東北大学学術資源研究公開センター）（５）光機能性・制御性膜タンパク質（微生物型ロドプシン）による新しい解析ツールの創成に向けて
須藤雄気（名古屋大学大学院理学研究科/JST・さきがけ）（６）G-CaMP による in vivo calcium imaging
中井淳一（埼玉大学

脳科学融合研究センター）（７）膜電位の時空間計測
筒井秀和（大阪大学医学部

統合生理学）（８）皮膚で光を知覚する？－チャネルロドプシントランスジェニックラットのスーパー感覚
姫

志剛，八尾

寛（東北大学（院）生命科学研究科）（９）抑制性ニューロンに機能プローブを発現させるための遺伝子改変マウスの開発
柳川右千夫（群馬大学大学院医学系研究科）（10）光刺激型神経細胞ネットワーク素子の開発をめざして
宇理須恒雄（分子科学研究所）（11）てんかん脳における cAMP 依存的な神経細胞の構造的可塑性
小山隆太，中原聡一郎，田中謙二，鍋倉淳一，伊関峰生，渡辺正勝，松木則夫（東京大学大学院薬学系研究科薬品作用学教室）（12）樹状突起活動の in vivo イメージング
喜多村和郎（東京大学医学系研究科神経生理学）（13）光で制御，光で記録－行動理解のために－
駒井章治（奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科）（14）メラノプシンを用いた行動制御

現状と問題点
田中謙二，小泉周（生理学研究所）（15）光応答性ルシフェラーゼの開発と新たな発光イメージング
小澤岳昌（東京大学大学院理学系研究科化学専攻）（16）ウイルスベクターにより導入したハロロドプシンによる霊長類中枢神経系の活動制御と運動制御
木下正治（生理学研究所，認知行動発達機構研究部門）（17）光操作によるショウジョウバエ運動回路の機能解剖
能瀬聡直（東京大学大学院新領域創成科学研究科・複雑理工学専攻）

444

研究会報告（18）ChR2 を用いた簡便・高解像度な神経結合マッピング
鶴野瞬（理化学研究所脳科学総合研究センター・局所神経回路研究チーム）（19）光マッピングによる大脳活動・行動制御
松崎政紀（東京大学大学院医学系研究科）（20）オプティカルシーベルの開発
幸村裕治（（株）ルシール）（21）ChR2 & NpHR 光刺激装置の構築・選定方法
斎藤良治（（株）オリンパスエンジニアリング開発部）【参加者名】
根本知己（北海道大学），八尾

寛（東北大学），姫志（（株）オリンパスエンジニ），森

浩平（（株）オリンパ

剛（東北大学），片岡博尚（東北大学），柳川右千夫（群スエンジニ），小林馬大学），岩本義輝（筑波大学），西丸広史（筑波大学），

部重夫（浜松ホトニクス株式会），深見鶴野

猛（理化学研究所），

クス株式会），木村光夫（ライオン株式会社），松崎政紀

中井淳一（埼玉大学），佐々木拓哉（埼玉大学），山田義（基礎生物学研究所），亀井保博（基礎生物学研究所），吉之（（独）科学技術振興機構），高橋由香里（東京慈恵会

田匡秀（基礎生物学研究所），渡我部昭哉（基礎生物学研

医科大学），能瀬聡直（東京大学），高坂洋史（東京大学），

究所），古江秀昌（生理学研究所），木下正治（生理学研伏木究所），丸山めぐみ（生理学研究所），稲田浩之（生理学

瞬（理化学研究所），今井彬（東京大学），奥沢暁子（東京大学）
，小澤岳昌

茂（
（株）オリンパスエンジニ），渡正（浜松ホトニ（東京大学），蘆田勇平（東京大学），喜多村和郎（東京大

研究所）
，小泉

学）
，尾藤晴彦（東京大学），葉山達也（東京大学）
，小山

研究所）
，佐野裕美（生理学研究所），山中章弘（生理学隆太（東京大学），水沼未雅（東京大学），一戸紀孝（（独）研究所），常松友美（生理学研究所），田淵紗和子（生理国立精神・神経），星

英司（玉川大学），渡辺正勝（総学研究所），幸村裕治（（株）ルシール），小島太郎（（株）合研究大学院大学），伊関峰生（総合研究大学院大学），

ルシール），篠原公裕（（株）ルシール），永井健彦（（株）高橋阿貴（国立遺伝学研究所），沼野利佳（豊橋技術科学

ルシール），大塚曜一郎（鹿児島大学），藤野光士（一般）
，

大学）
，久原

篤（名古屋大学），須藤雄気（名古屋大学），

筒井秀和（大阪大学），古谷祐詞（分子科学研究所），木

高橋弘雄（奈良県立医科大学），駒井章治（奈良先端科学

村哲就（分子科学研究所），宇理須恒雄（分子科学研究所），

技術大学），鈴木裕輔（奈良先端科学技術大学），坂本雅

川上良介（生理学研究所），知見聡美（生理学研究所），

行（京都大学），碓井理夫（京都大学），下野耕平（京都

木村有希子（生理学研究所），橋本昌和（基礎生物学研究

大学），松原大佑（京都大学），寺田晋一郎（京都大学），

所），檜山武史（基礎生物学研究所），高田紀子（分子科

上村

学研究所）
，紫加田知幸（総研大匡（京都大学），松尾直毅（京都大学），金井誠

周（生理学研究所），田中謙二（生理学先導研），東島眞一（統（大阪バイオサイエンス），神谷厚範（国立循環器病研究合バイオ），小峰由里子（基礎生物学研究所）
，木下

実

センター）
，荒田晶子（兵庫医科大学），亀山克朗（鳥取（木下理化），宮城明日香（基礎生物学研究所）
，野田昌晴

大学）
，爲政俊介（鳥取大学），大内淑代（徳島大学），新（基礎生物学研究所），鈴井光一（分子科学研究所），作田

道智視（沖縄科学技術研究基盤），加藤誠（オリンパス拓（基礎生物学研究所），纐纈大輔（生理学研究所）
，村

（株）
）
，田村恵祐（オリンパス（株）），猪瀬寛理（オリン

山秀之（生理学研究所），川口泰雄（生理学研究所）
，鈴

パス（株）
）
，籔内正和（オリンパス（株）），本村伸二（オ木

誠（基礎生物学研究所），高雄啓三（生理学研究所）

リンパス（株）），西脇大介（オリンパス（株）
）
，斎藤良治
【概要】
これまで神経の刺激方法は，電気刺激・薬物刺激に限問題があった。近年開発された光活性化タンパク質（チられていた。これらの方法は，大きな侵襲が伴うだけでャネルロドプシン 2 やハロロドプシン）は，低侵襲で透なく，刺激神経の種類や，時間的・空間的制御に大きな過性の高い光を用いてマイクロ秒オーダーで神経活動の445

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

制御を可能にする。しかも，特異的プロモーターにて発向などの情報の交換を行った。研究会支援として，講演現させることにより，特定神経のみの活動制御が行える

者旅費，運営にかかる人件費，広告費用，会議費をサポーため，神経刺激方法を一変させ，神経科学研究の発展にト頂き，研究会は滞りなく盛会にて終了した。オプトジ

欠かせない技術となりつつある。しかしながら，新しいェネティクスを実際に取り入れて研究を進めている研究技術のために分子の安定的な発現を誘導する方法や，効者と，これから取り入れる予定や興味がある研究者，ま果的な刺激方法についての教科書的な情報に乏しく十分た，オプトジェネティクスに有用なツールや装置を開発

普及しているとは言い難い。本研究会では，これらの光している研究者や企業が一堂に会し，それぞれの研究のを用いた神経活動操作を既に開始している研究者と導入成功のコツや問題点，また最新の研究動向について議論に興味を持っている研究者が一堂に会して知識と技術をした。活発な意見交換が行われ，研究分野の異なる研究共有する場を提供することによって，本技術導入と普及者が技術や情報の共有を行うとともに，互いに交流を深を促すことを目的とした。また，新しい光活性化分子のめることでオプトジェネティクスを用いた研究を推進す

開発・改良や LED 等を用いた刺激方法の開発など最新動るための人的・物的ネットワークの形成に大きく貢献した。

（1）線虫における行動をつかさどる神経回路の光操作
久原篤（名古屋大学 大学院 理学研究科

生命理学専攻）

脳の神経回路を流れる複雑な情報が，個々の神経細胞

制性の神経伝達の「切り替えスイッチ」として機能して内でどのように混線することなく伝達され，複雑な行動

おり，温度に対する応答行動の逆転を引き起こしているや思考を調節しているかを解明することは重要な課題でことを明らかにした (Kuhara et al., under review, Ohnishi,

ある。我々は最近，線虫 C.エレガンスにおいて，従来のKuhara et al., under review)。

2+

分子遺伝学と最新の光学技術（ハロロドプシンや Ca イ

本会では，研究結果をお話することにくわえて，線虫

メージング，膜電位イメージング）を組み合わせた解析の行動解析のために企業と共同開発した装置についてもから，単一の温度感知ニューロンが単一の介在ニューロお話ししたい。また，ネガティブデータではあるが，チンに対して，「促進性」と「抑制性」の 2 種類の神経伝ャネルロドプシン ChR2 を使った場合に，ChR2 の発現そ達を行なっていることを明らかにした。さらに，温度感のものや，ChR2 の青色の励起光が神経細胞や行動に悪2+

知ニューロンにおける Ca 濃度の変化率が，促進性と抑影響を与えてしまった例などもお話ししたい。

（2）ゼブラフィッシュ脊髄神経回路網の機能解析
東島眞一（自然科学研究機構・岡崎統合バイオ）

ゼブラフィッシュの胚・幼魚はほぼ透明であるため，る。もっとも精力的に研究しているのは，Chx10 を発現

GFP 等の蛍光タンパク質を発現させることで，特定のタするニューロン（V2a ニューロン）についてである。こイプの神経細胞の形態学的解析を生きたまま容易に行う

れまでに，V2a ニューロンは同側下降性の興奮性神経細ことができる。さらに，GFP を発現する神経細胞をねら胞であり，幼魚の遊泳運動において，同側の運動ニューって電気生理学的解析を行うことが可能である。これら

ロンを直接ドライブする細胞群であることを示してきの手法を用いて，我々は，発生期に特定の転写因子を発た。

現する神経細胞が，機能的脊髄神経回路の中でどのよう次なる重要な研究方向として，神経細胞の活動に人為な役割を果たす神経細胞へ分化していくかを調べてい的に変化を加えて，その結果（たとえば動物の行動パター446

研究会報告ン）を調べるというものが挙げられる｡それにより，推測用なツールである。現在，ChR2 を V2a ニューロンおよ

された神経細胞の役割を，より確かな因果関係として提び他のクラスのニューロンに発現させ，光刺激による効示することができるようになる。ChR2 や Halo-Rhodopsin

果を調べている。本研究会では，予備的な結果を含めて，などの光遺伝学ツールは，この方向の研究にきわめて有

我々の取り組みを紹介したい。

（3）光受容タンパク質を用いた睡眠覚醒調節の制御
常松友美，山中章弘（生理学研究所）

神経ペプチド，オレキシンを産生する神経（オレキシ制によって脳波は徐波を示し，筋電図が見られなくなっン神経）は，視床下部外側野に少数が散在しており，睡たことから徐波睡眠が誘導されたと考えられた（図 2）。

眠覚醒の調節に非常に重要な役割を担っている。本能行

また，オレキシン神経活動と睡眠覚醒調節機構について

動のひとつである睡眠覚醒は個体のみで生じる生理現象さらに詳しく解析するために，オレキシン神経の投射先であるため，睡眠覚醒を調節している神経回路の動作原であり，古くから睡眠覚醒の調節に関与していることが理を統合的に理解するためには，個体を用いた研究が必明らかとなっている縫線核セロトニン神経の活動を，in

須である。

vivo 細胞外記録法によって確認した。オレキシン神経活

本研究では，近年進歩が著しい光受容タンパク質を用

動を橙色光で抑制すると，徐々にセロトニン神経の自発い，光によってオレキシン神経の活動を制御することで，発火が抑制される結果が得られた（図 2）。これらの結果

睡眠覚醒調節における役割を解明することを目的としから，オレキシン神経活動を光によって急性抑制すると，た。私たちは，ハロロドプシン (Halo) もしくは，アーキ

セロトニン神経活動を低下させ，結果として徐波睡眠をロドプシン 3 (Arch) をオレキシン神経特異的に発現する誘導しうることを示した。

遺伝子改変マウス (orexin/Halo, orexin/Arch) の作成に成Arch は Halo と比較して，光感度が高いだけでなく，功した。Halo はクロライドポンプを形成しており，橙色

繰り返し抑制や，長時間抑制などすべての点において光によって膜電位を過分極させて神経活動を抑制するこHalo よりも優れており，今後は Arch を用いた解析を中とが出来る分子であり，一方，Arch はプロトンポンプを心に行っていく予定である。本研究から，Halo および形成しており，黄緑色光刺激により Halo 同様に膜電位をArch が特定神経の活動を抑制するツールとして非常に過分極させることが出来る分子である。

有用であること，さらに個体における特定神経活動を制

まず，orexin/Halo マウスを用いて，睡眠覚醒を繰り返御することによって特定の行動を制御出来ることを示し

す意識下において，両側視床下部に刺入した光ファイており，個体での睡眠覚醒調節回路の動作原理への理解

バーを介し（図 1），任意のタイミングでオレキシン神経が大きく深まったと考えられる。

を橙色光刺激により 1 分間抑制した。オレキシン神経抑（4）黄色植物共通の光受容体オーレオクロム－青色光活性型転写因子－片岡博尚（東北大学学術資源研究公開センター）

黄色植物 (Ochrophyta, Stramenopile algae) とは褐藻，黄と青色光センサーLOV ドメインをもつ青色光受容体を緑色藻や珪藻などの葉緑体をもつ一群の藻類である。黄発見し，オーレオクロム (AUREOCHROME) と名づけた。

色植物は地球上の一次生産の約半分を担っている。我々

オーレオクロムは青色光で活性化する転写因子で，黄色は黄緑色藻フシナシミドロから転写因子 bZIP ドメイン

植物だけに保存されていた。フシナシミドロでは分枝や447

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

生殖器官の形成を制御しているが，他の黄色植物での機によく保存されていた。これは，オーレオクロムをもつ能はまだ不明である。真核生物の LOV ドメインの系統

共通の祖先から多くの黄色植物が進化したことを示唆す樹を求めたところ，オーレオクロムは黄色植物のみに存る。緑色植物，黄色植物と菌類で異なる LOV 光受容体が在し，一対のオーレオクロム（1 と 2）が多くの黄色植物働いていることは真核生物の進化を考える上で興味深い。

（5）光機能性・制御性膜タンパク質（微生物型ロドプシン）による新しい解析ツールの創成に向けて
須藤雄気（名大・院理・生命理学，JST・さきがけ）

ロドプシンタンパク質とは，ビタミン A のアルデヒド可能とし，特に脳神経系の分野で爆発的に利用が広がっ型であるレチナールを発色団として含む，7 回膜貫通型ている[2]。このような，光受容体をツールとして用いたタンパク質の総称であり，教科書にも登場する光駆動プ

応用研究は，ロドプシンのみにとどまらず，植物の光受

ロトンポンプ・バクテリオロドプシン (BR) や，我々の容ドメインを用いた利用も広まってきている。これらは視覚を司るロドプシン (Rh) が代表として挙げられる。

オプトジェネティクス（光遺伝学）と呼ばれ[2]，生命現2002 年にコナミドリムシ（クラミドモナス）より，新規

象の理解のための有用なツールとして育ちつつある。

ロドプシンタンパク質が発見され，チャネルロドプシン

私達は，光で特定のキナーゼを制御するロドプシンタン(ChR) と名付けられた（同時に発見した米国グループは，パク質である，センサリーロドプシン (SR) や，光で転写[1]

クラミドモナスセンサリーロドプシンと命名） 。この調節を制御すると考えられているアナベナセンサリーロ

タンパク質は，文字通り，光励起によりカチオンを通す

ドプシン (ASR) の基礎的な研究を継続して行ってきて

イオンチャネル分子である。近年，BR や光駆動アニオ

いる[3-7]。本発表では，最近取り組んでいるこれらタンパ

ンポンプ・ハロロドプシン (HR) とともに，神経細胞にク質を用いた光制御研究[8]について紹介し，その利用の発現させ，光で細胞の脱分極や過分極のコントロールを可能性について議論したい。

（6）G-CaMP による in vivo calcium imaging
中井淳一（埼玉大学脳科学融合研究センター）

細胞内カルシウムイオンはセカンドメッセンジャーと小脳バーグマングリアの in vivo での活動を解析するして機能し，筋肉の収縮，ホルモン・神経伝達物質の放ため，合成カルシウム色素および G-CaMP2 を用い，ラ出，記憶など生体内の非常に重要な機能を担っている。

ットおよびマウスのバーグマングリアから，二光子励起

したがって，細胞内カルシウムイオンの変動を測定できレーザー顕微鏡にて in vivo カルシウム測定を行った。それば細胞活動をモニターできると考えられる。我々はこの結果，in vivo では，バーグマングリア細胞間を伝搬す

れまで神経活動をモニターすることを目的に，緑色蛍光

る自発的なカルシウム波が観測された。このカルシム波

蛋白 (GFP) を用いて蛋白質でできた蛍光カルシウムセ

は中心点から放射状に多数のバーグマングリアの突起をンサーG-CaMP（ジーキャンプと読む）を開発した。

伝 搬 し て 広 が り ， カ ル シ ウ ム 波 の 広 が り は 3500 ±G-CaMP は遺伝子でコードされているため，in vivo での2800µm2 であった。その中には 18 個のバーグマングリア測定に有効であり，適切なプロモーターを選択すること

細胞の 72±28 本の突起が含まれると試算された。P2 受により組織特異的，時期特異的にセンサーを発現させる容体阻害剤である PPADS またはスラミンを投与したとことが可能である。

ころ，カルシウム波の発生頻度が PPADS では 12±6%，448

研究会報告スラミンでは 7±12 と大幅に減少した。また，ATP 投与

さらに，G-CaMP に変異を導入して新たに G-CaMP4により自発性のカルシウム波とよく似たグリア間を伝搬を開発した。マウスの海馬スライス培養標本にエレクトするカルシウム波を起こすことができた。プリン作動性

ロポーレーションにより G-CaMP4 を発現させたところ，のカルシウム波の起源に関して，本実験からはその起源

1 発の活動電位を検出することができた。また，G-CaMP4が神経細胞由来なのか，グリア細胞由来なのか確定できを線虫の body wall muscle，および咽頭筋に発現させたとなかった。カルシウム波の機能であるが，この機構は局

ころ，in vivo にて筋肉の収縮に伴うカルシウム変動を記

所血流の制御，エネルギー制御，神経保護，神経可塑性

録することができた。

の制御と関連する可能性がある。

（7）膜電位の時空間計測
筒井秀和（大阪大学医学部

統合生理学）（8）皮膚で光を知覚する？－チャネルロドプシントランスジェニックラットのスーパー感覚姫

志剛 1,2,3，太田宏之 4，伊藤

信 1,2,3，石塚徹 1,3，深澤有吾 5，八尾

寛 1,2,3,6（1 東北大学大学院生命科学研究科脳機能解析分野，
2

東北大学脳科学グローバル COE，3JST，CREST，4 防衛医科大学校
56

生理学講座，

生理学研究所大脳皮質機能研究系 脳形態解析研究部門，

東北大学創生応用医学研究センター脳神経科学コアセンター）

ChR2 (channelrhodopsin-2) is a light activated nonselective

neurons labeled by CGRP or P2X3. In the spinal cord, ChR2

alga

was expressed any lamina of gray matter except for lamina I

Chlamydomonas reinhardtii. Once expressed in neurons, it

and II. In paw skin, ChR2 was observed in nerve terminals

can transmit light energy into neural activity. We generated

that innervate the Merkel corpuscle, one of mechanoreceptors

several transgenic rat lines that expresse ChR2-Venus in thethat are associated with light touch. When the rats were

nervous system under control of the Thy-1.2 promoter. Here

illuminated on their palms by blue light, they moved their legs

we investigated one of these transgenic lines on theas if they were touched by something. These findings

expression pattern of ChR2 in the peripheral nervous systemsuggested that the DRG neurons expressing ChR2 aresuch as spinal cord, dorsal root ganglions (DRGs), skeletal

involved in light touch. Our rat model provides a useful toolmuscles and paw skin. In the DRG, ChR2 was expressed infor probing the neural circuits associated with light touch.

cationchannelisolated

from

one

of

green

large neurons which are reactive to anti-NF200 but not small（9）抑制性ニューロンに機能プローブを発現させるための遺伝子改変マウスの開発
柳川右千夫 （群馬大学大学院医学系研究科・遺伝発達行動学分野）

脳は興奮性ニューロンと抑制性ニューロンから構成さニューロンとグリシンニューロンが抑制性ニューロンのれる神経ネットワークの集まりからできている。GABA代表であり，GABA ニューロンは中枢神経系全体にグリ449

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

シンニューロンは脳幹と脊髄に分布する。しかし，GABA

ることを目的として，テトラサイクリンシステム或いはニューロンとグリシンニューロン両者とも比較的少数でCre/loxP システムを利用した遺伝子改変マウスの開発を散在しているので，生のスライス標本で同定するのは容行っている。具体的には，VGAT 遺伝子にテトラサイク

易ではない。一方，小胞型 GABA トランスポーター

リントランスアクチベーター2 遺伝子をノックインした(VGAT) は抑制性ニューロン（GABA ニューロンとグリ

マウス（VGAT-tTA2 ノックインマウス）と GlyT2 遺伝

シンニューロンの両方）に，グリシントランスポーター2

子に Cre レコンビナーゼ遺伝子をノックインしたマウス(GlyT2) はグリシンニューロンにそれぞれ特異的に発現（GlyT2-Cre ノックインマウス）作製に取り組んでいるのする。そこで，抑制性ニューロンあるいはグリシンニュー

で，紹介する。

ロンにチャネルロドプシンなど機能プローブを発現させ（10）光刺激型神経細胞ネットワーク素子の開発をめざして
宇理須恒雄（分子科学研究所）（11）てんかん脳における cAMP 依存的な神経細胞の構造的可塑性
小山隆太 1，中原聡一郎 1，田中謙二 2，鍋倉淳一 2，伊関峰生 3，渡辺正勝 3，松木則夫 1（1 東京大学2

自然科学研究機構

大学院薬学系研究科

薬品作用学教室，

生理学研究所， 総合研究大学院大学

先導科学研究科）

3【概要・目的】てんかんは，神経細胞群が過剰な同期発射

細胞膜移行型 GFP (Mem-AcGFP) を強制発現させ，細をおこなうことによって生じる慢性の脳疾患である。過胞構造を可視化した。なお，GABAA 受容体の阻害薬で剰発射の原因として，異所性神経回路の形成が挙げられあるピクロトキシンの慢性処置により，培養切片系へる。特に，難治性の側頭葉てんかん患者およびそのモデのてんかん様状態の誘導をおこなった。

ル動物の海馬歯状回では，顆粒細胞の軸索である苔状線②PAC（光活性化アデニル酸シクラーゼ）の強制発現に維が異所性に投射する「異常発芽」が確認されている。

よる cAMP 量の制御：培養 5 日目の海馬切片内の顆粒

異常発芽した苔状線維は歯状回に反回性の興奮回路を付細胞に，エレクトロポレーション法により PAC および加し，海馬を異常興奮状態へと導く。

Mem-AcGFP を共発現させた。培養 7 日目に蛍光顕微

本研究の目的は，てんかん脳における顆粒細胞の構造
的可塑性の獲得過程を明らかにすることである。特に，鏡下において青色励起により PAC を活性化させ，培養
9 日目に顆粒細胞の形態を観察した。

てんかん脳における細胞内サイクリック AMP (cAMP)【結果・考察】培養切片系において，てんかん様状態を誘量の変動が異常発芽形成へ関与する可能性を検証する。

導したところ異常発芽が確認された。なお，この現象は，

これは，現在までに我々が，苔状線維の軸索誘導が cAMP

cAMP の不活性化類似体である Rp-cAMPs の共処置によによって調節されることを発見しているためである。細って阻止された。また，cAMP の活性化類似体である

胞内 cAMP 量の制御によって異所性回路の形成を阻止す

Sp-cAMPs の単独処置により，苔状線維は異常発芽した。

ることが可能になれば，てんかん原生の獲得およびそのさらに，顆粒細胞内に発現させた PAC を青色励起により慢性化を防止する新たな治療法として期待できる。

短期間活性化させることによっても異常発芽が誘導され

【方法】

た。

①海馬切片培養系：生後 6 日齢の SD ラットより海馬切以上のことから，てんかん様状態における苔状線維の片を作成し，9 日間培養した。培養切片へのエレクト

異常発芽は細胞内 cAMP 量の上昇に依存することが示唆

ロポレーション法を適用することにより，顆粒細胞に

された。

450

研究会報告今後は，てんかん脳における細胞内 cAMP 量の変動過程を明らかにし，PAC の活性化によって cAMP 量の変動を再現することで異常発芽が形成される可能性を検証する。

（12）樹状突起活動の in vivo イメージングと光操作
喜多村和郎（東京大学大学院医学系研究科神経生理学）

Understanding how single neurons integrate the thousands

the ability to guide the pipette precisely to the center of theof synaptic inputs and thus contribute to computation insoma dramatically improves both the access resistance and theneural circuits in the intact brain is one of the most

longevity of recording (minimizing its sensitivity to pipettefundamental challenges in neuroscience. Addressing this issue

drift). These characteristics are particularly helpful for

requires recording synaptic input and manipulating spike

combined

output using intracellular recordings from identified single

experiments, where long-duration recordings with stable, lowneurons in vivo. Furthermore, elucidating the mechanism ofaccess resistances are important for efficient dye equilibration

the input-output relationship in single neurons requires thein the dendritic tree. In addition to enhanced reliability ofanalysis of spatiotemporal pattern of dendritic activities,

recording, shadowpatching method has been shown to beideally, at the level of single synapses. We have developed auseful for single-cell electroporation in vivo. We havemethod to make reliable targeted whole-cell recordings fromperformed targeted single-cell electroporation to neocorticalunlabeled neurons in vivo (‘Shadowpatching’, Kitamura et al.,pyramidal neurons and obtained successful transfection of2008), and performed simultaneous two-photon calcium

ChR2 gene in individual neurons. Thus, our method opens theimaging and patch-clamp recordings in neocortex andnew avenues for imaging, recording and manipulating

cerebellar cortex of rats and mice. In shadowpatching method,

neuronal activities in the intact brain.

electrophysiologicalandcalcium

imaging（13）光で制御，光で記録－行動理解のために－
駒井章治（奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科）

近年オプトジェネティックスを用いた神経機能の解析すること目指している。観測する脳機能，神経機能の構が様々な研究室に於いて行われてきている。我々の研究

成単位を細分化したいのであれば，観測対象とする「行グループにおいてもこの例に漏れることなく，同手法を動」自体も細分化する必要があると考え，非常に短い潜脳機能，行動解析のために利用し始めている。これまで，時で誘導される認知課題を中心に検討を進めている。

チャネルロドプシン，ハロロドプシンの両ロドプシンタ

各種感覚情報を用いた弁別行動，特に現在は視覚弁別

ンパク質を同時に発現させるためのウイルスベクターの課題を中心に研究を進めている。中でも主観的輪郭を利構築を行ってきており，現在は同ウイルスが感染した神用した単純な図形の弁別課題をマウスに課し，このとき経細胞に対し光刺激，光抑制が有効であるか否かを生理の神経基盤を単一神経細胞レベルで記録し，刺激，抑制

学的に検討している。

することを目指す。一方でステレオタイプな行動の一例

一方で私たちの注目している脳機能単位がいわゆる局として本能行動，特に性行動を利用した研究課題では，所回路であり，上記の手法等を利用することで，これらフェロモン刺激に誘導される一連の「性行動」を開始のの問題を解決しようと考えている。具体的にはある特定タイミングをそろえることによって分解し，関連する神の神経回路を浮き上がらせ，これを刺激・抑制すること

経核との機能相関をとると共に，上記ロドプシン分子にによって観測された行動との関係の必要十分条件を同定より必要十分条件を探索する。

451

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

ここでは，ロドプシン分子を選択的に発現させる必要は作成済みであり，今後具体的な行動課題との併用が望があるために，ウイルスベクターで使用するプロモー

まれる。このように利用価値の非常に高いオプトジェネ

ターとして c-fos プロモーターを利用し，過去数時間の間

ティックスと古典的な行動解析との併用により，脳機能に使用履歴のある神経細胞群を浮かび上がらせることをの最小単位である局所回路の解明と，その集合体である試みる。既に同目的のために使用するウイルスベクター「脳」の機能を理解することにつながるものと考えられる。

（14）メラノプシンを用いた行動制御 現状と問題点
田中謙二，小泉周（生理学研究所）

メラノプシンは網膜神経節細胞のうちの数%の細胞群

細胞に異所性発現させた。このマウスでは光を頼りに迷（光感受性網膜神経節細胞，ipRGC）に発現する内在性の路のゴールへ到達することが出来るようになり，メラノ

光感受性タンパク質であり，チャネルロドプシンのようプシンが視覚（光覚）を制御することができることを示

な光感受性タンパク質とともに細胞の機能を操作するプ

した (PNAS 2008)。我々は ipRGC 以外の細胞にメラノプ

ローブとして注目されている。メラノプシンは光に応答シンを発現させ，その機能を操作することを試みた。生し，TRP などの G タンパク質を介して細胞内カルシウム

理学研究所を増加させると考えられている。網膜神経節細胞ではメ神経にメラノプシンを発現させたところ，メラノプシン

ラノプシンが光を受容すると脱分極がおこり細胞の発火特有の応答が得られ，マウスの睡眠を操作することが出

頻度が高まる。メラノプシンがチャネルロドプシンと決来た。ところが，海馬錐体細胞や線条体 medium spiny 神

定的に異なるのは，カルシウムを介して細胞機能を変化

経にメラノプシンを発現させても光感受性を獲得するこさせる点と光に対する感受性が圧倒的に高い，すなわちとは出来なかった。メラノプシンを heterologous な系でわずかな光子で応答が起こるという 2 点である。小泉は使用するのは容易ではなく，この問題点を解決しないこ

光感受性を失ったモデルラット（網膜色素変性症モデル）とにはメラノプシンに特徴的な性質を生かすことが出来の視覚回復を目指し，メラノプシンを以外の網膜神経節ない。

山中章弘博士と共同してマウスオレキシン（15）光応答性ルシフェラーゼの開発と新たな発光イメージング
服部満，小澤岳昌（東京大学大学院理学系研究科）

細胞内でのタンパク質は，環境条件に応じてその局在

よび ATP の濃度に大きく依存する。また，ルシフェラー

をダイナミクスに変化させる。また，細胞外の様々なシゼは自発的に発光反応を起こすため，その発光反応自体

グナルに反応しタンパク質間で結合・解離を繰り返すこを人為的に外部から操作するのは困難である。このようとでネットワークを形成している。このような経時的なな問題点を克服するため，最近我々はルシフェラーゼのタンパク質の動態変化が，生命現象における中心のイベ発光現象を光により操作する技術を開発した。

ントである。従って，タンパク質の挙動を生きた生物に本研究で開発した光応答性ルシフェラーゼは「タンパ

おいて検出することは，タンパク質の真の機能を理解す

ク質再構成法」を応用している。2 断片に分割したルシる上で不可欠である。

フェラーゼはそれぞれの断片では発光を示さないが，近発光タンパク質（ルシフェラーゼ）による発光検出は接すると再構成し発光を示す。このルシフェラーゼ断片

定量性に優れ，励起光の必要がないため，組織深部や個二分子に光受容タンパク質を繋ぎ合わせ，光応答性ルシ

体などにおけるタンパク質発現量の解析に用いられる。

フェラーゼを開発した。開発した光応答性ルシフェラー

しかしながら絶対的な発光シグナルは微弱で発光基質おゼは，従来のルシフェラーゼにおける「発光量」とは別

452

研究会報告に，「発光回復時間」という新たな指標を導入することェラーゼを用いた新規な発光イメージング法について，

で，発光基質や ATP の濃度に依らない生体分子の動態測

これまでの開発状況について概説する。

定法の確立が期待できる。本発表では，光応答性ルシフ（16）ウイルスベクターにより導入したハロロドプシンによる霊長類中枢神経系の活動制御と運動制御
木下正治（生理学研究所，認知行動発達機構研究部門）

中枢神経系ニューロンのスパイク活動を選択的に抑制

手指による精密把持運動をミリ秒オーダーで阻害するこする手法は，脳の神経回路を研究するうえで有用なツーとにより生じると予想される，短期的な適応活動についルと成り得る。

て調べることを目指して現在以下の実験を行っている。

Natronomonas pharaonis 由来の光感受性クロライドイ

細胞膜への発現効率を高めた改変型 NpHR (eNpHR)

オンポンプ halorhodopsin (NpHR) は黄色光により活性化を，アデノ随伴ウイルス (AAV) を用いてマカクザル大脳−され細胞内に陰イオン (Cl ) を輸送する。近年，遺伝子導皮質一次運動野 (M1) の手指対応領域のニューロンに導入によりニューロンに発現させた NpHR を光照射により入し，金属電極と光ファイバーを貼りあわせた optorode

活性化することで，スパイク活動を抑制するのに十分なを用いて光照射による M1 ニューロン活動および手指の過分極応答を引き起こすことが報告された。

巧緻運動に対する抑制の効果を調べた。

ムシモルの微量注入法などによるニューロンの活動阻現在までのところ M1 ニューロンのスパイク活動をミ

害実験では薬理効果が数分から数時間持続し，活動阻害

リ秒オーダーの精度で抑制できることを確認した。今後に対し秒のオーダーで起こる活動の変化を捉えることがサルに手指の精密把持運動 (precision grip) 課題を行わ困難であった。それに対し NpHR と光照射による活動抑せ，M1 ニューロンへの光照射による運動への効果を調

制はミリ秒のオーダーで制御可能である。我々はサルのべる。

（17）光操作によるショウジョウバエ運動回路の機能解剖
能瀬聡直（東京大学大学院新領域創成科学研究科・複雑理工学専攻）

脳神経系のあらゆる機能は，神経回路内を神経活動が良い実験系となる。ぜん動運動が体節間を伝わる速さは

特定の道筋に沿って伝搬することで生成される。しかし

通常約 0.6 秒/体節で一定だが，状況によって変化し得る

ながら，局所回路間をいかにして神経活動が調和して伝ことから，この回路は定型的でありながらも柔軟なもの

わるのかに関する理解はごく限られている。私達は，シと考えられる。我々は，これまでに，筋収縮の波に対応ョウジョウバエ幼虫のぜん動運動を制御する中枢神経回し，運動ニューロン (MN) およびその上位ニューロン（コ路をモデル系として，この問題に取り組んでいる。

リン作動性介在ニューロン，ChaN）において，神経活動

ショウジョウバエ幼虫のぜん動運動は前後体節間を一が前後体節間を伝播するのを，遺伝子コード型 Ca2+セン方向に伝わる筋収縮の波である。これを制御する中枢神

サー (GcaMP) を用いたイメージングにより単一細胞レ経回路は，各体節の運動神経細胞を一定の時間間隔で発ベルで可視化することに成功している（図）。また，光感

火することで協調的な運動出力を生む。昆虫の神経節は，

受性チャネルを用いて，運動中の幼虫において，光照射

各体節の相同な繰り返し単位から成るので，神経回路内により特定の神経細胞群の活動を任意のタイミングで活を協調的な神経活動が伝わっていく過程を解析するのに性化，不活化する系を開発した。現在，体節間を神経活453

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

動が伝播するのを観察しながら，同時に特定の細胞群に合わせた実験系を計画している。本研究はまだ始まった

特定のタイミングで摂動を加え，神経活動パターンへのばかりで，途中経過の報告となるが，これまでに遭遇し影響を調べることにより，回路の機能特性を探っている。

ている困難点や今後の計画についてご助言をいただくとこのため，光感受性チャネルによる神経活動の活性化・ともに，同様の研究を計画されている方の参考になれば不活化と Ca イメージングによる神経活動の測定を組み幸いである。

（18）ChR2を用いた簡便・高解像度な神経結合マッピング
Shun Tsuruno1, Hisato Maruoka1, Rumi Kurokawa1, Toshihiko Hosoya1 (1RIKEN BSI)
Channelrhodopsin-2 (ChR2) has been successfully used toum could be mapped in less than 5 min.

map input sources to neurons in brain slices (1). However, to

The spatial resolution of the input map was improved by

map the inputs at single-cell resolution, special techniqueminimizing simultaneous spike induction in multiple L2/3

utilizing 2-photon microscopes seems to be necessary (2). Ourneurons. This was partly achieved by decreasing the number

goal is to achieve single-cell resolution mapping inof action potentials induced by stimulating the neurites of

neocortical slices with a simple experimental setup.

ChR2 (+) neurons. When we minimized the laser power andAs a model system, we focused on mapping the excitatory

reduced the amount of ChR2 in axons (3), laser stimulation

inputs from layer 2/3 (L2/3) pyramidal neurons to subcerebral

inducedactionprojection neurons (SCPNs) in layer 5 (L5) in mice. SCPNs

perisomatic region, typically <30 µm from the soma, in ChR2

were readily identified in transgenic mice expressing GFP(+) L2/3 pyramidal neurons. The spatial resolution would beunder the control of the promoter of a SCPN marker. ChR2

further improved by controlling the density of ChR2 (+)

was expressed in L2/3 excitatory neurons by in utero

neurons. This was achieved by varying the concentration ofelectroporation. We mapped the excitatory inputs from L2/3

theto L5 SCPNs in acute brain slices by photostimulating L2/3

co-electroporated with that coding double-floxed ChR2. By

with a custom laser scanner while recording EPSCs from GFP

combining these techniques, high-resolution mapping of(+) neurons in L5. The inputs from an area of 350 um x 750

functional inputs can be achieved with minimal cost.

plasmid

potentials

codingCrealmostexclusively

recombinase,

in

which

the

was

（19）光マッピングによる大脳活動・行動制御
松崎政紀（東京大学大学院医学系研究科疾患生命工学センター）

光遺伝学を用いた神経細胞刺激法は神経科学の分野にである。またこの光活性化領域がおよそ 200µメートル四おいて強力な手法として期待されている。我々はこれま方であることを確認した。また，ハロロドプシンの遺伝で，主としてチャネルロドプシン 2 (ChR2)の遺伝子導入

子導入マウスに対して，559nm，または 594nm の橙色レー

マウスにおける神経細胞の光走査刺激法を確立してきザーを照射することによって，刺激局所領域において神た。マウスを麻酔下で頭部固定し，頭蓋骨越しに 473nm

経細胞活動を大きく減少させることができるようになっの青色光を皮質運動野に照射することによって，照射領た。今後これらの刺激法を組み合わせ，課題遂行中の動域の第 5 層 ChR2 発現細胞に活動電位を誘発させて，任物に適用することで，高次脳機能を司る神経回路の高速

意の肢の運動を誘発させる非侵襲的な経頭蓋光刺激法をオンオフ制御が可能になると期待される。

確立した。この刺激法は覚醒マウスにおいても適用可能

454

研究会報告（20）オプティカルシーベルの開発
幸村裕治（株式会社ルシール）【はじめに】その技術が大きく期待される光脳刺激技術。

生的であること・ディスポファイバーの仕様変更にこの重要な研究に携わるご研究者からの切実な御要望に対応可能であること

お応えすべく，弊社はバックグランドである物理・化学【完成！オプティカルシーベルの特長】

分野での光学装置アッセンブリのノウハウでオプティカ☆極めてスムーズな回転

ルシーベルを開発いたしました。

☆多波長に対応可能な光学設計【光刺激装置の全体構成】おもな構成は右図のように，刺☆倍率が変更可能（ファイバー径の変更に対応）

激信号→光源（レーザー）→主幹ファイバー→オプティカ☆優れたカップリング効率および安定性出力

ルシーベル→ディスポファイバーです。ディスポーザブ☆小型（φ12mm × L=50mm ＠本体主体部）

ルファイバー（以下ディスポファイバー）は検体に固定☆先端ファイバーの脱着安定性した状態でオプティカルファイバーと簡単に脱着できま☆材質はステンレス製

す。

【最後に】光脳刺激ご研究を出来るだけ簡単に行えること【開発ポイント】

が，この分野の一助になると考え，オプティカルシーベ☆スムーズに動くこと

ルを用いた，フリームービング，および，麻酔下固定状☆高効率で光をカップリングできること

態での光刺激システムをトータルでご提案いたします。

☆光を安定して出力できること

また，ご実験に応じた様々な改造・特注。さらに，Laser・☆小型であること

LED 等の各種光源，ご実験の為の辺機器も紹介いたしま☆その他，薬液用シーベルに置き換えられること・衛す。

（21）ChR2 & NpHR 用光刺激装置の構築・選定方法
斎藤良治（（株）オリンパスエンジニアリング）

本報では，顕微鏡でチャネルロドプシン (ChR2) 又は
ハロロドプシン (NpHR) を光刺激するのに必要な装置を構築するにあたっての事前準備内容，注意点と現在提供
できる光刺激装置について紹介します。
ChR2 又は NpHR から十分な光刺激反応を得る為には，

最初にこの事前実験を行う方法について簡単にご紹介します。
ChR2 又は NpHR を光刺激できる装置には，以下の仕様が望まれます。
①ChR2 又は NpHR の特性に合わせた照明であること

特定以上の光照度でサンプルを照明する必要がありま

1) 波長す。その必要な光照度は，実験で扱う生物種（ex. 線虫，

2) パルス照明

ショウジョウバエ，ゼブラフィッシュ，マウス等）やサ

3) 事前実験等で推測した必要照度以上の照明エネル

ンプルの形態（ex. 培養細胞，組織スライス，個体），ChR2又は NpHR の発現量等によって変わります。また，照射範囲が広くなればなるほど，全体としてより高い光エネ
ルギーが必要になります。必要な光照度は，光源，照明
光学系を選定するのに重要な情報なので，本格的な光装置を構築する前に事前実験を行い，構築する光刺激装置に必要な光照度を推測しておくことが，必要になります。

ギー②望みの領域を照明できること（1 領域，多領域，マクロ全体照明等）③ChR2 又は NpHR の発現領域が確認できること（蛍光観察）④光刺激後のサンプルの動態変化（行動，電位，Ca イオン等）を確認できること455

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

上記の仕様を全て満たす万能な光刺激装置は，コストている光源，照明装置，我々が構築した装置等を紹介し面も含めて現在存在しないので，構築したい実験システ

ながら，ChR2 又は NpHR 用光刺激装置の構築・選定方

ムによって，光刺激装置用の光源，照明光学系を選定し法を説明します。

ていく必要があります。本報では，候補となる市販され456

研究会報告22．病気の進化研究会シンポジウム
2010 年 12 月 2 日－12 月 3 日
代表・世話人：中山裕之（東京大学大学院農学生命科学研究科）
所内対応者：木村透（生理学研究所動物実験センター）

１．脳老化の比較形態学（１）ヒトの脳における加齢性変化「100 歳老人の脳について」岩瀬

環（名古屋市厚生院）（２）動物の脳における加齢性変化「脳老化の進化」
中山裕之（東京大学大学院農学生命科学研究科・獣医病理学）

２．神経変性疾患の比較病理学（老年期疾患を中心に）（３）ヒトの主な老年期神経変性疾患の病理新井信隆（東京都神経科学総合研究所）（４）動物の主な老年期神経変性疾患の病理内田和幸（東京大学大学院農学生命科学研究科・獣医病理学）（５）動物園動物の脳病理「老齢チータを中心に」
宇根有美（麻布大学・獣医病理学）

３．話題提供（６）イヌの特発性脳炎「壊死性脳炎と肉芽腫性髄膜脳炎」
内田和幸（東京大学大学院農学生命科学研究科・獣医病理学）

４．脳腫瘍の比較病理学（７）ヒトの脳腫瘍
田中伸哉（北海道大学大学院医学系研究科・腫瘍病理学）（８）イヌとネコの脳腫瘍
内田和幸（東京大学大学院農学生命科学研究科・獣医病理学）（９）げっ歯類の脳腫瘍
三森国敏（東京農工大学・獣医病理学）【参加者名】
梅村孝司（北海道大学），岩瀬

環（名古屋市厚生院），

ケン・チェンバーズ（東京大学），鈴木和彦（東京農工大

中山裕之（東京大学），三森国敏（東京農工大学）
，新井

学）
，木村

透（生理学研究所），尾崎清和（摂南大学），

信隆（東京都神経科学総合研究所），内田和幸（東京大学），

斉藤弥代子（麻布大学，稲垣晴久（生理学研究所），浜中

宇根有美（麻布大学），田中伸哉（北海道大学），寸田祐美弥（生理学研究所），小野田秀和（中部科学資材（株））

嗣（北海道大学），二瓶和美（宮崎大学），ジェームズ・【概要】
病気は動物種，品種，性，年齢など生体内に内在する刺激（外因）とが複雑に関連しあって生じる。現在進化

要因（内因）と生体外からの物理的，化学的，生物学的の極みにある人類は，感染体（外因）との争いに一応勝457

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

利し，個体寿命の延長を実現した。しかしながら，自ら

物はほとんどが齧歯類であるが，そこで得られた成果をの体を構成している核酸・タンパク質分子の老化（内因）

ヒトに直接外挿するには両者の進化的距離が大きすぎまでは制御できていない。その結果，核酸，タンパク質る。ヒトと齧歯類との間に存在する牛，羊，馬，豚などの老化（構造異常）がそれぞれ腫瘍，神経変性疾患（アの有蹄類，犬，猫などの肉食類の生理・病理についても

ルツハイマー病，パーキンソン病など）として顕在化し検討し，進化を軸とした比較学問体系が確立すれば，こてきたと考えられる。

うした missing link も解消できると考えられる。

分子生物学の隆盛により，病気の発生メカニズムが細こうした観点から，「生物の進化にともなう病気の変

胞・タンパク質・遺伝子レベルで説明できるようになっ

遷」，すなわち「病気の進化学」という新しい研究分野のた。こうした還元論的病因論の威力を実感しつつも，近創成を目指して，「病気の進化研究シンポジウム」を企画

年，同時に分子反応の総体に注目したシステム生物学的した。今回は，その第 1 回目として「神経病の比較病理

思考も重要視されるようになった。
「病気は生命の反応シ学」と題したシンポジウムを行うことにした。脳老化，ステムの異常である」とする現象論的な病因論を再評価

神経変性性疾患，脳炎，脳腫瘍について，人医および獣すべき時なのかもしれない。

医分野の病理学者が知見を交換し，病気の進化を軸としまた，現在ヒトの疾患研究に利用されているモデル動て有意義な議論を行った。

（1）ヒトの脳における加齢性変化「100歳老人の脳について」岩瀬

環（名古屋市厚生院）

日本の百歳以上の高齢者（百歳老人，百寿者）は 2010

ガー (Binswanger) 型白質脳症，パーキンソン (Parkinson)

年 9 月 1 日現在で 44,449 人である。これは米国についで病やレビー (Lewy) 小体型認知症などのレビー小体病，嗜世界で 2 番目に多いが，その臨床病理学的な検討は少な

銀顆粒，神経原線維変化型老年認知症 (senile dementia of

い。今回の発表は百歳老人の脳の組織学的所見を各種神

the neurofibrillary tangle type; SD-NFT)，進行性核上性麻痺

経系の特殊染色，アミロイドβ, tau, α-synuclein 等の免疫

(progressive supranuclear palsy; PSP)，脳アミロイドアンギ

染色を行い検討した結果を中心に述べたい。百歳老人のオパチー，脳梗塞などの様々な疾患がみられた。それら

脳には加齢による萎縮，リポフスチン，amylacea body なの病理所見と認知症との関係を検討し，百歳老人の中でどの生理的な変化に加えて，老人斑，神経原線維変化，も supercentenarian とされた人の脳が実際どのようであっ

Lewy 小体などの病的変化がみられる。神経病理学的診断

たかについても少し触れたいと思う。

としては，アルツハイマー (Alzheimer) 病，ビンスワン（2）動物の脳における加齢性変化「脳老化の進化」
中山裕之（東京大学大学院農学生命科学研究科獣医病理学研究室）

犬では 8, 9 歳ころから脳にβアミロイドが蓄積し始め，老人斑や血管アミロイドなどの変化がみられ，加齢ととるが，NFT はこれまでヒト以外の動物では確認されていない。

もに進行する。しかしながら，大脳皮質・海馬の萎縮はアルツハイマー病脳ではβアミロイドの過剰沈着がタ

ごく軽度で，神経細胞の脱落もそれほど目立たない。老ウ蛋白質の異常リン酸化を引き起こし，NFT が形成され，人斑はび漫 (diffuse) 型がほとんどで前頭葉に多い。犬以

神経細胞が脱落する（アミロイド仮説）。この過程は通常外の動物でも老人斑と脳血管アミロイドが確認されてい十年以上を要し，このためアルツハイマー病は老齢期に458

研究会報告発症する。このように神経系の老化は他臓器の老化よりの寿命が尽きれば，がんや神経変性疾患はおこらない。

緩徐に進行すると想像される。ヒト以外の動物では，NFT

ヒトのような長寿命動物種では高齢になると異常 DNA，形成，神経細胞脱落まで至るには寿命が足りないと考え

異常タンパク質ができ，がんやアルツハイマー病などがられる。もし，犬や猫が 40, 50 歳まで生きれば，アルツ

おこる。すなわち，遺伝子・タンパク質の寿命が動物のハイマー病の病態が出現するのだろう。

寿命より早く尽きたときにこれらの病気が発症するのでがんは DNA，神経変性疾患はタンパク質分子の老化にはないか。

よって生じると考えられる。分子老化がおこる前に動物（3）ヒトの主な老年期神経変性疾患の病理新井信隆（東京都神経科学総合研究所

臨床神経病理研究部門）

ヒト神経変性疾患の分類や病態の理解について，近年

らの異常蓄積を病因として重視する考えから，タウオパ

大きなパラダイムシフトが起きている。神経細胞あるいチー（進行性核上性麻痺，皮質基底核変性症，ピック病

はマクログリアにおいて，1) タウ（神経原線維変化，ピなど），シヌクレイノパチー（パーキンソン病，び漫性レ

ック球，グレイン，ニューロピルスレッド，房状アスト

ビー小体病，多系統萎縮症），ポリグルタミン病（脊髄小ロサイト，アストロサイト斑，コイル小体，嗜銀性スレ

脳失調症，ジョセフ病，歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症，ッドなどの成分），2) αシヌクレイン（レビー小体，レビー

ハンチントン病など），TDP-43 プロテイノパチー（前頭ニューライト，グリア胞体内封入体の成分），3) ポリグ

側頭葉変性症，筋萎縮性側索硬化症など）などの疾患カ

ルタミン（トリプレットリピート病の核内封入体の成テゴリーが提唱されている。

分），4) TDP-43（筋萎縮性側索硬化症のスケイン様封入

これら蛋白の異常蓄積を今後詳細にヒト以外で検索す

体，その他の神経細胞内・核内封入体，樹状突起内封入ることにより，神経病の進化の情報の一端を覗くきっか

体など）などの蛋白異常蓄積が明らかなっている。これけになるかも知れない。

（4）動物の主な老年期神経変性疾患の病理内田和幸（東京大学大学院農学生命科学研究科獣医病理学研究室）

動物の中枢神経系には，加齢に伴いヒトと類似する

ウェルシュ・コーギーの変性性脊髄症の報告がなされ，様々な病理所見が認められる。神経細胞内セロイド・リ

ヒトの遺伝性 ALS と同様 SOD1 遺伝子変異が確認されポフスチン沈着，神経網や血管へのアミロイドβ蛋白沈

た。自験例では，比較的高齢時から進行する運動麻痺と着，軸索球形成，ポリグルコサン小体（lafora 小体等）

脊髄（特に胸腰部）の白質側索領域の脱髄，神経線維の形成等である。しかしながらアルツハイマー病やパーキ減少，膠細胞増殖が認められた。全身の骨格筋には神経

ンソン病の臨床・病理学的概念をすべて備えた疾患は動原性の大群性筋萎縮が認められた。

物には確認されていない。

一方，ウマ運動ニューロン病は，高齢時から始まる進

老年期神経変性疾患の概念に合致する動物の疾患とし行性の運動失調を特徴とする。病理学的には，脊髄腹角ては，イヌの変性性脊髄症とウマ運動ニューロン病があの大型神経細胞のクロマチン融解と変性神経細胞内のリり，いずれもヒトの筋萎縮性側索硬化症 ALS との類似がポフスチンおよび Bunina 小体様封入体が認められる。

注目されている。イヌの変性性脊髄症はハウンド系犬種

Vitamin Eの給与により若干の症状緩和が認められるので，を中心に古くから知られていた。近年，ベンブロープ・

酸化的ストレスが病理発生に関与すると考えられている。

459

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（5）動物園動物の脳病理「老齢チーターを中心に」
宇根有美（麻布大学獣医病理学）

飼育下チーターでは，AA アミロイド症の罹患率が異ットを除いて，すべての動物に瀰漫性の Aβ沈着が観察さ常に高く，死因として重要である（2008 年以降に死亡しれ，チーターでより高度かつ広汎であった。10 歳から頭たチーターのアミロイド沈着率は 85.7%）。また，高リン

頂・側頭部の皮質深層に主に沈着し，加齢に伴って重篤

酸化タウが脳に高率に沈着する。ここでは，チーターの化し，海馬にもみられた。なお，いずれの動物でも，老検索結果とあわせて，ライオン，トラ，ユキヒョウなど

人斑はみられず，脳血管壁への沈着はほとんど観察されの大型ネコ科動物の脳病変も紹介する。

なかった。また，高リン酸化タウの沈着は 11 歳以上のチーター22 頭（10 ヶ月齢～19 歳，雄：12 頭，雌：10

チーター10 頭に認められ，海馬傍回や CA1 の神経細胞

頭），ライオン 3 頭（平均年齢 18.6 歳），ユキヒョウ 3 頭に初発し，重篤なものでは頭頂・側頭部にも分布した。

（13.6 歳），トラ 1 頭（16 歳），シベリアオオヤマネコ 1

これに一致して，神経原線維変化 (NFT) やニューロピル

頭（5 歳），サーバルキャット 1 頭（17 歳）の大脳を検索スレッドが多数観察された。認知障害のあった 2 頭ではした。うち，チーター2 頭に認知障害が確認された。

NFT が広範に認められ大脳萎縮も顕著だった。

病理学的検索の結果，ユキヒョウ 1 頭とサーバルキャ（6）イヌの特発性脳炎「壊死性脳炎と肉芽腫性髄膜脳炎」
内田和幸（東京大学大学院農学生命科学研究科獣医病理学研究室）

CDV 関連脳炎：小脳や脳室周囲に脱髄病変を伴った非質細胞の強い浸潤集簇が認められ，多くのマクロファー

化膿性脱髄性白質脳炎がよく知られ，病変部の星状膠細ジが類上皮細胞の形態を示す。脳組織特異的な T 細胞依胞，上衣細胞，神経細胞の細胞質や核内には，好酸性封存性遅延型アレルギーの関与が示唆されている。

入体が観察される。また高齢犬に発生し，進行性運動障

壊死性髄膜脳炎 (NME)：パグ犬に多発する大脳皮質壊

害や神経症状が緩慢に推移する遅発性脱髄性脳疾患，い死脳炎で，パグ犬脳炎 Pug dog encephalitis とも呼称され

わゆる old dog encephalitis も知られている。この疾患でる。若齢の小型犬種での発生が多い。パグ犬の壊死性髄は脳の萎縮，白質の脱髄病変，血管周囲性細胞浸潤，星膜脳炎（皮質型）では病変は大脳皮質に主座する。ヨー状膠細胞増殖がみられ，星状膠細胞や神経細胞に核内好クシャーテリア犬の壊死性髄膜脳炎（白質型）では，主酸性封入体が観察される。

に大脳白質と視床脳に壊死病変が形成される。皮質型に肉芽腫性髄膜脳脊髄炎 (GME)：様々な年齢，犬種に発生する原因不明の脳炎である。脳幹部，大脳白質，小脳は星状膠細胞に対する自己抗体が存在し，白質型にはミトコンドリア遺伝子の異常が確認される。

白質などの血管周囲に，マクロファージ，リンパ球，形（7）ヒトの脳腫瘍：グリオーマの病理学的診断研究の展開
田中伸哉（北海道大学大学院医学研究科腫瘍病理学分野）

ヒトの脳腫瘍の発生頻度は 10～14 人/10 万人とされ，た悪性グリオーマの 5 年生存率は，grade III の退形成性

グリオーマはその約 4 分の 1 を占め最も頻度が高い。まアストロサイトーマでは 23.8%，Grade IV の膠芽腫グリ460

研究会報告オブラストーマでは 7%と，極めて予後が悪い。

行い，転写因子 ETS とエピジェネティックな制御の 2 者

本演題では，まずヒトグリオーマの分類，病理組織診が重要であることを明らかにした。また膠芽腫の発生メ断について典型像を示す。次に悪性グリオーマ治療薬でカニズムは原発性 GBM，2 次性 GBM の 2 者があり，特あるテモゾロマイドの効果を判定する上でグリオーマにに後者には IDH1 の遺伝子変異が重要であり，変異があおける MGMT 発現の有無を決定することは診断上重要るものの予後が良いことが明らかにされたので，当教室であるので，悪性グリオーマにおける MGMT の病理学の解析結果と併せて報告したい。また当教室では，1 分的評価法について述べたい。また，最近悪性グリオーマ

子依存性の新規薬剤スクリーニング法を確立している。

の切除範囲を決定する際に光線診断法が用いられている

今後病理検体を用いた大規模解析を行い真のターゲット

ので，5-ALA を用いた腫瘍診断法について提示する。

分子を探索していきたいと考えているのでその現状を報

我々はグリオーマの CD133 プロモータ領域の解析を告したい。

（8）イヌとネコの脳腫瘍
内田和幸（東京大学大学院農学生命科学研究科獣医病理学研究室）

イヌ・ネコの頭蓋内腫瘍では髄膜腫の発生頻度が最も部では強く発現する。加えて，イヌには髄膜腫との鑑別が必要な組織性肉腫が比較的多く発生する。

高い。
イヌの髄膜腫：1999 年の WHO 動物神経系腫瘍の分類

イヌの神経外胚葉性腫瘍：WHO 腫瘍分類では，未分では，髄膜（くも膜）上皮に由来する髄膜腫を大きく通化かつ多方向性分化能を有する原始神経外胚葉性腫瘍

常型（良性型）と退形成型（悪性）に分類し，前者はさprimitive neuroectodermal tumors (PNETs) あるいは髄芽腫

らに 8 亜型に分けている。退形成性は，異型性・多形性（小脳 PNETs）を最も幼若な腫瘍型として，分化の特徴の高い腫瘍細胞が，神経実質に浸潤性増殖を示すものでに従って分類し，さらにその悪性度等に応じて細分類をある。

設けている。近年，由来不明のグリア細胞性腫瘍と考え髄膜上皮では腫瘍化に伴い，E-cadherin の発現が減弱られていた大脳膠腫症は神経芽細胞の脳内浸潤亢進を特し，代償性に N-cadherin 分子が発現するようになる。ま徴とする疾患と，稀突起膠細胞性腫瘍と診断されていた

たβ catenin の核内移行も認められる。さらに Double-

腫瘍はより多方向性の分化能を有する未分化腫瘍である

cortin X-linked (DCX) が，退形成髄膜腫の神経組織内浸潤と考えられている。

（9）げっ歯類の脳腫瘍
三森国敏（東京農工大学大学院

農学研究院

動物生命科学部門

病態獣医学分野）

ラットの自然発生脳腫瘍：神経膠細胞腫瘍と髄膜腫瘍

ラットの実験的誘発腫瘍：メチルニトロソ尿素 (MNU)

が自然発生するが，多くても 0.3%と非常に稀である。その投与により，膠芽細胞腫が高率に誘発され，MNU やの他非常に稀な腫瘍として，髄芽細胞腫，神経芽細胞腫，

エチルニトロソ尿素 (ENU) の投与により星状膠細胞腫

神経細胞腫，上衣細胞腫，脈絡叢乳頭腫が報告されていや稀突起膠細胞腫が誘発される。また，ENU の経胎盤投る。他の動物ではみられない特殊な脳腫瘍として顆粒細与により髄芽細胞腫が高率に誘発される。上衣細胞腫，

胞腫瘍 (GCT) があげられるが，Wistar Hannover 系では脈絡叢由来の腫瘍や髄膜腫を実験的に誘発させたとの報

4.5%と発生頻度が著しく高い。GCT は髄膜細胞型髄膜腫

告はない。

の亜系であると考えられている。

マウスの自然発生脳腫瘍：星状膠細胞腫が稀に見られ461

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

るのみであり，その他の腫瘍は殆ど見られない。
マウスの実験的誘発腫瘍：MNU や ENU の投与により，膠芽細胞腫，星状膠細胞腫や稀突起膠細胞腫が誘発されるが，誘発率はラットに比し低い。一方，P53 欠失マウ

462

スに ENU を経胎盤投与すると，膠芽細胞腫が高率に誘発される。また P53 欠失新生仔マウスに ENU を投与す
ると，髄芽細胞腫や神経芽細胞腫が高率に誘発される。

国際研究集会

国際研究集会〔目次〕

１．Fresh Perspectives of Computation in Neuronal Systems（代表者：深井朋樹

2010 年 6 月 2 日－6 月 3 日）............................................... 466

465

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）Fresh Perspectives of Computation in Neuronal Systems
2010 年 6 月 2 日－6 月 3 日
代表：世話人：深井朋樹 (RIKEN BSI)
所内対応者：井本敬二 (NIPS)（１）Optical imaging of dendrites in freely moving animals
Masanori Murayama (RIKEN BSI)
（２）An inverse approach for elucidating dendritic function
Klaus M Stiefel (OIST)（３）Presynaptic, postsynaptic, and morphological determinants of signal transmission at a central synapse
Ko Matsui (NIPS)（４）Spectrotemporal processing in the auditory cortical circuit
Craig Atencio (UCSF/UCB, USA)
（５）Point process filters in the analysis of neural spiking models
Uri Eden (Boston Univ, USA)
（６）Minimum conditional entropy principle for irregular firing of cortical neurons
Yasuhiro Tsubo (RIKEN BSI)
（７）A statistical method for selecting relevant neurons from multiple spike trains
Masato Okada (Univ of Tokyo)（８）Oscillations and irregular firing in a multi-area cortical network model for selective attention
Albert Compte (IDIBAPS, Barcelona, Spain)（９）A long-tailed EPSP distribution accounts for the up-state, low-rate asynchronous firings,
and precise firing sequences in cortical networks
Jun-nosuke Teramae (RIKEN BSI)
（10）Input-dependent switching of inhibitory configurations in neural networks
Alex Reyes (New York Univ, USA)
【参加者名】
Albert Compte (IDIPAPS, Barcelona, Spain), Alex Reyes

知医科大学），金(New York Univ, USA), Ben Torben-Nielsen (OIST), Craig

近江崇宏，田中康裕，太田絵一郎，早川Atencio (Univ of California, San Francisco, USA), Gilson

赤崎孝文（京都産業大），井上

Matthieu (RIKEN, BSI), Klaus M. Stiefel (OIST), Uri Eden

歌

(Boston Univ, USA)，佐々木拓哉（埼玉大），寺前順之介，

吉村由美子，後藤義一，東島恵美子，古江秀昌，佐竹伸太田桂輔，村山正宜，深井朋樹，坪一郎，深澤有吾，Tim Budisantoso, Laxmi Parajuli，久保義泰宏，五十嵐潤，

秀明，山内

弘，坂野

池谷裕二（東京大），沖津寛明，毛内一，井本敬二（生理研）

田崇史，角田敬正，程

滋，石井

信，

隆（京都大），

剛（岡山大），加勢大輔，

大介，岡澤剛起，田渕克彦，松井

我妻伸彦 (RIKEN BSI)，瀧山賢亮，岡田正人，大森敏明，
拡，丸山隆一，上智，篠本広，Sumru Keceli，拓，川上良介，富永真琴，石橋仁，重本隆

殷杰（東京工業大），伊藤嘉房（愛【概要】
現在の神経科学の大きな課題の一つは，これまでに得に神経回路の機能を解明して行くかという課題である。

られた分子細胞レベルの膨大な情報を基礎にして，いか実験の分野では多チャンネル測定や光計測などの技術が466

国際研究集会

進歩して来ているが，これらの技術を利用して得られるった。

巨大な量のデータの解析方法はまだ未発達な段階であ国際研究集会には，今回招聘した海外研究者に加えて，る。神経回路の理解には実験研究者と理論面の研究者の理化学研究所，京都大学等に訪問中の海外研究者にも参協力が不可欠である。しかし実験サイドと理論サイドの加してもらい，国際色に富んだレベルの高い集会となっ研究者がお互いに顔を会わせる機会は多くなく，ましてた。主な海外からの参加者は，Alex Reyes（New York 大や初歩的なところから話を聴いたり，十分な時間を取っ学），Craig Atencio (UCSF)，Uri Eden（Boston 大学）であて議論をする様な場はほとんど設定されてこなかった。

り，62 名が参加した。

実験サイドと理論サイドの若手研究者が一堂に会してお不慣れな分野の発表を英語で聴くということで，参加互いに不慣れな用語に慣れ，お互いの研究内容を知るこ者にとってのハードルは高かったが，内容的にいずれもとを目的として，深井朋樹先生（理化学研究所）が提案

神経回路の活動を数値的にどのようにとらえるかという者となり 2007 年度，2008 年度に生理学研究所研究会「理興味ある話題であり，時間的に余裕を持って話されたた論と実験の融合による神経回路機能の統合的理解」を開め，言葉の問題はさほど問題にはならなかったように思催した。3 回目は海外からも講演者を招待して英語で研われる。今後も形を変えて，異なる分野の研究者の連携究会を開催することを当初から予定しており，国際研究を促進して行く予定である。

集会の制度が設けられたことを利用して今回の開催とな（1）Optical imaging of dendrites in freely moving animals
Masanori Maruyama (RIKEN Brain Science Institute, Japan)
Very little is known about dendritic activity in living

A model of the results revealed that the microcircuit isanimals and even less about sensory processing and its

organized so that local populations of apical dendrites canrelationship to behavior. Here, we measured dendritic calcium

adaptively encode bottom-up sensory stimuli linearly acrossactivity in layer 5 (L5) pyramidal neuron in the sensorimotor

their full dynamic range. (Murayama et al., Nature, 2009).

cortex of awake and anesthetized rats following sensory

In the awake state, there was a prominent slow, delayed

stimulation by using a fiberoptic imaging method (Murayama

response whose integral was ～14 fold larger than in the

et al., J Neurophysiol., 2007; Murayama & Larkum, Nat.

anesthetized state. These changes were confined to layer 5

Protoc., 2009). Dendrites of L5 pyramidal cells in

pyramidal dendrites and were not reflected in the activity of2+somatosensory area were bolus-loaded with Ca -sensitive

layer 2/3 neurons in general. Inactivating a higher cortical,

dye. Hind limb stimulation evoked bi-phasic (fast and slow)

supplementary

dendritic responses. The strength of sensory stimulation was

suppressed dendritic activity as did transecting the region

encoded in the fast dendritic calcium response of a local

between the two cortical areas. Conversely, stimulation of the

population of L5 pyramidal cells in a graded manner. Using

supplementary motor area resulted in increases in dendritic

various forms of pharmacological interventions we could

activity. Anterogradely labeling of L5 neurons with a neuralshow that the slope of the stimulus-response function was

tracer in the SMA showed corticocortical projections tounder the control of a particular subset of inhibitory neurons

primary sensory area. These physiological and anatomical(Martinotti cell) activated by synaptic inputs predominantly infindings demonstrate the SMA drives the large dendritic

L5. Recordings from single apical tuft dendrites in vitro

activity in sensory area. We conclude that during the awake

showed that activity in L5 pyramidal neurons disynapticallystate, top-down connections control the duration of dendritic

coupled via interneurons directly blocks the initiation ofactivity which is functionally related to behavior (Murayama

dendritic calcium spikes in neighbouring pyramidal neurons.

& Larkum, PNAS, 2009).

motor

area

(SMA)

with

tetrodotoxin467

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（2）An inverse approach for elucidating dendritic function
Klaus Stiefel (Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), Japan)
We outline an inverse approach for investigating dendritic

optimizing dendrites for functions hypothesized to befunction-structure relationships by optimizing dendritic trees

performed by classes of neurons. If the optimized, artificial,

for a-priori chosen computational functions. The inverse

dendrites resemble the dendrites of real neurons the artificial

approach can be applied in two different ways.

dendrites corroborate the hypothesized function of the realFirst, we can use it as a ‘hypothesis pump’ in which we
optimize dendrites for a function of general interest. The

neuron. Moreover, properties of the artificial dendrites canlead to predictions about yet unmeasured properties.

optimization yields an artificial dendrite that is subsequently

In this way, we investigated wide-field motion integrationcompared to real neurons. This comparison potentially allows

performed by the VS cells of the fly visual system. In

us to propose hypotheses about the function of real neurons.

outlining the inverse approach and two applications, we also

In this way, we investigated dendrites that optimally performelaborate on the nature of dendritic function. We furthermore

input-order detection.

discuss the role of optimality in assigning functions toSecond, we can use it as a ‘function confirmation’ bydendrites and point out interesting future directions.

（3）Presynaptic, postsynaptic, and morphological determinants of signal transmission
at a central synapse
Ko Matsui (Division of Cerebral Structure, NIPS)
Boundaries exist between cells in multi-cellular organisms

uncertain, even the maximum probable concentration of

but cells often need to pass information from one to anothertransmitter adjacent to the release site cannot be estimated.

and transmitter released into the extracellular space often

Another unknown factor is the distribution of receptors

becomes the medium of choice. Cells passing information

relative to the release site. Whether the morphologicalrelease transmitter via exocytosis of vesicles and, if the extra-

structure of the microenvironment surrounding synaptic

cellular transmitter concentration transient is sufficient tocontacts affects transmitter diffusion and signal transmission

activate the receptors expressed on the receiving cell, a signal

between cells is yet another problem to be solved. We also

is successfully transmitted. Chemical synapse in the brain is aneed to realize that vesicle release events are probably notprime example of such communication. Stochastic nature ofindependent from each other as released transmitter can residepresynaptic release properties and activation, deactivation,in the extracellular space for a short period of time, which

and inactivation kinetics of postsynaptic receptors have been

could affect responses to subsequent releases. In this talk, I

largely uncovered during the past few decades. However, as

will

the diffusion coefficient of transmitter in the extracellular

simulation based approaches to understand the behavior ofspace is unknown, spatiotemporal profile of transmitter after

transmitter in the extracellular space and how the signal

release is still to be determined. In fact, since the number oftransfer between cells is affected by this behavior usingtransmitter molecules packed within a vesicle is also

glutamatergic synapses in the visual system as an example.

468

introduce

electrophysiogical,

morphological,

and国際研究集会（4）Spectrotemporal Processing in the Audi- tory Cortical Circuit
Craig Anthony Atencio (The Keck Center for Integrative Neuroscience, UCSF, USA)
Cortical functional anatomy has identified a microcircuit

informative dimensions (MIDs). We then related the STRFs

underlying computations between and within layers. Thisto the laminar organization of AI. We also examined thefeedforward circuit processes information serially fromspectrotemporal processing of fast-spiking and regular-

granular to supragranular, and to infragranular layers. We

spiking neurons. When we compared the AI results to those in

examined the spectrotemporal processing in the primary

the auditory midbrain, we discovered that the STRFs ofauditory cortex (AI) circuit by simultaneously recording fromneurons in AI had greater cooperativity and a greater number

multiple AI neurons. We estimated spectrotemporal receptiveof stimulus features. Last, we found that the structure of the

fields (STRFs) using the spike-triggered average, and we

AI circuit correlated with how spectrotemporal stimuli areextended the STRF model using the technique of maximallyprocessed, indicating a hierarchy of computations within AI.

（5）Point Process Filters in the Analysis of Neural Spiking Models
Uri Eden (Department of Mathematics and Statistics, Boston University, USA)
Brain areas are able to maintain dynamic representations oftoolbox of estimation algorithms and adaptive filters tothroughaddress questions of static and dynamic encoding andcoordinated spiking activity of large neural ensembles.

decoding. In our analysis of these filtering algorithms, weTechnological advances in electrophysiology now allow us todraw analogies to well-studied linear estimation algorithms

recordfor continuous valued processes, such as the Kalman filter andbiologicalstimulisimultaneousandbehavioral

activity

fromvariables

increasingly

large

populations of spiking neurons. Developing modelingits discrete and continuous time extensions.

methods to describe the neural representations present within

These methods will be illustrated in the context of thethese high dimensional signals represents an importantanalysis of place field activity in the rodent hippocampus.

statistical challenge for neural data analysis. The theory ofPlace cells, which tend to fire preferentially when the animal

point processes offers a unified, principled approach tois in specific locations, have been implicated in cognitivemodeling and estimating the firing properties of spiking

tasks such as navigation and decision making. Using simple

neural systems, and assessing goodness-of-fit between apoint process models, we are able to accurately characterize

neural model and observed spike train data.

the localized spiking activity of these neurons as a function of

We develop a state space estimation framework to track thethe animals position in its environment, track plasticity inevolution of dynamic signals using spike train observations

their firing properties, and reconstruct the animals movementsfrom large neural ensembles. This allows us to derive afrom the spiking of a hippocampal population.

（6）Minimum conditional entropy principle for irregular firing of cortical neurons
Yasuhiro Tsubo (RIKEN Brain Science Institute, Japan)
The brain processes information by means of the electricalpulses trans-mitted synaptically between neurons. In vivo469

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

cortical neurons typically exhibit highly irregular spike

irregular ISIs obeying a gamma distribution with a stationary

sequences. However, implications of the irregularity firing for

firing rate (Miura et al., 2007). The in vitro and in vivo ISI

information processing remain unknown. The purpose of this

distributions do not necessarily conflict with each other if thestudy is to uncover the principle of information representation

firing rate of in vivo cortical neurons is non-stationary andby irregular spike trains. To this end, we analyzed the spikevaries from time to time. To generate a power-law ISI

sequences recorded juxta-cellularly from neurons in the rat

distribution, however, the non-stationary firing rate should

motor cortex during self-paced forelimb movements. Juxta-

obey a specific distribution (in fact, it should be a gamma

cellular recording enables us to identify the morphology anddistribution). A real surprise in this study is that thisthe location of recorded neurons. We found that the majority

distribution can naturally emerge from a simple hypothesis: inofintervalvivo cortical neurons minimize the conditional entropy of

distributions commonly possessing power law-decaying tails

their responses to noisy stimuli. The minimum conditionalwith neuron-specific exponents, whereas we previously

entropy principle indicates that the input firing rate isreported that these pyramidal neurons displayed a diverse

designed in a way to maximize the neuronal reliability of therange of functional activities, such as movement, holding or

spike generating mechanism by minimizing the influence ofpre-movement activity (Isomura et al., 2009). The common

translation noise. Our hypothesis challenges the traditional

statistical property of irregular firing of the functionallyview that neurons may maximize mutual information between

distinct neurons may reflect a universal principle of neuronal

input and output.

recorded

unexpectedly

exhibitinter-spike

information coding. In contrast to the above finding, in vitro
cortical neurons receiving a fluctuating input generated

This study is a collaboration with Drs. Tomoki Fukai and
Yoshikazu Isomura.

（7）A statistical method for selecting relevant neurons from multiple spike trains
Masato Okada (The University of Tokyo, Japan)
A number of dimensionality reduction techniques havefactor (DSF) models. DSF is based on statistical methods

been used to construct low-dimensional representations thatcombining the factor analysis, mixtures of Gaussians andsummarize the activity recorded from many neurons. Most ofBayesian automatic relevance determination technique. We

the techniques (e.g., principal component analysis) involve a

assumed that “relevant” neurons were generated fromfeature transformation: high-dimensional features of multiple

low-dimensional factor model representing cluster structures.

spike trains (e.g., smoothed firing rates) are projected into

We developed a variational Bayes method for model fitting.

low-dimensional subspaces through linear transformation. All

We applied our method to neural activity data collected

analyzed neurons are usually used in such procedures.

from inferior temporal cortex of two macaque monkeys.

However, the activities of some neurons may be irrelevant toSingle-unit activities were recorded while the monkeys

stimuli or behavioral tasks, especially in data obtained fromperformed a fixation task (Sugase et al, 1999). Our method

simultaneous recordings. In such cases, it is beneficial tofound that 34 of 45 analyzed neurons and five factors (fiveeliminate the irrelevant neurons from analysis.

dimensions) were sufficient in categorizing the neural

In this study, we proposed a method for selecting relevant

responses according to the global category of visual stimuli

neurons and constructing a low-dimensional representation of(human faces, monkey faces, and simple geometric shapes)

the selected neurons. The method is called doubly sparseand one fine category (monkey facial expressions).

470

国際研究集会（8）Oscillations and irregular firing in a multi- area cortical network model for selective attention
Albert Compte (IDIBAPS, Barcelona, Spain)
Synchronization across cortical circuits has been implicatedsynchrony modulations are highly selective: Inter-areal

in selective attention, but its mechanism and computational

neuronal coherence occurs only when there is a close matchrole remain unclear. In this study, we examined gamma-band

between the preferred feature of neurons, the attended featuresynchronization in a reciprocally connected loop model ofand the presented stimulus, a prediction that is experimentallyspiking neurons between a sensory-type (MT) and an

testable. When inter-areal coherence was abolished attention-

executive- type (prefrontal/parietal) cortical circuit. The

induced gain modulations of sensory neurons were slightly

model reproduces and clarifies multiple observed features of

reduced. Therefore, our model reconciles the rate andsynchronization by top-down attention, in a dynamic regime

synchronization

characterized by the coexistence of oscillatory local field

facilitates large-scale neuronal computation in the brain, in

potential and highly irregular single cell firing. Top-downpart through modest enhancement of rate modulations as wellattentional inputs have a profound effect on network

as a pronounced attention-specific enhancement of neuraloscillatorysynchrony.

dynamics

while

only

modestlyaffectingeffects,andsuggeststhat

coherence

single-neuron spiking statistics. In addition, attentional（9）A long-tailed EPSP distribution accounts for the up-state, low-rate asynchronous firings,
and precise firing sequences in cortical networks
Jun-nosuke Teramae (RIKEN Brain Science Institute, Japan)
In vivo cortical neurons typically exhibit irregular and

EPSP that is large enough to induce firing of a postsynaptic

asynchronous firing at low firing rates, and reverberatingcell and precisely transmit information about both rate andsynaptic input is considered to generate such low-rate

timing of the pre-synaptic spike trains mediated by these

persistent fining. However, the mechanism to retain the stable

synapses. Thus, our model also accounts for precisely-timed

low-frequency persistent firing remains elusive. In this study,

spike sequences reported previously in some experiments. We

we will show that networks of cortical neurons can stably

show that weak synapses retain the average subthreshold

generate low-rate asynchronous firing when the weights ofmembrane potential the UP-state, about 10 mV below theexcitatory synapses are distributed according to a long-tailed

firing threshold, and the information transmission mediateddistribution, typically the log-normal distribution. In thisby very strong synapses is maximized at the UP-state. We will

weight distribution, only a few synapses can be very strong on

also discuss possible information processing of corticala single neuron, while the remaining synapses should be

neurons inferred from the network structure.

weak. Interestingly, a few very strong synapses generate an471

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）（10）Input-dependent switching of inhibitory configurations in neural networks
Alex Reyes (Center for Neural Science, New York University, USA)The responses of neurons in primary auditory cortex (AI) to

stimulus-evoked firing behaviors. Here we characterizestimuli de- pend on the summed excitatory (/E/) andexperimentally

inhibitory (/I/) synaptic inputs that arise from the activity ofproperties of connections between pyramidal and inhibitory

local and distal neurons. How the /E/ and /I/ inputs scale withneurons and perform simulations to show that a /single/ /E/-/I/

stimuli is yet unclear but is likely to depend on the network

network gives rise to both LIN and CON. By changing thearchitecture, broadly classified either as the lateral inhibitory

spatial extent of the input to the network, the configuration

network (LIN) where the /I/ inputs to a neuron are more

shifts seamlessly between LIN and CON. The existence ofbroadly tuned than the /E/ in- puts, or the co-tuned network

multiple configurations in a single hardwired network may(CON) where the /E/ and /I/ inputs co-vary for the entire

pro- vide the nervous system with multiple operational modes

stimulus range. /E/ and /I/ scale with input differently in eachto deal with a wide range of stimulus, environmental, andconfiguration to produce complementary sets of responses,

attentional states.

suggesting that both may be needed to account for the diverse

472

the

spatialdistributions

andsynaptic各種シンポジウム

平成 22 年度生理研・総研大国際シンポジウム
脳科学の最前線－人間の統合的理解を目指して
ポストイベント：神経科学神話を超えて生理研・総研大国際シンポジウムが平成 22 年 12 月 16 日（木曜日）から 18 日（土曜日）の 3 日間，岡崎コンファレンスセンターにおいて開催された。New Frontiers in Brain Science: Towards Systematic Understanding of Human Beings（脳科学の最前線－人間の統合的理解を目指して）と題した今回のシンポジウムでは，米英仏の各国から 8 名，国内から 18 名の著名な研究者を招き，大きく分けて 1．Social and cognitive brain（社会・認知脳）2．Recent advances in brain
science（最近の脳科学研究の成果）3．Neuroethics（脳倫理）の 3 つのトピックスによりセッションが行われた。生理研のメンバーを含む脳科学を専門とする研究者・学生を中心に，164 名の参加が全国各地から（一部，海外からも）あり，活発な意見が交わされた。
シンポジウムは高畑総研大学長と池中副所長の歓迎の挨拶から始まった。初日 16 日前半の社会・認知脳のセッショ
ンでは，社会と個人の関係，倫理観，経済行動（意志決定），顔認知などの脳科学的基盤や自閉症について議論された。
16 日後半から 17 日夕方までは，生体システム研究部門が専門とする大脳基底核を中心に，新しい手法によりわかってきた大脳基底核や小脳・大脳皮質を巡る線維連絡，大脳基底核・大脳皮質・脳幹の機能に関する最新知見，神経疾患の病態やその治療法などについて紹介され，それに基づいて討論が行われた。最終日 18 日午前の脳倫理のセッショ
ンでは，ヒト社会の脳科学的基盤，社会が脳科学の成果を受け取る際の問題点などについて議論された。また，初日
16 日の夕方には，学生・若手研究者によるポスターセッションが行われ，37 のポスターがコンファレンスセンターの廊下に張り出された。国内外のシンポジストと学生・若手研究者が盛んに討論するなど，大変盛況なセッションとなった。
最終日の 18 日午後には，ポストイベントとして一般向けの日本語による講演会「神経科学神話を超えて」が開催された。地元新聞での広報の成果もあり地域の方々が数多く足を運んでくださり，全体で 182 名の参加者があった。岡田所長の挨拶のあと，総研大，生理研教授を含む 5 名の研究者により，近年の「脳」ブームにまつわる問題点や背景などについて，分かりやすくも考えさせられる講演が行われた。質疑応答も予定より時間をオーバーして行われ，一般の方々と研究者が熱心に意見を交わす意義深いイベントとなった。
脳機能の解明を目指した研究，精神・神経疾患の病態や治療法などの研究が確実に進展しており，取り扱う範囲も文化や社会構造などにも広がっていることを実感した 3 日間であった。また，これら脳研究の成果を社会にどのように伝えるのかも，研究者が取り組むべき問題である。とくに本シンポジウムは，学生・若手研究者が著名な国内外の研究者と，じっくり話し合える貴重な機会を提供したと思う。

475

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

NIPS/SOKENDAI International Symposium
New Frontiers in Brain Science:
Towards Systematic Understanding of Human Beings
December 16 (Thu) - 18 (Sat), 2010
Okazaki Conference Center, Okazaki, Japan
Welcome to “New Frontiers in Brain Science”
In the last 20 years, brain science has made great advance. It can now deal with higher cognitive brain functions,such as decision-making processes, social interactions, consciousness, as well as neurological and psychiatricdisorders. Such advancements have been achieved not only by brain science in a narrow sense, but also in
combination with computational neuroscience, psychology, imaging studies and clinical neuroscience. They willcertainly have great impacts on the society, as well. The time is ripe to review recent achievements in brain scienceand analyze their impacts on the society.
During a three-day symposium, the following three topics have been discussed.
1. Brain science to understand social events (Social brain)
2. Recent achievements in brain science
3. Impact of brain science on the society
December16 (Thu)
Welcoming address:

Naoyuki Takahata (President of Sokendai)

Opening remarks

Kazuhiro Ikenaka (Vice-Director-General of NIPS)

Object of the symposium:

Atsushi Nambu (Symposium Organizer)

Social and Cognitive Brain
Chaired by Norihiro Sadato and Shigeru Kitazawa
Tetsuya Iidaka (Nagoya, Japan)
Cross-cultural imaging study of social and emotional brain
Molly J. Crockett (Cambridge, UK)
Serotonin and prosocial behaviour: neural and psychological mechanisms
Saori C. Tanaka (Osaka, Japan)
The sign effect of delay discounting
Shigeru Kitazawa (Tokyo, Japan)
Quantitative evaluation of gaze and cognition in autism
Masami K. Yamaguchi (Tokyo, Japan)
Infants’ brain activity in face perception
Hidehiko Takahashi (Kyoto, Japan)
Molecular imaging of emotional decision making
Brain Circuitry －Basal Ganglia and Related Structures－
Chaired by Masahiko Takada and Atsushi Nambu

476

各種シンポジウム

Peter L. Strick （Pittsburgh, USA）
The basal ganglia and cerebellum are interconnected
Fumino Fujiyama (Kyoto, Japan)
Re-evaluation of network in the basal ganglia with new morphological approach
Eiji Hoshi (Tokyo, Japan)
Structural and functional relationships between the basal ganglia and the dorsal premotor cortex in voluntary motor control
Poster Session
December 17 (Fri)Functions of the Brain －Basal Ganglia Functions－
Chaired by Tadashi Isa and Thomas WichmannCharles J. Wilson （San Antonio, USA）
Active decorrelation mechanisms in the globus pallidus
Tomoki Fukai (Tokyo, Japan)
Motor information coding in the microcircuit of the rat primary motor cortex
Kazuto Kobayashi (Fukushima, Japan)
Neural mechanism of basal ganglia circuit that controls acquisition and performance of learning
Minoru Kimura (Tokyo, Japan)
Neuronal correlates of action valuation and selection in the basal ganglia
Thomas Boraud （Bordeaux, France）
Emerging properties of the cortex-basal ganglia loop
Kaoru Takakusaki (Asahikawa, Japan)
Subcortical mechanisms of controlling postural muscle tone in cats
Disorders of the Brain
Chaired by Kaoru Takakusaki and Thomas Boraud
Thomas Wichmann (Atlanta, USA)
Effects of high-frequency stimulation of the subthalamic nucleus in normal and parkinsonian monkeys
Pullanipally Shashidharan (New York, USA)
Altered neuronal activity in basal ganglia of an animal model of dystonia
Atsushi Nambu (Okazaki, Japan)
Cortico-basal ganglia loop and movement disorders
Masahiko Takada (Inuyama, Japan)
Gene delivery to primate brain with recombinant viral vectors: Development of novel models for brain researchTadashi Isa (Okazaki, Japan)
Reorganization of cortical and subcortical networks during the functional recovery after the spinal cord injury in macaquemonkeysNicholas G. Hatsopoulos (Chicago, USA)
Exploiting vision and proprioception to augment a cortically-controlled brain machine interface
Short Tour of NIPS and NIBB

477

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

December 18 (Sat）Neuroethics
Chaired by Osamu Sakura and Tatsuya Mima
Patricia S. Churchland (San Diego, USA)How the mind makes morals
Yukihiro Nobuhara (Tokyo, Japan)
Some problems with understanding the mind from the brain
Tatsuya Mima (Kyoto, Japan)“Japanese brain” and its metaphors after the Asia-Pacific War: A neuro-studies approach
Mitsuo Kawato (Kyoto, Japan)
Four principles of neuroethics for brain machine interface
Osamu Sakura (Tokyo, Japan)
Neuroscience in society: pure, pop, pseudo, and party-talk sciences
Concluding Remarks

シンポジウム「神経科学神話を超えて」
12 月 18 日（土）生理学研究所所長挨拶：岡田泰伸
シンポジウムの趣旨説明：南部池内篤（生理学研究所・総合研究大学院大学）

了（総合研究大学院大学）

疑似科学としての神経科学神話
定藤規弘（生理学研究所・総合研究大学院大学）
脳科学情報の読み解き方
藤田一郎（大阪大学大学院）
脳ブームの迷信：虚構の指摘になぜ勇気が必要とされるのか？
河野哲也（立教大学）
心は脳のなかだけにあるのではない：脳科学と心理主義の危険
米本昌平（東京大学・総合研究大学院大学）
神経科学研究と科学的認識論

総合討論

478

トレーニングコース

第 21 回生理科学実験技術トレーニングコース“生体機能の解明に向けて”－分子・細胞レベルからシステムまで－
2010 年 8 月 2 日－ 8 月 6 日
担当：定藤規弘（心理生理学研究部門）【概要】
生理学研究所のトレーニングコースは，今年で 21 回目を迎え，大学院生やポスドクレベルの広い分野からの若い研究者が，生理科学における実験技術を学ぶ場として完全に定着した感がある。受講希望者の数やコースの内容には例
年に比べて大きな変化はなく，今年も 146 名の参加者を得て，好評のうちに終了することができた。本年も実習内容
に関する満足度は極めて高く，アンケートにおいては「満足した」という回答が 96%を占めている。またトレーニン
グコースをきっかけとして，研究者間の交流が始まったり深まったりすることによって，共同研究に発展することも頻繁に認められる。このことは，生理学研究所の大学共同利用機関としての使命を果たしていく上でも，トレーニン
グコースが既に重要な位置づけを持っていることを示している。今後とも我が国における最先端の生理科学実験技術の普及，生理学研究のレベル向上，新たな共同研究の促進に，生理学研究所のトレーニングコースは大きな役割を果たしていくものと考えられる。

【講演】受講者全員を対象とする講演：研究テーマをどのように選んだか？ グリア細胞をなぜ研究しているのか？
池中一裕（生理学研究所・分子神経生理研究部門）【実習内容】(1)in vitro 発現系を用いたイオンチャネル・受容体の機能解析(2)

海馬神経初代培養とその解析法(3)

免疫電子顕微鏡法(4)

ジーンターゲティングマウス作製の基礎から応用へ(5)

パッチクランプ法(6-1)

スライスパッチクランプ法(6-2)

In vivo パッチクランプ法(7)

ゼブラフィッシュを用いた神経回路機能の解析(8)

摂食・飲水行動発現機構入門(9)麻酔動物での電気生理実験(10)

慢性動物実験法入門(11)

視知覚の脳内メカニズムの実験的解析(12)

脳磁図によるヒト脳機能研究の基礎(13)

ヒト脳機能マッピングにおけるデータ解析入門(14-1) 生理学実験のための電気回路・機械工作・プログラミング(1)（生体アンプとバスチェンバーの作製）(14-2) 生理学実験のための電気回路・機械工作・プログラミング(2)（C 言語による PIC プログラミング）(15)

はじめての電子線トモグラフィー

481

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

各コースのさらに具体的な内容に関しては，以下を参照されたい。
http://www.nips.ac.jp/training/2010/courses/syoukai.html
トレーニングコース終了時には，例年参加者からアンケートをいただいている。ほとんどの項目について，毎年似かよった結果が出ており非常に安定した高評価を得ている。具体的なコメントについても以下に公開されている。
http://www.nips.ac.jp/training/2010/TC2010Q.pdf【アンケート結果】受講者 146 名，うち回答者 140 名（回収率 96%）482

セミナー報告

セミナー報告1. Behavioral and neural correlates of preference decision making
下條信輔（米国カリフォルニア工科大学）(2010.4.2)
Behavioral and neural correlates of preference decision making.

2. Gene regulatory mechanisms that build nervous systems:
Lessons learned from the nematode C.elegans and beyond
Oliver Hobert (Columbia University Medical Center & Howard Hughes Medical Institute,
Department of Biochemistry and Molecular Biophysics)(2010.4.19)
One of the central questions in developmental neurobiology

nematode C.elegans, my laboratory has begun to uncoveris how a developing organism can generate a vast array ofwhat appears to some simple, phylogenetically conserved

distinct neuronal cell types. Through the decoding ofprinciples that may underlie the generation of neuronal

cis-regulatory elements and forward genetic screen in thediversity that I will describe in this talk.

3.「注意」に関係するかも知れない脳活動逵本徹（生体機能情報解析室）(2010.4.28)

以前に，サルが自分のペースでレバー操作を行う際に使った運動課題は，光刺激が二回点灯して，一回目の刺前頭葉にシータ周波数 (4-7Hz) のリズミックな脳波が出

激 (S1) は予告で，その 3 秒後に二回目の刺激 (S2) が点灯

現することを見つけ，これが注意に関係しているかも知して，S2 に応じてレバーを動かせば報酬がもらえる，とれないことを報告しました。もし本当にそうなら，注意いう課題です。前頭前野 9 野と前帯状野 32 野にシータ波レベルが上がる色々な状況で同じシータ波が出現するはが観察され，想定される注意レベルの変動と一致して増ずです。

減しました。この皮質領域のリズミックな活動が「注意」

今回，別の運動課題でもそのとおりの結果を得ました。

に関係している可能性を示唆しています。

4. バイオイメージングを活用した神経生理学研究の新展開
久恒辰博（東京大学大学院新領域創成科学研究科）(2010.4.28)
成体脳においても，ニューロン新生に代表されるようデル系にして，神経幹細胞からニューロンが発生し新しに，神経回路を修復し再生させる能力が備わっている。

い脳回路が形成される過程について，主に共焦点レーザ

私たちはこれまで，成体海馬ニューロン新生を一つのモー顕微鏡を用いたバイオイメージングによって解析を進485

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

めてきた。特に，脳スライスカルシウムイメージング法て見出してきた。本日は，これらの具体的な研究結果にを用いて，神経幹細胞に対する GABA やアセチルコリン

加えて，今後の神経生理学研究の展開に対する，共焦点の作用について明らかにしてきた。また，脳梗塞モデル

レーザー顕微鏡と MRI の有用性についても，紹介させてを用いた研究において，神経機能の回復に対してグリアいただきたい。

細胞が神経修復作用を示すことを，MRI 計測などを用い

5. 網膜ドーパミン放出細胞からのシナプス外 GABA 放出
平沢統（理化学研究所

脳科学総合研究センター

ニューロインフォマティクス技術開発チーム）(2010.4.28)

脊椎動物網膜において，ドーパミン放出型アマクリンに DA 細胞でのドーパミンと GABA は一部の分泌小胞に細胞（DA 細胞）は光照射刺激によりドーパミンを放出

おいて共存するというデータを紹介する。特に 1) 一部

する。そのドーパミンは傍分泌により様々な種類の網膜の分泌小胞は vesicular monoamine transporter-2 と vesicular細胞に作用し，結果として明順応信号として機能していGABA transporter の双方にたいし免疫陽性である，2) 一る。DA 細胞は抑制性アミノ酸である GABA，及び，そ部 (～16%) のドーパミン放出イベントは GABA 放出イの合成酵素も保有している。今回，DA 細胞体はドーパ

ベントとほぼ同時に発生する，ということを示す。これ

ミンに加え GABA をも小胞性放出することを示す。DA

らの結果は，2 種類の異なる vesicular transporter/伝達物

細胞体は開口放出活性帯を保有していない。したがって質は小胞の成熟過程等において比較的ランダムに小胞上

この GABA 放出はシナプス外放出と考えられる。傍分泌/内に分配されるということを示しているのかもしれなに基づく GABA 放出は DA 細胞付近にある内網膜層でのい。

興奮性を制御するのに寄与しているのかもしれない。次6. カルシウム恒常性維持を担う TRP チャネル
鈴木喜郎（細胞生理研究部門）(2010.5.26)
カルシウム (Ca2+) は生体において極めて重要であり，
2+ることが示唆されたが，それらを担う別の分子の存在も血中 Ca 濃度は小腸における食物からの吸収および骨代同時に示唆された。今回のセミナーでは，TRPV6 が小腸謝，腎臓における再吸収が全て調和することによって一Ca2+吸収に関与することを示唆するような異なる角度か定に保たれている。しかしながら生体にとって唯一のらの証拠（ヒト Ca 結石との関係，およびヒト進化にお2+

Ca 流入路と考えられている腸において，管腔膜におけ2+

ける牧畜の開始との関係）について述べるとともに，る細胞内への Ca 流入路の分子実体については不明な点

TRPV6 ではない別の Ca2+輸送分子の同定に向けた現在が多い。留学先の Hediger 研究室において小腸 Ca2+流入の研究を紹介したい。また，輸送分子の立体構造に基づ2+路の候補が同定されたが，実際は Ca 選択的な膜 6 回貫いた新規阻害剤のスクリーニング法の開発を試みており，通型のイオンチャネル (TRPV6) であった。Trpv6 ノック

今回はグリア型グルタミン酸輸送体 (GLT-1) を例としてアウトマウスを用いた解析によって，TRPV6 は小腸 Ca
2+2+

流入および胎盤における母子間 Ca 輸送の一部を担い得486

紹介したい。

セミナー報告7. Understanding Parkinsonian Reaching Movements through A computational model of Basal Ganglia
V. Srinivasa Chakravarthy (Department of Biotechnology, Indian Institute of Technology, Madras, India)(Amari Unit, RIKEN Brain Science Institute)(2010.6.7)
We present a computational model that highlights the rolevariability with training. Reaching movements associated withof basal ganglia (BG) in generating simple reaching

Parkinson’s disease (PD) are simulated by (a) reducing

movements. The model is cast within the reinforcement

dopamine and (b) degrading the complexity of indirect

learning (RL) framework with the correspondence between

pathway dynamics by switching it from chaotic to periodic

RL components and neuroanatomy as follows: dopamine

behavior. Under the simulated PD conditions, the arm exhibits

signal of substantia nigra pars compacta as the Temporal

PD motor symptoms like tremor, bradykinesia and undershoot.

Difference error, striatum as the substrate for the Critic, and

The model echoes the notion that PD is a dynamical disease.

the motor cortex as the Actor. A key feature of thisneurobiological interpretation is our hypothesis that the

大脳基底核は，神経生理学，神経解剖学，臨床神経学

indirect pathway is the Explorer. Chaotic activity, originating

ばかりでなく，数理工学からも注目を集めており，ホッfrom the indirect pathway part of the model, drives the

トな分野の一つです。様々な数理モデルが提唱され，そwandering, exploratory movements of the arm. Thus the direct

れによって大脳基底核の機能が明らかになりつつありま

pathway subserves exploitation while the indirect pathway

す。今回のセミナーでは，Chakravarthy 博士自身が提案

subserves exploration. The motor cortex becomes more and

した数理モデルによって，パーキンソン病の病態を説明

more independent of the corrective influence of BG, as

しようという試みについて紹介してもらいます。是非，training progresses. Reaching trajectories show diminishing

御来聴下さい。

8. ヒト感覚野の変化関連活動と記憶乾幸二（生理学研究所

統合生理研究系

感覚運動調節研究部門）(2010.6.11)

乾先生による部門公開セミナーです。

9. 細胞内クロライド調節分子 K+-Cl− 共役担体 (KCC2) のリン酸化による機能制御
渡辺美穂（生理学研究所

生体恒常機能発達機構研究部門）(2010.6.29)

成熟動物の脳内において主要な抑制性伝達物質であるや虚血などの神経障害時に KCC2 の発現が減少し，

GABA は発達期には興奮性伝達物質として働き，神経回

GABA が再び興奮性作用を示すことが報告されている。

路形成・再編成や細胞分化や移動に重要な役割を持つこ成熟動物における KCC2 の機能制御についてはほとんどとが知られている。GABA に対する反応が興奮性である

明らかにされていないが，本研究では，正常/神経障害時−か抑制性であるかは細胞内 Cl 濃度により決定される。
−

KCC2 は Cl を細胞外にくみ出すトランスポーターで，細−の KCC2 の機能制御においてチロシンキナーゼによるリ
ン酸化が重要な役割を持ち，リン酸化による KCC2 機能

胞内 Cl 濃度の維持に関わる主要な分子である。発達に伴調節により急速な GABA 応答の変化がみられることをい KCC2 の発現が増加することにより，GABA 応答は興明らかにしたので紹介したい。

奮性から抑制性に変化する。成熟動物においても，障害487

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

10. シナプス接着因子 Neuroligin と自閉症との関係
田渕克彦（脳形態解析研究部門）(2010.7.16)
Neuroligin はシナプス接着因子 Neurexin に結合する分見つかったことから，これらの分子の変異によって起こ子として単離された 1 回膜貫通型タンパク質で，アセチるシナプス異常が自閉症と関係しているのではないかと

ルコリンエステラーゼ (AchE) 様ドメインを含む細胞外考えられるようになった。我々はこれを確かめる目的で，領域と，カルボキシ末端に PDZ 結合配列を有する細胞内

Neuroligin-3 の AchE 様 ド メ イ ン 内 に 局 在 す る 変 異領域からなる。ヒトでは 5 種類のアイソフォームが存在(R451C) を再現したノックインマウスを作成し，解析をし (neuroligin-1, 2, 3, 4X, 4Y)，そのうち neuroligin-3 と-4X行った。行動解析の結果，このマウスでは社会的相互作

が X 染色体上に，-4Y が Y 染色体上に座乗している。

用の低下と空間学習記憶能力の亢進が認められ，これら

Neuroligin の機能はこれまで主にげっ歯類で研究されては自閉症の症状と関連することから，neuroligin-3 のきた。げっ歯類の neuroligin-1, 2, 3 はヒトのものと相同性

R451C 変異はこれを有する患者の中で自閉症の直接の原が高いが，neuroligin-4X に類似するものは常染色体上に因となっていることが示唆された。このマウスのシナプあり脳での発現は微量で，また-4Y に相当するものは見ス機能を調べたところ，大脳皮質では抑制性シナプス機

つかっていない。Neuroligin-1, 2, 3 は脳で強い発現を示し，能の亢進が認められるのに対し，海馬では興奮性シナプ

Neuroligin-1 は興奮性シナプス後終末，Neuroligin-2 は抑ス機能の亢進が認められるという，脳の領域による表現

制性シナプス後終末，Neuroligin-3 は，興奮性と抑制性両系の違いが認められた。また，Neuroligin-3 の細胞内領域

方のシナプス後終末に局在し，これらのシナプスの形に局在する R704C 変異を再現したマウスでは，海馬で興成・成熟を誘導することが知られている。

奮性シナプス機能の低下が認められるという，R451C 変

ポストゲノムプロジェクトの時代になって，ヒト疾患

異と異なる結果が得られた。自閉症の原因はシナプス異原因遺伝子のスクリーニングが活発化する中で，常にあると言う説が有力になりつつあるが，このときのneuroligin-3 と-4X の変異が X 伴性自閉症患者の中から発シナプス異常のパターンは一律なものではないことが示見された。その後さらに，Neuroligin に結合する分子で唆される。

ある Neurexin や Shank-3 の遺伝子異常も自閉症患者から

11. イメージングのニューウェーブ：STED microscopy を使用したシナプスの高解像度イメージング
Valentin Nägerl (neuroscience, University of Bordeaux 2, France)(2010.7.23)
Synapses are extraordinary signaling machines. Thousands

Recent advances in microscopic techniques are likely toof proteins precisely and uniquely arranged within the pre-change that by improving spatial resolution by an order ofand postsynaptic compartments of each synapse govern

magnitude, thus making it possible to investigate synaptic

neuronal communication and mediate plasticity in the nervous

physiology and biochemistry at individual synapses even atsystem. One of the principle goals in neuroscience has long

the level of single molecules.

been to measure synaptic structure and protein organization,

We will review our progress in using superresolution STEDand to monitor mechanisms of change at individual synapses

microscopy to study the dynamics of synaptic structures using

in living cells. Since synapses are very small, highly dynamic,

lifeact to label filamentous actin with subsynaptic resolution

and densely packed within light-scattering medium this goalin live-cell imaging experiments in brain slices.

has been difficult to attain.

488

セミナー報告12. 睡眠覚醒調節の分子機構
裏出良博（（財）大阪バイオサイエンス研究所

分子行動生物学部門）(2010.8.25)

睡眠のメカニズムの最先端研究をおこなっている裏出
良博博士を招いてセミナーを行います。振るってご参加

ランジン (PG) D2 は最も強力な睡眠誘発作用を示す。
我々は，様々な遺伝子欠損マウスを用いて，PGD2 による睡眠誘発の分子機構の解明を進めてきた。その結果，ください。

現在では PGD2 は分子レベルでの作用機構が最も明確な［睡眠覚醒調節の分子機構］

睡眠物質として世界の学会で認められている。また，我々

http://www.obi.or.jp/japanese/introduction/set_systemsbiol

はマウスの睡眠測定用に開発されたシステムを応用した

ogy.html

簡易型睡眠計の開発や，睡眠覚醒の調節作用を持つ天然素材の探索，睡眠中に脳内で起きる変化を遺伝子レベル

健康な生活に睡眠は不可欠であり，ヒトは人生の約 3で網羅的に解析する研究も進めている。不眠に悩む人口分の 1 を眠りに費やす。しかし，睡眠の目的や調節機構の増加に伴い，快適な睡眠を得る方法や薬の研究に注目など，睡眠に関する疑問の多くは科学的に解明されていが集まっている。世界の最先端を走る日本の睡眠基礎研

ない。現在までに数十種類におよぶ睡眠物質が同定され究の成果を紹介する。

ているが，その中で我々が研究を進めているプロスタグ

13. (1)Trafficking of NMDA receptors(2)Glutamate receptor trafficking and synaptic plasticity
1.Katherine W ROCHE
2.Roger A NICOLL(2010.9.6)

14. The pyramidal neuron as an associative element-insights
into the organizing principles of the cerebral cortex
Matthew Larkum (University of Bern, Switzerland)(2010.9.9)
The neocortex is particularly adept at making associations

will present recent in vitro data showing that the apicaland predictions about the world. Understanding how it works

dendrite is even more complex with regard to local dendritic

is one of the major problems in neuroscience but it is highly

Na+, Ca2+ and NMDA electrogenesis than previously thought.

probable that the answer depends at least in part on the

Very little is known about how this dendritic activity

architecture of the cortex itself-both in terms of the individual

manifests in awake animals and even less about its

elements and their connectivity. Since the cortex is predominantly

relationship to behavior. Anatomical and physiological studies

made up of pyramidal neurons, it is absolutely fundamental tohave shown that top-down inputs, vital to awake behavior,understand synaptic integration in these neurons in the context

project to the upper layers of the cortex where they synapseof the network in which they are embedded. A few facts areonto the tuft dendrites of pyramidal neurons.

salient in this regard. Firstly, the dendrites of pyramidal

Furthermore, a variety of anesthetics have been shown toneurons are highly electrogenic. In the first part of this talk I

suppress dendritic activity, and it has been suggested that the489

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）activity of the dendrites is crucially linked to conscious,

activity. Taken together, the data suggest that top-down

awake behavior. In the second part of the talk, I show

information activates dendritic electrogenesis in primary

recordings of calcium activity in layer 5 pyramidal neuron

sensory areas of the cortex that is correlated to the conscious

dendrites using a recently developed method we dub thestate of the animal.

‘periscope’. These data demonstrate that calcium activity is

Finally, I present a hypothesis that might explain the role ofmuch greater in L5 pyramidal dendrites in awake rats versus

pyramidal neurons in cortical network and how this depends

anesthetized rats and also depends on the behavior of theon both their intrinsic activity and the architecture of theanimal. In addition, both anatomical and imaging datacortex.

suggested that a pre-motor area of cortex drives this dendritic

15. クライオ電子顕微鏡による生体分子イメージング
村田和義（形態情報解析室）(2010.9.28)
生体分子の構造を直接観察するためには電子顕微鏡がトラストを上げることにより，これまでよりも 3 倍少な必要である。しかし，試料を真空中に置かないといけな

いデータでより詳細なナノ，サブナノメートルの構造解

いため，これまでは，試料を化学固定したあと樹脂に包析ができた（文献 2）。クライオ電子顕微鏡は，これらの埋したり，重金属で染色したり，レプリカ膜を作製した研究例をはじめとして，今後，構造生物学と細胞生物学

りする必要があった。一方，クライオ電子顕微鏡は，生とをつなぐ新しい研究手法として期待される。

物試料を急速凍結して非晶質の氷の中に閉じ込め，これ

文献：をそのままの状態で観察する。このことによって，自然

1) Liu X, Zhang Q, Murata K, Baker ML, Sullivan MB, Fu

により近い状態で試料を観察でき，また，生体反応の決C, Dougherty MT, Schmid MF, Osburne MS, Chisholm

定的な瞬間をも捉えることができる。本セミナーでは，SW, & Chiu W (2010) Structural changes in a marine

このクライオ電子顕微鏡を使った生体分子イメージング

podovirus associated with release of its genome intoの最新の 2 つの研究を紹介する。一番目は，電子線トモ

Prochlorococcus. Nat Struct Mol Biol. 17(7): 830-6.

グラフィーを使った T7 様ファージの宿主への感染過程

2) Murata K, Liu X, Danev R, Jakana J, Schmid MF, Kingの解析である。得られたトモグラムから様々なステージ

J, Nagayama K, & Chiu W. (2010) Zernike Phaseにあるファージを分類することによって，感染過程におContrast Cryo-Electron Microscopy and Tomography for

けるファージの構造変化を明らかにすることができた

Structure（文献 1）。二番目は，電顕用 Zernike 位相板を使ったフNanometer Resolutions. Structure 18(8): 903-12.

Determination

atNanometer

and

Sub-

ァージ粒子の構造解析である。位相板を使って像のコン

16. Brain States: Neural mechanisms of perceptual learning（知覚学習の神経メカニズム）
Charles D. Gilbert (The Rockefeller University)(2010.10.4)
Vision is active. It is a dynamic process, resulting from an

shaping of lower level processes by higher order, moreinteraction between context, perceptual learning and top-down

complex information and cognitive states. There is an

influences. All cortical and thalamic levels of sensory

expanding view of the kind of information that is conveyed inprocessing are subject to powerful top-down influences, thea top-down fashion, including attention, expectation, and490

セミナー報告

perceptual task. As a consequence every cortical area acts as

may reflect an interaction between feedback pathways to V1

an adaptive processor, undergoing continuing cycles of stateand local circuits within V1. We propose that duringchangestatesperceptual learning, both the encoding and recall of learned

influencing the way in which the bottom up sensory

information involves a selection of the appropriate inputs that

information is interpreted in subsequent states. Recording

convey information about the stimulus being discriminated. Infrom primary visual cortex (V1) while animals perform shapeaddition, experience alters cortical circuitry, with massive

detection and discrimination tasks, we find that neurons

rapid sprouting and pruning of both excitatory and inhibitory

develop different stimulus selectivities as animals learn theseaxons. Modification and gating of cortical circuits therefore

tasks. Moreover, neurons alter their functional properties

underlies the experience and task dependent dynamics ofalong with the task requirements. The output from V1

cortical function.

andfunctionalswitching,with earlier

therefore reflects both sensory and behavioral context, which

17. Dynamic interactions in terms of senders, hubs, and receivers (SHR) using the singular value
decomposition of time series: Theory and brain connectivity applications
Roberto D. Pascual-Marqui (The KEY Institute for Brain-Mind Research, Switzerland)(2010.10.22)
Understanding of normal and pathological brain function

time-lagged multiple signals, which localizes the senders,requires the identification and localization of functionalhubs, and receivers (SHR) of information transmission.

connections between specialized regions. The availability of

Unlike methods that operate on large connectivity matrices,high time resolution signals of electric neuronal activity atsuch as correlation thresholding and graph-theoretic analyses,

several regions offers sufficient information for quantifying

this method operates on the multiple time series directly,

the connections in terms of information flow. When theproviding 3D brain images that assign a score to each location

signals cover the whole cortex, the number of connections isin terms of its sending, relaying, and receiving capacity. Thevery large, making visualization and interpretation very

scope of the method is general and can be applied to fMRI

difficult.

time series.

We introduce here the singular value decomposition of

18. 単一細胞にシナプス結合するシナプス前細胞の可視化森

琢磨（神経分化研究部門）(2010.10.27)

大脳皮質の神経情報処理を理解するためには，多様なた越シナプス神経回路トレース法について紹介する。更神経細胞の生理学的・解剖学的特長を解明すると同時に，に，単に神経細胞を可視化するだけでなく，神経活動のそれらの神経細胞がどのように結合しているかを明らか

モニターや人為的操作を可能にするウイルスベクターのにする必要がある。シナプス結合する神経回路を解析す開発およびその利用法についても併せて紹介したい。こる手法として，複数の電極を用いた電気生理学や WGA

れらのツールは，視覚系に限らず様々な神経回路網のよによるトレース法が用いられてきた。本セミナーでは，り詳細な理解に貢献することが期待される。

新たに開発された，遺伝子改変ウイルスベクターを用い491

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）19. 神経ネットワークのアトラクター構造の動的再構成と情報表現
大脳皮質における集団的活動のリズム生成維持機構及び機能について：
conductance injection（ダイナミック・クランプ）法によるアプローチ
香取勇一，森田賢治（東京大学生産技術研究所）(2010.10.28)
東京大学生産技術研究所の教授で，生理研客員教授の合原一幸先生が 10 月 28 日に来所されます。
それに伴い，

香取勇一博士「神経ネットワークのアトラクター構造の動的再構成と情報表現」

合原先生の研究室に所属される新進気鋭の若手研究者に

森田賢治博士「大脳皮質における集団的活動のリズム

セミナーをしていただくことになりました。多数の御来生成維持機構及び機能について：conductance injection（ダ聴をお待ち申し上げます。

イナミック・クランプ）法によるアプローチ」

20. Effective connectivity: Influence, causality and biophysical modeling
Pedro A. Valdés-Sosa (Cuban Neuroscience Center, Cuba)(2010.11.9)
This is the last paper in a Comments and Controversies

Dynamic Causal Modeling, Granger Causal Modeling andseries dedicated to “The identification of interacting networks

other approaches. We establish links with past and current

in the brain using fMRI: Model selection, causality andstatisticaldeconvolution”.

Wiener-Akaike-Granger-Schweder influence measures, and

We

argue

that

discovering

effective

connectivity depends critically on the adoption of acausalmodeling.

in

terms

of

Bayes-net,

their synthesis.

state-space model with biophysically justified observation andWe show that some challenges posed to the generalstate equations, that will however have to be augmented withapproach may be open to solutions, and speculate on

proper specification of priors, and a check for model

promising areas for future development.

Identifiability. We analyze similarities and differences of（脳科学研究戦略推進プログラム 課題 D 研究者向け）

21. 分子生物学的手法を利用して大脳基底核の機能に迫る
佐野裕美（生体システム研究部門）(2010.11.22)
大脳基底核は，その障害によりパーキンソン病やハンれば，特定の神経経路を選択的に破壊したり，興奮させチントン病に見られるような運動障害を呈することから，たりする事ができる。例えば，間接路ニューロン特異的運動の制御に重要であることがよく知られている。大脳にヒトインターロイキン 2 受容体を発現させたマウスの基底核を構成する神経経路の機能解析は，複数の核が複線条体にイムノトキシンを注入すれば，間接路ニューロ

雑な神経回路を構成しているため，従来の方法では難し

ンを選択的に破壊することが出来る。実際，このマウス

い。例えば，大脳基底核の入力部である線条体は，淡蒼の行動解析を行ったところ，自発運動量が増加している

球内節・黒質網様部に投射する直接路ニューロンと，淡ことがわかった。さらに覚醒下において神経活動を記録

蒼球外節に投射する間接路ニューロンから成り立っていすると，大脳基底核の出力核において，大脳皮質由来のるが，これらが担っている機能については不明のことが興奮が減弱していることがわかった。すなわち，間接路多かった。しかし，トランスジェニックマウスを利用すを介した大脳皮質由来の神経情報は，運動を抑制してい492

セミナー報告

ると考えられる。

り，大脳皮質－線条体投射ニューロンの同定や，青色光

また，狂犬病の糖タンパクを持つレンチウイルスベクを皮質に照射することにより，このニューロンの特異的

ターは脳内に注入すると，注入部位から逆行性に遺伝子な興奮誘導が可能となる。今回のセミナーでは，このよ導入が可能であり，このウイルスベクターを利用してチうな方法についても紹介したい。

ャネルロドプシンの発現を試みた。線条体への注入によ

22. (1)Hematopoietic clusters, stem cells and hemogenic endothelium(2)Claw Paw meets the Adams family
1. Elaine Dzierzak
2. Dies Meijer(2010.11.24)

23. 神経集団符号に基づく自然画像統計量の弁別
田嶋達裕（NHK 長野放送局技術部）(2010.11.29)
自然画像の空間周波数スペクトルはベキ則によって効計量とその弁別能力の関係を理論的に導く枠組みを提案

率よく表現できる。心理物理学的研究から，スペクトルする。計算モデルにより得られた予測は，先行研究で報

形状等の統計的性質がヒトの視覚的能力と明確に関連付告された被験者の課題成績と一貫しており，特に中心視けられることが分かっている。しかし，自然画像統計量と傍中心視での定性的な違いが神経細胞の選好周波数のの知覚を形成する神経機構については殆ど調べられてい

分布の相違から説明できる。さらに，モデルは周波数選ない。本研究では，低次視覚野に見られる空間周波数に択性神経がスペクトルの傾きに関して非対称なチューニ

選択的な細胞の確率的集団符号化を仮定し，自然画像統

ングカーブを持つことを予測する。

24. Genetic regulation of the development of cortical interneurons and principal cells
三好悟一（ニューヨーク大学医学研究科）(2010.11.29)
Diverse subtypes of GABAergic interneurons populate themammalian neocortex. Using inducible in vivo genetic fatecharacterizing candidate transcription factors that specify
CGE interneuron properties.

mapping strategies, we have recently shown that the medial

The six-layered mammalian neocortex is formed throughand caudal ganglionic eminence (MGE and CGE) give rise to

the sequential addition of neurons entering the cortical plate indistinct subtypes of cortical interneurons, based on theiran inside-out manner. Newly born pyramidal neurons crossmorphologies, molecular expression profiles and intrinsic

the intermediate zone as they transit from the proliferative

firing properties. Compared to the MGE-derived interneuronzone to the cortical plate. During this process these migrating

lineages, which are specified by the transcriptional cascade ofprecursors are known to transiently adopt a multipolar

Nkx2-1 - Lhx6 - Sox6, little is known about the CGE-derived

morphology. At this phase, migrating cells detach from radial

interneurons. We have performed a microarray analysis ofglia and are able to move tangentially and initiate theCGE-derived interneuron enriched genes, and are presently

extension of their axon. Subsequently these cells revert to a493

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

bipolar morphology, reattach to radial glia and proceedof the multipolar cell phase. Importantly, failure of FoxG1

onwards into the cortical plate. Despite the fact that these

re-initiation during the multipolar cell phase will prevent

highly dynamic steps seem critical to pyramidal cell layer

pyramidal neuron precursors from entering the cortical plate.

development, little is known concerning the genetic programs

Moreover, we demonstrate that in a FoxG1 dependent mannerthat direct these events. We observe that the forkhead box

multiple signaling pathways contribute to these events. We

transcription factor FoxG1 is transiently down- regulated atconclude that the precise genetic control of the multipolar cellthe entrance of multipolar cell phase and re-expressed as theyphase is essential for building a functional cortical network

proceed onward into the cortical plate. By combining gain-

and disruption of this process may be the underlying etiology

and loss-of-function strategies, we demonstrate that FoxG1of multiple neurodevelopmental disorders.

plays a pivotal role in coordinating the transition into and out

25. The mechanisms underlying synaptic transmission at the layer 4 of sensory cortical areas
Chao-Hua Huang (Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Germany)(2010.12.6)
Neurons in layer 4 (L4) of the cortex play an important rolemice. While only a single vesicle is released per release sitein transferring signals from thalamus to other layers of theunder physiological conditions at V1 synapses, multivesicularcortex. Understanding the fundamental properties of synaptic

release (MVR) is observed at S1 synapses. In addition, we

transmission between L4 neurons helps us to gain a clear

observed a saturation of postsynaptic receptors at S1 synapses.

picture of how the neuronal network in L4 co-operates to

Other synaptic properties are similar in both cortices.

process sensory information.

Dynamic clamp experiments suggest that higher Pr and MVR

In the present study, we have determined the underlying
parameters that govern synaptic strength such as quantal size

at S1 synapses lower the requirement of the number ofsynaptic inputs to generate postsynaptic action potentials.

(q), size of readily releasable vesicle pool (N) and release

In addition, the slower decay of synaptic current and theprobability (Pr) of excitatory synaptic connections within L4

intrinsic membrane properties of the postsynaptic neuron alsoof the visual cortex (V1) and the somatosensory cortex (S1) incontribute to the reliable transmission between S1 neurons.

26. 自己反応性 T 細胞の生体内イメージング
川上直人 (Max Planck Institute of Neurobiology, Department of Neuroimmunology)(2010.12.7)
自己免疫疾患である多発性硬化症は，北アメリカや北自己抗原反応性 T 細胞をラットに移植後，中枢神経系にヨーロッパなどの高緯度地域で高頻度に発症している。

浸潤していく様子を，多光子顕微鏡を用いて，生体内で詳細な発症メカニズムは，現在まで解明されていないが，観察した。その結果，T 細胞の血管内遊走と，それに続

自己反応性 T 細胞の関与が示されている。我々は多発性

く血管外への浸潤，さらに抗原提示細胞との接触が観察

硬化症の実験動物モデルを用いて，T 細胞の中枢神経系された。

への浸潤の視覚化を目的に実験を行った。GFP 標識した494

セミナー報告27. 神経伝達物質放出における律速段階
坂場武史 (Max Planck Institute of Biophysical Chemistry (Göttingen, Germany))(2010.12.7)
神経終末からの伝達物質放出はシナプス小胞の形質膜になっているとも考えられる。脳幹にあるカリックス型

融合を介して起こる。伝達物質放出は多数の機能分子にシナプスを用いた研究から，シナプス小胞が伝達物質放よって制御されていることはわかっているが，どれが機出部位に結合する過程がボトルネックの 1 つになりうる

能的にもっとも大事であるかはわかっていない。生理学と結論された。

的には，反応にもっとも時間がかかるステップがボトル

このとき，シナプス小胞が放出部位に動員するよりも，ネックになり全体の反応速度を決定する可能性が高いの

受け手側の放出部位側が小胞を結合可能な状態にあるかで，そこに関与する分子が伝達物質放出速度全般を制御

どうかが重要であること，この過程には伝達物質放出関しているものと考えられる。また，そのステップの特性

連の蛋白よりも，むしろその後のエンドサイトーシス関の違いが神経シナプス間でみられる機能的多様性の原因

連の蛋白が関与している可能性があることが示唆された。

28. 2 光子蛍光寿命イメージング法による Rho GTPase 活性化の単一シナプスレベル可視化解析
村越秀治（Duke University Medical Center, Neurobiology department, Ryohei Yasuda Lab）
(2010.12.15)
シナプスの後端を形成するスパインの形状や大きさの化に関与しているのかは殆ど分かっていない。
本セミナーでは，2 光子蛍光寿命イメージング顕微鏡

変化は，シナプス結合の増強や収縮にともなって起こり，(2pFLIM; 2-photon Fluorescence Lifetime Imaging

その形態変化は主にアクチンの動態により決定されてい法る。アクチンの重合と脱重合を制御する中心的な分子とMicroscopy) を用いることにより初めて分かってきた，入して Cdc42, Rac1, RhoA などの低分子 G タンパク質 Rho

力刺激後のスパイン，樹状突起における Rho GTPase のGTPase がよく知られているが，スパインへの入力刺激時

活性化の時空間特性や，機能についてお話させて頂きまにこれらの分子がどのように活性化しスパインの形態変す。

29. Functional imaging of neural circuits in mouse barrel cortex
佐藤隆（オランダ Tuebingen 大学）(2010.12.20)

佐藤先生は 2010 年に 2 光子顕微鏡技術のパイオニアー
である Svoboda 研から独立しオランダの Tuebingen 大学

Nature. 2010 464(7292):1182-6.
2. The functional properties of barrel cortex neuronsに研究室を構えた新進気鋭の PI です。生体 2 光子顕微鏡

projecting to the primary motor cortex.

を用いた神経回路の可塑性を中心に，最新のお話しをしSato TR, Svoboda K.

ていただける機会を設けました。多数の参加をお願いし

J Neurosci. 2010 ;30:4256-60.

ます。
1. Learning-related fine-scale specificity imaged in motor

3. Subcellular dynamics of type II PKA in neurons.
Zhong H, Sia GM, Sato TR, Gray NW, Mao T, Khuchua

cortex circuits of behaving mice.

Z, Huganir RL, Svoboda K.

Komiyama T, Sato TR, O’Connor DH, Zhang YX,

Neuron. 2009 ;62, :363-74.

Huber D, Hooks BM, Gabitto M, Svoboda K.

4. The functional microarchitecture of the mouse barrel495

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

cortex.

PLoS Biol. 2007 5:e189.

Sato TR, Gray NW, Mainen ZF, Svoboda K.

30. Gi/o 共役型受容体が仲介するシナプス前抑制における多様性：
シナプス小胞放出ダイナミクスの受容体サブタイプ依存性制御
佐竹伸一郎（生体情報研究系・神経シグナル研究部門）(2010.12.22)
一般に中枢神経の軸索終末では，活動電位の伝播に伴存した多重性小胞放出に伴う，伝達物質のシナプス間拡

い 1 か所の放出部位当たり 1 個のシナプス小胞が開口放散・蓄積作用によって制御されるという現象，ならびに出される（単一性放出 monovesicular release）。

(2) Gi/o 共役型受容体が仲介するシナプス前抑制に，一方，複数のシナプス小胞が複数の放出部位から同期

EPSC 減衰時間（即ち，多重性放出）への影響によって的に，もしくは単一の放出部位から連続的に放出される，明確に区別される多様性が存在することを見出したので多重性放出 ultivesicular release）の存在も指摘されている。

紹介したい。シナプス後電流のキネティクスが，シナプ

しかし，小胞放出の単一性・多重性を決定する分子基盤

ス小胞放出過程や伝達物質の拡散・蓄積作用によって決は，現在までほとんど明らかにされていない。今回，ラ

定されるというメカニズムはこれまで報告がなく，現在

ット小脳顆粒細胞（上向性線維）－分子層介在ニューロン

その分子的基盤や生理的意義の解明を急いでいる。是非（籠細胞・星状細胞）間グルタミン酸作動性シナプスにおご意見ご示唆を賜りたい。また，複数の発現機序によるいて，シナプス前性制御機構が，脳の情報処理における多様性(1) EPSC の減衰時定数 (t) が，シナプスの反復活動に依の形成に寄与している可能性についても考察したい。

31. Retrograde synaptic signaling through NMDA receptor mediated К+ efflux
Alexey Semyanov (RIKEN Brain Science Institute)(2011.1.12)
Ionotropic glutamate receptors are permeable to K+ ionsand therefore produce its efflux during synaptic transmission.

stimulation or as result of pairing of synaptic stimulation andbackpropagating action potential.

High postsynaptic receptor density and narrowness of

Significant accumulation of K+ within synaptic cleft could

synaptic cleft lead to relatively high concentrations of K+

trigger depolarization of axonal bouton and local astrocytic

within individual synapses.

processes.

This, however, does not significantly affect volume

This resulted in postsynaptic NMDA receptor dependent

averaged concentration of K+ prompting its local action. We

increase in presynaptic Ca2+ transients and decrease ofused whole cell astrocytic recordings in murine hippocampal

glutamate uptake by the astrocyte.

slices to demonstrate that majority of synaptic K+ originatesfrom activation of postsynaptic NMDA receptors.
This process was regulated by activity dependent relief ofMg2+ block of NMDA receptors. K+ concentration
supralinearly increased during the trains of presynaptic

496

Both could potentially lead to facilitation of the synapse
and increased glutamate spillover. Moreover our findings
could explain previous reports demonstrating presynaptic
effects of NMDA receptor blockade.

セミナー報告32. ラベルフリーバイオイメージセンサチップ
澤田和明（豊橋技術科学大学

電気・電子工学系

電子デバイス大講座）(2011.1.19)

豊橋技術科学大学 EIIRIS（エレクトロニクス先端融合

アルタイムで，水素イオン，K+，Ca2+などのイオンやア

研究所）において，イオンなどをはじめとしたバイオ情

セチルコリン，ATP などの動きの様子が測定可能である。

報を，蛍光・磁気ビーズなどのラベルを用いずに直接画本センサチップはリアルタイムで各種イオンなどを画像化が可能なバイオイメージセンサチップを開発してい像化できるだけではなく，検出感度も従来の固体イオンる。開発をおこなったイメージセンサチップは，LSI とセンサを凌駕する性能を有する。本講演ではラベルフリ

同じ材料で製作されており，そのチップ上に直接溶液やーバイオイメージセンサについてのべ，PC-12 細胞およ細胞などをのせて計測することができる。開発したバイび神経初代細胞を本センサ上にのせて測定したプリミテ

オイメージセンサを利用すると，30 flame/sec の速度でリィブな結果も紹介する。

33. 感覚刺激誘発大脳活動の生理学的意義
乾幸二（感覚運動調節研究部門）(2011.1.20)

様々な感覚刺激を呈示した際の脳の神経活動を調べる

例えば痛みを感じる強度の侵害刺激を呈示した際にはことで，情報処理の仕組みを知ることができます。柿木

明瞭な大脳活動が記録されますが，残念ながら侵害信号研では，脳波や脳磁図を使って誘発活動を観察していまが入力されたたために生じる「侵害刺激特異的」な活動

す。単純な感覚刺激呈示に加えてあるタスクを負荷したはその中にほとんど含まれていません。「触覚刺激特異

際の活動の変化や新たな発生を検討することで，そのタ的活動」が記録できないのも同様です。どのような視覚

スクに関連した処理を知ることもできます。

刺激や聴覚刺激を呈示しても誘発活動はほぼ同一であり，

しかしながら，そもそも感覚刺激によって誘発される

どの感覚系においても誘発活動は刺激の内容をほとんど活動がどのような生理学的意義を持つのかが明らかでは反映していないと考えられます。従って私達はまずこのなく，この手法によって得られる情報の解釈には大きな手法の限界を知らなければなりません。

制限があります。

次にその限界の中でそれでもこの手法を使って研究を497

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

進めるなら，誘発活動の大部分を占める非特異的な活動
群は一体何なのかを知る必要があります。

セミナーでは刺激の内容に関わらず誘発される活動群の意義について考えてみたいと思います。

34. Rapid synaptic remodeling in the adult somatosensory cortex following peripheral nerve injury
and its association with neuropathic pain
Kim, Sun Kwang（生理研

生体恒常機能発達機構研究部門）(2011.2.7)

1) Peripheral nerve injury often leads to neuropathic pain,
which is characterized by tactile allodynia (a painful response

pain and memory at single spine levels in the cortex,
providing a potential therapeutic target in chronic pain.

to usually innocuous mechanical stimuli) and involves

2) Structural and functional plastic changes in the primary

hyperexcitability in the primary somatosensory cortex (S1).

somatosensory cortex (S1) have been observed following

circuits

peripheral nerve injury that often leads to neuropathic pain,

following nerve injury has been believed to take months orcharacterized by tactile allodynia. However, remodeling ofyears, which is not temporally correlated with rapid

cortical connections following injury has been believed todevelopment of allodynia and S1 hyperexcitability. In thistake months or years, which is not temporally correlated withstudy, we used long-term in vivo two-photon imaging to

the rapid development of allodynia and S1 hyperexcitability.

longitudinally trace the dynamics of postsynaptic dendritic

Here we first report, by using long-term two-photon imaging

spines in the S1 of living adult mice with neuropathic painof postsynaptic dendritic spines in living adult mice, thatinduced by the partial sciatic nerve ligation injury, asynaptic connections in the S1 are rewired within days

well-characterized animal models. We report here that

following sciatic nerve ligation through phase-specific andsynaptic connections in the S1 are rapidly rewired within dayssize-dependent spine survival/growth. Spine turnover in thefollowing sciatic nerve ligation through phase-specific and

S1 area corresponding to the injured paw markedly increased

size-dependent

turnoverduring an early phase of neuropathic pain and restored in a(formation and elimination) in the S1 area corresponding tolate phase of neuropathic pain, which was prevented by

the injured paw markedly increased during early development

immediate local blockade of the injured nerve throughout thephase of allodynia and restored in later maintenance phase,early phase. New spines that generated before nerve injury

which was prevented by immediate local blockade of theshowed volume decrease after injury, whereas more new

injured nerve throughout development phase. New spines thatspines that formed in the early phase of neuropathic pain

generated just before nerve injury showed volume decrease

became persistent and substantially increased their volume

after injury, whereas more new spines that formed induring the late phase. Further, pre-existing stable spines

development phase became persistent and substantiallysurvived less following injury than controls and such lostincreased their volume during maintenance phase.

persistent spines were smaller in size than the survived ones

However,structuralspine

remodelingofsurvival/growth.

cortical

Spine

Further, pre-existing stable spines survived less followingthat displayed long-term potentiation (LTP)-like enlargement

injury than controls and such lost persistent spines wereover weeks. These results suggest that peripheral nerve injury

smaller in size than the survived ones that displayed long-term

induce rapid and selective remodeling of cortical synapses,

potentiation-like enlargement over weeks. These results notwhich is associated with neuropathic pain development,

only show the structural and temporal correlates ofprobably underlying, at least partially, long-lasting sensory

neuropathic pain, but also propose a close connection betweenchanges in neuropathic subjects.

498

セミナー報告35. 人工神経接続による運動機能再建
西村幸男（科学技術振興機構さきがけ）(2011.2.16)

36. シナプスにおける PSD-95 パルミトイル化酵素 DHHC2 の活性制御機構
則竹

淳（生体膜研究部門）(2011.2.21)

パルミトイル化脂質修飾は他の脂質修飾とは異なり可ことを報告した。

逆反応であり，外界刺激に応じて制御される翻訳後脂質

また，ごく最近，海馬培養神経細胞では，おもに DHHC2

修飾であり，リン酸化修飾と同じく神経活動や細胞機能と DHHC3 が発現しており，DHHC3 がゴルジ体で神経活をダイナミックに制御している。

動とは無関係に PSD-95 をパルミトイル化するのに対し，神経細胞において神経伝達物質の放出に関わる

DHHC2 はポストシナプスおよび樹状突起内の小胞上にSNAP-25 はプレシナプスに，AMPA 受容体の足場蛋白質

局在し，その局在が神経活動抑制時にポストシナプス膜である PSD-95 はポストシナプスに選択的に配置される。

近傍に移動し，PSD-95 のパルミトイル化を促進すること

この SNAP-25 や PSD-95 の特異的な局在や機能はパルミを見出した。
さらに，この DHHC2 による神経活動依存的な PSD-95

トイル化により制御されている。
生体膜研究部門では 23 種類の DHHC パルミトイル化のパルミトイル化が，神経活動抑制時に誘導される酵素群を同定し，AMPA 受容体のシナプスでの機能発現

AMPA 受容体のポストシナプスへの集積（AMAP 受容体に必須である PSD-95 のパルミトイル化脂質修飾酵素と恒常性維持）に必須であることを見出した。セミナーでして DHHC2, 3, 7, 15 からなる P-PAT が PSD-95 のパルミ

は，最新の知見も含め DHHC2 の活性制御機構およびパ

トイル化脂質修飾を介して AMAP 受容体のポストシナ

ルミトイル化脂質修飾によるシナプス機能の制御機構にプスにおける発現量を調節し，シナプス伝達を制御するついて考察したい。

37. Input comparison in the distal dendrites of hippocampal CA1 pyramidal neurons
Hiroto Takahashi (Howard Hughes Medical Institute /Department of Biological Sciences Columbia University)(2011.2.22)
Input comparison is thought to occur in many neuronalpotentiation of perforant path synapses. Plateau duration iscircuits, including the hippocampus, where functionallydirectly related to the strength and temporal overlap ofimportant interactions between the Schaffer collateral andpathway activation and involves back-propagating action

perforant pathways have been hypothesized. We investigatedpotentials and both NMDA receptors and voltage-gated Ca2+

this idea using multisite, whole-cell recordings and Ca2+

channels. Thus, the occurrence of highly correlated SC and PP

imaging and found that properly timed, repetitive stimulation

input to CA1 is signaled by a dramatic change in output modeof both pathways results in the generation of large plateau

and an increase in input efficacy, all induced by a large

potentials in distal dendrites of CA1 pyramidal neurons. These

plateau potential in the distal dendrites of CA1 pyramidal

2+

dendritic plateau potentials produce widespread Ca

influx,neurons.

large after-depolarizations, burst firing output, and long-term

499

生理学研究所年報

第 32 巻（Dec,2011）

38. 超高圧関連電子顕微鏡の紹介
村田和義，永谷幸則，永山國昭，杉谷正三（名前順番？）(2011.3.1)「量子ビーム融合化利用研究」に関する先導的研究開発委員会（学振の融合委員会）の主導で提案された科研を紹介するため，部門セミナーを開催することとしました。皆さまのご参加をお待ちしております。

費新学術領域研究「隠された世界の科学」の中で，
LINAC-HVEM の次期開発「フォトン－エレクトロン
LINAC-HVEM 融合化顕微鏡開発」が計画されています。

(1) 13:30

村田和義「1,000kV 超高圧電顕の生物学・医学

応用の現状」

新学術領域では領域内連携が必須であり，各種のクロス(2) 13:55

永谷幸則「500kV LINAC-HVEM 開発の現状」

カップリング研究が奨励されています。今回の新学術領(3) 14:20

永山國昭「200kV 位相差電顕及び 200kV 光

域の各種研究提案の中で LINAC-HVEM 融合化顕微鏡と連携可能な計画研究の代表者が岡崎に来訪することになりました。そこでこの機に岡崎の超高圧関連電子顕微鏡

子・電子複合顕微鏡の現状」(4) 14:45

杉谷正三「民間との共同研究による位相板開発の現状」

39. NG2 cells in development, disease... and plasticity?
William D Richardson (Wolfson Institute for Biomedical Research, University College London)(2011.3.10)
myelinating

oligodendrocytes

It has been shown that NG2 cells form synapse-likeproliferative

oligodendrocyte

structures with unmyelinated axons and receive synaptic input

precursors, also known as NG2 cells. These cells can befrom passing action potentials. One possibility is that they arerecognized because they express the PDGF receptor“listening in” to electrical activity, which at some threshold(PDGFRa) and the NG2 proteoglycan (hence their name).

might stimulate proliferation and/or differentiation of the NG2

Large numbers of NG2 cells persist past the developmental

cells, resulting in de novo myelination of the active axons.

period into adulthood, when they comprise ~5% of all cells inThis intriguing idea is currently under investigation by several

the CNS.

labs worldwide. The implications of such a mechanism are

Duringdevelopdevelopment,
frommigratory,

Recently we and other labs have shown, by Cre-lox fate

far-reaching:

could

adult-born

oligodendrocytes,

likemapping in transgenic mice, that NG2 cells continue to divide

adult-born neurons, contribute in some way to neuralandmyelinating

plasticity? Magnetic resonance imaging has shown that whiteoligodendrocytes thoughout adult life. It is not known whether

matter volume increases during the first 4 decades of humanthese adult-born oligodendrocytes replace oligodendrocytes

life and decreases thereafter, in line with general cognitivethat die through normal wear-and-tear, or whether the newand motor decline. Complex motor tasks like piano playing orcells add to the existing population. However, it is clear thatjuggling have also been linked to changes in the volume orthey can replace oligodendrocytes that are lost during

structure of specific white matter tracts. Is it possible thatdemyelinating diseases or spinal cord injury. Whether they

adult myelin genesis is required for motor skills learning andcan form other cell types like astrocytes or neurons is

procedural memory?

generate

controversial.

500

significant

numbersofセミナー報告40. 消化管におけるレプチンシグナルの制御とその破綻
稲垣匡子（生殖・内分泌系発達機構研究部門）(2011.3.25)
レプチンは免疫系や造血系に作用し，細胞の分化・増T3b-SOCS3−/−マウスは，成長遅延や食餌摂取量の低下

殖・機能を調節すると同時に，摂食調節を司るホルモンを示し，8 週齢までに胃癌が形成され，生後半年以内にである。レプチンは脂肪細胞から産生され，食欲統御にすべてのマウスが死亡した。胃癌形成初期に胃でのレプ

重要な視床下部に発現するレプチン受容体 (ObRb) を介

チン産生，ObRb 及び STAT3 リン酸化の増強が認められ，し食欲を抑制することから，これまでレプチン研究の多レプチン中和抗体により腫瘍病態形成が改善された。以くは脂肪組織－中枢神経組織間のエネルギー調節機構に上の結果から胃上皮細胞の SOCS3 欠損により亢進した

焦点が当てられてきた。一方，レプチンは脂肪組織のみ

レプチン/ObRb/STAT3 活性化経路のポジティブフィー

ならず消化管からも産生されていることが知られている

ドバック機構が胃癌発症につながったと考えられ，レプが，その意義は不明である。SOCS3 はレプチン受容体

チン/STAT3 軸の SOCS3 による制御が胃癌抑制に重要で(ObRb) に会合しシグナル伝達を抑制することから，我々ある可能性を示唆する。セミナーでは，最新の知見も含は消化管におけるレプチンシグナルの生理的意義を検討

め消化管におけるレプチンシグナル機構について考察しするため，T3b プロモーターを用い消化管上皮特異的

たい。

−/−

SOCS3 欠損 (T3b-SOCS3 ) マウスを作出した。

501

大学院特別講義

大学院特別講義
１. 第 135 回 (2010.4.21)
演者：分子生理研究系・神経機能素子研究部門

久保義弘

教授

演題：イオンチャネル・受容体の構造と機能の状況依存的変化

２. 第 136 回 (2010.5.21)
演者：発達生理学研究系・生体恒常機能発達機構

鍋倉淳一

教授

演題：発達期における機能的神経回路の再編成

３. 第 137 回 (2010.6.23)
演者：東京大学生産技術研究所

合原一幸

教授

演題：神経動力学のモデリング

４. 第 138 回 (2010.7.21)
演者：脳機能計測・支援センター・生体機能情報解析室

逵本

徹

准教授

演題：随意運動の学習と制御に関する中枢神経機構（大脳皮質フィールド電位による解析）

５. 第 139 回 (2010.11.17)
演者：細胞器官研究系・細胞生理

富永真琴

教授

演題：分子から見た温度生理学

６. 第 140 回 (2010.12.15)
演者：大脳皮質機能研究系・脳形態解析

重本隆一

教授

演題：記憶の脳内表現と長期定着メカニズム

７. 第 141 回 (2011.1.19)
演者：生体情報研究系・神経シグナル

井本敬二

教授

演題：神経細胞集団の活動：実験とシミュレーション

８. 第 142 回 (2011.2.16)
演者：行動・代謝分子解析センター・遺伝子改変動物作製室
演題：発生工学技術の社会貢献

平林真澄

教授

－食糧生産から再生医療まで－

９. 第 143 回 (2011.3.16)
演者：情報処理・発信センター医学生理学教育開発室（客員）/女子栄養大学短期大学部

渋谷まさと

教授

演題：アウトリーチ活動による生命科学リテラシー向上への挑戦

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生理学研究所年報
発
行
編 集 者
発 行 者

2011 年 12 月 25 日
定 藤 規 弘自然科学研究機構生理〒444-8585

印刷製本

第３２巻

学

研

究

所

岡崎市明大寺町字西郷中 38
電話〈0564〉55-7700
FAX〈0564〉52-7913
URL:http://www.nips.ac.jp/

株式会社 エニウェイ〒171-0014

東京都豊島区池袋 2-19-3
万葉ビル 2F
電話〈03〉3988-5656

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