はじめに
文部科学省「脳科学研究戦略推進プログラム」
は，社会への応用を明確に見据えた脳科学研究を戦略的に推進し，その成果を社会に還元することを目的にスター卜しました。課題Aから課題Gの研究組織を構成し，戦略的に研究を推進しております。このうち，課題C〈独創性の高いモデル動物の開発〉
は，平
成20年度より研究を実施しておりましたが，平成24年度で５年間の事業が終了しました。ここに本事業の成果をご報告させていただきます。
本プログラムの成果を更に発展させ，今後も社会に貢献する脳科学の実現を目指し一層努力してまいりたいと思います。

平成２５年６月

脳科学研究戦略推進プログラム
課題 Cプログラムディレクター

中西 重忠

目次
課題Cを進めるにあたって1

脳科学研究戦略推進プログラム
（脳プロ）

2

課題Cの概要4

霊長類における神経経路選択的遮断法の開発

8

霊長類脳におけるRNA干渉による遺伝子発現操作と行動制御

9霊長類高次認知機能の発達基盤

10ウイルスベクターによる神経路選択的除去技術の開発

11

コモンマーモセットの行動を知る

12

ウイルスベクターによる神経機能操作技術の最先端

13

遺伝子改変コモンマーモセットによるヒト神経疾患モデルの開発

14

脳科学研究に役立つアデノ随伴ウイルスベクターの開発

15

トランスジェニックマーモセット作出法の開発

16

霊長類クローン技術の開発

17

高頻度逆行性遺伝子導入ベクターの開発と応用

18

伊佐正

山森哲雄

大石高生

高田昌彦

中村克樹

渡邉大

岡野栄之

小澤敬也

佐々木えりか外丸祐介

小林和人

課題 Cを進めるにあたって
脳は，人間が人間らしく生きるための根幹をなす「心」の基盤であり，その研究は，人文系科学
や社会科学と融合し，学際的に進められています。また，現在の脳科学研究は，脳の発生・発達・老化の制御とその異常や，精神疾患及び脳神経変性疾患の病因解明，予防・治療法の開発を可能とし，医療・福祉の向上に最も貢献できる研究分野の一つだと考えられます。更に，記憶・学習のメカニズムや脳の感受性期（臨界期）の解明等により，教育等における活用も期待されるなど社会的意義も大変高い分野でもあります。
このような状況を踏まえ，脳科学研究を戦略的に推進し，成果を社会に還元することを目指して，平成20年度より文部科学省の事業として，プログラムディレクターとプログラムオフィサーの統括の下，拠点化研究を推進する本プログラムが開始されました。取り組むべき研究開発事業の一つとして，ヒトの脳機能の理解に直結し，かつ，脳科学研究の共通的な基盤となる先進的なリソースの構築を進める「独創性の高いモデル動物の開発」
を課題Cとして取り上げ，小型の霊長類であるマーモセットやニホンザルでの遺伝子操作を目指し，研究を進めてきました。
本課題において，霊長類として世界で最初の遺伝子導入マーモセットの作成の報告からその後の疾病モデルマーモセットの作成と着実な成果を遂げており，霊長類疾患モデル動物の研究分野
では世界をリードするに至っています。一方，遺伝子の運び屋である新しいウイルスベクターを構築し，遺伝子操作ニホンザルの作成と脳機能解析に成功し，国際的にも高く評価される先端的な研究成果を挙げてきました。

動物実験について
動物の福祉に十分に配慮した研究を進めるために，本プログラムの開始と同時に，動物実験小委員会を設置しました。動物を用いた実験が必要なことを社会に説明するだけでなく，動物福祉の啓発，普及を目指し，特に霊長類を対象とする研究に関する適切な方針の提示を進めてきました。
その一環として，平成24年2月には，マーモセット研究会を立ち上げ，国際シンポジウムを共催
し，世界へ向けた情報発信を行いました。また，霊長類ウイルスベクターの分与体制を構築し，脳科学研究コミュニティーへの貢献もなされています。

課題C プログラムディレクター

中西 重忠

課題C プログラムオフィサー

陣上 久人

課題C プログラムオフィサー

赤澤 智宏

独創性の高いモデル動物の開発

1

脳科学研究戦略推進プログラム（脳プロ）
脳科学の二つの意義■科学的意義■社会的意義脳科学研究の成果は多くの自然科学に波及効果をもたらし，
また人文・社会科学と融合した新しい人間の科学を創出するな
ど，これまでの科学の枠組みを変える可能性を秘めています。

現代社会は少子高齢化，生活様式の多様化・複雑化が進み，心身ともに様々な問題を抱える人が著しく増えてきています。
一方，脳科学研究は近年めざましい発展を遂げており，医療・福祉の向上に最も貢献できる研究分野の一つです。将来的には教育等における活用も期待されています。

脳プロ発足の経緯
このような二つの意義を背景に，脳科学委員会 における議論を踏まえ，文部科学省は平成２０年度より「脳科学研究戦 略
推進プログラム（ 脳プロ）」を開 始しました。
脳プロは，「社会に貢献する脳科学」の実現を目指して，特に重点的に推 進 す べ き 政 策 課 題 を 選 定し， そ の 課 題 解 決 に向けて，社会への応用を見据えた脳科学研究を戦略的に推進するプログラムです。
脳プロでは，それぞれの課題を担当するプログラムディレ
クター ， プ ログラムオフィサ ー の 指導・助言の下， 研 究を進めて います。

脳科学委員会
平成１９年１０月，文部科学大臣が科学技術・学術審議会に対る研究体制等を議論し，平成２１年６月に第１次答申「長期的展

し，「長期的展望に立つ脳科学研究の基本的構想及び推進方策

望に立つ脳科学研究の基本的構想及び推進方策について」
を取

について」
を諮問しました。

りまとめました。

これを受け，同審議会の下に「脳科学委員会」が設置され，我この答申では， 重点的に推進すべき研究領域等 が設定さが国における脳科学研究を戦略的に推進するため，その体制整れ，社会への明確な応用を見据えた対応が急務とされる課題に備の在り方，人文・社会科学との融合，さらには大学等におけついて，戦略的に研究を推進することが提言されています。

重点的に推進すべき研究領域等

脳プロの実施課題（豊かな社会の実現に貢献する脳科学）
発達障害の予防と治療等への脳科学研究の

脳と社会・教育

確実な展開，脳科学と人文社会科学との融合

社会脳

により社会へ貢献（健やかな人生を支える脳科学）
睡眠障害の予防，ストレスの適切な処理，生

脳と心身の健康活習慣病等及び精神・神経疾患の発症予防・早期診断などに資する研究

生涯
健康脳
健康脳

（安全・安心・快適に役立つ脳科学）

脳と情報・産業

脳型情報処理システムや脳型コンピュータの実現，脳内情報機序の解明を通じた技術開発

情報脳

課題 D

社会的行動を支える脳基盤の計測・支援技術の開発

課題E

心身の健康を維持する脳の分子基盤と環境因子

課題F

精神・神経疾患の克服を目指す脳科学研究

課題A・B

ブレイン・マシン・インターフェース（ＢＭＩ）の開発

により社会へ貢献

本書

基盤技術開発他の研究分野にも革新をもたらす基盤技術
開発により，我が国における科学技術全体の共通財産を構築

2 課題 C成果報告

基盤
技術開発
神経情報
基盤

課題C

独創性の高いモデル動物の開発

課題G

脳科学研究を支える集約的・体系的な情報基盤の構築

実施課題について

A・B

情報脳

ブレイン・マシン・インターフェース（BMI）の開発

生命
倫理

生命
倫理

代表機関：東京大学

脳内情報を解読・制御することにより，脳 機 能 を
理 解 す ると ともに脳機能や身体機能の回復・補完を可能とするための研究開発を実施

DC

社会的行動を支える脳基盤の計測・支援技術の開発

社会脳

ヒトの社会 性 障 害 の 理 解・予 防・治療や社会性の健全な発達促進に応用するための研究開発を実施

基盤
技術開発

課題

F

健康脳

課題

B

独創性の高いモデル動物の開発

D

生涯
健康脳

C

精神・神経疾患の克服のための研究基盤の整備に向けた課題の検討

FE
G

精神・神経疾患の克服を目指す脳科学研究
精神・神経疾患（発達障害，
うつ病等，認知症）の発 症 のメカニズムを 明らかにし，早 期 診 断 ，
治 療 ，予 防 法 の 開 発 につ な げるた め の 研 究
開発を実施

課題

E

課題

課題

脳 科学研究の共通的な基盤となる先進的なリソースを創出するための研究開発を実施脳基盤（FS）

精 神・神 経 疾 患 の 発 症 のメカニ ズ ムを 解 明 する研究を含む本事業全体の研究を促進するに当たり，
倫理的・法的・社会的課題に対する注意深い検討が不可欠であり，新たな問 題 等を解 決 するための研究を平成23年度より実施

課題A

生命倫理等に関する課題の解決に関する研究心 身 の 健 康 を 支 える脳 の 機 能 や
健康の範囲を逸脱するメカニズム等を「 分 子 基 盤と環 境 因 子 の 相 互 作 用 」という視点で解明するための研究開発
を実施

課題

G

脳基盤
（FS）

神経情報
基盤

代表機関：国立精神・神経医療研究センター（平成24年9月終了）

心身の健康を維持する
脳の分子基盤と環境因子

脳科学研究を支える集約的・体系的な情報基盤の構築

複雑かつ多階層な脳機能を解明するため，様々なモデル動物から発生する多種類，多階層情 報を集 約 化・体 系 化した 情 報 基盤の構築を目指した研究を実施

精神・神経疾患の発症のメカニズムを解明するため，精神・神経疾患の
死後脳を収集するとともに，精神・神経疾患の研究に携わる研究者へ
死 後 脳 を 提 供 する基 盤 の 整 備 に向 け た 課 題 の 検 討（ F e a s i b i l i t yStudy:フィージビリティ・スタディ）を平成23年度より実施

脳プロの歩み
Ｈ20年度

本書

B
C

Ｈ22年度

Ｈ23年度

Ｈ24年度

Ｈ25年度

Ｈ26年度

Ｈ27年度

Ｈ28年度〜ブレイン・マシン・インターフェース
（ＢＭＩ）
の開発
◎ 川人 光男（株式会社国際電気通信基礎技術研究所）

社 会に貢 献 す る 脳 科 学の実 現 を 目 指 す

A

Ｈ21年度

ブレイン・マシン・インターフェース（ＢＭＩ）の開発（個別研究）

独創性の高いモデル動物の開発◎ 伊佐 正（自然科学研究機構 生理学研究所）

D

社会的行動を支える脳基盤の計測・支援技術の開発◎ 狩野 方伸（東京大学）

E

心身の健康を維持する脳の分子基盤と環境因子◎ 水澤 英洋（東京医科歯科大学）

F
◎：拠点長

精神・神経疾患の克服を目指す脳科学研究

発達障害研究チーム ◎ 尾崎 紀夫（名古屋大学）
うつ病等研究チーム ◎ 山脇 成人（広島大学）◎ 武田 雅俊（大阪大学）
脳老化研究チーム

G

脳科学研究を支える集約的・体系的な情報基盤の構築◎ 貝淵 弘三（名古屋大学）

独創性の高いモデル動物の開発

3

課題Cの概要

独創性の高いモデル動物の開発
モデル動物とは「モデル動物」とは研究に有用な動物のことです。基本的な生命現象は様々な動物で共通しているので，ヒトでの実験ができない時にモデル動物が大きな役割を果たします。
例えば，遺伝子が欠損したり，遺伝子配列が変わったりしているために，特定の病気の発症率が高くなり，場合によってはほぼ確実に発症してしまうことがありますが，その時，ヒトの体の中で何が起きているのかを知ることは容易ではありません。
そこで，私たちは，モデル動物の遺伝子を人工的に操作し，その影響を調べることによって，遺伝子本来の働きや病気の解明，さらには治療法の開発を進めようとしています。
モデル動物として線虫，キイロショウジョウバエ，ゼブラ
フィッシュなどの様々な動物が用いられ，特にマウスやラッ

線虫

キイロショウジョウバエトといったげっ歯類はヒトと同じ哺乳類であり，脳科学の発展に大いに役立ってきました。
しかし，同じ哺乳類とは言っても限界があり，ヒトの脳の働きやその障害による神経疾患などを解明するためには，よりヒトに近い種でなければ調べようがないことがあるのです。
サルなどの霊長類は，これまでも脳研究に大きな貢献をしてきましたが，遺伝子改変技術が大変進んでいるマウスなどに比べると，可能な実験は限られたものでした。
課題Cが目指すのは，最先端の技術を駆使してこの限界を乗り越えることです。世界に先駆けた霊長類モデル動物の開発は，脳研究を大きく発展させ，さらにはヒト神経疾患の研究にも貢献すると期待されています。

ゼブラフィッシュ

マウス

サル

霊長類モデル動物の特徴
同じ哺乳動物でも，霊長類であるマカクザルやマーモセッ
トと，げっ歯類であるマウスとでは特徴が異なります。脳科学のさらなる発展のためには，それぞれのモデル動物の長所・

マカクザル

長

マーモセット所

長脳の構造がヒトに近い。
（特に，前頭葉・運動系・視覚系）
身体の構造がヒトに近い。
（特に，手・眼）脳が大きい。

●

●

●

短
●
●
●

短所を理解した上で研究を進めることが重要です。課題Ｃでは，ヒトと同じ霊長類であるマカクザル，マーモセットをモデル動物として確立する取組を行ってきました。

●

●
●
●

所

遺伝子改変が困難。
性成熟に時間がかかる。
身体が大きい（高コスト）
。

●

●

所

霊長類としての基本的な構造を備えている。
遺伝子改変が可能になってきた。
性成熟までの時間が比較的短い。
身体がほどほどに小さい。

短

マウス

長
●
●
●

所

高次脳機能の研究にどこまで有用か不明確。
基礎的なデータが少ない。

課題Cでの取組

4 課題 C成果報告●

霊長類で遺伝子導入・改変技術を確立。
マーモセットを脳機能研究のためのモデル動物として確立する。

遺伝子改変が比較的容易。
性成熟までの時間が短い。
身体が小さい（低コスト）。

短所脳（前頭葉・運動系・視覚系）
・身体
（手・眼）
の構造がヒトと異なる部分が多い。
脳が小さい。

●●●

所

二つの大きな成果
霊長類モデル動物において，神経機能やその機能に関わる遺伝子を操作することが可能となれば，ヒトの脳機能の解明に大きく貢献することができます。
課題Ｃではウイルスベクター（遺伝子の運び屋）
による遺伝子霊長類モデル動物におけるウイルスベクター技術の確立

導入と小型霊長類であるマーモセットにおけるトランスジェニッ
ク※ 動物の作成の二つの技術開発を進めました。
※受精卵の核に外来遺伝子を注入して，ゲノム配列上に導入する遺伝子組換え法

トランスジェニックマーモセット作成●トランスジェニック作成技術の改良
蛍光タンパクマーカーの改良
顕微受精による，
より長い配列の発現制御●● 遺伝子導入効率の向上
高頻度逆行性レンチなど●● 経路選択的遺伝子発現制御
ウイルス二重感染●（破傷風毒素）●神経終末部での伝達阻害（光遺伝学）● 遺伝子機能ノックダウン（shRNA）
AAVベクターによる効果的なRNA干渉●● 疾患モデルの作成
経路選択的なパーキンソン病原因
タンパク質の過剰発現●●神経科学に有用なモデル
Tet-oﬀ，Tet-on●● 疾患モデルパーキンソン病モデル●●解析ツール開発
認知行動バッテリー●（図形弁別，作業記憶，逆転学習）●

イメージングツール（神経路の可視化）（各領野の体積を計測）（脳活動の可視化）●●

解剖・生理データの蓄積（大脳皮質の領野識別）（大脳皮質からの下行路）

ヒト脳機能解明と疾患の克服を目指す新しい研究に向けて
課題Ｃの成果を改良・応用していくことによって，他のモデ
ル動物に比べてよりヒトに近い疾患モデルの作出が期待できます。疾患モデル研究を加速することにより，精神・神経疾患の早期発見や新薬開発などに貢献できます。

霊長類モデル研究

また，疾患の原因となっている神経回路を操作し，元の機能に回復させる「経路標的治療法」の開発も重要な研究テーマです。

ヒト特有の脳機能（意思決定・思考）の解明
精神・神経疾患の早期発見・新薬開発

経路標的治療の開発

独創性の高いモデル動物の開発

5

構成メンバーと研究課題

課題Cの概要●代表機関
伊佐 正

自然科学研究機構（NINS）
生理学研究所 認知行動発達機構研究部門

教授

自然科学研究機構（NINS）
基礎生物学研究所 脳生物学研究部門

（拠点長）
山森 哲雄

教授

先端的遺伝子導入・改変技術による脳科学研究のための
独創的霊長類モデルの開発と応用●参画機関
京都大学 霊長類研究所 分子生理研究部門
統合脳システム分野

大石 高生

准教授

京都大学 霊長類研究所 分子生理研究部門
統合脳システム分野

高田 昌彦

教授

遺伝子改変霊長類モデルの開発と高次脳機能の解析

京都大学 霊長類研究所 行動神経研究部門
高次脳機能分野

中村 克樹

教授

京都大学大学院
生命科学研究科・医学研究科

渡邉 大

教授

慶應義塾大学 医学部
生理学教室

岡野 栄之

教授

自治医科大学 分子病態治療研究センター
遺伝子治療研究部

小澤 敬也

教授

実験動物中央研究所
応用発生学研究部

佐々木 えりか

部長

広島大学 自然科学研究支援開発センター
生命科学実験部門 動物実験部（霞動物実験施設） 教授
福島県立医科大学 医学部
附属生体情報伝達研究所 生体機能研究部門

6 課題 C成果報告

教授

外丸 祐介

小林 和人

遺伝子改変コモンマーモセットによるヒト神経疾患モデルの開発
アデノ随伴ウイルスベクターを用いた脳機能の制御技術の開発
コモンマーモセットの遺伝子改変技術の基盤整備
コモンマーモセットの遺伝子改変技術の基盤整備（ES/体細胞クローン技術の応用）
新規レンチウイルスベクターの開発と細胞標的法への応用

課題Cの概要

研 究 体 制課題Ｃは，中核となる代表機関である自然科学研究機構と，六つの参画機関で構成された研究開発拠点です。それぞれの機関が有機的に連携し，霊長類モデル動物開発を推進しています。

新しい霊長類モデルの開発慶應大 岡

神経機能の操作を目指して

野

実中研 佐々木
広島大 外

丸

京都大 中

村

NINS 山

森

伊

佐

京都大 大

石

京都大 高

田

NINS

新しい研究
ツールの開発自治医大 小澤

京 都 大 渡邉

福島医大 小林

独創性の高いモデル動物の開発

7

神経機能の操作を目指して霊長類における神経経路選択的遮断法の開発伊佐正

ISA,Tadashi● ウイルスベクターの二重感染によって特定の● ウイルスベクターを用いた中枢神経系の特定目的

自然科学研究機構 生理学研究所
認知行動発達機構研究部門 教授

成果の細胞種，経路の機能を修飾による，高次脳機能の神経回路基盤の解明

経路を選択的かつ可逆的に遮断する手法の開発に成功し，霊長類（マカクザル）の巧緻な
手 指 の 運 動 の 制 御における脊 髄 の 特 定 の介在ニューロン群の機能を明らかにした。

個々の指を独立に動かして器用に物をつかむような巧緻運動ニューロンが存在する前角という部位）に注入します。

な運動は，ヒトを含む霊長類で最も発達した行動です。しそして次に順行性ベクターとしてアデノ随伴ウイルス（AAV）

かし，実は，このような最も基本的な運動を制御する脳かを，PNの細胞体が存在する領域（頚髄第３−第５髄節（C3−

らの出力経路ですら，必ずしも明確に分かっているわけで

C5）
の中間帯）
に注入しました。すると二重感染は細胞体がはありませんでした。ヒトやマカクザルのような霊長類では，

C3−C5に存在し，軸索をC6−T1に投射しているPNでのみ大脳皮質から脊髄運動ニューロンへの直接の結合が存在

起こります
（図A）
。そしてサルにテトラサイクリンという抗生します（直接経路）
が，それに加えて，ネコなど，手の巧緻

物質の誘導体であるドキシサイクリン（Dox）を飲ませると，性が発達していない動物種で主要な働きをしている脊髄固二重感染したPNでのみ破傷風毒素が発現し，その作用に有ニューロン
（PN）とよばれる介在ニューロンを介する間接よりPNの伝達物質放出が阻害され，シナプス伝達が遮断的な経路も存在するのです。しかしこの進化的に古くからされるような工夫をしました（図B）。実験では４頭のマカクザ

存在する間接経路が霊長類においてもやはり機能を果たし

ルでベクターの注入を行い，Doxの経口投与を開始したとているのか，それとももはや使われなくなったのか，という問ころ，４頭のいずれにおいても投与開始から２−５日後に前題については長年論争が続いていました。このような問題

肢の巧緻な到達把持運動の失敗率が上昇し，同時に運動に対する最も直接的な回答はPNを選択的に遮断して運動が遅くなりました（図C，２日目）。このようにPNのシナプス伝に対する効果を調べることによって得られるはずですが，そ達遮断により運動の障害が観察されたことから，PNを介す

れはこれまで不可能でした。しかし，私たちは今回，課題

る間接経路がマカクザルの巧緻な到達把持運動の制御に

Ｃにおける共同研究で，ウイルスベクターを用いて，世界で重要な働きをしていることが明らかになりました。

はじ

初めてサルのような遺伝子改変が困難な大動物において経本研究によって，長く議論の対象となっていた，進化的

路選択的・可逆的に遺伝子発現を制御する新しい方法をに古い経路と考えられてきたマカクザルのPNを介した間接開発し，サルのPNを選択的に遮断することに成功しました。

経路の前肢巧緻運動の制御における役割を初めて明確に

具体的には，まず高頻度逆行性レンチウイルスベクター示すことができました。また，本研究で開発した手法によっ（HiRet）
を，P Nの軸索が投射する領域（頚髄第６髄節て，今後，脊髄に限らず脳の特定神経経路の操作的な研（C 6）から胸髄第１髄節（T1）の前肢の筋肉を支配する脊髄究を行う新たな可能性を切り開いたと言えます。

A

B 二重感染した脊髄固有ニューロン
CMV

脳

rtTAV16CMV

rtTAV16

順行性
ベクター

脊髄

eTeNT.GFP

TRE

Dox

研究成果のご紹介

Doxの投与

・M. Kinoshita et al. “Genetic dissection of the circuit
for hand dexterity in primates.” Nature, 487; 235‒238,
2012.
・B. Alstermark et al. “Circuits for skilled reaching andgrasping.” Annual Review of Neuroscience, 35;
559‒578, 2012.
・K. Kaneda et al. “Selective optical control of synaptictransmission in the subcortical visual pathway by
activation of viral vector-expressed halorhodopsin.”
PLoS ONE, 6; e18452, 2011.

eTeNT.GFP
eTeNT.GFP

脊髄固有
ニューロン

Dox による
可逆制御

逆行性
ベクター

C

失敗率（％）

80

運動時間（秒）

60

1.0

40

0.8
0.6

20
0

0.4

Dox投与

0

2

4

6

Dox投与からの経過日数

8 課題 C成果報告（Day0）Dox投与前→成功

eTeNT.GFP（Day2）Dox投与中→失敗

シナプス伝達

C6-T1

筋肉rtTAV16 Dox

シナプス伝達C3-C5

TRE

rtTAV16

新しい霊長類モデルの開発

霊長類脳におけるRNA干渉による遺伝子発現操作と行動制御● ウイルスベクター法を駆使した霊長類脳に目的おける遺伝子発現操作法の開発● RNA干渉法を用いた霊長類脳における遺伝子

自然科学研究機構 基礎生物学研究所
脳生物学研究部門 教授

山森

哲雄

YAMAMORI, Tetsuo● ウイルスベクターを用い霊長類脳の特定の成果

発現制御法の確立

回路の可視化に成功した。
● RNA干渉法を用いて，特定の脳部位の機能をノックダウンすることができるようになった。

近年，マウスを用いた遺伝子操作技術が急速に進歩し，入力のノイズに対する信号（シグナル）の割合を上げ，後者

様々な遺伝子を導入したトランスジェニックマウスや遺伝子はその補正をしていることを示しました。しかし，全ての遺機能を失わせたノックアウトマウスの技術も長足の進歩をと伝子産物に対してその効果を特異的に促進したり，抑制しげました。また，各種の無毒化したウイルスに遺伝子を導たりする化合物が存在するわけではありませんので，全遺伝入し，特定の神経細胞で発現させてその機能をみる技術

子に対して使えるより汎用的方法を開発する必要があります。

の開発も急速に進み，従来の生理学や解剖学では証明でそこで私たちは，脳プロにおいて，まず，霊長類の特定きなかった回路や神経細胞の機能が直接的に証明できるよの神経回路を可視化する方法を開発しました（図を参照）。

うになってきました。一方，ヒトの精神疾患等の病因を神経

さらに，ノーベル賞を受賞したファイアーとメローが1998年に回路レベルから本当に理解するためには，ヒトにより近い霊発見したRNA干渉法を発展させた，Paddison（2002年）に長類を対象に研究を行う必要もあります。そのため，神経よるshort hairpin RNAs（shRNAs）
法を用いて霊長類の科学では，長らく，霊長類（マカクザルとよばれるニホンザ

標的遺伝子を特定の脳部位でノックダウンすることによって，

ルを含めた仲間）を題材とした研究が行われ，我が国でも霊長類の脳科学研究の方法論を進展させました。この方優れた研究が行われてきました。

法は，RNA干渉法として遺伝子治療法の開発にも試みら霊長類でも遺伝子操作法が可能になれば，こうした優れれていますが，なお汎用的方法が確立しているとは言えまた生理学的技術や解剖学的知見を生かして，げっ歯類でせん。この問題を克服するために，私たちは，新世界ザルは得られないヒトの認知や行動についての理解が深まると考であるマーモセットを用いて，パーキンソン病，薬物依存，

えられます。例えば，私たちの研究室では，眼から大脳皮統合失調症等に深い関連があることが知られているドーパミ質への最初の投射先であるマカクザル一次視覚野で最も強ン受容体遺伝子をshRNA法でノックダウンする方法を確立

く発現する遺伝子の中に，うつ病と関係が深いと考えられしました。すでに，遺伝子ノックダウンの効果を，生体でのているセロトニン（5HT）の受容体（13種類存在）の２種類

遺伝子発現レベル，電気生理学的解析，行動学的解析

5HT1Bと5HT2Aがあることを見いだしました。この機能をで調べて有効性を確認しており，特許申請，学会発表等

明らかにするために，大阪大学の佐藤宏道教授とともに，を行い，現在論文作成を準備しています。

それぞれの受容体に特異的に作用して活性を促進するアゴ
ニストや活動を抑えるアンタゴニストを用いて，前者は視覚
ベクター注入部位
後側

マーモセットの脳

霊長類の特定の神経回路を可視化

★
前側

上の破線に
そった断面

研究成果のご紹介

頭頂皮質から反対側の大脳皮質に神経連絡するニューロンを，逆行性ベクターで標識した。

軸

索

50μm

ベクター注入★
軸索にそってベクターが移動

50μm

・A. Watakabe et al. “Visualization of corticalprojection neurons with retrograde TET-oﬀ
lentiviral vector.” PLoS One, 7; e46157, 2012.
・M. Kinoshita et al. “Genetic dissection of the circuit
for hand dexterity in primates.” Nature, 487; 235‒238,
2012.
・T. Takahata et al. “Diﬀerential expression patterns of
striate cortex-enriched genes among Old World, New
World, and prosimian primates.” Cerebral Cortex, 22;2313‒2321, 2012.
・T. Yamamori. “Selective gene expression in regionsof primate neocortex: implications for corticalspecialization.” Progress in Neurobiology, 94 ;201‒222, 2011.
・M. Takaji et al. “Paraneoplastic antigen-like 5 gene
(PNMA5) is preferentially expressed in theassociation areas in a primate speciﬁc manner.”
Cerebal Cortex, 19; 2865‒2879, 2009.

独創性の高いモデル動物の開発

9神経機能の操作を目指して

霊長類高次認知機能の発達基盤

京都大学 霊長類研究所 分子生理研究部門
統合脳システム分野 准教授

大石● 高次認知機能を担う前頭前野のネットワーク

目的

形成時期の決定● 前頭前野ネットワーク内の個々の神経路が高生

OISHI, Takao● 前頭前野への複数の入力神経路が異なる

成果

時期に形成されることを発見した。
● 神経路が高次認知機能に果たす役割を調べる

高次認知機能に果たす役割の解明ためのモデル動物を作成した。

脳の中では，膨大な数のニューロンが複雑なネットワーク

背外側前頭前野は，視床背内側核，側頭連合野，後を作っています。このネットワークが働くことによって，脳は部帯状回などの部位から入力を受けています。これらの入様々な機能を果たすことができます。私たちは高次認知機力神経路が，それぞれ異なった情報を背外側前頭前野に能の神経基盤に注目し，重要な役割を果たす前頭前野が伝え，それらが組み合わさることによって「自分がしたことをどう関わっているかを，サルを用いて調べました。

モニターして憶えておく」
機能が実現していると私たちは考え

高次認知機能は，生後にゆっくりと発達することが知られました。特定の神経路の情報伝達だけを好きなタイミングでています。私たちの研究によって，前頭前野に入力する神

遮断する手法を使えば，そのときにサルの記憶が受ける影経路も生後に発達することが分かりました。前頭前野の異な響を調べることによって，その神経路の役割が分かるはずる部位は，それぞれが複数の脳領域（例えば側頭連合野です。

や後部帯状回皮質）からの入力を受けています
（多対多の
神経路）
。それぞれの神経路ごとに，完成するタイミングが異なっていました。神経路は，それぞれが異なった情報を伝えており，その情報を必要とする高次認知機能は，異なった発達段階で徐々に形作られていくと予想できます。
前頭前野はいろいろな高次認知機能に関わっています。
その中で私たちが注目したのは，「自分の行動をモニターしサルにとっては難しいことなのですが，・自分がさっき見たものを思い出して，それと違うものを選
ぶ課題
・自分がさっき選んだものを思い出して，それと違うものを選ぶ課題
・自分がさっき選んだ位置を思い出して，それと違う位置を選ぶ課題て憶えておく」機能です。背外側前頭前野とよばれる部位の三つの学習課題ができるように訓練しました。そのサルのが働かなくなると，自分がさっき見たものはきちんと思い出せ

背外側前頭前野と，それへの入力を送る部位に遺伝子をるのに，自分がさっき選んだものは思い出せなくなります。ま導入することにより，特定の条件下で，特定の神経路の伝た，自分がさっき左右どちらの位置を選んだかということも思達が遮断されるモデル動物を作成することに成功しました。

い出せなくなります。背外側前頭前野は，ものであれ，位異なる入力神経路を伝達遮断できるモデル動物で，伝達置であれ，自分が選んだ方を思い出すときに重要な役割を遮断が学習課題の成績にどのように影響するかを比較検討果たしているのです。しかし，どのようにして「自分の行動をすることによって，それぞれの神経路の役割を確認することモニターして憶えておく」
機能が実現しているかは，まだ分ができます。

かっていません。

研究成果のご紹介
後頭頂葉

背外側
前頭前野
視床
背内側核

後部帯状回

上側頭葉

神経路を
一つだけ遮断「さっき何を見たか」「さっき何を選んだか」「さっきどの位置を選んだか」を基に選ぶ学習課題ができるサル

後部帯状回
後頭頂葉
上側頭葉
前頭前野
視床背内側核「自分の行動のモニター」「空間性情報」「形態情報」「ワーキングメモリー」「注意」

10 課題 C成果報告「自分の行動のワーキングメモリー」
背外側前頭前野● それぞれの神経路は異なった時期に完成することを解明● それぞれの神経路の機能を調べるためのモデル動物を作成

・S. Higaki et al. “Response of ER beta and aromatase
expression in the monkey hippocampal formation toovariectomy and menopause.” Neuroscience
Research, 72; 148‒154, 2012.
・S. Miyachi et al. “Corticocortical projections to thelateral prefrontal cortex of infant monkeys.”
Neuroscience Research, 71S; E388‒E389, 2011.
・T. Oishi et al. “Regional characteristics of gene
expression in the brain of the rhesus monkey.”
Neuroscience Research, 68; E351‒E352, 2010.
・S. Higaki et al. “Microarray proﬁling of gene
expression in the aging monkey brain.” Neuroscience
Research, 68; E305, 2010.

神経機能の操作を目指して

ウイルスベクターによる神経路選択的除去技術の開発

京都大学 霊長類研究所 分子生理研究部門
統合脳システム分野 教授

高田● 細胞死を誘導する物質であるイムノトキシンの● サルで特定の神経回路を選択的に除去し，受容体を発現する特殊なウイルスベクターの開発● 特定の神経回路を標的にしてイムノトキシン
受容体の遺伝子を導入し，その回路を除去する手法の開発

目的

昌彦

TAKADA, Masahiko

成果

その回路の機能を解析できる手法の開発に
世界で初めて成功した。
● 様々な精神・神経疾患モデルの開発や疾患を克 服 するため の 遺 伝 子 治 療 研 究に応 用できる。

ヒトやサルの脳は，1,000億を超える神経細胞が複雑に絡

キシンを大脳皮質（運動野）に注入して，運動野から視床み合った神経回路をつくり，高次脳機能を生みだしていま下核に至る神経回路（ハイパー直接路）
だけを除去した際，す。例えば，パーキンソン病などの神経疾患の病態を解明

大脳基底核の神経回路の働きがどう変化したかを，神経し治療法を開発するためには，こうした複雑な神経回路の細胞の反応を記録して確かめます。

中から特定の働きをしている神経回路を見つけ出し，それ私たちは，イムノトキシンの受容体を発現する特殊なウイを標的にする必要がありますが，特定の神経回路だけを標

ルスベクターを大脳基底核の一部である視床下核に注入し的にして遺伝子を導入することはこれまで困難でした。今ました。次に，運動野（運動を制御する大脳皮質の領域）

回，私たちは，特定の神経回路だけを除去して，その神にイムノトキシンを注入することによって，運動野から大脳基経回路の機能を解析できる手法の開発に世界で初めて成底核に至る神経回路のうち「ハイパー直接路」とよばれる神

功しました。このような手法によって神経回路の機能を解明

経回路だけを選択的に除去することに成功しました。そのしていくことが，パーキンソン病など神経回路の異常で起こ

結果，図
（右）
にあるように，大脳皮質から大脳基底核にる神経疾患の治療につながります。

運動情報が入る際に，淡層球内節の神経細胞で見られる手法の原理は，図（左）にあるように，まず，①シナプスと運動野刺激に対する早いタイミングの興奮活動がなくなりまよばれる神経細胞どうしのつなぎ目の部分に，細胞死を誘した。

導する物質として知られるイムノトキシンの受容体（ヒト イン

パーキンソン病などの運動疾患に関わる，大脳皮質からターロイキンタイプ2受容体アルファ；IL-2Rα）を発現する特殊

大脳基底核に至る神経回路のうち「ハイパー直接路」とよばなウイルスベクターを注入します。そうすると，②ウイルスベクれる神経回路だけを選択的に除去すると，大脳基底核にターが神経線維の末端から感染して神経線維を神経の伝おける早いタイミングの興奮活動だけが見られなくなったこと

達方向と逆向きに輸送され，③領域A・B・Cの神経細胞で，から，この神経回路が早い興奮を引き起こす働きをしている

イムノトキシンの受容体が発現します。このとき，④領域Cにことを明らかにしました。今回開発された方法は，高次脳だけイムノトキシンを作用させると，⑤領域Cの神経細胞のみ機能の解明，さらには様々な精神・神経疾患モデルの開発を死滅させることができます。

やこれらの疾患を克服するための遺伝子治療研究などに大このようなベクターを大脳基底核（視床下核）に，イムノト変役立つ手法となると期待できます。

特定の神経回路だけを “除去”して，その神経回路の機能を解析できる手法の開発に成功
イムノトキシン注入前

手法の原理
入力

入力

入力

入力

入力

入力

領域 A

領域 B

領域 C

領域 A

領域 B

領域 C

IL-2Rα
の発現

シナプス

出力

④

イムノト
キシンの
投与
② 逆行性
輸送

15
10
5
0
−50

50

100

時間（ms）

150

200

150

200

イムノトキシン注入後
25⑤死滅① IL-2Rαを

発現する
ウイルス
ベクターの
投与

20
15
10
5
0
−50

IL-2Rα

0

運動野刺激

スパイク数

③

スパイク数

25
20

出力の変化

イムノトキシン

0

50

100

時間（ms）

運動野刺激

研究成果のご紹介
・S. Kato et al. “Vectors for highly eﬃcient and neuronspeciﬁc retrograde gene transfer for gene therapy ofneurological diseases.” In: Gene Therapy-Tools andPotential Applications; 387‒398, InTech, 2013.
・K. Inoue et al. “Immunotoxin-mediated tract
targeting in the primate brain: selective eliminationof the cortico-subthalamic “hyperdirect” pathway.”
PLoS ONE, 7; e39149, 2012.
・S. Kato et al. “Neuron-speciﬁc gene transfer throughretrograde transport of lentiviral vector pseudotyped
with a novel type of fusion envelope glycoprotein.”
Human Gene Therapy, 22; 1511‒1523, 2011.
・S. Kato et al. “A lentiviral strategy for highly eﬃcient
retrograde gene transfer by pseudotyping withfusion envelope glycoprotein.” Human Gene
Therapy, 22; 197‒206, 2011.
・S. Kato et al. “Eﬃcient gene transfer via retrograde
transport in rodent and primate brains by an HIV-1based vector pseudotyped with rabies virus glycoprotein.” Human Gene Therapy, 18; 1141‒1151, 2007.
独創性の高いモデル動物の開発

11新しい霊長類モデルの開発

コモンマーモセットの
行動を知る

目的

京都大学 霊長類研究所 行動神経研究部門
高次脳機能分野 教授

中村 克樹
NAKAMURA, Katsuki● 社会性に富み家族で暮らすコモンマーモセッ
トの成果

行動評価法の開発

コモンマーモセットでの遺伝子改変技術が進歩してきてい● 汎用性の高い小型認知実験装置を開発した。
● 社会的認知機能測定・筋力・前肢到達運動・活動量・脳波計測等を可能にした。

見分けたり，特定の図形を覚えたり，複数の刺激の順序をる今，何が脳研究や精神疾患研究に必要でしょう。例えば

覚えたりする能力を調べました。

精神疾患を考えると，認知機能の変化だけではなく，社会２）
親行動の評価行動の変化も診断基準に含まれ，なかなか動物で評価できコモンマーモセットは離乳したばかりの幼い子に対して親ません。他人に興味を示さない・コミュニケーションがうまくとが寛容で，自らの食物を渡す分配行動が見られます。このれない・喜びを感じないなどが精神疾患の症状として挙げら

食物分配行動を実験室の環境で再現することに成功しましれます。もちろん，ヒトほど高度に複雑に精神機能が発達た。また，親が離れたところにいる子を回収するテストも考した動物はいません。しかし，コモンマーモセットもげっ歯類

案しました。

とは異なるレベルで発達した精神機能をもっています。それ

３）
鳴き交わし行動の評価をうまく引き出し評価することが非常に重要です。コモン

コモンマーモセットは音声レパートリーも豊富で，例えば他

マーモセットは400グラム程度の小さなサルですが，複雑な個体と出会ったときのTrillという鳴き声や，仲間と離れたと行動レパートリーを有しています。昼行性で，視覚が発達

きのPheeという鳴き声などがあります。こうした鳴き交わしをしています。そのため，動作や表情など視覚情報を用いた

実験室の環境で再現することに成功しました。

コミュニケーションを頻繁にとります。また，鳴き交わし行動

４）
その他の評価など，聴覚情報を用いたコミュニケーションも頻繁に観察さ前肢の筋力を測定する装置・前肢を伸ばし食物を取る検れます。家族全員で子育てを分担したり，親から子へ食物

査装置・活動量を記録する方法・長時間にわたり脳波を計を渡したりもします。こうした社会性に富んだコモンマーモ

測する方法等の開発に成功しました。

セッ
トの能力を評価することが重要です。

認知機能の評価，コミュニケーション・親行動などの社会

私たちは，コモンマーモセットの様々な行動を評価する方

行動の評価，脳波等の生理指標のデータ解析を併せてコ法を開発してきました。

モンマーモセットの行動を総合的に評価することで，今後の１）
認知機能の評価

脳研究や精神疾患研究においてコモンマーモセットの重要専用の認知機能実験装置を開発しました。タッチセン

性がますます増えるだろうと期待されます。

サー付きモニターを有する小型PCを中心とした装置で，簡単に飼育ケージの扉に装着できます。この装置で，図形を▲活動量を測定する
ペンダント型装置

コモンマーモセットの親子

研究成果のご紹介
・B. A. ʼt Hart et al. “The marmoset monkey: amulti-purpose preclinical and translational model ofhuman biology and disease.” Drug Discovery Today,
17; 1160‒1167, 2012.
・R. Koba et al. “Characteristics of serial order learningin common marmosets (Callithrix jacchus).” Journalof Comparative Psychology, 126; 279‒287, 2012.
・A. Takemoto et al. “Development of a compact andgeneral-purpose experimental apparatus with atouch-sensitive screen for use in evaluating cognitive
functions in common marmosets.” Journal of
Neuroscience Methods, 199; 82‐86, 2011.
・S. Yuasa et al. “Stereotaxic atlas of the marmoset
brain. With immunohistochemical architecture and
MR images.” National Institute of Neuroscience, 2010.

▲ 認知機能評価装置

12 課題 C成果報告▲ 前肢の筋力を測定する装置▲ 前肢を伸ばし食物を取る検査装置

新しい研究ツールの開発

ウイルスベクターによる神経機能操作技術の最先端● 霊長類モデル動物の脳で神経活動制御を目的可能にするウイルスベクター技術の開発● 自由行動下の動物個体の神経活動を単一

成果

細胞の精度で計測する技術の開発
ヒトの高度な脳機能を解明し，さらにその異常によって生

京都大学大学院
生命科学研究科・医学研究科

渡邉

大

教授

WATANABE, Dai● 霊長類モデル動物で薬物投与依存的に神経伝達を遮断する技術を開発した。
● ワイヤレス神経活動計測システムを開発した。

動計測システムを開発することです。

じる精神・神経疾患の治療法を確立するためには，進化上私たちは，生理学研究所，福島医科大学，自治医科

ヒトと近い脳をもち，行動の面からも共通点の多いサルを対大学と連携して，ミリ秒から数週まで様々な時間スケールで象として研究することで多くの知見が得られると期待されて神経活動を操作するための様々なウイルスベクターの開発をいます。しかしながら，マウスのような小型のモデル動物を行いました。その試みの一つとして神経細胞間の情報伝達使って開発されてきた遺伝子工学・分子遺伝学を駆使したを遮断することが知られている破傷風菌由来のテタヌストキ

脳神経系の研究手法の多くは，サルを対象とした研究では

シン（TeNT）の遺伝子を改変し，より効果的なenhanced

いまだ整備されていません。サルを使って遺伝子や細胞のTeNT（eTeNT）の開発に成功しました（図左）。TeNTはレベルで体系的かつ効果的に脳研究を進めるための手法を神経細胞のシナプス機能に重要なVAMPタンパク選択的に開発する必要があります。

作用し，シナプスを介した神経細胞間の情報伝達を遮断し本研究の第一の目的は，ウイルスベクターにより霊長類モます。私たちの開発したeTeNTは，TeNTのVAMP選択

デル動物の神経細胞へ遺伝子導入を行い，その神経細胞的な活性を変えることなく，その作用を増強したものです。

の機能を薬剤投与や特定の波長の光を照射することで操

このeTeNTを用いることで，ヒトをはじめ霊長類にのみ可能

作する技術を開発することです。脳は非常に多種類の神な巧みな手指のコントロールに関する神経回路機構の一端

経細胞から構成され相互に接続し極めて複雑なネットワーク

を明らかにすることができました。これは四肢の制御に関わを構築していますが，このような技術により特定の神経細胞

る神経回路がヒトと大きく異なるマウスなど従来の動物モデの活動を薬剤や光照射により選択的にスイッチオン・オフすルで調べることができなかった問題であり，今後脊髄損傷ることができれば，その影響を詳しく調べることで各神経細の治療法の開発等に大いに役立つと思われます。

胞の機能を明らかにすることができるようになります。さらに，また，自由行動下の動物個体からの単一神経細胞の電積極的に神経活動をコントロールすることで，パーキンソン

気的活動を計測しうる機器として，ワイヤレス方式の神経活病やうつ病など精神・神経疾患の症状を従来の薬剤より副動計測システムを開発しました（図右）。小型かつ軽量であ作用が少なく効果的に改善することができるかもしれません。

るため，ヒトとよく似た家族を単位とする社会をもち，音声をまた本研究の第二の目的は，このような神経活動制御の効使って情報交換をするマーモセットのような小型霊長類にお果を詳細に研究するために，動物の行動を阻害することな

いても，その行動を損なうことなく脳の電気的活動を単一細く，単一神経細胞の電気的活動を計測できるような神経活胞の精度で調べることが可能になりました。

ウイルスベクターによる
神経活動制御超小型のワイヤレス
神経活動計測システム

DOX 1. 薬剤（Dox）経口投与

薬剤依存的
転写因子

DOX

ウイルスベクターの遺伝子

eTeNT遺伝子

3. eTeNTタンパク
による
VAMP分解2. 薬剤経口投与による
eTeNTタンパクの誘導

VAMP
4. シナプス伝達遮断

電極の位置制御用
マイクロドライブ
ワイヤレスインターフェース

研究成果のご紹介
・M. Kinoshita et al. “Genetic dissection of thecircuit for hand dexterity in primates.” Nature,487; 235 ‒ 238, 2012.
・R. Matsui et al. “Avian adeno-associated virus
vector eﬃciently transduces neurons in theembryonic and post-embryonic chicken brain.”
PLoS ONE, 7; e48730, 2012.
・H. Fujimoto et al. “Neural coding of syntactic
structure in learned vocalizations in the songbird.”
The Journal of Neuroscience, 31; 10023‒10033, 2011.
・R. Sanuki et al. “miR-124a is required forhippocampal axogenesis and retinal cone survival
through Lhx2 suppression.” Nature Neuroscience,
14; 1125‒1134, 2011.
・K. Kaneda et al. “Selective optical control ofsynaptic transmission in the subcortical visual
pathway by activation of viral vector-expressed
halorhodopsin.” PLoS ONE, 6; e18452, 2011.

独創性の高いモデル動物の開発

13

新しい霊長類モデルの開発

遺伝子改変コモンマーモセットによる
ヒト神経疾患モデルの開発

目的● 7テスラMRIを用いたマーモセッ
ト脳画像解析と岡野

栄之

OKANO, Hideyuki● 家族性パーキンソン病の原因遺伝子を導入した● 遺伝子導入による神経変性疾患モデル動物の作出

慶應義塾大学 医学部
生理学教室 教授

成果

神経基盤データの構築

遺伝子改変マーモセットの作出に成功した。
● 脳活動を捉えるMRニューロイメージング法の開発に成功し，また発達・成体期における脳地図を公開した。

コモンマーモセットは，私たちヒトと同じ霊長類に属してい入した霊長類を世界で初めて作出しました。パーキンソン病

ます。そのため，代謝経路や生理学・解剖学的な特徴がは，アルツハイマー病に次いで頻度の高い神経変性疾患で，ヒトと非常に類似しています。また，繁殖効率が良く，霊長高齢化社会を迎えている我が国では社会問題化しつつあり類の中では非常に多産であることも特徴の一つです。そのます。有効な治療法の開発のために，世界中でパーキンソため，遺伝的背景の比較が容易であるという利点を利用しン病モデルマウスを作る試みが行われてきましたが，患者さて，私たちは遺伝子改変マーモセットを作出することに成功んの症状を反映する動物の作出には成功していません。私

しました（E. Sasaki et al., Nature 2009）。この技術により，たちが作ったモデルマーモセットによって，神経病の治療がマウスでは不可能であった高次脳機能の解明や，ヒトの病

飛躍的に発展することを願っています。

気に限りなく近い疾患モデル動物の作出が可能になり，病また，病気の理解と治療法の開発のためには，小さな気の仕組みの理解や，新しい治療方法の開発につながる

マーモセットの脳を観察する方法が必須です。貴重な動物と考えています。

を傷つけずに観察するため，私たちは非侵襲的な診断装“モデル動物”とは，普遍的な生命現象を理解するためにしん しゅう置であるMRIに着目しました。MRIは臨床医学の中核を担研究対象となる生物のことで，ある遺伝子に欠損や配列のう診断法であり，基礎研究を臨床研究に展開させるために異常があるためヒトと類似した病気になる動物などがその一も重要な役割を果たします。しかし，マーモセット用の装置

例です。ヒトと同類である哺乳類のマウスやラットをモデル動はありませんので，私たちは７テスラの高磁場装置を用い，物として用いた研究は現代の医学の発展に欠かせないもの

マーモセッ
ト専用の計測システムを整備しました。これにより，でした。しかし，これらの動物の脳とヒトの脳は構造や働き

安全かつ高精度に脳の白質神経路や脳活動を捉える方法

が大きく違うため，脳や脊髄などの病気を理解し，治療法が実現しました。今後，この評価システムを遺伝子改変モを開発するのには限界がありました。

デルに用い，脳の病気の発症やその治療効果を調べる研

そこで，よりヒトに近い霊長類であるコモンマーモセットに究を併せて行っていきます。

注目して研究を行うことにしました。私たちは，遺伝子改変技術を利用して，家族性パーキンソン病の原因遺伝子を導遺伝子改変マーモセット

MR ニューロイメージング

研究成果のご紹介

脳活動

神経変性
モデル

神経走行

脳内代謝

有効な治療法の開発

筋萎縮性側索硬化症

パーキンソン病

14 課題 C成果報告

脳体積

脳血管

脳地図

・K. Hikishima et al. “Atlas of the developing brain of
the marmoset monkey constructed using magnetic
resonance histology.” Neuroscience, 230; 102‒113,
2013.
・K. Sawamoto et al. “Cellular composition andorganization of the subventricular zone and rostralmigratory stream in the adult and neonatal common
marmoset brain.” Journal of Comparative Neurology,
519; 690‒713, 2011.
・S. Shiozawa et al. “Gene targeting and subsequentsite-speciﬁc transgenesis at theβ-actin (ACTB) locus
in common marmoset embryonic stem cells.” StemCells and Development, 20; 1587‒1599, 2011.
・K. Hikishima et al. “Population-averaged standard
template brain atlas for the common marmoset(Callithrix jacchus).” Neuroimage, 54; 2741‒ 2749,
2011.
・E. Sasaki et al. “Generation of transgenic non-humanprimates with germline transmission.” Nature, 459;
523‒527, 2009.

新しい研究ツールの開発

脳科学研究に役立つアデノ随伴
ウイルスベクターの開発● 脳 科 学 研 究に適したアデノ随 伴ウイ ル ス

目的

ベクターの開発● アデノ随伴ウイルスベクターの普及

自治医科大学 分子病態治療研究センター
遺伝子治療研究部 教授

小澤敬也

OZAWA, Keiya● 目的とする遺伝子を発現させるのに適したベクターを見いだした。

成 果 ● 目的とする遺伝子の発現を部位特異的に抑制することに成功した。

アデノ随伴ウイルス（AAV）
ベクターは遺伝子導入に適しンパク質）を発現するベクターを大脳皮質に注入した際にはた性質をもつことから，遺伝子治療に際して幅広く使用され注入した部位周辺の損傷が問題となっていましたが，神経ています。AAVベクターを利用する臨床研究はこれまで世組織に特異性の高いプロモーターを使用することでこの問界中で 90 種類以上が承認されており，実際に数多くのヒト

題を避けられることが分かり，組織の損傷はGFPの強い発にベクターの投与がなされ，効果が認められてきています。

現が原因と考えられました。なお，大脳基底核や脊髄を対中枢神経系への遺伝子導入にも適しており，大脳皮質や象とする場合には２型のベクターが有効と考えられました。

大脳基底核などを対象として様々な試みがなされています。

ベクターに用いる血清型やプロモーターの最適化を進め

私たちもパーキンソン病に対する臨床研究を行っています。

る一方で，目的とする遺伝子のノックダウンを可能とするた本研究ではこのようなAAVベクターを脳科学領域に応用し，めの検討を行いました（図）。このためにはRNA干渉法と目的の遺伝子を標的部位で発現させること，及び目的の遺いって，遺伝子発現を抑制するためのRNA配列（siRNA）

伝子を標的部位において発現抑制（ノックダウン）
することがを導入する目的のベクターの開発を行い，目的とする遺伝大きな柱でした。この目的を達するために，基礎生物学研子に対応したベクターをできるだけ簡単に作製できるようなシ究所・山森グループならびに生理学研究所・伊佐グループなステムを目指しました。目的遺伝子に対応するsiRNA配列

どと共同で研究を行い，私たちは主にベクター開発の部分のオリゴヌクレオチドを挿入するだけでノックダウン用のベクを担当しました。

ターが作製可能なシステムを多数作り上げ，培養細胞レベ

AAVにはこれまで多くの血清型が知られており，それぞルで最適なものを選択しました。このシステムを利用したベれがベクターとして使用可能になってきています。これらのクターは動物個体のレベルでも有効で，サルにおいて目的

ベクターを使用した際には，有効な組織が異なっていること

部位のドーパミン受容体遺伝子をノックダウンすることにも使も分かりつつありますが，詳細な性質の違いに関しては十用され，成功に至りました。

分に明らかにされていません。このため様々な血清型由来

以上の成果から，目的とする遺伝子を意図した場所で発のベクターを作製し，マウス及びサルの脳内における遺伝

現させることと，すでに発現している遺伝子をノックダウンす

子導入の状況を検討しました。

ることが自由自在にできるようになり，AAVベクターが脳科

その結果，大脳皮質を標的とする場合には１型のベク学研究に一層役立つものとなったように思われます。

ターが最も有効と考えられました。また，GFP（緑色蛍光タAAVベクターを用いたRNA干渉法による遺伝子発現の抑制
promoter siRNA pA

promoterreporter pA

promoter siRNA pA

promotersiRNA pA

ベクターの細胞内・核内移行

研究成果のご紹介

神経細胞内の変化

AAVベクター構築の最適化
ベクター

siRNAの発現
標的mRNA

霊長類の脳内の標的部位に注入
mRNAの
分解

複合体形成

遺伝子発現の抑制

・J. Mimuro et al. “Minimizing the inhibitory eﬀect ofneutralizing antibody for eﬃcient gene expression in
the liver with adeno-associated virus 8 vectors.”
Molecular Therapy, 21; 318‒323, 2013.
・M. Ogura et al. “Interleukin-10 expression induced byadeno-associated virus vector suppresses proteinuria
in Zucker obese rats.” Gene Therapy, 19; 476‒82, 2012.
・H. Mizukami et al. “Gene therapy for diabetic
retinopathy in animal models and humans.” In: The
Open Diabetes Journal‒Novel animal model of diabetic
complications: The SDT rat, 4; 119‒122, 2011.
・S. Muramatsu et al. “A phase I study of aromaticL-amino acid decarboxylase gene therapy for
Parkinsonʼs disease.” Molecular Therapy, 18; 1731‒5,
2010.
・M. Lock et al. “Characterization of a recombinantadeno-associated virus Type 2 reference standard
material.” Human Gene Therapy, 21; 1723‒85, 2010.

独創性の高いモデル動物の開発

15

新しい霊長類モデルの開発

トランスジェニックマーモセット作出法の開発技術の開発● 脳科学研究に役立つ遺伝子改変コモンマーモ
セット作出技術の確立

佐々木 えりか
SASAKI, Erika● 非侵襲的に受精卵を採取・移植する方法，
効率の

しんしゅう

● 低侵襲，
高精度なコモンマーモセット発生工学

目的

実験動物中央研究所
応用発生学研究部 部長

成果

良い未受精卵の成熟培養法を確立した。

● ウイルスベクターを用いて，次世代に導入遺伝子が伝達可能な遺伝子改変マーモセット
作出に世界で初めて成功した。

コモンマーモセットは小型の霊長類で，ヒトに生理学的，

子の成熟培養の培地にブタの卵胞液を添加すると成熟率

解剖学的性質がよく似ている一方，霊長類の中では珍しくが上昇すること，さらにブタ卵子成熟培養用の完全合成培

高い繁殖能力をもった動物です。

地POMを用いるとコモンマーモセットでも効率よく成熟卵子

これまで脳科学研究を始めとする医学生物学研究には，
実験動物としてマウスが多く用いられてきました。しかし，ヒが得られ，この卵子を用いて体外授精して得られた受精卵から産子を得ることに成功しました。

トとマウスでは系統学的に距離があるため，マウスを用いてまた私たちは，遺伝子改変コモンマーモセットを作出する行われた実験の結果をヒトにそのまま応用することができな

ために，レンチウイルスベクターを用いてコモンマーモセット

い場合があります。そのような研究にコモンマーモセットは実の受精卵へ外来遺伝子である緑色蛍光タンパク質（GFP）

験動物として重要な役割を果たしていますが，コモンマー

遺伝子cDNAを導入し，効率よく遺伝子改変マーモセットを

モセットでは，マウスのように遺伝子改変によりヒトの疾患の作出する方法を確立しました。この方法により，5匹のトラン

モデルを作出する方法は確立されていませんでした。今後，

スジェニックマーモセット作出に成功しました。この5匹のうちパーキンソン病やアルツハイマーといった高次脳機能が障害

4匹は，皮膚，毛，血液など様々な組織で，残りの1匹はされる疾病の早期発見，早期治療，病気発症のメカニズ

胎盤でGFPを発現していることが示されました。また，このムを理解するためには，霊長類で遺伝子改変を行う方法のうち4匹は，生殖細胞にもこのGFP遺伝子cDNAが挿入さ確立が必要でした。

れており，この遺伝子が次世代へ伝達すること，GFPとし私たちは，コモンマーモセットを用いて，遺伝子改変動て次世代の組織の中で機能していることが示されました。こ物作出を実現するために効率が良く，動物に対して低侵襲のことにより，霊長類でも遺伝子改変動物を作出して疾患に行うことが可能な発生工学技術を確立しました。その結モデルとして様々な研究に使用することが可能であることが果，これまで開腹手術が必要だった受精卵の採取及び子示されました。

宮内への移植を，開腹手術を伴わずに行うことが可能とな

今後，この方法を応用して，現在は難治性疾患として治り，動物への侵襲を減じたのみならず，これまで問題となっ療が困難な病気の発症予防法，治療法の開発に役立てたていた動物の子宮−卵巣の癒着による卵管内での輸卵障

いと考えています。

害なども認められなくなりました。また，コモンマーモセット卵

トランスジェニックマーモセットの作出

Hisui

WakabaBanko

Kei

16 課題 C成果報告

研究成果のご紹介

GFP遺伝子が伝わったKouの子

KouKouichi・K. Hikishima et al. “Atlas of the developing brain of
the marmoset monkey constructed using magnetic
resonance histology.” Neuroscience, 230; 102‒113,
2013.
・K. Hanazawa et al. “Minimally invasivetransabdominal collection of preimplantationembryos from the common marmoset monkey(Callithrix jacchus).” Theriogenology, 78 ; 811‒816,
2012.
・I. Tomioka et al. “Birth of Common Marmoset(Callithrix jacchus) oﬀspring derived from invitro-matured oocytes in chemically deﬁned
medium.” Theriogenology, 78; 1487‒1493, 2012.
・I. Tomioka et al. “Generating induced pluripotent
stem cells from common marmoset (Callithrix
jacchus) fetal liver cells using deﬁned factors,
including Lin28.” Genes to Cells, 15; 959‒969, 2010.
・E. Sasaki et al. “Generation of transgenic nonhumanprimates with germline transmission.” Nature, 459;
523‒527, 2009.

新しい霊長類モデルの開発

霊長類クローン技術の開発

広島大学 自然科学研究支援開発センター
生命科学実験部門
動物実験部（霞動物実験施設） 教授

外丸祐介

SOTOMARU, Yusuke● 霊長類における生殖工学技術の基盤整備と目的

クローン技術の構築● クローン技術を応用した遺伝子組換えマーモ
セット作成（遺伝子組換えES/体細胞の核移植）技術の開発● 生殖工学技術の基盤を築き，世界初の受精卵成果

クローンマーモセットを作成した。

● 着床可能な体細胞クローン胚の作成手技を構築したが，他の哺乳動物とは異なり個体作成は困難であることが分かった。

私たちは，実験動物中央研究所と慶應義塾大学との連工学技術に関する報告も多くはありません。このため，ク携のもと，クローン技術をマーモセットに応用することで，脳ローン作成の基盤となるホルモン投与による卵巣刺激，卵科学研究に有用な遺伝子改変モデル動物の作出を目指し子の採取・体外培養等の生殖工学技術の整備・至適化にています。この背景には，霊長類ではマウスのような自由度

取り組みながら，効率的なクローン卵子作成のための核移の高い遺伝子組換え個体の作成手段が確立されていない

植プロトコル（手順）の構築を進めることで，クローンの作成ことがあります。動物への遺伝子組換えは，外来遺伝子を試験を実施してきました。そして，この成果として，初期発ゲノム配列上に単純に導入するトランスジェニック（Tg）と，

生段階にある8〜32細胞期の受精卵の核をドナーとして核

ノックアウト/ノックイン（KO/KI）
といった標的とする遺伝子配移植を行うことで，1組の一卵性双子クローンを含む3匹の列を置換する遺伝子相同組換えに大別できます。Tgマウ

個体が得られ，世界初の受精卵クローンマーモセットを作

スはDNAを受精卵の核へ顕微注入することで作成されます

出することができました。この技術は，マウス・ラットのようなが，これについては課題Cの成果により，ウイルスベクター

近交系が存在しない霊長類においては，動物実験実施のによる手法をさらに改良することでTgマーモセットが得られま上で有意義な，遺伝子背景の同一な個体の作成手段としした。これに対して，KO/KIマウスは胚性幹
（ES）
細胞へ

て有効であり，また他の霊長類への応用も期待できるものの遺伝子相同組換え操作とこの細胞を用いた生殖腺キメラです。

作成による手段で作成されます。しかし，マーモセットを含

しかしながら，本研究で目標とするES/体細胞クローンにめた霊長類では生殖腺への分化・寄与が可能なES細胞が関しては様々な手段を試してきましたが，着床までは確認でいまだ樹立されておらず，現状ではKO/KI個体を作成でききたものの，現段階では産子を得るには至っていません。

ません。そこで，核移植によりKO/KI操作を施したES細胞

受精卵をドナーとした場合には，個体までの発生に十分なや体細胞をドナーとしたクローンを作成することで，KO/KI

核の再プログラム（＝初期化）
を誘導できるプロトコルにはたど

マーモセッ
トを作成する手段の開発に取り組んできました。

り着きましたが，より分化度の高いES/体細胞からクローン

この一方で，ヒツジを始めとしたウシやマウスなどの様々な哺乳動物で受精卵やES/体細胞をドナーとしたクローンが個体を得るためには，これまでとは異なるアプローチによるブレイクスルーが必要であるようです。

得られているにも関わらず，霊長類ではいまだES/体細胞
クローンの成功例はありません。また，マーモセットの生殖

遺伝子組換えマーモセット作成へのクローン技術の応用
遺伝子組換え操作

研究成果のご紹介

受精卵クローン技術

未受精卵
成熟培養

未受精卵

染色体除去

ES/体細胞

核移植

核移植

活性化処置

クローン卵子受精卵・S. Shiozawa et al. “Gene targeting and subsequentsite-speciﬁc transgenesis at theβ-actin (ACTB) locus
in common marmoset embryonic stem cells.” StemCells and Development, 20; 1587‒1599, 2011.
・Y. Sotomaru et al. “Preimplantation development ofsomatic cell cloned embryos in the common
marmoset (Callithrix jacchus).” Cloning Stem Cells,
11; 575‒583, 2009.
・E. Sasaki et al. “Generation of transgenic non-humanprimates with germline transmission.” Nature, 459;
523‒527, 2009.

体外培養
受精卵移植
受精卵
クローン卵子遺伝子組換えマーモセットの作出

一卵性多子（遺伝子相同個体）

独創性の高いモデル動物の開発

17新しい研究ツールの開発

福島県立医科大学 医学部
附属生体情報伝達研究所
生体機能研究部門 教授

高頻度逆行性遺伝子導入
ベクターの開発と応用

小林● 高頻度及び神経細胞特異的な逆行性遺伝子● 遺伝子改変技術により，特定の神経回路の目的

和人

KOBAYASHI, Kazuto

機能を操作・制御するアプローチの構築

成果● 神経終末より導入され，細胞体において導入遺 伝 子を発 現 する高 頻 度 逆 行 性ウイルス
ベクター系を開発

導入を示すHiRet/NeuRetベクターを開発した。
● 上記の技術を応用し，霊長類モデルにおける
経路選択的な神経伝達抑制や神経路除去など，中枢神経回路研究を推進した。

高次な脳機能の仕組みや神経・精神疾患の病態の機序

類（マカクザル）の脳内において種々の神経路に高い効率でを理解するためには，様々な行動を媒介する神経回路のメ

逆 行 性 遺 伝 子 導 入する活 性をもちます。また，RV- Gとカニズムの解明が重要です。この目的を達成するための有

VSV- Gの接続部位を変換した新たな融合糖タンパク質

益な方法として，遺伝子改変技術を応用して特定のニューC型を作 成し，神 経 細 胞 特 異 的な逆 行 性 遺 伝 子 導 入ロンタイプの機能を改変するアプローチが開発されてきまし（neuron-speciﬁc retrograde gene transfer: NeuRet）をた。例えば，イムノトキシンによる神経細胞の除去，テタヌ

示すベクター系を開発しました（図の右上）。NeuRetベク

スニューロトキシンによる神経伝達の阻害，光遺伝学による

ターは，高頻度な逆行性導入の活性を維持しつつ，注入

神経活動の制御などの技術が含まれます。

部位において神経細胞に特異的に導入され，グリア細胞に

私たちの研究グループは，これらの遺伝子操作技術を基は導入されないという特徴を有します。これらのベクターは，盤に，霊長類モデルを利用した特定の脳神経回路の研究

選択的な神経回路の操作・制御技術の開発において根幹に応用するために，経路選択的な神経機能の操作・制御となる重要な研究ツールを提供します。

技術の構築を目指しています。この目的のために，神経終

HiRet/NeuRetベクター系を用いて逆行性の遺伝子導入

末部より導入され，軸索を逆行性に輸送された後，遠方にをすることにより，特定の脳領域に入力する多くの神経路に存在する細胞体において目的の遺伝子の発現を誘導する

目的の遺伝子を導入することができます。その後，上流の逆行性遺伝子導入ウイルスベクターは有益な役割をもちま

脳領域に神経機能を改変する処理を行うことにより，経路す。ウイルスベクターの表面に存在するスパイクタンパク質

選択的な神経機能の改変を誘導することができます。具体は，宿主細胞との相互作用に関与し，その導入特異性に的には，霊長類モデルにおける特定の神経路の除去（京都

重要なことが知られています。

大学・高田グループとの共同）や神経伝達遮断（生理学研

私たちは，スパイクタンパク質を改変し，特に，狂犬病ウ

究所・伊佐グループとの共同）を行うストラテジーの開発につイルス糖タンパク質（RV-G）の細胞外・膜貫通領域と水疱性

ながり，中枢神経回路のメカニズムの解明に応用されました。

口内炎ウイルス糖タンパク質（VSV-G）の細胞内領域から構

HiRet/NeuRetベクターは，特定神経路の機能の解析成される融合糖タンパク質B型を作成することにより，高頻ばかりでなく，特定の経路で働く遺伝子の役割の研究にも度な逆行性遺伝子導入（highly eﬃcient retrograde gene

応用できます。また，本ベクター系は，将来的にパーキンソ

transfer: HiRet）を示す新規のウイルスベクター系を開発しン病や運動ニューロン疾患などの神経難病に対する遺伝子ました（図の左上）。HiRetベクターは，げっ歯類及び霊長治療のための有益な技術としても期待されています。

HiRet ベクター

NeuRet ベクター

マウス視床線条体路への逆行性遺伝子導入

マカクザル黒質線条体路への逆行性遺伝子導入

神経回路機能の選択的操作・制御

18 課題 C成果報告

研究成果のご紹介
・S. Kato et al. “Dissecting circuit mechanisms by
genetic manipulation of speciﬁc neural pathways.”
Reviews in the Neurosciences, 24; 1‒ 8, 2013.
・M. Kinoshita et al. “Genetic dissection of the circuit
for hand dexterity in primates.” Nature, 487; 235‒238,
2012.
・S. Kato et al. “Selective neural pathway targeting
reveals key roles of thalamostriatal projection in thecontrol of visual discrimination.” The Journal of
Neuroscience, 31; 17169‒17179, 2011.
・S. Kato et al. “Neuron-speciﬁc gene transfer throughretrograde transport of lentiviral vector
pseudotyped with a novel type of fusion envelope
glycoprotein.” Human Gene Therapy, 22; 1511‒1523,
2011.
・S. Kato et al. “A lentiviral strategy for highly eﬃcient
retrograde gene transfer by pseudotyping withfusion envelope glycoprotein.” Human Gene
Therapy, 22; 197‒206, 2011.

脳科学研究戦略推進プログラム■発行元

課題C 成果報告書

文部科学省研究振興局ライフサイエンス課 脳科学係

〒100-8959 東京都千代田区霞が関三丁目 2 番 2 号
tel:03-5253-4111（代表）/ fax:03-6734-4109(ライフサイエンスの広場)
http://www.lifescience.mext.go.jp/
脳科学研究戦略推進プログラム事務局〒444-8585 愛知県岡崎市明大寺町字西郷中38 生理学研究所内
tel:0564-55-7803, 7804 / fax:0564-55-7805
http://brainprogram.mext.go.jp/
平成 2５年 ６ 月 発行
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