■DIC492

43
43

2022
2021

2022

２０21

■DIC468はじめに生理学研究所年報第 43 巻をここに刊行し、2021（令和 3）年度における大学
共同利用機関としての生理学研究所の事業活動、研究成果を報告させていただ
きます。
生理学研究所は、1977 年 5 月に開設され、2004 年 4 月の法人化により大学
共同利用機関法人自然科学研究機構を構成する研究機関となり現在に至っています。その間、生理学研究所は、「人体基礎生理学の研究と研究者育成のための大学共同利用機関」としての役割を果してきました。2021 年度におきましては、前年度と同様、新型コロナウイルス感染の周期的拡大で研究者の移動が大きく制限されるなか、コミュニティ研究者の皆様の御協力と所員一同の努力によって、研究および共同研究のリモート化などを積極的にすすめ、例年以上の多数（199 件；法人化以前の約２倍）の共同研究・共同利用実験を行い、成果を挙げることができました。今後とも研究レベルの向上と大学共同利用機関としての更なる機能強化に努力していく所存であり、関係者各位の評価を仰ぐ次第です。今後とも皆様方のご支援・ご鞭撻を心よりお願い申しあげます。

2022 年 8 月
生理学研究所

所長

鍋

倉

淳

一

生理学研究所年報
〔

目

次

〕

職 員（2021 年度）......................................................................... ⅰ
研究活動報告目 次................................................................................. 3
分子細胞生理研究領域 .................................................................... 9
生体機能調節研究領域 ................................................................... 20
基盤神経科学研究領域 ................................................................... 32
システム脳科学研究領域 ................................................................. 41
研究連携センター ....................................................................... 58
脳機能計測・支援センター ............................................................... 61
行動・代謝分子解析センター .............................................................. 67
動物資源共同利用研究センター ............................................................ 71
技 術 課 ............................................................................ 74
研究発表
ａ．発 表 論 文 ........................................................................ 87
ｂ．学 会 発 表 ....................................................................... 103
一般共同研究報告 ......................................................................... 125
計画共同研究報告 ........................................................................ 159
生体機能イメージング共同利用実験報告 .................................................... 205
研究会報告 .............................................................................. 237
各種シンポジウム
第 51 回 生理研国際シンポジウム .......................................................... 451

トレーニングコース
第 32 回生理科学実験技術トレーニングコース .................................................. 461

セミナー報告 ............................................................................. 465
大学院特別講義 ........................................................................... 475

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

職員

職員（2021年度）
所

長

鍋

倉

淳

【生体機能調節研究領域】

一

細胞構造研究部門【分子細胞生理研究領域】

教

神経機能素子研究部門

准

教

教

助

授

古

授

泉

教

大

瀬

幹

夫

裕

士

谷

哲

久
人（2021.4.1～）

授

久

保

義

弘

授

立

山

充

博

〃

大

橋

正

教

下

村

拓

史

特任助教

藤

原

佐知子

NIPS リサーチフェロー 平

澤輝一（2021.4.1～）

大学院生

NGUYEN, Thanh Phong

准

教

助

大学院生

LIU, Chang

技術支援員

内

藤

知津江

〃

長

澤

有

祐

技術支援員

渡

邊

美

香

〃

古

瀬

京

子

授

富

永

真

琴

授

曽我部

隆

彰

生体膜研究部門
授

深

田

正

紀

細胞生理研究部門

授

深

田

優

子

教

教

横

井

紀

彦

准

特任助教

宮

崎

裕

理

特任准教授

加

塩

麻紀子（2021.4.1～）

総研大生

江

川

孝

彦

〃

丸

山

健

齋

藤

教
准

教

助

TEH, Zhi Hui

〃

教

助

教

太（2021.9.16～）
茂

技術支援員

鈴

木

由

美

NIPS リサーチフェロー 水

藤

拓

〃

渡

邊

聖

愛

研

齋

藤

くれあ

〃

古

川

佐千子

〃

佐

藤

翔

〃

原

早

苗

〃

NGUYEN, Thi Hong Dung（～2022.1.15）

和

義

致

宖

究

員

生体分子構造研究部門
教

授

村

特任助教

宋

研

BURTON-SMITH, Raymond

究

員

〃

竹

田

市

角

田

潤

〃

千

原

あかね

〃

渡

邉

凌

人

技術支援員

山

田

幸

子

〃

肥

田

宗

政（2021.12.1～）

〃

竹

市

裕

介（2022.2.1～）

事務支援員

河

口

美

江

〃

大

塚

ひとみ
（2021.9.16～2022.3.31）

澤

本

知

代

大学院生

香

梅

和

邓

〃

DEVECI, Aykut

〃

雷

〃

ALIYU, Mudassir Magaji（2021.10.1～）

晶

技術支援員

福

岡

慶

子

〃

橋

本

照

美

事務支援員

伊

藤

嘉

美

心循環シグナル研究部門
教

授

西

田

基

宏

特任准教授

西

村

明

幸

新分野創成センター（プラズマバイオロジー）特任助教
田 中 智 弘（～2022.2.28）

神経発達・再生機構研究部門
客員教授

馬

日本学術振興会特別研究員
宇治澤裕 介（2021.11.1～2022.1.31）

大学院生

人

延

i

大学院生

下

田

〃

阿

部

〃

湯

翔（～2022.3.31）
愛杜（～2022.3.31）

肖康（2021.10.1～）

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

職員

技術支援員

藤

森

仁

美

視覚情報処理研究部門

〃

大

村

幸

恵（2021.4.1～）

教

授

吉

〃

湯

肖

康
（2021.5.1～2021.9.30）

助

教

林

特任助教

村

由美子
健

二
輔

米

田

泰

生殖・内分泌系発達機構研究部門

NIPS リサーチフェロー 山

本

真理子

教

授

箕

越

靖

彦

大学院生

呉

授

中

島

健一朗

技術支援員

石

神

久美子

教

近

藤

邦

生

事務支援員

比

賀

昌

特任助教

菊

地

晶

裕

バイオフォトニクス研究部門

欧（～2021.8.6）

教
准

准

教

助

NIPS リサーチフェロー 傳
特別協力研究員

堀

尾

修

平

日本学術振興会特別研究員
上 原

優

子

RASHID, Misbah（～2021.9.30）〃

RATTANAJEARAKUL, Nawarat

〃

三

〃

YU, Long

須

宏

林

本

知

己

授

榎

木

亮

介

（兼任） 大友康平（2021.10.1～）

大

友

康

平（～2021.9.30）

〃

石

井

宏

和（2022.3.1～）

特任助教

堤

元

佐

〃

石

宏

和（～2022.2.28）

特別共同利用研究員 張菁圃（～2022.3.31）

特任研究員

明

亮（～2021.9.30）

教

助

めぐみ

〃

佐

藤

香

織

〃

乙

部

晶

代

〃

藤

原

香菜子（～2021.7.31）

子

根

武

技術支援員

豪

授

〃

大学院生

嘉

教

井

李

日本学術振興会外国人研究員
李明 亮（2021.10.1～）

分子神経免疫研究部門

日本学術振興会特別研究員
高 橋

泰伽（2021.4.1～）

上

正

晃

大学院生

安

宅

光

倫

特任准教授

長谷部

理

絵

〃

中

田

開

人（2021.4.1～）

助

山

剛

士

〃

廣

蒼

太（2021.4.1～）

技術支援員

土

屋

加

奈

〃

渡

邉

真

規（2021.4.16～）

〃

河

内

美

輪（2021.5.1～）

教

授

教

村

崎

超微形態研究部門
客員教授

大

野

伸

彦

【基盤神経科学研究領域】

多細胞回路動態研究部門

生体恒常性発達研究部門

教

教授（併任） 鍋

倉

授

鳴

島

特任准教授

揚

妻

特任助教

堀

内

特任研究員

CHEUNG, Dennis Lawrence

准

教

〃

金

淳

一

授

特別訪問研究員和氣弘明（2021.9.1～）

加

藤

大

輔
（2021.9.9～2022.3.31）

杉

尾

翔

太
（2021.9.9～2022.3.31）

円
正

〃

和
浩

叢

特別共同利用研究員 郭芸

特別訪問研究員

竹

田

育

技術支援員

大

場

多津子

〃

市

橋

結

貴

〃

小

林

知

子

事務支援員

小

林

文

絵

〃

永

田

みづほ

〃

子
（2021.5.1～2022.3.31）

進

中 天（2021.9.27～2022.3.31）
藤麻理子（2021.9.27～2022.3.31）【システム脳科学研究領域】
認知行動発達機構研究部門
教

ii

授

磯

特任准教授

郷

田

昌

岐

康

広

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

職員

特任准教授

戸

松

彩

花

大学院生

助

二

宮

太

平

〃

〃

則

武

厚

〃

横

井

功（～2021.6.30）

特任助教

植

松

明

大学院生

新

居

桂

特任専門員

柴

〃
技術支援員

教

口

真

帆

小笠原

香

苗

特任専門員

木

村

玲

子

〃

岩

瀬

子

技術支援員

竹

中

陽

〃

吉

岡

田

あゆみ

〃

伊

藤

直

子（～2021.12.16）

山

西

ユ

ミ

感覚認知情報研究部門

城

地

智

子

教

竹

村

浩

昌（2021.9.1～）

特別共同利用研究員 宮田季

和（2021.9.1～）

技術支援員

木

由

紀（2021.10.1～）

保

義

弘

授（併任） 久

保

義

弘

尾

亜希子

生体システム研究部門

庭

教

授

南

部

助

教

畑

中

伸

彦

〃

知

見

聡

美

【研究連携センター】

〃

佐

野

裕

美（～2022.3.31）

センター長（併任） 久

纐

纈

大

輔

共同利用研究推進室

拓（～2022.1.31）

教

研

究

員

篤

授

橋

恵
邦

子
歩（～2022.3.31）

〃

長谷川

〃

WONGMASSANG, Woranan（～2022.1.31）

特 任 助 教（併任） 西大学院生

NONDHALEE, Pimpimon

客員教授

狩

野

方

伸（～2022.3.31）

技術支援員

磯

谷

ひとみ

〃

高

田

昌

彦

〃

粟

村

香奈子

特任准教授（併任） 丸

山

めぐみ

〃

宮

本

香

特任専門員

林

事務支援員

土

井

優

授（併任） 南部

篤

学術研究支援室奈（～2022.3.31）

神経ダイナミクス研究部門
教

授

北

城

圭

一

NBR事業推進室

助

教

上

原

一

将

教

〃

岡

崎

由

香

事務支援員

特任助教

横

山

寛

流動連携研究室

技術支援員

佐

藤

明

子

藤

規

弘

心理生理学研究部門
教

授

定

岡

愛

本

友

紀

国際連携研究室

客員教授

LE BIHAN, Denis【脳機能計測・支援センター】

准

授

福

永

雅

喜

センター長（併任） 磯

教

小

池

耕

彦

多光子顕微鏡室

〃

郷

田

直

一

准

授

特任助教

中

川

恵

理（～2021.6.15）

〃

山

本

哲

也

日本学術振興会特別研究員
土 元

翔平（2021.4.1～）

特別協力研究員隆

明（～2022.3.31）

教

助

吉

本

田

昌

岐

村

越

秀

治

技術支援員

佐

藤

愛

子

〃

平

田

華

代（2021.10.15～）

授（併任） 古

瀬

幹

夫

教

授（併任） 村

田

和

義

〃

窪

田

芳

之

浦久保

秀

俊（2021.4.1～）

孫在隣（2021.4.1～）

教

電子顕微鏡室

特別共同利用研究員 伊津野教
准巧（2021.4.1～）

大学院生

南

條

啓

孝

〃

小

山

雄太郎

〃

綾

部

宏

特任助教
〃

明

iii

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

職員

特任助教

石

原

義

久（2022.2.1～）

遺伝子改変動物作製室

特任研究員

松

本

真

実（～2022.3.31）

准

教

授

平

林

真

澄

教

寛（2021.4.1～）〃

PANDEY, Vikas（2021.9.1～）

准授（兼任） 小林

俊〃SIMANKOVA, Anna（2022.2.16～）

特別共同利用研究員 長江麻佑子（～2021.9.30）

大学院生

入

佐

紘

司
（2021.4.1～2022.2.1）

技術支援員

山

内

恵

子

〃

吉

田

史

香

技術支援員

今

井

篤

子

〃

大

西

皆

子

〃

服

部

宣

子

多階層生理機能解析室

〃

荒

木

玲

子（2021.4.1～）

教授（併任） 西

島

和

俊

〃

北

啓

子（2021.4.1～）

助

教

肩

葉

子（2021.4.1～）

〃

江

川

尚

美（2021.4.1～）

〃

兵

藤

智栄美（2021.4.1～）【情報処理発信センター】

〃

江

藤

智

子（2021.4.1～）

センター長（併任） 深

〃

渡

邊

晴

子（2021.4.1～）

アーカイブ室〃廣岡依里（2021.8.1～）

〃

讃

岐

颯

真
（2021.8.1～2021.9.7）

山

田

正

紀

永

真

琴

真

琴

医学生理学教育開発室
教授（併任） 富ネットワーク管理室
生体機能情報解析室
教授（併任） 定

藤

規

弘

幸

二

客員教授

乾

〃

山

地

一

禎（2021.8.1～）

准教授（兼任） 近添淳

一（2021.4.1～2022.3.31）

研

究

員

技術支援員

教

野

原

裕

〃

松
松

本
永

教

太（～2022.2.28）

NGUYEN, Dang Vu（2021.4.16～2021.7.31）

授（併任） 富永

【研究力強化戦略室】

PHAM, Quang Trung（～2022.3.31）〃〃【安全衛生管理室】

崇 宏（2021.5.16～2021.12.31）
大 希（2021.8.16～2022.2.28）

時系列細胞現象解析室

授（併任） 南部

篤〃（併任） 深田

正〃（併任） 吉村由美子〃（併任） 箕越靖彦〃（併任） 久保義弘〃（併任） 北

城

圭

一

特命教授

浦

野

徹

特任准教授

丸

山

めぐみ

尾

亜希子

紀

教

授（併任） 吉

村

由美子

特任助教

西

助

教

佐

竹

伸一郎

特任研究員

NARGIS, Akter

大

塚

岳

〃

【行動・代謝分子解析センター】
センター長（併任） 富

永

真

琴

ウイルスベクター開発室
教授（併任） 南

部

授

小

林

憲

太

技術支援員

影

山

梨

衣

准

教

篤

iv

〃

山

根

到

特任専門員

内

山

千保美

〃

岡

安

友

美

事務支援員

安

井

亜

紀

〃

太

田

美穂子（～2022.3.31）

〃

芝

村

賞

子

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

職員【動物資源共同利用研究センター】

物質-生命境界領域研究グループセンター長（併任） 箕

越

靖

彦

生体分子構造研究部門（兼務）

教

西

島

和

俊

（ i 頁の生体分子構造研究部門を参照）

特 命 教 授（併任） 浦

野

授

助

認知ゲノム研究グループ

徹

教

王

振

技術支援員

水

野

みどり

〃

不

退

久

恵

【技

術

〃

岩

瀬

悦

子

課

長

〃

小

林

明

子

研究領域技術班

〃

浦

川

裕

乃

課長補佐（班長）

〃

本

多

千

佳

分子細胞生理研究領域 技術係

〃

梅

村

佳

子

係

長

山

本

友

美

〃

大

島

由

揮

係

員

稲

橋

宏

樹

〃

新

関

奈央子

〃

橋

本

遙（～2022.3.31）

係

長

福

田

直

美

〃

橋

本

恵

主

任

石

原

博

美

〃

重

本

久

実

係

員

加

納

雄一朗

〃

奥

留

美（2021.4.1～）

平

山

祐

〃

深

津

葵（2021.4.1～）

〃

肥

田

宗 政
（2021.4.1～2021.11.30）

〃

小宮山

〃

山

本

美

吉（～2021.4.11）

課】
大河原

戸

川

浩

森

雄

生体機能調節研究領域 技術係〃

哉

基盤神経科学研究領域 技術係
係

長

髙

木

正

浩

係

員

渡我部

ゆ

き

果（2022.2.1～）

システム脳科学研究領域 技術係

華（2022.2.1～）

係

長

佐

藤

茂

基

直

樹

主

任

髙

橋

【動物実験コーディネータ室】

係

員

横

井

功（2021.7.1～）

特任研究員

山

根

到

特任専門員

岩

瀬

恵

事務支援員

松

倉

さゆり

吉

村

伸

明

吉

友

美

樹

研究施設技術班
班

長【生命創成探究センター】（生理学研究所関連）

研究連携 技術係

創成研究領域

脳機能計測･支援 技術係

温度生物学研究グループ

主

係

長

任

山

田

元（～2022.3.31）

細胞生理研究部門（兼務）

情報処理･発信（ i 頁の細胞生理研究部門を参照）

係

長

村

田

安

心循環ダイナミズム創発研究グループ

係

員

稲

垣

茉利子

猛

技術係
永（2021.10.1～）

心循環シグナル研究部門（兼務）

動物実験 技術係（ i 頁の心循環シグナル研究部門を参照）

係

長

廣

江

主

任

窪

田 美津子

神

谷

山

中

高

橋

バイオフォトニクス研究グループ
バイオフォトニクス研究部門（兼務）〃（ ii 頁のバイオフォトニクス研究部門を参照）

係

員
〃

v

絵

美
緑

伸

明

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

職員

行動･代謝分子解析 技術係
係

長

三

寳

誠（2021.4.1～）

研究基盤 技術係
係

長

森

将

浩

研究力強化戦略室

技術支援員

土

屋

加

奈

〃

内

藤

知津江

〃

永

田

治

〃

新

関

奈央子

〃

庭

木

由

紀（2021.10.1～）

特任専門員

内

山

千保美

〃

橋

本

恵

特任専門員

岡

安

友

〃

橋

本

遥（～2022.3.31）

〃

林

美

技術支援員・事務支援員

めぐみ

技術支援員

粟

村

香奈子

〃

肥

田

〃

石

神

久美子

〃

深

津

〃

磯

谷

ひとみ

〃

福

岡

慶

子

〃

市

橋

結

貴（2021.4.1～）

〃

藤

森

仁

美

〃

伊

藤

嘉

邦

〃

不

退

久

恵

〃

犬

塚

小百合

〃

本

多

千

佳

〃

岩

瀬

悦

子

〃

水

野

みどり

〃

梅

村

佳

子

〃

山

内

恵

〃

浦

川

裕

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〃

山

口

〃

大

島

由

揮

〃

山

田

幸

子

〃

大

西

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子

〃

山

本

美

華（2022.2.1～）

〃

大

場

多津子

〃

吉

田

史

香（2021.4.1～）

〃

小

原

正

裕（～2022.3.31）

〃

渡

邊

美

香

〃

奥

留

美（2021.4.1～）

事務支援員

小

澤

祐

子

〃

小

明

子

〃

小

林

文

絵

〃

小宮山

果（2022.2.1～）

〃

坂

本

〃

佐

治

俊

幸

〃

柴

田

利

江

〃

佐

藤

明

子

〃

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村

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子

〃

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本

久

実

〃

杉

山

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美

〃

城

地

智

子

〃

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嶌

直

子（2021.4.1～）

〃

鈴

木

由

美

〃

長

尾

法

子

〃

竹

市

裕

介（～2021.10.31）

〃

安

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亜

紀

林

vi

宗

政（2021.4.1～）
葵（2021.4.1～）

子登（2021.4.1～）

愛生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告研究活動報告〔目

次〕分子細胞生理研究領域
神経機能素子研究部門 ··············································································· 9
概 要
GIRK チャネルの変異による異常なイオン選択性の発生の新規機構の解明（陳 以珊（I-Shan Chen），久保義弘，Jodene Eldstrom，David Fedida）
THIK-1 チャネル活性化に関与する第４膜貫通部位の解析（立山充博，久保義弘）
Two-pore Na+ channel 3（TPC3）の２番目の膜電位センサードメインの機能解析（下村拓史，山本友美，久保義弘）
遷移金属イオン蛍光共鳴エネルギー移動法による Two-pore Na+ channel 3 の解析（平澤輝一，立山充博，下村拓史，久保義弘）
多機能タンパク質 Sigma-1 受容体の，膜タンパク質に対する作用の解析（劉暢（Chang Liu），久保義弘，Ruth Murrell-Lagnado）

新規ウミカラマツ由来毒素の同定（下村拓史，久保義弘，本間智寛）

生体膜研究部門 ···················································································· 12
概 要
LGI1-ADAM22 複合体を安定化させる分子機構の解明（横井紀彦，深田優子，深田正紀，深井周也，尾勝圭，山形敦史，三宝誠，後藤哲平，平林真澄）

LGI1-ADAM22-MAGUK 複合体によるシナプス-ナノカラムの制御機構の解明（深田優子，平野瑶子，稲橋宏樹，深田正紀，南部 篤，知見聡美，佐野裕美，三宝 誠，後藤哲平，
平林真澄，山形敦史，深井周也，Roger Nicoll）
知的障害と関連する脳内分泌蛋白質 LGI3 の性状解析（宮﨑裕理，深田優子，深田正紀，大塚岳，三宝誠，平林真澄）

PSD-95 の脱パルミトイル化酵素 ABHD17 の性状解析（江川孝彦，深田優子，深田正紀）
LGI1-ADAM22-MAGUK 経路による海馬長期増強(LTP)の制御機構の解明（Xiumin Chen，Roger Nico，深田優子，深田正紀）
自閉症関連蛋白質 Neuroligin3 による新規のシナプス誘導と社会調節機構（吉田知之，深井周也，深田優子，深田正紀）
ドーパミンとノルエピネフリンを同時可視化する新規赤色蛍光ドーパミンバイオセンサーの開発（中本千尋，竹内倫徳，青木一洋，深田優子，深田正紀）
自己免疫性辺縁系脳炎患者由来の抗 GABAA 受容体抗体の作用機序の解明（Jakob Kreye，Harald Pruss，深田優子，深田正紀）

生体分子構造研究部門 ·············································································· 16
概 要
汎用型電子顕微鏡を用いた 3 Å 分解能を超えるタンパク質の単粒子構造解析（香山容子，レイモンド・バートンスミス，宋新型コロナウイルス中和 VHH ナノ抗体とスパイクタンパク質との結合様式の構造解析（ソン チホン，村田和義，芳賀致宖，村田和義）

慧，戸高玲子，片山和彦）

プロテアソーム α７サブユニットが作るダブルリングの構造揺らぎをクライオ電子顕微鏡で解析（ソン チホン，村田和義，関口太一郎，加藤晃一，佐藤匡史）

神経発達・再生機構研究部門 ········································································ 18
概 要
生後脳内を移動する新生ニューロンと周囲の細胞群の超微細構造の解析（松本真実，久保山和哉，澤田雅人，金子奈穂子，澤本和延）
多光子顕微鏡を用いた嗅球ニューロンのターンオーバーを制御する微小環境の可視化解析（荻野崇，澤田雅人，澤本和延）

生体機能調節研究領域
細胞構造研究部門 ·················································································· 20
概 要
トリセルラータイトジャンクション形成の分子機構（菅原太一，若山友彦，古瀬幹夫）

3

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告クローディン欠失上皮細胞を用いたクローディン分子の機能解析（古瀬幹夫）
上皮細胞の細胞間接着構造の恒常性維持機構の解析（Thanh Phuong Nguyen，大谷哲久，藤森俊彦，古瀬幹夫）
上皮バリアのホメオスタシスにおける細胞競合の役割の解析（大谷哲久，古瀬幹夫）
タイトジャンクション分子 ZO-1 のドメイン機能解析（藤原佐知子，天野剛志，廣明秀一，古瀬幹夫）
クモ膜バリアの分子基盤の研究（長澤有裕，古瀬幹夫）
ショウジョウバエ消化管上皮の細胞間隙バリア形成と幹細胞制御に関わる新規膜タンパク質の同定（泉裕士，古瀬幹夫）

細胞内膜系の選別輸送のメカニズムと発生シグナル制御（大橋正人，木下典行）

細胞生理部門 ······················································································ 23
概 要Thermal Gradient Ring によるマウスの温度依存性行動の解析（宇治澤知代，笹島沙知子，加塩麻紀子，富永真琴）
ショウジョウバエ視細胞の TRP チャネル活性制御に寄与する脂質代謝物の同定（曽我部隆彰，Bradshaw H，富永真琴，Leshman E，Chandel A，Montell C）
マウスにおいて侵害受容シグナルがミクログリアのキヌレイン経路を介して内毒素血症による死を防ぐ（丸山健太，富永真琴）
糖尿病性神経症モデルマウスの温度感受性変化（笹島沙知子，近藤正樹，神谷英紀，富永真琴）
蚊 TRPA1 の活性化温度閾値を決定するアミノ酸の同定（Nguyen THD，Chapman S，加塩麻紀子，齋藤くれあ，富永真琴）

心循環シグナル研究部門 ············································································ 25
概 要
心筋の交感神経刺激応答における TRPC6 チャネルの役割（小田紗矢香，西山和宏，湯Drp1 のグルタチオン化による心筋老化抑制機構（西村明幸，湯肖康，西村明幸，平林真澄，西田基宏）

肖康，重田育照，西田基宏）

GPCR の新奇内在化機構（REDAI）の同定とその病態生理学的意義の解明（西山和宏，西村明幸，西田基宏）
低温プラズマ照射システイン溶液の虚血心筋保護の作用機序の解明（下田 翔，田中智弘，西村明幸，佐々木渉太，金子俊郎，西田基宏）

生殖・内分泌系発達機構研究部門 ···································································· 27
概 要グルコース飢餓において炭水化物食の選択的摂取を引き起こす脳内機構（Nawarat Rattanajearakul，中島健一朗，近藤邦生，箕越靖彦）
皮下脂肪組織炎症反応に及ぼす視床下部腹内側核 SF1 ニューロンによる調節作用（Misbah Rashid，近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦，George Palfalvi）
脂肪消費の概日リズムを制御する新たな視床下部神経細胞の同定（近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦）
ビタミン B1 の脳内感知メカニズムの解明（中島健一朗，近藤邦生，箕越靖彦）
シングル核解析による新規視床下部室傍核 CRH ニューロン群の発見（菊地晶裕，近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦，郷康広）

分子神経免疫研究部門 ·············································································· 29
概 要
遠隔炎症 G 反射（長谷部理絵，村上正晃）
視細胞が関与する抑制性 G 反射（Andrea Stofkova，村上正晃）

超微形態研究部門 ·················································································· 30
概 要
髄鞘形成・機能・疾患の構造化と制御（大野伸彦）
脱髄病変の解析効率の向上を目指した技術開発（大野伸彦）

基盤神経科学研究領域
生体恒常性発達研究部門 ············································································ 32
概 要4生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告In Vivo 多光子顕微鏡を用いた大脳皮質神経回路再編機構の解析（堀内浩，揚妻正和，Dennis Chung，和氣弘明，鍋倉淳一）

慢性疼痛モデルマウスにおける大脳皮質神経回路再編（竹田育子，小泉修一，鍋倉淳一）
感覚情報処理回路の発達およびその制御機構の解明（鳴島円）

イオンイメージングセンサの脳内埋め込み技術の構築（堀内浩，石田順子，鍋倉淳一）

視覚情報処理研究部門 ·············································································· 34
概 要
発達期マウス一次視覚野 6b 層ニューロンの視覚応答選択性（米田泰輔，林健二，吉村由美子）

一酸化窒素合成酵素（NOS1）を発現する抑制性ニューロンの視覚反応性（林健二，吉村由美子）

マウス一次視覚野 2/3 層における Fast spiking 抑制性細胞－錐体細胞間結合の発達（山本真理子，吉村由美子）

バイオフォトニクス研究部門 ········································································ 35
概 要
概日リズム，グルコース代謝，冬眠を制御する神経細胞~回路の光イメージング解析（榎木亮介，廣 蒼太，李 明亮，張 菁圃，根本知己，金 尚宏，山口良文，戸田知得，江川潔）

先端光技術を駆使した二光子高速超解像イメージング法の研究（石井宏和，大友康平，坂本 丞，堤 元佐，榎木亮介，根本知己，横山弘之，佐藤俊一，小澤祐市，
田辺綾乃，栗原 誠，橋本信幸）
画像解析による新規超解像法 SRRF の二光子イメージングへの適用（堤元佐，髙橋泰伽，根本知己，小林健太郎）

二光子スピニングディスク共焦点顕微鏡の技術開発と生物学応用（大友康平，中田開人，安宅光倫，堤 元佐，石井宏和，榎木亮介，根本知己，村田 隆，長谷部光泰，
中村咲耶，泉 正範，上原亮太，木村 暁，木村幸太郎，渡辺実咲，関本弘之，中山博史）
高分子超薄膜のマウス脳 in vivo イメージング応用（髙橋泰伽，大友康平，石井宏和，根本知己，揚妻正和，鍋倉淳一，岡村陽介）
二光子顕微鏡による生体組織の深部可視化に向けた計算補償光学技術の開発（髙橋泰伽，大友康平，根本知己，松田厚志）
深層学習を用いた三次元時系列画像からの細胞自動検出・追跡（山口和志，堤 元佐，大友康平，根本知己，Wen Chentao，木村幸太郎，山本 啓，青木一洋，
山口大輔，高野勇一，雲林院 宏）
アドオン型光ニードル形成デバイスによる生体ボリュームイメージング（大友康平，石井宏和，榎木亮介，根本知己，小澤祐市，佐藤俊一，張菁圃，山崎美和子，渡辺雅彦）

高い二光子吸収断面積値を有する有機蛍光色素の探索（大友康平，石井宏和，渡我部ゆき，根本知己，喬琳，有澤光弘，鈴木健之）

多細胞回路動態研究部門 ············································································ 40
概 要
グリア細胞の生理機能解明（郭中天，進藤麻理子，杉尾翔太，加藤大輔，和氣弘明）
ホログラフィック顕微鏡の構築（郭中天，進藤麻理子，杉尾翔太，加藤大輔，和氣弘明）システム脳科学研究領域
認知行動発達機構研究部門 ·········································································· 41
概 要
ヒト精神疾患・高次認知機能解明のための霊長類モデル動物の開発（郷康広）

他者との運動同期指向性を指標とした社会性掲載の神経基盤解明（戸松彩花）
遺伝子変異個体を対象とした自己と他者の動作情報処理の神経機構の解析（二宮太平，則武
社会的コンテキストにおける報酬情報処理の神経機構（則武厚，磯田昌岐）厚，二宮太平，磯田昌岐）

他者への報酬は脳内でどのように処理されるのか（植松明子，磯田昌岐）

生体システム研究部門 ·············································································· 43
概 要
大脳基底核における上肢運動 Stop 課題遂行中の活動調節（畑中伸彦，南部
喪失四肢の脳内表現（Pimpimon Nondhalee，畑中伸彦，南部

篤）

5

篤）

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告パーキンソン病モデルサルにおける小脳活動の変化（知見聡美，Waranan Wongmassang，長谷川
抗パーキンソン病薬が L-DOPA 誘発性ジスキネジアに与える行動学的影響（佐野裕美，南部
ジストニア様症状を示す変異マウスの筋活動の解析（佐野裕美，吉岡

拓，南部

篤）

篤）

望，知見聡美，竹林浩秀，南部篤）

ドパミン D2 受容体拮抗薬が大脳基底核の神経活動に及ぼす影響の解析（佐野裕美，阿部欣史，田中謙二，南部
マーモセット前頭皮質の機能マッピング（纐纈大輔，南部篤）

篤）

化学遺伝学的手法を用いたニホンザル視床下核の活動抑制（長谷川拓，知見聡美，小林憲太，南部篤）

神経ダイナミクス研究部門 ·········································································· 46
概 要
神経活動のゆらぎの機能的意義を理解する研究（上原一将，萩原淳，北城圭一）

持続的注意機能と脳波の同期ネットワークのゆらぎの HD-tDCS-EEG 同時計測による因果解明（岡崎由香，北城圭一）
脳波位相同期ネットワークの変化点検知手法の開発（横山寛，北城圭一）

カルマンフィルタを用いた脳波位相の適応的時系列予測による脳状態依存刺激システムの構築（小野島隆之，北城圭一）

心理生理学研究部門 ················································································ 48
概 要
触覚の時間予測誤差処理の一次体性感覚皮質レイヤー特異的活性化； 7 テスラ fMRI 研究（福永雅喜，定藤規弘，楊 家家，于英花，Laurentius Huber）

MRI による社会活動と脳白質微細構造の関連解析（福永雅喜，松本純弥，三浦健一郎，根本清貴，越山太輔，岡田直大，森田健太郎，橋本亮太）
リアルタイムでのアイコンタクトの神経基盤：Dual fMRI および Dual 脳波-fMRI を用いた研究（小池耕彦，小笠原香苗，定藤規弘）
みつめあいと共同注意の神経基盤の関連性：Dual MRI を用いた研究（小池耕彦，土元翔平，小笠原香苗，橋口真帆，定藤規弘）
ひらめきに関係する神経基盤の解明：RAT 課題と RAVEN 課題を用いて（小池耕彦，山本哲也，吉岡 歩，小笠原香苗，土元翔平，橋口真帆，原田勉，定藤規弘）

円滑な情報共有の学習に関連した神経基盤の解明：迷路ゲーム課題を用いて（小池耕彦，角谷基文，定藤規弘）
映像に対する意見交換が映像視聴に与える影響の検討：Dual fMRI を用いて（小池耕彦，Angela Zhang，定藤規弘）
内的な情報を他者と共有する神経基盤：Dual MRI を用いた研究（小池耕彦，吉岡歩，田邊宏樹，中川恵理，角谷基文，定藤規弘）

脳機能種間比較に向けた非ヒト霊長類 MRI / fMRI 解析環境の開発と適用（郷田直一，福永雅喜，定藤規弘）
第二言語文産出時における意味・統語処理の神経基盤 統語的プライミングを用いた fMRI による検討（中川恵理，小池耕彦，角谷基文，島田浩二，牧田 快，吉田晴世，横川博一，定藤規弘）
ハードウェア非依存型の汎用 HCP 前処理パイプラインの構築と提供（山本哲也，福永雅喜，定藤規弘）
二者間の社会的行動選択中の神経基盤：Dual fMRI を用いた研究（土元翔平，小池耕彦，吉岡 歩，橋口真帆，小笠原香苗，山本哲也，福永雅樹，定藤規弘，二宮太平，
則武 厚，磯田昌岐）
ヒト fMRI における安静時機能結合解析の新規手法の開発（吉本隆明，定藤規弘，近添淳一）
メタ認知プロセスに関わる神経基盤（南條啓孝，山本哲也，宮田航平，赤石れい，定藤規弘）
認知機能の時系列的活動レベル推定（小山雄太郎，平山淳一郎，地村弘二，定藤規弘，近添淳一）
社会的報酬によるアンダーマイニング効果の神経基盤（綾部宏明，小池耕彦，定藤規弘）
時間間隔を正確に知覚することに関連する脳領域（橋口真帆，小池耕彦，守田知代，原田宗子，Denis Le Bihan，定藤規弘）
他者からの共感により相談者の不安が軽減することの神経基盤検討（橋口真帆，小池耕彦，定藤規弘）
高プレッシャー下でのパフォーマンス低下の神経基盤: 7 テスラ MRI を用いた検討（小笠原香苗，小池耕彦，福永雅喜，吉岡歩，定藤規弘）

視点取得に関連する神経基盤の検討（伊津野巧，小池耕彦，定藤規弘）

感覚認知情報研究部門 ·············································································· 56
概 要
緑内障が白質線維束に及ぼす影響の検討（小川俊平，堀口浩史，増田洋一郎，吉川啓司，中野定量的 MRI を用いたヒト外側膝状体の下位領域の計測（大石浩輝，竹村浩昌，天野6匡，竹村浩昌，宮崎薫）

淳，松元健二）生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告機能的 MRI および拡散強調 MRI によるヒト初期視覚野と白質線維束の関連の分析（宮田季和，竹村浩昌，Noah C. Benson，Jonathan Winawer）

研究連携センター .................................................................................... 58
概 要

共同利用研究推進室 ················································································ 58
概 要

学術研究支援室 ···················································································· 59
概 要

NBR 事業推進室 ··················································································· 60
概 要

脳機能計測・支援センター
多光子顕微鏡室 ···················································································· 61
概 要
シナプス可塑性における短時間-長時間変換シグナルのメカニズムの解明（長澤裕太郎，佐藤愛子，平田華代，村越秀治）
親水性を大きく改善した蛍光タンパク質の開発（村越秀治，小杉貴洋）
新規レーザーによる 3/4 光子顕微鏡の開発（村越秀治，植田大海，藤貴夫）

光応答性 CaMKII 分子を用いた海馬神経細胞におけるメタ可塑性メカニズムの解明（植田大海，長澤裕太郎，佐藤愛子，村越秀治）

電子顕微鏡室（窪田グループ） ······································································ 62
概 要
ラットの前頭皮質における視床前外側核（VL）由来神経終末のシナプスターゲット構造（窪田芳之，江川尚美，北 啓子，江藤智子，孫学習に伴う大脳皮質運動野での回路特異的な可塑的変化（孫在隣，川口泰雄，倉本恵梨子）

在隣，窪田芳之，川口泰雄）

スパインーデンドライト空間における生体分子の反応拡散シミュレーション環境の開発（浦久保秀俊，窪田芳之）

生体機能情報解析室 ················································································ 64
概 要
領域間推定法を用いたトップダウン・ボトムアップシグナルの除去（Pham Quang Trung，西山翔大，定藤規弘，近添淳一）
主観的時間知覚が将来の報酬の選好に及ぼす影響の検討（新滝玲子，田中大輝，岡安萌，鈴木真介，吉本隆明，定藤規弘，近添淳一，地村弘二）

時系列細胞現象解析室 ·············································································· 65
概 要
皮質運動野における学習形成の制御機構（大塚岳）

Roscovitine がシナプス小胞体の多重性放出を亢進する作用の分子的基盤： Ca2+チャネル機能亢進作用の関与の検討（佐竹伸一郎）行動・代謝分子解析センター
ウィルスベクター開発室 ············································································ 67
概 要
ウィルスベクターの提供による共同研究の推進（小林憲太）
脳機能解析に有用なウィルスベクターシステムの開発（小林憲太，佐野裕美，南部篤）

細胞内シグナル伝達分子の活性操作による新しいパーキンソン病治療法の探索（小林憲太，佐野裕美，貝淵弘三，南部7

篤）生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告遺伝子改変動物作製室 ·············································································· 68
概 要
ラット体内でマウス多能性幹細胞から精子作製（小林俊寛，平林真澄）

多階層生理機能解析室 ·············································································· 68
概 要
ジストニアモデルマウスの筋活動解析（佐野裕美，吉岡望，知見聡美，竹林浩秀，南部

乳酸輸送体制御タンパク質 Basigin による代謝調節作用（龍華章裕，小杉智規，有馬篤）

寛，丸山彰一，門松健治，近藤邦生，箕越靖彦）

リン酸化非依存的・レドックス依存的 GPCR 内在化機構に着目した抗炎症作用（西山和宏，加藤百合，西村明幸，西田基宏）
情動，学習・記憶に関わる行動解析（山肩葉子，西島和俊）
カルモジュリンキナーゼ II 活性と情動関連行動（山肩葉子，柳川右千夫

動物資源共同利用研究センター....................................................................... 71
概 要

技術課 ............................................................................................... 74
概 要

（大河原

浩）

施設の運営状況①システム脳科学研究領域(1) 生体磁気計測装置（生体機能情報解析室）(2) 磁気共鳴装置（心理生理学研究部門）（髙橋直樹，山口（伊藤嘉邦，岩瀬登）恵）②脳機能計測･支援センター(1) 形態情報解析室（山田幸子，肥田宗政，山田

元）(2) 電子顕微鏡室（生理研・基生研共通施設）（石原博美，山田(3) 機器研究試作室（生理研・基生研共通施設）（佐治俊幸）元，山口登，小原正裕）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，稲垣茉利子）④岡崎共通研究施設(1) 動物資源共同利用研究センター（廣江

猛，窪田美津子，神谷絵美，山中8

緑，高橋伸明）

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

分子細胞生理研究領域
神経機能素子研究部門【概要】
イオンチャネル・受容体・G タンパク質等の膜関連蛋系における機能発現の再構成を行った。また，2 電極膜

白は，神経細胞の興奮性とその調節に重要な役割を果た

電位固定法，パッチクランプ等の電気生理学的手法，細し，脳機能を支えている。本研究部門では，これらの神

胞内 Ca2+イメージング・全反射照明下での FRET 計測・

経機能素子を対象として，生物物理学的興味から「その蛍光非天然アミノ酸を用いた膜電位固定下蛍光変化測

精妙な分子機能のメカニズムと動的構造機能連関につ定等の光生理学的手法により，その分子機能調節と構造

いての研究」に取り組み，また，神経科学的興味から「各機能連関の解析を行った。また，生理研内外の研究室と素子の持つ特性の脳神経系における機能的意義を知るの共同研究により，遺伝子改変マウスの作成と行動解析，ための個体・スライスレベルでの研究」を進めている。

免疫組織化学的解析，赤外分光による膜タンパク質の構

今年度，これまでに引き続き，神経機能素子の変異体

造変化の解析等も行っている。以下に，今年度実施したやキメラ分子の作成，tag の付加，非天然蛍光アミノ酸の研究課題とその内容の要約を記す。

導入等を進め，卵母細胞，HEK293T 細胞等の遺伝子発現

GIRK チャネルの変異による異常なイオン選択性の発生の新規機構の解明
陳以珊（I-Shan Chen）（和歌山県立医科大学医学部薬理学講座），久保義弘
Jodene Eldstrom，David Fedida（Department of Anesthesiology，Pharmacology and Therapeutics, University of British Columbia，Vancouver，Canada）
G タンパク質結合型内向き整流性 K+チャネル（GIRKである Ba2+ や TPN-Q の投与により，G156S 変異体のイチャネル）の遺伝子変異による異常なイオン選択性は，

オン選択性が変わることが明らかになった。これらの結過剰な Na+の流入による細胞死を引き起こす。

果は，G156S の変異により，通常の SF の構築するチャ

このような GIRK チャネルのミスセンス変異によるイ

ネル中央に位置するイオン透過路に加えて，異なるイオ

オン調節機能の障害は，Keppen-Lubinsky 症候群等の遺ン選択性を持つ，第二のイオン透過路が新たに形成され伝性疾患の病因である。これまでの研究では，変異によた可能性を示唆する。さらに，アフリカツメガエル卵母り K+とイオン選択性フィルター（SF）の結合の安定性細胞を発現系として用いて G156S 変異体の単一チャネが乱れ，異常なイオン選択性が起こると想定されてきた

ル電流を，細胞外溶液に K+，Li+，K+と Li+ を用いて，が，この仮説を実証するデータは提示されていない。本

また TPN-Q 非存在下，存在下で記録することにより，研究では，GIRK2 チャネルの SF 部位の G156S 変異体等

TPN-Q によりブロックされる K+ 電流と，TPN-Q でブロのイオン選択性異常を示す変異体の，種々の 1 価陽イオ

ックされない Li+ 電流があることが，単一チャネルレベ

ンの K+ に対する選択性を，アフリカツメガエル卵母細ルで確認された。さらに，単一チャネル記録のサブレベ胞を発現系として用い 2 電極固定法により電気生理学的

ルの詳細な解析により，第二のイオン透過路は 4 量体にに解析した。その結果，G156S 変異体においては，K+において 4 つ存在することが示された。S148F, T151A 等の，と Methyl- ammonium に対する選択

背後から SF を支えるポアヘリックス上の変異体でも第性が高いこと，SF の構築するイオン透過路のブロッカー

2 のイオン透過路が見られたことと併せると，4 量体で 4比して，Li+と Ca2+と Na+

9

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域つ存在するポアヘリックス近傍に第 2 のイオン透過路はく異なる新規機構である「新規イオン通過路の形成によ形成されていると考えられた。本研究により，従来と全る異常なイオン選択性の発生」が明らかになった。

THIK-1 チャネル活性化に関与する第４膜貫通部位の解析
立山充博，久保義弘
2 ポア型カリウム（K2P）チャネルファミリーに属する

し M4 の任意の部位への AzP 導入し，AzP 導入チャネル

THIK-1 チャネルは，4 つの膜貫通部位と 2 つのポア領域

を CHO 細胞に発現させホールセルパッチクランプ法にを有し，アラキドン酸（AA）により活性化する。我々は，より電流を記録した。11 種の AzP 導入チャネルは，カリ

さらに，Gq 共役型受容体（Gq-R）が THIK-1 チャネルを

ウムチャネル活性，AA 応答および Gq-R 応答を維持して活性化することを見出した。しかしながら，THIK-1 の活いたが，紫外線照射後，Y273 および I281 に AzP を導入

性化機構は不明であった。一方，K2P チャネルの活性制したチャネルにおいて，AA 応答と Gq-R 応答の有意な減御に第４膜貫通部位（M4）の構造変化が関与することが弱が見られた。これらの結果は，AzP の光クロスリンク

示唆されている。そこで，紫外線照射により近傍のアミ反応により THIK-1 チャネルの構造が固定され，AA 投与

ノ酸残基と反応する人工光クロスリンクアミノ酸（4-や Gq-R 刺激による構造変化が阻害される部位が M4 にazido-phenylalanine,AzP）を利用し M4 の構造変化を阻害存在する可能性を示すものである。即ち，THIK-1 チャネ

することでチャネル活性化を阻害できるかどうかを検ルの活性化に M4 が重要な役割を担うことが示唆された。

証した。アンバーコドンとこれに対応する tRNA を利用

Two-pore Na+ channel 3（TPC3）の２番目の膜電位センサードメインの機能解析
下村拓史，山本友美，久保義弘
Two-pore Na+ channel (TPC) は，膜電位依存性カチオン

同様の成分に加え，非常に低い膜電位でも開口するよう

チャネルファミリーに共通する基本単位を同一分子中な二段階の活性化パターンを示すことを見出した。このに 2 つ有するという特徴的な分子構造を持つ。このうち成分は，F514R に対して付加的に DII-S2 上の Glu447 へドメイン I はホスホイノシチド（PI）結合領域を有するの変異を導入する（E447Q/F514R）と消失した。このこ

一方，ドメイン II は膜電位感知に主要な役割を果たし，とは，F514R における低電位側でのチャネル開口は，変これら２つの刺激が統合されることでチャネルの開口異導入された Arg514 の正の電荷と元々存在する Glu447が決定される。特にドメイン II においては，4 番目のヘが十分近い距離にあるため新たに静電相互作用が形成

リックス（DII-S4）が膜電位に応じて構造変化することされること，これにより何らかの開状態が誘導されるこが膜電位感受性の実体である。我々は，Xenopus tropicalisとを示唆する。興味深いことに，この低電位側でのチャ由来の TPC サブタイプ 3 (XtTPC3) を対象に，二電極膜

ネル開口は XtTPC3 への非結合状態では消失した。この電位固定法を利用した電気生理学的な解析を行い，TPC

ことは，PI 存在下でのみこの特殊な開状態が実現できるの PI および膜電位刺激を統合するメカニズムの解析をことを示唆している。以上の結果は，電位感知を行う DII行った。我々は，F514R という DII-S4 のアミノ酸置換をと PI 結合を担う DI が関わる TPC3 の複雑な開閉メカニ

行った変異体において，その膜電位依存性が，野生型とズムの一端を示すものである。

10

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

遷移金属イオン蛍光共鳴エネルギー移動法による Two-pore Na+ channel 3 の解析
平澤輝一，立山充博，下村拓史，久保義弘，
膜電位依存性カチオンチャネルは 4 番目の膜貫通ヘリそこで本研究では，蛍光分子と遷移金属イオン（tm）のックス（S4）に複数の正の荷電残基を有しており，膜電間の蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）の変化を指標に，位変化に応じてこの S4 が構造変化を起こす。Two-pore

2nd S4 の 構 造 変 化 を 具 体 的 に 捉 え る こ と が で き る

Na+ channel (TPC) 3 は単量体中に 2 つの異なる S4 を持つ

tmFRET の実験を行う。FRET ペアとして蛍光非天然アミ

nd S4)

が膜電位センサーとして機ノ酸の Anap と，システイン（Cys）修飾が可能な TETAC-能する。また TPC3 はホスホイノシチド（PI）による活Cu2+ 錯体を用いる。これまでに，2nd S4 の細胞外領域に性制御も受ける。我々はこれまでに，PI によって 2nd S4

Anap を導入した TPC3 が，ツメガエル卵母細胞により良の膜電位依存的な構造変化が亢進されることを明らか

好に発現されることを見出した。現在，Anap 導入部位のにした。しかし PI 結合時と非結合時に 2nd S4 が具体的に周辺に位置する残基を Cys に変異させた TPC3 を，卵母

どのように動いているのかについて不明な点が多く，PI細胞に発現させて TETAC-Cu2+ 錯体でラベルし，Voltage

による 2nd S4 の制御機構が完全には理解されていない。

Clamp Fluorometry 法により FRET 変化を測定している。

が，主に 2 番目の S4 (2多機能タンパク質 Sigma-1 受容体の，膜タンパク質に対する作用の解析
劉暢（Chang Liu），久保義弘

Ruth Murrell-Lagnado（School of Life Sciences, University of Sussex）
Sigma1 受 容 体 (S1R) は ， 主 と し て Endoplasmic

生理学的に解析した。その中で Gi/o 結合型受容体の機能

Reticulum 膜 (ERM) のミトコンドリアと向き合った部に対する S1R 共発現の作用を，エフェクターである

域 (MAM) に局在し，ERM 上の IP3 受容体と共働して，

GIRK1/2 チャネルの電流を指標として解析したところ，

ミトコンドリアと ER の間隙部位等の Ca2+ 動態に寄与す

GIRK1/2 チャネルではなく，m2 型ムスカリニック受容

ること，リガンドの結合により MAM から移動し，ERM

体（m2R）の機能が顕著に抑制されることを見出した。

上の STIM1 および形質膜 (PM) 上の Orai1 と共働して同じ Gi/o 結合型の m4R, mGluR2, D2R では抑制効果が観

ER への Ca2+ の取り込みを調節すること等が知られてい察されず，m2R に特異的であることが示された。そこで，る多機能タンパク質である。また，S1R は，PM 上の hERG

m2R と m4R のキメラ分子を作成して機能解析を行い，

K+ チャネル等のトラフィッキングや機能を修飾するこ

S1R の m2R に対する抑制作用の構造基盤が，細胞外第 2とが報告されているが，散発的な報告にとどまっている。

ループにあることを明らかにした。この領域の点変異体

本研究は，膜タンパク質の発現や機能に対する S1R の作を解析したところ，m2R の E172P 変異体，E175Q 変異体

用を解析し，またその作用の構造基盤を明らかにすること

では抑制効果が失われた。そのため，m2R の Glu172 おを目的として開始した。これまでに，種々のイオンチャネ

よび Glu175 が，S1R の m2R に対する抑制作用の構造基

ルの電流量に対する S1R の共発現の作用を，HEK293T 細盤であることが明らかになった。

胞を発現系として用いてパッチクランプ法により電気11

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

新規ウミカラマツ由来毒素の同定
下村拓史，久保義弘
本間智寛（東海大学，生物学部）
数多くの海洋性動物が毒素を有し，そのいくつかは古に同定された。投与対象の卵母細胞には異所的にチャネ

来より毒あるいは有用な薬として人類にも恩恵をもたルを発現させていないため，この毒素はイオンチャネル

らしてきた。一例として，イソギンチャクなどの刺胞動の活性化毒あるいは阻害毒などではなく，チャネル形成

物はイオンチャネル阻害剤などの毒素を持つことが知毒であると考えられる。この毒素は通常は水溶性ペプチ

られている。本研究では，同じく刺胞動物の一種でウミドとして存在しているが，標的の細胞膜に組み込まれる

カラマツ科に属するウミカラマツおよびムチカラマツと多量体を形成してイオンなどを透過する孔を形成しより得られた毒素について，ツメガエル卵母細胞を用いてしまう。活性を示した画分を SDS-PAGE により分離した電流測定系による毒素活性の測定を行った。2 種のカたところ，毒素に相当すると想定されるバンドが確認さラマツ抽出液に対して，サワガニを用いたスクリーニン

れた。分子量などから判断して，これらは新規のペプチ

グと各種精製処理を組み合わせることで，麻痺・致死活

ド毒素と推定される。今後は，この新規毒素のさらなる性を示す粗精製画分が得られた。この画分溶液を細胞外精製とペプチド・シークエンスによるアミノ酸配列の決液で希釈して卵母細胞に投与したところ，投与によりチ定，詳細な作用機序の解析を進める予定である。

ャネル活性を生じるものが 2 種のカラマツ抽出液でとも生体膜研究部門【概要】
生体膜研究部門では，脳高次機能の基本機能単位であを見出してきた。そして，パルミトイル化酵素ライブラ

るシナプス伝達を制御する分子機構，さらには脳病態にリー・スクリーニング法やパルミトイル化修飾の定量的おけるその破綻機構について研究を行っている。具体的解析法などの新しい実験手法を開発し，超解像イメージには，脳の速い興奮性シナプス伝達の大部分を司る

ング，マウス遺伝学，電気生理学などを組み合わせて，AMPA 型グルタミン酸受容体（AMPA 受容体）の制御機

これら AMPA 受容体制御分子の生理機能と病態機構を構に着目している。我々はこれまでに，特異性と定量性

先導的に明らかにしてきた。現在，これら AMPA 受容体を重視した生化学的手法に基づいて，AMPA 受容体制御制御分子が，どのようにしてシナプス形成，成熟，可塑分子として，てんかん関連リガンド–受容体である LGI1–性を制御しているのか，さらにはマウス・ヒトの記憶，

ADAM22 複合体を見出した。また，AMPA 受容体のシナ学習，認知機能に関与するのかを明らかにすることを目

プス局在を制御する足場蛋白質 PSD-95 のパルミトイル

指し，研究を展開している。

化酵素 ZDHHC 蛋白質と脱パルミトイル化酵素 ABHD17

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

LGI1-ADAM22 複合体を安定化させる分子機構の解明
横井紀彦，深田優子，深田正紀
深井周也，尾勝
三宝

圭（京都大学），山形敦史（理化学研究所）

誠，後藤哲平，平林真澄（遺伝子改変動物作製室）
ADAM22 複合体を安定化することを突き止めた。さらに，

てんかんのおよそ 30%は難治性のてんかんといわれ，新たな作用点をもつてんかん薬の開発が求められてい様々な量の LGI1 と ADAM22 を発現するマウス系統群をる。我々はこれまでに，神経分泌蛋白質 LGI1 の欠損や作製し，てんかん発症を抑制する LGI1 と ADAM22 の蛋

変異によって LGI1–ADAM22 複合体が減少することで，白質量を明らかにした。以上のことから，LGI1–ADAM22

てんかんが誘引されることを報告してきた。本研究では複合体の量が脳の興奮性を決定する主要な要因である

LGI1–ADAM22 複合体を安定化する分子機構の解明を試ことを明らかにし，その増加が脳の抗てんかん作用に繋みた。そして，ADAM22 のリン酸化依存的な 14-3-3 とのがることを提案した。
（Yokoi N et al. Cell Rep 2021, 37, 110107）

結合が ADAM22 のエンドサイトーシスを抑制し，LGI1-

LGI1-ADAM22-MAGUK 複合体によるシナプス-ナノカラムの制御機構の解明
深田優子，平野瑶子，稲橋宏樹，深田正紀
南部篤，知見聡美，佐野裕美（生体システム研究部門）

三宝誠，後藤哲平，平林真澄（遺伝子改変動物作製室）
山形敦史（理化学研究所），深井周也（京都大学）

Roger Nicoll（カリフォルニア大学サンフランシスコ校，米国）
近年，シナプス前部と後部のシナプス-ナノドメインがして，そのマウスが致死性てんかん発作を呈することをナノメートル精度で対面整列することにより，効率のよ見出した（南部グループとの共同研究）。さらに，電気いシナプス伝達が可能となることが提唱されている（シ

生理学的実験によって，このマウスの興奮性シナプス伝

ナプス-ナノカラム仮説）。我々は脳組織切片の超解像イ達が減弱することを明らかにした（Nicoll グループとのメージングにより，LGI1 と ADAM22 を含む高次複合体共同研究）。以上の結果から，LGI1–ADAM22–MAGUK

がシナプス間隙を跨いで存在することを見出した。この複合体がナノカラム形成およびシナプス伝達を制御し，トランスシナプス複合体の生理的意義を調べるため，足その破綻がてんかんを引き起こすことを明らかにした。

場蛋白質 MAGUK との結合能を欠損させた ADAM22 変（ Fukata Y et al. Proc Natl Acad Sci USA 2021, 118,
e2022580118）

異マウスを作製した（平林グループとの共同研究）。そ

知的障害と関連する脳内分泌蛋白質 LGI3 の性状解析
宮﨑裕理，深田優子，深田正紀
大塚
三宝

岳（時系列細胞現象解析室）

誠，平林真澄（遺伝子改変動物作製室）

LGI ファミリー遺伝子（LGI1〜4）の変異は中枢及び末ている。近年のヒト遺伝学的研究によって，LGI3 遺伝子

梢神経系の異なる神経疾患を引き起こすことが知られ変異と遺伝性神経疾患（知的障害）の関連性が報告され，

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

LGI3 が正常な脳活動に寄与している可能性が示された。

作製した（平林グループとの共同研究）。2021 年度は，

しかし，LGI3 の生理機能は十分に理解されておらず，特このノックインマウスを用いて，マウス脳内の LGI3 結に LGI3 の脳内発現，細胞内分布，結合蛋白質（受容体）

合タンパク質の網羅的な同定を試み，LGI3 が LGI1・LGI4

等については未だ不明である。そこで本研究では，LGI3の受容体である ADAM22 ファミリータンパク質と相互の生理機能を解明することを目指した。我々は LGI3 遺作用することを見出した。

伝子にエピトープタグを付加したノックインマウスを

PSD-95 の脱パルミトイル化酵素 ABHD17 の性状解析
江川孝彦，深田優子，深田正紀
足場蛋白質 PSD-95 は，興奮性シナプス後肥厚部（PSD）

トイル化酵素として ABHD17A/B/C を同定した。しかし，に濃縮し，AMPA 受容体など様々なシナプス膜タンパク

ABHD17 の脳内発現，細胞内局在，基質特異性，活性制質を裏打ちすることにより，シナプス伝達やシナプス形

御機構，生理機能については未だ不明である。本研究で成の中核的な役割を果たす。PSD-95 が PSD に局在，濃は ABHD17 にタグを挿入したノックインマウスを用い縮するために，パルミトイル化脂質修飾が必要不可欠でて，ABHD17 に相互作用する分子の探索を行った。2021ある。そして，パルミトイル化修飾が可逆反応であり，年度は新たに見出した ABHD17 相互作用分子のパルミ

外界刺激に依存して変化することからその制御機構のトイル化修飾の解析を進めた。

解明が求められている。最近，我々は PSD-95 脱パルミ

LGI1-ADAM22-MAGUK 経路による海馬長期増強(LTP)の制御機構の解明
Xiumin Chen, Roger Nicol（カリフォルニア大学サンフランシスコ校，米国）
深田優子，深田正紀
海馬の長期増強（LTP, long-term potentiation）は，古く

機能重複性を有しつつ，LTP 誘導に必須の役割を果たすからシナプス可塑性の実験モデルとして活用され，記こと，(2) PSD-95 と PSD-93 が LGI1-ADAM22 を介して憶・学習の分子基盤と考えられてきた。近年，LTP の分

AMPA 受容体をシナプスでアンカリングする一方，

子メカニズムとして，神経活動依存的な AMPA 受容体のSAP102 は未知の経路を介して機能することを明らかに

シナプス後膜への輸送が重要視されている。本研究では，した。
(Chen X et al. Proc Natl Acad Sci USA 2021, 118,

AMPA 受容体のシナプス後膜でのアンカリングを担う

e2107585118)

MAGUK 蛋白質の LTP 誘導における役割を検討し，(1)PSD-95，PSD-93，SAP-102 の 3 つの MAGUK 蛋白質が自閉症関連蛋白質 Neuroligin3 による新規のシナプス誘導と社会調節機構
吉田知之（富山大学），深井周也（京都大学）
深田優子，深田正紀
Neuroligin3 はシナプス後部の膜蛋白質であり，シナプ

ス前部の Neurexin (Nrx) と結合し，シナプス形成に重要14

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域な役割を果たす。NLGN3 遺伝子に生じる様々な変異がにより，Neuroligin3 と PTPδ の結合欠損がマウスの社会

自閉症の発症に関連することが知られており，社会性発性行動を減少させる一方で，Neuroligin3 と Nrx との結合

達の鍵分子と考えられているが，その分子機能について欠損が逆に社会性行動を増加させることが示された。こは不明な点が多い。今回，吉田知之博士（富山大学）とのことから，Neuroligin3 が PTPδ と Nrx の結合を介して，の共同研究にて，シナプス前部の受容体脱リン酸化酵素

双方向に社会性行動の発達を調整していることが示唆

PTPδ のプロテオミクス解析を行い，Neuroligin3 を PTPδされた。
（Yoshida T et al. Nat Commun 2021, 12, 1848）の新規結合蛋白質として同定した。さらに，吉田博士ら

ドーパミンとノルエピネフリンを同時可視化する
新規赤色蛍光ドーパミンバイオセンサーの開発
中本千尋，竹内倫徳（オーフス大学，デンマーク）
青木一洋（基礎生物学研究所）
深田優子，深田正紀
ドーパミンとノルエピネフリンは類似した化学構造

共同研究では，ラット初代培養神経細胞において，このを持ち，多くの脳機能において互いに関与しあっている

赤色蛍光ドーパミンセンサーがドーパミンに対して高と考えられてる。一方，それらを生体内で特異的に，かい選択性を有することを明らかにした。また，既報の緑

つ高い感度並びに時間的・空間的分解能で観察すること

色蛍光ノルエピネフリンバイオセンサーと共に用いるは困難であった。今回，デンマーク オーフス大学の竹内ことで，ひとつの細胞でドーパミンとノルエピネフリン

倫徳博士らにより，赤色蛍光タンパク質を用いたドーパを同時に可視化することに成功した。
（Nakamoto C et al. Mol Brain 2021, 14, 173）

ミンバイオセンサー「R-GenGAR-DA」が開発された。本

自己免疫性辺縁系脳炎患者由来の抗 GABAA 受容体抗体の作用機序の解明
Jakob Kreye，Harald Pruss（German Center for Neurodegenerative Diseases，独国）
深田優子，深田正紀
我々はこれまでに，神経分泌蛋白質 LGI1 や GABAA 受

ブユニット）を cell-surface binding assay にて同定し，作容体に対する自己抗体が自己免疫性脳炎を引きおこす

用点を明らかにした。一方，Prüss 博士らは電気生理学的ことを報告してきた。今回，ドイツ神経変性疾患センタ

解析により，これら自己抗体の阻害効果を明らかにした。

ーの Prüss 博士らにより，患者脳脊髄液から複数の抗また，Prüss 博士らは抗 GABAA 受容体自己抗体をマウス

GABAA 受容体自己抗体が組換え型モノクローナル抗体

脳室内に投与することによって，痙攣症状が誘引されるとして単離され，それらの性状解析を共同研究として進ことを見出した。
（Kreye J et al. J Exp Med 2021, 218, e20210012）

めた。我々は抗 GABAA 受容体自己抗体の標的抗原（サ15

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

生体分子構造研究部門【概要】
生体分子構造研究部門は，今年度よりスタートした。

クライオ EM とそのトモグラフィー試料作製装置の設置

200 kV クラオ EM を中心とする先端電子顕微鏡機器をを行った。クライオ EM による共同研究は，タンパク質駆使して，生体組織や細菌などの細胞性試料の立体形態複合体からウイルス粒子の高分解能単粒子構造解析な観察と，ウイルス粒子，タンパク質複合体などの無染色どに関する課題で，生理研一般共同研究と計画共同研究

氷包埋試料による高分解能三次元構造解析を行っていならびに先端バイオイメージング研究支援（ABiS）を通る。今年度は生理研開所以来管理運用されてきた医学生して合計 20 件行われた。本研究室では，これらの共同研

物学専用超高圧電子顕微鏡を，その経年劣化とメーカー究を遂行すると伴に，それぞれの課題を達成するためのサポート終了により停止して廃棄した。そして，その跡手法および付属装置の開発，電顕画像からの最適な立体地を改修して，生命創成探究センターが計画する 300 kV

再構成法の研究も合わせて行っている。

汎用型電子顕微鏡を用いた 3 Å 分解能を超えるタンパク質の単粒子構造解析
香山容子，レイモンド・バートンスミス，宋致宖，村田和義

現在，クライオ電子顕微鏡による単粒子解析は，創薬

ポフェリチンの構造モデルからは，このタンパク質を構のためのタンパク質の構造決定において，重要な手法の成するアミノ酸の個々の側鎖の形や向きも正確に決定一つになりつつある。ところが，これには数万以上のタすることができた。また自動画像収集ソフトウエアを併

ンパク質粒子像を撮影して平均化する必要があり，すべ用することで，画像撮影枚数を３倍程度増やすことがでて専用のクライオ電子顕微鏡装置により行われてきた。

き，構造対称性が低い可溶性タンパク質である β ガラク

しかし，これらの装置は数億円以上し，国内では十分にトシダーゼでも，3.6 Å（0.36 nm）の構造解析が行えた。
本成果により，高価な専用のクライオ電子顕微鏡装置

普及が進んでいないのが現状である。
そこで本研究では，国内でも大学や研究機関においてがなくても，必要な条件を最適化することにより，ある導入が進んでいる汎用型の電子顕微鏡を活用して，タン程度のタンパク質の構造解析が行えることが示された。

パク質の構造決定ができないかどうかを検証した。そのKayama Y, Burton-Smith RN, Song C, Terahara N, Kato T,

結果，電子顕微鏡の倍率や露光条件などを最適化するこ

Murata K* (2021) Below 3 Å structure of apoferritin using aとにより，アポフェリチンにおいて構造決定に必要な 3

multipurpose TEM with a side entry cryoholder. Sci Rep 11,

Å（0.3 nm）分解能を超える解析に成功した。得られたア

8395.

新型コロナウイルス中和 VHH ナノ抗体とスパイクタンパク質との結合様式の構造解析
ソン チホン，村田和義
芳賀慧，戸高玲子，片山和彦（北里大学）

現在，世界中で猛威を振るう新型ウイルス感染症に対製に成功した。この VHH ナノ中和抗体は構造的に非常して，効果的な予防薬や治療薬の開発が喫緊の課題であに安定であるため，点鼻薬として使用することで感染細る。そのような中，共同研究先の北里大学の片山教授の胞の拡大を防ぎ，コロナ感染症を治癒する効果が期待さグループは，（株）花王，（株）EME とともに新型コロれる。本共同研究では，この VHH ナノ抗体がどのよう

ナウイルス感染を効果的に中和する VHH ナノ抗体の作に新型コロナウイルスに結合して，感染を抑制するのか16

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

を，そのスパイクタンパク質と抗体との複合体をクライ株に対しても有効である理由が明らかにった。さらに，

オ電子顕微鏡で単粒子解析することによって明らかに今後出現するであろう変異株に対しても，新たな対策をした。

立てられるようになった。

結果，この VHH ナノ抗体は，スパイクタンパク質上Haga K, Takai-Todaka R, Matsumura Y, Song C, Takano T,の受容体結合ドメイン（RBD）とウイルスの膜融合に関Tojo T, Nagami A, Ishida Y, Masaki H, Tsuchiya M, Ebisudani

与する N 末端ドメインとの間に結合することがわかっ

T, Sugimoto S, Sato T, Yasuda H, Fukunaga K, Sawada A,

た。このことから，この VHH ナノ抗体は，新型コロナ

Nemoto N, Murata K, Morimoto T, Katayama K (2021) Nasal

ウイルスがホスト細胞表面の ACE2 受容体と結合するこ

delivery of single-domain antibody improves symptoms ofとを直接阻害するわけではなく，その後のウイルスとホ

SARS-CoV-2 infection in an animal model. PLoS Pathog

スト細胞膜との膜融合を阻害することがわかった。

17(10), e1009542.

この成果により，この VHH 中和抗体が，複数の変異

プロテアソーム α７サブユニットが作るダブルリングの構造揺らぎをクライオ電子顕微鏡で解析
ソン チホン，村田和義
関口太一郎，加藤晃一（ExCELLS／分子研）
佐藤匡史（名古屋市立大学）
プロテアソームは，細胞の中で不要となったタンパクOpen 型と名付けた。これまで α７二重リングの構造は，質を分解する掃除役のタンパク質複合体で，古細菌から

X 線結晶解析により報告されているが，今回の解析で，ヒトに至る細胞中に幅広く分布している。プロテアソー

最もこれに近い Symmetric 型では，結晶構造に比べてリムの構造は，それぞれ７個の α と β サブユニットが作る

ングどうしが 3Å 離れて 15 度時計方向に回転して重なっ2 種類のリングが，α β β α と並んだ四重の筒型構造を形ていることがわかった。そして，Dislocated 型では二重リ成し，この中に不要なタンパク質を取り込んで分解する。

ングがさらに 11Å ずれて重なっており，Open 型ではこ

ヒトのプロテアソームでは，この α と β のリングが１かの二重リングが調理された二枚貝のように約 40 度開い

ら７と名付けられたそれぞれ異なるサブユニットで構た構造をしていることがわかった。これらのことから，成されており，これが一定の順番に並んで各リングを形

α７二重リングは，溶液中でダイナミックに揺らいだ構成する。しかし，このような複雑なリング構造がどのよ

造を取ることが明らかになった。
本成果は，α７二重リングの多彩な形態変化を明らかうにして形成されるのかはわかっていない。
本研究の共同研究者である生命創成探究センターのにしただけでなく，複雑なプロテアソームの形成メカニ

加藤教授のグループは，これまでにプロテアソームの構

ズムの一端を知るための重要な手がかりを得た。今後さ成サブユニットのうち α７が単独でプロテアソームに似らに研究を進めることによって，プロテアソーム全体のた二重のリング構造を形成することを発見している。ま形成メカニズムが明らかにできるとともに，プロテアソ

た，これに α４や α６を加えると，二重のリングが壊されームの医療や産業への利用を大きく加速するものと期ることも見出した。本研究では，この α７二重リングの待される。

機能を明らかにするため，その溶液中での構造をクライSong C, Satoh T, Sekiguchi T, Kato K*, Murata K* (2021)

オ電子顕微鏡単粒子解析という方法を用いて調べた。

Structural fluctuations of the human proteasome α7 homo-

本研究の結果，α７二重リングは，主にリングの重なり

tetradecamer double ring imply the proteasomal α-ring

方の異なる 3 種類の構造を示すことが明らかになった。

assembly mechanism. Int J Mol Sci 22(9), 4519.

そしてこれらをその形から，Symmetric 型，Dislocated 型，

17

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

神経発達・再生機構研究部門【概要】
近年の研究により，生後の脳においても神経幹細胞がューロンおよび周囲細胞群の微細形態解析（古瀬幹夫教

存在し，持続的に新生ニューロンやグリア細胞が産生さ

授，大野伸彦客員教授と共同），再生ニューロンの電気れていることが明らかになった。生理的条件下では，こ生理学的特性の解析（南部篤教授，川口泰雄教授と共同）

れらの神経新生のメカニズムが脳の発達や恒常性の維を実施している。本研究部門では，上記の研究を通じて，持に関与している。一方，脳外傷や脳梗塞などの病態的

生後脳におけるニューロンやグリア細胞の神経新生メ条件下では，このメカニズムが活性化して，傷害によっカニズムとその意義を解明し，様々な中枢神経系疾患にて失われたニューロンの一部を再生させる。本研究部門

対する新たな治療法の開発に貢献することを目指して

では，マウスを用いて生後脳における新生ニューロンやいる。

グリア細胞の産生・移動・成熟メカニズム 1-3 および，脳1. Sawada et al., EMBO J (2018) 37: e97404

傷害後のニューロン・グリア細胞の再生や脳機能の回復

2. Matsumoto et al., J Neurosci (2019) 39: 9967-9988

を賦活化する操作技術の開発 4-6 を進めている。さらに，

3. Kurematsu et al., J Exp Med (2022) 219: e20202304

コモンマーモセットなど他のモデル動物におけるニュ

4. Fujioka et al., EBioMedicine (2017) 16: 195-203

ーロン新生を比較し，その制御機構の共通性，多様性を

5. Jinnou et al., Cell Stem Cell (2018) 22: 128-137

解析している 7,8。これらの研究において，生理学研究所

6. Kaneko et al., Science Adv (2018) 4: eaav0618の他の研究部門の協力を得て，二光子顕微鏡を用いたニ

7. Akter et al., Cereb Cortex (2020) 30: 4092-4109

ューロン再生の生体イメージング（鍋倉淳一教授と共同）

8. Kaneko et al., Mol Brain (2020) 13: 98.

や連続ブロック表面走査型電子顕微鏡を用いた新生ニ

生後脳内を移動する新生ニューロンと周囲の細胞群の超微細構造の解析
松本真実，久保山和哉，澤田雅人，金子奈穂子，澤本和延
生後脳の側脳室周囲組織である脳室下帯では，持続的本年度は，新生仔大脳皮質傷害モデルおよび成体脳梗

に新生ニューロンが産生されている。産生された新生ニ塞モデルにおいて，移動する新生ニューロンと足場にな

ューロンは，お互いに接着して鎖状の細胞塊を形成し，りうる周囲の細胞群との相互作用について，その接着状

目的地に向かって高速で移動し，適切な場所で移動を停態を解析した。また，出生時イベントが生後の脳室下帯止させ，分化を開始する。また，脳傷害時には傷害部位の細胞構築に与える影響について解析した。さらに，移へ新生ニューロンが移動し，ごく一部の新生ニューロン

動を停止した新生ニューロンのシナプス成熟過程におが成熟する。しかし，正常脳および傷害脳内の新生ニュ

いて，ミクログリアと新生ニューロンのシナプスの相互ーロンの移動維持・停止過程における接着様式および制作用および貪食形態を詳細に解析し，ミクログリアがフ御メカニズムは未だ不明である。

ォスファチジルセリン依存的に新生ニューロンのシナ本研究では，細胞構造研究部門との計画共同研究によプスを貪食除去することを明らかにした (Kurematsu et

り，連続ブロック表面走査型電子顕微鏡を用いて，移動

al., J Exp Med, 2022)。これらの解析から，生後脳におけるする新生ニューロンの微細形態および周囲の細胞群と新生ニューロンの移動・成熟と接着制御の関係が明らかの関係を 3 次元的に解析している。

になった。

18

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

多光子顕微鏡を用いた嗅球ニューロンのターンオーバーを制御する微小環境の可視化解析
荻野崇，澤田雅人，澤本和延

成体嗅球では，脳室下帯で産生された新生ニューロン

血管およびミクログリアの役割に着目し，多光子顕微鏡

が神経回路へ組み込まれる一方，古い嗅球ニューロンはを用いて血流およびミクログリアの動態を観察してい細胞死により除去されている。このようにニューロンがる。本年度は，多光子顕微鏡を用いて嗅球ニューロンを常に入れ替わることで，嗅球の神経回路の維持および再長期間観察することで，ニューロン再生の様子を捉え，編成が生じ，嗅覚機能が保たれている。我々は，生体恒血流との関連性を調べた。また，ミクログリアが新生ニ

常性発達研究部門との計画共同研究により，多光子顕微

ューロンのシナプスをフォスファチジルセリン依存的鏡を用いた嗅球ニューロンの長期生体イメージング法に貪食することで，成熟過程に寄与することを見出し，を確立し，ニューロン再生過程における嗅覚入力の役割

その動態を多光子顕微鏡を用いた生体ライブイメージ

を明らかにした。しかし，嗅球におけるニューロン再生

ングで捉えることに成功した（Kurematsu et al., J Exp Med,と周囲の微小環境との関係およびその制御機構は多く

2022）。これらの結果は，ニューロン再生過程においての点で未解明である。

血流とミクログリアが重要な役割を果たすことを示唆している。

本研究ではニューロン再生における微小環境として19

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

生体機能調節研究領域
細胞構造研究部門【概要】
体の様々な器官を構成する上皮は，二つの空間を隔て鏡形態学と生理学的手法を組み合わせて研究を行ってつつ選択的な物質輸送を行うことにより各器官の液性いる。2021 年度は，tTJ 構成分子アンギュリンの機能解

環境の恒常性を維持している。細胞構造研究部門では，

析でこれまでに蓄積されたデータをまとめて tTJ 形成の

この上皮の本質的な役割に寄与する上皮のバリア機能

分子機構の新しいモデルを提唱するとともに，接着分子と透過性制御のしくみを理解するために，細胞間隙におカドヘリンにより形成される細胞間結合であるアドへける物質透過を制御する細胞間結合の分子構築と機能

レンスジャンクションが上皮細胞の 3 細胞結合領域におの解明を進めている。研究の対象はタイトジャンクショ

いて tTJ に付随して存在すること見出して論文として発ン（密着結合；TJ），３つの上皮細胞の角が接する部分表した。また，これまでの TJ 研究から派生した張力を介に形成されるトリセルラータイトジャンクション（tTJ），する上皮恒常性に関する研究，SJ による腸幹細胞の増殖

腸管上皮のバリア機能をショウジョウバエモデルで研制御に関する研究も着実に進展している。研究所内の配究するためのセプテートジャンクション（SJ）である。

置換えにより，2021 年度より，細胞内膜系の選別輸送を研究グループで同定してきた細胞間結合の構成分子の研究する大橋正人助教が部門に加わった。

機能解析を中心に，分子細胞生物学，遺伝学，電子顕微

トリセルラータイトジャンクション形成の分子機構
菅原太一（熊本大学），若山友彦（熊本大学），古瀬幹夫
トリセルラータイトジャンクション（tTJ）は 3 つの上

TJ の足場タンパク質 ZO-1 との相互作用を介して TJ の皮細胞が接する領域（3 細胞結合）の細胞間隙を閉鎖す

膜タンパク質クローディンをリクルートすることも含

る細胞間結合で，上皮の十分なバリア機能に必要である。

めて，tTJ 形成の分子機構のモデルをこれまでにない明

前年度までの研究と合わせて，tTJ 構成分子のうち，アン

解な形で提唱した。また，tTJ 構造に付随してカドヘリン

ギュリンファミリーが 3 細胞結合の細胞膜の閉塞に寄与

接着により形成される細胞間結合アドへレンスジャン

する一方，トリセルリンは細胞膜の閉塞には直接関与せクションが 3 細胞結合領域に存在することを見出した。

ず，細胞膜内で tTJ に TJ ストランドが連結するために必（Sugawara et al.. J. Cell Biol.2021）

要であることを明らかにした。さらに，アンギュリンがクローディン欠失上皮細胞を用いたクローディン分子の機能解析
古瀬幹夫
2019 年に発表したクローディン欠失上皮細胞は，イヌせることにより TJ を失った細胞である。この細胞にク腎臓上皮由来細胞株 MDCK 細胞から発現する主要なク

ローディンを再発現させると TJ が再構成される。このローディンサブタイプ全てをゲノム編集により欠失さ実験系は，クローディンの各サブタイプの機能を比較し20

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

たり，クローディン分子そのものの機能解析に有用であたクローディン，ユビキチン化を受けることが予想される。そこで，特定のドメインや翻訳後修飾の TJ 形成におるリジンを変異させたクローディンをそれぞれ再発現

けるクローディン分子の意義を知るために，TJ の足場タさせた細胞株を樹立した。これら細胞を形態学的に解析

ンパク質と相互作用する C 末端を欠失させたクローディ

することにより，TJ 形成におけるクローディン分子の機

ン，パルミトイル化を受けるシステイン残基を変異させ能解析を進める。

上皮細胞の細胞間接着構造の恒常性維持機構の解析
Thanh Phuong Nguyen，大谷哲久
藤森俊彦（基礎生物学研究所），古瀬幹夫
上皮組織は外界と直接接する組織であるため，様々なス

おいては細胞が一定の閾値以上に伸展した際に細胞間接トレスにさらされるが，その際にどのようにして上皮恒常着構造が破断する様子が認められた。クローディン・JAM-性が保たれるのかは十分に理解されていない。私たちは，

A 欠損細胞における細胞間接着装置の不安定化の分子機

タイトジャンクションの膜タンパク質であるクローディ

構を解析した結果，アクチン繊維の重合およびクローディ

ンファミリー分子群と JAM-A を欠損した細胞において細ン・JAM-A のトランス相互作用とアクチン繊維との連結

胞間接着構造が不安定化することを見出した。タイムラプの重要性が示唆された。これらの結果から，クローディン

スイメージングを用いて細胞間接着構造の動態を検討しと JAM-A は密着結合とアクチン繊維とを連関させることた結果，正常細胞においては常に連続的な細胞間接着構造

により力学的ストレスに対する細胞間接着構造の安定性が保たれたのに対し，クローディン・JAM-A 欠損細胞にを保つことが示唆された。

上皮バリアのホメオスタシスにおける細胞競合の役割の解析
大谷哲久，古瀬幹夫
上皮組織は体表に存在し，様々な化学ストレスや物理養したところ，バリア破綻細胞に選択的に細胞死が誘導

ストレスに常に晒される。これらのストレスはしばしばされることによって上皮バリアが修復された。このこと

上皮バリアの破綻をもたらすことが知られているが，上は，細胞競合によって上皮バリアの恒常性が保たれてい皮バリアのホメオスタシスを保証する仕組みはほとん

ることを示している。さらに，上皮バリアが破綻した細ど明らかとされていない。我々は，モデル上皮細胞であ胞の除去過程をライブ・イメージングで観察した結果，

る MDCK 細胞において，上皮バリアが破綻した細胞株

正常細胞と異常細胞の境界面におけるアクトミオシンを樹立した。局所的な上皮バリアの損傷に対する上皮組束の形成が異常細胞の排除に重要な役割を果たすこと

織の応答を検討するために，この細胞と正常細胞を共培が示唆され，その分子メカニズムの解明を進めた。

タイトジャンクション分子 ZO-1 のドメイン機能解析
藤原佐知子，天野剛志（名古屋大学），廣明秀一（名古屋大学），古瀬幹夫
タイトジャンクションの足場タンパク質である ZO-1 のアプローチではタンパク質構造変化に伴う二次的影響を

機能解析にはドメイン欠失の手法が取られてきたが，この無視できない。そこで我々は，構造生物学の知見を利用し21

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／生体機能調節研究領域て立体構造予測に基づいた点変異導入により標的タンパ

ころ，単独の PDZ ドメインが働く場合および複数の PDZ

ク質との結合機能を喪失した ZO-1 変異体の作製を試みた。

ドメインの協調した働きが必要な場合があることが分か

その結果，N 末の 3 つの PDZ ドメインについて 3〜4 アミった。ZO-1 のような複数のドメインを保有するが故に多ノ酸変異でそれぞれの結合タンパク質との結合能が低下

様な機能を持つ分子を解析するうえで，立体構造に基づい

もしくは喪失することを見出した。これらの ZO-1 点変異

た点変異導入は有用な技術であり，今後さらなる機能解析について，ZO-1 の局在や機能に及ぼす影響を検証したとへの活用が期待できる。

クモ膜バリアの分子基盤の研究
長澤有裕，古瀬幹夫
クモ膜は脳の表層を覆うバリアであり，脳内の液性環

クモ膜のよいマーカーとなること，TJ の構成分子として境の恒常性維持に重要な役割を果たすと考えられる。とクローディン 11，オクルディン，ZO-1 が検出されるこころが，1970 年代の形態学的な記述以降，バリアとしてと，tTJ 構成分子としてアンギュリンファミリーが検出のクモ膜の構造と機能はほとんど研究されておらず，そされることを見出した。また，電子顕微鏡観察により，の分子実体は不明であり，生理学的意義も実証されていTJ, tTJ と思われる細胞間接着構造を確認した。今後，免ない。そこで我々は，TJ および tTJ の観点からクモ膜バ

疫電子顕微鏡によるこれら分子の局在解析，遺伝子欠失

リアの構造と機能を解明する研究を開始した。マウス脳

マウスにおける細胞間接着構造の変化やクモ膜バリア

を免疫学的手法で解析することにより，E–カドヘリンがの評価を実施する。

ショウジョウバエ消化管上皮の細胞間隙バリア形成と幹細胞制御に関わる新規膜タンパク質の同定
泉裕士，古瀬幹夫

セプテートジャンクション（SJ）は，ショウジョウバ

察された。さらに，そのような消化管の上皮細胞では，

エ上皮の細胞間隙バリアとして機能する細胞接着構造

aPKC の発現が大きく上昇していることを見出した。

である。私たちは，ショウジョウバエ消化管の SJ 構成膜

Hoka の発現を抑制した消化管で aPKC の発現を RNAi にタンパク質として新たに Hoka を同定し，この分子が SJより抑制したところ，幹細胞の増殖が低下した。従って，形成，消化管上皮バリア機能と個体の発生に必須である

Hoka はショウジョウバエ消化管上皮の SJ 形成に必須でことを明らかにした。ショウジョウバエ成虫の消化管恒あり，成虫消化管においては aPKC の活性を制御し，幹常性における Hoka の役割を解析するために，成虫消化細胞の増殖をコントロールしていることが示唆された

管の Hoka の発現を RNAi により抑制したところ，消化(Izumi et al., J. Cell Sci.2021）。

管の幹細胞の著しい増殖亢進と上皮細胞の腫瘍化が観

細胞内膜系の選別輸送のメカニズムと発生シグナル制御
大橋正人，木下典行（基礎生物学研究所）
細胞内膜系では，オルガネラを行き来するメンブレン

我々は，発生過程での，個々の細胞とその有機的構築体

トラフィックにより，物質の輸送，分配が行われている。

である上皮組織の三次元形態形成における，細胞内膜系

22

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／生体機能調節研究領域の動態によるシグナル制御に注目し，その全容の解明をよって，関連する新たな制御因子を探索する実験系の確進めている。これまでに，モデル細胞系と発生実験系を立を進めている。本年度は，これまでより多種類の細胞相補的に利用し，平面細胞極性（PCP）形成シグナルをでの使用を可能とする汎用化機能阻害ベクターの設計・制御する細胞内膜系タンパク質の候補を見出してきた。

作成と，ライブラリーを構築するために十分な阻害コン

現在，タンパク質機能阻害実験系の工夫と，それを元にストラクト作成方法の効率化に成功し，ライブラリー作

した機能阻害ライブラリーを用いたスクリーニングに成のワークフローをほぼ確立した。

細胞生理部門【概要】
細胞は，それを取り巻く環境の大きな変化の中で，そ解明していくことは，個体適応の理解のための基本単位の環境情報を他のシグナルに変換し，細胞質・核や周囲である「細胞の生存応答」を解明するうえで極めて重要の細胞に伝達することによって環境変化にダイナミッである。この細胞外環境情報を感知するイオンチャネル

クに対応しながら生存応答を行っている。細胞が存在す型のセンサー蛋白質の構造機能解析，活性化制御機構のる臓器・組織によって細胞が受け取る環境情報は異なり，解析を通して細胞感覚の分子メカニズムの解明を目指

従って細胞が持っている環境情報を受信する機能も異している。特に，侵害刺激，温度刺激，機械刺激の受容なる。それらセンサー蛋白質は環境の変化に応じてダイ機構について TRP チャネルに焦点をあてて解析を進めナミックに感受性や発現等を変化させてセンシング機ている。また，センサーは進化の過程で環境変化に応じ構の変化からよりよい生存応答を導く機能を有していてその機能や発現を変化させて適応してきたと考えらる。これらのセンサー蛋白質は種々の化学的・物理的情

れ，センサー蛋白質の進化解析によっていかに生物が環報を受容し，センサー間の相互作用を行い，多くは最終境変化に適応してきたかも解析している。個体レベルで的に核への情報統合を行う。そして，それは細胞の，組の研究対象として，主にマウス・ラット・カエル・ショ

織の，さらには個体の環境適応をもたらす。したがって，

ウジョウバエを用いている。

これらの細胞環境情報センサーの分子システム連関を

Thermal Gradient Ring によるマウスの温度依存性行動の解析
宇治澤知代，笹島沙知子，加塩麻紀子，富永真琴
マウスの温度依存性行動はこれまで，後肢の下からレの複数のパラメータを解析することで温度マウスの温ーザー熱刺激を与えるプランターテストや高温のプレ

度忌避行動と温度嗜好性を詳細に解析した。野生型マウート上での逃避行動を観察するホットプレートテスト

スと TRP チャネルの欠損マウス (TRPV1, TRPV3, TRPV4,で行われてきた。また，温度グレーディエントがある装TRPM2, TRPM8, TRPA1) を用いた。複数の TRP チャネ

置でも，直線型のものが使われ，マウスが端を好む性質

ル欠損マウスで野生型マウスと異なるデータが得られ，の影響を除外できなかった。プランターテストやホット

Thermal Gradient Ring の有用性が示された。

プレートテストは痛み熱刺激への逃避行動を観察する

1) Ujisawa T, Sasajima S, Kashio M, Tominaga M. Thermal

がマウスの温度嗜好性は解析できなかった。そこで，ドGradient Ring Reveals Different Temperature-dependent

ーナツ型のプレートで自在に温度勾配をもたせる

Behaviors in Mice Lacking Thermosensitive TRP Channels. J.

Thermal Gradient Ring を用い，滞在時間，移動スピード等

Physiol. Sci. 72: 11, 2022.

23

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

ショウジョウバエ視細胞の TRP チャネル活性制御に寄与する脂質代謝物の同定
曽我部隆彰，Bradshaw H，富永真琴，Leshman E，Chandel A，Montell C
ショウジョウバエの視細胞は，ロドプシンから PLC を強い活性化が見られたことから，PIP2 の加水分解で生じ経て TRP チャネルに至るシグナル情報伝達経路のモデる diacylglycerol とその下流で産生される 2-LG が，共同ルとして長らく研究されてきたが，PLC の下流で TRP チ

して TRP チャネルの活性制御に働くことを明らかにしャネルがどのように制御されるかは議論が続いている。

た。2-LG はオルソログである哺乳類の TRPC5 や TRPC6

そこで，光刺激したハエから急速凍結した頭部を回収しも活性化することを見出し，内因性カンナビノイドによて脂質分析を行ったところ，内因性カンナビノイドの一るチャネル制御が進化的に広く保存されている可能性種である 2-linoleoyl glycerol(2-LG)が光刺激依存的に増加を示した。

することを見出した。この増加は PLC とその下流で働く（カリフォルニア大学サンタバーバラ校 Craig Montell

diacylglycerol lipase 依存的であった。2-LG は異所性発現

博士，インディアナ大学 Emma Leishman 博士との共同系において TRPL チャネルを活性化し，単離したハエ視研究）

細胞の TRP および TRPL チャネルを活性化した。これま

1) Sokabe T, Bradshaw HB, Tominaga M, Leishman E,

でに，PIP2 の加水分解にともなう膜変形による機械刺激

Montell C. Light-induction of endocannabinoids and activation

応答がメカニズムの一つとして提唱されている。2-LG と

of Drosophila TRPC channels. BioRxiv, 2021.

機械刺激を同時に負荷すると，それぞれ単独の刺激よりマウスにおいて侵害受容シグナルがミクログリアのキヌレイン経路を介して内毒素血症による死を防ぐ
丸山健太，富永真琴
内毒素血症によってもたらされる死における侵害受物であるキノリン酸の蓄積が脳の HK1 のリン酸化障害

容器の機能はほとんどわかっていない。今回我々は，抗を誘発していた。また驚くべきことに，IDO1 の阻害剤ま菌ペプチドの一種である Reg3γ を内毒素から宿主を保護たは Reg3γ の髄注は，内毒素血症をおこしたマウスの死する侵害受容器由来のホルモンとして同定した。内毒素

亡率を大幅に低下させることが明らかとなった。

血症が生じると，侵害受容器から放出された Reg3γ は脳（北海道大学 近藤 豪博士，産業総合技術総合研究所に浸透し，ミクログリアに発現するキヌレニン経路の律

熊谷 雄太郎博士，大阪大学 加藤 弘樹博士との共同研

速酵素である IDO1 の発現を抑制した。内毒素を投与さ究）れた Nav1.8 陽性の侵害受容器を欠損させたマウスや，侵1) Sugisawa E, Kondo T, Kumagai Y, Kato H, Takayama Y,

害受容器特異的 Reg3γ 欠損マウスでは，末梢の炎症が正Isohashi K, Shimosegawa E, Takemura N, Hayashi Y, Sasaki T,

常であるにもかかわらず，脳の HK1 のリン酸化障害とMartino MM, Tominaga M, Maruyama K. Nociceptor-derived

ATP 産生の障害を伴った高い死亡率を呈した。こうした

Reg3γ prevents endotoxic death by targeting kynurenine

代謝の停止は脳でのみ観察され，キヌレニン経路の代謝

pathway in microglia. Cell Rep 38: 120462, 2022.

24

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

糖尿病性神経症モデルマウスの温度感受性変化
笹島沙知子，近藤正樹，神谷英紀，富永真琴
んでおり，Thermal Gradient Ring にような preference も含

STZ の投与によるマウスの糖尿病性神経症モデルにおいて，TRPV1, TRPA1 の関与を検討した。STZ 投与によめた解析の重要性が示された。

って，機械刺激・熱刺激に対する過敏期は観察されず，（愛知医科大学 近藤 正樹博士，神谷 英紀博士，生理研

投与 3 週目以降に鈍麻期が観察された。これまで報告

大野伸彦博士との共同研究）されているような TRPV1, TRPA1 の発現や機能の変化は

1) Sasajima S, Kondo M, Ohno N, Ujisawa T, Motegi M,

観察されなかった。そこで，Thermal Gradient Ring を用い

Hayami T, Asano S, Asano-Hayami E, Nakai-Shimoda H,て検討すると，TRPA1 欠損マウスは野生型と同様であり，

Inoue R, Yamada Y, Miura-Yura E, Morishita Y, Himeno T,

糖尿病モデルマウスは TRPV1 欠損マウスのように野生

Tsunekawa S, Kato Y, Nakamura J, Kamiya H, Tominaga M.

型マウスより低温を好んだが，高温を忌避する行動は野Thermal Gradient Ring Reveals Thermosensory Changes in

生型マウスと差がなかった。糖尿病で観察されるさまざDiabetic Peripheral Neuropathy in Mice. Sci. Rep. 12: 9724,

まな温度依存性行動の変化にはさまざまな要因がから

2022.

蚊 TRPA1 の活性化温度閾値を決定するアミノ酸の同定
Nguyen THD，Chapman S，加塩麻紀子，齋藤くれあ，富永真琴
熱帯の蚊（ネッタイシマカ Ades aegypti: Aa）と温帯の459R）が活性化温度域値を高くするのに関わっている蚊（アカイエカ Culex pipiens pallens: Cp）の TRPA1 の熱ことが判明した。このアミノ酸は別の熱帯の蚊スレフェ

刺激による活性化温度閾値が 8−10 度異なることを報告

ンシハマダラカでも保存されており，CpTRPA1 のアミノしてきた。この活性化温度閾値の違いを決定するモチー酸（Q）にすると活性化温度閾値は低下した。酸性アミノ

フもしくはアミノ酸を同定しようと試みた。アミノ末端

酸と塩基性アミノ酸間の塩橋（側鎖間に働く弱いイオンを入れ替えると，アミノ末端だけ温帯の蚊の AaTRPA1性相互作用）で蛋白質の三次元構造が安定化して熱刺激は高温で，アミノ末端だけ熱帯の蚊の CpTRPA1 は低温にたいして構造変化が起こりにくくなっているものとで活性化するようになり，活性化温度閾値が逆転した。

考えられた。

そこで，AaTRPA1 と CpTRPA1 のアミノ末端のキメラ体

1) Nguyen THD, Chapman S, Kashio M, Saito C, Strom T,

を作成して解析したところ，390 番目から 459 番目の 70

Yasui M, Tominaga M. Single amino acids set apparent

アミノ酸が重要なことが分かった。そこで，この 70 アミ

temperature thresholds for heat-evoked activation of mosquito

ノ酸の中で異なるアミノ酸の点変異体を解析すること

transient receptor potential channel TRPA1. J. Biol. Chem.

によって，AaTRPA1 の 2 つの電荷アミノ酸（418E,

102271, 2022

心循環シグナル研究部門【概要】
全身の血液循環恒常性は，心筋・平滑筋・骨格筋などの質間相互作用の視点から明らかにし，それを基軸に健康長

筋肉細胞によって支えられている。当部門では，筋肉の柔寿につながる創薬戦略の構築を目指した研究を行ってい

軟性や老化を制御する分子機構を病態特異的なタンパクる。また，近年同定された超硫黄分子（反応性が極めて高25

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

い硫黄代謝物）をはじめとした硫黄を軸としたレドックスの β アレスチンに依存しない新奇内在化機構（Redox-

研究から筋組織の再生・修復・成熟化機構についても研究

dependent alternative internalization; REDAI）を発見し，機能を行っている。今年度は，受容体作動性 TRPC6 チャネル性食品成分イソチオシアネートの抗炎症効果におけるその心臓における生理的役割について解析を行い，各種遺伝の重要性を示した。さらに，心臓の虚血ストレス抵抗性に子改変動物と組織イメージング解析を用いて TRPC6 によおける超硫黄分子種の役割を心筋ミトコンドリア品質制る亜鉛イオン流入が交感神経刺激による心収縮力制御に御の観点から明らかにした。以下に各課題の概要を示す。

関わることを見出した。また，プリン作動性 P2Y6 受容体

心筋の交感神経刺激応答における TRPC6 チャネルの役割
小田紗矢香，西山和宏（九州大学 薬学研究院），湯肖康，西村明幸，平林真澄，西田基宏

心臓の循環反射は血液循環恒常性を維持するうえで体がノルアドレナリン刺激によって効率よく収縮力を極めて重要な役割を果たしている。血圧が低下した際，あげるために，α 受容体を介する TRPC6 チャネルの活性

交感神経系が活性化することで代償的に心機能が亢進化が必要であることを新たに見出した。TRPC6 は Zn2+

することは教科書的にも知られているが，その一方で，イオンを動員させることでノルアドレナリン刺激に対交感神経終末から放出されるノルアドレナリンを感知する β 受容体／Gs シグナリングを増強し，強心作用，特する GPCR が親和性の高い α 受容体でなく β 受容体であに陽性変力作用を増強させ，急性心不全を改善させるこる理由については良く理解されていなかった。我々は，とをマウスレベルで示した。

TRPC6 欠損マウスを用いた解析から，心筋細胞の β 受容Drp1 のグルタチオン化による心筋老化抑制機構
西村明幸，湯肖康，重田育照（筑波大学 計算科学研究センター），西田基宏

細胞内レドックス恒常性の破綻は心血管系疾患を含ることを見出した。自由運動を行ったマウスの心臓ではむ多くの疾患発症に関与している。グルタチオン化修飾

酸化型グルタチオン（GSSG）含量が増加し，Drp1 グルは最も重要なレドックス関連翻訳後修飾の 1 つである。

タチオン化が増加していた。心筋梗塞モデルマウスに心筋細胞では様々なグルタチオン化タンパク質が同定

GSSG を投与すると心収縮力の改善が見られるとともにされているが，グルタチオン化と心不全の関連性は不明

心筋細胞の老化現象も抑制された。さらに，MD シミュである。我々は，ミトコンドリア分裂促進因子 Drp1 はレーションから Cys644 のグルタチオン化によって起こ

Cys644 のグルタチオン化修飾を介して低酸素ストレス

る Drp1 の立体構造変化を予測することで，Cys644 グル

によって引き起こされる心筋細胞の機能障害を改善す

タチオン化と活性との相関関係を推測した。

GPCR の新奇内在化機構（REDAI）の同定とその病態生理学的意義の解明
西山和宏（九州大学 薬学研究院），西村明幸，西田基宏
GPCR はリガンド刺激後に GPCR キナーゼ（GRK）にとでシグナル強度を負に制御すると考えられている。しよりリン酸化され，β アレスチン依存的に内在化するこかし，GRK によるリン酸化を受けにくい GPCR がどの

26

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

ような機序で内在化するかについては不明であった。そ起こすことを明らかにした。P2Y6R C220S 変異マウスをこで我々は，GRK によるリン酸化を受けにくい GPCR と作製し，その機能解析を行うことで Cys220 を介したしてプリン作動性 GPCR の 1 つである P2Y6R の内在化

P2Y6R の内在化が抗炎症作用に関与することを見出し機構について検討を行った。その結果，機能性食品成分

た。加えて，この β アレスチンに依存しない新奇内在化

イソチオシアネートや親電子性物質が P2Y6R の細胞内機構（Redox-dependent alternative internalization; REDAI）

第 3 ループにある Cys220 の SH 基修飾および第 2 ルー

は，P2Y6R 以外の GPCR でも保存されていることも明らプにある Lys137 のユビキチン化を介して内在化を引きかにした。

低温プラズマ照射システイン溶液の虚血心筋保護の作用機序の解明
下田翔，田中智弘，西村明幸，佐々木渉太（東北大学 工学研究科），
金子俊郎（東北大学 工学研究科），西田基宏

求核性の高い硫黄鎖をもつシステインを含む溶液に心筋細胞に処置することで心筋細胞内の超硫黄分子量

低温プラズマを照射し，低酸素ストレス下に曝露した心が維持され，その結果，虚血／再灌流時に生じる超硫黄

筋細胞やマウス虚血心臓に処置したところ，再灌流（再分子の分解と代謝硫化物の蓄積が軽減されることがわ

酸素化）後の心筋細胞障害が著しく改善された。この溶かった。その機序として，プラズマ照射システインが超液中にはシステインよりも化学反応性の高い超硫黄分

硫黄化酵素 sulfide:quinone oxide reductase (SQOR)の発現子種が生成されており，プラズマ照射システイン溶液を量を増加させる効果を持つことも新たに示された。

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明らかとなってきた。当部門では，視床下部における生組織における代謝調節機構の解明を目指して研究を行

体エネルギー代謝の調節機構を分子レベルで解明し，そっている。視床下部は，摂食行動（エネルギー摂取）との分子機構を通して生活習慣病など様々な疾患の原因・エネルギー消費機構（栄養代謝）を巧みに調節すること

治療法を明らかにしたいと考えている。本年度実施したによって生体エネルギーを一定に保つ重要な働きを担主たる研究課題は次の通りである。１）甘味およびそれう。しかし，近年，この調節機構の異常が肥満，糖尿病，に伴う心地よさを選択的に伝える神経細胞の同定，２）高血圧など，生活習慣病の発症と密接に関連することが空腹に伴い味覚を調節する神経ネットワークの発見。

グルコース飢餓において炭水化物食の選択的摂取を引き起こす脳内機構
Nawarat Rattanajearakul，中島健一朗，近藤邦生，箕越靖彦
マウスは高脂肪食と高炭水化物食の両方を与えるとには視床下部室傍核(PVH)のコルチコトロピン放出ホル

高脂肪食を多く摂取する。一方，グルコース飢餓時には

モン産生神経（CRH 神経）が活性化し，同神経内で AMP

炭水化物を選択的に摂取する。しかし，その仕組みは不キナーゼ（AMPK）がリン酸化することが必要なことが明であった。

わかっていた。そこで，2-デオキシグルコース（2-DG）

これまでに，絶食時に見られる炭水化物嗜好性の上昇

投与によりグルコース飢餓を誘導したところ，PVH の27

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

CRH 神経が活性化し，AMPK のリン酸化も生じた。また，

そこで，PVH に投射する NPY 神経を探索したところ，

DREADD により CRH 神経の活動を人工的に抑制すると延髄孤束核など複数の部位に存在した。このうち PVH にグルコース飢餓時の炭水化物摂取が阻害された。また，投射する延髄孤束核の NPY 神経をオプトジェネティク

同神経内で AMPK の発現を抑制しても同様の結果が得

スにより活性化したところ炭水化物嗜好性が上昇した。

られた。さらに，炭水化物摂取はニューロペプチド

このことから NPY-CRH 軸がグルコース飢餓時に炭水化Y(NPY)の PVH 局所投与により高まったが，PVH の CRH

物食の選択的摂取を引き起こすことが判明した。

神経を阻害すると抑えられた。

皮下脂肪組織炎症反応に及ぼす視床下部腹内側核 SF1 ニューロンによる調節作用
Misbah Rashid，近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦
George Palfalvi（基礎生物学研究所, 生物進化研究部門）
肥満では蓄積する脂肪の体内分布の違いにより，代謝法によって慢性的に活性化して，高脂肪食摂取によってに及ぼす影響が異なる。脂肪組織では，肥満に伴いマク引き起こされる脂肪組織炎症反応に及ぼす効果を調べ

ロファージの蓄積と炎症性サイトカインの分泌を伴うた。その結果，SF1 ニューロンを破壊すると，鼠径部皮炎症反応が起こり，インスリン抵抗性等の肥満症の一因

下白色脂肪組織において炎症反応が増強し，SF1 ニューとなる。しかし，皮下脂肪組織は，肥満しても炎症反応

ロンを活性化すると，逆に，鼠径部脂肪組織において炎が少ないことが知られており，そのメカニズムは明らか症反応が低下した。副睾丸脂肪組織では何れの操作でもとなっていなかった。本研究では，SF1 (steroidogenic

変化が無かった。SF1 ニューロンの活性化による鼠径部

factor 1) 発現ニューロンが肥満における脂肪組織の炎症

脂肪組織の炎症抑制作用には交感神経系が必要であっ反応を調節する可能性を調べた。マウス視床下部腹内側た。以上のことから SF1 ニューロンは，高脂肪食を摂取

核 SF1 発現ニューロンに DTA (diphtheria toxin-A) を発現さした肥満マウスにおいて，鼠径部皮下脂肪組織での炎症せて破壊し，或いは逆に SF1 発現ニューロンを DREADD

反応を抑制していることが明らかになった。

(designer receptors exclusively activated by designer drugs)

脂肪消費の概日リズムを制御する新たな視床下部神経細胞の同定
近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦
視床下部室傍核（PVH）は，交感神経に投射する神経量が大きく増加した。逆に Nos1 ニューロンの神経活動細胞が存在することが知られており，末梢組織の機能制を抑制したところ，明期（マウスの休止期）にのみ，脂御に関わる。しかし，PVH には様々な神経細胞が混在し質代謝量が大幅に減少した。Nos1 ニューロンの神経活動ており，どの神経細胞が末梢組織のエネルギー代謝を制を恒常的に抑制すると，明期に生じる脂質消費量の増加

御するかは不明な部分が多い。そこで本研究では，末梢が抑制された。脂質消費量は，摂食量が増える活動期（暗組織のエネルギー代謝を制御する PVH 神経細胞の同定期）で減少し，逆に休息期（明期）で増加する。ファイを試みた。その結果，PVH の Nos1 (nitric oxide synthase 1)

バーフォトメトリー法により，Nos1 ニューロンの活動が発現細胞（Nos1 ニューロン）が骨格筋と褐色脂肪を含む

明期に増加することを見出した。以上の結果から，Nos1

さまざまな組織に投射していることを見出した。

ニューロンが，脂質消費の概日リズムに関わる新しい神

DREADD 法により Nos1 ニューロンを活性化したとこ

経細胞であることが明らかになった。

ろ，エネルギー代謝と運動量が増加し，特に脂質の消費28

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

ビタミン B1 の脳内感知メカニズムの解明
中島健一朗，近藤邦生，箕越靖彦
食物には三大栄養素(糖・脂質・タンパク質)だけでなく次に，活性化している神経で分子ツールを発現誘導で微量必須栄養素も含まれる。このうち，代表的な成分できる遺伝子改変マウス(TRAP2 マウス)を用い，B1 欠乏時あるビタミン B1 は全身のエネルギー代謝に必須だが，と回復時に活性化している神経を比較した。その結果，その脳による感知機構は不明であった。

B1 の有無に応じて活動が大きく変化する神経細胞が脳本研究では，マウスをモデルに B1 欠乏性食欲不振と内の複数の部位に存在することが明らかになった。

B1 摂取によるそこからの急速な食欲回復のプロセスにそこで，そのうちの 1 つである脳幹に抑制型 DREADD

注目し，実験を実施した。

を導入し，B1 欠乏時にその神経活動を制御した。そのはじめに，求心性迷走神経を外科的に切除したマウス

結果，このマウスは対照群とは異なり，B1 を摂取しなを B1 欠乏にしたところ，B1 摂取による急速な食欲の回

くても短期的には食欲が急速に回復した。このことか

復が見られなくなった。このことから，求心性迷走神経

ら脳幹内にビタミン B1 を感知し摂食を制御する仕組み

が B1 の脳内感知に寄与することが明らかになった。

があることが明らかになった。

シングル核解析による新規視床下部室傍核 CRH ニューロン群の発見
菊地晶裕，近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦
郷

康広（生命創成探究センター 認知ゲノム研究グループ）

CRH ニューロンの多様性を明らかにすることを目的に，た。一方，クラスターC には AMPKγ2 (Prkag2) や時計関

シングル核 RNA 解析を行った。約 10,000 核のシークエン連遺伝子（Per, Cry など）などが高発現しており，さらに，スデータを用いてクラスター解析を行ったところ，視床下

栄養状態のセンシングやエネルギー代謝調節への関与が部室傍核のニューロンは３つのメジャークラスター（A，知られる遺伝子の発現が確認され，新規ニューロン群であB，C）に分類できた。CRH ニューロンのみで構成されたると考えられた。クラスターB および C は CRH ニューロ

クラスターA は，グルココルチコイド受容体（Nc3r1）がンだけではなく non-CRH ニューロンも含んでいるが，高発現しており，HPA 軸を介したストレス制御に関与す

CRH ニューロンと non-CRH ニューロンの発現プロファイ

る CRH ニューロン群であると考えられた。また，クラス

ルには違いが見られた。今後，各クラスターの生理的機能

ターB にはレプチン受容体（Lepr）などが高発現しており，を解析して行く予定である。

ホルモン応答に関与するニューロン群であると考えられ

分子神経免疫研究部門【概要】
私たちは神経免疫連関の新たなコンセプトとして，

ドレナリンや ATP などの神経伝達物質が放出される。こ2012 年にゲートウェイ（G）反射を発見した。G 反射で

れらは局所の血管内皮細胞を刺激し，炎症の分子基盤では，中枢神経系や網膜に対する自己反応性 T 細胞の存在ある IL-6 アンプを誘導する。その結果，過剰産生される

下に，重力，痛み，ストレス，光などの環境刺激や人為

ケモカインにより自己反応性 T 細胞の侵入口である血管的刺激により，特定の神経回路が活性化し，血液関門をゲートが形成され，組織特異的炎症が誘導される。G 反持つ中枢神経系（CNS）などの特定血管においてノルア

射は様々な病態や生理現象に関与するので，分子神経免29

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

疫研究部門では，新たな G 反射の発見と，既知の G 反射

また，2019 年に視神経の光刺激により起こる抑制性 Gの詳細な神経回路をはじめとする分子機構の解明を目反射である「光 G 反射」を報告したが，2021 年度は，的に研究を行っている。以下に概説するように，2021 年

網膜の神経細胞が関与する抑制性 G 反射の新たな分子度は「遠隔炎症 G 反射」を発見し，論文を投稿中である。

機構について論文を発表した。

遠隔炎症 G 反射
長谷部理絵，村上正晃
関節リウマチ，乾癬，間質性肺炎などの炎症性疾患で化シグナルが L5 脊髄から下部胸髄の介在神経を介しては，遠隔部位に多発性に炎症が生じる。これらの現象を

反対側の感覚神経に伝達する。反対側感覚神経から ATP

説明しうる分子機構として「遠隔炎症 G 反射」を発見しが放出され，反対側足関節で IL-6 アンプの活性化が起こた。IL-6 信号伝達分子 gp130 のアミノ酸置換により，り，炎症が促進された。コラーゲン誘導関節炎モデルで

STAT3 シグナルが過剰となる F759 マウスの片側の足関も同様の現象が確認されたことから，「遠隔炎症 G 反射」

節に IL-6 と IL-17A を投与すると，血管内皮細胞や滑膜は，遠隔性多発性に炎症が起こる様々な疾患に共通した線維芽細胞で IL-6 アンプが活性化し，局所的に ATP がメカニズムである可能性がある。

過剰産生される。この ATP が感覚神経を活性化し，活性（J Exp Med. 2022. 219(6), e20212019）

視細胞が関与する抑制性 G 反射
Andrea Stofkova（Charles University，チェコ共和国）
村上正晃
2019 年度に発表したように網膜抗原に対する自己反応

ないかという仮説を立てた。桿体錐体ジストロフィーを伴性 T 細胞依存性に誘導されるぶどう網膜炎モデルマウス

う夜盲症のモデルである Gnat1rd17 マウスに EAU を誘導(EAU) に光刺激を与えると，網膜の視神経細胞から過剰した。その結果，EAU 発症は，野生型マウスより重症化

なノルアドレナリンが分泌され，負のフィードバックによした。本現象の分子機構を解析すると当該マウスでは桿体

り α1A アドレナリン受容体の発現量が減少し，その結果，細胞からのドーパミン産生が減少していた。ドーパミンは網膜血管内皮細胞での NF-κ B 活性化が抑制され，免疫細網膜血管内皮細胞に作用し，IL-6 アンプ活性化を抑制した胞の網膜への浸潤が抑制される（光 G 反射）。私たちは，ことから，桿体細胞からのドーパミン産生は網膜炎症を制光受容体の機能不全が網膜神経細胞の活性化に影響し，血御していることが示唆された。

液網膜関門および網膜の炎症形成に影響を与えるのでは(Int J Mol Sci. 2022. 23 (1), 453)

超微形態研究部門【概要】
本研究部門では，神経系の発達・機能維持・そして疾子メカニズム，役割の関係を理解することを目標に，研患を含む，様々な生命現象における機能の裏付けとなる究を行っている。その中核をなすのは電子顕微鏡をはじ「かたち」を捉える技術を開発・改良し，その変化と分めとするイメージング技術であり，特に Serial block-face30

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

scanning electron microscopy (SBEM) による 3 次元微細

なく，軸索の生存にも重要な役割を果たす。髄鞘の形成

構造解析では，多くの成果をあげている。また，導電性や異常が及ぼす形態学的・機能的変化とそのメカニズム，

樹脂を生物観察に応用するなど，SBEM の応用に資する

そしてそれらの制御を行うことによる治療的意義を明

技術開発を行っており，神経系だけでなく，腎臓や血管，らかにしたいと考えている。特に，細胞の中で多くの役

ヒト病理組織などを対象として，国内外の多くの研究者

割をもつミトコンドリアの動態異常は，様々な疾患の病との共同研究も行っている。

態生理に深く関わっている。髄鞘の形成や異常におけるミトコンドリアの関与の解明とその制御技術の開発を

本研究部門の研究で特に注目しているのは，神経系を目指して研究を進めている。

構成する様々な細胞の相互作用である。神経軸索の周囲に形成される髄鞘は，神経伝導速度を向上させるだけで髄鞘形成・機能・疾患の構造化と制御
大野伸彦
髄鞘の病的な喪失や構造制御は様々な疾患に関連し，髄鞘を形成する軸索群の径とその形成される髄鞘の厚環境などによる髄鞘の可塑的な形成・修飾は，学習や社

みに偏りがみられた。一方で，脳梁の列状に並ぶオリゴ

会行動に影響する。したがって，髄鞘の形成や異常に関

デンドロサイトと散在するオリゴデンドロサイトの間

わる機序の理解は脳機能の解明に重要である。本研究ででは形態的特徴に有意な違いは見られなかった。これまは，脳白質のオリゴデンドロサイトとその形成する髄鞘での結果から，異なる分布を示すオリゴデンドロサイトの 3 次元微細構造を，SBEM を用いて検討している。この構造的特徴が明らかになり，オリゴデンドロサイト毎

れまでの結果から，マウスの脳梁のオリゴデンドロサイに髄鞘を形成する軸索の選択性，また形成する髄鞘の厚トは明瞭な極性を有し，また各オリゴデンドロサイトがみの細胞単位での調節が示唆されている。

脱髄病変の解析効率の向上を目指した技術開発
大野伸彦
実験動物などによる脱髄モデルでは，脱髄領域を採取

性期に坐骨神経に脱髄病変に一致した赤色の領域が目し，解析する必要があるが，脱髄部位の確認には組織切視で観察され，その後の再髄鞘化において徐々に標識が片の観察が必要であることが多く，未標識の脱髄部位の減弱した。実際，標識坐骨神経の電子顕微鏡観察では，みを摘出することは困難であった。そこで，脱髄病変の標識部位に脱髄と貪食されたミエリン残渣が確認され，解析効率を高める技術開発の中で，中枢神経系の脱髄領

Neutral red は脱髄領域のマクロファージとシュワン細胞域の標識法である Neutral red による染色法を末梢神経にに局在した。本手法により，末梢神経組織中の脱髄病変応用し，末梢神経系の脱髄病変を検出できる技術の開発を肉眼的に同定し，病変組織の効率的な解析が可能になを目指した。その結果，リゾレシチン投与による脱髄急ると期待される。

31

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

基盤神経科学研究領域
生体恒常性発達研究部門【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レスト研究の分担研究を遂行している。前者は，豊橋技

た機能的神経回路に起こる再編成のメカニズムを回術工科大学・澤田和明教授が開発したイオンイメージン

路レベルで解明することを主な目標に研究をしている。

グセンサーのマウス生体脳内埋め込み技術の構築と脳そのため，3 つのサブテーマについて研究を進めている。

活動の記録技術の構築を進めている。。また，後者は脳

1)フェムト秒パスルレーザーを用いた多光子励起法を内の神経細胞・グリア細胞の光による高精度の 4 次元時利用して，マウス脳内微細構造と細胞活動の可視化技術

空間制御の技術の構築についてクレスト事業の分担（代の確立および技術向上をおこなった。これらの技術を利

表：和氣弘明教授・名古屋大学医学系研究科）として 2017

用して，発達期や障害における大脳皮質神経回路の変化

年度から参画している。

を検討するために，シナプスの長期変化の観察およびそ新学術領域・研究支援基盤形成事業・先端バイオイメの制御機構の解明，特に各種グリア細胞の関与についてージングに分担（2 光子顕微鏡を用いた生体イメージン検討を行っている。

グ支援）として 2016 年度から参画している。

2) 新規イメージングおよび操作技術の構築を JST・ク

In Vivo 多光子顕微鏡を用いた大脳皮質神経回路再編機構の解析
堀内浩，揚妻正和，Dennis Chung，和氣弘明（名古屋大学・医学研究科），鍋倉淳一

脳内免疫細胞であるミクログリアの生体内での機能

る動的な活動が存在することを見出した。さらに，突起評価をおこなうため，2 光子励起顕微鏡を用いてグリアを起源とする動的なイベントの拡散方向を定量的に算細胞と神経細胞や脳内微小血管との相互作用の生体脳

出することで，情報伝達の方向性，速度，範囲を定量的

内観察を行った。今年度は，高確率で精神・神経症状をに読み出すことに成功した。興味深いことに，分岐点に併発する全身性免疫疾患である全身性エリトマーシス

おいて精密に情報伝達が制御されている所見を得た。現のモデルマウスを用いて，脳内微小血管とミクログリア

在，ミクログリア周囲の神経細胞をはじめとした活動変連関を検討した。

化がこれらの時空間的な活動の性質に与える影響を検証している。

ミクログリアに関しては，同細胞内におけるカルシウ
ム動態の時空間的解析を行っている。活動イベントを個

また，記憶・情動時における Prefrontal Cortex における別に抽出・定量することで，ミクログリアの機能活動に神経回路活動の変化について，計算論手法を用いた解析はその場に留まる静的な活動と方向性をもって拡散すも行っている。

慢性疼痛モデルマウスにおける大脳皮質神経回路再編
竹田育子，小泉修一（山梨大学医学研究科），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光子顕微鏡や電気生理学的アプローチを駆使して行32

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

用いてアストロサイトを活性化し，さらに障害末梢神経った。
末梢感覚神経の部分傷害後に末梢感覚神経の過剰活

活動のブロックを組み合わせると，長期に痛覚過敏が除動と痛覚過敏が持続する。痛覚過敏形成時に限定して，去されることが行動実験で確認された。さらに，臨床応

大脳皮質錐体細胞のシナプスの新生・消失が更新し，そ用を目指して，慢性痛覚モデルマウスに経頭蓋電気刺激の後ターンオーバー率は傷害前の値に戻るが感覚過敏によるアストロサイト活性化と障害末梢神経への局所は長期にわたり持続する。慢性疼痛時には，大脳皮質感

麻酔薬投与によっても，痛覚過敏が長期的に除去される覚野細胞の活動の増強が観察された。これらから，慢性ことが判明した。その脳内メカニズムの解明のため，マ疼痛時における大脳皮質感覚野における回路再編によウス大脳皮質一次体性感覚野におけるシナプスの変化

る過剰応答回路の形成が持続する慢性疼痛発症の一因の長期観察を行った。その結果，末梢神経損傷後，痛覚である可能性が示唆される。さらに，大脳皮質神経回路

過敏発症時に形成されたシナプスが有意に消失するが再編時には，アストロサイトにおける５型代謝型グルタ判明した。この結果から，過剰痛覚関連回路に回路再編

ミン酸受容体の再発現によりその活動が亢進しているが起こり，痛覚過敏が除去される可能性が示唆され，研ことが判明した。これらの知見に基づいて，慢性疼痛の究を継続している。そのメカニズムとして，アストロサ

慢性期（維持期）にアストロサイトを再活性化し，神経

イト活性化の下流にミクログリアの活性化が関与して回路の可塑性を再度更新させ，異常痛覚を除去する試みいることが判明し，現在シグナルの探索を行っている。

を開始した。

慢性疼痛持続期に DREADD システムを

感覚情報処理回路の発達およびその制御機構の解明
鳴島円

しており，シナプス伝達の修飾物質の効果の比較や発達発達期における視覚関連神経回路の再編とそれによ期の感覚経験が与える影響の解明を目指している。

る行動変化の解明を目的として，敵対視覚情報に対する防衛行動である逃避行動とフリージングの切り替えメ

また昨年度より，学術変革領域（A）脳の若返りによるカニズムに着目した実験系を確立した。現在，発達期の生涯可塑性誘導－iPlasticity－臨界期機構の解明と操作

視覚情報の有無が与える影響を解明するための行動実（臨界期生物学）に参画し，視覚系視床（外側膝状体）

験と，同行動との関連が報告されている上丘において，の視覚経験依存的なシナプス結合パタン維持機構におシナプス特性の電気生理学的解析を行っている。電気生

けるグリア細胞の役割を解明するための研究を開始し理学的実験では，光遺伝学的手法を用いることで網膜また。

たは大脳皮質由来入力を選択的に刺激することに成功

イオンイメージングセンサの脳内埋め込み技術の構築
堀内浩，石田順子，鍋倉淳一

JST・戦略的創造研究推進事業（代表：豊橋技術科学大

どの予備結果が得られつつある。また，癲癇様の電気活学：澤田和明教授，非標識神経伝達物質イメージングセ

動の発生と脳内 pH の変化（低下）が同期していること

ンサーによる細胞活動可視化システム構築と脳機能のを見出した。さらに，この pH 変化にはアストロサイト

時空間解析）の分担研究として，豊橋技術大学で開発しが関連している可能性を示唆する予備実験結果を得てたイオンイメージングセンサの脳内埋め込み技術の構おり，癲癇発症予防法の開発に向けた基礎情報を今後積築を行っており，大脳皮質内における pH の不均一性なみ重ねていく予定である。さらに，自由行動下における33

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

計測を可能とするため，小型軽量化・参照電極内蔵化を行いつつ，個体の行動や脳機能に伴うイオン計測を進め進めており，実際に動物の行動中の細胞外イオン計測がていく。

可能なレベルまで到達した。今後は，さらなる最適化を

視覚情報処理研究部門【概要】
脳機能の発現に必要な神経回路は，胎生期から生後間

ナプス可塑性と視覚反応可塑性メカニズム，３）シナプもない時期に遺伝的プログラムにより大まかに形成さスの結合特異性とその発達メカニズムの解析を行ってれ，その後，経験や学習に依存して柔軟に再構築される。

いる。本年度は，覚醒マウスの大脳皮質一次視覚野から

このプロセスを経て，生まれ育った環境に適した機能が２光子励起カルシウムイメージングを行い，視覚野の一獲得される。視覚情報処理研究部門では，大脳皮質の情番深い層にある興奮性サブプレートニューロンおよび報処理の基盤となる神経回路の動作特性やその発達・可一酸化窒素合成酵素を発現する抑制性ニューロンサブ

塑性メカニズムを明らかにすることを目指して研究をタイプの視覚反応特性の解析を進めた。また，脳スライ行っている。具体的には，ラットやマウスの大脳皮質をス標本を用いた神経結合発達の解析を実施している。以

対象として，１）大脳皮質一次視覚野と中心とした神経下に本年度に行った研究内容の中で，3 テーマについて

回路特性と視覚反応の対応関係，２）発達期視覚野のシの要約を記載する。

発達期マウス一次視覚野 6b 層ニューロンの視覚応答選択性
米田泰輔，林

健二，吉村由美子

サブプレートニューロンは生後発生の初期におけるよって，機能計測を行なったニューロンの多くがサブプ

神経回路形成の基盤となる。その多くは細胞死によってレートニューロンのマーカー遺伝子を発現することが消失するが，一部は大脳皮質の最深層である 6b 層に残示された。成熟マウスにおける以前の報告と一致して，る。生後脳におけるサブプレートニューロンの機能を検

6b 層のニューロンは低い方向選択性を示した。また 6b証するために，2 光子カルシウムイメージングを用いて，層ニューロンは低い空間周波数選択性を示し，両眼の応発達期マウス一次視覚野 6b 層のニューロンの視覚応答

答選択性がミスマッチしていた。
これらの結果は，生後に残るサブプレートニューロン

選択性を評価した。

が大脳皮質の情報処理を担うことを示唆する。

イメージングと組織透明化法を組み合わせることに一酸化窒素合成酵素（NOS1）を発現する抑制性ニューロンの視覚反応性
林健二，吉村由美子

大脳皮質には多くの抑制性ニューロンサブタイプが（NOS1）を発現する抑制性ニューロン (NOS1 陽性細胞)存在する。各細胞サブタイプを蛍光標識する遺伝子改変

は，細胞内シグナル伝達物質である一酸化窒素を神経活マウスが開発され，それぞれのサブタイプの感覚応答性

動依存的に放出するユニークな特性を示すが，in vivo 大や機能が特徴づけられている。一酸化窒素合成酵素

脳皮質での機能はほぼ未解明である。そこで，我々は34

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

NOS1-IRES-Cre マウスを用いて NOS1 陽性細胞を蛍光標性細胞は視覚刺激に応答すること，他の抑制性細胞と同識したマウス大脳皮質一次視覚野に jGCaMP7f を用いた

様に視覚刺激に対して幅広い応答を示すことを明らか

in vivo カルシウムイメージングを適用し，NOS1 陽性細にした。今後はこの細胞から放出される NO の機能につ胞の視覚反応を解析した。その結果，NOS1 陽性の抑制

いて検討する予定である。

マウス一次視覚野 2/3 層における Fast spiking 抑制性細胞－錐体細胞間結合の発達
山本真理子，吉村由美子
大脳皮質の主要な抑制性細胞である Fast-spiking 細胞

開眼 1 週間後には，開眼 1～2 日後と比較して興奮性（FS）と錐体細胞（Pyr）間の神経結合の発達過程を明ら結合が減弱し，双方向性結合ペア選択的な増強は見られかにするため，異なる発達段階のマウス一次視覚野切片なかった。一方，抑制性結合においては，双方向性結合

標本において 2/3 層の FS と Pyr のペアから同時ホール

ペア選択的な増強がみられた。
以上から，FS-Pyr 間の双方向性結合ペア選択的な結合セル記録により解析した。
開眼 1～2 日後では，開眼前や開眼時と比較し，Pyr→

増強は，興奮性結合では開眼 1-2 日後に一過的に，抑制

FS の興奮性結合および FS→Pyr の抑制性結合の結合確性結合では開眼 1 週間後に，異なる時期におこることが率と結合強度の増加が観察された。また興奮性結合の増明らかとなった。

強は，双方向に結合する細胞ペア選択的に見られた。

バイオフォトニクス研究部門【概要】
本研究部門は，先端的な光レーザー技術を駆使した独多点走査型二光子顕微鏡を開発し，マウス脳の高速体積

自の光イメージング法の開発を通じ，生理機能の創発原

イメージング，アストログリア細胞の Ca2+ 動態などの線

理やその分子基盤の理解を目指している。特に，レーザ

虫の母胎中での初期胚の動態，植物細胞の細胞分裂関係

ー科学技術，ナノ材料科学，画像解析技術を用いて，非における細胞内小器官等の再構成，植物細胞の染色体数

線形光学や二光子励起過程による非侵襲的な超深部広の評価など共同研究に供している。また新規蛍光プロー

範囲のイメージング，超解像イメージングを実現し，中ブの開発，評価についても計画研究を通じて実施してい枢神経系の生理機能や生体リズムの研究を推進している。

る。

また，生体リズム研究においては，長期蛍光イメージ

特に，二光子顕微鏡の超解像化については，新規光技

ングシステムにおける概日リズムの細胞生理学的基盤

術や画像解析技術を用いて樹状突起スパインの in vivo 超について研究を進めると共に，新たに小型顕微鏡や蛍光

解像イメージングの実現を目指し，研究開発を推進した。

ファイバーフォトメトリー技術を導入することで，冬眠

新規超薄膜を用いた超広視野イメージングの研究開発

時の脳深部における神経活動や代謝の可視化解析を実も推進した。また共同研究を介して新たに計算補償光学

施している。

技術に新たに着手した。また，高速 3 次元イメージング

35

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

概日リズム，グルコース代謝，冬眠を制御する神経細胞~回路の光イメージング解析
榎木亮介，廣
金

蒼太，李

明亮，張

菁圃，根本知己

尚宏（名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所）
山口良文 (北海道大学 低温科学研究所)
戸田知得（北海道大学大学院獣医学研究院・獣医学部）
江川潔（北海道大学大学院 医学研究科）

哺乳類の概日リズムの中枢は，視床下部領域にある視交

れまでに, 山手キャンパス建物内に冬眠実験室を設置し，

叉上核に局在する｡視交叉上核は約２万個の神経細胞とそ

シリアンハムスターの冬眠誘導実験を開始した｡名古屋大

れを取り巻くグリア細胞から構成され，ネットワーク全体

学の金特任講師との共同研究では,概日リズムの温度補償としては正確でロバストな概日リズムを示すと考えられ性機構に細胞内カルシウムイオンが関与することを見いている。私たちはこれまでに長期間光イメージング計測法

だした（Kon N et al. Science Advances, 2021）｡さらに，視を確立し，視交叉上核の神経細胞における細胞内カルシウ

交叉上核における低温リズム発振のメカニズムを探索す

ムや膜電位の概日リズムを報告してきた。現在は，北海道る目的で，様々な低温環境下でタイムラプス観察を可能と大学の江川助教との共同研究による GABA 作動性細胞でする顕微鏡を構築し，金特任講師および北海道大学の山口構成される視交叉上核神経細胞のクロライドイオンの可教授との共同研究により，マウスおよびハムスターにおけ視化解析や，細胞内小器官内のカルシウムリズムの可視化

る概日リズムの可視化研究が進行中である。また北海道大

解析の研究プロジェクトが進行中である｡また，学術変革

学の戸田助教との共同研究により，冬眠様状態の動物にお領域（B）｢冬眠生物学｣の採択をうけて，低温環境下におけるグルコース代謝の解析が進行中である｡

ける概日リズム発振メカニズムの研究に着手している｡こ先端光技術を駆使した二光子高速超解像イメージング法の研究
石井宏和，大友康平，坂本丞，堤元佐，榎木亮介，根本知己

横山弘之（東北大学 未来科学技術共同研究センター）
佐藤俊一，小澤祐市（東北大学 多元物質科学研究所）
田辺綾乃，栗原誠，橋本信幸（シチズン時計 ㈱ ）本研究では，生体深部をサブ細胞スケールで観察でき法の確立を行った（原著論文投稿中）。また緑色蛍光プ

る二光子励起顕微鏡法を応用し，神経科学をはじめとしローブの超解像観察を念頭においた新規パルスレーザ

た広範な研究分野の発展に資する高速超解像 in vivo 3D

ー光源系の開発を進めた。さらに，焦点面（xy 面）だけ

イメージング法の実現を目的とする。我々は東北大学

でなく，深さ方向（z 方向）に対しても高い空間分解能を横山教授，佐藤教授，小澤准教授らと共同研究を行い，与えることで，空間的に等方な超解像 3D イメージング

これまでに半導体制御による超短パルスレーザー光の法の実現に向けた技術開発を進めた。一方，生体深部の発生，透過型液晶素子を用いた光波面補正といった独自

in vivo イメージングにおいて，広範囲の３次元空間を高の光学技術を開発・統合した超解像二光子励起誘導放出

い時間分解能で可視化することは困難である。そこで，制御（STED）顕微鏡を開発してきた。これにより，従来

二光子励起発生領域が軸性方向に広がった光ニードルの二光子顕微鏡に比べて約 5 倍，70 nm の空間分解能をを作成して高速走査する事で，高速 3D イメージング法達成した。本年度は，更なる空間分解能の向上を目指し，を可能とする技術開発を進めた（Chang et al., Sci. Rep.

飛翔時間計測型のサブナノ秒ゲート高感度蛍光検出器2022）。以上の成果の一部に関して解説を公刊した（Ishii,の導入 によるパルス式二光子励起ゲート STED 顕微鏡

Otomo et al., Neurosci. Res. 2022）。

36

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

画像解析による新規超解像法 SRRF の二光子イメージングへの適用
堤元佐，髙橋泰伽，根本知己

小林健太郎（北海道大学 電子科学研究所）
Super Resolution Radial Fluctuation (SRRF) 法は，2016 年て国内有数の知見を得てきた。現在，我々は生体深部超にイギリスの研究グループによって発表された，画像解

解像観察の実現に向けて，二光子顕微鏡法への SRRF 適

析 に よ る 新 規 超 解 像 法 で あ る （ Gustafsson et al. Nat.

用（TP-SRRF）の検証を進めている。本年度までに二光Commun. 2016, 17, 12471）。蛍光分子局在化法を基にし子顕微鏡での SRRF 適用条件の最適化を行い，マウス固ており，連続取得画像中の蛍光強度の空間・時間相関を定脳スライス及び生体脳観察で TP-SRRF による空間分

解析することで，蛍光ピーク位置を決定する。画像解析

解能の顕著な改善を実証した（原著論文執筆中）。本研による手法であることから，既存の蛍光顕微鏡法に容易

究成果について，堤らが 2021 年 9 月に日本バイオイメに適用できることが特長である。我々はこれまでに落射ージング学会にて発表し，同会にてベストイメージング

蛍光顕微鏡，共焦点顕微鏡など種々の市販蛍光顕微鏡に賞（優秀発表賞）を受賞した。

おける SRRF 法の適用条件の検証を行い，本手法に関し

二光子スピニングディスク共焦点顕微鏡の技術開発と生物学応用
大友康平，中田開人，安宅光倫，堤元佐，石井宏和，榎木亮介，根本知己

村田隆，長谷部光泰（基礎生物学研究所）
中村咲耶，泉正範（理化学研究所）

上原亮太（北海道大学 大学院 生命科学院）
木村暁（国立遺伝学研究所）

木村幸太郎（名古屋市立大学大学院 理学研究科）
渡辺実咲，関本弘之（日本女子大学大学院 理学研究科）
中山博史（横河電機 ㈱ ）
我々はこれまでにスピニングディスク共焦点スキャ

究・共同利用を通じ，線虫，ゼブラフィッシュ，シロイ

ナを用いた高速二光子顕微鏡システムの開発に取り組

ヌナズナ，マウス，ミカヅキモ等の様々な生体試料中のんできた。二光子蛍光を観察する際，その励起領域は対微細形態の三次元動態観察に供されている。特に本年度物レンズの集光スポットに限局されるため，検出器に共は，複数励起光の高速切換照射，分光検出光学系，取得

焦点ピンホールを前置せずとも光学断層像を取得する

データへの線形スペクトル分離法の適用による高速多ことが可能である。一方で本システムは，ニポウディス

チャンネル観察を実現した。本法を哺乳類および植物培クに配したピンホールを通過した蛍光のみを二次元検

養細胞に適用し，細胞分裂の多色三次元タイムラプス観

出器に結像する。共焦点効果は二光子顕微鏡像にも有効察を行った。その結果，正常な細胞分裂を止めること無であり，構築システムは通常の二光子顕微鏡より 3 割

く，個々の細胞内小器官の三次元的な挙動を可視化する

程度高い光軸方向分解能を実現する。本特徴は三次元イことに成功した (K. Kamada, et al., Sci. Rep. 2022)。

メージングにおいて有用性を発揮することから，共同研

37生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

高分子超薄膜のマウス脳 in vivo イメージング応用
髙橋泰伽，大友康平，石井宏和，根本知己
揚妻正和，鍋倉淳一（生理学研究所 生体恒常性発達研究部門）
岡村陽介（東海大学 工学部 応用化学科）
二光子顕微鏡により，生きたままのマウス脳深部の観

ジングへの応用を行ってきた（Zhang H et al., PLoS ONE

察を行う場合には，不透明な頭蓋骨を透明で平坦なカバ

2020, Takahashi T et al., iScience, 2020）。本年度は，高分

ーガラスに置き換える手術が広く用いられる。しかし，

子超薄膜を活用した広範囲観察窓作成法について解説

観察領域が広いほど手術の難易度は高くなるため，従来を刊行した（Takahashi T et al., STAR Protocols, 2021）。

は狭い領域のみを観察する研究手法が一般的であり，多現在は，高分子超薄膜と光硬化性ポリマーを併用した観くの細胞を観察することは困難であった。これに対して，察窓作成法の実証を進めており，これまでに従来の手法

我々は“どこにでも貼れる”というユニークな性質を有では困難であった覚醒下マウスの長期イメージングにする高分子超薄膜を活用して，マウス脳の in vivo イメー

成功している。

二光子顕微鏡による生体組織の深部可視化に向けた計算補償光学技術の開発
髙橋泰伽，大友康平，根本知己
松田厚志（情報通信研究機構 未来 ICT 研究所）
二光子顕微鏡を用いて生体脳組織の深部を観察する

た三次元画像のみから光学収差を推定・補正する手法の上では，試料に由来する光学収差により理想的な結像か開発を行っている（特願：2022-132546）。現在までに，らのズレが生じ，観察の妨げとなる。我々はこれまでに，

蛍光ビーズおよび生きたままのマウス脳の神経細胞の独自の透過型液晶技術や空間光位相変調器を活用した

二光子イメージング像に本手法を応用し，シグナルノイ

補償光学法を開発し，二光子顕微鏡観察時の球面収差，

ズ比を数十倍にすることに成功している。現在は，カル非点収差，コマ収差の補正を実現してきた。一方，よりシウムイメージングのデータへの応用可能性の検討を

簡便な方法として，光学素子の新規導入なしに，取得し進めている。

深層学習を用いた三次元時系列画像からの細胞自動検出・追跡山口和志，堤元佐，大友康平，根本知己

Wen Chentao，木村幸太郎（名古屋市立大学大学院 理学研究科）
山本啓，青木一洋（生命創成探究センター； 基礎生物学研究所）

山口大輔，高野勇一，雲林院

宏（北海道大学 電子科学研究所）

近年，顕微鏡技術の向上により細胞集団の活動を経時でに両博士らとの共同研究により，ヒト癌由来細胞の三的に観察できるようになった。しかし，多数の細胞の三次元培養サンプル観察への同法適用を試み，二光子顕微次元での検出・追跡自動化は依然として困難であった。

鏡で取得された HeLa 細胞スフェロイドの三次元観察デ

名古屋市立大学・Wen 博士，木村博士らは，細胞検出・ータへの適用で，約 1000 個の細胞を自動検出・追跡し，追跡の双方に深層学習を適用するソフトウェアパイプ

個々の細胞中のシグナル変動を経時的に解析できるこ

ライン「3DeeCellTracker」を開発した。我々は昨年度まとを実証した（Wen et al., eLife, 2021）。本年度は北海道

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

大学 電子科学研究所の研究者との共同研究を開始し，3DeeCellTracker を用いた細胞スフェロイドにおける薬

同所での二光子顕微鏡観察系を共同で立ち上げ，剤投与時の細胞応答評価系を確立した。

アドオン型光ニードル形成デバイスによる生体ボリュームイメージング
大友康平，石井宏和，榎木亮介，根本知己
小澤祐市，佐藤俊一（東北大学 多元物質化学研究所）
張菁圃，山崎美和子，渡辺雅彦（北海道大学大学院 医学研究院）

生体標本における三次元構造と高速ダイナミクスをシステム一式としての市販化はされているものの，価格

捉えるボリュームイメージング法は近年のホットトピ

帯は髙価であり，普及はごく一部にとどまっている。こックである。このうち，U. C. Barkley の Na Ji 博士の研究

こで我々は，リレー光学系の構築を省略して本法を成立グループが報告した長焦点針状集光スポットを用いたさせる大胆かつ簡易的な改変を着想した。具体的には，手法（Lu et al., Nat. Neurosci. 2017）は，生体マウス脳内

通常の顕微鏡には必ず備わっているフィルターキュー

において数十 µm 厚の空間に分布する複数の樹状突起ス

ブ位置にアキシコンレンズ等の複数光学素子を配する

Ca2+

変動を一挙可視化し，神経科学分野に大ことで，本法を実現した。提案手法は 250 µm 厚の培養

きなインパクトを与えた。しかし，本法の達成にはベッ脳スライス中に三次元的に分布する神経細胞の Ca2+ 動

セルビーム波面生成と適切なリレー光学系構築が必要

態を，1 回のレーザー走査で可視化した（Chang et al., Sci.

であり，通常の顕微鏡システムでは実装が困難であった。

Rep. 2022）。

パインの高い二光子吸収断面積値を有する有機蛍光色素の探索
大友康平，石井宏和，渡我部ゆき，根本知己
喬琳（北海道大学大学院 保健科学研究院）
有澤光弘（大阪大学大学院 薬学研究科）
鈴木健之（大阪大学 産業科学研究所）

大半の蛍光バイオイメージング法においては，可視が発見した新規骨格を基に合成した色素が，高い二光化対象を蛍光発色団で標識することが必要である。そ子吸収断面積値を有することを見出した（Avena et al.,のため，蛍光発色団を新規に創成する遺伝学，生物有ACS omega, 2020）。本色素をベースとした様々な類縁機化学，材料科学等の技術貢献は重要である。我々は化合物を合成し，分子構造と二光子吸収断面積値の相

これまでに，二光子顕微鏡や超解像顕微鏡観察に適し関を精査するとともに（原著論文投稿中），実用的なた蛍光発色団について探索を行ってきた。その探索の蛍光量子収率や高い誘導放出効率を両立する色素につ過程で，大阪大学大学院薬学研究科の有澤光弘教授らいてのスクリーニングを実施している。

39

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

多細胞回路動態研究部門【概要】
多細胞回路動態研究部門は，中枢神経系の神経細胞と微鏡による可視化技術に加えて，更に我々が開発したホグリア細胞で成り立つ多細胞回路基盤の高次脳機能に

ログラフィック顕微鏡の生物応用を進め，神経細胞間の対する生理的機能を明らかにすることを目的として，研機能結合やそれを担うトランスクリプトームに着目し究を行っている。そのためにマウスの行動につながる神て，ホログラフィック刺激・計測を用いることで局所神経回路に関与するグリア細胞の生理的機能を検討し，こ経回路の評価に取り組む。

れを病態につなげることを目指す。これまでの 2 光子顕

グリア細胞の生理機能解明
郭中天，進藤麻理子，杉尾翔太，加藤大輔，和氣弘明(a) ミクログリア

年度は運動学習や異種感覚の可塑性におけるミクログ
リアの関与を進めた。

これまで我々はミクログリアが直接シナプスに接触(b) オリゴデンドロサイト

することを見出しており（Wake et al., 2009），P2Y12 シ
グナルにより接触シナプスの機能を変化させ，その活動

我々は活動依存的な髄鞘化とオリゴデンドロサイトの同期性を調節することを報告してきた（Akiyoshi et al.,の機能的反応について 2 光子顕微鏡と電気生理学的手2018, Badimon et al., 2020）。

法を用いて明らかにしてきた（Wake et al., 2011, Wake etal, 2015, Kato et al., 2020）。2021 年度は更にこの細胞応

更に炎症により血液脳関門に誘導され初期に保護的答や分子メカニズムの解析を進めた。

に作用していたミクログリアが，炎症の増悪とともに傷害性に働くことも見出した（Haruwaka et al., 2019）。2021

ホログラフィック顕微鏡の構築
郭中天，進藤麻理子，杉尾翔太，加藤大輔，和氣弘明神経細胞とグリア細胞による回路を時空間的高解像

年度は自閉症や統合失調モデルマウスにおける局所回度で操作するため，ホログラフィック顕微鏡を構築した。

路機能結合の変化を抽出している。今後，このホログラ

この顕微鏡は単一細胞の刺激による局所回路機能結合

フィック顕微鏡の生物応用をさらに推進し，神経回路解の抽出を可能にし，痛みモデルにおいてその機能結合が析に用いる予定である。

変化することを明らかしている（Okada et al., 2021）。202140

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

システム脳科学研究領域
認知行動発達機構研究部門【概要】
社会的認知機能の神経機構の解明を目指し，
ニホンザル

用いた神経回路選択的遮断法を駆使して，推定される神経をモデル動物とするシステム神経生理学実験をおこなっ

回路機能の因果的検証をおこなった。さらに，ヒトの精神・た。当該年において研究対象とした社会的認知機能側面は，神経疾患の解明に資する，社会的認知ゲノミクス研究を推他者との運動同期指向性，他者動作情報に基づく自己動作進した。主な研究成果としては，他者の動作情報の処理にの制御，他者報酬情報に基づく自己報酬の主観的価値評価，

おける上側頭溝中間部領域の役割を明らかにし，PNAS 誌

他者動作情報の文脈依存的処理，顔の生物らしさの知覚でに発表した。また，社会的認知機能研究の最新の知見を踏ある。これらの研究では，対面する二頭の動物が行動タス

まえて社会脳に関する機能仮説を提唱し，複数の総説論文

クを遂行する際に，複数の脳領域から神経活動を記録し，に発表した。各研究テーマにおける当該年の成果は以下の様々な手法を用いて解析した。また，ウイルスベクターをとおりである。

ヒト精神疾患・高次認知機能解明のための霊長類モデル動物の開発
郷
ヒト精神・神経疾患の霊長類モデル動物の開発のために，康広行った結果，10 種類を超える興奮性・抑制性神経細胞のマカクザルおよびマーモセットを対象とした実験的認知サブタイプを同定し，それぞれのサブタイプ特異的マーカ

ゲノミクス研究を行った。2021 年度はマーモセットに注ーを同定した。また，アストロサイト，オリゴデンドロサ

力して解析を行った。1281 遺伝子を対象とし 1832 個体のイト，ミクログリアなどのグリア細胞などに関しても特異多型データ（SNV）を用いて主成分分析（PCA）解析を行的マーカーを同定した。同定した細胞タイプごとに，バルった結果，日本国内に飼育されているマーモセットは主にプロ酸投与マーモセットと定型発達マーモセットの比較

３つの系統に由来することを明らかにした。また，ヒト精を行った結果，バルプロ酸投与マーモセットの興奮性ニュ

神神経疾患関連遺伝子を対象とした遺伝子変異解析を行ーロンでは発現低下，逆に抑制性ニューロンにおいて発現った結果，機能喪失（Loss-of-Function）変異の可能性があ亢進が認められた。また，ヒト自閉症患者脳における 1 細

る遺伝子を 27 遺伝子同定した。

胞発現データとの統合解析を行った結果，細胞タイプごと

また，バルプロ酸投与により作出した自閉症様マーモセに自閉症様マーモセットとヒト自閉症患者において共通

ットにおける 1 細胞遺伝子発現解析を行った。約 7 万細の遺伝子発現動態を示す遺伝子を多数存在し，中でも自閉胞の発現データを用いて遺伝子発現プロファイリングを症関連遺伝子が多数存在していた。

他者との運動同期指向性を指標とした社会性掲載の神経基盤解明
戸松彩花
我々の身体運動は，個体の脳・神経系内のみに閉じてむ身体外の環境から影響を受ける。特にリズミカルな運

おらず，視覚刺激・聴覚刺激・物理的拘束条件などを含

動では，場のリズムへの同調や，動作者同士が互いにリ

41

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

ズムを引き寄せ合う現象（Keller et al. 2014 他多数）が知ると，相手に合わせることに一切の報酬はないにもかかられており，本研究ではこれを同期指向性と呼ぶ。同期

わらず，両者の運動に明らかな同期現象が出現した。こ指向性は，集団・社会の形成に密接にかかわる性質であの同期現象は，視覚情報を遮ると減弱した。このときのるが，その神経実態は未解明である。いかなる神経ネッ

同期の強さは，動物の動画を提示した際に表出したもの

トワークが自己と他者のリズムの違いを検出し，同期すよりもはるかに強く，社会的文脈が強いほど明確な効果

るように仕向けるのだろうか。この疑問に答えるために，があると言える。これらの特徴より，今回観察した現象

ニホンザルをモデル動物として同期指向性を抽出するは，これまでヒトで観察されてきた現象と相同であるとための課題開発に注力してきた。セルフペースの片手往いえる。今後はこの運動課題遂行中の運動前野および補復運動を，指示に従い「速く」もしくは「遅く」行うよ

足運動野より神経活動の記録を重ね，各脳領域の関与にう訓練したニホンザル二頭を向かい合わせて配置し，互ついて検討する。

いに相手の運動を観察しながら課題運動を行わせた。す遺伝子変異個体を対象とした自己と他者の動作情報処理の神経機構の解析
二宮太平，則武厚，磯田昌岐示唆する結果である。現在，当該研究をまとめた原著論

前年度に引き続き，神経発達障害関連遺伝子に機能喪文を専門誌に投稿中である。

失型変異があるサルを対象とした，自他の動作情報処理の神経機構に関する研究をおこなった。社会的認知機能

また，前年度後半より開発を開始した映像編集・提示を担うミラーシステムの中核をなす腹側運動前野の神技術を用いた統御性の高い実験系が完成し，社会脳ネッ

経活動解析をおこない，正常個体と比較して，ミラーニ

トワークの機能仮説検証に向けた実験に着手した。当該

ューロンの数が減少していること，さらに mu 波抑制が実験系を用いた行動課題のトレーニングがほぼ完了しほぼ消失していることを明らかにした。遺伝子変異個体ており，腹側運動前野および内側前頭前野を対象としたにおいて，ミラーシステムの機能に異常がある可能性を電気生理学的実験にむけた準備をおこなっている。

社会的コンテキストにおける報酬情報処理の神経機構
則武

厚，二宮太平，磯田昌岐

本年度はこれまで我々が明らかにしてきた，内側前頭区別するものの，他者の報酬確率を区別しなくなった。

前野（MPFC）から視床下部外側野（LH）の神経情報の一方で，DCZ の代わりに生理食塩水を注入した統制条件

流れが，社会的コンテキストにおける他者の報酬情報処では，自己と他者の報酬確率が区別されていた。また，理に重要であるかを，DREADD 法を用いて検証した。具

DCZ 注入前後の MPFC および LH の両脳部位から神経活

体的には，社会的条件づけをおこなったサル一頭に対し，動の同時記録をおこなった。今後，記録した神経活動の二種類のウイルスベクターを使用する二重感染法を用解析を進め，この神経経路における自他の報酬情報処理

い，DCZ 注入によって MPFC から LH へ投射する神経経

内容を明らかにする予定である。さらに，もう一頭のサ路の活動を選択的に遮断した。その後，期待行動である

ルにも同様の手法を用い，本実験結果の検証をおこなう

リッキングの頻度を測定したところ，自己の報酬確率は予定である。

42

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

他者への報酬は脳内でどのように処理されるのか
植松明子，磯田昌岐
我々は，他者の利益を自らの喜びとすることもあれば，キストで，他者に報酬を与えるか，あるいは与えないか

それを妬みの対象とすることもある。他者の利益は，前を判断させるタスクを開発した。タスク遂行中の神経活

者では快刺激であり，後者では不快刺激である。同じ「他動を，大脳皮質および皮質下の諸領域から計測すること者の利益」に対して，なぜこのような正反対の情動が生で，他者の報酬に対する各領域の神経活動の変化や，領じるのだろうか。この疑問を明らかにするためには，自域間での神経情報流を詳しく解析することを目指して

己の脳内で，他者の利益がどのように処理されるのかを，いる。
現在，前頭葉内側部ならびに皮質下領域で，他者の報

特にそのコンテキスト依存性に着目して明らかにする

酬に関連した神経活動が記録できている。今後，さらに必要がある。

データを集めるとともに解析を進める。

実験では，対面した２頭のサルに対し，様々なコンテ

生体システム研究部門【概要】
らには病態を基礎とした治療法を探ることを目的とし私達を含め動物は，日常生活において周りの状況に応ている。

じて最適な行動を選択し，あるいは自らの意志によって四肢を自由に動かすことにより様々な目的を達成してそのために，①大脳基底核を巡る線維連絡やその様式いる。このような随意運動を制御している脳の領域は，を調べる，②運動課題遂行中の動物から神経活動の記録

大脳皮質運動野と，その活動を支えている大脳基底核とを行う。薬物注入による経路の一時的ブロックや光遺伝

小脳である。逆にこれらの領域が機能不全に陥ると，パ学，化学遺伝学などの手法も併用する，③大脳基底核疾ーキンソン病やジストニア，ジスキネジアに見られるよ患を中心とした疾患モデル動物からの記録を行う，④こ

うに，随意運動が著しく障害される。本研究部門においのような疾患モデル動物に様々な治療法を加え，症状とては，げっ歯類，霊長類（マーモセット，ニホンザル）

神経活動の相関を調べる，⑤様々な遺伝子改変動物の神を用いて，大脳基底核を中心に，このような随意運動の経活動を記録することにより，遺伝子・神経活動・行動

脳内メカニズムおよびそれらが障害された際の病態，さとの関係を調べることを行っている。

大脳基底核における上肢運動 Stop 課題遂行中の活動調節
畑中伸彦，南部篤

視床下核は大脳皮質から入力を受ける大脳基底核のる視床下核の活動が報告されているが，前頭前皮質や辺入力核の一つであり，同時に淡蒼球外節から入力を受け縁皮質から入力を受ける視床下核領域の報告のみで，実る中継核でもあるという，非常に複雑な回路を構成して際の運動に関わっている背側部の視床下核ニューロンいる。また，視床下核は大脳基底核の出力核である淡蒼の報告はなかった。われわれは運動皮質に刺激電極を慢

球内節ニューロンへグルタミン酸作動性の強い興奮性

性的に埋め込み，情報の流れを確認して視床下核ニュー入力を送っている。そのため視床下核の活動は大脳基底ロンの活動を記録した。その結果一次運動野や補足運動

核の活動に大きな影響を与えると考えられている。これ

野から入力を受ける視床下核のニューロンには，Stop 課

まで運動開始直前に運動を停止させる Stop 課題に関す

題に応じて活動を変化させるグループがあることが解43

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域った。2021 年度はこれまで記録したデータを解析し論文にまとめた。

喪失四肢の脳内表現
Pimpimon Nondhalee，畑中伸彦，南部篤

大脳皮質の一次運動野（MI）や一次体性感覚野（SI）

および SMA に対して皮質内微小刺激法を用いて電気生には，明確な四肢や体幹の体部位再現がある。これまで，理学的にマッピングを行った。その結果，MI では低閾値動物の四肢がアクシデントにより喪失した場合，MI やで運動が誘発されるコア領域が喪失側で小さくなって

SI の喪失された四肢の体部位再現領域では可塑的な変おり，同様に SMA でも喪失部の体部位再現領域が縮小化が生じる可能性が示唆されているが，再現領域の大きしていた。一方で SI ではその様な明確な縮小は見られなさには差がないとされてきた。しかし，それらの研究はかった。2021 年度は大脳皮質微小刺激法で誘発された健全身麻酔下で行われたもので，覚醒下での研究例はなか常側および喪失側の筋電図を記録し解析した。その結果，った。また，補足運動野（SMA）においては先行研究が喪失側では刺激に対して誘発される筋活動の大きさがなく不明であった。これまで，われわれは若年時に片腕健常側に比べ小さいこと，潜時には影響がないことがわ

を事故により喪失した 2 頭の成年期ニホンザルの MI，SI

かった。

パーキンソン病モデルサルにおける小脳活動の変化
知見聡美，Waranan Wongmassang，長谷川

拓，南部

篤

パーキンソン病 (PD) では，中脳ドーパミン作動性神経強く疑われる。本研究ではドーパミン神経毒を投与して作細胞が変性・脱落することによって大脳基底核が変調をき製した PD モデルサルにおいて，小脳出力部である歯状核

たし，運動障害が生じる。小脳は大脳基底核とともに運動の神経活動を記録した。大脳皮質運動野に電気刺激を加え制御において重要な役割を果たす高次中枢であり，大脳基て応答を記録すると，健常サルでは「抑制－興奮」という底核との間で相互連絡を持つことが，解剖学的研究によっ応答様式が観察されるが，PD サルにおいては，抑制に続て明らかにされている。また，PD の主要な症状の 1 つでく興奮が著しく増強された異常な応答様式が多く観察さある振戦に関係する神経活動は小脳から入力を受ける視れた。このことから，小脳の異常活動も PD の症状発現に床核 Vim を破壊すると改善することから，小脳の関与が関与している可能性が示唆された。

抗パーキンソン病薬が L-DOPA 誘発性ジスキネジアに与える行動学的影響
佐野裕美，南部篤

ゾニサミドは抗てんかん薬として使用されてきた薬

発性ジスキネジアを軽減させる可能性が指摘されてお剤であり，現在では抗パーキンソン病薬としても認可さり，L-DOPA 誘発性ジスキネジアに対するゾニサミドのれている。パーキンソン病の治療では，ドパミンの前駆効果を検証するため，パーキンソン病モデルマウスに L-体である L-DOPA が使用されるが，長期間服用すると L-

DOPA あるいは L-DOPA とゾニサミドを投与し，L-DOPA

DOPA 誘発性ジスキネジアと呼ばれる不随意運動が誘発

誘発性ジスキネジアに与える影響を観察した。その結果，される。臨床での研究から，ゾニサミドには L-DOPA 誘

ゾニサミドはジスキネジアの症状を増悪させないが，ジ44

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

スキネジアが出現している時間を投与量依存的に延長させること無く，L-DOPA が効果的に作用する時間を延させることが明らかとなった。これらの結果から，ゾニ

長させることが期待できる。

サミドの投与量を調節することで，ジスキネジアを増悪

ジストニア様症状を示す変異マウスの筋活動の解析
佐野裕美，吉岡望（新潟大学），知見聡美，竹林浩秀（新潟大学），南部篤

Dystonin（Dst, ジストニン）はマウスの遺伝性ジスト

持続的な筋収縮や伸筋と屈筋の同時収縮が挙げられる。

ニアの原因遺伝子である。神経堤細胞から分化した細胞，

そこで，このマウスの筋電図を上肢と下肢から記録した

すなわち末梢神経のみで Dst を欠損する Wnt1-Cre::Dst

が，ジストニアに特徴的な伸筋と屈筋の同時収縮などは

cKO マウスは，歩行時の体幹捻転など典型的なジストニ

認められなかった。これらのことから末梢神経におけるアの表現型を示さないが，下肢で捻転運動様の異常な運

Dst 欠損はジストニア症状に関与していないことが示唆

動が認められた。ジストニアに特徴的な筋活動として，された。

ドパミン D2 受容体拮抗薬が大脳基底核の神経活動に及ぼす影響の解析
佐野裕美，阿部欣史（慶應義塾大学），田中謙二（慶應義塾大学），南部

篤

ドパミン D2 受容体拮抗薬のハロペリドールは抗精神から線条体への入力を模倣するように大脳皮質運動野病薬として使用されており，長期間使用すると遅発性ジを電気刺激したときの応答を淡蒼球外節で記録した。正スキネジアと呼ばれる口腔領域の不随意運動を誘発す

常なマウスでは興奮−抑制−興奮という三相性の応答をる。遅発性ジスキネジアの病態生理学的変化を解析する

示すが，ハロマンスを投与したマウスでは，遅い興奮のため，ハロペリドール（ハロマンス）をマウスに筋注し持続時間が有意に延長していた。遅い興奮は大脳皮質−て遅発性ジスキネジアを誘発し，D2 受容体が豊富に発現

線条体−淡蒼球外節−視床下核−淡蒼球外節を介する応答

する線条体−淡蒼球ニューロンの投射先である淡蒼球外であると考えられていることから，ハロマンス投与によ節において神経活動を記録した。その結果，自発発火頻り線条体−淡蒼球外節−視床下核−淡蒼球外節を介する神度には影響が認められなかった。そこで次に，大脳皮質

経伝達が増強していることが示唆された。

マーモセット前頭皮質の機能マッピング
纐纈大輔，南部篤

小型の霊長類動物であるマーモセットを用い，前頭連期間を伴う記憶課題である遅延見本合わせ課題を習得

合野の神経生理学的な機能マッピングを行っている。前させた。場所記憶課題，形記憶課題，色記憶課題を行っ

頭連合野のマッピングをするためには，記憶処理過程にたところ，課題の条件によるパフォーマンスの違いが見関わるニューロン活動を記録しなければならず，記憶課られた。現在，記憶課題遂行中のマーモセットの前頭連

題遂行中のマーモセットからニューロン活動を記録す

合野から細胞活動記録と Ca イメージングを行い，前頭る必要がある。そこで，マーモセットにチェアー・トレ

連合野の機能マップを作成している。

ーニングを行なった後に，タッチパネルを用いて，遅延45

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

化学遺伝学的手法を用いたニホンザル視床下核の活動抑制
長谷川拓，知見聡美，小林憲太（ウイルスベクター開発室），南部

篤

大脳基底核の視床下核（STN）の障害により，ヘミバの出力部である淡蒼球内節（GPi）において，上肢運動中

リスムと呼ばれる不随意運動が生じる。一方，STN はパの神経活動を記録したところ，STN の活動を抑制するとーキンソン病における定位脳手術のターゲットであり，発火様式が不規則になった。発火頻度は変化しなかった

破壊や脳深部刺激療法により症状が改善する。本研究でことから，GPi の不規則な発火が異常運動の出現に寄与

は，ニホンザルの STN の神経細胞に抑制性 DREADD ですることが示唆された。すなわち，STN は GPi の活動をある hM4Di を発現させ，Deschclozapine を投与すること安定化させることにより，スムーズな運動を実現していにより，活動を抑制することに成功した。STN の活動をると考えられる。現在，パーキンソン病サルの STN の活抑制すると，反対側の上肢に不随意運動が出現し，到達動を同様の方法で抑制することにより，症状を改善でき運動が不安定になった。STN の投射先であり大脳基底核

るか検討を進めている。

神経ダイナミクス研究部門【概要】
神経ダイナミクス研究部門は脳活動の非線形ダイナ

渉，さらに制御できることが我々のものを含む先行研究

ミクスの脳情報処理機構における機能的役割についてで示されている。さらに当研究部門では，新たに経頭蓋の理解を目標とする。特にヒトの頭皮脳波を計測し,遠隔直流電気刺激を導入し，局所領域の活動の変調により大の脳領域間でみられる脳波の位相同期ネットワークを域的なネットワークダイナミクスの変調が可能か検証定量化し，その柔軟性，ゆらぎ，準安定性に着目した研を進めている。また，脳波で計測可能な瞬時の脳状態依

究プロジェクトを継続的に進行している。また，fMRI 計

存での脳刺激手法の技術開発も行っている。

測，自律神経系計測，さらには，非侵襲脳刺激手法を組

また，特に医療機関との共同研究体制を強化し，計画

み合わせた研究も遂行している。非線形動力学，情報理

共同研究と一般研究を推進した。計画共同研究について論，信号処理理論，複雑ネットワーク解析，統計的機械

は，2021 年度より，「神経活動ダイナミクスの解析によ学習手法，力学系数理モデル等の手法を組み合わせるこる精神・神経疾患の病態解明」が新設され，当研究部門とにより，脳の非線形ダイナミクスの機能的意義についが担当している。
2021 年度の成果の一部を下記に紹介する。

て計算論的観点からの解明を目指している。
これまで，経頭蓋磁気刺激により脳波の振動現象に干神経活動のゆらぎの機能的意義を理解する研究
上原一将，萩原淳，北城圭一本研究ではマクロスケールレベルの神経活動のゆら

記録した頭皮脳波をもとにして算出した脳機能結合のぎ，すなわち，脳機能結合柔軟性に着目し，感覚運動系

ノードダイナミクスを脳機能結合柔軟性とした。結果との柔軟な対応が求められる誤差運動学習中にみられる

して，運動準備期間の脳機能結合柔軟性は若年者と高齢

脳機能結合柔軟性とその機能的意義について研究を進者の間で有意差が認められ，高齢者の方が脳機能結合のめた。さらに加齢の影響についても検討を進めた。健常

柔軟性が高い結果を示した。運動学習能との関係につい若年者と高齢者各 27 名を対象とし，運動学習課題中にては，若年者にみられる能機能結合柔軟性は運動学習保46

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

持能力と関係が認められたのに対して，高齢者では脳機者が有する高い脳機能結合柔軟性は運動学習能に対し能結合柔軟性と運動学習能の関係性が認められず，高齢て貢献できていない可能性が示唆された。

持続的注意機能と脳波の同期ネットワークのゆらぎの HD-tDCS-EEG 同時計測による因果解明
岡崎由香，北城圭一
日常生活において，我々は自在に特定の場所や物体に動の制御機構と注意維持に関して因果的な検証を進め注意を向け，維持することが可能である。しかし柔軟でている。認知機能と脳活動の因果性を示すためには操作あるがゆえに，内的および外的な要因で無意識のうちに的手法が不可欠であるが，HD-tDCS-EEG 同時計測は技注意は絶えず変動し，意識的に注意を一カ所に長時間維術的課題が多く，これまでほとんど行われたことがない。

持することは容易ではない。この背後には脳の局所的な

この手法の確立より，電気刺激による局所領域の変調が活動，あるいは，大域的な振動同期ネットワークが時間可能となり，それが大域的にもたらす変化を多くの脳領とともに変化するゆらぎ特性が関与している可能性が域から同時に記録し，持続的注意と脳ネットワークの関ある。本研究では高精細度経頭蓋直流電気刺激（HD-連の因果的理解が可能となる。

tDCS）と脳波（EEG）の同時計測によってアルファ波振脳波位相同期ネットワークの変化点検知手法の開発
横山寛，北城圭一

脳波の遠隔領域間の位相同期ネットワークは文脈依合の変化点を推定する。数理モデルで妥当性を検証した存的に柔軟に構造変化をしていると考えられる。この脳本提案手法を聴覚課題を行っているときの脳波オープ

機能ネットワークの構造的変化をデータ駆動的に捉えンデータにも適用し，聴覚刺激入力によるネットワーク

るための時系列解析手法の開発を昨年度に引き続いて変化の抽出に成功した。今後は，本提案を応用し，脳波行った。ベイズ推定に基づく本提案手法では，観測され位相同期ネットワークの機能的役割の理解に役立てる

た脳波の時系列データから瞬時位相情報を抽出し，結合ことを目指す。

位相振動子系のモデルにフィッティングすることでネ

Yokoyama H, Kitajo K, Detecting changes in dynamical

ットワーク結合パラメータの推定を行う。さらに結合パ

structures in synchronous neural oscillations using probabilistic

ラメータの分布の時間変化の情報からネットワーク結

inference. NeuroImage, 252, 119052, 2022.

カルマンフィルタを用いた脳波位相の適応的時系列予測による脳状態依存刺激システムの構築
小野島隆之（理化学研究所），北城圭一
近年脳波をリアルタイムに計測解析し，得られた瞬時

瞬時位相依存で刺激するシステムを構築した。脳波は完の脳状態に依存した経頭蓋磁気刺激や感覚刺激のフィ

全に周期的ではなく，ゆらぎをみせるため，瞬時位相のードバック刺激を用いた研究が行われ始めている。我々

推定のためには必須な未来の時系列予測に関して困難はカルマンフィルタと自己回帰モデルを組み合わせるさがある。カルマンフィルタを用いることで，数 100 ms

ことにより，単一チャンネルの脳波のアルファ波振動のオーダーの未来の脳波時系列を予測することで精度高47

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

くアルファ波の位相を推定することに成功した。本手法

Onojima T, Kitajo K, A state-informed stimulation approach

を用いて，脳の瞬時状態依存的な脳刺激手法を今後発展with real-time estimation of the instantaneous phase of neural

させることにより，可塑性誘導をはじめさまざまな応用

oscillations by a Kalman filter. Journal of Neural Engineering,を進めていく。

18, 066001, 2021.

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るため，3 テスラ MRI 2 台を用いて，社会的相互作用時を中心に，ヒトを対象とした実験的研究をすすめている。

の 2 個体同時脳機能計測を行い，共同注意を始めとする脳神経活動に伴う局所的な循環やエネルギー代謝の変

共同作業の神経基盤をあきらかにするとともに，超高磁化をとらえる脳機能イメーシング（機能的 MRI）と，時場（７テスラ）MRI を用いて，非ヒト霊長類との種間比間分解能にすぐれた電気生理学的手法，更には眼球カメ

較を展開しつつある。一方で，共同利用研究の新たな方

ラや motion capture による定量的行動計測手法を統合的向性であるデータベース構築と meta-analysis の一環としにもちいることにより，高次脳機能を動的かつ大局的にて，日本国内の精神科関連の研究機関で構成される

理解することを目指す。言語・非言語性のコミュニケー

COCORO（認知ゲノム共同研究機構）に参加し大規模デションを含む人間の社会行動の神経基盤を明らかにすータ解析による imaging genetics を展開した。

触覚の時間予測誤差処理の一次体性感覚皮質レイヤー特異的活性化； 7 テスラ fMRI 研究
福永雅喜，定藤規弘
楊家家，于英花（岡山大学 ヘルスシステム統合科学研究科）

Laurentius Huber（University of Maastricht, Netherlands）
人間の脳は，感覚入力に対する予測との誤差を評価し，

激では，3b 野の表層と深層の両方で活動が増加した。ま絶えず内部予測のモデルを更新している。一方，ヒトのた，タッピングの遅延により，3b 野の深層のみに変調が一次体性感覚皮質（3b 野）では，異なる皮質層が感覚入見られ，遅延のない刺激と比較し，短遅延の刺激では活力とエラー信号生成に関与している。しかし，時間予測動が大きく，長遅延では活動が小さかった。これらは，誤差処理において，一次体性感覚皮質の各層がどのよう

触覚の時間予測誤差処理における 3b 野の層特異的反応に寄与するか不明である。本研究では，７テスラレイヤ

性を示唆している。これらの層間の反応特性は，皮質層ーfMRI を用いて，人差し指のタッピング課題時の 3b 野間あるいは皮質領域間の柔軟なコミュニケーションににおける予測誤差の脳内表現について層横断的に調査

寄 与 す る 可 能 性 が あ る と 考 え ら れ た 。 Neuroimage:

した。ランダムシーケンスに比較し，順序の決まった刺248:118867 (2022) として発表した。

48

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

MRI による社会活動と脳白質微細構造の関連解析
福永雅喜
松本純弥，三浦健一郎（国立精神･神経医療研究センター 精神保健研究所）
根本清貴（筑波大学 医学医療系臨床医学域）
越山太輔，岡田直大，森田健太郎（東京大学大学院 医学系研究科）
橋本亮太（国立精神･神経医療研究センター 精神保健研究所）
統合失調症患者は，認知機能障害の重要な要素である

スキャナーにて撮像されたため，装置毎に解析した。IQ

知能の低下を示すことがある。従来研究により，統合失低下群と健常対照群の比較では，MRI スキャナーに関係

調症患者には，灰白質構造と機能的結合の変化と病前となく 3 つの関心領域で DTI 指標に差を認めたが，IQ 維

現在の知能指数（IQ）の差で定義される知能低下に関連

持群と健常対照群では 1 つの関心領域のみで差が認めらがあることが示されている。しかし，大脳白質の微細構れた。しかし，IQ 悪化群と保存群の比較では，再現性の造と知能低下の関連は不明であった。本研究では，統合ある差が認められなかった。従来の知見と合わせると，失調症患者 138 名と健常対照者 554 名から得られた拡散統合失調症における知能低下のマーカーとしては，白質

テンソル画像（DTI）の指標を解析した。患者群は知能の微細構造よりも灰白質構造や機能的結合性が有望であ低下に基づき，IQ 悪化群（94 名），IQ 維持群（42 名），

ると考えられた。Clin EEG Neurosci: 15500594211063314

IQ 低下群（2 名）の 3 つに分類した。DTI は 2 つの MRI(2021) として発表した。

リアルタイムでのアイコンタクトの神経基盤：Dual fMRI および Dual 脳波-fMRI を用いた研究
小池耕彦，小笠原香苗，定藤規弘
アイコンタクトとは単に他者の目の映像をみるといした。MRI 撮像と干渉せずに脳波撮像ができる設定の検う行動ではなく，実時間での情報交換により自他の行動

討をすすめた。同時計測されたデータのうち，fMRI デー

が影響を与え合い二者が繋がれ，意図や注意の共有へとタについて解析を進めた結果，先行研究（Koike et al., 2020）

繋がる共同作業である。Dual fMRI を用いた研究により，の結果が再現され，小脳や前部帯状回，および島皮質がアイコンタクト条件では，目の映像を単に見ている条件

リアルタイムでのアイコンタクトに特徴的な活動を示と比較して。二条件の存在に気が付かなかったにも関わした。脳波データについては，機械学習を適用した結果，らず，参加者の瞬目のタイミングは他者のそれに強く影

リアルタイムアイコンタクト条件と遅延映像視聴条件

響を受けていることがわかった。また脳活動上では，小のデータを，弁別可能なことが明らかになった。データ

脳半球，前部帯状回，また島皮質などの活動パタンが，解析の過程で，脳波計測にともなうノイズが fMRI デー

リアルタイムでのアイコンタクトに特徴的な変動を示

タに重畳していることが明らかとなったため，Human

した（Koike et al., 2020）。この結果を基に，より高時間

Connectome Project で用いられているノイズ除去手法を

解像度および簡便な手法でアイコンタクトの神経基盤適用する処理を進めている。

を描出することを目指して，Dual 脳波-fMRI 計測を開始

49

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

みつめあいと共同注意の神経基盤の関連性：Dual MRI を用いた研究
小池耕彦，土元翔平，小笠原香苗，橋口真帆，定藤規弘
我々は Dual MRI を用いて，アイコンタクトや共同注

般的には連続して起こるアイコンタクトと共同注意に意の実験をおこない，それらの神経基盤が島皮質にある関連した神経基盤を，別々に描出することが可能な実験可能性を示唆してきた（Koike et al., 2016, 2020, 2021）。

系を作り，Dual MRI を用いて検討している。データの収また発達心理学に関連した多くの先行研究は，アイコン

集は終了しており，現在，Human Connectome Project で用

タクトと共同注意の間には深い関係があることを示唆いられている方法を利用したデータ前処理および解析している。それではアイコンタクトと共同注意の神経基を進めている。

盤の間には，関連性があるのだろうか？本研究では，一ひらめきに関係する神経基盤の解明：RAT 課題と RAVEN 課題を用いて
小池耕彦，山本哲也，吉岡歩，小笠原香苗，土元翔平，橋口真帆，原田勉（神戸大学），定藤規弘

悩んだ末にアイデアが閃く過程の神経基盤を，様々な果，尾状核の活動が閃きと関連していることが明らかと可能性を脳内で検索する拡散過程（Divergent process）と，なった。RAVEN 課題の解析の結果も，尾状核の活動がそれら可能性の中から一つの結論に収束する過程

ひらめきと関連していることを示した。これらの結果は，（Convergent process）に分けて検討した。実験課題とし閃きに辿り着く思考の拡散–収束過程には，思考するモては，一つの漢字に別の漢字をつけて熟語を完成させる

ダリティが言語か画像化を問わず，尾状核が関与していRAT 課題と，８枚の画像からルールを見つけ出してそのる可能性を強く示唆する。

ルールに当てはまる別の画像を考える RAVEN 課題を用

その後，Dual fMRI を用いて，二人が会話コミュニケ

いた。RAT 課題は言語性の閃きであり，RAVEN 課題はーションをしながら RAVEN 課題をしている最中の脳活

資格イメージ的な閃きであることから，それらの神経基動を解析することで，社会的な場面における閃きの神経

盤の異同を検討することで，モダリティに拠らない閃き

基盤をを検討する研究を開始し，データ収集を継続しての神経基盤を描出できると考えた。RAT 課題の解析の結いる。

円滑な情報共有の学習に関連した神経基盤の解明：迷路ゲーム課題を用いて
小池耕彦，角谷基文，定藤規弘
他者と会話をする際には，抽象的かつ目の前に物理的

び上側頭回において増加していくのが観察された。また，には存在しない情報や概念について口頭で情報交換を

二者の情報共有の神経基盤を描出するのに利用されるする。この神経基盤を，迷路ゲームを用いた実験により二者脳活動相関を計算すると，前頭前野と右上側頭回に検討した。参加者は Dual fMRI 装置に入り，口頭で情報て有意であった。これらの結果は，ゲームのルールや局を交換しながら協力して迷路ゲームを解く課題を，計４面といった抽象性の高い情報の共有には，上側頭回–前回繰り返した。行動指標の解析をすると，第三者評価に頭前野のネットワークにおいておこなわれている可能よる会話の円滑さは回を重ねるごとに上昇し，また二者性を示唆する。実験，解析はすべて終了しており，現在，の口の動きの因果性は向上した。この会話の円滑さ向上

論文執筆中である。

と並行して，課題関連の脳活動は，前頭前野内側面およ50

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

映像に対する意見交換が映像視聴に与える影響の検討：Dual fMRI を用いて
小池耕彦，Angela Zhang（McGill University），定藤規弘
同じ映像を視聴するときに脳活動の二者間相関が存装置の中で同時に映画を見たあとに，その見どころや印在することが知られており，これは脳への共通入力の効象について語り合い，その後再び同じ映画を視聴した。

果である（Hasson et al., 2004)。加えて，友人間では映像

このときに，語り合い前後での二者間脳活動相関の変化

視聴による二者脳活動相関が高いことが知られており，を検討した。解析の結果，右下前頭回において，語り合「友人は見方/考え方が類似しているから」と解釈されていの後の映画視聴中に二者脳活動相関が高まることがいる（Parkinson et al., 2018）。我々は，この解釈の妥当性

明らかになった。解析は終了しており，現在は Angela

を直接的に検討するため，二者で同時に映画を視聴する

Zhang が論文を執筆中である。

場面を模した実験をおこなった。参加者らは Dual MRI

内的な情報を他者と共有する神経基盤：Dual MRI を用いた研究
小池耕彦，吉岡歩，田邊宏樹（名古屋大学大学院･情報学研究科），中川恵理，角谷基文，定藤規弘

一般的な共同注意においては，どの空間的な位置に共共感の前駆段階と考えることができるが，その神経基盤に視覚的注意を向けるかという情報が共有される。しかは明らかになっているとは言い難い。本研究では，我々

し視覚的注意は必ずしも空間位置に向けられるものでがおこなってきた共同注意の Dual fMRI 実験を拡張したはなく，特定の視覚特徴（たとえば色）に対して向けら

実験系を構築し，会話を介して，呈示された物体/事象にれる場合もある(Yoshioka et al., 2020)。共有されるものは，対する好みの情報を共有する実験をおこなった。その結外的な物体が持つ情報とは限らない。ある物体に対する果，左下前頭囲が，好みという内的な情報を共有した結印象など，物体そのものが持つ情報ではなく，個人の心果として自他の好みが不一致であることを知った際に，内にのみ存在する情報が共有される場合もある。このよ

特異的な活動を示すことが明らかになった。この結果は，うな外的に存在する物体に対する内的な情報の共有は，吉岡歩が主著者として，国際誌に投稿中である。

脳機能種間比較に向けた非ヒト霊長類 MRI / fMRI 解析環境の開発と適用
郷田直一，福永雅喜，定藤規弘
非ヒト霊長類（NHP）を対象とした MRI／fMRI は，直例），固定脳超高解像度構造 MRI 実験（延べ５例），お接的なヒト・非ヒト種間比較を可能とし，脳機能のよりよび，光遺伝学/化学遺伝学的手法を用いた麻酔下マカク

深い理解に貢献する重要な研究手法である。本研究では，

ザル fMRI 実験（皮質内刺激 fMRI 実験延べ 24 例，課題

特に超高磁場 MRI で収集した NHP データの処理に最適

fMRI 実験延べ 3 例，安静時 fMRI 実験延べ 5 例）を他部化した MRI/fMRI 解析パイプラインの開発および実デー

門と共同で継続的に実施し，複数の種類の NHP 用コイ

タへの適用を進めている。本年度においては，本研究所

ル，撮像条件，頭部治具等条件に応じたパイプライン最

7 テスラ MRI にて，麻酔下マカクザル構造 MRI 実験（8

適化，および，それを用いたデータ解析を行った。

51

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

第二言語文産出時における意味・統語処理の神経基盤
統語的プライミングを用いた fMRI による検討
中川恵理，小池耕彦，角谷基文（浜松医科大学），島田浩二（福井大学）
牧田快（神戸大学），吉田晴世（大阪教育大学），横川博一（神戸大学），定藤規弘

日本人英語学習者は二重目的語構文（DO）と比べ，前の領域の活動は PO・DO に共通する文の意味的符号化処

置詞句を伴う構文（PO）を選好する傾向がある。DO は理を反映しているとみられる。また，PO と比べ DO 産出

文法符号化処理負荷が大きいためとの仮説を立て fMRI

時には左下前頭回を含む言語処理関連領域が賦活した。

実験を行った。その結果発話潜時は DO が PO よりも長以上より文法符号化とこれに関わる実行機能が DO 産出

くエラー率も高かった。これは DO の方が難しいことをに負荷を生じさせると考察した。本研究は，反復練習や意味している。また，構文の繰り返し産出時にエラー率

教師の発話を聞いて繰り返すという古典的な学習法がが低下した。これは PO・DO で共通の処理があることを実際に効果的であり，外国語教育場面で不可欠な活動で示唆し，対応して後頭から頭頂にかけての領域で構文処あることを示している。

理の繰り返しによる神経活動の低下がみられた。これら

ハードウェア非依存型の汎用 HCP 前処理パイプラインの構築と提供
山本哲也，福永雅喜，定藤規弘
Washington University in St. Louis を中心とする Human

リー容量等のハードウェア性能や構成に応じた計算負Connectome Project（HCP）が提供する HCP Pipelines は，荷の最適化を環境設定ファイルで行えるようにした。実

コホート研究向けに構築された前処理・解析ツールであ際に，共同利用研究や ABiS の支援事業の枠組みにて，る。我々はこれまで所内で取得された 3 及び 7 テスラの本汎用 HCP 前処理パイプラインを提供し，所外のハード

両 MRI データに対応した前処理や課題 fMRI データ解析

ウェアでも問題なく運用できることを確認した。今後，のために，パイプラインの汎用化を進めてきた。しかし，前処理以外のパイプラインについてもハードウェア非これは本部門が有するハードウェア上での運用を想定

依存化を進めると同時に，スクリプトの公開を検討してしたものでしかなかった。今回，ハードウェアに依存しいる。

たスクリプト群の全面改良を行い，CPU のコア数やメモ

二者間の社会的行動選択中の神経基盤：Dual fMRI を用いた研究土元翔平，小池耕彦，吉岡歩，橋口真帆，小笠原香苗，山本哲也，福永雅樹，定藤規弘

二宮太平，則武厚，磯田昌岐（生理研認知行動発達機構研究部門）を設定した。この課題中の二者間の脳活動を Dual fMRI

種間の神経基盤を比較検証するために，サルで実施した社会的行動選択課題をヒトで実施した。課題内容は，を用いて計測した。

３つのボタンから１つの正解ボタンを選べば報酬がも取得した脳活動データを Human Connectome Project のらえるという試行であり，２人が交代しながらボタンを

pipeline を用いた前処理を適用した後，各試行の脳活動を押す。課題相手の対照条件として，録画再生されたスク抽出した。その結果，自分の直前の試行で相手が正解ボ

リーン上の手や棒状の物体がボタンを押すという条件

タンを探索するときにおいて，実在の相手と課題をする

52

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

条件時に，右脳半球下前頭回が対照条件よりも統計的有間の機能ダイナミクスを検討している。

意に賦活することが分かった。現在は，二者間の脳領域

ヒト fMRI における安静時機能結合解析の新規手法の開発
吉本隆明，定藤規弘，近添淳一（ARAYA）
安静時脳機能結合の解析は，近年とりわけ fMRI（機能察された安静時脳機能結合に基づいて，ヒトの性格特性

的磁気共鳴画像法）のデータを対象にして活発に行われや心理課題の成績を推定する学習器の開発を行っていている。しかしながら，これまでの安静時脳機能結合のる。

解析は，脳領域内の信号を空間方向で平均した時系列デ解析対象としては，Human Connectome Project (HCP)がータの相関を計算するという，比較的単純な解析手法が公開している健常者 1,000 人超の安静時の fMRI データ

主流であった。私たちは，従来の解析では平均化の手続を用いている。将来的には，精神疾患の鑑別への臨床応きにより失われていた局所領域の脳活動パターンの情用に向けて，新規データの分類のためのアプリケーショ

報を積極的に活用する解析手法を提案し，新規手法で観ンの開発を検討している。

メタ認知プロセスに関わる神経基盤南條啓孝 1,2,3，山本哲也 1,2，宮田航平 4，赤石れい 3，定藤規弘 1,2
1) 生理学研究所

心理生理学研究部門

2) 総合研究大学院大学
3) 理化学研究所

生命科学研究科

脳神経科学研究センター

4) 東京大学大学院

総合文化研究科

メタ認知とは，認知過程そのものを監視し制御する高bias ならびに（２）エラー検出機能をもって検出するた

次認知機能である。監視過程は自己の認知に対する確信

めに，2 回連続して知覚弁別とその時の確信度評定を行で計測されることから，確信を知覚刺激強度等の外的要わせる心理物理学的実験課題を考案した。刺激強度の影

因を操作することによってメタ認知の神経基盤が検討

響を取り除くために, 解析時に各刺激強度内の 1 回目のされ，メタ認知的監視には前頭極が重要であると報告さ判断における確信度の中央値を用いて,高確信トライアれた。これらの先行研究では，確信をもたらす監視へのルと低確信トライアルに分割した。行動解析の結果，外的要因の影響を排除し得ず，また制御と監視の神経基

confirmation bias を確認した。さらに１回目の判断が間違盤の異同は知られていない。本研究は,内的に誘発されるっていた場合，低い確信を抱いているときは，高い確信

メタ認知の監視過程と制御過程に関わる神経基盤を明のときと比べて，判断をより頻繁に変更して正答に到達らかにすることを目的として，34 人の被験者を対象に機した。これらのことから，課題によりメタ認知の監視と能的 MRI を行った。メタ認知的監視と制御の連動を（１）制御過程を導出することができた。fMRI は現在解析中で確信の高いときに発生する自己の判断に固執して新たある。

な情報に対する認知的柔軟性が低下する confirmation

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

認知機能の時系列的活動レベル推定
小山雄太郎，平山淳一郎（産業技術総合研究所），地村弘二（慶應大学），定藤規弘，近添淳一
脳機能画像データは空間軸と時間軸の 2 軸からなる 2

変化を同定する手法を開発した。先行研究の結果を統合

次元のデータである。現在主流となっている解析法は，するメタアナリシスによって，認知機能のマップを作成

時間軸において，刺激提示や被験者の反応を基に認知機し，これらを回帰子としたリッジ回帰を適用することで，能と関連する脳活動の時系列的変化を仮定し，これを回

言語課題遂行中の認知機能の時系列的変化を同定した。

帰子として用いることで，認知機能と関連する脳活動マ

その結果，従来法では分離不可能であった認知機能間のップを作成する手法である。本研究においては，この問信号の分離に成功するのみでなく，時系列的変化の波形

題を転置し，認知機能と関連する脳活動マップを回帰子が課題遂行能力を反映しているものであることを明らとして用いることで，認知機能の活動レベルの時系列的かにした。

社会的報酬によるアンダーマイニング効果の神経基盤
綾部宏明，小池耕彦，定藤規弘
褒めは，金銭的報酬と比べて社会的報酬とよばれ，私

ところが，ヒトの脳は金銭的報酬と社会的報酬を区別

たちの行動を促す外的報酬である。反面，外的報酬は課していない可能性がある。いずれも報酬系脳活動を高め

題や活動の面白さ（内発的動機づけ）を弱体化させて自るからである（脳内共通通貨仮説）。もし，報酬により発的な行動を抑制することがある（アンダーマイニング

効果が異なるならば，神経基盤も異なるはずである。し効果）。この効果は金銭的報酬において顕著であり，報かし，未だ検討されていない。

酬系（線条体，中脳領域）の脳活動減少と対応づけて神本研究では, 金銭的報酬に着目した先行研究を再現し経基盤も確認されている（Murayama et al., 2010）。一方，つつ，社会的報酬によるアンダーマイニング効果の神経基

社会的報酬はその効果を生じさせないとされる。

盤を検証できる実験計画を立て，実験を概ね完了した。

時間間隔を正確に知覚することに関連する脳領域
橋口真帆，小池耕彦，守田知代（脳情報通信融合研究センター）
原田宗子（広島大学），Denis Le Bihan，定藤規弘
私達が知覚する時間の長さは主観的で長くも短くもの参照刺激に近いかを弁別した。各被検者の 50％弁別閾

なるが，楽器を正確に演奏する場合など日常場面では主は主観的な時間であり，物理的な時間との距離を正確さ観的に知覚する時間間隔が物理的な時間に近いこと，すの心理量として脳活動との相関分析を行った。結果，時

なわち時間間隔を正確に知覚する能力が必要となる。本間間隔の知覚が正確な被検者ほど，右島皮質・右下前頭研究では，2 秒以下の時間間隔を正確に知覚する能力に回の活動が高く，これらの領域が時間間隔を正確に知覚関する神経基盤を描出する目的で心理課題時の脳機能することに関連する脳領域であることが明らかとなっイメージングを行った。聴覚刺激を用いた心理課題を実た。加えて，時間間隔を正確に知覚できた被検者ほど右施し，被検者はテスト刺激の聴覚刺激間隔が長短いずれ

島皮質と右中前頭回の結合性が高いことが分かった。

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

他者からの共感により相談者の不安が軽減することの神経基盤検討
橋口真帆，小池耕彦，定藤規弘
医療や福祉の対人援助場面では「共感」により相談者の理実験では，カウンセラー役が相談者役の「不安です」と不安が和らぐことが経験的に知られているが，その神経基いう言葉を聞いて，「そうですね」と同意の言葉を返し，盤は不明である。本研究は呈示刺激により不安感情を惹起

この際カウンセラー役に相談者役と同一の不安感情惹起された相談者役が対話を通してカウンセラー役に共感さ刺激を呈示した（共感条件）。なお，非共感条件ではカウれるという場面を設定し，この際の心理評価および脳機能

ンセラー役に風景など不安感情が生じない中立画像を提イメージングを行うことで，相談者が他者に共感された時示した。予備心理実験より，共感条件において非共感条件の不安軽減効果の神経基盤を検討する。なお，本実験は 2よりも相談者の不安が軽減することが確認できた。今年度

者が対面することはなく声のみでやり取りを行う。予備心中に本実験実施予定である。

高プレッシャー下でのパフォーマンス低下の神経基盤: 7 テスラ MRI を用いた検討
小笠原香苗，小池耕彦，福永雅喜，吉岡歩，定藤規弘高プレッシャー下では運動パフォーマンスが低下す

レッシャーをかけると，(1) 覚醒度上昇を示す生理指標

ることがある。その原因として過剰な覚醒度の上昇（過（瞳孔径・握力）に変化が起き，(2) 視覚運動協調課題の覚醒）の関与が示唆されているが，そのメカニズムや神成績が低下し，(3) 覚醒度を反映する自律神経系の調整

経基盤は明らかになっていない。本研究では，高解像度とネットワークの制御に関わるサリエンスネットワー

での脳機能描出が可能な 7 テスラ MRI を用いて高プレク（島皮質，前帯状皮質）の過活動がみられた。実験はッシャー下での脳活動を記録した。両手の握力を用いたすべて終了しており，現在は解析と並行して論文執筆を

視覚運動協調課題をおこなわせた。

おこなっている。

結果として，低頻度で起こる高報酬なイベントで高プ視点取得に関連する神経基盤の検討
伊津野巧，小池耕彦，定藤規弘
視点取得とは，自分の現在の視点を異なる立場や位置

視点の視点取得を行う前後で自身の感情を評価させ，視に移動させ，その視点にある者がもつだろう考えや感情，

点の種類によって，感情の変化量に差があるか調べた。

もしくは見える風景を推測することを指す。さまざまな

15 名の心理実験の結果，Unhappy な状況において，自分心理療法の作用機序として，他者視点を取得することで視点と比較して，相手視点と第三者視点を取得すると自認知的変化が生じると考えられている。しかし，他者の身のネガティブな感情が緩和されたことが分かった。現

考えや感情に焦点を当てた視点取得の神経基盤に関す

在，38 名の fMRI データを収集し，そのデータ解析を行る研究はほとんどない。本研究では，Happy もしくはっている。

Unhappy な状況において，自分視点，相手視点，第三者

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

感覚認知情報研究部門【概要】
感覚認知情報研究部門では，主に磁気共鳴(MR)装置を

これまで，ヒト健常成人を対象とした研究によって視用いたイメージングの手法を用いて，ヒトの脳と構造と覚系における背側領域と腹側領域を連絡する経路であ機能の連関に関する研究を実施している。特に，機能的る Vertical Occipital Fasciculus (VOF) を対象にした研究

MRI (functional MRI; fMRI) による脳機能イメージングで成果が得られているほか，dMRI によるモデル動物をの他に，拡散強調 MRI (diffusion MRI; dMRI) による白質対象としたイメージング研究によって種間比較を行う

線 維 束 イ メ ー ジ ン グ ， 定 量 的 MRI (quantitative MRI;研究を実施している。また網膜疾患症例を対象とした脳

qMRI) を用いた脳微細構造イメージングを用いた研究

機能・脳構造イメージングにより，疾患が神経回路に及を実施している。

ぼす影響についても評価を行っている。

緑内障が白質線維束に及ぼす影響の検討
小川俊平，堀口浩史，増田洋一郎，吉川啓司，中野匡（東京慈恵会医科大学）
竹村浩昌

宮崎

淳，松元健二（玉川大学）

緑内障は網膜神経節細胞および視神経に障害を及ぼことを認めた。一方で，網膜神経節細胞より１シナプスす疾患であり，日本における中途失明原因の第一位であ離れた視放線においては，定量的 T1 計測において緑内るとされる。緑内障が視覚情報の伝達経路に及ぼす影響

障症例は異常値が見られなかったものの，拡散強調 MRIを調べるため，玉川大学脳科学研究所の保有する３テス計測においては異常値を示した。このことは，緑内障にラ MR 装置を用いて緑内障症例 17 名，および健常対照

よって視放線における経シナプス変性が生じることを

群 30 名を対象に拡散強調 MRI および定量的 T1 計測を意味している。定量的 T1 がミエリン密度と相関する指行い，初期視覚情報の伝達経路である視索および視放線標であることを考えると，脱髄以外の障害が主に視放線の分析を行った。その結果，視索においてはいずれので生じている可能性が示唆される。

MRI 計測法でも，緑内障症例において異常値が見られる

定量的 MRI を用いたヒト外側膝状体の下位領域の計測
大石浩輝（情報通信研究機構），竹村浩昌，天野薫（東京大学）外側膝状体（lateral geniculate nucleus; LGN）は網膜から測法を応用し，ヒト LGN における組織構造の計測を行なの視覚信号を中継する視覚情報処理に関与する重要な神った。その結果，MTV の計測結果に基づいてヒト被験者

経核である。LGN は大別して大細胞領域（magnocellular，における M 領域と P 領域の位置を判定できること，判定

以下 M 領域）と小細胞領域（parvocellular，以下 P 領域）

された M 領域と P 領域の位置がヒト死後脳解剖データとからなり，それぞれ異なる機能を担うことが電気生理学お一致していたことが分かったが分かった。またこの結果は，よび解剖学研究から明らかになっている。しかし，ヒト生同一被験者を対象に異なる日再度行われた MTV 計測実験

体脳において M 領域および P 領域を計測する方法は十分においても見られた。加えて判定された M 領域と P 領域に確立していない。本研究では，Macromolecular Tissueの活動を fMRI で計測したところ電気生理学研究で知られVolume (MTV)法（Mezer et al., 2013）と呼ばれる qMRI 計ている刺激選択性と一致する結果が得られた。このことか56

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

ら，MRI 計測からヒト LGN の機能および構造を非侵襲で覚・認知情報処理の関連を解明する研究の発展につながる

計測する手法が確立し，今後 LGN の下位領域とヒトの感ことが期待される。

機能的 MRI および拡散強調 MRI によるヒト初期視覚野と白質線維束の関連の分析
宮田季和，竹村浩昌
Noah C. Benson（University of Washington），Jonathan Winawer（New York University）
ヒトの一次視覚野の大きさは，健常視力を持つ成人ど

7T Retinotopy Dataset; Benson et al., 2018）を分析すること

うしの間でも３倍程度異なる場合があることが知られで検討した。その結果，視索の組織構造（拡散異方性）ている。しかしどのような要因によって，このような大と一次視覚野の表面積との間に相関関係があること，まきな個人差が生じているのかは明らかでない。先行する

たこの相関関係が異なる計測条件においても再現され死後脳を対象とする研究（Andrews et al., 1997）では，ヒることが分かった。さらに，双生児を対象とした分析にトの一次視覚野の大きさが網膜神経節細胞由来の白質より，視索と一次視覚野の両方において遺伝の影響が見線維束である視索の大きさと相関することが示されてられることが分かった。このことは，ヒトの一次視覚野いる。このため，視索と一次視覚野の関連がヒト生体脳の個人差は，網膜神経節細胞由来の線維束である視索のにおいても見られるのかを 178 名の健常成人から得られ個人差と一部共通した要因によって生じていることをた機能的 MRI および拡散強調 MRI データセット（HCP

示唆する。

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／研究連携センター

研究連携センター【概要】
研究連携センターは 2016 年 4 月に設立され活動を開として実験用サルの供給事業（NBR 事業）に取り組んで始した。本センターは，共同利用研究推進室，学術研究

きた。NBR 事業推進室は，この事業の担当部署を明確化

支援室，NBR(National Bio-Resource)事業推進室，流動連

し，これまでの脳機能計測・支援センターの霊長類モデ

携研究室，国際連携研究室の 5 室により構成される。(1)

ル動物室を改変して設けられた。2017 年度に NBR 事業

共同利用研究推進室は，大学共同利用機関として生理学の中核機関が京都大学・霊長類研究所に移り，生理学研研究所の担う重要な役割である共同利用研究の推進を究所は協力して円滑な事業の推進に貢献している。2019

担っている。具体的には，共同利用研究の実施希望者に

年度以降は，サルの供給は停止し，母群の維持を行って対し対応できる研究手法や研究部門を紹介する等のいいる。(4) 流動連携研究室は，2015 年度末で閉鎖となっ

わば相談窓口としての役割を果たし，また機器設備や研た多次元共同脳科学推進センターから本センターに移究手法に関する要望の汲み上げも行っている。(2) 生理設されたもので，国内の研究者のサバティカル滞在によ学研究所は基礎生物学研究所と共に，2016 年度より新学る研究の推進を目的として，随時募集を行っている。

術領域研究「学術研究支援基盤形成」のひとつである「先2020 年度は，応募が無く活動は行われなかった。(5) 国端バイオイメージング支援プラットフォーム」事業を担

際連携研究室は，外国人客員教授が長期滞在して運営す当している。学術研究支援室は，このプラットフォーム

る 3 年の時限付き研究室で，国際連携研究の推進を目的

における光学顕微鏡，電子顕微鏡，機能的磁気共鳴装置としている。2017 年度から NeuroSpin （フランス原子力・等を用いた先端的技術支援の遂行をサポートする。また，

代替エネルギー庁）の元 Director である Denis Le Bihan

学術研究支援室は「次世代脳」プロジェクトの支援を行博士が，外国人客員教授として研究室の P.I.を務め，2 期っている。これは，多数の脳科学関連の新学術領域等の目の 2 年目にあたる 2021 年度も，引き続き 7T- MRI を

日本全国の脳科学研究者を横断的に束ねて毎年全体会

用いたヒト脳イメージングの研究，特に拡散強調画像の合を行う，これまで「包括脳」が担ってきた役割を継承

新規撮像法および解析法の開発に取り組んだ。

するものである。(3) 生理学研究所はこれまで中核機関

共同利用研究推進室【概要】
共同利用研究推進室は，全国の他大学や研究機関に所

キメラ動物を含む種々の遺伝子改変マウスおよびラッ属する研究者が，生理学研究所においてスムーズに共同

ト等の開発・作成・供給や，技術的支援にも積極的に取研究を円滑に遂行することができるようサポートする

り組んでいる。
共同利用研究推進室では，これらの最先端設備や研究

総合案内窓口として，2016 年度に発足した。
生理学研究所では，他大学や研究機関では購入，維持，技術を必要とする全国の大学や研究機関，企業に属する

管理，運営が困難な連続ブロック表面走査型電子顕微鏡研究者と，生理学研究所を繋ぐことを第一の目的とし，（SBF-SEM），位相差低温電子顕微鏡，多光子励起顕微関連学会や生理学研究所外で開催される研究会などへ

鏡等の各種顕微鏡や，２個体間同時計測磁気共鳴画像装研究所紹介のためのブース展示を行うなど，共同利用研

置（dual fMRI），7 テスラ MRI，脳磁場計測装置（MEG）

究を周知，支援する活動の全般を担っている。2021 年度など，最新の大型実験機器を多数整備し，全国の研究者

は生理学研究所の紹介ビデオを新規に作成し YouTube

へ機器と人的な技術支援を行っている。また，脳科学研にアップしたほか，10 月 24 日（日）に開催された大学究に有用な高品質かつ高機能のウイルスベクター，臓器共同利用機関シンポジウムの HP 上で共同利用研究等に58

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／研究連携センター

ついて紹介した。

学術研究支援室【概要】
が立ち上がり，本室はその事務局を務めている。本プロ

学術研究支援室では，研究所のミッションの一環として，以下の 3 つの事業の運営を進めている。

ジェクトは，全国の脳科学研究者を横断的に束ね，若手育成を主眼においたシンポジウムの企画，ウェブサイト
運営やメーリングリストによる関連情報発信を行い，脳・先端バイオイメージング支援プラットフォーム（ABiS）
2016 年度より開始された新学術領域研究（学術研究支

科学コミュニティを支える取組を進めている。

援基盤形成）の 1 つである，ABiS の運営事務局を担当し今年度は，新学術領域研究 4 領域と学術変革領域研究ている。狩野客員教授が代表を務める ABiS は，生理学(A) 4 領域が参加し，2021 年 12 月 15 日～18 日に 5 回目

研究所と基礎生物学研究所が中核機関を担う，各種顕微となる冬のシンポジウムをオンラインにて実施した。

鏡や MRI による先端的イメージング観察及び画像解析
技術支援プラットフォームであり，共同利用研究と相補・戦略的国際脳科学研究推進プログラム（国際脳）的な取組として，全国の連携機関とネットワークを構成

世界の国家的プロジェクトとの連携を強化し，我が国

し，オーダーメイド型の支援を行う事業である。

の，ひいては世界の脳科学研究の飛躍的な発展に貢献す

今年度は，前年度と同様にオフィシャルウェブサイト

ることを目的として，戦略的国際脳科学研究推進プログにおいて，ABiS の支援内容，公募情報，会議や研究集会

ラム（国際脳）が 2018 年 6 月より開始された。また，の案内，トレーニング開催情報，支援による成果発表等

同年 11 月には，事業を機動的かつ円滑に運営し，戦略的を随時発信するとともに，種々の生命科学関係の学会にな国際展開に資する成果創出の加速，さらには日本の脳おいて周知活動を実施した。2021 年 9 月 8 日～9 日には，科学研究における国際的なハブとなる研究推進支援を2018 年度より ABiS が参画している，全世界規模でのバ実施する中核的組織として，生理学研究所が採択され，イオイメージングの国際連携ネットワークを進める

本室はその事務局を務めることとなった。

Global Bioimaging (GBI) の第 6 回目の年会がオンライン

今年度は，国際的な脳科学研究の枠組みであるで開催され，「Imaging Infrastructures in a time of change」

International Brain Initiative (IBI) に設置されているワーについて GBI 参加国間で議論した。2022 年 3 月 1 日にキンググループ（WG），Data Standards & Sharing WG のは，オンラインにて ABiS シンポジウム「イメージング

全ての活動の実務を行った。本 WG の隔月会議の開催に

データ解析が拓く生命科学の新時代」を開催し,今後の解加え，INCF Neuroinformatics Assembly 2021 (online) の企析技術およびデータ利活用の展開を議論した。

画シンポジウムとサテライトイベントを企画運営した。

なお，期末評価において高い評価 （評価結果 A：プラ

また，2021 年 6 月 11 日～12 日には，プログラムスーパ

ットフォームの目的に照らして，期待通りの成果が認めーバイザー（PS）・プログラムオフィサー（PO）によるられるため，今後も学術研究の更なる発展への貢献が期

研究計画の確認及び助言，研究者間の交流促進を図るこ

待できる）を受け，2022 年度から，学術変革領域研究（学とを目的とする「国際脳オンライン分科会」を主催した。

術研究支援基盤形成）として本プラットフォームの継続

11 月 11 日には PS がプロジェクト全体の運営を監督し，が決定した。

研究の進捗と点検に関わる情報収集等を行うことを目的とする「プロジェクト推進会議」を主催した。2022 年
2 月 6 日には AMED の脳科学研究関連の４プログラム

・「次世代脳」プロジェクト
2016 年度に，脳科学分野の新学術領域研究が協力し，合同で「脳とこころの研究推進プログラム公開シンポジ

全体会合を行うための枠組み「次世代脳」プロジェクトウム」を開催した。

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／研究連携センター

NBR事業推進室【概要】
文部科学省補助事業ナショナルバイオリソースプロが増えたため，提供組織試料の確保や輸送方法など解決

ジェクト（NBRP）「ニホンザル」は 2002 年に発足し，すべき課題は多くあるが，2014 年度から組織試料の提供

自然科学研究機構生理学研究所が代表機関となって京を試験的に開始し，引き続き本格的な体制づくりに努め

都大学霊長類研究所（分担機関）と共同推進してきた。

た。

2017 年度からの第４期 NBRP「ニホンザル」は京都大学（４）プロジェクトの総合的推進

霊長類研究所を代表機関，自然科学研究機構生理学研究１）委員会等の実施

所を分担機関とする新体制で本事業を推進している。ニ

プロジェクトを円滑かつ総合的に推進するため，運営

ホンザルは優れた認知能力を持ち，我が国の高次脳機能委員会（メール会議を含む），提供検討委員会（メール研究に不可欠なモデル動物である。NBRP「ニホンザル」

会議を含む），合同会議（メール会議含む）の開催支援

は病原微生物学的にも安全かつ付加価値の高い実験用を行った。

動物として繁殖育成し，国内の研究者を対象に安定して

２）ユーザーコミュニティとの連携提供する事を目的としている。事業推進の柱として 2021

研究者コミュニティとの連携協力，情報の共有を図る
ために使用者会議を開催すると共に，情報伝達のために年度は以下５つの業務を行った。
（１）研究用ニホンザルの繁殖・育成体制の整備

ホームページを活用した。また，実験動物使用者会議をニホンザル繁殖事業の集約のために，年間８０～９０

オンラインにて開催し，ユーザーとの意見交換を行った。

頭を生産して年間７０頭を出荷する体制へ移行し，生理３）事前講習会の開催

学研究所外部委託施設ではサル繁殖事業の停止を続け

事前講習会を開催して，ニホンザル提供を希望する研ている。生理学研究所外部委託施設では 2021 年度末時究者に対して教育と指導を行った。今年度はオンライン

点で繁殖母群１５５頭，育成仔ザル８頭を飼養保管してにて３回開催した。
４）母群検討委員会いる。

生理学研究所外部委託施設の繁殖母群について話し（２）研究用ニホンザルの提供事業の実施
提供数については３２件１１７頭（簡易申請含む）の合うために，生理学研究所所長の諮問機関として設置さ応募があり，３２件１１７頭が採択，３０件５５頭が京れた。科学的観点，社会的観点から慎重に検討している。

都大学霊長類研究所（代表機関）から提供された。提供（５）その他の活動

先機関は，国公立が８機関，私立大学が１機関，研究所

感染症対応のための，マニュアルの改定等，感染症対策を実施した。2021 年度は第４期の最終年度にあたり，が５機関，合計１４機関である。
（３）研究用ニホンザルの組織試料提供の実施

今後，どのように継続していくかについても代表機関と

NBRP「ニホンザル」事業がより広く周知されるに伴い，議論を行った。

血液等の組織試料を要望する研究者からの問い合わせ60

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

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
多光子顕微鏡室【概要】
多光子顕微鏡室では，主に２光子蛍光寿命イメージン

ス可塑性機構を調べている。また，顕微鏡を軸とした最グ顕微鏡を用いて研究を推進している。2 光子蛍光寿命

先端の光学技術に加え，新規蛍光タンパク質や光制御可

イメージング顕微鏡を用いることで脳組織等の組織深能なタンパク質分子などのプローブの開発も行ってお部においても，細胞やシナプス内で起こるシグナル伝達

り，これらの技術を顕微鏡や電気生理学的手法と組合せや分子間相互作用などの生化学反応を高空間分解能でることで，神経細胞およびグリア細胞の機能に関する研イメージングすることができる。この方法を用いて，シ究を推進している。

ナプス内の生化学反応を可視化することにより，シナプ

シナプス可塑性における短時間-長時間変換シグナルのメカニズムの解明
長澤裕太郎，佐藤愛子，平田華代，村越秀治
神経回路の形成と機能の基礎となるシナプスは数万らかにした。現在，このタイムスケール変換メカニズム

タンパク質分子からなる 300 ナノメートル程度の分子複を調べている。本研究では，Cdc42 の活性化因子に着目雑体である。その形態・体積や内部構造は動的に制御さし，網羅的にそれらのダイナミクスと分子機能を 2 光子

れており，動物の記憶メカニズムの基礎と考えられてい蛍光寿命イメージング顕微鏡法と局所分子光操作法にる。我々はこれまで，2 光子蛍光寿命イメージング顕微より明らかにすることを試みている。このようにして，鏡法により，海馬興奮性シナプスにおいて，短時間のシナプスにおいて，短時間シグナルを長期持続シグナル

Ca2+流入および CaMKII 活性化が局所的かつ動的な長時に変換するメカニズムを分子集合・離散の観点から明ら間の低分子量 G タンパク質（Cdc42）活性に変換される

かにし，記憶システムや脳の遺伝疾患メカニズムの解明ことがシナプス長期増強の基礎となっていることを明につなげたい。

親水性を大きく改善した蛍光タンパク質の開発
村越秀治，小杉貴洋
蛍光タンパク質は今や生物学分野において，生命現象を鋳型にして，側鎖が表面にあるアミノ酸をより親水性を明らかにするためのなくてなならないツールとなっのものに置換することによって，非特異的結合を減らしている。例えば，蛍光タンパク質を細胞に発現させるこた新規蛍光タンパク質を作製した。今年度は親水性化しとで分子局在をモニターすることができる。一方で，蛍た タ ン パ ク 質 （ super-soluble Green Fluorescent Protein:

光タンパク質が細胞内タンパク質に非特的に結合する

ssGFP）の結晶構造解析を行い ssGFP の表面アミノ酸がことによって，細胞機能を阻害することが知られている。

親水性のアミノ酸に置き換わっていることを確認した。

そこで本研究では，細胞内タンパク質との非特異的結合

また，ssGFP のスペクトルなどの光学的性質を調べ，従を減少させた蛍光タンパク質の開発を進めている。EGFP

来の EGFP よりも明るいことを確認した。今後は ssGFP

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／脳機能計測・支援センターの細胞内での特性を調べていく。

新規レーザーによる 3/4 光子顕微鏡の開発
村越秀治，植田大海，藤貴夫

現在，脳深部の神経細胞の観察を目指して豊田工大

は，長波長領域において透過性の高いツリウムファイバ

藤教授と連携して，新規ファイバー型レーザーの構築とーを用いて新規レーザーシステムの構築を進めた。現在

それを利用した３光子顕微鏡システムを構築している。

までにこのレーザーを用いて，赤色蛍光タンパク質であ

現在多光子顕微鏡に利用される市販レーザーは 700-1000

る TurboFP635 を発現した海馬スライス内神経細胞の可nm のものが一般的であるが，水による吸収が比較的少視化に成功し，今年度に論文として発表した（Nomura Yない波長 1900nm 程度までは波長が長いほど組織による

et al. OSA continuum 2020）。今年度は，このシステム下

散乱が少ないと考えられている。そこで本研究では 1800

において個体マウス脳のイメージングを進めた。現在まnm のファイバー型レーザーを開発し多光子顕微鏡を構でに深部 700 マイクロメートルにある神経細胞の可視化

築することで脳組織深部の観察を試みている。具体的にに成功している。今後はより深部の観察を目指す。

光応答性 CaMKII 分子を用いた海馬神経細胞におけるメタ可塑性メカニズムの解明
植田大海，長澤裕太郎，佐藤愛子，村越秀治
個々のシナプスがもつ可塑性のレベルは神経活動など性化した神経細胞（活動依存的プロモーターEASRE と黄に伴って変化することが知られており，メタ可塑性と呼ば色蛍光タンパク質変異体 Achiless でラベルした）では，グれている。例えば，慢性的に活性化した神経細胞ではシナルタミン酸刺激による樹状突起スパインへのカルシウム

プス長期増強（LTP）の誘起閾値が上昇することが知られ流入が減少しており，さらにその下流シグナルであるている。しかしその分子メカニズムはよくわかっていない。

CaMKII 依存的シグナルも抑制されていることがわかった。

そこで本研究では，マウス海馬の CA1 領域の神経細胞をまた，この 2 つの sLTP 抑制メカニズムはタンパク質合成

対象として，2 光子グルタミン酸アンケージング法と光応依存性が異なっていたことから，細胞内で機能的に区別さ答性 CaMKII を用いて，構造的 LTP（sLTP）閾値が上昇す

れたメカニズムであることが示唆された（Ueda et al. Cell

るメカニズムを詳細に検討した。結果として，慢性的に活Reports 2022）。

電子顕微鏡室（窪田グループ）【概要】
大脳皮質は多くの領域から構成され，それぞれが機能

織化学法，光顕-電顕相関解析法，大規模電顕画像解析法

分担をすることで知覚，運動，思考といった我々の知的などの多岐にわたる実験手技を取り入れ，神経細胞タイ活動を支えている。この仕組みを知るためには，皮質内

プごとのシナプス結合パターンや 可塑的な神経回路リ

神経回路の構造と機能を明らかにすることが重要であモデリング等，記憶学習などを中心に研究をすすめた。

る。当研究室では大脳皮質局所回路の構築原理の解析研

新皮質局所回路と大脳システム回路を統合的に解析し，究を実施している。今年度，当研究室では，大脳皮質のニューロンタイプの機能分担や層構造の役割，さらに運１次・２次運動野に焦点をあて，in vivo imaging，免疫組

動野から感覚野・海馬・視床・基底核・小脳などへの多62

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研究活動報告／脳機能計測・支援センター

様な投射などの機能的解析を進めている。

ラットの前頭皮質における視床前外側核（VL）由来神経終末のシナプスターゲット構造
窪田芳之，江川尚美，北啓子，江藤智子，孫

在隣，川口泰雄

倉本恵梨子（鹿児島大学大学院 医歯学総合研究科）
ラットの視床の視床外側核(VL)からの視床–皮質神経

セグメンテーションを Princeton 大学 Sebastian Seung 教

線維を AAV で GFP 標識した前頭皮質（第２次運動野）

授研究部門に共同研究として実施した。自動セグメンテの組織の大容量電顕画像撮影を実施した結果，撮影倍率ーション処理にはミスが残存するため，人手による校正

5.5 nm/pixel で，189 µm x 202 µm 画像サイズの連続切片（プルーフリード）を改造 VAST Lite を利用して行なっ（40 nm 厚さ）約 1200 枚（48 µm 厚）の画像データセッ

た。結果，ターゲットの大半は錐体細胞の棘突起である

ト（1.6 TB）の撮影を完了した。アラインメントと自動ことが明らかとなった。

学習に伴う大脳皮質運動野での回路特異的な可塑的変化
孫在隣，窪田芳之，川口泰雄

シナプス可塑性は脳における学習や記憶の基礎となするのに対し，新規の視床-皮質入力は学習後期（5 日目

る神経回路網の変化である。学習に伴うニューロン間結～8 日目）にかけて長く維持されることがわかった。こ合の時間的変化を描写するため,マウスの前肢運動学習のことから，運動学習早期の技能獲得には一過性の皮質中のシナプスの可塑的新生・消失を観察し,そこへの入力–皮質間結合がおそらく試行錯誤を行うため，獲得技能源を形態学的に評価した。第 5 層錐体細胞が蛍光標識さの維持すなわち学習した内容を習慣化するためには視れた遺伝子改変マウスに前肢を用いた運動学習を行わ

床-皮質入力が重要であることが示唆された。実際に，学せ，同時に生体 2 光子顕微鏡観察により運動皮質での新習初期に学習回路を化学遺伝実験手法で信号を遮断す

生シナプスを同定した。さらに免疫組織化学による詳細

ると学習の上達が妨げられる一方，学習期間が終了し上な形態学的解析を行ったところ，皮質-皮質間結合と視床達したマウスに対して同様に信号を遮断したところ，上-皮質入力とで異なるシナプス動態を示していた。新しい達済であったはずの運動がまともに実行できない事を皮質–皮質間結合は学習早期（1 日目～4 日目）に一次運みいだした。

動野と二次運動領域の間に「学習回路」が一過性に出現

スパインーデンドライト空間における生体分子の反応拡散シミュレーション環境の開発
浦久保秀俊，窪田芳之
神経細胞のスパインは興奮性入力の受け手であり，
シナ

クトミクスの情報技術を応用して，スパイン，デンドライ

プス可塑性を生じることが知られている。シナプス可塑性

ト，ミトコンドリア，SER，PSD などの３次元形状を形状の理解のために，スパイン―デンドライト空間中におけるを抽出する。同 3 次元形状内において，シナプスへグルタ

生体分子反応拡散シミュレーションシステムの開発を継ミン酸刺激を行った場合に，Ca2+シグナルがスパイン－デ

続して行っている。電子顕微鏡 3 次元画像を対象に，コネンドライト空間をどの様に反応拡散するかシミュレーシ

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研究活動報告／脳機能計測・支援センター

ョンする。これまでのシミュレーションから，シナプス部

プス可塑性が生じる範囲とおおよそ同一であり，局所 Ca2+の代謝型グルタミン酸受容体（mGluR）の活性から生じるがヘテロシナプス可塑性の空間決定因子となる可能性をIP3 がデンドライト ER 上の IP3 受容体を刺激し，局所デ強く示唆している。引き続き，シミュレーションにより，ンドライトにおいて Ca2+シグナルを生じる計算結果を得

実証実験可能な予測を行うことを目指してシミュレーシている。 Ca2+シグナルが生じる空間範囲は，ヘテロシナ

ョンを進める予定である。

生体機能情報解析室【概要】
高磁場 MRI（３テスラおよび７テスラ）の共同利用に法，応用の範囲，安全性の検証などの面で基盤技術を整よるヒト並びにサルを対象とする脳機能計測を支援す備する。脳の構造機能連関を研究するにあたり，生成さるとともに，脳の構造機能連関研究を進めることを目的れる大量の画像データを統計数理学的に取り扱う手法としている。MRI 装置の基礎研究・機器開発から臨床画を開発している。

像研究に至る共同研究を推進しつつ，測定方法，解析手

領域間推定法を用いたトップダウン・ボトムアップシグナルの除去
Pham Quang Trung，西山翔大，定藤規弘，近添淳一
視覚野における情報処理は階層的に行われる。例えば，成分を解析的に除去することにより，画像提示条件と比

初期視覚野である V1 は網膜から外側膝状体を介した視べて画像想像条件において，領域間の情報伝達が密にな

覚情報の入力を受け，傾きや色の情報を処理して，高次ることを示し，論文発表した 2。

視覚野に伝達する。脳領域間の情報伝達は双方向的であ

1. Horikawa T, Kamitani Y., Generic decoding of seen andり，初期視覚野から高次視覚野に情報が送られるのみで

imagined objects using hierarchical visual features. Nature

なく，高次視覚野から初期視覚野への情報の伝達も重要

Communications 8, 15037 (2017)

な役割を担っている。本研究においては，脳領域間の情

2. Pham TQ, Nishiyama S, Sadato N, Chikazoe J., Distillation

報伝達が課題によって変化するという仮説をおき，堀川

of Regional Activity Reveals Hidden Content of Neural

ら 1 の視覚実験データを用いて，これを検証した。

Information in Visual Processing. Frontiers in humanneuroscience 727 (2021)

視覚野内の領域間（V1, V2, V3, V4, FFA, LOC, PPA）で脳活動の推定を行った後，他の領域の活動で説明できる

主観的時間知覚が将来の報酬の選好に及ぼす影響の検討
新滝玲子（慶應大学），田中大輝（慶應大学），岡安萌（慶應大学），鈴木真介（メルボルン大学）

吉本隆明，定藤規弘，近添淳一，地村弘二（慶應大学）
我々の報酬に対する選好は，それを獲得するまでの時および皮質下領域からの報酬信号によって，この選好の間的な遅れの影響を受ける。本研究においては，外界の変化を説明できることを示した。実験では，被験者は数変化が時間の近くに影響を与えることを示し，大脳皮質

十秒の間，視覚刺激を提示される。これが静止画である

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／脳機能計測・支援センター

場合には，動画である場合と比較して，より長い提示時

bioRxiv にて発表した 1。

間であるかのように感じられることを発見した。さらに，

1. Shintaki R., Tanaka D., Okayasu M., Suzuki S., Yoshimoto T.,

腹外側前頭前野と腹側線条体の活動は，主観的時間知覚

Sadato N., Chikazoe J., Jimura K., Subjectivity of time

によって変化する報酬成分を反映していることが明ら

perception alters choice preference for future rewards throughかになった。これらの結果をまとめ，preprint として，

fronto-striatal value signal dynamics. bioRxiv 2022.

時系列細胞現象解析室【概要】
脳は神経細胞を素子とし，シナプスを介した神経回路疾患の発症機序について，新規治療法の開発も目指して，

で情報を処理することによって高次機能を発揮する。従

疾患関連遺伝子変異マウスの病態解析も行っている。本

って，神経回路の構造を理解した上で個々の細胞の活動

年度は，高次機能に関連した神経細胞・回路の動態制御

や細胞間のシナプス伝達の制御機構を明らかにするこ機構として，運動学習における皮質一次運動野の錐体細とは，脳の機能を理解することにおいて必要不可欠であ胞サブタイプの機能的役割について解析を行った。また，る。私たちは，大脳皮質，基底核，小脳などの脳領域に抗がん剤候補物質 roscovitine がシナプス種特異的な様式

おいて主に生理学的手法を用いて，高次機能と関連したでシナプス小胞体の多重性開口放出を促進させる作用

神経回路の機能的構造や動態制御ならびにシナプス伝の分子的基盤を追究した。

達の動作・制御機構を研究してきた。また，脳・神経系

皮質運動野における学習形成の制御機構
大塚

岳

皮質錐体細胞は多様な投射先に対応して分化してお一次運動野（M1）から細胞外記録を学習時に行い，局所

り，局所回路においてサブネットワークを形成している。

電場電位を解析した結果，スライス実験と同様なオシレ

チャネルロドプシンを発現させたラットの運動野スラーションが観察された。また，学習が進むにつれオシレ

イス標本において光刺激を行うと，脊髄に投射する 5 層ーションが減弱した。さらに，M1 の PT 細胞の活動を光錐体細胞（PT）に依存して β/γ 周波数帯（～30 Hz）の膜操作で活性・抑制するとオシレーションは増強・減弱し，電位オシレーションが誘発されることをこれまでに報それに伴って学習形成が促進・抑制された。これらの結告した。本年度は，回転カゴを用いた足場バーのパタン

果は，M1-PT 細胞に依存したオシレーションが学習形成

学習とオシレーション活動の関連を検討した。ラットのに重要な役割を担っていることを示唆する。

Roscovitine がシナプス小胞体の多重性放出を亢進する作用の分子的基盤：
Ca2+チャネル機能亢進作用の関与の検討
佐竹伸一郎
抗がん剤候補物質 roscovitine（cyclin-dependent kinase 1,

体の多重性放出（multivesicular release, MVR）を促進させ

2, 5 阻害薬）には，小脳顆粒細胞‐プルキンエ細胞間グルる作用がある。また roscovitine は，小脳分子層介在神経

タミン酸（Glu）作動性シナプスにおいて，シナプス小胞‐プルキンエ細胞間 GABA 作動性シナプスにおいて記録

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／脳機能計測・支援センター

した，抑制性シナプス後電流 (IPSC) の振幅と減衰時間あることが報告されている。Roscovitine の MVR 促進作（decay）を同じく MVR の亢進により増大させることが用にこれら Ca2+ チャネルが関与する可能性を検討するできる。

ため，roscovitine アナログ GV-58（Cdk 阻害作用のみを

これまでに，roscovitine の MVR 亢進作用は興奮性シ欠損させた Ca2+ チャネル作動薬）が小脳シナプス伝達に

ナプスと抑制性シナプスでは発現機構が異なること，特およぼす影響を観察した。GV-58 は，顆粒細胞‐プルキに興奮性ニューロン顆粒細胞の軸索終末において内在

ンエ細胞間 Glu 作動性シナプス伝達ならびに介在神経‐性 Ca2+ 緩衝機構（Ca2+ buffer）と Ca2+ マイクロドメイン

プルキンエ細胞間 GABA 作動性シナプス伝達，いずれにシグナリングが MVR の誘発に重要な役割を担っている

対しても有意な促進作用を示さなかった。この結果に基ことを示唆する結果を得ている。

づき oscovitine は，Ca2+ チャネルの機能亢進作用を介しRoscovitine には Cdk5 阻害作用に併せて，Cav2.1 チャてではなく，Cdk5 を阻害することにより，MVR を誘発

ネルならびに Cav2.2 チャネルの機能を亢進させる作用がしていると結論した。

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第 43 巻（Dec,2022）

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
ウィルスベクター開発室【概要】
ウィルスベクターは，げっ歯類から霊長類に至る広範

研究室は，ベクターコアとしての役割を担っており，国な哺乳類モデル動物に適用可能な非常に優れた遺伝子

内外の研究機関からの要望に応じてウィルスベクター

導入ツールである。ウィルスベクター開発室では，アデの提供を行い，共同研究を推進している。また，独自にノ随伴ウィルス（AAV）ベクターとレンチウィルスベク

開発したウィルスベクター遺伝子導入システムを駆使

ターの大量精製システムが確立しており，これらのウィして，脳における特定神経路の機能解析に取り組んでいルスベクターの効率的な提供体制も整備されている。本る。

ウィルスベクターの提供による共同研究の推進小林憲太
今年度は，国内外の研究室からの要望に応じて，延べ文として発表されたものや投稿中のものが含まれてお211 件のウィルスベクターの提供を行い，共同研究を推り，引き続き活発な共同研究が進められている。

進した。これらの共同研究の中には，すでに今年度に論

脳機能解析に有用なウィルスベクターシステムの開発
小林憲太，佐野裕美（藤田医科大学），南部

篤の様々な神経路に適用出来る高効率な逆行性 AAV ベク

脳機能解析を行う上で，特定神経路において高効率な逆行性遺伝子導入を可能にするウイルスベクターシス

ターシステムの開発・改良に取り組んでいる。

テムは，強力なツールとなる。現在，種々のモデル動物

細胞内シグナル伝達分子の活性操作による新しいパーキンソン病治療法の探索小林憲太，佐野裕美（藤田医科大学），貝淵弘三（藤田医科大学），南部篤

独自に開発したダブル AAV ベクターシステムを利用型が顕著に緩和されることを見出した。さらに，PKA のして，パーキンソン病モデルマウスの線条体-黒質投射ニ下流で機能する主要な分子に関しても同様の解析を進ューロンで特異的に Protein kinase A (PKA) のドミナンめている。本研究は，特定の細胞内シグナル伝達分子をトアクティブ変異体を発現誘導する遺伝子改変マウス

標的とした新しいパーキンソン病治療法の開発に大きを作製した。このマウスでは，パーキンソン病様の表現く貢献すると考えられる。

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／行動・代謝分子解析センター

遺伝子改変動物作製室【概要】
目的遺伝子の機能を個体レベルで解析するため，あるようになった。これまではマウスを用いて追究されてきいはヒト疾患をモデルとして再現するため，遺伝子改変

た様々な生命現象をラットでも解析でき，動物種を超え動物は欠かすことができない。ラットにおいて胚性幹た諸現象の保存性や種特異性の有無も明らかになる。以（ES）細胞の樹立方法が確立され，CRISPR/Cas9 システ

下には，ラット体内でマウス多能性幹細胞からの機能的

ムのような遺伝子編集技術も急速な発展を遂げたことな精子・精子細胞の作製について紹介する。

により，ラットでも自在に遺伝子改変動物を作製できる

ラット体内でマウス多能性幹細胞から精子作製小林俊寛，平林真澄
動物体内で効率的に多能性幹細胞から生殖細胞を作胞に雄マウスの多能性幹細胞（ES 細胞，iPS 細胞）を移るため, 我々が以前開発した「胚盤胞補完法」を用いた。

植したところ, 産まれてきた雄ラットの精巣内において

胚盤胞補完法は，遺伝的に組織・臓器を欠損する動物のマウス多能性幹細胞由来の精子および精子細胞が作ら

胚盤胞に正常な多能性幹細胞を移植することで多能性れていた。このラット体内で作られたマウスの精子細胞

幹細胞由来の組織・臓器を作る方法で，これまでに膵臓を, マウスの未受精卵に顕微注入し仮親に移植すると,や腎臓の作製に成功してきた。本研究では生殖細胞の作

正常なマウス産仔が得られた。以上のことよりラットのれない Prdm14 欠損ラットの胚盤胞を用いた胚盤胞補完

体内というマウスにとっては異種の環境においても, マ法により,多能性幹細胞由来の生殖細胞を胚発生を利用

ウスの多能性幹細胞から機能的な生殖細胞が作り得る

して効率的に作れるか検証した。Prdm14 欠損ラット胚盤ことを証明した。

多階層生理機能解析室【概要】教授），自由行動下における摂食行動，エネルギー消費の行動様式解析室と代謝生理解析室が統合され，多階層計測（担当：生殖・内分泌系発達機構研究部門，箕越教授），

生理機能解析室が設置された。
本解析室では，遺伝子改変動物および様々な病態生理

自由行動下における体温，脈拍数，血圧の計測（担当：細学的状況におけるマウス・ラットを対象として，代謝，胞生理研究部門，富永教授），麻酔マウスを用いた臓器形

神経活動の in vivo 計測や幅広い領域を対象とした行動

態－機能連関（肝・腎・血管），４次元心機能変化，微小解析を含めた多階層に渡る生理機能解析を行い，標的遺循環血流量（脳・臍帯）の非侵襲的超音波イメージ（担当：

伝子，分子の機能を明らかにすることを目的とする。遺心循環シグナル研究部門，西田教授），円形温度グラジエ

伝子改変動物作製室あるいは各研究者が作製，保有するント装置によるマウス温度嗜好性解析（担当：細胞生理研

遺伝子改変マウス・ラットなどを用いて以下の項目につ究部門，富永教授），情動，学習・記憶に関わる行動解析：

いて解析を行う。

オープンフィールド，明暗往来，高架式十字迷路，強制水泳，ロータ・ロッド，受動的回避反応，恐怖条件づけ，モ

運動系を中心とした，覚醒下での単一ニューロン活動な

リス水迷路，バーンズ迷路など。

どの神経活動の計測（担当：生体システム研究部門，南部68

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／行動・代謝分子解析センター

ジストニアモデルマウスの筋活動解析
佐野裕美，吉岡望（新潟大学），知見聡美，竹林浩秀（新潟大学），南部篤

理研 BRC の吉木先生らのグループが発見した突然変異

末梢神経のみで Dst を欠損した Wnt1-Cre::Dst cKO マウス

マウス（dt-23Rbrc）は，Dystonin（Dst，ジストニン）遺伝は，下肢で捻転運動様の異常な運動が認められたが，歩行子が全身で欠損をしており，上肢の捻転，下肢の伸展，歩時の体幹捻転など典型的なジストニアの表現型を示さな

行時の体幹捻転など，ジストニア様症状を示す。実際，こかった。さらにこのマウスの筋電図を上肢と下肢から記録のマウスの筋電図を記録したところ，持続的な筋収縮，伸したが，ジストニアに特徴的な筋活動は認められなかった。

筋と屈筋の同時収縮といったジストニアに特徴な筋活動

これらのことから中枢神経における Dst 欠損がジストニを示した。一方，神経堤細胞から分化した細胞，すなわち

ア症状に関与していることが示唆された。

乳酸輸送体制御タンパク質 Basigin による代謝調節作用
龍華章裕，小杉智規，有馬寛，丸山彰一（名古屋大学 大学院医学系研究科 総合医学専攻 病態内科学）
門松健治（名古屋大学大学院医学系研究科 分子生物学）
近藤邦生，箕越靖彦

乳酸輸送を担う monocalboxylate transporter 1 (MCT1) がTCA 回路が抑制された。これに対して，代償的に糖原性細胞膜に発現するには，細胞膜蛋白である CD147/Basigin

アミノ酸やケトンによる TCA 回路への流入が増加した。

(BSG) が必要である。本研究では，BSG 欠損によって乳また，このマウスに高脂肪食を与えたところ，高脂肪食

酸・ピルビン酸輸送を抑制した時の代謝に及ぼす影響をによって引き起こされる高血糖や脂肪肝が抑制され，イ調べた。BSG 欠損によって細胞膜に存在する MCT1 の量

ンスリン抵抗性が改善した。以上の結果から，BSG は糖・が有意に低下し，その結果，乳酸やピルビン酸の細胞内

脂質・アミノ酸代謝の調節に必須であることが明らかとへの取込みが低下することによって肝臓での糖新生，なった。

リン酸化非依存的・レドックス依存的 GPCR 内在化機構に着目した抗炎症作用
西山和宏，加藤百合（九州大学大学院 薬学研究院），西村明幸，西田基宏
多くの G タンパク質共役型受容体（GPCR）は，リガン

よび第 2 ループにある Lys137 のユビキチン化を介して内ド刺激後に GPCR キナーゼ（GRK）によりリン酸化され，在化を引き起こすことを明らかにした。P2Y6R 欠損マウ

β アレスチン依存的に内在化することで，自身のシグナル

スと P2Y6R C220S 変異マウスを作出し，デキストラン硫を負に制御すると考えられている。しかし，GRK による酸誘発性の大腸炎モデルと掛け合わせたところ，P2Y6R

リン酸化を受けにくい GPCR がどのような機序で内在化欠損マウスでは大腸の萎縮や突然死が軽減されたのに対するかについては不明であった。我々は，GRK によるリ

し，P2Y6R C220S 変異マウスでは症状が悪化することをン酸化を受けにくい炎症誘導性 GPCR であるプリン作動確認した。さらに，この β アレスチンに依存しないレドッ

性 P2Y6R の内在化機構について検討を行った。その結果，

ク ス 依 存 的 内 在 化 （ Redox-dependent alternative

機能性食品成分イソチオシアネートや親電子性物質がinternalization; REDAI）が，P2Y6R 以外の GPCR でも保存

P2Y6R の細胞内第 3 ループにある Cys220 の SH 基修飾おされる機構であることも明らかにした。

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第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／行動・代謝分子解析センター

情動，学習・記憶に関わる行動解析
山肩葉子，西島和俊
マウスの情動や学習・記憶に係わる行動解析を行うこした。また，学習・記憶関連行動の評価のために，ローとにより，特定の遺伝子・蛋白質の生理機能の解明や，

タ・ロッド，受動的回避反応，恐怖条件づけ，モリス水疾患モデル動物の開発・評価を目指して，動物資源共同

迷路の各装置に加えて，新たにバーンズ迷路の装置を導利用研究センター内に行動解析室が新たに設置され，そ入し，これら装置の最適化を行った。また，他大学の大のセットアップを行った。具体的には，情動関連行動の学院生を対象に行動解析実習を行うと共に，生理学研究評価のために，オープンフィールド，高架式十字迷路，

所内外の研究者と行動実験に関する打ち合わせと実験

強制水泳の各装置に加えて，新たに明暗往来装置を導入計画の作成を行った。

カルモジュリンキナーゼ II 活性と情動関連行動
山肩葉子，柳川右千夫（群馬大学）
Ca2+/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼ II

た。一方，この分子は情動にも係わる可能性があること（CaMKII）は，脳に多く存在する蛋白質リン酸化酵素で，から，CaMKIIα-KI を用いて，情動関連行動の解析を行っ

学習・記憶の分子メカニズムに関わることが知られていた。その結果，オープンフィールドテストでは中央部をる。中でも神経細胞特異的に発現するアイソフォームで避ける傾向が認められたのに対し，高架式十字迷路テス

ある CaMKIIα は，その中心的な役割を果たし，我々は，

トでは壁のない open arm に多く侵入し長時間滞在する

そ の 活 性 を な く し た CaMKIIα ノ ッ ク イ ン マ ウ ス

ことが判明した。これらの結果から，CaMKIIα 活性が情（CaMKIIα-KI）を用いて，海馬依存性のシナプス可塑性

動関連行動の制御にも強く関与することが示唆された。

と海馬依存性の記憶が強く障害されることを示してき70

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／動物資源共同利用研究センター

動物資源共同利用研究センター【概要】
動物資源共同利用研究センター（以下「センター」とrodentium，Corynebacterium kutscheri，Helicobacter hepaticus，

略す）は，2019 年 4 月に改組され，運営部門，先端モデ

Helicobater bilis；内部寄生虫：Giardai muris，Spironucleus

ル動物作製室，モデル動物表現型解析室の 3 部門からな

muris，Trichomonads etc.，Pinworms と外部寄生虫とした。

る。センターでは，適正な実験動物を用いて再現性の高（2）齧歯類の微生物モニタリング検査体制

い正確な動物実験成績を得ることをめざして，実験動物

3 ヶ月に 1 回の割合で,センターにおける自家検査にと動物実験に関して，管理運営，研究，研究支援，教育より，齧歯類の微生物モニタリングを行った。自家検査及び社会貢献を行うべくその責務を果たした。

はセンターの獣医師の指導の下，ICLAS モニタリングセ
ンターで研修を受けた技術職員 1 名および技術支援員１

Ⅰ．管理運営名で実施した。なお，自家検査による成績の正確性を維

1. 動物飼育数および入館者数

持することを目的として，継続して ICLAS モニタリング

明大寺地区の動物種別飼育数（特定の日に集計した値）

センターでの研修を受けることとしていたが，2021 年度

は，マウス 1,870 匹，ラット 1 匹，魚類 11,846 匹，両生は新型コロナ禍のため中止した。

類 84 匹，サル類 36 匹であった。年間入館者数は延べ（3）微生物モニタリング検査の件数

4,336 人（センター職員を除く）, 登録者数 124 名であっ明大寺及び山手地区で飼育される実験動物の適正なた。山手地区の動物種別飼育数（特定の日に集計した値）

微生物学的品質管理を目的として，搬入時には全てのマ

は，マウス 2,486 匹，ラット 253 匹，魚類 4,450 匹，両生ウス（ブリーダー等の特に指定された施設からの動物を類 254 匹であった。年間入館者数は延べ 5,612 人（セン除く）の検疫を，飼育中の齧歯類動物については定期的

ター職員を除く），登録者数は 144 名であった。

な微生物モニタリングを実施した。ただし，検査試薬が2. 飼養室の使用状況

入手できない検査項目や自家検査の対象としていない

明大寺地区陸生動物の飼養保管室利用部門数は，16 部

検査項目については，検査を外部委託した。自家検査で門（生理研 15 部門，共通研究施設 1 部門）であった。山行った件数は，明大寺地区ではマウス 178 件，山手地区

手地区陸生動物の飼養保管室利用部門数は，9 部門（生ではマウス 127 件とラット 24 件であった。外部委託検

理研 5 部門，生命創成探究センター3 部門，共通研究施査を行った件数は，明大寺・山手両地区合わせて，マウ

設 1 部門）であった。水生動物の利用状況について，明ス Lymphocytic choriomeningitis virus 305 件 ， ラ ッ ト

大寺地区では 5 部門（生理研 1 部門，基生研 4 部門），

Hantavirus 24 件であった。

山手地区では 3 部門（生命創成探究センター3 部門）が4. サル類の検疫水槽を利用した。

サル類実験動物の検疫検査と一般健康診断を実施を

3. 微生物学的品質管理した。マカクサルの導入時に E 型肝炎ウイルス（HEV），（1）齧歯類の微生物モニタリング項目

サル免疫不全ウイルス（SIV），サル T 細胞白血病ウイセンター内及びセンター外（センターの外部にある部門

ルス 1 型（STLV-1）の検査結果を確認することとし，2021に設置されている飼育室）で飼育しているマウス，ラット

年度はニホンザル 7 頭の検疫検査を実施した。サルの定を対象に，微生物モニタリング検査を 3 ヶ月に 1 回の割

期的健康診断においては，全頭（51 頭）を対象として，

合で定期的に行った。検査項目は，ウイルス感染症：Mouse

血液学的検査，血清生化学的検査，糞便検査（寄生虫，hepatitis virus，Sendai virus，Ectromelia virus，Lymphocytic

細菌性赤痢，サルモネラ菌），ツベルクリン反応による

choriomeningitis virus，Sialodacryoadenitis virus，Hantavirus；

結核菌感染検査，B ウイルス抗体検査，サルレトロウイ

細菌性感染症：Mycoplasma pulmonis，Salmonella spp.，

ルス（SRV）抗体検査・核酸検出，HEV 抗体検査・核酸

Clostridium piliformis，Pasteurella pneumotropica，Bordetella

検出，麻疹ワクチン予防接種およびイベルメクチン予防bronchiseptica ， Streptococcus pneumoniae ， Citrobacter投与を実施した。

71

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／動物資源共同利用研究センター

5. マウス受精卵凍結胚操作・融解・クリーンアップ

策として，職員全員出勤時と退勤前に体温測定の実施，

齧歯類の授受について，動物輸送件数は年間でのべ 51

昼食は分散して食べるなどの対応を行った。

件の導入と 68 件の供与があった。このうちの一部について凍結保存やクリーンアップを行った。すなわち，受Ⅱ．研究

精卵凍結保存 18 件，精子凍結保存１件，クリーンアップ

1. 個別換気飼育ラックフィルターからの微生物モニタ

兼受精卵凍結保存 7 件，融解・移植 25 件を実施した。

リング検査法の検討

6. 空調設備等の主な修繕

従来，微生物モニタリングを実施する際には，飼育環
境内に暴露して存在する微生物を感染させた囮動物を適正な動物飼育環境の保持のために，各設備のトラブ
ルについて対処した。

検査する方法がとられている。これに対し，飼育ケージ（1）明大寺地区動物棟１からの排気中の微粒子をトラップするフィルターから・一般飼育室の壁にダンパーを設置

微生物を検出することにより，動物の犠牲を伴わずに微・ブースターファンドレンパンの角度調整

生物モニタリング出来る。この微生物モニタリング方法

・胚操作飼育室 2 の扉のエアタイト補修について，実験動物中央研究所と共に検討を進めた。

・外気温の低下に対する空調の設定変更

2. ツイスト式給水瓶キャップ締め付け治具の開発
給水瓶を準備する際に，作業員の指先及び手首に負担

・空調夏季モードのプログラム変更
・チラーの修理がかかる。これを軽減するために，カゴに入れたまま給・共同利用実験室空調の異音対応

水瓶のツイストキャップを締め付けることの出来る治具を機器研究試作室と共同で開発し，これが実用新案に（2）明大寺地区動物棟２・高圧蒸気滅菌機の経年劣化に対する対応

登録された（第 3235193 号）。

・全熱交換機用給水ユニット噴霧ポンプの修理

3．受賞等
窪田美津子技術職員が「ツイスト式給水瓶キャップ締・給湯用膨張タンクボールタップの交換修理

め付け治具の開発で，高橋伸明技術職員が「動物棟２ サ（3）山手地区
・貫流蒸気ボイラー給水ポンプの修理

ル飼育ケージ水洗装置の作製と効果」で生理学実験技術

・排風機軸受けの修理

努力賞を受賞した。

・冷温水機の修理
・貫流蒸気ボイラーの修理

Ⅲ．研究支援・蒸気配管の修理

1. 運営部門

・高圧蒸気滅菌機の修理・センターの計画共同研究に関わる応募要項を作成し，応募のあった計画共同研究についてセンター内で審・各飼育室に設置されている温室度センサーの更新
7. 改修・増築棟の運用議を行った。その後に運営委員会での審議，生理研共「平成 31 年度国立大学法人先端研究等施設整備費補同利用研究部会での審議を経て承認された（23 件を採択）。

助金」の遺伝子改変モデル動物研究基盤設備及び「平成31 年度機能強化経費」の遺伝子改変モデル動物の表現型

・計画共同研究を進めるにあたり各部門より要望のあ

解析を飛躍的に高める先端技術の開発と共同利用・共同

った X 線照射装置および実体顕微鏡などを滅菌し，研究を推進する為の研究環境基盤の構築事業が採択さ

バリア内実験室に搬入した。

れ，これに基づいて動物棟１の改修・増築を行った。2021

2. 先端モデル生物作製室

年 3 月より動物の飼育を開始し，2021 年度には本格的に・研究所外 12 件の要請に応え，研究の進捗に重要な役稼働した。

割を果たすトランスジェニック（Tg）動物やノックア

8. 新型コロナ感染症対策

ウト/ノックイン（KO/KI）マウス・ラット計 18 系統を

生理研の感染対応マニュアル「新型コロナウイルス感

作製し，提供した。

染対策」にあわせ,「COVID-19 におけるセンターの対応

3. モデル動物表現型解析室マニュアル」を作成・更新した。新型コロナウイルス対・マウス・ラットの行動・代謝・生理機能解析の一環と72

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／動物資源共同利用研究センター

して，情動，学習・記憶に関わるマウスの行動評価の検討委員会，NPO 法人動物実験関係者連絡協議会，国立ための各種解析装置の準備を行った。

大学法人動物実験施設協議会，全国医学部長病院長会議，
日本学術会議，日本実験動物技術者協会，同協会東海北Ⅳ．教育

陸支部，日本大学動物実験委員会，東洋大学動物実験委

1. 利用者講習会

員会，徳島大学，実験動物中央研究所等の実験動物と動明大寺地区と山手地区において初めてセンターを利物実験に関係した種々の組織において，副理事長，理事，

用するユーザーを対象として，利用者講習会及び実務講

評議員，委員，顧問，支部長等の役割を担って活動した。

習会を開催した。新型コロナ禍のため，利用者講習会のまた，熊本大学，中国・広東省医学実験動物中心，中国・

開催回数を減らし，オンラインでの開催とした。実務講

中国医科大学において，名誉教授，客員教授，として活習会は実地で行ったが，密を避けるために人数を制限し動した。

た。利用者講習会は明大寺地区で 14 名，山手地区で 11

2. 動物愛護管理法，動物実験基本指針等の各種規制に関名，実務講習会は明大寺地区で 16 名，山手地区で 14 名

連する活動の参加があった。

動物の愛護及び管理に関する法律や動物実験基本指2. 実技講習

針等の各種規制に関して，文部科学省，農林水産省，環マウスの取り扱いに不慣れな方及び動物実験初心者

境省，厚生労働省，内閣府等，日本学術会議（実験動物を対象として，3R の原則に基き動物の福祉に配慮したマ分科会・機能医科学分科会・ICLAS 分科会），全国医学部

ウスの正しい取り扱い方法と基本的な手技を習得する

長病院長会議との打合せを行った。

ための実技講習会を計画したが，新型コロナ禍のために

3. 日本実験動物学会主催の人材育成事業
日本実験動物学会が主催する人材育成事業に関して中止した。
3. 生理研トレーニングコース

中心的な役割を担った。人材育成事業とは，主催：日本

生理研トレーニングコース「遺伝子改変マウスの基本

実験動物学会，事業主：文部科学省，事業名：ナショナ

的手技と学習･記憶行動解析入門」を実施した。新型コロ

ルバイオリソースプロジェクト・情報センター整備プロ

ナ感染症対策のために受入れ条件を厳格にした結果，参グラム「外部検証促進のための人材の育成と活用」事業

加者は 1 名であった。

（2021～2026 年度），後援：文部科学省として展開して

4. 動物実験委員会主催講習会

いるものである。
4. 行政との情報交換

動物実験委員会実験用霊長類専門委員会の「サル講習会」では，サルの利用に関する規定，法律，ガイドライ

文部科学省，農林水産省，環境省，厚生労働省，内閣ン，動物愛護管理法の改正，事故・感染予防及びヒトの府等との間で情報交換を行った。特に，動物の愛護及び健康診断とサルの血液検査，獣医学的管理と人獣共通感

管理に関する法律の見直しに向けて，関係省庁との間で染症について講義が行われ，その一部を担当した。受講協議を重ねた。

者は合計 38 名であった。

5. 実験動物等の関係者への周知徹底
研究所外の実験動物・動物実験関係者に対して，各種

Ⅴ．社会貢献研修会や講演会において，動物の愛護及び管理に関する

1. 研究所外での役員等法律の改正等に関するこれまでの経験，現状及び将来に日本実験動物学会，ICLAS モニタリングセンター運営

向けての方向性等について，周知徹底を図った。

73

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／技術課

技術課
大河原

浩

【概要】
今年度，システム脳科学研究領域の技術職員体制を強究所最新動向と技術トピックスが 5 演題あった。詳細は化するため，横井功係員を採用した。また，ネットワー『第 15 回自然科学研究機構技術研究会 報告書（Web 掲

ク管理および情報セキュリティ管理の強化，動物飼育お載）』にまとめた。

よび実験技術向上を図るため，技術職員の採用に向けた⑤東海・北陸地区国立大学法人等技術職員研修等の受講活動を行った。

と参加

技術課組織の強化と指導体制の見直し，研究支援体制

東海北陸地区大学等の技術職員の技術交流と技術向の充実を図るため，三寳誠主任，村田安永主任の 2 名を上を目的に，毎年当番校により東海・北陸地区国立大学

係長に昇任させた。

法人等技術職員研修が行われており，本年は電気・電子

今年度末，1 名の技術職員が早期退職となり，担当業

コースと生物・生命コースが企画された。前者は開催日

務の整理と引継ぎを行った。

を調整し実施されたが受講者はなかった。後者はCOVID-19 感染拡大防止のため中止された。また，東海・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。

北陸地区技術職員合同研修に係わる技術職員代表者会①生理科学実験技術トレーニングコースでの技術指導

議（名古屋，Web 開催，3 名）に参加し，今後の研修会

生理学研究所が毎年主催し，実施している生理科学実開催について議論を進めた。

験技術トレーニングコースで，『生体アンプ回路工作とその他，令和 3 年度機器・分析技術研究会（山口，

機械工作入門』を企画し，COVID-19 禍ではあったが開Web 開催，1 名），共同利用機関におけるセキュリテ

催され，1 名の受講者を受け入れ指導した。

ィワークショップ（岐阜，Web 開催，3 名），令和３年②生理学技術研究会の開催

度高エネルギー加速器研究機構技術職員シンポジウム

全国の大学等技術職員の技術連携と交流を目的に第（茨城，Web 開催，1 名），実験・実習技術研究会 2022

44 回を，生物学技術研究会（基礎生物学研究所技術課主（東京，Web 開催，2 名），技術研究会（岐阜，Web 開催）と合同で 2022 年 2 月 17 日－18 日の 2 日間にわたり

催，3 名），令和 3 年度東海地区国立大学法人等職員基オンライン開催した。会では，29 題の発表があり，研修

礎研修（名古屋，Web 開催，1 名），令和 3 年度東海地

講演として『定量生物学の現状と展望』（青木一洋教授，

区国立大学法人等係長研修（名古屋，Web 開催，1 名），

基礎生物学研究所 定量生物学研究部門）を行った。これ

霊長類研究所の施設見学および情報収集（犬山，1 名），

らの報告を『生理学技術研究会報告（第 44 号）』にまと第 2 回実験動物微生物統御若手の会オンライン勉強会

めた。

（Web 開催，1 名）などに参加し，業務の研究技術力お③奨励研究採択課題技術シンポジウムの開催

よび支援力の強化を図った。

時代要請に対応した技術認識と向上に立った技術職⑥放送大学利用による専門技術研修の受講員の業務の社会的開示を推進するために奨励研究採択

研究の高度化と多様化に対応するため，放送大学を利者による報告会を行ってきたが，今年度も中止した。

用した技術職員の研修を推進している。今年度，受講者④自然科学研究機構技術研究会の参加はいなかった。

自然科学研究機構技術職員の技術紹介と技術連携・異⑦科学研究費補助金（奨励研究）等の採択

分野連携を目的に開催し，第 15 回を 2021 年 6 月 24 日

業務を展開，推進していくための問題意識の養成，そに生理学研究所でオンライン開催した。会では，研修講の解決のための計画および方法の企画能力の養成，さら演「脳と精神，脳の中の自己と他者」（磯田昌岐教授，にはその表現力と説明力の養成を通じて，業務上の技術

生理学研究所 認知行動発達機構研究部門），「データの力の総合的な向上を図ることを目的に標記の申請を行取り扱い」を共通テーマにポスター発表が 16 演題，各研ったが，今年度は採択者がいなかった。

74

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／技術課⑧業務報告会とデータベース化事業の促進，および表彰

17 回労働安全衛生に関する情報交換会（岐阜，Web 開催，制度の整備1 名），令和 3 年度東海・北陸地区 国立大学・研究所 環

課員の配属先研究部門での業務成果は，技術課業務報

境安全衛生協議会（名古屋，Web 開催，1 名）を受講し告会で報告され，情報の共有化が図られている。また，

た。また，防火防災体制を強化するため，自衛消防業務

その成果は技術課主催の生理学技術研究会，配属先部門

新規講習参加（名古屋，1 名）を受講したでの学会発表により所外に発信されているが，より広く⑩岡崎 3 機関技術課長会と機構技術代表者会議の開催活用され，即時的に発信するために，優れた成果をデー

岡崎 3 機関の三技術課長と事務センターの各課課長補

タベース化する事業を技術課が研究部門と進め，その一佐を交え，毎月 1 回，岡崎 3 研究所の動向や今後の計画，部を技術課ホームページで公開している。今年度も，そ問題点などの意見交換を行った。また核融合科学研究所，の編集を技術係員が行い，その更新を進めた。また，閲

国立天文台も交え毎月 1 回，オンライン会議による情報

覧状況を確認できるようにしている。こうした事業の推交換を行った。

進のなかで，優れたデータベースにはデータベース賞と⑪職場体験の受入れ等して表彰授与を所長より行っている。こうした事業の推

広報展開推進室が推進する地域貢献活動を支援して進により，研究者との連携を深め，業務の活性化を進めいるが，今年度は COVID-19 感染拡大防止のため，職場た。なお，業務報告会には，基礎生物学研究所 三輪朋樹

体験の受入れ指導を行わなかった。また，せいりけん市

技術課長に聴講をお願いし，意見を求めることとしてい民講座（オンライン開催），岡崎市理科作品展（Web 開る。

催），大学共同利用機関シンポジウム（オンライン開催），⑨安全衛生技能講習等の受講と参加

自然科学研究機構シンポジウム（オンライン開催）など研究所の安全衛生を課業務として充実するために，第のアウトリーチ活動の支援を行った。

施設の運営状況①システム脳科学研究領域(1) 生体磁気計測装置（生体機能情報解析室）
髙橋直樹，山口登【概要】
生体磁気計測装置（以下 MEG）は主に計測系と解析系

波形がフラットになった不具合があり，SQC ボードの故障が原因だったため交換を行った。

から構成され，全体を生理研主幹から切り離されたローカルエリアネットワークにより接続運用されている。現

２．LHe 充填時において上昇した蒸発量が作業終了後に在システム全体は Linux により稼働しており，旧システ

おいても長時間下降しない事象が発生している。原ムの HP-UX については稼働していないがデータ互換性

因特定にはハードサイクルなどの作業を伴うが，計確保のためハードウェア関連機材のみ維持保管されて測には支障がないため運用観察としている。
３．計測用椅子が不調だったため，修理を行った。

いる。
今年度の計測環境および SQUID センサ保守において今年度の生体磁気計測装置の稼働率を下表に示す。

は，以下の不具合について対応した。
１．特定のチャンネルで波形が非表示かつチューニング

75

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／技術課

2021 年度
年

月

日数

休日

生体磁気計測装置稼働率

点検
調整
日数

使用
日数

稼働率
（％）

使用者数（人）
備考

延べ
総数

所外

2021 年 4 月

30

9

0

5

24

5

5

5月

31

13

0

5

28

5

5

6月

30

8

2

6

30

6

6

7月

31

11

0

5

25

5

5

8月

31

10

0

9

43

9

9

2～3 日定期点検

9月

30

10

4

4

25

4

4

10 月

31

10

0

12

57

12

12

11 月

30

10

0

11

55

11

11

12 月

31

8

2

8

38

8

8

8～9 日定期点検
11～12 日臨時保守作業

7～9 日定期点検，27 日臨時保守作業

2022 年 1 月

31

11

2

8

44

8

8

2月

28

10

0

9

50

9

9

3月

31

9

2

13

65

13

13

15～16 日定期点検

365

119

12

95

40

95

95

（稼働率は平均値）*利用日数は装置を実験計測に使用した日数であり，保守作業などの使用は含んでいない。
*稼働率 = 使用日数／（日数－(休日数＋点検日数) ）×100*延べ総使用者数は所内使用者と所外使用者（共同研究，研究協力など）を合算したものである。
(2) 磁気共鳴装置（心理生理学研究部門）
伊藤嘉邦，岩瀬恵【概要】
研究部門の技術支援員伊藤が，事務系のサポートは心理

今年度の磁気共鳴画像装置を利用した研究成果につ生理学研究部門の特任専門員岩瀬が担当している。

いては，システム脳科学研究領域心理生理学研究部門と脳機能計測・支援センター生体機能情報解析室の研究活

その他，前年度に引き続き MRI 実験で得られる大量の

動報告および生体機能イメージング共同利用実験報告

データ解析に対応するために，データ解析用 PC クラスに記載されている。

タおよびメニーコア PC で利用する大容量ファイルサー

生理学研究所には，独シーメンス社の 3T-MRI 装置２

バ・システムの増設と解析環境の整備を行った。

台と 7T-MRI 装置１台の計３台が共同利用実験装置とし昨年度に引き続き新型コロナ（COVID-19）の影響を受け，稼働率が例年に比べて低くなった月が多かった。

て設置されている。その内訳は，2010 年度に導入された
２台の 3T-MRI Verio で構成された世界初の Dual fMRI 実

7T-MRI では，毎年 11 月頃に行われるコールドヘッド

験装置および 2015 年度に導入された 7T-MRI 装置であの交換を行う技術者が海外から入国できないため作業

る。7T-MRI 装置は，3T-MRI に比べてより高解像度で脳ができなかった。このためヘリウムの漏れが発生し定期の断層画像の撮影を行うことが可能であり，脳機能画像的に補充を行った。また，装置を停止させる必要も生じ計測においても新たな研究領域への貢献が期待されてた。
それぞれの MRI 装置ごとの稼働率を表に示す。なお，いる。
各 MRI 装置の保守は，３ヶ月毎にメーカーによる定期

Dual fMRI 実験装置を構成する 2 台の Verio は単体でも点検が行われている。また，実験用の PC を含む実験装実験に使用しているため，便宜上 Verio-A，Verio-B とし

置の保守や更新などの技術系のサポートは心理生理学て個々の稼働率を算出している。

76

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／技術課

2021 年度

磁気共鳴装置稼働率

Verio-A
使用日
日数

休日

保守

使用
可能
日数

2021 年 4 月

30

9

2

19

37

1

5月

31

13

2

16

44

0

7

6月

30

8

1

21

62

0

13

7月

31

11

2

18

31

0

5.5

8月

31

10

0

21

55

0.5

11

年

月

稼働率
（％）

所内

所外
6

9月

30

10

0

20

45

0

9

10 月

31

10

0

21

33

0

7

11 月

30

10

5

15

67

0

10

12 月

31

11

0

20

75

1

14

2022 年 1 月

31

12

2

17

35

0

6

2月

28

10

0

18

61

0

11

3月

31

9

1

21

62

0

13

計

365

123

15

227

51

2.5

112.5

備考

定期保守

定期保守

定期保守

Verio-B
使用日
年

月

日数

休日

保守

使用
可能
日数

稼働率
（％）

所内

2021 年 4 月

30

9

2

19

37

0

7

5月

31

13

2

16

50

0

8

6月

30

8

2

20

25

1

4

7月

31

11

3

17

21

0

3.5

8月

31

10

0

21

48

0

10

9月

30

10

2

18

33

0

6

10 月

31

10

0

21

14

0

3

11 月

30

10

6

14

36

0

5

12 月

31

11

0

20

73

0.5

14

2022 年 1 月

31

12

2

17

18

0

3

2月

28

10

0

18

50

0

9

3月

31

9

1

21

62

1

12

365

123

20

222

39

2.5

84.5

計

77

備考

所外

定期保守
冷凍機メンテナンス

定期保守

定期保守

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／技術課

7T-MRI

年

月

日数

休日

使用日

使用
可能
日数

保守

稼働率
（％）

備考
所内

所外

2021 年 4 月

30

9

7

14

100

0

14

5月

31

13

3

15

87

0

13

6月
7月

30

8

0

22

91

0

20

31

11

1

19

100

0

19.5

8月

31

10

1

20

75

2

13

9月

30

10

1

19

100

9

10

10 月

31

10

9

12

92

1

10

11 月

30

10

5

15

93

0

14

12 月

31

11

9

11

91

0

10

2022 年 1 月

31

12

7

12

83

0

10

2月

28

10

19

0

NA

0

0

3月

31

9

22

0

NA

0

0

365

123

84

159

92

12

133.5

計

定期保守

定期保守

定期保守

使用停止
定期保守
使用停止

*使用日数は，装置を実験計測に使用した日数であり，保守作業などの使用は含んでいない。
*稼働率 = 使用日数／（日数－(休日数＋保守日数) ）×100*使用日は土日を含みます（0.5）。

②脳機能計測･支援センター(1) 形態情報解析室
山田幸子，肥田宗政，山田

元【概要】
形態情報解析室には，位相差電子顕微鏡や超高圧電子

主に電子顕微鏡観察用のサンプルの作製作業，電子顕微顕微鏡などが設置されており，これらの装置は，研究者

鏡画像を利用した三次元再構築作業，並びに FIB 装置をによって維持管理されている。技術職員および技術支援用いた位相板作製作業等の活動を行った。

員は，実験試料作製をはじめとして，研究室の良好な研なお，今年度末までに，超高圧電子顕微鏡および FIB

究環境を保つために，研究室内の毒劇物や機器などに関装置は廃止され，位相差電子顕微鏡は生体分子構造研究する安全衛生に関連する業務を行っている。今年度も，部門に移管された。

(2) 電子顕微鏡室（生理研・基生研共通施設）
石原博美，山田元，山口登，小原正裕【概要】
メーカーに修理を依頼しているが，原因の特定が難航し，電子顕微鏡室では，例年同様，幾つかの機器において装置は停止を余儀なくされている。

トラブルが発生したが，技術課職員による保守作業やメーカーによる修理対応により，現在はほとんどの機器がこのような SBF-SEM の不具合による研究の停滞を避順調に稼働している。しかし，そのうちの 3 次元再構築

けるために，今年度末，新たに 3 台目の SBF-SEM 装置

型走査型電子顕微鏡（Zeiss 製 SBF-SEM）においては，2（日本電子製 IT800）が山手地区 2 号館 1 階電顕室スペー

台あるうちの 1 台に取得画像にノイズが頻発しており，

スに導入された。今後，本格稼働に向けた運用を開始す

78

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／技術課

電子顕微鏡室の技術課職員の配置を山手地区に集中さる予定である。
透過型電子顕微鏡に関しては，これまで主力機としてせることが決まり，明大寺電子顕微鏡室内の技術課職員

利用されてきた電子顕微鏡（日本電子製 JEM1010）のメ用居室を廃止して，備品等の廃棄および山手地区への引ーカーによる保守契約が昨年度をもって打ち切られ，今っ越しを行った。

後の故障対応が難しくなると予想される。そこで，新しさらに，これまで山手地区と明大寺地区にそれぞれ 1

く電子顕微鏡室に移管された電子顕微鏡（日立製

名ずつ配置されていた技術課職員が今年度 3 月で 2 名とHT7700）を後継機とすべく昨年度から準備を進めており，も退職することとなった為，後任の職員に業務の引継ぎ

予定通り今年度より保守契約を開始した。ただし，利用を行った。

者が多い JEM1010 も引き続き運転する予定であり,今年

電子顕微鏡室の利用状況としては，SBF-SEM において

度は機器のメンテナンスとしてオーバーホールを行なは，前年同様，計画共同研究，バイオイメージング支援った。

で多く利用された。また，それ以外の機器についてもほとんどの機器で利用があり，特に，透過型電子顕微鏡に今年度より，明大寺電子顕微鏡室として利用してきた

ついては多数の利用申請があった。

共通施設棟Ⅰ地下一階のスペースに生体分子構造研究
部門が研究室を構えることとなった。一方，来年度より(3) 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

近年，使用頻度が急上昇しているレーザーカッターでの開発と改良，それに関わる技術指導，技術相談を室のあるが，導入から 4 年を迎え，発振管の老朽化のために役割とし，生理研・基生研の共通施設として運営されて出力が低下し，加工が行えなくなった。レーザーカッタいる。

ーの更新を希望し，生理研より臨時予算をもらえること

新しい研究には新しい研究機器を作るという『ものづになったが，発振管の交換が可能な事が判り，交換するくり』が希薄になっている状況下，一方では，研究の多こととした。発振管交換，光軸調整を自分で行い，正常様化は常に新たな役割の模索が迫られている。そうしたに動作することとなった。

認識のもと，『ものづくり』能力の重要性の理解と機械

レーザーカッターは，まだ新しい機器ではあるが，他

工作ニーズの新たな発掘と展開を目指すために，2000 年の使用機器は，設置後 40 年近くの経過があり，使用頻度度から，医学・生物学の実験研究に使用される実験装置が低いとは言え，故障の発生頻度が増している。修理にや器具を題材にして，機械工作の基礎的知識を実習主体

必要な予算の計上の必要性を感じた。

で行う機械工作基礎講座を開講してきたが，コロナ禍の
なお，機器研究試作室の今年度の利用状況は，以下のため受講者を絞って講座を開催し，1 名のみ実施した。

通りである。

また，生理科学実験技術トレーニングコースの受講者は3 名を受け入れた。

79

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／技術課

2021 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

生理研
認知行動発達機構

65 心理生理学

15

動物資源共同利用研究センター

11

バイオフォトニクス

1

1

技術課

1

生体機能情報解析室

生体システム5

基生研
2

植物環境応答

機器研究試作室

利用人数表
基生研

生理研

月

合計

利用人数

利用時間(h)

利用人数

利用時間(h)

利用人数

利用時間(h)

4

11

26

0

0

11

26

5

2

2

0

0

2

2

6

5

8

0

0

5

8

7

3

3

0

0

3

3

8

11

17

0

0

11

17

9

11

24

0

0

11

24

10

13

22

0

0

13

22

11

13

20

0

0

12

20

12

12

15

2

4

14

19

1

5

13

0

0

5

13

2

5

5

0

0

5

5

3

10

17

0

0

10

17

合計

100

172

2

4

102

176

前年度実績

79

147

4

11

140

376

（前年度実績，分子研：57 名，218 時間）
機器研究試作室
機械工作
電気工作
レーザー加工メダカ体長測定用水槽
ＵＶ投光器
カブトムシ飼育ケージ

依頼製作品例

マウス Y 字迷路
ステッピングモータ駆動回路
マイクロ流路マウス観察ケージ
タイムラプスカメラ
テープ巻取機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，稲垣茉利子【概要】
も連携しながら，施設整備を進めている。

生理学研究所における当施設の利用形態は，生体情報
解析システム（後述），情報サービス（e-mail，WWW 等），

生体情報解析システムは，数値計算，データ解析，可プログラム開発などに分類することができる。また，こ視化，数式処理，統計解析，電子回路設計などの多くのれらを円滑に運用して行くためには，所内 LAN の管理，

ネットワークライセンス用アプリケーションを備えて整備や情報セキュリティの確保も重要である。このよういる。これらのアプリケーションは，ネットワーク認証

な現状をふまえたうえで，岡崎情報ネットワーク管理室

により各部門施設の PC 上で利用可能である。登録者はや機構 CSIRT（両組織に当室の技術職員 1 名が併任）と86 名で，研究推進のために活用されている。

80

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／技術課

岡崎情報ネットワークは，MAC アドレス認証の動的

CSIRT が組織されており，発生予防，対策，監視等を行

VLAN 機能を有する 1000BASE-T ネットワークの提供をうと共に，発生時及び発生後の対応を行っている。情報

基とし，利便性の向上と情報セキュリティの確保を両立

セキュリティ対応強化のため，外部業者によるセキュリ

している。また，同様の認証機能，あるいは Web 認証機

ティインシデントに関する高度サポートの利用，ログ管能を持つ無線 LAN，並びに eduroam は，構内全域で利用理解析基盤の運用，CSIRT 運営経費による研修への参加可能である。今年度はネットワーク機器の更新を進め，等を行っている。

有線 LAN では 10Gbps 以上の回線が必要な箇所の整備，生理学研究所のネットワーク利用状況は，メール登録

無線 LAN では電波が弱い箇所の改善，Wi-Fi 6 対応化な者が 380 名。WWW 登録者が 100 名。LAN の端末数がどを実施した。

1,931 台。WWW は 5,100 IP／日の端末から 25,000 ペー
ジ／日の閲覧があった。

情報セキュリティインシデントは，今年度も自然科学
機構内外で発生している。これに対応するため機構④岡崎共通研究施設(1) 動物資源共同利用研究センター
廣江

猛，窪田美津子，神谷絵美，山中緑，高橋伸明【概要】
サル用監視カメラを導入した。

昨年度と比べ，齧歯類の搬入・搬出件数とも減少した。
マウス受精卵凍結と融解件数は減少したが，クリーニン

山手地区の施設は竣工から 20 年が経過し，空調機器

グ後の個体化は増加した。その理由として，2021 年 3 月

類の経年劣化，バリア構築の根幹である高圧蒸気滅菌機

から稼働したバリア施設への導入が進み，外部からの導で不具合が起きており，修繕をしながら運用しているが，入も進んだことが考えられた。

今後の根本的な対策が必要である。また，施設整備のためにプレハブ冷蔵庫の更新などを行った。

動物の飼育数は，昨年度と比べ，マウスはやや減少し，

COVID-19 の対応として，生理研の感染対応マニュア

ラットは増加した。マカクサルは減少し，マーモセット

ル「COVID-19 感染対策」の改訂にあわせ，「COVID-19は増加した。
施設運用では，齧歯類の微生物モニタリングを引き続におけるセンターの対応マニュアル」を改訂した。セン

き実施した。初心者を対象とした実験動物の基本的手技

ター職員に COVID-19 感染者（山手地区 1 名，明大寺地の実技講習を計画したが，COVID-19 の蔓延のため中止

区 1 名）が発生し，マニュアルに従い対応を行った。まを余儀なくされた。しかし，生理研トレーニングコース

た，職員や利用者に COVID-19 濃厚接触者が確認され，のマウスの基本的手技では，1 名に講習を実施した。マ

該当者が通行した場所の噴霧消毒やドアノブの清拭消

カクサル導入時の検疫，1 回/年の全個体の定期検診を例毒を行った。

年通り実施した。
明大寺地区の動物棟 1 は，機能の改善および高度化を【明大寺/山手地区 共通業務】

目的とてして増築・改修工事を行い，2021 年 3 月から飼

①施設の利用状況

育を開始した。また，施設の運用を充実させるため，マ

動物の飼育数は，昨年度と比べ，マウスはやや減少し，ウス個別換気飼育ラック，飼育室温度監視用データロガ

ラットは増加した。マカクサルは減少し，マーモセット

ー，オートクレーブ台車などを整備した。

は増加した。マウスについては，動物棟 1 のバリア施設

明大寺動物棟 2 は竣工から 28 年が経過しており，空の稼働に伴い，動物棟 2 のコンベンショナルマウス飼育

調機器類及び配管類の経年劣化による不具合，外壁の亀施設を閉鎖したため，一時的に飼育数が減少したと考え

裂からの雨水の侵入が起こり，修繕しながら運用していられた。

るが，全館改修を行うために，概算要求用の改修図面案②齧歯類の授受年間で延べ 51 件の導入と 68 件の供与があった。いずを作製した。また，施設整備のために電動油圧手術台と81

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／技術課

れも昨年より減少した。他機関からの導入は増加し，供ラインで実施し，14 名の参加があった。また実地講習は，与は減少した。3 機関内の導入と供与は減少した。海外

16 名の参加があった。

からの導入，供与はいずれも増加した。また，授受の条②齧歯類微生物モニタリング
マウス，ラット飼養保管室について，3 ヶ月に 1 度の件や書類内容の確認，利用者へのアドバイスなどに注力した。

微生物モニタリング検査を実施した。

③受精卵凍結・クリーンアップ③サル類
ニホンザルを 7 頭検疫し，導入を行った。またサル類

受精卵凍結保存 18 件，クリーニング後の個体化兼受

51 頭の定期検診を行った。

精卵凍結保存 7 件，凍結受精卵の融解・移植 25 件，精子凍結 1 件を実施した。昨年度と比較してクリーニング後

マーモセットの導入時には臨床症状の観察を行い，12の個体化の受託件数は増加した。また，動物棟１への SPF

頭の導入を行った。また体調不良による検査を 1 件行っ

動物の導入が落ち着いてきたため，凍結，融解の受託件た。

数は減少した。精子凍結は業務としては行っていないが，④施設整備について
動物棟 1 においては，施設を充実させるため，マウス

他大学へ凍結精子を供与する要望があったため，実施し個別換気飼育ラック，飼育室温度監視用データロガー，

た。今後も精子凍結の要望に備える必要がある。
他機関において，ドライシッパーの誤った使用方法をオートクレーブ台車，バリア内ウイルス等保管用共用デ原因とする事故があったため，運送会社や各営業所によィープフリーザー，胚操作用ディスプレイ付き実体顕微って，ドライシッパーの取り扱いを停止するという事態

鏡，CO2 インキュベータ，微生物検査用デジタルカメラ，が発生した。搬入，搬出のいずれにおいても受け取り拒

リアルタイム定量 PCR，ロボット掃除機を整備した。
動物棟 2 においては，経年劣化による空調，配管も含否があり，使用方法が適正であれば問題がないことを説明し，対応していく必要があると考えられた。

む大規模改修にかかる概算要求を行うため，南部教授，④齧歯類微生物検査

磯田教授とともに改修図面案を作製した。また，施設整

昨年度に引き続き，マウス 254 件，ラット 24 件の自家備のために電動油圧手術台とサル用監視カメラを導入

検査を実施した。また，外部施設からのマウス導入にあした。

たり，受精卵からの個体化に際する里親検査を 37 件，個⑤主な工事及び修理について

体導入の際の検疫囮動物検査を 14 件実施した。

（1）動物棟 1 改修棟非常階段下の窓が施錠されてお動物棟 1 の稼働に伴い，微生物モニタリング定期検査らず空いた状態だったため板を張り補修

項目に，
Helicobacter hepaticus，Helicobacter bilis を加えた。

（2）動物棟 1 一般飼育室と前室との差圧が大きく，扉

獣医師の指導の下，技術職員と技術支援員の 2 名体制が開きにくかったためダンパーを設置（3）動物棟 1 増築棟 1F 女性用トイレで漏水があったで業務を進めた。

ため修理⑤マウス・ラットの取り扱い実技講習会
例年，マウス・ラットを主な対象として，馴化，保定，（4）動物棟 1 増築棟 2F CV 倉庫および 3F 共同利用実

経口投与法，一般的な飼育作業等の内容について，利用

験室の床に結露を認め，空調と扇風機による対応

者への実技講習を年 2 回行っているが，COVID-19 の影（5）動物棟 1 万能洗浄機ガス滅菌のポンプ機能に不具合があり修理

響のため中止した。一方，生理研トレーニングコース「遺伝子改変マウスの基本的手技と学習・記憶行動解析入門」
コースでは 1 名に対して講習を行った。

（6）動物棟 1 増築棟 3F 廊下天井に漏水があり，ブー
スターファンのドレンパン取り付け不良のため，
角度調整修理（7）動物棟 1 西側道路の雨水排水溝に工事の土砂が【明大寺地区 陸生動物エリア】

詰まり，土砂を取り除く対応①施設の利用状況（8）動物棟 1 胚操作飼育室 2 の扉にエアタイト扉用

陸生動物の飼養保管室利用部門数は，16 部門（生理研
15 部門，共通研究施設 1 部門）であった。

ゴムがなく補修（9）動物棟 1 外気 5℃以下になると凍結防止のため温利用者講習会は COVID-19 の影響のため，座学をオン

82

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／技術課

水が 100%解放となる設定になっており，室温が故障したプレハブ冷蔵庫の更新を行った。また，施設

25℃を超えたため，制御プログラムの変更を充実させるために，バリア内ウイルス等保管用共用デ（10）動物棟 1 空調が夏季モードの場合には，チラーィープフリーザー，フレークアイスメーカー，水槽用加は冷水 2 台，温水 1 台で運転するが，温水は除湿

熱冷却器を導入した。

の時しか使用されない設定であり，湿度が低いと④主な工事及び修理について（1）貫流蒸気ボイラー2 号機の給水ポンプが故障し修きには室温が下がるため，制御プログラムの変更（11）動物棟 1 チラー3 号機のコンプレッサーが故障

理（2）1 号館 A 棟 5 階機械室の FE-18A 排風機軸受け故し，修理（12）動物棟 1 消毒液吐水口ボールバルブのパッキン

障し修理（3）1 号館 A 棟の冷温水機 1 号機故障し修理がよじれ止水できず，ボールバルブ交換（4）1 号館 A 棟の山手 1 号館 A 棟・B 棟用の吸収冷（13）動物棟 1 飲水製造装置の減圧弁で，工事後配管

温水機 2 号機の伝熱管漏洩し復旧修理

内の夾雑物が原因で圧力が下るため，減圧弁の交（5）貫流蒸気ボイラー2 号機の薬注装置より液漏れし換（14）動物棟 1 共同利用実験室の天井裏空調配管がた修理

わみ，異音が発生し，吸音する保温材を巻き補修（6）5F 機械室外側蒸気配管より蒸気漏れがあり修理（15）動物棟 2 高圧蒸気滅菌機の放射棒が経年劣化で（7）4F スリッパ用殺菌線ロッカータイマーが故障し下がり，扉が開かず調整を行ったが，交換が必要

交換修理とのことで，使用状況を鑑み，2022 年度に使用を（8）高圧蒸気滅菌機 1 号機，モーターバルブ交換，タ

中止することを決定

ッチパネル故障による交換修理（16）動物棟 2 全熱交換機用給水ユニット噴霧ポンプ（9）高圧蒸気滅菌機 2 号機，ボールバルブ，電磁弁，が故障し修理減圧弁，逆止弁，圧力スイッチ，電極保持器の交（17）動物棟 2 給湯用膨張タンクボールタップ不良の換，ドアパッキン巻き込みによる交換修理（10）高圧蒸気滅菌機 3 号機，フリーベアリング故障

ため交換修理（18）動物棟 1，2 ともに 3 機関による無線アクセスポ

修理，電磁弁，スチームトラップ，ユニオンパッ

イント更新工事

キン交換（11）施設課により中央監視設備改修工事【山手地区 陸生動物エリア】（12）施設課により各飼育室に設置されている温湿度①施設の利用状況

センサーの更新

陸生動物の飼養保管室利用部門数は，9 部門（生理研（13）3 機関による無線アクセスポイント更新工事

5 部門，生命創成探究センター3 部門，共通研究施設 1 部【明大寺/山手地区 水生動物エリア】

門）であった。
利用者講習会は COVID-19 のため，座学をオンライン①施設の利用状況（1）明大寺地区では，生理研 1 部門，基生研 4 部門ので実施し，11 名の参加があった。また，実地講習を実施

利用があった。

し，14 名の参加があった。

（2）山手地区では，生命創成探究センター3 部門が水②齧歯類微生物モニタリング
全 SPF 飼育室およびマウス・ラット一時保管室 2～3槽を利用した。

の微生物モニタリングを 3 ヶ月に 1 回のペースで実施し②主な工事及び修理
特に大きな工事及び修理は行わなかった。

た。
③施設整備

83

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究活動報告／技術課

陸生動物部門別・動物種別搬入数（2021 年度）
明大寺地区

動物種
部門

マウス ラット ハムスター モルモット

神経機能素子
生体膜
時系列細胞現象解析室
生体システム
認知行動発達電子顕微鏡室生殖内分泌系
生体恒常性発達多光子顕微鏡室
動物資源共同利用研究センター
視覚情報処理細胞生理
遺伝子改変動物作製室
心循環シグナル

63
129
4
254

474
584
63
331
230
23
1
48

ウサギ

ト

サル

44
165
4

合

2,465

マウス

50
15
19

4

ラット ハムスター

17
44

4
3
65
1
1
128
15
132
478
457

5

23
25

細胞構造
バイオフォトニクス
神経細胞生物学
ウイルスベクター開発室
多細胞回路動態
分子神経免疫
計

山手地区
マーモセッ

24
12
261
42

22
138

24

0

0

84

0

4

7

1,502

11

5

400

16

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

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 ·················································································· 88
生体膜研究部門 ························································································ 88
生体分子構造研究部門 ·················································································· 89
神経発達・再生機構研究部門 ············································································ 90
細胞構造研究部門 ······················································································ 90
細胞生理研究部門 ······················································································ 91
心循環シグナル研究部門 ················································································ 92
生殖・内分泌系発達機構研究部門 ········································································ 92
超微形態研究部門 ······················································································ 93
生体恒常性発達研究部門 ················································································ 93
視覚情報処理研究部門 ·················································································· 94
バイオフォトニクス研究部門 ············································································ 94
認知行動発達機構研究部門 ·············································································· 95
生体システム研究部門 ·················································································· 95
神経ダイナミクス研究部門 ·············································································· 96
心理生理学研究部門 ···················································································· 96
感覚認知情報研究部門 ·················································································· 99
多光子顕微鏡室 ························································································ 99
電子顕微鏡室（窪田グループ） ·········································································· 99
生体機能情報解析室 ···················································································· 99
時系列細胞現象解析室 ················································································· 100
ウィルスベクター開発室 ··············································································· 100
遺伝子改変動物作製室 ················································································· 101
動物資源共同利用研究センター ········································································· 101
その他 ······························································································· 102

87

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文

発

表

論

文

《神経機能素子研究部門》

1)

3. Andriani RT, Kubo Y (2021) Voltage-clamp fluorometry

英文原著論文1. Chen IS, Eldstrom J, Fedida D, Kubo Y (2022) A novel

analysis of structural rearrangements of ATP-gatedion conducting route besides the central pore in anchannel P2X2 upon hyperpolarization. Elife 10:e65822.

inherited mutant of G-protein-gated inwardly rectifying

doi: 10.7554/eLife.65822.

K+ channel. J Physiol 600(3):603-622

4. Matsumura K, Shimomura T, Kubo Y, Oka T, Kobayashi
N, Imai S, Yanase N, Akimoto M, Fukuda M, Yokogawa

doi: 10.1113/JP282430.
2. Hirazawa K, Tateyama M, Kubo Y, Shimomura T (2021)

M, Ikeda K, Kurita J, Nishimura Y, Shimada I, Osawa M

Phosphoinositide regulates dynamic movement of the S4(2021) Mechanism of hERG inhibition by gating-modifiervoltage sensor in the second repeat in two-pore channel 3.

toxin, APETx1, deduced by functional characterization.

J Biol Chem 297(6):101425.

BMC Mol Cell Biol 22(1):3.

doi: 10.1016/j.jbc.2021.101425.

doi: 10.1186/s12860-020-00337-3.

《生体膜研究部門》
1)

ML, Reincke SM, Nikolaus M, van Hoof S, Sanchez-

英文原著論文1. Fukata Y, Chen X, Chiken S, Hirano Y, Yamagata A,

Sendin E, Homeyer MA, Gómez CC, Kornau HC,

Inahashi H, Sanbo M, Sano H, Goto T, Hirabayashi M,

Schmitz D, Kaindl AM, Boehm-Sturm P, Mueller S,

Kornau HC, Prüss H, Nambu A, Fukai S, Nicoll RA,

Wilson MA, Upadhya MA, Dhangar DR, Greenhill S,

Fukata M (2021) LGI1-ADAM22-MAGUK configures

Woodhall G, Turko P, Vida I, Garner CC, Wickel J, Geistrans-synaptic nanoalignment for synaptic transmission

C, Fukata Y, Fukata M, Prüss H (2021) Encephalitis

and epilepsy prevention. Proc Natl Acad Sci USA 118:

patient-derived monoclonal GABAA receptor antibodies

e2022580118. doi: 10.1073/pnas.2022580118.

cause epileptic seizures. J Exp Med 218:e20210012.

2. Chen X, Fukata Y, Fukata M, Nicoll R (2021) MAGUKs

doi.org/10.1084/jem.20210012.

are essential, but redundant, in long-term potentiation.

5. Nakamoto C, Goto Y, Tomizawa Y, Fukata Y, Fukata M,

Proc Natl Acad Sci USA 118:e2107585118.

Harpsøe K, Gloriam DE, Aoki K, Takeuchi T (2021) A

doi: 10.1073/pnas.2107585118s.

novel red fluorescence dopamine biosensor selectively

3. Yoshida T, Yamagata A, Imai A, Kim J, Izumi H,

detects dopamine in the presence of norepinephrine in

Nakashima S, Shiroshima T, Maeda A, Iwasawa-Okamoto S,

vitro. Mol Brain 14:173.

Azechi K, Osaka F, Saitoh T, Maenaka K, Shimada T, Fukata

doi.org/10.1186/s13041-021-00882-8.

Y, Fukata M, Matsumoto J, Nishijo H, Takao K, Tanaka S,

6. Yokoi N, Fukata Y, Okatsu K, Yamagata A, Liu Y, Sanbo

Okabe S, Tabuchi K, Uemura T, Mishina M, Mori H, Fukai

M, Miyazaki Y, Goto T, Abe M, Kassai H, Sakimura K,

S (2021) Canonical versus non-canonical transsynaptic

Meijer D, Hirabayashi M, Fukai S, Fukata M (2021) 14-

signaling of neuroligin 3 tunes development of sociality in

3-3 proteins stabilize LGI1-ADAM22 levels to regulate

mice. Nat Commun 12:1848. doi: 10.1038/s41467-021-22059-6.

seizure thresholds in mice. Cell Rep 37:110107.

4. Kreye J, Wright SK, van Casteren A, Stöffler L, Machuledoi.org/10.1016/j.celrep.2021.110107.

88

生理学研究所年報2)

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文

1.

和文原著論文Fukata Y, Hirano Y, Miyazaki Y, Yokoi N, Fukata M (2021)

1. 深田正紀, 横井紀彦, 深田優子 (2021) APEGS 法にTrans-synaptic LGI1-ADAM22-MAGUK in AMPA andよるタンパク質パルミトイル化修飾の定量. 電気泳

NMDA receptor regulation. Neuropharmacology 194:

動 65: 41-45. doi.org/10.2198/electroph.65.41.

108628. doi: 10.1016/j.neuropharm.2021.108628.

3)

英文総説

《生体分子構造研究部門》
1)

tupanvirus and icosahedral mimivirus. J Virol 95(18):

英文原著論文e0091921. doi: 10.1128/JVI.00919-21.

1. Kutomi O, Yamamoto R, Hirose K, Mizuno K, Nakagiri
Y, Imai H, Noga A, Obbineni JM, Zimmermann N,

7. Kamiya R, Uchiyama J, Matsuzaki S, Murata K, Iwasaki

Nakajima M, Shibata D, Shibata M, Shiba K, Kita M,

K, Miyazaki N (2022) Acid-stable capsid structure of

Kigoshi H, Tanaka Y, Yamasaki Y, Asahina Y, Song C,

Helicobacter pylori bacteriophage KHP30 by single-

Nomura M, Nomura M, Nakajima A, Nakachi M, Yamada

particle cryo-electron microscopy. Structure 30(2), 300-

L, Nakazawa S, Sawada H, Murata K, Mitsuoka K,

312.e3. doi: 10.1016/j.str.2021.09.001.

Ishikawa T, Wakabayashi KI, Kon T, Inaba K (2021) A

8. Haga K, Takai-Todaka R, Matsumura Y, Song C, Takano

dynein-associated photoreceptor protein prevents ciliaryT, Tojo T, Nagami A, Ishida Y, Masaki H, Tsuchiya M,

acclimation to blue light. Sci Adv 7(9): eabf3621.

Ebisudani T, Sugimoto S, Sato T, Yasuda H, Fukunaga K,

doi: 10.1126/sciadv.abf3621.

Sawada A, Nemoto N, Murata K, Morimoto T, Katayama

2. Kayama Y, Burton-Smith RN, Song C, Terahara N, Kato

K. (2021) Nasal delivery of single-domain antibody

T, Murata K (2021) Below 3 Å structure of apoferritin

improves symptoms of SARS-CoV-2 infection in an

using a multipurpose TEM with a side entry cryoholder.

animal model. PLoS Pathog 17(10): e1009542.

Sci Rep 11: 8395. doi: 10.1038/s41598-021-87183-1.

doi: 10.1371/journal.ppat.1009542.

3. Song C, Satoh T, Sekiguchi T, Kato K, Murata K (2021)

9. Yagi-Utsumi M, Aoki K, Watanabe H, Song C, Nishimura

Structural fluctuations of the human proteasome α7 homo-

S, Satoh T, Yanaka S, Ganser C, Tanaka S, Schnapka V,

tetradecamer double ring imply the proteasomal α-ring

Goh EW, Furutani Y, Murata K, Uchihashi T, Arakawa K,

assembly mechanism. Int J Mol Sci 22(9): 4519.

Kato K (2021) Desiccation-induced fibrous condensation

doi: 10.3390/ijms22094519.

of CAHS protein from an anhydrobiotic tardigrade. Sci
Rep 11(1): 21328. doi: 10.1038/s41598-021-00724-6.

4. Pan X, Tokutsu R, Li A, Takizawa K, Song C, Murata K,
Yamasaki T, Liu Z, Minagawa J, Li M (2021) Structural

2)

basis of LhcbM5-mediated state transitions in green algae.

1. Burton-Smith RN, Murata K (2021) Cryo-electron

英文総説

Nat Plant 7(8): 1119-1131.

microscopy of the giant viruses. Microscopy, Microscopy

doi: 10.1038/s41477-021-00960-8.

70(6), 477-486. doi: 10.1093/jmicro/dfab036.
3)

5. Harada N, Hirose Y, Song C, Kurita H, Sato M, Onodera

研究関係著作

1. 村田和義(2021)巨大ウイルスの構造解析，ネオウイ

J, Murata K, Itoh F (2021) A novel characteristic of a

河岡義裕編 P.187, ISBN 978-4-08-721159-7

phytoplankton as a potential source of straight-chain

ルス学

alkanes. Sci Rep 11(1): 14190.

集英社新書
2. 宋 致宖、村田和義(2021)クライオ電子顕微鏡で生体

doi: 10.1038/s41598-021-93204-w.
6. Takahashi H, Fukaya S, Song C, Murata K, Takemura M

分子の構造 解 析をはじめ よ う，日本結 晶 学会誌(2021) Cotonvirus japonicus using Golgi apparatus of host

Vol.63 P.80-88 日本結晶学会

cells for its virion factory phylogenetically links tailed

89

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文《神経発達・再生機構研究部門》
1)

doi: 10.1186/s13041-021-00755-0.

英文原著論文

1. Koyanagi I, Sonomura K, Naoi T, Ohnishi T, Kaneko N,

4. Yaguchi A, Oshikawa M, Watanabe G, Hiramatsu H,

Sawamoto K, Sato T, Sakaguchi M (2021) Metabolic

Uchida N, Hara C, Kaneko N, Sawamoto K, Muraoka T,

fingerprints of fear memory consolidation during sleep.

Ajioka I (2021) Efficient protein incorporation and release

Mol Brain 14(1): 30. doi: 10.1186/s13041-021-00733-6.

by a jigsaw-shaped self-assembling peptide hydrogel for
injured brain regeneration. Nat Commun 12: 6623.

2. Ito N, Riyadh MA, Ahmad SAI, Hattori S, Kanemura Y,

doi: 10.1038/s41467-021-26896-3.

Kiyonari H, Abe T, Furuta Y, Shinmyo Y, Kaneko N,
Hirota Y, Lupo G, Hatakeyama J, Abdulhaleem MFA,

5. Ota Y, Kubota Y, Hotta Y, Matsumoto M, Matsuyama N,

Anam MB, Yamaguchi M, Takeo T, Takebayashi H,

Kato T, Hamakawa T, Kataoka T, Kimura K, Sawamoto

Takebayashi M, Oike Y, Nakagata N, Shimamura K,

K, Yasui T (2021) Change in the central control of theHoltzman MJ, Takahashi Y, Guillemot F, Miyakawa T,

bladder function of rats with focal cerebral infarction

Sawamoto K, Ohta K (2021) Dysfunction of theinduced by photochemically-induced thrombosis. PLoS

proteoglycan Tsukushi causes hydrocephalus throughONE 16(11): e0255200.

altered neurogenesis in the subventricular zone in mice.

doi: 10.1371/journal.pone.0255200.

Sci Transl Med 13: 587.

2)

doi: 10.1126/scitranslmed.aay7896.

1. 宮本拓哉, 金子奈穂子，澤本和延 (2021) 成体脳にお3. Okada M, Kawagoe Y, Sato Y, Nozumi M, Ishikawa Y,

研究関係著作

ける新生ニューロンの移動メカニズムと治療応用.
BIO Clinica 36(4 月号):192-196.

Tamada A, Yamazaki H, Sekino Y, Kanemura Y,
Shinmyo Y, Kawasaki H, Kaneko N, Sawamoto K, Fujii

2. 中嶋智佳子，澤本和延 (2021) シングルセル解析技

Y, Igarashi M (2021) Phosphorylation of GAP-43 T172 is術を用いたニューロン移動・再生機構の解明.

a molecular marker of growing axons in a wide range ofPrecision Medicine (7 月臨時増刊号):60-63.

mammals including primates. Mol Brain 14 (1): 66.

《細胞構造研究部門》
1)

4. Baier FA, Sanchez-Taltavull D, Yarahmadov T, Castella

英文原著論文1. Higashi AY, Higashi T, Furuse K, Ozeki K, Furuse M,

CG, Jebbawi F, Keogh A, Tombolini R, Odriozola A, Dias

Chiba H (2021) Claudin-9 constitutes tight junctions ofMC, Deutsch U, Furuse M, Engelhardt B, Zuber B,

folliculo-stellate cells in the anterior pituitary gland. Sci

Odermatt A, Candinas D, Stroka D (2021) Loss of

Rep 11(1):21642. doi: 10.1038/s41598-021-01004-z.

Claudin-3 Impairs Hepatic Metabolism, Biliary Barrier

2. Sugawara T, Furuse K, Otani T, Wakayama T, Furuse M

Function, and Cell Proliferation in the Murine Liver. Cell

(2021) Angulin-1 seals tricellular contacts independently

Mol Gastroenterol Hepatol 12(2): 745-767.

of tricellulin and claudins. J Cell Biol 220(9): e202005062.

doi: 10.1016/j.jcmgh.2021.04.003.
5. Izumi Y, Furuse K, Furuse M.(2021) The novel membrane

doi: 10.1083/jcb.202005062.
3. Saito AC, Higashi T, Fukazawa Y, Otani T, Tauchi M,

protein Hoka regulates septate junction organization and

Higashin AY, Furuse M, Chiba H (2021) Occludin andstem cell homeostasis in the Drosophila gut. J Cell Sci

tricellulin facilitate formation of anastomosing tight-

134(6): jcs257022. doi: 10.1242/jcs.257022.

junction strand network to improve barrier function. Mol

2)

Biol Cell 32(8): 722-738. doi: 10.1091/mbc.E20-07-0464.

1. Furuse M, Takai Y (2021) Recent advances in understanding

90

英文総説

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文

tight junctions. Fac Rev 10:18. doi: 10.12703/r/10-18.
3)

1. 古瀬幹夫, 武藤重明 (2021) 尿細管の電解質輸送におけるクローディンの役割. 腎と透析 90: 685-690.

研究関係著作《細胞生理研究部門》
1)

85(11): 2295-2299. doi: 10.1093/bbb/zbab152.

英文原著論文

1. Yokoyama T, Saito S, Shimoda M, Kobayashi M, Takasu

7. Derouiche S, Li T, Sakai Y, Uta D, Aoyagi S, Tominaga

Y, Sezutsu H, Kato Y, Tominaga M, Mizoguchi A,

M. Inhibition of TRPV1 and TRPA1 by mosquito and

Shiomi K (2021) Comparisons in temperature andmouse saliva. Pain 163 (2): 299-307, 2022.c

photoperiodic-dependent diapause induction between

doi: 10.1097/j.pain.0000000000002337.
8. Quiroga HPO, Ganassi M, Yokoyama S, Nakamura K,

domestic and wild mulberry silkworms. Sci Rep 11(1):Yamashita T, Raimbach D, Hagiwara A, Harrington O,

8052. doi: 10.1038/s41598-021-87590-4.
2. Nishimoto R, Derouiche S, Eto K, Deveci A, Kashio M,

Breach-Teji J, Asakura A, Suzuki Y, Tominaga M,

Kimori Y, Matsuoka Y, Morimatsu H, Nabekura J,

Zammit PS, Goto K. Fine tuning of Piezo1 Expression andTominaga M (2021) Thermosensitive TRPV4 channels

Activity Ensures Efficient Myoblast Fusion during

mediate temperature-dependent microglia movement.

Skeletal Myogenesis. Cells 11(3): 393.

Proc Natl Acad Sci USA 118(17): e2012894118.

doi: 10.3390/ cells11030393.
9. Sugisawa E, Kondo T, Kumagai Y, Kato H, Takayama Y,

doi: 10.1073/pnas.2012894118.
3. Matsui T, Kadono-Maekubo N, Suzuki Y, Furuichi Y1,

Isohashi K, Shimosegawa E, Takemura N, Hayashi Y,

Shiraga K, Sasaki H, Ishida A, Takahashi S, Okada T,

Sasaki T, Martino MM, Tominaga M, Maruyama K.

Toyooka K, Sharif J, Furuya Y, Abe T, Tominaga M,

Nociceptor-derived Reg3g prevents endotoxic death by

Miyawaki A, Amagai M (2021) Unique cell death oftargeting kynurenine pathway in microglia. Cell Rep. 38

keratinocytes, corneoptosis, requires Ca2+ elevation and(10): 110462. doi: 10.1016/j.celrep.2022.110462.

acidification. Proc Natl Acad Sci USA 118(17):2)

e2020722118. doi: 10.1073/pnas.2020722118.

1. 富永真琴 (2021) 侵害受容性疼痛のメカニズム. ペ

研究関係著作

インクリニック 42: S51-S58.

4. Fouad A, Matsumoto K, Amagase K, Yasuda H,

2. 富永真琴：温度生物学研究の今Tominaga M, Kato S (2021) Protective Effect of TRPM8細胞 The CELL 53(4): 2-3, 2021.

against Indomethacin-Induced Small Intestinal Injury via

3. 富永真琴：温度感受性 TRP チャネルと生理機能

the Release of Calcitonin Gene-Related Peptide in Mice.

細胞 The CELL 53 (4): 4-7, 2021.

Biol Pharm Bull 44(7): 947-957.
3)

doi: 10.1248/bpb.b21-00045.

その他

5. Kasahara Y, Narukawa M, Ishimaru Y, Kanda S. Umatani

1. 富永真琴 (2021) 物理刺激受容のメカニズムの解明

C, Takayama Y, Tominaga M, Oka Y, Kondo K, Kondo－2021 年ノーベル生理学・医学賞によせて－. 医学

T, Takeuchi A, Misaka T, Abe K, Asakura T (2021)のあゆみ 279(9): 912-915,2021.
2. 富永真琴 (2021) 2021 年ノーベル生理学・医学賞 温TMC4 is a novel chloride channel involved in highconcentration salt taset sensation. J Physiol Sci 71: 23.

度と触刺激の受容体の発見. 現代化学 609(12): 35-

doi: 10.1186/s12576-021-00807-z.

37,2021.
3. 富永真琴 (2021) 温度・機械刺激の受容体「TRP/PIEZO」

6. Kasahara Y, Narukawa M, Kanda S, Tominaga M, Misaka
T, Abe K, Asakura T (2021) Transmembrane channel-like

発見の軌跡. 実験医学 39(19): 3033-3035,2021.

4 is involved in pH and temperature-dependent

4. 富永真琴：2021 年ノーベル生理学医学賞によせてmodulation of salty taste. Biosci Biotechnol Biochem

生物の科学 遺伝 76 (1) 002-004, 2022.

91生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文

5. 富永真琴：温度受容体と機械刺激受容体の発見

6. 富永真琴、加塩麻紀子：温度を感じるしくみ BRAIN

科

学(岩波書店)92 (2) 114-118, 2022.

and NERVE 74 (2): 127-132,2022.

《心循環シグナル研究部門》
1)

K, Nishida M, Suematsu M, Bamba T, Yamada KI (2021)

英文原著論文1. Yagi-Utsumi M, Tanaka T, Otsubo Y, Yamashita A,

Structural library and visualization of endogenously

Yoshimura S, Nishida M, Kato K. Cold Atmosphericoxidized phosphatidylcholines using mass spectrometry-

Plasma Modification of Amyloid β. Int J Mol Sci 22(6):based techniques. Nat Commun 12: 6339.

3116. doi: 10.3390/ijms22063116.

doi: 10.1038/s41467-021-26633-w.
2)

2. Marutani E, Morita M, Hirai S, Kai S, Grange R, Miyazaki

英文総説Y, Nagashima F, Traeger L, Magliocca A, Ida T,

1. Nishimura A, Tanaka T, Kato Y, Nishiyama K, NishidaMatsunaga T, Flicker D, Corman B, Mori N, Yamazaki Y,

M (2021) Cardiac robustness regulated by reactive sulfur

Batten A, Li R, Tanaka T, Ikeda T, Nakagawa A, Atochin

species. J Clin Biochem Nutr. 2022 Jan;70(1):1-6.

D, Ihara H, Olenchock B, Shen X, Nishida M, Hanaoka K,

doi: 10.3164/jcbn.21-84.

Kevil C, Xian M, Bloch D, Akaike T, Hindle A,

3)

Motohashi H, Ichinose F (2021) Sulfide catabolism

1. 西田基宏, 西村明幸, 田中智弘, 加藤百合, 西山和宏

ameliorates hypoxic brain injury. Nat Commun 12: 3108.

(2021) 心筋の頑健性と超硫黄分子代謝. 生化学 93(5):doi: 10.1038/s41467-021-23363-x.

1-6.

研究関係著作

3. Matsuoka Y, Takahashi M, Sugiura Y, Izumi Y, Nishiyama《生殖・内分泌系発達機構研究部門》
1)

Neural Circuits 15:609824. doi: 10.3389/fncir.2021.609824.

英文原著論文3)

1. Ryuge A, Kosugi T, Maeda K, Banno R, Gou Y, Zaitsu K,

1. 箕越靖彦 (2021) 摂食と食物嗜好性の調節 -恒常性

Ito T, Sato Y, Hirayama A, Tsubota S, Honda T, Nakajimaと快楽的調節. 実験医学 39(5):676-687.

K, Ozaki T, Kondoh K, Takahashi K, Kato N, Ishimoto T,
Soga T, Nakagawa T, Koike T, Arima H, Yuzawa Y,

2. 岡本士毅, 箕越靖彦, 益崎裕章 (2021) ストレスに

Minokoshi Y, Maruyama S, Kadomatsu K (2021) Basigin

よる食行動の変容メカニズム. ''食と栄養のサイエン

deficiency prevents anaplerosis and ameliorates insulin

ス 食行動を司る生体恒常性維持システム'', 実験医

resistance and hepatosteatosis. JCI Insight 6(20):e142464.

学別冊 (佐々木努 編), 羊土社, pp. 187-198.
3. 箕越靖彦 (2021) 糖尿病における脳の代謝変化. '' 糖

doi: 10.1172/jci.insight.142464.
2)

研究関係著作尿病と食 (シリーズ <栄養と疾病の化学> 3), 第 12

英文総説章'' (植木浩二郎 編), 朝倉書店, pp. 213-237.

1. Fu O, Minokoshi Y, Nakajima KI (2021) Recent advancesin neural circuits for taste perception in hunger. Front

92

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文《超微形態研究部門》
1)

vivo. PLoS One 16:e0255355.

英文原著論文

doi: 10.1371/journal.pone.0255355.

1. Nishida H, Ohno N, Caicci F, Manni L (2021) 3D
reconstruction of structures of hatched larva and young

7. Yamazaki R, Osanai Y, Kouki T, Shinohara Y, Huang JK,

juvenile of the larvacean Oikopleura dioica using SBF-

Ohno N (2021) Macroscopic detection of demyelinatedSEM. Sci Rep 11:4833. doi: 10.1038/s41598-021-83706-y.

lesions in mouse PNS with neutral red dye. Sci Rep
11:16906. doi: 10.1038/s41598-021-96395-4.

2. Mursalimov S, Ohno N, Matsumoto M, Bayborodin S,
Deineko E (2021) Serial Block-Face Scanning Electron

8. Komuro Y, Galas L, Morozov YM, Fahrion JK, Raoult E,

Microscopy Reveals That Intercellular Nuclear Migration

Lebon A, Tilot AK, Kikuchi S, Ohno N, Vaudry D, Rakic

Occurs in Most Normal Tobacco Male Meiocytes. Front

P, Komuro H (2021) The Role of Galanin in Cerebellar

Plant Sci 12:672642. doi: 10.3389/fpls.2021.672642.

Granule Cell Migration in the Early Postnatal Mouse

3. Shiizaki K, Tsubouchi A, Miura Y, Seo K, Kuchimaru T,

during Normal Development and after Injury. J Neurosci

Hayashi H, Iwazu Y, Miura M, Battulga B, Ohno N, Hara

41:8725-8741. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0900-15.2021.

T, Kunishige R, Masutani M, Negishi K, Kario K, Kotani

9. Hosotani M, Kametani K, Ohno N, Hiramatsu K,

K, Yamada T, Nagata D, Komuro I, Itoh H, Kurosu H,

Kawasaki T, Hasegawa Y, Iwasaki T, Watanabe T (2021)

Murata M, Kuro-O M (2021) Calcium phosphate

The unique physiological features of the broiler pectoralis

microcrystals in the renal tubular fluid accelerate chronic

major muscle as suggested by the three-dimensional

kidney disease progression. J Clin Invest 131:e145693.

ultrastructural study of mitochondria in type IIb muscle

doi: 10.1172/JCI145693.

fibers. J Vet Med Sci 83:1764-1771.
doi: 10.1292/jvms.21-0408.

4. Simankova A, Bizen N, Saitoh S, Shibata S, Ohno N, Abe
M, Sakimura K, Takebayashi H (2021) Ddx20, DEAD

10. Nishida H, Matsuo M, Konishi S, Ohno N, Manni L,

box helicase 20, is essential for the differentiation of

Onuma TA (2021) Germline development duringoligodendrocyte and maintenance of myelin geneembryogenesis of the larvacean, Oikopleura dioica. Dev

expression. Glia 69:2559-2574. doi: 10.1002/glia.24058.

Biol 481:188-200. doi: 10.1016/j.ydbio.2021.10.009.

5. Hamada K, Shinozaki Y, Namekata K, Matsumoto M,

11. Mursalimov S, Ohno N, Deineko E (2021) Intercellular

Ohno N, Segawa T, Kashiwagi K, Harada T, Koizumi S

nuclear migration in cryofixed tobacco male meiocytes.

(2021) Loss of P2Y1 receptors triggers glaucoma-likeProtoplasma. 2021 Nov 23.

pathology in mice. Br J Pharmacol 178:4552-4571.

doi: 10.1007/s00709-021-01725-y. Online ahead of print.
2)

doi: 10.1111/bph.15637.

研究関係著作6. Kuroda R, Tominaga K, Kasashima K, Kuroiwa K,

1. 大野伸彦, 齊藤百合花, 長内康幸, 山崎礼二, 篠原良

Sakashita E, Hayakawa H, Kouki T, Ohno N, Kawai K,

章 (2021) ボリューム電子顕微鏡イメージングにおEndo H (2021) Loss of mitochondrial transcription factor A

ける組織細胞化学の特徴. ``組織細胞化学 2021'' (日in neural stem cells leads to immature brain development

本組織細胞化学会編), 中西印刷株式会社, pp 163-

and triggers the activation of the integral stress response in

174.

《生体恒常性発達研究部門》
1)

H

英文原著論文1. Horiuchi H, Parajuli B, Komiya H, Ogawa Y, Jin S,(2021)

Interleukin-19

Abrogates

Experimental

Autoimmune Encephalomyelitis by Attenuating Antigen-Takahashi K, Azuma YT, Tanaka F, Suzumura A, Takeuchi

Presenting Cell Activation. Front Immunol 12:615898.

93生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文

Adenosine A2B receptor down-regulates metabotropic

doi: 10.3389/fimmu.2021.615898.

glutamate receptor 5 in astrocytes during postnatal

2. Sano F, Shigetomi E, Shinozaki Y, Tsuzukiyama H, Saito
K, Mikoshiba K, Horiuchi H, Cheung DL, Nabekura J,

development. Glia 69(11): 2546-2558.

Sugita K, Aihara M, Koizumi S (2021) Reactive astrocyte-

doi: 10.1002/glia.24006.

driven epileptogenesis is induced by microglia initially2)

activated following

1. Koizumi S, Shigetomi E, Sano F, Saito K, Kim SK,

status epilepticus. JCI Insight

英文総説

6(9):e135391. doi: 10.1172/jci.insight.135391.

Nabekura J (2022) Abnormal Ca2+ Signals in Reactive

3.

Astrocytes as a Common Cause of Brain Diseases. Int J

Tanaka M, Shigetomi E, Parajuli B, Nagatomo H,

Shinozaki Y, Hirayama Y, Saito K, Kubota Y, Danjo Y,

Mol Sci 23(1):149 (epub Dec 23, 2021).

Lee JH, Kim SK, Nabekura J, Koizumi S (2021)

doi: 10.3390/ijms23010149.

《視覚情報処理研究部門》
1)

2. Kimura R, Yoshimura Y (2021) The contribution of low

英文原著論文1. Nishio N, Hayashi K, Ishikawa AW, Yoshimura Y (2021)

contrast–preferring neurons to information representation

The role of early visual experience in the development ofin the primary visual cortex after learning. Sci Adv

spatial-frequency preference in the primary visual cortex.

7(48):eabj9976. doi: 10.1126/sciadv.abj9976.

J Physiol 599(17):4131-4152. doi: 10.1113/JP281463.

《バイオフォトニクス研究部門》
1)

free method based on full-scale connection with recurrent

英文原著論文1. Nakamura S, Hagihara S, Otomo K, Ishida H, Hidema J,

deep layer aggregation in 4D microscopy images. BMC

Nemoto T, Izumi M (2021) Autophagy Contributes to the

Bioinformatics 22: 91, doi:10.1186/s12859-021-04014-w.

Quality Control of Leaf Mitochondria. Plant Cell Physiol

5. Kitrungrotsakul T, Han X-H, Iwamoto Y, Takemoto S,
Yokota H, Ipponjima S, Nemoto T, Xiong W, Chen Y-W

62:229-247. doi: 10.1093/pcp/pcaa162.
2. Yamaguchi K, Otomo K, Kozawa Y, Tsutsumi M, Inose(2021). A Cascade of 2.5D CNN and Bidirectional CLSTM

T, Hirai K, Sato S, Nemoto T, Uji-i T (2021) Adaptive

Network for Mitotic Cell Detection in 4D Microscopy

Optical Two-photon Microscopy for Surface profiled

Image. IEEE/ACM Trans Comput Biol Bioinform 18(2):Living Biological Specimens. ACS Omega 6:438-447.

396-404. doi: 10.1109/TCBB.2019.2919015.
6. Takahashi T, Zhang H, Otomo K, Okamura Y, Nemoto T

doi: 10.1021/acsomega.0c04888.
3. Wen C, Miura T, Voleti V, Yamaguchi K, Tsutsumi M,(2021) Protocol for constructing an extensive cranial

Yamamoto K, Otomo K, Fujie Y, Teramoto T, Ishihara T,

window utilizing a PEO-CYTOP nanosheet for in vivo

Aoki K, Nemoto T, Hillman EMC, Kimura KD (2021)

wide-field imaging of the mouse brain. STAR Protoc

3DeeCellTracker, a deep learning-based pipeline for2(2):100542. doi:10.1016/j.xpro.2021.100542.
7. Kamasaki T, Miyazaki Y, Ishikawa S, Hoshiba K,

segmenting and tracking cells in 3D time lapse images.

Kuromiya K, Tanimura N, Mori Y, Tsutsumi M, Nemoto T,

eLife 10: e59187. doi: 10.7554/eLife.59187.
4. Kitrungrotsakul T, Iwamoto Y, Takemoto S, Yokota H,

Uehara R, Suetsugu S, Itoh T, Fujita Y (2021) FBP17-

Ipponjima S, Nemoto T, Lin L, Tong R, Li J, Chen Y-W

mediated finger-like membrane protrusions in cell

(2021) Accurate and fast mitotic detection using an anchor-

competition between normal and RasV12-transformed cells.

94生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文

1. Ishii H, Otomo K, Takahashi T, Yamaguchi K, Nemoto T

iScience 24(9): 102994. doi: 10.1016/j.isci.2021.102994.
8. Kon N, Wang H, Kato Y, Uemoto K, Kawamoto N,(2022) Focusing new light on brain functions: multiphoton

Kawasaki K, Enoki R, Kurosawa G, Nakane T, Sugiyama

microscopy for deep and super-resolution imaging.

Y, Tagashira H, Endo M, Iwasaki H, Iwamoto T, Kume K,

Neurosci .Res 179:24-39, doi: 10.1016/j.neures.2021.11.011.

Fukada Y. Na+/Ca2+ exchanger mediates cold Ca2+ signaling

3)

conserved for temperature-compensated circadian rhythms,

1. 大友康平, 根本知己 (2021) 二光子顕微鏡法の技術

研究関係著作Sci Adv 2021, 7(18): eabe8132,

展開と生体イメージング応用. オプトロニクス 10

doi: 10.1126/sciadv.abe8132.

巻 12 号 99-103.

9. Maejima T, Tsuno Y, Miyazaki S, Tsuneoka Y, Hasegawa

2. 大友康平, 髙橋泰伽, 山口和志, 石井宏和, 根本知己

E, Islam M, Enoki R, Nakamura T, Mieda M. (2021)(2021) 生命多光子顕微鏡による深部高解像・超解像

GABA from vasopressin neurons regulates the time at

イメージング. 光学 50 巻 4 号 141-146.

2)

which suprachiasmatic nucleus molecular clocks enable4)

circadian behavior. Proc Natl Acad Sci USA 118 (6)1. 大友康平, 根本知己 (2021) 二光子顕微鏡法の機能

その他

e2010168118. doi.org/10.1073/pnas.2010168118.

向上と生理学応用. レーザー学会第 557 回研究報告,

英文総説

RTM-21(27), pp:11-16.

《認知行動発達機構研究部門》
1)

2. Isoda M (2021) The role of the medial prefrontal cortex in

英文原著論文moderating neural representations of self and other in

1. Ninomiya T, Noritake A, Isoda M (2021) Live agent
preference and social action monitoring in the macaqueprimates. Annu Rev Neurosci 44:295-313.

mid- superior temporal sulcus region. Proc Natl Acad Sci

doi: 10.1146/annurev-neuro-101420-011820
3)

USA 118(44): e2109653118. doi: 10.1073/pnas.2109653118.

1. 磯田昌岐 (2021) 社会的文脈での意思決定とその神

2. Nakai K, Shiga T, Yasuhara R, Sarkar AK, Abe Y,

経機構. Clinical Neuroscience 39:943-946.

Nakamura S, Hoashi Y, Kotani K, Tatsumoto S, Ishikawa

2. 郷康広 (2021)個性学入門 (保前文高, 大隅典子 編),

H, Go Y, Inoue T, Mishima K, Akamatsu W, Baba K

朝倉書店, pp. 89-100．

(2021) In vitro monitoring of HTR2A-positive neurons

3. 郷康広 (2021) ヒトゲノム事典 (井ノ上逸朗, 今西

derived from human-induced pluripotent stem cells. Sci
2)

研究関係著作Rep 11: 15437. doi: 10.1038/s41598-021-95041-3.

規, 河村正二, 斎藤成也, 颯田葉子, 田嶋敦 編), 一

英文総説

色出版, pp. 56-58.
4. 磯田昌岐 (2021) 自閉症スペクトラム症の霊長類モ

1. Noritake A, Ninomiya T, Isoda M (2021) Subcortical

デル. Clinical Neuroscience (40:345-349).

encoding of agent-relevant associative signals for adaptive

5. 伊佐正, 磯田昌岐, 南本敬史 (2021) 意思決定と行

social behavior in the macaque. Neurosci Biobehav Rev

動選択－Overview. Clinical Neuroscience 39:934-936.

125:78-87. doi: 10.1016/j.neubiorev.2021.02.018.

《生体システム研究部門》
1)

a mouse model of L-DOPA-induced dyskinesia. J Neurosci

英文原著論文1. Dwi Wahyu I, Chiken S, Hasegawa T, Sano H, Nambu A

41(12): 2668-2683. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0267-20.2020.

(2021) Abnormal cortico-basal ganglia neurotransmission in

2. Koketsu D, Chiken S, Hisatsune T, Miyachi S, Nambu A

95

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文(2021) Elimination of the cortico-subthalamic hyperdirect

subthalamic nucleus. Mov Disord 36 (10): 2223. doi:

pathway induces motor hyperactivity in mice. J Neurosci 41

10.1002/mds.28752.

(25): 5502-5510. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1330-20.2021.

2. 知見聡美、南部篤 (2021) ジストニアの病態生理：モ

3. Chiken S, Takada M, Nambu A (2021) Altered dynamic

デルマウスの神経活動から考察する Annual Review
神経 2021: 237-244.

information flow through the cortico-basal ganglia

2)pathways mediates Parkinson’s disease symptoms. Cereb

3. 南部篤、知見聡美、西尾亜希子 (2021)自然科学研究

Cortex 31 (12): 5363-5380. doi: 10.1093/cercor/bhab164.

機構生理学研究所 (NIPS) Clinical Neuroscience 39:

研究関係著作1203-1207.

1. Nambu A (2021) Distinct roles of the dorsal versus ventral《神経ダイナミクス研究部門》
1)

5. Nakatani H, Kawasaki M, Kitajo K, Yamaguchi Y (2021)

英文原著論文Frequency-dependent effects of EEG phase resetting on

1. Shakeel A, Onojima T, Tanaka T, Kitajo K (2021) Realtime implementation of EEG oscillatory phase-informed

reaction time. Neurosci Res 172: 51-62.

visual stimulation using a least mean square-based AR

doi: 10.1016/j.neures.2021.05.006.
6. Kawano T, Hattori N, Uno Y, Hatakenaka M, Yagura H,

model. J Pers Med 11:38. doi: 10.3390/jpm11010038.
2. Okazaki YO, Nakagawa Y, Mizuno Y, Hanakawa T,

Fujimoto H, Nagasako M, Mochizuki H, Kitajo K, Miyai

Kitajo K (2021) Frequency- and area-specific phase

I (2021) Association between aphasia severity and post-

entrainment of intrinsic cortical oscillations by repetitive

stroke brain network alterations assessed using thetranscranial magnetic stimulation. Front Hum Neurosci

electroencephalographic phase synchrony index. Sci Rep

15: 608947. doi: 10.3389/fnhum.2021.608947.

11: 112469. doi: 10.1038/s41598-021-91978-7.

3. Sase T, Kitajo K (2021) The metastable brain associated with

7. Onojima T, Kitajo K (2021) A state-informed stimulation

autistic-like traits of typically developing individuals. PLoS

approach with real-time estimation of the instantaneous

Comput Biol 17: e1008929.

phase of neural oscillations by a Kalman filter. J Neural
Eng 18: 066001. doi: 10.1088/1741-2552/ac2f7b.

doi: 10.1371/journal.pcbi.1008929.
2)

4. Kasai T, Kitajo K, Makinae S (2021) Behavioral and

研究関係著作

1. 北 城 圭 一 (2021) ヘ テ ラ ル キ ー と は . Clinicalelectrophysiological investigations of effects of temporal

Neuroscience 39(7): 812-815.

regularity on illusory-figure processing. Brain Res
1766:147521. doi: 10.1016/j.brainres.2021.147521.

《心理生理学研究部門》
1)

Agüera Y Arcas B, Bi G, Carmena JM, Fins JJ, Friesen P,

英文原著論文

1. Arioka Y, Shishido E, Kushima I, Suzuki T, Saito R, Aiba

Gallant J, Huggins JE, Kellmeyer P, Marblestone A,

A, Mori D, Ozaki N (2021) Chromosome 22q11.2 deletion

Mitchell C, Parens E, Pham M, Rubel A, Sadato N,

causes PERK-dependent vulnerability in dopaminergic

Teicher M, Wasserman D, Whittaker M, Wolpaw J, Yuste

neurons. EBioMedicine 63:103138.

R (2021) Recommendations for responsible development

doi: 10.1016/j.ebiom.2020.103138.

and application of neurotechnologies. Neuroethics (epubApr 29 14:365-386). doi: 10.1007/s12152-021-09468-6.

2. Goering S, Klein E, Specker Sullivan L, Wexler A,

96

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文

3. Hamano YH, Sugawara SK, Fukunaga M, Sadato N

Jung S, Kim S, Fukunaga M, Kim W, Choi HJ, Lee J (2021)(2021) The integrative role of the M1 in motor sequenceχ-separation: Magnetic susceptibility source separation

learning. Neurosci Lett 760:136081.

toward iron and myelin mapping in the brain. NeuroImage

doi: 10.1016/j.neulet.2021.136081.

240:118371. doi:10.1016/j.neuroimage.2021.118371.

4. Koike S, Tanaka SC, Okada T, Aso T, Yamashita A,

11. Shin J, Ma S, Hofer E, Patel Y, Vosberg DE, Tilley S,

Yamashita O, Asano M, Maikusa N, Morita K, Okada N,

Roshchupkin GV, Sousa AMM, Jian X, Gottesman R,

Fukunaga M, Uematsu A, Togo H, Miyazaki A, Murata K,

Mosley TH, Fornage M, Saba Y, Pirpamer L, Schmidt R,

Urushibata Y, Autio J, Ose T, Yoshimoto J, Araki T,

Schmidt H, Carrion-Castillo A, Crivello F, Mazoyer B,

Glasser MF, Van Essen DC, Maruyama M, Sadato N,

Bis JC, Li S, Yang Q, Luciano M, Karama S, Lewis L,

Kawato M, Kasai K, Okamoto Y, Hanakawa T, Hayashi

Bastin ME, Harris MA, Wardlaw JM, Deary IE, Scholz M,

T (2021) Brain/MINDS beyond human brain MRI project:

Loeffler M, Witte AV, Beyer F, Villringer A, Armstrong

A protocol for multi-level harmonization across brain

NJ, Mather KA, Ames D, Jiang J, Kwok JB, Schofield PR,

disorders throughout the lifespan. NeuroImage Clin

Thalamuthu A, Trollor JN, Wright MJ, Brodaty H, Wen

30:102600. doi: 10.1016/j.nicl.2021.102600.

W, Sachdev PS, Terzikhan N, Evans TE, Adams HHHH,

5. Komatsu H, Nishio A, Ichinohe N, Goda N (2021)

Ikram MA, Frenzel S, Auwera-Palitschka SV, Wittfeld K,

Structure and function of neural circuit related to gloss

Bülow R, Grabe HJ, Tzourio C, Mishra A, Maingault S,

perception in the macaque inferior temporal cortex: a case

Debette S, Gillespie NA, Franz CE, Kremen WS, Ding L,

report. Brain Struct Funct 226(9)3023-3030.

Jahanshad N; ENIGMA Consortium (Fukunaga M et al.),doi:10.1007/s00429-021-02324-6.

Sestan N, Pausova Z, Seshadri S, Paus T; neuroCHARGE
Working

6. Maruyama S, Fukunaga M, Sugawara SK, Hamano YH,

Group(2021)

GlobalandRegional

Yamamoto T, Sadato N (2021) Cognitive control affects

Development of the Human Cerebral Cortex: Molecularmotor learning through local variations in GABA within

Architecture and Occupational Aptitudes. Cereb Cortex

the primary motor cortex. Sci Rep 11(1):18566.

30(7):4121-4139. doi: 10.1093/cercor/bhaa035.
12. Sønderby IE, van der Meer D, Moreau C, Kaufmann T,

doi: 10.1038/s41598-021-97974-1.
7. Miyata K, Koike T, Nakagawa E, Harada T, Sumiya M,

Walters GB, Ellegaard M, Abdellaoui A, Ames D,

Yamamoto T, Sadato N (2021) Neural substrates for

Amunts K, Andersson M, Armstrong NJ, Bernard M,

sharing intention in action during face-to-face imitation.

Blackburn NB, Blangero J, Boomsma DI, Brodaty H,

Neuroimage 233:117916.

Brouwer RM, Bülow R, Bøen R, Cahn W, Calhoun VD,

doi: 10.1016/j.neuroimage.2021.117916.

Caspers S, Ching CRK, Cichon S, Ciufolini S, Crespo-

8. Ogino Y, Kawamichi H, Takizawa D, Sugawara SK,

Facorro B, Curran JE, Dale AM, Dalvie S, Dazzan P, deHamano YH, Fukunaga M, Toyoda K, Watanabe Y, Abe

Geus EJC, de Zubicaray GI, de Zwarte SMC, Desrivieres

O, Sadato N, Saito S, Furui S (2021) Enhanced structural

S, Doherty JL, Donohoe G, Draganski B, Ehrlich S, Eisingconnectivity within the motor loop in professional boxers

E, Espeseth T, Fejgin K, Fisher SE, Fladby T, Frei O,

prior to a match. Sci Rep 11(1):9015.

Frouin V, Fukunaga M, Gareau T, Ge T, Glahn DC, Grabe

doi: 10.1038/s41598-021-88368-4.

HJ, Groenewold NA, Gústafsson Ŏ, Haavik J, Haberg AK,

9. Okamoto Y, Kitada R, Tanabe HC, Sasaki AT, Kochiyama

Hall J, Hashimoto R, Hehir-Kwa JY, Hibar DP, Hillegers

T, Yahata N, Sadato N (2021) The extrastriate body area is

MHJ, Hoffmann P, Holleran L, Holmes AJ, Homuth G,

involved in reciprocal imitation of hand gestures,

Hottenga JJ, Hulshoff Pol HE, Ikeda M, Jahanshad N,

vocalizations, and facial expressions: a univariate andJockwitz C, Johansson S, Jönsson EG, Jørgensen NR,

multivariate fMRI study. Soc Neurosci 16(4):448-465.

Kikuchi M, Knowles EEM, Kumar K, Le Hellard S, Leu

doi:10.1080/17470919.2021.1944908.

C, Linden DEJ, Liu J, Lundervold A, Lundervold AJ,

10. Shin HG, Lee J, Yun YH, Yoo SH, Jang J, Oh SH, Nam Y,

Maillard AM, Martin NG, Martin-Brevet S, Mather KA,

97

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文

Mathias SR, McMahon KL, McRae AF, Medland SE,

Hashimoto R (2021) Association Study Between White

Meyer-Lindenberg A, Moberget T, Modenato C, Sánchez

Matter Microstructure and Intelligence Decline in

JM, Morris DW, Mühleisen TW, Murray RM, Nielsen J,

Schizophrenia. Clin EEG Neurosci 15500594211063314.

Nordvik JE, Nyberg L, Loohuis LMO, Ophoff RA, Owen

doi:10.1177/15500594211063314. (in online ahead of print)

MJ, Paus T, Pausova Z, Peralta JM, Pike GB, Prieto C,

18. Yoshioka A, Tanabe HC, Sumiya M, Nakagawa E,

Quinlan EB, Reinbold CS, Marques TR, Rucker JJH,

Okazaki S, Koike T, Sadato N (2021) Neural Substrates

Sachdev PS, Sando SB, Schofield PR, Schork AJ,

of Shared Visual Experiences: A Hyperscanning fMRI

Schumann G, Shin J, Shumskaya E, Silva AI, Sisodiya

Study. Soc Cogn Affect Neurosci 16:1264-1275.

SM, Steen VM, Stein DJ, Strike LT, Suzuki IK, Tamnes

doi:10.1093/scan/nsab082.

CK, Teumer A, Thalamuthu A, Tordesillas-Gutiérrez D,

19. Sakai H, Harada T, Larroque SK, Demertzi A, Sugawara T,

Uhlmann A, Ulfarsson MO, van 't Ent D, van den BreeIto T, Wada Y, Fukunaga M, Sadato N, Laureys S (2021)

MBM, Vanderhaeghen P, Vassos E, Wen W, Wittfeld K,

Left parietal involvement in motion sickness susceptibility

Wright MJ, Agartz I, Djurovic S, Westlye LT, Stefansson

revealed by multimodal MRI. Hum Brain Mapp (; epub

H, Stefansson K, Jacquemont S, Thompson PM,

Nov 15 43:1103-1111 (2022)). doi: 10.1002/hbm.25710.

Andreassen OA; ENIGMA-CNV working group (2021)

20. Kato T, Manabe R, Igarashi H, Kametani F, Hirokawa S,

1q21.1 distal copy number variants are associated with

Sekine Y, Fujita N, Saito S, Kawashima Y, Hatano Y, Ando

cerebral and cognitive alterations in humans. Transl

S, Nozaki H, Sugai A, Uemura M, Fukunaga M, Sato T,

Psychiatry 11(1):182. doi: 10.1038/s41398-021-01213-0.

Koyama A, Saito R, Sugie A, Toyoshima Y, Kawata H,

13. Takahashi J, Hirano Y, Miura K, Morita K, Fujimoto M,

Murayama S, Matsumoto M, Kakita A, Hasegawa M, Ihara

Yamamori H, Yasuda Y, Kudo N, Shishido E, Okazaki K,

M, Kanazawa M, Nishizawa M, Tsuji S, Onodera O (2021)

Shiino T, Nakao T, Kasai K, Hashimoto R, Onitsuka T

Candesartan prevents the progression of arteriopathy in(2021) Eye movement abnormalities in major depressive

CARASIL model mice. J Clin Invest 131(22):e140555.

disorder. Front Psychiatry, 12:673443.

doi: 10.1172/JCI140555.
2)

doi: 10.3389/fpsyt.2021.673443.

和文原著

14. Uchiyama Y, Sakai H, Ando T, Tachibana A, Sadato N

1. 西牧侑哉, 郷田直一, 蒲池みゆき (2021) VR 環境下(2021) BOLD signal response in primary visual cortex toでの風の強さ知覚における視触覚統合. 日本バー

flickering checkerboard increases with stimulus temporal

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2. 目良貢, 中村優佑, 吉田敏宏, 清水圭吾, 菅原翔, 福doi: 10.1371/journal.pone.0259243. eCollection 2021.

永雅喜, 定藤規弘, 農沢隆秀 (2021) 時系列データ

15. Yokoyama C, Autio JA, Ikeda T, Sallet J, Mars RB, Van

を解析するためのベイジアンネットワークの活用法

Essen DC, Glasser MF, Sadato N, Hayashi T (2021)

に関する研究. 日本応用数理学会論文誌 31(2): 76-

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104. doi:10.11540/jsiamt.31.2_76.

Neuroimage 245: 118693.

3)

doi: 10.1016/j.neuroimage.2021.118693.

1. 定藤規弘, 小池耕彦 (2021) 共同注意の神経科学．

16. Harada T, Sugawara T, Ito T, Wada Y, Fukunaga M,

研究関係著作CLINICAL NEWROSCIENCE 39(8): 992-995.

Sadato N, Larroque SK, Demertzi A, Laureys S, Sakai H

2. 福永雅喜 (2021) 7TMRI におけるリスクマネージメ(2021) Vestibular morphological asymmetry associatedント. インナービジョン 36(3): 86-89．

with motion sickness susceptibility. Front Neurosci

3. 越山太輔, 福永雅喜, 笠井清登, 橋本亮太 (2021) 統

15:763040. doi: 10.3389/fnins.2021.763040.

合失調症・双極性障害に共通する大脳白質の微細構

17. Matsumoto J, Miura K, Fukunaga M, Nemoto K,

造変化. 精神科臨床 Legato 7:90-93.

Koshiyama D, Okada N, Morita K, Yamamori H, Yasuda

4. 福永雅喜 (2021) 超高磁場 MRI の可能性. Medical

Y, Fujimoto M, Ito S, Hasegawa N, Watanabe Y, Kasai K,

Science Digest 47:664-667.

98生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文《感覚認知情報研究部門》
1)

part one (Editorial). Brain Struct Funct 226:2741-2744.

その他

1. Takemura H, Rosa MPG (2021) Understanding structure-

doi: 10.1007/s00429-021-02406-5.

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1)

activity in the synapse by using 2-photon fluorescence

英文原著論文lifetime imaging microscopy. Adv Exp Med Biol 1293:

1. Shibata AC, Ueda HH, Eto K, Onda M, Sato A, Ohba T,

295-308. doi: 10.1007/978-981-15-8763-4_18.

Nabekura J, Murakoshi H (2021) Photoactivatable
CaMKII induces synaptic plasticity in single synapses.

2. Ueda HH, Nagasawa Y, Murakoshi H (2021) Imaging

Nat Commun 12:751. doi: 10.1038/s41467-021-21025-6.

intracellular protein interactions/activity in neurons using

2. Shimizu T, Murakoshi H, Matsumoto H, Ichino K, Hattori

2-photon fluorescence lifetime imaging microscopy.

2)

A, Ueno S, Ishida A, Tajiri N, Hida H (2021) Tension

Neurosci Res 179: 31–38.

sensor based on fluorescence resonance energy transfer

doi: 10.1016/j.neures.2021.10.004.

reveals fiber diameter-dependent mechanical factors

3)during myelination. Front in Cell Neurosci 15: 685044.

1. 植田大海, 長澤裕太郎, 村越秀治 (2021) 光応答性

研究関係著作

doi: 10.3389/fncel.2021.685044.

CaMKII の開発と単一シナプス光操作 --ローカルオ

英文総説

プトジェネティクス--. 生物物理 61(6): 374-377.

1. Murakoshi H (2021) Optogenetic imaging of protein《電子顕微鏡室（窪田グループ）》
1)

Based Point-Scanning Super-Resolution Imaging. Nat

英文原著論文Methods 18: 406-416. doi: 10.1038/s41592-021-01080-z.

1. Urakubo H, Yagishita S, Kasai H, Kubota Y, Ishii S(2021) The critical balance between dopamine D2

2)

receptor and RGS for the sensitive detection of a transient

1. Kubota Y (2021) Morphological and neurochemical

decay in dopamine signal. PLoS Comput Biol 17(9):characterization of electrophysiologically identified cells.

e1009364. doi: 10.1371/journal.pcbi.1009364.

''Receptor and Ion Channel Detection in the Brain:

研究関係著作2. Fang L, Monroe F, Novak SW, Kirk L, Schiavon CR, Yu

methods and protocols, Second Edition'' (Eds: Rafael

SB, Zhang T, Wu M, Kastner K, Latif AA, Lin Z, Shaw

Lujan, Francisco Ciruela), Springer, New York, pp 353-

A, Kubota Y, Mendenhall J, Zhang Z, Pekkurnaz G,

382. doi: 10.1007/978-1-0716-1522-5_24.

Harris K, Howard J, Manor U (2021) Deep Learning-《生体機能情報解析室》
1)

Distillation of regional activity reveals hidden content of

英文原著論文1. Pham TQ, Nishiyama S, Sadato N, Chikazoe J (2021)

neural information in visual processing. Front Hum99

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文

Neurosci 15:777464. doi: 10.3389/fnhum.2021.777464.
2)

1. 近添淳一 (2021) 味覚の脳機能イメージング. Clinical
Neuroscience 39(2): 167-169.

研究関係著作《時系列細胞現象解析室》
1)

between presynaptic Ca2+ channels and exocytotic Ca2+

英文原著論文

1. Otsuka T, Kawaguchi Y (2021) Pyramidal cell subtype-sensors contributes to differential facilitatory actions ofdependent cortical oscillatory activity regulates motor

roscovitine on neurotransmitter release at cerebellar

learning. Commun Biol 4:495.

glutamatergic and GABAergic synapses. Eur J Neurosci

doi:10.1038/s42003-021-02010-7.

54:7048-7062. doi:10.1111/ejn.15487.

2. Satake S, Konishi S (2021) Topographical distance《ウィルスベクター開発室》
1)

Kobayashi K, Kobayashi M, Odagawa M, Matsubara C,

英文原著論文1. Fredes F, Silva MA, Koppensteiner P, Kobayashi K, Joesch

Kuroiwa Y, Horikoshi M, Matsushita J, Hioki H, Ohkura

M, Shigemoto R (2021) Ventro-dorsal hippocampal pathway

M, Nakai J, Oizumi M, Miyawaki A, Aonishi T, Ode T,

gates novelty-induced contextual memory formation. Curr

Murayama M (2021) Fast, cell-resolution, contiguous-wide

Biol 31:25-38. doi: 10.1016/j.cub.2020.09.074.

two-photon

imagingtorevealfunctional

networkarchitectures across multi-modal cortical areas. Neuron

2. Nagae M, Uenoyama Y, Okamoto S, Tsuchida H, Ikegami K,
Goto T, Majarune S, Nakamura S, Sanbo M, Hirabayashi M,

109:1810-1824.e9. doi: 10.1016/j.neuron.2021.03.032.

Kobayashi K, Inoue N, Tsukamura H (2021) Direct evidence

7. Miya K, Keino-Masu K, Okada T, Kobayashi K, Masu M

that KNDy neurons maintain gonadotropin pulses and(2021) Expression of heparan sulfate endosulfatases in thefolliculogenesis as the GnRH pulse generator. Proc Natl Acad

adult mouse brain: co-expression of Sulf1 and dopamine

Sci USA 118:e2009156118. doi: 10.1073/pnas.2009156118.

D1/D2 receptors. Front Neuroanat 15:726718.
doi: 10.3389/fnana.2021.726718.

3. Kosugi K, Yoshida K, Suzuki T, Kobayashi K, Yoshida
K, Mimura M, Tanaka KF (2021) Activation of ventral

8. Ohta Y, Guinto MC, Tokuda T, Kawahara M, Haruta M,

CA1 hippocampal neurons projecting to the lateral septum

Takehara H, Tashiro H, Sasagawa K, Onoe H, Yamaguchi

during feeding. Hippocampus 31:294-304.

R, Koshimizu Y, Isa K, Isa T, Kobayashi K, Akay YM,

doi: 10.1002/hipo.23289.

Akay M, Ohta J (2021) Micro-LED array-based photostimulation devices for optogenetics in rat and macaque

4. Zubair M, Murris SR, Isa K, Onoe H, Koshimizu Y,
Kobayashi K, Vanduffel W, Isa T (2021) Divergent wholemonkey brains. IEEE Access 9:127937-127949.

brain projections from the ventral midbrain in macaques.

doi:10.1109/ACCESS.2021.3111666.

Cereb Cortex 31:2913-2931. doi: 10.1093/cercor/bhaa399.

9. Oomoto I, Uwamori H, Matsubara C, Odagawa M,

5. Koshimizu Y, Isa K, Kobayashi K, Isa T (2021) Double

Kobayashi M, Kobayashi K, Ota K, Murayama M (2021)

viral vector technology for selective manipulation of neuralProtocol for cortical-wide field-of-view two-photon imaging

pathways with higher level of efficiency and safety. Genewith quick neonatal adeno-associated virus injection.

Ther 28:339-350. doi: 10.1038/s41434-020-00212-y.

STAR Protoc 2:101007. doi: 10.1016/j.xpro.2021.101007.

6. Ota K, Oisi Y, Suzuki T, Ikeda M, Ito Y, Ito T, Uwamori H,

100

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文《遺伝子改変動物作製室》
1)

in-one silk fibroin sponge as the vitrification cryodevice of

英文原著論文1. Nagae M, Uenoyama Y, Okamoto S, Tsuchida H, Ikegami

rat pancreatic islets and the VEGF-embedded scaffold for

K, Goto T, Majarune S, Nakamura S, Sanbo M,

subrenal transplantation. Transplant Proc 53:1744-1750.

Hirabayashi M, Kobayashi K, Inoue N, Tsukamura H

doi: 10.1016/j.transproceed.2021.04.012.
6. Nakayama-Iwatsuki K, Hirabayashi M, Hochi S (2021)(2021) Direct evidence that KNDy neurons maintaingonadotropin pulses and folliculogenesis as the GnRH

Fabricationoffunctionalrat

pseudo-islets

after

pulse generator. Proc Natl Acad Sci U S A 118:

cryopreservation of pancreatic islets or dispersed islet

e2009156118. doi: 10.1073/pnas.2009156118.

cells. J Tissue Eng Regen Med 15:686-696.
doi: 10.1002/term.3219.

2. Matsumura T, Sato T, Abe T, Sanjo H, Katagiri K, Kimura

7. Kobayashi T, Castillo-Venzor A, Penfold CA, Morgan M,

H, Fujii T, Tanaka H, Hirabayashi M, Ogawa T (2021) Rat
chemicalMizuno N, Tang WWC, Osada Y, Hirao M, Yoshida F,

supplementations and oxygen-tension control. Sci Rep

Sato H, Nakauchi H, Hirabayashi M, Surani MA (2021)

11:3458. doi: 10.1038/s41598-021-82792-2.

Tracing the emergence of primordial germ cells from

in

vitro

spermatogenesis

promotedby

3. Kobayashi T, Goto T, Oikawa M, Sanbo M, Yoshida F,

bilaminar disc rabbit embryos and pluripotent stem cells.

Terada R, Niizeki N, Kajitani N, Kazuki K, Kazuki Y,

Cell Rep 37: 109812. doi: 10.1016/j.celrep.2021.109812.

Hochi S, Nakauchi H, Surani MA, Hirabayashi M (2021)

8. Kinoshita M, Kobayashi T, Planells B, Klisch D, Spindlow

Blastocyst complementation using Prdm14-deficient rats

D, Masaki H, Bornelö S, Stirparo GG, Matsunari H, Uchikura

enables efficient germline transmission and generation of

A, Lamas-Toranzo I, Nichols J, Nakauchi H, Nagashima H,

functional mouse spermatids in rats. Nat Commun

Alberio R, Smith A (2021) Pluripotent stem cells related to

12:1328. doi: 10.1038/s41467-021-21557-x.

embryonic disc exhibit common self-renewal requirements in

4. Nakayama-Iwatsuki K, Yanagisawa K, Tanaka D,

diverse livestock species. Development 148:dev199901.

Hirabayashi M, Negishi J, Hochi S (2021) Acellular matrix

doi: 10.1242/dev.199901.

derived from rat liver improves the functionality of rat

2)

pancreatic islets before or after vitrification. Cryobiology

1. Alberio R, Kobayashi T, Surani MA (2021) Conserved

英文総説

features of non-primate bilaminar disc embryos and the

100:90-95. doi: 10.1016/j.cryobiol.2021.03.005.

germline. Stem Cell Reports 16:1078-1092.

5. Yamanaka T, Nakayama-Iwatsuki K, Fujimoto S, Hirono N,

doi: 10.1016/j.stemcr.2021.03.011.

Negishi J, Tamada Y, Hirabayashi M, Hochi S (2021) All-

《動物資源共同利用研究センター》
1)

cryopreservation. Animals 11(5):1220.

英文総説

1. Nishijima K, Kitajima S, Matsuhisa F, Niimi M, Wang C-c,doi: 10.3390/ani11051220.

Fan J (2021) Strategies for highly efficient rabbit sperm101

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／発表論文

《その他》
1)

Cell Death Induction and Protection by Activation of

英文原著論文1. Matsuura H, Kojima A, Fukushima Y, Xie Y, Mi X,

Ubiquitously Expressed Anion/Cation Channels. Part 1:

Sabirov RZ, Okada Y (2021) Positive Inotropic Effects ofRoles of VSOR/VRAC in Cell Volume Regulation,

ATP Released via the Maxi-Anion Channel in

Release of Double-Edged Signals and Apoptotic/Necrotic

Langendorff-Perfused

Cell Death. Front Cell Dev Biol 8:614040.

Mouse

HeartsSubjected

todoi: 10.3389/fcell.2020.614040.

Ischemia-Reperfusion. Front Cell Dev Biol 9:597997.

3. Okada Y, Sato-Numata K, Sabirov RZ, Numata T (2021)

doi: 10.3389/fcell.2021.597997.
2. Numata T, Sato-Numata K, Hermosura MC, Mori Y,

Cell Death Induction and Protection by Activation of

Okada Y (2021) TRPM7 is an essential regulator for

Ubiquitously Expressed Anion/Cation Channels. Part 2:

volume-sensitive outwardly rectifying anion channel.

Functional and Molecular Properties of ASOR/PAC

Commun Biol 4:599. doi: 10.1038/s42003-021-02127-9.

Channels and Their Roles in Cell Volume Dysregulation

3. Sato-Numata K, Numata T, Ueta Y, Okada Y (2021)

and Acidotoxic Cell Death. Front Cell Dev Biol 9:702317.
doi: 10.3389/fcell.2021.702317.

Vasopressin Neurons Respond to Hyperosmotic Stimulation

2)

with Regulatory Volume Increase and Secretory Volume

4. Sabirov RZ, Islam MR, Okada T, Merzlyak PG,

Decrease by Activating Ion Transporters and Ca2+ Channels.

Kurbannazarova RS, Nargiza A. Tsiferova NA, Okada Y

Cell Physiol Biochem 55(S1):119-134.

(2021) The ATP-Releasing Maxi-Cl Channel: Its Identity,

doi: 10.33594/000000342.

Molecular Partners, and Physiological/Pathophysiological

英文総説

Implications. Life (Basel) 11(6):509.
doi: 10.3390/life11060509.

1. Okada Y, Sabirov RZ, Merzlyak PG, Numata T, SatoNumata K (2021) Properties, Structures, and Physiological3)

Roles of Three Types of Anion Channels Molecularly

1. Ritter M, Mongin AA, Valenti G, Okada Y (2021)

その他

Identified in the 2010's. Front Physiol 12:805148.

Editorial: Ion and Water Transport in Cell Death. Front

doi: 10.3389/fphys.2021.805148.

Cell Dev Biol 9:757033. doi: 10.3389/fcell.2021.757033.

2. Okada Y, Sabirov RZ, Sato-Numata K, Numata T (2021)102

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

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 ················································································· 104
生体膜研究部門 ······················································································· 104
生体分子構造研究部門 ················································································· 105
神経発達・再生機構研究部門 ··········································································· 105
細胞構造研究部門 ····················································································· 106
細胞生理研究部門 ····················································································· 107
心循環シグナル研究部門 ··············································································· 108
生殖・内分泌系発達機構研究部門 ······································································· 111
分子神経免疫研究部門 ················································································· 112
超微形態研究部門 ····················································································· 113
生体恒常性発達研究部門 ··············································································· 113
視覚情報処理研究部門 ················································································· 114
バイオフォトニクス研究部門 ··········································································· 115
多細胞回路動態研究部門 ··············································································· 116
認知行動発達機構研究部門 ············································································· 116
生体システム研究部門 ················································································· 117
神経ダイナミクス研究部門 ············································································· 117
心理生理学研究部門 ··················································································· 118
感覚認知情報研究部門 ················································································· 120
多光子顕微鏡室 ······················································································· 120
電子顕微鏡室（窪田グループ） ········································································· 120
生体機能情報解析室 ··················································································· 120
時系列細胞現象解析室 ················································································· 121
ウィルスベクター開発室 ··············································································· 121
遺伝子改変動物作製室 ················································································· 121
多階層生理機能解析室 ················································································· 122
動物資源共同利用研究センター ········································································· 122

103

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

学

会

発

表

神経機能素子研究部門(2021.3.29) Analysis of the activation mechanism of

1. Michihiro Tateyama, Yoshihiro Kubo (2021.3.29)
The distal C-terminal region of THIK channels plays

Two-porechannel3bymembranevoltageandcritical roles in the regulation of the channel activity. 第

phosphoinositide 第 98 回日本生理学会大会（名古屋，98 回日本生理学会大会（名古屋，オンライン開催）

オンライン開催）
6. Chang Liu, I-Shan Chen, Ruth Murrell-Lagnado,

2. Takushi Shimomura, Ki-ichi Hirazawa, Yoshihiro Kubo
S4

Yoshihiro Kubo (2021.3.29) Regulation of the function

in two-pore Na channel 3. 第 98 回日本生理学会大会

of Kv channels by Sigma-1 receptor. 第 98 回日本生理（名古屋，オンライン開催）

学会大会（名古屋，オンライン開催）(2021.3.29)

Cysteine scanning analysis of the 2nd+

3. I-Shan Chen, Yoshihiro Kubo （ 2021.3.29 ） Novel

7. 塚本寿夫，久保義弘 (2021.9.2）無脊椎動物オプシン

mechanisms underlying the abnormal ion selectivity ofの特性を活用した細胞応答の光操作 第 92 回日本動

inherent GIRK mutants．第 98 回日本生理学会大会（名物学会オンライン米子大会（米子，オンライン開催）
8. 平澤輝一，下村拓史，久保義弘（2021.10.15-16）

古屋，オンライン開催）
4. Rizki Tsari Andriani, Yoshihiro Kubo (2021.3.29) OpticalTwo-pore channel 3 の膜電位依存的活性化とそのホ

monitoring of voltage-dependent gating of ATP-gated

スホイノシチドによる制御

channel P2X2 by utilizing fluorescent unnatural amino学会（金沢，オンライン開催）

acid (fUAA) 第 98 回 日本生理学会大会（名古屋，オ

第 68 回中部日本生理9. 陳以珊，久保義弘（2021.11.27）遺伝性疾患に関連する変異 GIRK チャネルのイオン選択性の新規制御機

ンライン開催）5. Ki-ichi Hirazawa，Takushi Shimomura, Yoshihiro Kubo

構の解明 第 113 回近畿生理学談話会（京都）

生体膜研究部門
1. Yokoi N, Fukata Y, Sanbo M, Goto T, Hirabayashi M,

解明．自然科学研究機構「ネットワーク型研究加速

Fukata M（2021・2・6）ADAM22 biosynthetic analysis

事業（国際ネットワーク）」生理研プロジェクト「機reveals the seizure threshold in a mouse model．The 2nd

能タンパク質の構造と機能のダイナミクスと, それNagoya CIBoG Retreat（オンライン開催）に基づく細胞・生体システム作動機構の研究拠点の2. 横井紀彦（2021・3・11）脳内蛋白質複合体の研究を形成」年度末成果報告会を兼ねたシンポジウム（オンライン開催）通して, 生物無機化学の未来について考えること．

5. Fukata M, Fukata Y（2021・5・11）Trans-synaptic LGI1-

分子研研究会「錯体化学から始まる学術展開の可能

ADAM22-MAGUK protein complex in synaptic functions性」（岡崎，オンライン開催）（招待講演）

and disorders．SYNABS symposium （Germany, Online)

3. Yokoi N, Fukata Y, Sanbo M, Goto T, Hirabayashi M,
Fukata M（2021・3・12）Effective expression level of the（招待講演）

anti-epileptic complex, LGI1-ADAM22, is maintained by

6. 横井紀彦, 深田優子, 三宝誠, 後藤哲平, 平林真澄,

ADAM22 phosphorylation．The 10th NIPS-PRI-BRINU

深田正紀（2021・9・25）抗てんかん作用を発揮する

Joint Symposium（オンライン開催）

LGI1-ADAM22 複合体の量とその制御機構の解明．

4. 横井紀彦, 深田優子, 三宝誠, 後藤哲平, 平林真澄,

第 11 回名古屋大学医学系研究科・生理学研究所合同

深田正紀（2021・3・17）シナプス蛋白質複合体

シンポジウム（オンライン開催）

LGI1-ADAM22 のリン酸化による抗てんかん機構の104

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

生体分子構造研究部門
1. 村田和義（2021.6.14-16）巨大ウイルスの構造から見

8. 渡邉凌人，ソンチホン，香山容子，武村政春，村田

る物質と生命の新たな境界．日本顕微鏡学会第 77

和義（2021.9.25）電子顕微鏡による巨大メドゥーサ

回学術講演会（つくば）ウイルスの形態と形成過程の解析．第 10 回名大生理

2. Ray Burton-Smith, Jun Tsunoda, Chihong Song, Hiroshi

研合同シンポジウム（オンライン）

Ueno, Takeshi Murata, Ryota Iino, Kazuyoshi Murata

9. 村田和義（2021.10.23）電子顕微鏡で見たウイルス構（2021.6.14-16）The States of the Off-Axis Rotor of造から学ぶ感染症対策．文部科学省新学術領域研究

Enterococcus hirae V-type ATPase by Cryo-EM．日本顕2021 年度市民公開シンポジウム（オンライン）
10. Ray Burton-Smith（2021.12.20）Cryo-EM structure of the

微鏡学会第 77 回学術講演会（つくば）
3. Ryoto Watanabe, Chihong Song, Yoko Kayama,

giant virus Melbournevirus．ExCELLS シンポジウム

Masaharu Takemura, Kazuyoshi Murata（2021.6.14-16）（岡崎）Particle maturation process of Medusavirus revealed by

11. Ryoto Watanabe, Chihong Song, Yoko Kayama,

EM observation．日本顕微鏡学会第 77 回学術講演会

Masaharu Takemura, Kazuyoshi Murata（2021.12.20）（つくば）Medusavirus の局所構造解析により示されるウイル

4. Chihong Song, Kazuhiko Katayama, Kazuyoshi Murata

ス粒子形成に伴う構造変化．ExCELLS シンポジウム（2021.6.14-16）High-resolution Analysis on Structural（岡崎）

Changes of Norovirus by Cryo-EM．日本顕微鏡学会第12. 関口太一朗，谷中冴子，ソンチホン，Christian Ganser，

77 回学術講演会（つくば）

村田和義，内橋貴之，加藤晃一（2021.12.20）プロテ5. 神谷亮佑，内山淳平，松崎茂展，村田和義，岩崎憲

アソームサブユニットを題材にしたタンパク質集合治，宮崎直幸（2021.6.14-16）ピロリ菌ファージ KHP30

体における非対称性の設計原理の探究．日本顕微鏡のクライオ電子顕微鏡構造解析．日本顕微鏡学会第学会第63回シンポジウム

77 回学術講演会（つくば）

ラム2020（オンライン）

顕微鏡オンラインフォー

6. 鯉渕航，内山淳平，松崎茂展，村田和義，岩崎憲治，

13. Ryoto Watanabe, Chihong Song, Yoko Kayama,

宮崎直幸（2021.6.14-16）巨大バクテリオファージ

Masaharu Takemura, Kazuyoshi Murata（2020.12.18）

S6 の尾部収縮前後の構造変化．日本顕微鏡学会第Particle maturation process of Medusavirus．第 3 回

77 回学術講演会（つくば）ExCELLS シンポジウム（オンライン）

7. Kazuyoshi Murata（2021.7.6）Cryo-electron microscopy

14. 村田和義（2022.3.23）岡崎におけるクライオ電子顕of the giant viruses．The Fourth International Symposium

微鏡施設の紹介．生理研研究会「機能的神経回路のon Advanced Microscopy and Spectroscopy (ISAMS-4)

構築と動作を支える分子細胞基盤」（オンライン）(online)

神経発達・再生機構研究部門
2. 金子奈穂子，澤本和延（2021・12・3）

1. 松本真実，澤田雅人，Diego Garcia-Gonzalez，Vicente

Adult-born

Herranz-Perez，荻野崇，Huy Bang Nguyen，Truc Quynhneurons migrate and differentiate in response to theThai，成田啓之，熊本奈都子，鵜川眞也，斎藤祐見子，

microenvironment in the post-stroke brain．第 44 回分子

竹田扇，金子奈穂子，Konstantin Khodosevich，Hannah

生物学会年会（神奈川県横浜市）

Monyer，Jose Manuel Garcia-Verdugo，大野伸彦，澤本

3. 中島 徳彦, 金子 奈穂子, 石崎 友崇, 田村 淳, 樋口

和延（2021・12・5）生後脳内を移動する新生ニュー慧, 月田 早智子, 澤本 和延（2021・12・2）ERM 蛋

ロンにおける一次繊毛の微細形態の動的変化．第 72

白質 Ezrin による脳室下帯の細胞構築制御．第 44 回

回名古屋市立大学医学会総会（愛知県名古屋市）

分子生物学会年会（神奈川県横浜市）

105

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

ンの移動促進．第 64 回日本神経化学会大会（オンラ

4. Kaneko N, Akter M, Herranz-Perez V, Oishi H,
Garcia-Verdugo JM, Sawamoto K（2021・10・28）

イン）

Neurogenic potential in common marmoset ventricular-

11. 金子奈穂子,澤本和延（2021・9・15）動的な鎖状細subventricular zone during postnatal brain development．

胞塊を形成して脳傷害部へ移動する新生神経細胞．

ISSCR TOKYO JAPAN（オンライン）

2021 年度日本数理生物学会年会（オンライン）D,

12. 金子奈穂子，澤本和延（2021・8・28）脳梗塞切片をHerranz-Perez V, Ogino T, Nguyen HB, Thai TQ, Narita

移動する生きた神経細胞の挙動を記録するライブイ

K, Kumamoto N, Ugawa S, Saito Y, Takeda S, Kaneko

メージング法．第 11 回日本脳血管・認知症学会総会

N, Khodosevich K, Monyer H, Garcia-Verdugo JM,（オンライン）

5. Matsumoto

M,

SawadaM,

Garcia-Gonzalez

Ohno N, Sawamoto K（2021・10 ・27）Dynamic Changes

13. 澤本和延（2021・7・7）細胞移動促進による機能的神

in Ultrastructure of the Primary Cilium in Migrating

経再生．第 42 回日本炎症・再生医学会（オンライン）

Neuroblasts in the Adult Brain．ISSCR TOKYO JAPAN14. 松 本 真 実, 澤田 雅人 , Garcia-Gonzalez D, HerranzPerez V, 荻野崇, Nguyen HB, Thai TQ, 成田啓之, 熊（オンライン）
6. 澤田雅人, 澤本和延（2021・9・30）成体脳のニュー

本奈都子, 鵜川眞也, 斎藤祐見子, 竹田扇, 金子奈穂

ロン新生における死細胞の貪食過程と意義．第 64子, Khodosevich K, Monyer H, Garcia-Verdugo JM, 大回日本神経化学会大会（オンライン）

野伸彦, 澤本和延（2021・6・21）成体脳内を移動す

7. 松本真実, 澤田雅人, 松下勝義, Huy Bang Nguyen,

る新生ニューロンにおける一次繊毛の時空間的制御．

Truc Quynh Thai, 大野伸彦, 澤本和延（2021・9・30）

第 165 回名古屋市立大学医学会例会（オンライン）

正常脳と傷害脳内において鎖状移動する新生ニュー15. 澤本和延（2021・5・19）生後のニューロン新生を操

ロンの細胞間接着制御．第 64 回日本神経化学会大会

作することによる神経疾患治療法の開発．第 62 回日（オンライン）

本神経学会学術大会（オンライン）

8. 榑松千紘, 澤田雅人, 大村谷昌樹, 田中基樹, 久保山

16. 澤田雅人，澤本和延（2021・3・28）生後脳における荻野崇, 松本真実, 大石久史, 稲田浩之, 高

新生ニューロンの移動維持・停止機構．第 126 回日

坂新一, 大野伸彦, 山田麻紀, 浅井真人, 曽我部正博,

本解剖学会総会・全国学術集会 / 第 98 回日本生理鍋倉淳一,浅野謙一, 田中正人, 澤本和延（2021・9・

学会大会

和哉,

合同大会（オンライン）

30）ミクログリアはフォスファチジルセリン依存的17. 宮本 啓補，澤田 雅人，山﨑 久朗，梅澤 直，樋口 恒に成体新生ニューロンのシナプスを貪食する．第 64彦，粂 和彦，澤本 和延，大澤 匡弘（2021・3・28）

回日本神経化学会大会（オンライン）

成体海馬ニューロン新生に着目した痛みの慢性化を引き起こす中枢神経回路の解明．第 141 回日本薬学9. 岡田正康(新潟大学), 澤本和延（2021・9 ・30）
Phosphorylation of GAP-43 T172 is a molecular marker

会年会（オンライン）

representing the growing axons in a wide range of

18. 中村泰久，川瀬恒哉，澤田雅人，澤本和延（2021・2・

mammals including primates．第 64 回日本神経化学会

5）早産による生後のニューロン新生低下のメカニズ大会（オンライン）

ム．成体脳のニューロン新生懇談会（オンライン）

10. 長瀬次郎, 中嶋智佳子, 中村小百合, 澤田雅人, 澤本

19. 中嶋智佳子，澤本和延（2021・2・3）脳細胞の移動・

和延（2021・9・30）細胞外マトリックスを含有する

再生促進技術の開発．令和２年度 AMED 再生・細胞

人工足場を用いた傷害脳組織における新生ニューロ

医療・遺伝子治療研究開発交流会（オンライン）

細胞構造研究部門
1. 古瀬幹夫 (2021.4.26) 上皮細胞極性形成における細2. 泉 裕士, 古瀬幹夫 (2021.6.29~7.2) 新規膜タンパク

胞間結合の役割. 発生生物学会ワークショップ「細質 Hoka によるショウジョウバエ腸管のセプテート

胞極性研究の新展開」(オンライン開催）

ジャンクション形成と幹細胞恒常性の制御. 第 73 回

106

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

開催）．

日本細胞生物学会（オンライン開催）
3. 古瀬幹夫 (2021.9-10) 3 細胞結合における細胞間隙8. 古瀬幹夫 (2021.10.15-16) 上皮の 3 細胞結合部位をバリアの形成機構. 生理研研究会「上皮膜輸送の多シールする分子機構. 第 20 回生体機能研究会（高崎）

様性・調和機構を基盤とする異分野融合研究の創出」

9. Furuse M. (2021.11.16) How the paracellular space issealed where three epithelial cells meet. KU-YU-NIPS（オンライン開催）

Joint symposium （オンライン開催）

4. Izumi Y, Furuse M. (2021.9.13-16) The novel membraneprotein Hoka regulates septate junction organization and

10. Furuse M. (2021.12.6-8) Mechanisms of the paracellular

stem cell homeostasis in the Drosophila intestine. The

sealing at tricellular contacts in vertebrate epithelial cells.

14th Japanese Drosophila Research Conference. （オンThe 51st NIPS International Symposium.（オンライン開

ライン開催）

催)

5. 泉 裕士, 古瀬幹夫 (2021.9.25) ショウジョウバエ腸11. Izumi Y (2021.12.6~8) The role of the paracellular barrier

管の恒常性における上皮パラセルラーバリアの役割.

in stem cell homeostasis in the Drosophila gut. The 51st

第 11 回 名古屋大学・生理研合同シンポジウム（オNIPS International Symposium.（オンライン開催）
12. Otani T, Furuse M. (2021.12.6-8) Competitive elimination

ンライン開催）6. Otani T, Furuse M. (2021.9.27~29) Competitiveof tight junction deficient cells regulate epithelial barrier

elimination of tight junction deficient cells regulate

homeostasis. The 51st NIPS International Symposium.（オepithelial barrier homeostasis. The 4th International Tight

ンライン開催）13. Nguyen TP, Otani T, Furuse M. (2021.12.6-8) The roles

Junction Conference.（ハイブリッド開催）

of claudins and JAM-A in providing tight junction-

7. Furuse M, Sugawara T. (2021.9.27-29) Molecularmechanism of tricellular tight junction formation. 4th

dependent

mechanicalresistance. The

51st NIPS

International Tight Junction Conference.（ハイブリッド

International Symposium.（オンライン開催）

細胞生理研究部門
photoreceptor cells in Drosophila. 第 98 回日本生理学

1. Deng Xiangmei（2021.2.6）Possible physiological functionof lipid enzymes involved in thermotaxis in fruit fly larvae.

会大会（オンライン開催）
6. 佐 藤 翔 馬 （ 2021.3.28 ） Characterization of insect

第２回 CIBoG リトリート（第 13 回 NAGOYA グロー

repellents targeting TRP channels. 第 98 回日本生理学

バルリトリート）（オンライン開催）
2. 水 藤 拓 人 （ 2021.2.4 ）Molecular mechanism of会大会（オンライン開催）

in7. 富永 真琴（2021.3.29）Crosstalk between sensory neurons

Drosophila. 3rd ExCELLS Retreat for Young Scientists

and immune system through TRP channels. 第 98 回日本(ExCELLS 若手交流リトリート)（オンライン開催）

生理学会大会（オンライン開催）

thermosensing

andbehavioral

thermoregulation

3. 佐藤 翔馬（2021.2.4）Development of a novel insect

8. 齋藤 茂（2021.3.29）Molecular basis for the reduced

repellent using Drosophila melanogaster. 3rd ExCELLS

heat perception in frog tadpoles inhabiting hot spring. 第Retreat for Young Scientists(ExCELLS 若手交流リト

98 回日本生理学会大会（オンライン開催）
9. 水藤 拓人（2021.3.29）Identification of genes regulating

リート)（オンライン開催）
4. Lei Jing（2021.3.12）Investigation of the interaction
between

TRPV3

and

TMEM79inmouse

sensory functions via modifications of membrane lipids

skinin Drosophila. 第 98 回日本生理学会大会（オンライkeratinocytes. 第 10 回 生理研-霊長研-新潟脳研合同ン開催）
10. Nguyen Thi Hong Dung（2021.3.29）Structural basis for

シンポジウム（オンライン開催）
5. 曽我部 隆彰（2021.3.28）Light stimulation induced

promiscuous action of monoterpenes on TRP channels.

biosynthesis of endocannabinoids and N-acyl amide in

第 98 回日本生理学会大会（オンライン開催）

107生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

構造と生理機能. 第 11 回名古屋大学医学系研究科・

11. Deveci Aykut（2021.3.29）Investigation of the possible
relation between TRPM2-IKca1-ANO1 ion channels. 第生理研合同シンポジウム（オンライン開催）
22. Lei Jing（2021.9.25）Investigation of the interaction

98 回日本生理学会大会（オンライン開催）

between TRPV3 and TMEM79 in mouse keratinocytes.

12. Lei Jing（2021.3.29）Investigation of the interaction
between

TRPV3

and

TMEM79inmouse

第 11 回名古屋大学医学系研究科・生理研合同シンポ

skinkeratinocytes. 第 98 回日本生理学会大会（オンライ

ジウム（オンライン開催）
23. 丸山 健太（2021.10.9）感覚免疫学. 第 71 回日本薬ン形式オンライン開催）
13. Deng Xiangmei（2021.3.30）Physiological functions of学会関西支部総会（オンライン開催）

lipid enzymes involved in thermotaxis in Drosophila

24. 丸山 健太（2021.10.15）セロトニン恒常性維持機構

melanogaster. 第 98 回日本生理学会大会（オンライを捉えなおす～感覚免疫学の視点から～. 第 68 回中

ン開催）

部日本生理学会（オンライン開催）

14. 富永 真琴（2021.5.25）温度感受性 TRP チャネルを

25. 富永 真琴（2021.11.8）TRP チャネルを介した痛覚・

介した温度感知機構と生理的意義に関する研究. 第温度感覚. 第 2 回 Bio-Intelligence for well-being(BIW)

58 回日本伝熱シンポジウム（オンライン開催）

研究会（オンライン開催）

15. Tominaga Makoto（2021.6.8）Physiological Significance26. 富永 真琴（2021.11.12）刺激感受性：温度感受性 TRP

of TRPV4 in Glia Cells. 20 Years of TRPV4 Exploring

チャネルの生理機能. 日本動物実験代替法学会 第Science, Discovery, and Future Directions（オンライン

34 回大会（沖縄）27. Maruyama Kenta （ 2021.11.16 ） Crosstalk between

開催）
16. Tominaga Makoto（2021.8.8）Physiological Function of

Nociceptive and Osteo-immune system～From Senso-

TRPV4 in Glia Cells. The 8th International Ion Channel

immunological point of view～. Joint symposium of

Conference（Tianjin, China ハイブリッド開催・オン

Korea Univ.-Yonsei Univ.-NIPS（オンライン開催）
28. 齋藤 茂（2021.11.25）両生類の生態的な棲み分けにライン参加）
17. Saito Shigeru（2021.8.16-19）The evolutionary tuning of

起因した温度感覚の進化的変化とその分子機構. 第thermal perception related to habitat selection in frogs.

59 回日本生物物理学会年会（オンライン開催）

The 2nd AsiaEvo Conference（オンライン開催）

29. 富永 真琴（2021.11.28）温度感受性 TRP チャネルを

18. 齋藤 茂（2021.8.18-8.21）両生類の生態的な棲み分

介した温度受容のメカニズム. 全日本鍼灸学会第 39

けに起因した温度感覚の進化的変化とその分子機構.

回 関東支部学術集会（オンライン開催）

日本進化学会第 23 回東京大会（オンライン開催）

30. Maruyama Kenta（2021.12.10）Senso-immunology. ソ

19. 齋藤 くれあ（2021.8.18-8.21）高温センサーTRPA１

ウル大学歯学部国際シンポジウム（オンライン開催）

における両生類特異的なスプライシングバリアント

31. 富永 真琴（2021.12.18）TRP チャネルと痒み. 第 7の進化的な起源. 日本進化学会第 23 回東京大会（オ回学術シンポジウム～難治性かゆみの克服をめざしンライン開催）て～（東京）

20. 富永真琴（2021.9.4）皮膚，感覚神経に発現する温度32. 富永 真琴（2021.12.21）TRP チャネルと痒み. TRP

感受性 TRP チャネルと発汗. 第 29 回日本発汗学会

チャネルと痒み. Kyoto Dermatology Research Seminar

総会スポンサードシンポジウム（オンライン開催）（京都）

21. 富永 真琴（2021.9.25）温度感受性 TRP チャネルの心循環シグナル研究部門
1. 加藤百合，西山和宏，友清大樹，諫田泰成，西田基

ティング（WEB 開催）

宏（2021.1.26）低濃度有機水銀曝露による新型コロ2. 西田基宏（2021.1.28）病態特異的タンパク質間相互ナウイルス感染増悪．令和 2 年メチル水銀研究ミー作用を標的としたドラッグ・リポジショニング．第108

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

4 回 Cardio Renal Diabetes 研究会（WEB 開催）（2021.3.26）Pathology-dependent Aberrant Interaction

3. 鮎川皓一，遠山千恵美，西山和宏，加藤百合，田中

between Mitochondria and Actin Cytoskeleton Causes

智弘，西村明幸，西田基宏（2021.2.13）筋ジストロ

Cardiac Fragility．第 85 回日本循環器学会学術集会

フィーモデルマウスにおける TRPC3-Nox2 複合体（横浜／ハイブリッド開催）
14. 西田基宏（2021.3.30）心筋の頑健性維持におけるミの関与．日本酸化ストレス学会東海支部 第９回学術トコンドリア品質管理の役割．第 126 回日本解剖学集会（WEB 開催）

会総会／第 98 回日本生理学会大会合同大会（WEB4. 友清大樹，加藤百合，西山和宏，西村明幸，田中智開催）弘，日下部宜宏，神谷典穂，今井由美子，伊吹裕子，
諫田泰成，西田基宏（2021.2.13）TRPC3-Nox2 複合

15. 加藤百合，西山和宏，田中智弘，西村明幸，西田基

体形成を標的とした COVID-19 新規治療薬の探索．

宏（2021.3.29）TRPC3-Nox2 複合体形成による筋萎

日本酸化ストレス学会東海支部 第９回学術集会

縮制御．第 126 回日本解剖学会総会／第 98 回日本生（WEB 開催）

理学会大会合同大会（WEB 開催）

5. 西田基宏（2021.3.4）超硫黄分子による心筋の頑健性

16. Akiyuki Nishimura, Motohiro Nishida （ 2021.3.28 ）制御．第１回 レドックス R&D 戦略委員会シンポ

Mitochondrial quality control in cardiac homeostasis andジウム（WEB 開催）

disease．第 126 回日本解剖学会総会／第 98 回日本生

6. 加藤百合，西田基宏（2021.3.8）COVID-19 治療薬開理学会大会合同大会（WEB 開催）

発を目指したエコファーマ研究．第 94 回日本薬理学

17. 友清大樹，加藤百合，西村明幸，西山和宏，田中智会年会（札幌／ハイブリッド開催）

弘，日下部宜宏，神谷典穂，今井由美子，朝倉宏，

7. 西村明幸，酒田康介，田中智弘，西山和宏，加藤百伊吹裕子，諫田泰成，西田基宏（2021.3.27）COVID-19

合，西田基宏（2021.3.9）新規硬さセンサーGPCRs

重症化機構の解明及び予防・治療を目指したグリーの同定と筋組織における役割の解明．第 94 回日本薬

ンファルマ研究．日本薬学会年会（WEB 開催）
18. 西田基宏，西村明幸，田中智弘，加藤百合，西山和理学会年会（札幌／ハイブリッド開催）
8. Motohiro Nishida （ 2021.3.10 ） Redox regulation of宏（2021.4.22）活性イオウによるミトコンドリア品

mitochondrial quality control as a therapeutic target of

質管理と心筋早期老化制御．第 94 回日本内分泌学会

cardiac senescence．The 8 Japan-China Joint Meeting

学術総会（WEB 開催）th

19. 西田基宏（2021.5.19）超硫黄分子による心筋のスト

of Basic and Clinical Pharmacology（WEB 開催）

レス抵抗性制御．第 74 回日本酸化ストレス学会／第9. 尼谷明日路，笠原勇矢，下條正仁，西田基宏，永田龍，小比賀聡，森泰生（2021.3.10）TRPC チャネル

21 回日本 NO 学会合同学術集会（WEB 開催）

選択的化合物の線維化疾患治療候補薬としての開発

20. 西山和宏，西村明幸，柴田貴広，内田浩二，西田基と核酸医薬への展開．第 94 回日本薬理学会年会（札宏（2021.5.19）システイン修飾を介した GPCR のタ

幌／ハイブリッド開催）

ンパク質品質管理機構の解明．第 74 回日本酸化スト
レス学会／第 21 回日本 NO 学会合同学術集会（WEB10. Kakeru Shimoda（2021.3.12）The role of P2Y6R inpressure overload-induced heart failure．第 10 回生理研

開催）
21. 松永哲郎，笠松真吾，西村明，井田智章，守田匡伸，-霊長研-新潟脳研合同シンポジウム（WEB 開催）
11. 西村明幸，下田翔，田中智弘，西山和宏，西田基宏

居原秀，下田翔，西田 基宏，本橋ほづみ，赤池孝章（2021.3.13）ミトコンドリア品質による心筋リモデ（2021.5.19）アルコールデヒドロゲナーゼ 5（ADH5）リング機構．CVMW2020 －心血管代謝週間－（WEBのニトロソグルタチオン還元酵素（GSNOR）反応の開催）

選択的欠損マウスの開発．第 74 回日本酸化ストレス

12. Motohiro Nishida（2021.3.26）Role of TRPC channels in

学会／第 21 回日本 NO 学会合同学術集会（WEB 開

the sympathetic response of the heart．第 85 回日本循環催）
22. 守田匡伸，西村明，井田智章，松永哲郎，高田剛，

器学会学術集会（横浜／ハイブリッド開催）
13. 西村明幸，下田翔，田中智弘，西山和宏，西田基宏

ジョン ミンキョン，田中 智弘，西田基宏，本橋ほ

109

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

イオフォーラム 2021（WEB 開催）

づみ，赤池 孝章（2021.5.19）硫化水素キノン酸化還元酵素 （SQR）を介した超硫黄分子による種横断的

31. 田中智弘，下田翔，井田智章，佐々木渉太，金子俊

なミトコンドリア硫黄呼吸．第 74 回日本酸化ストレ郎，赤池孝章，西田基宏（2021.9.25）プラズマ照射

ス学会／第 21 回日本 NO 学会合同学術集会（WEBによる硫黄代謝物の生成とその生理学的意義の解明．

開催）

第 11 回 名古屋大学医・生理研合同シンポジウム

23. 西田基宏（2021.6.21）活性イオウによる心筋ミトコ（WEB 開催）
32. 西田基宏，小田紗矢香，加藤百合，西村明幸，西山

ンドリアの頑健性制御．第 15 回日本ケミカルバイオ

和宏（2021.10.9）脂質作動性 TRPC チャネルタンパ

ロジー学会（WEB 開催）

ク質の機能多様性に着目した創薬．第 145 回日本薬24. 西田基宏（2021.7.5）ミトコンドリア硫黄呼吸・代謝を標的とする創薬戦略．Diabetes Web Seminar（熊本理学会関東部会（WEB 開催）
33. 西村明幸，後藤拓実，西山和宏，加藤百合，田中智市）
25. 西田基宏，田中智弘，西村明幸，下田翔，西山和宏

弘，伊吹裕子，西田基宏（2021.10.9）タバコ副流煙（2021.7.30）超硫黄分子による心筋ミトコンドリア

による心筋早期老化の誘導機構．第 145 回日本薬理の頑健性制御．生理研研究会 2021 生命を支える硫学会関東部会（WEB 開催）
34. 西田基宏（2021.10.23）病態特異的タンパク質間相互黄生物学の最前線（仙台／ハイブリッド開催）作用に着目したエコファーマ創薬．第 53 回日本動脈26. 田中 智弘，下田翔，井田智章，佐々木渉太，金子俊

硬化学会総会・学術集会（WEB 開催）郎，赤池孝章，西田 基宏（2021.7.31）プラズマ照射による硫黄代謝物の生成とその生理学的意義の解明．
生理研研究会 2021

性制御．第 95 回日本生化学会大会（WEB 開催）

生命を支える硫黄生物学の最36. Motohiro Nishida（2021.11.5）Role of reactive sulfur

前線（仙台／ハイブリッド開催）
27. 西山 和宏，西村 明幸，下田

35. 西田基宏（2021.11.3）超硫黄分子による心筋の頑健翔，田中species

智弘，加inmitochondrial

qualitycontrol ． 2021

浩二，西田 基宏International Conference of the Korean Society for（2021.8.26）システイン SH 修飾を介した GPCR のMolecular and Cellular Biology (KSMCB2021)（韓国

新奇タンパク質内在化機構．日本薬学会薬理系部会

Jeju／ハイブリッド開催）

藤

百合，柴田

貴広，内田

主催「生体機能と創薬シンポジウム 2021」（札幌／

37. 友清大樹，加藤百合，西山和宏，西村明幸，田中智

ハイブリッド開催）

弘，日下部宜宏，神谷典穂，今井由美子，朝倉宏，

28. 加藤百合，西山和宏，友清大樹，小谷さゆみ，田中

伊吹裕子，諫田泰成，西田基宏（2021.11.13）COVID-19

智弘，西村明幸，神谷典穂，日下部宜宏，諫田泰成，

重症化機構の解明及び予防・治療を目指したグリー

西田基宏（2021.8.26）ACE2 に着目した COVID-19

ンファルマ研究．第 38 回日本薬学会九州山口支部大感染症における重症化機構の解明と治療薬の開発．

会（WEB 開催）
38. 西村明幸，下田翔，田中智弘，西山和宏，加藤百合，

日本薬学会薬理系部会主催「生体機能と創薬シンポジウム 2021」（札幌／ハイブリッド開催）

西田基宏（2021.11.18）超硫黄分子による心臓頑健性

29. 下田翔，田中智弘，西村明幸，守田匡伸，赤池孝章，制御．生理研研究会－比較統合生理学的観点からの

西田基宏（2021.8.28）心筋のシステインパースルフィ

循環生理の解析－（岡崎／ハイブリッド開催）

ド生成活性と虚血耐性との関係．第 20 回次世代を担

39. 加藤百合，西山和宏，西村明幸，西田基宏（2021.11.19）

う若手のためのファーマ・バイオフォーラム 2021

TRPC3-Nox2 複合体形成を標的とした創薬．第 74 回

（WEB 開催）

日本薬理学会西南部会（久留米大）

30. 友清大樹，加藤百合，西村明幸，西山和宏，田中智

40. 加藤百合，西山和宏，西田基宏（2021.12.2）ドキソ

弘，日下部宜宏，神谷典穂，今井由美子，朝倉宏，

ルビシンによる心毒性メカニズムの解明と治療法の伊吹裕子，諫田泰成，西田基宏（2021.8.28）COVID-19

探索．第 44 回日本分子生物学会（横浜／ハイブリッ

重症化の予防・治療を目指したグリーンファルマ研ド開催）
41. 西山和宏，西村明幸，下田翔，加藤百合，西田基宏

究．第 20 回次世代を担う若手のためのファーマ・バ

110

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表（2021.12.3）システイン修飾を介した GPCR の新奇

43. 西田基宏（2021.12.10）TRPC タンパク質のアイソ内在化機構の解明．第 31 回日本循環薬理学会（WEB

フォーム特異的機能に着目した心臓リモデリング制

開催）

御．CVMW2021‐心血管代謝週間‐（WEB 開催）

42. 西田基宏，西村明幸，田中智弘，加藤百合，西山和宏

44. 西田基宏（2021.12.10）病態特異的タンパク質間相互（2021.12.3）活性硫黄分子に着目した虚血後心不全の作用に着目したエコファーマ創薬．CVMW2021‐心治療戦略．第 31 回日本循環薬理学会（WEB 開催）

血管代謝週間‐（WEB 開催）

生殖・内分泌系発達機構研究部門
制御．Desire Conference 2021（オンライン開催）

1. 中島健一朗（2021.3.18-21）味覚の脳内伝達とその調

11. 中島健一朗（2021.9.22-24）空腹が味覚に及ぼす影響

節を担う神経機構の解析．日本農芸化学会 2021 年度の検証．日本味と匂学会第 55 回大会（福岡・ハイブ

大会（オンライン開催）
2. 箕越靖彦，Rashid Misbah，近藤邦生（2021.3.20-21）

リッド開催）
12. 中島健一朗，箕越靖彦（2021.9.27）微量必須栄養素

視床下部を介した末梢組織の代謝・炎症制御．第 41の新規脳内感知機構の解明．生理学研究会「第 6 回

回日本肥満学会（オンライン開催）
3. 近藤邦生，箕越靖彦（2021.3.20-21）エネルギー代謝

食欲・食嗜好の分子・神経基盤研究会」（オンライを制御する中枢―末梢神経回路．第 41 回日本肥満学ン開催）
13. 箕越靖彦（2021.10.15）視床下部によるエネルギー代会（オンライン開催）

謝調節機構．第 18 回東北糖尿病トータルケア研究会

4. 菊地晶裕（2021.5.20-22）MODY10 家系で同定された R55C 変異を有するプロインスリンおよびインス（オンライン開催）
14. 近藤邦生（2021.10.21）感覚器－末梢組織間の革新的リンの立体構造モデル．第 64 回日本糖尿病学会年次

神経回路解析法の開発．さきがけ「生体多感覚システ

学術集会（オンライン開催）
5. 中島健一朗（2021.5.26-27）空腹によって味覚を変化

ム」～キックオフミーティング～（オンライン開催）

させる脳内メカニズム．第 15 回日本分子イメージン

15. 森下雅大，三塚萌里，小野浩太，恒岡洋右，堀尾修平，
加藤成樹，小林和人，塚原伸治（2021.10.30-31）内側グ学会総会・学術集会（オンライン開催）
6. 中島健一朗（2021.5.29）味覚の脳内伝達とその調節

視索前野の性的二型性を確立するニューロンの形態を担う神経メカニズム．第 5 回愛知糖尿病・内分泌学的特性，生理機能および性差構築機構の解析．第研究会（オンライン開催）

47 回日本神経内分泌学会学術集会（オンライン開催）

7. 中島健一朗（2021.7.3-4）空腹時に味覚を変化させる

16. 箕 越 靖 彦 （ 2021.11.2 ） Hypothalamic regulation of

視床下部神経ネットワークの解明．第 75 回日本栄

carbohydrate and lipid intake and utilization in peripheral

養・食糧学会大会（オンライン開催）

tissues．理研 IMS セミナー（オンライン開催）

8. 森下雅大，三塚萌里，恒岡洋右，堀尾修平，小林和17. 近藤邦生（2021.11.3）感覚器－末梢組織間の革新的人，加藤成樹，塚原伸治（2021.7.28-31）マウスの内神経回路解析法の開発．JST-AMED 連携領域_2021

側 視 索 前 野 か ら 腹 側 被 蓋 野 へ 投 射 す る 雄 特有な

年度 4 プログラム合同領域会議（オンライン開催）

ニューロンは雄性行動の制御に関与する．第 44 回日

18. 中島健一朗（2021.11.16）How hunger makes foodtastier: a neural circuit in the hypothalamus．高麗大 -延本神経科学大会（神戸・ハイブリッド開催）
9. 近藤邦生（2021.9.2-4）経シナプス性ウイルストレー

世大-生理研合同シンポジウム（オンライン開催）
19. 中島健一朗，箕越靖彦（2021.12.18-19）微量必須栄

サーと光を用いた神経回路解析．日本動物学会 第92 回 オンライン米子大会（オンライン開催）

養素の新規脳内感知機構の解明．生理学研究会「運10. 近藤邦生，Rashid Misbah，箕越靖彦（2021.9.12）食動器/代謝系連関による生体機能制御とその変容の仕組み」（オンライン開催）

餌性肥満における視床下部腹内側核の脂肪組織炎症111

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

分子神経免疫研究部門
1. 村上正晃, (2021.11.17) COVID-19 サイトカインス(奈良市・WEB 開催)

トームの誘導機構. 第 17 回日本食品免疫学会学術集

11. Toshiki Sugawara, Yuki Tanaka, Shintaro Hojyo,

会 (JAFI2021) (WEB 開催)

Masabumi Minami, Masaaki Murakami, (2021.12.8)

2. 村上正晃, (2021.11.20) 宇宙環境における自己免疫

Lipid-mediated IL-6 amplifier regulation in vivo and in疾患誘導メカニズム．第 67 回日本宇宙航空環境医学

vitro. 第 50 回日本免疫学会学術集会 (奈良市・WEB

会 (Web 開催)

開催)

3. 村上正晃, (2021.11.27) COVID-19 重症化の主要因で12. 木田博朗，松井雄一郎，高橋郁子，岩崎倫政，村上あるサイトカインストーム誘導機構. 第 51 回日本皮正晃, (2021.12.8) Analysis of disease-associated SNPs

膚免疫アレルギー学会総会学術大会 (東京都・WEB

and inflammatory mechanisms in Dupuytren ’ s

開催)contracture. 第 50 回日本免疫学会学術集会 (奈良4. 村上正晃, (2021.12.6) Gateway Reflex, a Molecular

市・WEB 開催)

Mechanism How to Establish Gateways for Autoreactive

13. Nobuya Abe, Yuichiro Fujieda, Kenji Oku, NobuhikoCD4+ T Cells in Blood Barriers. THE 22nd RIES-

Takahashi, Kohei Karino, Mona Uchida, Michihito Kono,

HOKUDAI INTERNATIONAL SYMPOSIUM (WEBYuki Tanaka, Rie Hasebe, Masaru Kato, Tatsuya Atsumi,

開催)

Masaaki Murakami, (2021.12.8) Chronic stress-induced

6. Mona Uchida, Yuki Tanaka, Takeshi Yamasaki, Masaaki

microglial interleukin-12/23 axis and medial prefrontal

Murakami, (2021.12.8) Roles of gravity stimulationcortex impairment in neuropsychiatric lupus. 第 50 回日

during the development of autoimmune diseases, which

本免疫学会学術集会 (奈良市・WEB 開催)

are mediated by the gateway reflexes. 第 50 回日本免疫14.Shiina Matsuyama, Nobuhiko Takahashi, Shintaro Hojyo,

学会学術集会 (奈良市・WEB 開催)

Daisuke Kamimura, Masaaki Murakami, (2021.12.8) A

7. Kaoru Murakami, Daisuke Kamimura, Rie Hasebe, Mona

survival factor of blood-derived MHC class IIhi cells in

Uchida, Nobuya Abe, Reiji Yamamoto, Jing-Jing Jiang,

the CNS, which is critical for pain-mediated EAE relapse.

Hiroki Tanaka, Shizuo Akira, Yuki Tanaka, Masaaki

第 50 回日本免疫学会学術集会 (奈良市・WEB 開催)

Murakami, (2021.12.8) Rhodobacter azotoformans LPS is

15. 村上正晃, (2021.12.16) 量子の力で病気につながる

a TLR4 agonist that suppresses cytokine storm and微小炎症を見つけて神経の力で直す！-AMED ムー

enhances TLR3-mediated chemokine expression. 第 50 回

ンショット微小炎症プロジェクトとは. 量子生命科

日本免疫学会学術集会 (奈良市・WEB 開催)

学先端フォーラム 2021 冬の研究会 (WEB 開催)

8. Shintaro Hojyo, Rie Hasebe, Kumiko Tanaka, Yuki

16. Yuki Tanaka, Rie Hasebe, Shintaro Hojyo, Madoka

Tanaka, Mona Uchida, Masaaki Murakami, (2021.12.8)

Higuchi, Daisuke Kamimura, and Masaaki Murakami,

Establishment of a severe COVID-19 model in mice with

(2021.12.16) 代謝産物による中枢性炎症制御メカニ

stress. 第 50 回日本免疫学会学術集会 (奈良市・WEB

ズムの解明. 量子生命科学先端フォーラム 2021 冬開催)の研究会 (WEB 開催)

9. Yuki Tanaka, Rie Hasebe, Shintaro Hojyo, Madoka Higuchi,

17. 内 田 萌 菜 , 田 中 勇 希 , 山 崎 剛 士 , 村 上 正 晃 ,Daisuke Kamimura, and Masaaki Murakami, (2021.12.8)(2021.12.16) 宇宙環境における炎症病態誘導メカニ

Roles of a metabolite during EAE development. 第 50 回日

ズムの変化. 量子生命科学先端フォーラム 2021 冬

本免疫学会学術集会 (奈良市・Web 開催)の研究会 (WEB 開催)

10. Rie Hasebe, Yuki Tanaka, Shintaro Hojyo, Daisuke

18.菅原季起, 田中勇希, 北條慎太郎, 南雅文, 村上 正晃,

Kamimura, Masaaki Murakami, (2021.12.8) Inflammation(2021.12.16) Lipid-mediated IL-6 amplifier regulation in

spreads to other limbs through an ATP-mediated sensory-

vivo and in vitro. 量子生命科学先端フォーラム 2021

interneuron network. 第 50 回日本免疫学会学術集会

冬の研究会 (WEB 開催)

112

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

19. 村上正晃, (2021.12.23) IL-6 アンプによる炎症の誘導

ウ ェ ビ ナ ー 『 COVID-19: Infection & Immuinity 』(WEB 開催)とサイトカインストーム. ダイアローグ株式会社・

超微形態研究部門
1. 大野伸彦, (2021.9.9) SBF-SEM による生物組織の連

山本真理子，幸喜富，矢田部恵，水上浩明，上野続電子顕微鏡画像取得の後処理における最近の進展

将紀，小林憲太，吉村由美子，篠原良章，大野伸と課題.日本顕微鏡学会ソフトマテリアル分科会.第彦, (2021.9.30～10.1)単眼の視覚欠如と両眼の視覚欠

⼀回講演会.（オンライン開催）.

如が髄鞘形成に与える影響の解析. 第 64 回日本神経2. 長内康幸，バッツルガ

バツプレブ，山崎礼二，

化学会年会.（オンライン開催）.

生体恒常性発達研究部門
1. 鍋倉淳一 (2021.2.24) 脳の中を覗いてみよう. 愛知(2021.3.29) Astrocytes rehabilitate noxious circuits in

学院大学心身科学部研究所研究会 (オンライン)

chronic pain. 第 126 回日本解剖学会総会・全国集会・第 98 回日本生理学会大会

2. Agetsuma M., Sato I., Tanaka Y., Kasai A., Arai Y.,

合同大会 (オンライン)

Yoshitomo M., Hashimoto H., Nabekura J., Nagai T.

8. 竹 田 育 子 ， Dennis Cheung, 鍋 倉 淳 一 (2021.3.29)(2021.3.9) 光と数理による恐怖記憶における前頭前Astrocytes rehabilitate noxious circuits in chronic pain.

Optical and computational

第 126 回日本解剖学会総会・全国集会・第 98 回日本野情報処理機構の解明

dissection of prefrontal neural circuit for fear memory.

生理学会大会

日本薬理学会【第 94 回年会】(札幌市)

合同大会 (オンライン)

9. Agetsuma M. (2021.03) Optical and computational

3. Ikuko Takeda, Dennis Cheung, Junichi Nabekura

dissection of prefrontal neural circuit for fear memory..

(2021.3.12) Reactivation of astrocytes can reverse

第５回極みプロジェクト国際シンポジウム (オンラchronic pain. 第 10 回

イン)

生理研―霊長研―新潟脳研合

同シンポジウム (オンライン)
4. 堀内

10. Nabekura Junichi (2021.6.30) Microglia regulate synaptic

浩，揚妻正和，石田順子，Dennis Cheung，澤formation, neuronal activity, and local synchronization.

田和明，鍋倉淳一 (2021.3.17) イオンイメージセン

ASN(American Society for Neurochemistry) 2021 Annual

サによる生体脳 pH イメージング. 【機能タンパク質

Meeting (オンライン)の構造と機能のダイナミクスと，それに基づく細11. 竹 田 育 子 ， Dennis Cheung, 鍋 倉 淳 一 (2021.7.28)

胞・生体システム作動機構の研究拠点の形成】年度

Activated astrocytes as a therapeutic approach adjust

末成果報告会・シンポジウム (オンライン)

noxious circuits in chronic pain. 第 44 回日本神経科学

5. 鍋倉淳一 (2021.3.21) アストロサイトによる大脳皮大会 (神戸市)

質回路再編. 第 5 回極みプロジェクトシンポジウム

12. Agetsuma M., Sato I., Tanaka Y., Kasai A., Arai Y.,

第 5 回 CREST チームミーティング (淡路市)

Yoshitomo M., Hashimoto H., Nabekura J., Nagai T.:

6. Agetsuma M., Sato I., Tanaka Y., Kasai A., Arai Y.,(2021.07.28) Optical and computational dissection of

Yoshitomo M., Hashimoto H., Nabekura J., Nagai T.

prefrontal neural circuit for fear memory.. The 44th

(2021.03.28) 光と数理による恐怖記憶における前頭Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society (神前野情報処理機構の解明. . 第 98 回日本生理学会大戸市)

会 / 第 126 回日本解剖学会総会・全国学術集会 合

13. Hiroshi Horiuchi, Masakazu Agetsuma, Junko Ishida,

同大会(シンポジウム「大脳皮質局所神経回路構築とDennis L Cheung, Kazuaki Sawada, Junichi Nabekura

学習記憶によるリモデリング」にて） (オンライン)(2021.7.31) CMOS-based bio-image sensor visualizes

7. Ikuko Takeda, Dennis Cheung, Junichi Nabekura

neural activity dependent proton dynamics in the living

113

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

24. 揚妻正和 (2021.12.1) WET/DRY 研究「全部盛り」にbrain. 第 44 回日本神経科学大会・CJK 第一回国際会
議 (神戸市)よる脳回路メカニズムの探索～分子・光学・行動から機械学習まで～. ARCLEV TECH EXPO 2021

14. 揚妻正和 (2021.08) マウス生体脳活動データを用い(港区)

た情報コードアンサンブルの抽出とモデルベース機
械学習. 諸科学における大規模データと統計数理モ

25. 鍋倉淳一 (2021.12.4) アストロサイトによる慢性疼

デリング・諸科学における大規模多様なデータを基

痛の発症と新規治療戦略. 第 48 回日本脳科学会 (浜盤としたデータ駆動型研究の萌芽・推進のための松市)
26. 鍋倉淳一 (2021.12.11) アストロサイトによる大脳

ワークショップ (オンライン)

皮質回路再編. 第 6 回 CREST チームミーティング

15. Agetsuma M. (2021.9.25) Optical and computational(岡崎市)

dissection of cortical network for fear memory. 名大27. 揚妻正和 (2021.12.11) 恐怖記憶を支える神経回路

医・生理研 合同シンポジウム (オンライン)
16. 揚妻正和 (2021.10.06) 情動と認知を支える脳ダイの動的生成過程と情報処理. 第７回極みプロジェク
トシンポジウム (岡崎市)

ナミクス. Genius Lounge #3 (港区)
17. 鍋倉淳一 (2021.10.8) 生きている脳を覗く：神経細28. 揚妻正和 (2021.12.16) 恐怖記憶を支える神経回路

胞ネットワークの再編とグリア細胞の役割. 小林製の動的生成過程と情報処理. 第 812 回九州大学生医薬株式会社招待講演 (茨木市)

研セミナー (オンライン)

18. 揚妻正和 (2021.10.16) 恐怖記憶生成における前頭29. 竹 田 育 子 ， 和 氣 弘 明 , 鍋 倉 淳 一 (2021.12.17-18)

前野情報処理と神経回路再編. 第 68 回 中部日本生

Modulating astrocyte activation reorganized noxious

理学会 (オンライン)

circuits in chronic pain. グリアデコ第 3 回領域会議

19. 揚妻正和 (2021.10.19) 恐怖記憶生成と脳内時空間(港区)

ダイナミクス〜前頭前野情報処理と神経回路再編〜.

30. 堀内大阪大学高次脳機能学セミナー (吹田市)

たミクログリアの生理機能解明. 第 3 回グリアデ

20. 揚妻正和 (2021.11.5) 恐怖記憶生成と脳内時空間ダ

コーディング領域会議 (東京)
31. 堀内イナミクス〜前頭前野情報処理と神経回路再編〜.
神戸大学シグナル伝達医学研究展開センター

浩 (2021.12.17-18) 水の吸収と流動に着目し浩 (2021.12.18) 水の吸収と流動に着目した

ミクログリアの生理機能解明. 第 3 回グリアデコー

シグ

ナル伝達医学研究展開セミナー (オンライン)

ディング領域会議 (東京)21. 揚妻正和 (2021.11.18) 二光子イメージング法を用

32. Hiroshi Horiuchi, Kazuaki Sawada, Junichi Nabekura

いた神経科学と情動記憶研究. 言語学・応用言語学(2021.12.19) CMOS image sensor reveals neural

演習 XV / 実験言語学特論 II (福岡市)

activity-dependent pH changes in the living brain with

22. 鍋倉淳一 (2021.11.26) グリアによる神経回路再編

single-cell level resolution. The International Chemicalと細胞外環境リアルタイム計測法. 東北大学加齢医

Congress of Pacific Basin Societies 2021 (オンライン)
33. 揚妻正和 (2021.12.22) 恐怖記憶を支える神経回路の学研究所セミナー (仙台市)

動的生成過程と情報処理. 山梨大学 第 28 回 GLIAC

23. 揚妻正和 (2021.11.29) 光と数理で紐解く，記憶コー

セミナー (甲府市)

ド神経回路網の動的生成過程と情報処理. アドバン
ス生命理学特論・GTR セミナー (名古屋市)

視覚情報処理研究部門
1. 木村梨絵, 吉村由美子 (2021.3.30) 方位弁別学習後の2. Jiahao Wu, Taisuke Yoneda, Yumiko Yoshimura (2021.

ラット一次視覚野に見られる低コントラスト優位な

7.30) Effect of Anesthesia on Spatial Frequency Tuning

神経活動. 第 126 回日本解剖学会総会・全国学術集会

in Mouse Primary Visual Cortex. 第 44 回日本神経科/ 第 98 回日本生理学会大会 合同大会（WEB 開催）

学大会（神戸）114

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

3. 米田泰輔, 亀山克朗, 後藤隆浩, 寺田慧子, 高木正浩,

4. Yumiko Yoshimura (2021.11.30) Roles of visual

吉村由美子, 崎村建司, 狩野方伸, 畠義郎 (2021.9.25)

experience in maturation of neural responses in rat visual

内因性カンナビノイドによる大脳皮質視覚野の層特cortex. Development of consciousness symposium

異的な臨界期時期制御. 第 11 回 名古屋大学医学系研(WEB 開催)

究科・生理学研究所合同シンポジウム（WEB 開催）

バイオフォトニクス研究部門
calcium rhythms in the master clock in mammals, Asia

1. 根 本 知 己 (2021.01.18~20) 近 赤 外 超 短 光 パルス
レーザーを用いた生理機能のイメージングと応用,

Forum on Chronobiology (Kaifeng, China (online)

レーザー学会学術講演会第 41 回年次大会（オンラ9. 根本知己 (2021.08.23) 新規材料やレーザー技術を活用した細胞生理機能の非線形光学イメージン

イン）
2. 榎木亮介 (2021.02.16) 冬眠動物の概日時計の分

グ, 第 16 回 NCU Life Science Seminar（オンライン）

子機構：カルシウムを基軸とした低温リズム発振

10. 榎木亮介, 平田 快洋, 繁富-栗林 香織 (2021.09.06)

機構の解明 , 第二回冬眠生物学領域会議（オンラ

マイクロパターン基盤上に培養した単一神経細胞

イン）における概日時計の光イメージング解析 , 日本

3. 榎木亮介 (2021.02.16) Visualizing Neuronal Circuits

機械学会（オンライン）

Rhythms in

11. 堤 元佐, 髙橋泰伽, 小林健太郎, 根本知己 (2021.

Mammals , 第 10 回 生理研-霊長研-新潟脳研 合同

09.09~10) 画像解析による超解像法 SRRF の in

シンポジウム（オンライン）

vivo イメージングへの適用, 第 30 回 日本バイオControlling Circadian and Ultradian Ca

2+

4. Nemoto T (2021.02.19) in vivo two-photon microscopic

イメージング学会学術集会（オンライン）

observation realized by laser light modulation and novel

12. 安 宅 光 倫 , 大 友 康 平 , 榎 木 亮 介 , 根 本 知 己

material, The 11th BRI International Symposium(2021.9.9~10) 多点走査型 2 光子顕微鏡を用いた生(online)

体脳のボリューム Ca2+イメージング, 第 30 回 日本

5. Nemoto T, Otomo K, Takahashi T, Yamaguchi K

バイオイメージング学会学術集会（オンライン）(2021.6.11~12) Improving two-photon microscopy by

13. 榎木亮介, 廣蒼太, 根本知己 (2021.09.12) 光イ

utilizing novel materials and laser optics, The 8th

メージング計測で紐解く 生物時計中枢神経回路

Japan-China Symposium on Nanomedicine（オンライの作動原理 , 第１０回名大生理研合同シンポジン）

ウム（オンライン）

6. Takahashi T, Hong Zhang, Kawakami R, Yarinome K,

14. 榎木亮介, 廣蒼太, 根本知己 (2021.09.17) 概日カ

Agetsuma M, Nabekura J, Otomo K, Okamura Y,

ルシウムリズムの源流を探る, 生理研研究会

Nemoto T (2021.06.11~12) Novel fluoropolymer胞システム理解のためのシグナル応答原理解明のnanosheets “PEO-CYTOP” for in vivo deep and wide-

最前線（オンライン）

field imaging of the mouse brain, The 8th Japan-China

細15. 大友康平, 根本知己 (2021.09.16~17), 新規二光子

Symposium on Nanomedicine（オンライン）

顕微技術による低侵襲生体イメージング, 生理学

7. Nakata K, Otomo K, Ishii H, Tsutsumi M, Enoki R,

研究所研究会 「細胞システム理解のためのシグナ

Nemoto T (2021.06.11~13) High spatiotemporal imaging

ル応答原理解明の最前線」（オンライン）

of Aβ oligomers-induced calcium elevations in primary

16. 大友康平, 石井宏和, 根本知己 (2021.09.25) 二光

culture of astrocyte using multi-beam scanning two-子励起顕微鏡法の時空間分解能向上, 第 11 回 名photon microscopy, The 8th Japan-China Symposium

古屋大学医・生理研合同シンポジウム（オンライon Nanomedicine (online）

ン）

8. Enoki R (2021.07.16) Exploring the origin of circadian

17. 大友康平, 根本知己 (2021.10.15) 二光子顕微鏡法

115

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表の機能向上と生理学応用, レーザー学会第 557 回

21. 榎木亮介 (2021.11.20~21), 低温環境における概日

研究会｢光・レーザーの医学・医療応用｣（富山県

時計中枢のリズム発振機構, 第 28 回日本時間生物民会館）

学会学術大会（那覇，沖縄）
22. 榎木亮介 (2021.11.22) 研究者として生きる術, 生

18. Nemoto T (2021.11.4~6) "in vivo" multi-photon
imaging of neural and cellular functions, the Advanced

物リズム若手研究者の集い 2021（那覇，沖縄）

Biophotonics Conference 2021 (ABC 2021) (Busan,

23. 石井宏和 (2021.12.17) 生体深部“ナノ”イメージ

South Korea (online) )ングを目指した二光子顕微鏡の超解像化, 機構サ
イトビジット 2021（オンライン）

19. 榎木亮介 (2021.11.11~12), 極低温環境における概24. Ishii H (2021.12.20) Improvement of two-photon

日時計中枢のリズム発振, 生理学研究所研究会

microscopy「極限環境適応」（岡崎（ハイブリッド））

for in vivo nanoscale imaging, 第 4 回

ExCELLS シンポジウム（オンライン）

20. Nemoto T, Otomo K, Ishii H, Takahashi T, Tsutsumi M,
Yamaguchi K (2021.11.17~19) Adaptive optics and25. 石井宏和 (2021.12.23) 先端光技術を駆使した 細super-resolution on two-photon microscopy, the 14th

胞内ダイナミクスの可視化限界の拡張と応用, 部International Symposium of Nanomedicine (ISNM2021)

門公開セミナー（オンライン）(Shimane Univ (online) )多細胞回路動態研究部門
1. 和氣弘明（2021・9・30）グリアの貪食能による脳の情報の読み出しへの挑戦．第 95 回日本薬理学会（オ

生理・病態制御．第 64 回日本神経化学大会シンポジンライン）
3. 和氣弘明（2022・3・27）脳-臓器動態を観る．第 127

ウム（オンライン）
2. 和氣弘明（2022・3・7）ミクログリアがコードする

回日本解剖学会総会・全国学術集会（オンライン）

認知行動発達機構研究部門
1. 郷康広，渡邊恵，小賀智文，辰本将司，石川裕恵，

emotions:Neural mechanisms of reward processing for

臼井千夏，一戸紀孝（2021 年 1 月 26 日）自閉症モ

self and other in the macaque brain．第 94 回日本薬理デルマーモセット脳におけるシングルセル遺伝子発学会年会（WEB 開催）
6. 郷康広，渡邊恵，小賀智文，辰本将司，石川裕恵，

現解析．第 10 回日本マーモセット研究会（WEB 開

臼井千夏，一戸紀孝（2021 年 3 月 12 日）自閉症モ

催）
2. 新居桂陽, 二宮太平, 磯田昌岐（2021 年 2 月 6 日）

デルマーモセット脳におけるシングルセル遺伝子発Neuronal responses to real and artificial faces in the

現解析．第 10 回生理研―霊長研―新潟脳研合同シン

macaque amygdala．第 2 回 CIBoG リトリート（第 13ポジウム．（WEB 開催）

回 NAGOYA グローバルリトリート）（WEB 開催）

7. 則武厚（2021 年 3 月 24 日）Self-other reward processing

3. 磯田昌岐（2021 年 2 月 27 日）霊長類動物をモデル

in the macaque brain．Tsukuba University Inauguration

として社会性の神経機構を探る．文部科学省共同利Symposium for the Neuroscience Program（WEB 開催）

用・共同研究拠点/大学共同利用機関連携シンポジウ

8. Isoda M（2021 年 4 月 14 日）Roles for medial prefrontal
cortex and dopaminergic midbrain nuclei in socialム（WEB 開催）
4. 二宮太平（2021 年 3 月 6 日）前頭葉における他者動

reward monitoring and valuation．Special symposium ofExperimental Psychology Society（WEB 開催）

作情報処理の機能解析．京都大学霊長類研究所共同

9. 郷康広，辰本将司，石川裕恵，臼井千夏，渡邊恵，

利用研究会（WEB 開催）
5. 則武厚（2021 年 3 月 9 日）Toward understanding social

小賀智文，一戸紀孝（2021 年 7 月 17 日）自閉症モ

116

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

seminar (WEB 開催)

デルマーモセット脳におけるシングルセル遺伝子発現解析．第 37 回日本霊長類学会大会（WEB 開催）

14. 戸松彩花（2021 年 9 月 10 日）Inter-individual motion

10. 磯田昌岐（2021 年 7 月 28 日）社会的意思決定の神

entrainment in non-human primates．第 15 回 Motor
Control 研究会（WEB 開催）

経基盤：自閉的行動との関わり．第 44 回日本神経科

15. Isoda M（2021 年 9 月 14 日）Action and reward in the

学大会（神戸コンベンションセンター（兵庫県神戸

primate social brain．JANUBET Primate Neurobiology

市））

School（WEB 開催）

11. 二宮太平（2021 年 7 月 30 日）自他行動モニタリン

16. 新居桂陽，二宮太平，磯田昌岐（2021 年 9 月 25 日）

グにおける前頭葉皮質―皮質間相互作用の機能的意
義．第 44 回日本神経科学大会（WEB 参加）

顔の本物らしさと視線への扁桃体ニューロンの応答特性．第 11 回名古屋大学医学系研究科・生理学研究

12. 戸松彩花，磯田昌岐（2021 年 7 月 31 日）社会的コ

所合同シンポジウム（WEB 開催）

ンテキストにおけるマカクザルの運動リズム同調．

17. Arai K, Isoda M, Ninomiya T（2021 年 11 月 10 日）

第 44 回日本神経科学大会（WEB 参加）
13. Noritake A, Ninomiya T, Isoda M（2021 年 8 月 31 日）

Neurons in the macaque amygdala encode face animacy

Cortico-subcortical neural activity and coordination inand self-relevant gaze shift．SfN2021（WEB 開催）

social reward monitoring and valuation, The 80 Fujiharath

生体システム研究部門
of the globus pallidus. 第６４回日本神経化学会大会

1. 南部 篤（2021.1.22）定位脳手術に役立つ神経生理学.
第 60 回日本定位･機能神経外科学会 教育セミナー（web 開催）
7. 佐野裕美（2021.12.13）大脳基底核の回路変動と運動（新潟, web 開催）
2. 佐野 裕美（2021.3.13）Forelimb movements evoked by

制御との関係. 大阪大学蛋白質研究所セミナー 多

optogenetics in the macaque motor cortex. 生理学研究

様なドーパミン神経伝達から脳を探る
8. 南部篤, (2021.12.17) 独創的であるとは？佐々木和所･新潟大学脳研究所シンポジウム（web 開催）
3. 知見 聡美，南部 篤（2021.5.19）ジストニアの病態

夫先生から学んだこと. 「次世代脳」プロジェクト
冬のシンポジウム 2021（web 開催）

生理－小脳と大脳基底核の寄与について考察する.
第 62 回日本神経学会学術大会（京都）

9. Satomi Chiken, Atsushi Nambu (2021.12.17) Altered

4. 南部 篤（2021.6.1）大脳基底核 23 の問題. 第 35 回

dynamic information flow through the cortico-basal

日本大脳基底核研究会 教育講演（web 開催）

ganglia pathways is responsible for Parkinson’s disease

5. Atsushi Nambu（2021.9.15）Pathophysiological mechanisms

symptoms. Swedish Basal Ganglia Society (SWEBAGS)of movement disorders. JANUBET Primate Neurobiology

Conference “Basal ganglia: disinhibited” （web 開催）

School（web 開催）

10. 南部篤, (2021.12.22) 神経生理学からみた水俣病. 水

6. Atsushi Nambu (2021.9.30) Physiology and pathophysiology

俣セミナー（東京）神経ダイナミクス研究部門
1. 鈴木万穂子（2021・3・12）Understanding the functional（2021・5・22）失語症重症度と言語関連領域の脳波

significance of metastability in the brain by mathematical

位相同期との関連 Association between the aphasis

modeling．第 10 回生理研-霊長研-新潟脳研合同シン

severity and the EEG phase synchrony of language-related

ポジウム（岡崎・オンライン）

regions．第 62 回日本神経学会学術大会（京都・ハイ2. 河野悌司, 服部憲明, 宇野裕, 畠中めぐみ, 矢倉一,

ブリッド）
3. 北城圭一（招待講演）（2021・7・6）脳のリズムネッ

藤本宏明, 長廻倫子, 望月秀樹, 北城圭一, 宮井一郎

117

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

ト ワ ー ク の ダ イ ナ ミ ク ス と 心 の 個 人 特 性 ．理研

定．名大生理研合同シンポジウム（岡崎・オンライ

CBS-TOYOTA センター(BTCC)公開シンポジウムン）
8. 北城圭一（招待講演）（2021・10・20）脳リズムと心・からだ・社会からの見る・創る Well-being（和心の個人特性．理研 バトンゾーンエキスポ 2021（和光・オンライン）4. 末谷大道，崔高超，北城圭一（2021・7・29）統合失光・オンライン）調症における脳機能結合の多様体学習解析：安静時

9. 北城圭一（招待講演）（2021・10・28）ヒト脳波デー

脳波の位相同期行列間の log-determinant ダイバー

タ解析による脳の非線形ダイナミクスと心の個性のジェンスに基づくアプローチ. 第 44 回日本神経科学

可視化．中部大学シンポジウム 第 1 回中部大学

学会大会（神戸・ハイブリッド）

礎生物学研究所 生理学研究所 連携セミナー 「AI

5. 小野島隆之，北城圭一（2021・7・30）視覚刺激を用基と生命システム」（春日井・ハイブリッド）

いた閉ループ手法のためのカルマンフィルタを用い

10. 萩原淳，上原一将，北城圭一（2021・12・3）半球間た脳波位相依存刺激．第 44 回日本神経科学学会大会

視覚情報統合能力の個人差に関連する脳波位相同期学会（神戸・ハイブリッド）

ダイナミクス．生理研研究会 第 3 回 力学系の視点

6. 北城圭一（招待講演）（2021・9・19）rTMS-EEG 同からの脳・神経回路の理解（岡崎・オンライン）

時計測による非線形神経ダイナミクスへの摂動的ア

11. 北城圭一（招待講演）（2021・12・7）脳の中にはリプローチ．第 117 回日本精神神経学会学術総会, シズムがある？～体の中のふしぎな話～．おかざきッ

ンポジウム 11, rTMS の生物学的基盤, TMS を用いた

ズ

サイエンスセミナー（岡崎・オンライン）

12. 北 城 圭 一 （ 招 待 講 演 ） （ 2021 ・ 12 ・ 16 ） Closed

神経生理学的研究と精神科領域への臨床応用（京-loop/state-informed TMS-EEG による脳情報処理の解

都・ハイブリッド）
7. 横山寛，廣本建一，山田整，山口雄平，北城圭一

明．第 51 回日本臨床神経生理学会学術大会

サテラ（2021・9・25）データ駆動型モデリングによる安静

イトシンポジウム 2

第 32 回磁気刺激法の臨床応用

時脳波-自律神経系信号間 cross-frequency coupling 推と安全性に関する研究会（仙台・ハイブリッド）

心理生理学研究部門
Annual Meeting & Exhibition. Proc. Intl. Soc. Mag. Reson.

1. 松本純哉，福永雅喜（2021.1.11）FreeSurfer 解析のMed. 29（オンライン開催）．

QC 報告．第 15 回 COCORO 会議（オンライン開催）．

6. Hashiguchi M, Koike T, Le Bihan D, Sadato N (2021.06.

2. 福永雅喜（2021.1.31）Task fMRI 篇．第 9 回 ABiS 脳
画像解析チュートリアル（オンライン開催）．

21-25) Neural substrates of accurate perception of time

3. 橋口真帆，小池耕彦，守田知代，原田宗子，定藤規

duration - An fMRI study. Organization for Human

弘 （ 2021.03.12) Neural substrates of accurate time

Brain Mapping (OHBM2021)（オンライン開催）

perception - An fMRI study. 第 10 回 生理研-霊長研-

7. 柏木宏子，松本純弥，三浦健一郎，福永雅喜，根本清新潟脳研合同シンポジウム（オンライン開催）．

貴，岡田直大，竹田康二，長谷川尚美，藤本美智子，

4. Chen NH, Cho KH, Chao YP, Huang SM, Sadato N,

安田由華，山森英長，池田学，渡邉嘉之，平林直次，

Kuo LW, Fukunaga M (2021.5.17) Reproducibility

橋本亮太（2021.7.14）暴力の既往のある統合失調症罹

evaluation on resolving complex fiber orientations using

患者の，脳体積，大脳皮質厚および表面積の特徴．第diffusion spectrum imaging at 3T and 7T. 2021 ISMRM

43 回生物学的精神医学会（京都，ハイブリッド）& SMRT Annual Meeting & Exhibition. Proc. Intl. Soc.

8. 松本純弥，三浦健一郎，福永雅喜，岡田直大，根本Mag. Reson. Med. 29（オンライン開催）．

清貴，藤本美智子，肥田道彦，宮田淳，大井一高，

5. Yang J, Fukunaga M, Yu Y,Huber L, Bandettini PA, Sadato

中瀧理仁，吉村玲児，原田健一郎，橋本直樹，鬼塚N (2021.5.18) Layer-specific activation of prediction in the

俊明，山本真江里，山末英典，高橋努，笠井清登，

human midcingulate cortex. 2021 ISMRM & SMRT

渡邊嘉之，橋本亮太（2021.7.14）COCORO（Cognitive118

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

Genetics Collaborative Research Organization: 認知ゲ

18. 土元翔平，小池耕彦，橋口真帆，小笠原香苗，二宮

ノム共同研究機構）による統合失調症の大脳皮質

太平，磯田昌岐，定藤規弘（2021.9.17）二者共同課

厚・大脳皮質面積のメガアナリシス．第 43 回生物学

題中における他者の行動を処理・活用するヒト脳活

的精神医学会（京都，ハイブリッド）

動領域の同定．第 5 回ヒト脳イメージング研究会（オ9. Fukunaga M (2021.7.28) Ultra high field functional-

ンライン開催）structural MRI analysis of neural basis of intentional

19. 吉岡歩，田邊宏樹，中川恵理，角谷基文，小池耕彦，

sharing. 日米脳ランチョンセミナー, 第 44 回日本神定藤規弘（2021.9.17）ハイパースキャニング fMRI

経科学大会（神戸，ハイブリッド）による主観的評価共有場面の神経活動の検討．第 5

10. 三浦健一郎，山本哲也，松田圭司，松本純弥，橋本回ヒト脳イメージング研究会（オンライン開催）※
若手奨励賞授賞亮太，小野誠司，定藤規弘，福永雅喜（2021.7.29）
追跡眼球運動中の大脳皮質活動特性：円滑追跡眼球

20. Yoshioka A, Tanabe HC, Sumiya M, Nakagawa E,

運動と衝動性眼球運動の比較．第 44 回日本神経科学

Okazaki S, Koike T, Sadato N （ 2021.9.25 ） Neural大会（神戸，ハイブリッド）

substrates of shared visual experiences : A hyperscanning
fMRI study. 第 11 回 名古屋大学医学系研究科・ 生

11. 中山義久，菅原翔，福永雅喜，濱野友希，定藤規弘，
西村幸男（2021.7.30）追跡眼球運動中の大脳皮質活理学研究所合同シンポジウム（オンライン開催）

動特性：円滑追跡眼球運動と衝動性眼球運動の比較．

21. 福永雅喜（2021.10.30）７テスラ超高磁場 MRI による脳イメージング．第 39 回神経治療学会学術大会シ

第 44 回日本神経科学大会（神戸，ハイブリッド）
12. 橋口真帆，小池耕彦，定藤規弘（2021.08.22）対話にンポジウム（オンライン開催）

おける「共感」による相談者の不安軽減効果．第 8

22. Fukunaga M (2021.11.19) Imaging Brain Microstructure

回顔・身体学領域会議（立命館大学大阪いばらきキャand Function with Ultra High Field MRI, The745th

ンパス，ハイブリッド）

Human Brain Research Center Seminar (Kyoto University,

13. 小笠原香苗，小池耕彦，定藤規弘（2021.8.22）プレッオンライン開催)

シャーが明示的な運動制御精度と力みに与える影響．

23. Ayabe H, Manalo E, Fukuda M & Sadato N (2021.9.28)

第 8 回顔・身体学領域会議（立命館大学大阪いばら

What Diagrams Are Considered Useful for Solving

きキャンパス，ハイブリッド）※ 若手ポスターア

Mathematical Word Problems in Japan? 12th International

ワード受賞

Conference on the Theory and Application of Diagrams,
Diagrams 2021 (オンライン開催）

14. 小笠原香苗, 小池耕彦, 定藤規弘（2021.09.03）プレッシャーが明示的な運動制御精度と力みに与える影響．

24. Chen NH, Cho KH, Chao YP, Huang SM, Sadato N, Kuo

日本認知科学会第 38 会大会（オンライン開催）

LW, Fukunaga M (2021.12.9) Orientation Distribution

15.梅田雅宏, 福永雅喜, 定藤規弘, 渡辺康晴, 河合裕子,

Function (ODF) based reproducibility in diffusion spectrum

村瀬智一, 樋口敏宏（2021.9.10） 7T-MR 装置を用いimaging (DSI) at 3T and 7T. ISMRM Diffusion Study

た 1H-CSI による脳の代謝物計測．第 49 回日本磁気Group Trainee Day: 24 Hours of DIFFUSION Around the

共鳴医学会大会（オンライン開催）

World !（オンライン開催）

16. Waggoner RA, Fukunaga M, Tanskanen T, Ueno K,

25. 小笠原香苗，小池耕彦，定藤規弘（2021.12.11）プレッSadato N, Tanaka K (20201.9.10) Inferotemporal Lobe

シャーが力みとパフォーマンス低下に及ぼす影響．

High-Resolution fMRI at Ultra-High Field Using Multi-

第 10 回日本情動学会（名古屋，愛知）

Shot EPI. 第 49 回日本磁気共鳴医学会大会（オンラ26. Ogasawara K (2021.12.13) Neural substrates of choking
under pressure - An fMRI study. 令和 3 年度生理研大イン開催）
17. 小池耕彦（2021.9.17）二者間での情報共有の神経基学院生中間発表会（岡崎，愛知）※ 生理研大学院生

盤の解明：ハイパースキャニング fMRI を用いて．

優秀賞受賞

第 5 回ヒト脳イメージング研究会（オンライン開催）

119生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

感覚認知情報研究部門
1. Takemura H, Kimura N, Morita T. & Naito E, (2021・(2021・9・17) Assessing structural covariance of primary9・17) White matter tissue property of the wheelchairvisual cortex and white matter in a neuroimaging dataset.

racing athlete: a single case study. 第５回ヒト脳イ

第５回ヒト脳イメージング研究会（オンライン開催）
3. 竹村浩昌（2021・12・18）視路白質病変の構造解析．

メージング研究会（オンライン開催）

第 59 回日本神経眼科学会総会（東京）2. Miyata T, Benson N.C. Winawer J. & Takemura H,

多光子顕微鏡室
1. 植田大海，村越秀治（2021.7.31）神経細胞の慢性的ズムの検討. 2021 年度 生理学研究所研究会「機能的な活性化は構造的 LTP の誘起を抑制する．第 44 回

神経回路の構築と動作を支える分子細胞基盤」（オ

日本神経科学大会 / CJK 第 1 回国際会議（オンラインライン）
5. 植田大海（2022.2.17）Metaplasticity in hippocampal

ン）
2. 植田大海，長澤裕太郎，村越秀治（2021.9.25）光応

neurons revealed by photo-activatable CaMKII. 第 11

答 性 CaMKII を 用 い た 海 馬 神 経 細 胞 に お け る

回 生理研–霊長研–新潟研合同シンポジウム（オンMetaplasticity メカニズムの検討. 第 11 回名古屋大学

ライン）
6. 長澤裕太郎（2022.2.17）Exploring RhoGEF involved in

医学系研究科・生理学研究所合同シンポジウム（オthe long-term Cdc42 activation during LTP. 第 11 回生

ンライン）

理研–霊長研–新潟脳研合同シンポジウム（オンライ

3. 長澤裕太郎（2021.12.23）Exploring RhoGEFs involved
in Cdc42 activation in synapses. 生命科学リトリートン）

2021（オンライン）

7. 長澤裕太郎（2022.2.19）Exploring RhoGEFs involved in4. 植田大海（2022.2.4）光応答性 CaMKII を用いた海馬

Cdc42 activation in excitatory synapses. 第 14 回神経細胞単一スパインにおける Metaplasticity メカニ

NAGOYA グローバルリトリート（オンライン）

電子顕微鏡室（窪田グループ）
1. Sohn J, Suzuki M, Youssef M, Hatada S, Larkum ME,の皮質－皮質間連絡・視床－皮質投射の神経回路再Kawaguchi Y, Kubota Y （ 2021.3.12 ） Synaptic

編成. 第 126 回日本解剖学会総会・全国学術集会／

reconfiguration in motor cortex underlies acquisition of

第 98 回日本生理学会大会（オンライン開催）

proficient motor skill. 第 10 回 生理研-霊長研-新潟脳5. 窪田芳之（2021.6.15）ラット大脳皮質の大容量電顕画像データセット撮影と自動セグメンテーション.

研合同シンポジウム（オンライン開催）

日本顕微鏡学会第 77 回学術講演会（ハイブリッド開2. 浦久保秀俊（2021.3.28）Simulation of spatiotemporalsignaling dynamics for synaptic plasticity by using

催・つくば）

technologies for EM connectomics. 第 126 回日本解剖6. 窪田芳之, 畑田小百合, 山口登, Mohamed AA, 田中

学会総会・全国学術集会／第 98 回日本生理学会大会

康裕, 川口泰雄（2021.7.29）ラットの大脳皮質細胞（オンライン開催）

へのシナプス入力特性. 第 44 回日本神経科学大会／
第 1 回 CJK 国際会議（ハイブリッド開催,オンライン

3. 窪田芳之, 川口泰雄（2021.3.30）ラットの大脳皮質細胞へのシナプス入力特性. 第 126 回日本解剖学会

にてポスター発表・神戸）

総会・全国学術集会／第 98 回日本生理学会大会（オ7. 窪田芳之（2021.8.10）大規模電顕画像データによる脳ンライン開催）ミクロコネクトーム. 諸科学における大規模データ

4. 孫在隣, 川口泰雄, 窪田芳之（2021.3.30）運動学習時と統計数理モデリング& 諸科学における大規模・多120

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

様なデータを基盤としたデータ駆動型研究の萌芽・推control of spine dynamics for learning and memory in

進のためのワークショップ（オンライン開催）

neocortex.

EMBO-EMBL

Symposium:

SeeingisBelieving - Imaging the Molecular Processes of Life（オ8. 浦久保秀俊（2021.9.25）電子顕微鏡画像に基づいた
３次元樹状突起スパイン中の Ca2+シグナル シミュ

ンライン開催）10. 浦久保秀俊（2021.12.2-3）GPU を用いたスパイン－

レーション. 第 11 回名古屋大学医学系研究科・生理学研究所合同シンポジウム（オンライン開催）

デンドライト Ca2+シグナルシミュレーション. 生

9. Sohn J, Suzuki M, Hatada S, Youssef M, Larkum ME,

理研研究会『大脳皮質を中心とした神経回路：構造

Kawaguchi Y, Kubota Y （ 2021.10.5-8 ） Presynapticと機能、その作動原理』（ハイブリッド開催・岡崎）

生体機能情報解析室
1. Pham QT, Nohara Y, Nguyen DV, Sadato N and Chikazoe

2. 近添淳一（2021. 11. 5）個人の美的嗜好を模倣する機J (2021.9.18) Hierarchical processing of music-to-value械．2021 年度生理研研究会「情動の脳科学的理解にtransformation in human brain. The 5th JHBI (オンライ基づく人文系学問の再構築」(岡崎，ハイブリッド開

ン開催)

催)

時系列細胞現象解析室
1. 任翔壎，植田禎史，大塚岳，田中康裕，川口泰雄

伝達の亢進．第 44 回日本神経科学大会，第 1 回 CJK（2021.7.29）前頭皮質 5 層錐体細胞の皮質間投射多国際会議（オンライン開催）

様性．第 44 回日本神経科学大会（神戸）3. 大塚岳（2021.9.25）皮質回路におけるオシレーショ

2. 佐竹伸一郎，池田啓子 (2021.7.28-31) Atp1a2 遺伝子

ン活動と運動学習．名古屋大学医学研究科・生理学

ヘテロ欠損マウス扁桃体における抑制性シナプス研究所合同シンポジウム（オンライン開催）

ウィルスベクター開発室
2. Kaoru ISA, Kota TOKUOKA, Sakura IKEDA, Sara

1. F. MATSUDA, K. OKUDA, Y. SUETOMI, K.
KOBAYASHI, S. OHKURA (2021.11.9) Study on the

KALIMI,

Kenta

method of gene delivery to the hypothalamic arcuate

SOOKSAWATE, Tadashi ISA (2022.3.16) Amygdala

nucleus using goats and newly established goatunderlies

kisspeptin neuron cell lines. Neuroscience 2021 (Virtual,responses induced via superior colliculus. 第 99 回日本

USA)

生理学会大会 (ハイブリッド開催 仙台)

the

KOBAYASHI,

environment-dependency

Thongchaiof

defense

遺伝子改変動物作製室
1. Higuchi R, Hoshino N, Watanabe M, Sanbo M, Hagi A,

confers diversity to cPcdh. 第 44 回日本神経科学大会

Hirabayashi M, Yagi T. (2021.7. 30) Among the more（神戸）

than 50 clustered protocadherin (cPcdh), PcdhgC4 is the

2. 長江 麻佑子, 小林 俊寛, 三宝 誠, 平林 真澄, 水野

only isoform that is essential for mice survival and that直彬, 中内 啓光, 榎本 悠希, 井上 直子, 束村 博子,

121生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究発表／学会発表

上野山 賀久. (2021. 9. 24) GnRH パルスジェネレー

4. 及川 真実, 小林 久人, 三宝 誠, 水野 直彬, 岩月

ター解析のための新規 Cre 発現ラットの作製. 第研祐, 山内 恵子, 吉田 史香, 山本 拓也, 篠原 隆司,

114 回日本繁殖生物学会（京都）中内 啓光, 栗本 一基, 平林 真澄, 小林 俊寛.

3. 岩月 研祐, 及川 真実, 小林 久人, 栗本 一基, 平林(2021.12. 2) ラット多能性幹細胞からの機能的な始真澄, 小林 俊寛. (2021.12. 1) ラット Naïve 型多能性

原生殖細胞の分化誘導. 第 44 回日本分子生物学会年

幹細胞におけるゲノムインプリンティング消去回避会（横浜）の試み. 第 44 回日本分子生物学会年会（横浜）

多階層生理機能解析室
1. 山肩葉子, 柳川右千夫 (2021.9.25) 不活性型カルモ

2. Yamagata Y (2022.2.17) Emotional behavior in the

ジュリンキナーゼ IIα ノックインマウスにおける不absence of kinase activity of calmodulin kinase II alpha.

安様行動. 第 11 回名古屋大学医学研究科・生理学研第 11 回生理研・霊長研・新潟脳研合同シンポジウム

究所合同シンポジウム（WEB 開催）（WEB 開催）

動物資源共同利用研究センター
1. 西島和俊（2021 年・9 月・25 日）実験モデル動物と西島和俊（2021 年・10 月・14-16 日）ツイスト式給してのウサギの特性．第 11 回 名古屋大学医学系研

水瓶キャップ締め付け治具の開発．第 55 回日本実験究科・ 生理学研究所合同シンポジウム（オンライン）

動物技術者協会総会（岐阜，オンライン）

2. 乾守裕，廣江猛，王振吉（2021 年・10 月・14-16 日）

4. 廣江猛，乾守裕，山中緑，谷川綾菜，藤田涼太郎，

動物実験施設改修工事期間中の紫外線カットフィル

太田里美，窪田美津子，西島和俊（2021 年・10 月・ムによる昆虫侵入防止対策．第 55 回日本実験動物技

14-16 日）Slack を用いた動物施設管理の紹介．第 55

術者協会総会（岐阜，オンライン）

回日本実験動物技術者協会総会（岐阜，オンライン）

3. 窪田美津子，乾守裕，佐治俊幸，太田里美，廣江猛，

122

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告一般共同研究報告
〔

目

次

〕

1.

電位依存性イオンチャネルの動作機構解明 ··························································· 127

2.

水生動物の環境適応を支える温度感受性 TRP チャネルの研究 ·········································· 127

3.

イソギンチャク近縁種から単離した新規神経毒の作用機構に関する研究 ································· 1284.

新規蛍光ドーパミンセンサーの培養海馬神経細胞における動作検証 ····································· 128

5.

海馬シナプス分子局在の制御における LGI1 の役割 ··················································· 129

6.

タイトジャンクション分子の局在と機能の解析 ······················································· 130

7. 腸管上皮のクローディン発現パターンを模した細胞株を用いたタイト結合機能の解析 ······················ 1308.

温度環境によって性が決まる爬虫類の温度受容機構解明 ··············································· 131

9.

カイコの休眠誘導・覚醒に関わる環境温受容機構の解析と進化的考察 ··································· 131

10. 温度感受性 TRP チャネルの細胞応答と調節メカニズムの解明 ·········································· 132
11. 温度感受性 TRPV チャネルと創傷治癒······························································· 133
12. マウス心筋前駆細胞 ACMs の起源および生理的意義の解明 ············································ 133
13. Designer Receptor Exclusively Activated by Designer Drug (DREADD 法)および Optogenetics を用いた脳排便中枢の局在および役割の解明 ············································································· 134
14. マウス視覚野錐体細胞ーパルブアルブミン陽性細胞間結合関係と外側膝状体投射の関係を明らかにする ····· 135
15. 神経積分器と小脳を結ぶ神経回路の解明 ····························································· 135
16. 発達期 DGL ノックアウトマウスにおける抑制性シナプス入力の測定···································· 136
17. 聴覚系の大脳皮質-大脳基底核ループの神経回路の解明 ················································ 136
18. 骨形成過程における骨細胞動態の in vivo イメージング解析 ············································ 137
19. 視線を手がかりとした他者の情動理解における上丘の役割の解明 ······································· 138
20. 計算論的解析法に基づく脳部位間相互作用の解明 ····················································· 138
21. 辺縁系大脳基底核の機能解析 ······································································· 139
22. ジストニアパーキンソニズム等神経疾患病態モデルマウスを用いた神経機能の解析 ······················· 140
23. 不随意運動発生のメカニズムの解析 ································································· 140
24. 神経麻痺性角膜症に対する TRP チャネルの影響 ······················································ 141
25. チック症の病態メカニズム解析 ····································································· 141
26. 脳内微量薬剤注入による新規パーキンソン病治療法の開発 ············································· 142
27. 統合失調症モデル動物の脳波ダイナミクス解析 ······················································· 142
28. 数知覚に関する神経力学系モデリングと脳波計測実験の融合的研究 ····································· 143
29. 構成的アプローチによる最小神経細胞ネットワークを用いた情報処理システム構築の試み ················· 144
30. 睡眠調節におけるグリア細胞の役割：星状細胞突起のシナプスでの構造的可塑性の分析 ··················· 145
31. 前頭皮質 6 層視床投射細胞のシナプス結合を CLEM 法により解明する ·································· 145
32. 皮質抑制性細胞の形態解析システムの構築 ··························································· 146
33. 大脳皮質運動野における視床投射神経終末の標的神経構造の電顕による解析 ····························· 146
34. 視床下部腹内側核のグルコース感受性神経における in vivo imaging 解析 ································· 147
35. 概日時計の分子機構に関する細胞内 Ca2+ の動態解析 ·················································· 147
36. 皮質下における末梢感覚情報の修飾機構の解明 ······················································· 148

125

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告37. 新規蚊媒介性ウイルスの多型の構造解析 ····························································· 148
38. 巨大ウイルスのウイルス工場形成過程の三次元構造解析 ··············································· 149
39. ノロウイルスの高分解能構造解析 ··································································· 149
40. シアノバクテリアのフィコビリソームの構造機能解析 ················································· 150
41. アミロイド β タンパク質のアミロイド線維の精密構造解析 ············································· 150
42. 真核生物の繊毛構築のための輸送機構の構造学的解明究 ··············································· 151
43. 心臓神経節細胞における神経伝達物質ヒスタミンの作用機序解明 ······································· 152
44. 多光子顕微鏡のための超短光パルスファイバーレーザーの開発 ········································· 152
45. アルギン酸ゲル包埋したラット膵島のガラス化保存と糖尿病モデルへの移植 ····························· 153
46. ラット・ウサギの発生エピゲノム比較解析 ··························································· 153
47. ラットにおける効率的な精子幹細胞移植法の確立 ····················································· 154
48. 高糖摂食に伴うショウジョウバエ腸管上皮細胞の形態変化の電子顕微鏡を用いた解析 ······················· 155
49. 嗅覚から消化器応答にいたる神経回路のマッピング ··················································· 155
50. 末梢臓器支配の神経経路解析 ······································································· 156
51. ウイルス感染細胞の電子顕微鏡観察 ································································· 156

126

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告1. 電位依存性イオンチャネルの動作機構解明
横川真梨子，大澤匡範（慶應義塾大学薬学部）
下村拓史，久保義弘（生理学研究所）
電位依存性 K+チャネル(Kv)は，膜電位に応じてイオン

る DNA（コドンをアフリカツメガエルのものに最適化し透過路を開閉するが，その動的な構造メカニズムは未解たものとしていないもの）
を鋳型として合成した RNA を明である。これまでに我々は，原核生物由来の Kv であアフリカツメガエルの卵母細胞に注入し，KvAP を発現る KvAP を研究対象として，KvAP の VSD の S1 と S4 にさせ，2 電極膜電位固定法により電気生理学的解析を行

1 残基ずつ Cys を変異導入し，それらの間をジスルフィった。しかし，複数のバッチで試したが，KvAP 由来の電ド(SS)結合で架橋することにより，膜電位存在下で近接流がほとんど観測されなかった。電流量の増大を狙ってする残基対を膜電位の無い状態で近接させる手法を確立

コレステロールを除去する試薬の処理などを試みたが，し，このような変異体(SS-locked mutant)を複数得ること十分な電流量が得られなかった。これらの結果から，原に成功した。

核生物由来の KvAP がアフリカツメガエルの卵母細胞で本共同研究では，これらの SS-locked mutants が，KvAP

は発現量が低い，あるいは，アフリカツメガエルの卵母のどのような機能状態を反映したものかを，電気生理学

細胞の膜環境では Kv として機能しないことが示唆され的に解析することを目的として，アフリカツメガエルのた。SS-locked mutants はさらに発現量が減少することが卵母細胞に KvAP およびその変異体(SS-locked mutant)を予想されること，野生型の電気生理活性が評価できてい発現し，2 電極膜電位固定法により，SS 結合形成時およないために SS-locked mutants の活性を野生型と比較でき

び還元剤により SS 結合を切断した際の KvAP 電流を調ないことから，本研究をアフリカツメガエルの卵母細胞べることとした。

で実施していくことを断念せざるを得ないと判断した。

そこでまず，野生型 KvAP のアミノ酸配列をコードす2. 水生動物の環境適応を支える温度感受性 TRP チャネルの研究齊藤

修，堀翔悟（長浜バイオ大学大学院バイオサイエンス研究科）
久保義弘（生理学研究所）

本研究では，様々な環境に棲む魚類や両生類などの水生感知する主要な侵害高温センサーであるが，これまでに動物が，その環境適応や生存戦略を支えるどのような特徴

我々は，アホロートル TRPV1 をクローニングして，そのを持つ温度感受性 TRP 群を発現しているかを解明する。

高温活性化閾値が約 31℃でアホロートルの高温忌避行

今年度，我々は，主に北半球の温帯・亜寒帯に生息し動とよく一致することを見出していた。そこで，他の３高温を嫌う有尾両生類の特に異なる温度ニッチを持つ 4種の有尾両生類も同様に大きく高温活性化閾値が変化し種（アホロートル：メキシコの平均 15℃の涼冷な高原湖，た TRPV1 を獲得しているのか，アホロートル TRPV1 のイベリアトゲイモリ：比較的温暖なイベリア半島，ヤマ

配列を参考にそれぞれの cDNA を単離し機能解析を行っ

トサンショウウオ：四季のある日本・近畿，冬(4℃)に産た。結果，興味深い事に，有尾両生類の TRPV1 は，４種

卵開始，ハコネサンショウウオ：日本の特に温度の低い

全てが他の哺乳類などに比べ約 10℃低い温度から活性

山地渓流や伏流水近く，飼育温度 4℃）が，その低温生息化される，非常に特徴的な温度センサーであることが明地選択と適応性を支えるどのように温度感受性が変化しらかになった。この結果は有尾両生類の低温への適応にた侵害高温センサーTRPV1 を獲得しているのか検討す

TRPV1 の機能が大きく関わる事を示唆する。そこで，次ることにした。TRPV1 は，哺乳類では 43℃以上の高温をにこの有尾両生類 TRPV1 の閾値低下に TRPV1 分子上の127

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

どの部位が重要か，ラットとアホロートルの TRPV1 を変化することが判明した。よって，有尾両生類は，おそ用いてキメラ解析を行った。結果，N 端 150 アミノ酸がらく共通の機構で閾値低下を獲得した TRPV1 を発現し決定部位であり，この部位の交換で TRPV1 の高温活性ており，この特徴的な TRPV1 が有尾両生類の低温生息

化閾値が交換できることが判明した。更に他の３種の有地選択と適応性を支えているものと考えられた。今後は，

尾両生類 TRPV1 でも，閾値低下の責任部位は同じ部位

TRPV1 の N 端の変化でどのような機構で高温活性化閾

であり，この N 端 150 アミノ酸に依存して高温応答性が値がシフトするのか，アプローチしていきたい。

3. イソギンチャク近縁種から単離した新規神経毒の作用機構に関する研究
本間智寛（東海大学生物学部）
陳

以珊，下村拓史，久保義弘（生理学研究所）

イソギンチャクの毒は，タンパク質からなる溶血毒とルを発現していない卵母細胞において，電位依存性のカ+チャネル毒と K+チャネル

チオンチャネル様の電流が発生し，粗抽出液にイオンチ

ペプチドからなる神経毒の Na

ャネル形成毒が含まれることが示唆された。

毒に大きく大別される。なかでもペプチド毒は，その特異な作用機構から，イオンチャネル研究のための薬理学

そこでこれら粗抽出液をゲルろ過クロマトグラフィー的試薬として有効利用され，医薬品としては多発性硬化（Superdex 75）に供し，卵母細胞に発生する電流の測定症の治療薬としての開発が続けられている。代表者は，を指標にして精製を進めたところ，ウミカラマツではサワガニに対する毒性を指標に，従来のイソギンチャク

9kDa，ムチカラマツでは 15kDa 付近のピークにそれぞれ毒とは異なる一次構造を有した新規ペプチド毒を数多く

粗抽出液と同様の活性が確認された。次いで，活性の認

単離してきたが，その対象は，花虫綱六放サンゴ亜綱のめられたそれぞれのピークを陰イオン交換クロマトグラ

イソギンチャク目に限られ，同亜綱の他の目に属する「イフィー（HiTrap Q HP）に供したところ，ウミカラマツでソギンチャク近縁種」については，ほとんど調べていな

は単一ピークに活性が確認されたが，ムチカラマツではかった。本研究では，世界的に見てもまだ研究対象とさ量的な問題のためか活性は確認できなかった。現在，プ

れていない「イソギンチャク近縁種」には未知の数多く

ロテインシークエンサーによる一次構造解析に向けて，の神経毒が存在するとの想定のもと，それらの単離と構量をスケールアップした精製と，電気泳動による毒成分

造解析，作用機構の解明を行い，有効利用に資することの性状解明を行っている。
これまでイソギンチャクの神経毒はイオンチャネルをを目的としている。
各種近縁種から調製した粗抽出液のサワガニに対する阻害する毒との定説から，イオンチャネル形成毒を想定

毒性スクリーニングの中で，ツノサンゴ目のウミカラマ

してのアッセイは行っていなかったが，本例はその活性

ツとムチカラマツの 2 種は，強い致死と麻痺活性を示しが認められた最初の例となった。イソギンチャク近縁種

たので，アフリカツメガエルの卵母細胞を用いた二本刺に限らずイソギンチャクにおいても，形成毒の存在を想し膜電位固定法による測定を行った。その結果，チャネ

定した毒成分の探索が必要と考えられる。

4. 新規蛍光ドーパミンセンサーの培養海馬神経細胞における動作検証竹内倫徳（Department of Biomedicine, Aarhus University）
中本千尋（Department of Biomedicine, Aarhus University；共同利用研究者）＜研究目的＞

域は海馬である。申請者は，海馬において青斑核由来の新奇な体験は記憶の固定化を促進するが，その責任領

ドーパミン(DA)放出が記憶の固定化に重要であること

128

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告を示した（Takeuchi et al., Nature, 2016）。海馬における青ルアドレナリンに対する EC50 を算出し，本センサーの斑核由来の軸索より放出される DA を直接検出するため

ドーパミンに対する選択性がノルアドレナリンの 66 倍に，新規 DA 赤色蛍光タンパク質センサーを開発した。

高いことを明らかにした。

本共同研究の目的は，神経細胞レベルでのセンサーの動

2） タイムラプスイメージングによるセンサーの詳細な性能評価

作確認である。そのために，ラット海馬初代培養神経細1）と同条件で作製した初代培養神経細胞に，DA 赤色胞を用いて，DA 赤色蛍光タンパク質センサーの動作確認をおこなった。

蛍光タンパク質センサー発現を導入し，タイムラプスイ＜具体的な研究成果＞

メージングをおこなった。その結果，DA の添加によっ

1）DA 赤色蛍光タンパク質センサーの発現確認て蛍光変化率が変化し，アンタゴニストの添加によってラット胎児(E18)より海馬初代培養神経細胞を作製し，その蛍光変化率がベースラインレベルに戻ることを確認

センサー発現ベクターを Lipofectamine2000 により導入した。また，この DA センサーが，ノルアドレナリン存した。4-7 日後に蛍光顕微鏡を用いて，ライブセルイメー

在下でも特異的に DA を検出できることを確認した。
これらの研究成果は，英国の学術誌「Molecular Brain」

ジングを行い，センサーの細胞膜への発現を確認した。
さらに，DA による蛍光変化率の変化を確認した。そのに 2021 年 12 月 06 日付けで発表された

後，DA の添加濃度を変化せる，用量反応曲線を作製し，（DOI：https://doi.org/10.1186/s13041-021-00882-8）。

DA に対する EC50 を算出した（0.92 μM）。さらに，ノ5. 海馬シナプス分子局在の制御における LGI1 の役割
重本隆一（IST Austria）
leucine-rich glioma inactivated -1 (LGI1)は，シナプス前部患者に由来する IgG を注入したマウスで有意な Cav2.1 のおよび後部に局在する膜蛋白質を介してグルタミン酸受減少が認められた。他グループからは AMPA 反応の減弱容体やイオンチャネルの機能や局在を調節していると考やプレシナプスの release probability の上昇が報告されてい

えられている。LGI1 自己抗体による脳炎はヒトでもるので，観察された Cav2.1 の減少では患者で認められる

epilepsy や dystonia などの特徴的な神経症状を引き起こし

興奮性上昇の説明がつかない。そこで，今後は別の可能性

autoimmune encephalitis の中でも抗 NMDA 受容体抗体に次として LGI1 と結合する膜蛋白質であるカリウムチャネル

いで 2 番目に症例数の多い疾患となっている。本研究でサブユニット Kv1.1 や ADAM22 のシナプスや axon initial

は，まず LGI1 ノックアウトマウスを用い，海馬シナプス

segment での局在を凍結割断レプリカ標識法を用いて調べ

分子局在の制御における LGI1 の役割を調べた。深田らがることを試みた。ところが Kv1.1 の presynaptic active zone

作成した LGI1 ノックアウトマウスにおけるシナプス後部における発現は低く，LGI1 自己抗体によるさらなる減弱の AMPA 受容体およびシナプス前部のカルシウムチャネ

が興奮性の上昇につながるとは考えにくい。そこで，現在ルの発現と局在の異常を凍結割断レプリカ標識法を用いはより発現密度が高い axon initial segment でのこれらの分て調べたところ，AMPA 受容体では有意な差がなかった子発現が脳炎患者に由来する IgG の慢性投与によって減が，VGCC subunit Cav2.1 のシナプス発現が上昇していた。

弱する可能性を調べている。また ADAM22 が PSD95 と結

そこで，次に LGI1 自己抗体による脳炎患者およびコント

合する部位を欠損させたノックインマウスを用いて，axon

ロールのヒト血清より精製した IgG をミニポンプを使っ

initial segment でのカリウムチャネル Kv1.1 や Kv1.2 の定て数週間にわたりマウス脳内に注入したところ，逆に脳炎

量を行う予定である。

129

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

6. タイトジャンクション分子の局在と機能の解析
東智仁（公立大学法人福島県立医科大学）
古瀬幹夫（国立生理学研究所）

齋藤

明，東

淳子（公立大学法人福島県立医科大学）

タイトジャンクション（TJ）は細胞間接着の一つで傍MBoC, 2021）。

細胞経路の透過性を制御し，上皮のバリア機能を担う。

2）クローディン 9

TJ を構成するオクルディン，クローディン，JAM などの

約 24 種類あるクローディンは組織特異的に発現して膜タンパクは，複数の分子がファミリーを形成している固有のバリア機能を発揮することが知られる。これまで

が，それぞれの発現部位や機能の差異・冗長性について発現箇所が不明であったクローディン 9 について特異抗は未解明のことが多い。本研究では，オクルディン関連

体を作成し，クローディン 9 が脳下垂体前葉の濾胞星状

分子，クローディン，JAM ファミリーの１つ CLMP の局細胞が作る濾胞腔の細胞間接着部位に発現していること

在と機能を，電子顕微鏡観察を通じて調べ，これらの分を見出した。免疫電顕により，この構造が TJ であること

子が上皮の種類に応じて多様なバリア機能を生み出す仕を確認し，論文に報告した（Higashi AY et al., Sci Rep,

組みを解明することを目的とした。

2021）。

1）TAMP ファミリー

3）CLMP

イヌ上皮細胞株 MDCK II を親株としてオクルディン

JAM ファミリーは８〜９種類あることが知られていとその関連分子であるトリセルリンの二重ノックアウト

るが，そのうちの CLMP については局在や機能がほとん細胞を作成し，透過型電子顕微鏡と凍結割断レプリカ電ど分かっていない。近年，CLMP-KO マウスは蠕動運動顕法により TJ 形態の超微細構造の変化を観察し，機能とが障害されることが報告されたため，その仕組みを探るの相関を調べた。その結果，二重ノックアウト細胞ではために特異抗体を作製して発現細胞や局在を調べること

TJ を構成する膜密接構造である TJ ストランドが作るネとした。蠕動運動を行うことが知られる腸管や尿管で，ットワークがシンプルになることが分かった。構造を元

免疫電顕の条件検討を行い，信頼できるシグナルが得らに行った傍細胞経路透過度の数理シミュレーションによれる条件を決定した。引き続き来年度に向けて，CLMP 発

る予測値は，透過度の実測値とよく一致することが分か

現細胞を特定し，その局在する細胞内構造の解明につなった。これらの結果を論文に報告した（Saito AC et al.,

げていきたいと考えている。

7. 腸管上皮のクローディン発現パターンを模した細胞株を用いたタイト結合機能の解析
石塚典子（静岡県立大学）
古瀬幹夫（生理学研究所）
小腸上皮のタイト結合にはクローディン 2, 3, 7, 15 がらに複数のサブタイプを小腸上皮細胞の発現パターンを強く発現している。本研究は，小腸上皮細胞のタイト結模して発現させてタイト結合を形成させ，生理学的解析

合がこれらの組み合わせのクローディンサブタイプのモを行う。これまでに，上記クローディン単独でタイト結ザイクとして形成される意義について調べることを目的

合を形成した細胞を樹立して Ussing チャンバー法で解とした。具体的には，主要なクローディンをゲノム編集

析することにより，クローディン２，クローディン 15 はで欠失させてタイト結合を失った上皮細胞（クローディ

それぞれ単独でできたタイト結合が陽イオン選択性を示

ン欠失 MDCK 細胞）を用いて，まず上記クローディンサ

し，クローディン３，クローディン７単独でできたタイ

ブタイプを単独で発現させてタイト結合を形成させ，さト結合は強いバリア機能を持つことを明らかにした。現130

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

在，複数のクローディンを発現する細胞を樹立しつつあ

タイト結合を作らず，上記クローディンの導入によってる。また，クローディン欠失 MDCK 細胞に有意に発現し形成されるタイト結合にも組み込まれず，その影響をほているクローディン 12，クローディン 16 は，単独ではとんど無視してよいことがわかった。

8. 温度環境によって性が決まる爬虫類の温度受容機構解明
赤司寛志，宮川信一（東京理科大学先進工学部生命システム工学科）
ワニやカメ類を含む爬虫類の性決定は温度環境に依存

サガメ卵に対する薬剤塗布実験によって，TRPM8 の阻害する。温度依存的な性分化のトリガーを明らかにするこや TRPV4 の活性化を促したことを示唆しており，それとは，その下流の細胞内イベントがどのように誘導されぞれ低温および熱刺激に応答することから，TRPM8 やるかを理解するうえで重要である。これまでの研究から，

TRPV4 が性決定における温度センサーの役割を担ってクサガメ（Mauremys reevesii）において，胚発生中の卵いることを支持すると考えられる。

殻表面に TRPM8 阻害剤や TRPV4 活性化剤を塗布するこ【実験②】クサガメ TRPM8 および TRPV4 の薬剤応答性とで，雄産生温度下において性分化関連遺伝子の発現量や温度感受性を解析するため，前年度に続き東京理科大やミュラー管の発達が雌様に偏る個体が産生されること学において Ca2+イメージングを実施した。TRPV4 をを見出している。本年度は，これら TRPM8 及び TRPV4

HEK 細胞に発現させ，培養した細胞に Ca2+インジケーの温度依存性や薬剤応答性を明らかにするため，以下２

タ Fluo-4 を取り込ませた。TRPV4 のアゴニストである

つの実験（①及び②）を実施した。

GSK1016790A または 40 C の細胞外液を灌流させ，蛍光【実験①】本年度は，共同研究者である富永研究室，齋

強度を EVOS-M7000 によって観察した。その結果，アゴ

藤 茂博士の協力のもと，カメ TRPV4 及び TRPM8 をニストの投与に伴い蛍光強度が高まる細胞を確認するこ

Xenopus 卵母細胞に強制発現させ，薬剤および温度応答とができた。一方，熱刺激に対する応答は観察できたもを計測した。前年度の解析を追試したところ，クサガメのの，安定した応答は観察できていない。これまで，HEK

TRPM8 は 20 °C 程度という低温刺激によって活性化され細胞を用いた whole-cell patch-clamp 法や Xenopus 卵母細ることを明らかにした。また，TRPV4 においても昨年度

胞を用いた二電極膜電位固定法を実施してきたが，クサに続き追試を実施したものの，活性化温度を推定できる

ガメ TRPV4 においてはどれも安定した熱応答を観察すほど安定した結果は得られなかった。しかし，TRPV4 がることができなかった。少なくとも TRPV4 が熱感受性

熱に応答していることは確認できており，活性化温度ののイオンチャネルであることは確認できたため，今後は推定が困難であることは細胞の膜安定性との関連が強い

国際誌への投稿に向け論文化を進める。

と考えられる。これらの結果は，これまでに実施したク

9. カイコの休眠誘導・覚醒に関わる環境温受容機構の解析と進化的考察
塩見邦博（国立大学法人信州大学学術研究院繊維学系）
カイコ（Bombyx mori）の卵休眠は母蛾の胚期の温度

眠卵の誘導に関わることが知られていたが，非休眠卵の条件により決定する。例えば，卵を 25 °C に保護すれば誘導が BmoTRPA1 の不活性状態に起因するものなのか，

次世代卵は休眠する。15 °C では次世代は非休眠卵とな

低温の感受に関わる別の温度センサーにより誘導される

り，約 1 週間で孵化が起こる。これまでに温度センサーのかは不明であった。また，カイコの卵休眠は 46~48 °Cの BmoTRPA1 が約 20 °C 以上の温度で活性化され，休の塩酸に漬けること（塩酸処理）により人工的に覚醒す131

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告る。さらに，蛹の卵巣を 46 °C の湯温に漬けることによ

化温度閾値を持つ温度センサーのノックアウト（KO）系

り単為発生が誘発されることが知られていた。

統を作出し，塩酸処理および単為発生処理を行った。そそこで，温度条件により引き起こされるこれらの現象の結果，KO 系統でも野生型と同様に休眠覚醒および単に TRP チャネルが関与しているか調査した。カイコゲ

為発生が誘発された。これらの結果から，この高温セン

ノムにコードされる 6 種類の TRP チャネルをアフリカ

サーはこれらの現象に関わっていないか，関わっている

ツメガエルの卵母細胞で発現させ，温度感受性能を調査

ものの他の因子が協調的に関わり機能を補填している可したところ，1 つの TRP チャネルは 42.5 °C に活性化温能性が考えられた。今後は，休眠誘導に関わる可能性の度閾値を持つ高温センサーであることがわかった。また，ある低温センサーの同定を含め，TRP チャネルの詳細な明確な活性化温度閾値を持たず，温度上昇に伴い活性化

機能解析を進め，カイコが独自に持つ環境温応答機構とが起こる別のもう 1 種類の温度センサーも発見した。そその進化過程の解明に繋げていきたい。

こで，カイコのゲノム編集技術を利用し，42.5 °C に活性

10. 温度感受性 TRP チャネルの細胞応答と調節メカニズムの解明
太田利男・小熊尚子・高橋賢次（鳥取大学・農学部）
齊藤茂・富永真琴（生理学研究所／生命創成探究センター）

ポリサルファイド（PS）は，硫化水素の酸化によって覚神経細胞では消失していた。一方，遅い反応はこれら生じるエンドサルファー（内因性硫黄含有物質）である。

の処置によって影響を受けなかった。PS の前投与により，これまで我々は，PS が侵害受容性チャネルである TRPA1

H2O2 による速い反応は抑制された。PS の前投与はまた，を活性化することを明らかにしている。TRPA1 は炎症時

内因性 TRPA1 アゴニストである PGJ2 反応も抑制した。

に産生される活性酸素種（ROS）によっても活性化する

mTRPA1 遺伝子発現細胞において，PS の前投与は H2O2ことが知られている。そこで本研究では，PS が ROS の

反 応 を 抑 制 し ， 更 に PS 自 身 の 反 応 ， PGJ2 お よ び

一種である過酸化水素（H2O2）による TRPA1 活性に与allylisothiocyanate（AITC）反応も抑制した。しかしながえる影響について検討した。

ら，AITC 反応に対する抑制効果は他のアゴニストより

野生型および TRPA1 遺伝子欠損マウスにより分離しも弱かった。[Ca2+]i と[PS]i の同時測定を行ったところ，た知覚神経細胞とマウス TRPA1 遺伝子（mTRPA1）を発PS 適用後の H2O2 反応の抑制時に，PS は細胞内に残存し現させたヒト胎児腎由来細胞を用いて，蛍光色素 Fura-2ていないことが分かった。PS 適用時の細胞外 Ca2+除去又による Ca2+イメージングを行った。また，SSip-1DA を用はカルモジュリン阻害剤の適用により，H2O2 に対する抑いて細胞内 PS イメージングを行った。更に，動物個体を

制作用は減弱した。野生型マウスを用いた行動実験では，用いて疼痛関連行動の解析を行った。

PS 前投与により H2O2 による痛み行動の減弱が見られた。

野生型マウスより単離した知覚神経細胞において，以上の結果から，エンドサルファーである PS が，炎症

H2O2 により反応速度の異なる二種類の[Ca2+]i 増加反応が時に酸性される ROS により生じる酸化ストレス誘発性生じた。H2O2 適用時，素早く生じる反応は TRPA1 阻害

TRPA1 反応を受容体を脱感作させることにより抑制し，薬で阻害され，TRPA1 遺伝子欠損マウスより単離した知鎮痛作用を発揮する可能性が示された。

132

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告11. 温度感受性 TRPV チャネルと創傷治癒
城戸瑞穂，吉本怜子（佐賀大学医学部生体構造機能学講座）
私たちの身体は常に温度や機械的な刺激にさらされてさらに，集団移動する細胞において，細胞間の接着もおり，その刺激に適応した組織が作られている。しかし，

TRPV4 が調節していることがわかった。個体レベルの口

その適正な維持や組織損傷に対する治癒の機構の理解は

腔粘膜への損傷モデルにおいて，TRPV4 遺伝子欠失マウ

未だその途上にある。私たちは，膜機能タ ンパク複合体

スは，野生型マウスよりも速やかに治癒した。 TRPV4 は，として温度あるいは機械刺激感受性の transient receptor

細胞のなかで，細胞膜の表面，糸状突起，葉状突起，さpotential channel vaniloid (TRPV) チャネルが口腔粘膜にらに，その境界にも存在し，繊維状アクチンと密接な位発現し，粘膜の損傷における治癒状態を変化させること

置的関係を示していた。

を報告してきた。本研究では，TRPV4 分子を標的として，

超解像顕微鏡による観察により，TRPV4 がアクチン線
維の上で周期的な局在を示すことが示唆された。

細胞の移動における細胞骨格との関連を調べた。
ヒト及びマウスの株化細胞を用いて，TRPV チャネル

TRPV4 遺伝子欠失マウスで認められる速やかな創傷の阻害あるいは活性化薬を添加し，細胞の移動速度，移治癒は口腔上皮細胞の移動が関与することが示唆され，

動距離を調べた。そして，TRPV4 阻害は，細胞の移動をその移動は，アクトミオシンの調節の変化に依ることが促進すること，細胞の移動方向性がより広くなることが考えられた。

判った。また細胞移動は温度が高いとより活発になった。

12. マウス心筋前駆細胞 ACMs の起源および生理的意義の解明
尾松万里子（滋賀医科大学生理学講座細胞生理学部門）
西田基宏（心循環シグナル研究部門）
心臓を構成する細胞には心筋細胞以外にも種々の細胞って心筋細胞の同定が行われている。ACMs も同様で，が含まれる。申請者らは，マウスの心臓を酵素処理してこれまで，細胞膜に発現するプリオンタンパク質および得られた細胞群の中に拍動する新規の細胞を見出し，「非心筋特異的収縮タンパク質の両方を共発現し，かつ心筋

定型心筋細胞（Atypically-shaped cardiomyocytes, ACMs）」

細胞の間隙に局在する小型細胞を ACMs とする方法を用と命名した。この細胞の機能解析を進めてきた結果，いてきたが，煩雑であり，生細胞には応用できなかった。

ACMs は，心室筋，心房筋および洞房結節細胞の特徴を

今回の共同研究では，ACMs が心室筋組織から発見さ併せ持つ心筋前駆細胞の一種として，胎生期心筋の特徴れたにも関わらず心房筋細胞に特異的に発現する心房性を維持しながら終生にわたって心臓に存在すること，幹ナトリウム利尿ペプチド（ANP）を常に発現しているこ

細胞ではなく，既に心筋細胞への分化過程を経ているとに注目した。ANP のプロモータ下で GFP を発現する“心筋細胞の一種”であることが明らかになった。

コンストラクト（pANP-GFP）を作製し，これをアデノウ

ACMs は心筋間質細胞群を培養し，その中から特徴的

イルスベクターを用いてマウスに発現させることによっな形態と自発的拍動によって顕微鏡下で同定しており，て，心臓に局在する ACMs を同定することに成功した。

この細胞を特異的に標識する手法を確率することは大き固定した心臓組織標本における GFP の蛍光を可視化すな課題の一つであった。心筋細胞では細胞膜に有用で特ることにより，心臓に ACMs が存在することを確認し，異的なマーカータンパク質が知られていないこともあり，さらに肥大心において GFP シグナルを持つ細胞数が増

ほとんどの場合，転写因子や収縮タンパク質の発現によ

加傾向にあることが明らかになった。これらの結果は，

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生理学研究所年報

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一般共同研究報告

病態心において ACMs が既存の心筋細胞と融合する可能によって統計的に意義のある結論に導きたい。

性を示唆するものである。今後は，実験数を増やすこと

13. Designer Receptor Exclusively Activated by Designer Drug (DREADD 法)およびOptogenetics を用いた脳排便中枢の局在および役割の解明
田中義将（九州大学病院 肝臓･膵臓･胆道内科）【背景・目的】直腸平滑筋や肛門括約筋の収縮・弛緩

や排便量などの各種検討を行ったところ腸管収縮を引きには神経系の関与が報告されている。それらの中枢とし起こし排便量を増加させることが確認された（図 B, C）。

ては，動物においては橋排便中枢の重要性が報告されてさらに，橋排便中枢に対して cre リコンビナーゼ発現細いる。一方で橋排便中枢の中でいずれの神経が運動を支

胞のみに感染を引き起こし，GFP を発現させる PRV を配しているのか，また，更なる上位中枢の局在や役割な感染させたところ，３日後には PVH を含むいくつかの領ど未だ不明な部分が多い。 本研究は排便中枢の局在およ域への感染が確認された（図 D）。
【考察】便秘患者は高齢化に従い年々増加傾向にあり，び役割を明らかにするとともに，新たな便秘治療選択肢

腸管に作用する種々の薬剤が臨床において用いられていを創造する研究である。
【方法・結果】野生型マウスの肛門に逆行性トレーサ

が，排便には知覚およびそれに対する有効な腸管運動をーとして感染部位にて GFP を発現する豚ヘルペスウイ

コントロールする正常な神経伝達が重要であり，それにルス(PRV)を注射した。注射３−５日後に sacrifice したと対する治療は不十分なのが現状である。今回の研究は既ころ，既報のとおり Bar や LC といった橋排便中枢を含存の治療法と異なる新たなアプローチにつながることがむさまざまな脳領域への感染が認められた（図 A）。次期待される。今後は排便上位中枢に対する光遺伝学的手に橋排便中枢を支配する神経細胞を考慮して CRH-cre法を用いた解析や Fiber photometry 法を用いた神経活動

mice や VGluT2-cre mice における橋排便中枢に対して光の可視化を検討していく予定である。

遺伝学的手法および化学遺伝学的手法を用いて肛門内圧

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生理学研究所年報

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一般共同研究報告14. マウス視覚野錐体細胞ーパルブアルブミン陽性細胞間結合関係と外側膝状体投射の関係を明らかにする足澤悦子，河村菜々実（大阪大学大学院）
マウス大脳皮質視覚野 2/3 層の錐体細胞はパルブアル

イルスを感染させることで，LGN からの投射軸索にチャ

ブミン陽性細胞と双方向性結合を形成する。私たちはこ

ネルロドプシンを発現するマウスの作製を試みた。そのれまでに錐体細胞とパルブアルブミン陽性細胞の結合関

結果，視覚野の 1 層に投射する LGN からの投射線維を係には，１）双方向性結合を形成しやすいもの，２）パ可視化することに成功した。AAV を感染させた生後 21

ルブアルブミン陽性細胞から錐体細胞への一方向性のシ日から 26 日のマウス視覚野から急性スライス標本を作

ナプス結合を形成しやすいもの，の 2 種類が存在するこ

製し，2/3 層の錐体細胞および PV 陽性細胞からトリプルとを見出した。本研究課題の目的では，この 2 種類の結ホールセル記録を行い，レーザースキャン光刺激法によ合が LGN からの投射関係と相関があるかどうかを検証

り 1 層の LGN 軸索を刺激したところ，錐体細胞およびすることである。外側膝状体は視覚野の 1 層へパッチ状PV 細胞において刺激依存的に興奮性シナプス応答を記に投射し，その投射下・非投射下の 2/3 層錐体細胞およ録することに成功した。今後は，錐体細胞―PV 細胞の結び PV 陽性細胞は，それぞれ LGN から異なる強度のシナ合関係および LGN からの入力強度に相関があるかどう

プス入力を受けていることが報告されている。本研究でかを検証していく予定である。

は，LGN にチャネルロドプシンを発現するアデノ随伴ウ

15. 神経積分器と小脳を結ぶ神経回路の解明
齋藤康彦（奈良県立医科大学）
吉村由美子（視覚情報処理研究部門）
視覚を適切に働かせるには視線を保持することで視覚ス標識法を用いて調べた。狂犬病ウイルスの糖タンパク

対象を網膜上で静止させる必要がある。視線の保持には質（G）を発現する AAV2retro ウイルス，トリウイルス

脳幹の神経積分器が関与し，神経積分器と前庭小脳とののコートタンパク質 EnvA の受容体である TVA と GFP

神経回路がその機能に重要である。水平系の神経積分器を発現する AAV2retro ウイルスをラットの片側の傍片葉である舌下神経前位核（PHN）から前庭小脳へは直接投に注入した。3 週間後に，EnvA で偽型した赤色蛍光タン

射していることが明らかにされているが，垂直系の神経

パク質（RFP）を発現する G 欠損狂犬病ウイルスを同じ積分器であるカハール間質核（INC）からの投射経路は調ラットの PHN と MVN の片側に注入した。5 日の生存期

べられていない。，我々は，過去のトレーサーを用いた

間後，灌流固定し，脳組織標本を蛍光顕微鏡で観察した。

研究より INC は前庭小脳に直接投射していないことを示

その結果，傍片葉に投射する PHN および MVN のニュー唆する知見を得ている。そこで，昨年度までに，狂犬病

ロンから，狂犬病ウイルスが一つシナプスを超えて逆行ウイルスを使用したトランスシナプス標識法を用いて，性感染した RFP 陽性ニューロンが INC の吻側に両側で前庭小脳の一部である虫部垂・小節と INC との神経連絡観察された。以上の結果より，INC から傍片葉へは，虫を調べた結果，INC から前庭小脳へは PHN や内側前庭神

部垂・小節への神経連絡と同じく，PHN および MVN を

経核（MVN）を介して神経連絡があることを明らかにし経由した間接的な神経経路が構成されていることが示さた。本年度は，もう一つの前庭小脳のである片葉・傍片

れた。

葉と INC との神経連絡について，同様にトランスシナプ

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

16. 発達期 DGL ノックアウトマウスにおける抑制性シナプス入力の測定
亀山克朗，畠義郎（鳥取大学医学部）

米田泰輔，吉村由美子（生理学研究所）
内因性カンナビノイドは，脳内においてシナプス伝達比較的多く存在していることから，本研究では興奮性ニの調整に関わっていると考えられており，内因性カンナ

ューロンに対する抑制性シナプス入力を測定することとビノイドとしては anandamide，2-arachidonoylglycerol (2-した。

AG)，N-arachidonoyldopamine などさまざまな種類が知らマウス大脳皮質視覚野のスライス標本を作製し，2/3 層れている。これらのうち，2-AG の合成酵素 diacylglycerol

ならびに 4 層興奮性ニューロンからホールセルパッチ記

lipase-α (DGLα) をノックアウトしたマウスにおいて，録を行い，微小抑制性シナプス後電流 (mIPSC) を計測

我々は大脳皮質視覚野でみられる臨界期可塑性が通常マした。その結果，2/3 層，4 層両方で生後 17，21，26 日

ウスとは異なるふるまいを示すことを in vivo 実験で明齢のいずれにおいても，mIPSC の大きさには DGLノッ

らかにしている。

クアウトマウスと通常マウスとの間で違いは見受けられ

そこで本研究では，この in vivo でみられる可塑的変なかった。しかし mIPSC の発生頻度は通常マウスに比べ化が，本当に内因性カンナビノイドによるシナプス伝達て DGLα ノックアウトマウスで，2/3 層では生後 17 日齢の調整に起因するものかを検証するため，in vitro でシナで上昇，21 日齢で差はなく，26 日齢では減少していた。

プス入力の測定を行った。内因性カンナビノイドの働き

一方 4 層では生後 17，21 日齢で上昇，26 日齢では差がとしては，シナプス後細胞が興奮したときに後細胞からなかった。このように，総じて DGLα ノックアウトマウ

内因性カンナビノイドが放出され，シナプス前細胞にあスの方が幼若な時期に mIPSC の発生頻度が高く，抑制性るカンナビノイド受容体と結合し，前細胞からの神経伝

シナプス入力が強いことが確かめられた。これが in vivo

達物質の放出を抑える働きがあることが知られている。

実験でみられた DGLα ノックアウトマウスと通常マウス

また，カンナビノイド受容体は抑制性シナプス前終末にでの臨界期可塑性の違いを生み出していると考えられる。

17. 聴覚系の大脳皮質-大脳基底核ループの神経回路の解明
冨岡良平（熊本大学大学院生命科学研究部）
宮下俊雄（帝京大学医学部）
脳基底核回路を明らかにすることを目標とした。

大脳皮質と大脳基底核の神経回路においては，主に運動系システムが研究されてきた。ところで，教科書・学

シナプス前ニューロンの同定は，淡蒼球外節 GABA ニ

術論文において，『線条体は様々な大脳皮質領野から入ューロンに感染させた膜タンパク（RG）欠損偽型狂犬病

力を受けている』と記載されているように，感覚系シス

ウィルス（PRV）の越シナプス感染により行った。これ

テムも大脳基底核と関係している事が類推される。大脳までの実験では，Cre 依存的に TVA-mCherry 及び RG を皮質聴覚野も線条体に投射しているが，聴覚システムの発現する AAV ウィルスを VGAT-Cre マウスの淡蒼球外

大脳基底核の神経回路とその機能は未だ明らかでない。

節へ微量注入し，淡蒼球外節に TVA-mCherry と RG を発

そこで，聴覚野関連の大脳基底核回路の解明を試みたと現させた。3 週間後に PRV を大脳皮質聴覚野へ注入し，ころ，淡蒼球外節 GABA ニューロンが聴覚野に投射して淡蒼球外節 GABA ニューロンの軸索に発現しているいる事が分かった。本課題では，この淡蒼球外節 GABATVA 経由で PRV を感染させ，淡蒼球外節 GABA ニュー

ニューロンへのシナプス入力を持つニューロン（シナプ

ロンのシナプス前ニューロンを越シナプス的に GFP でス前ニューロン）を同定することで，聴覚システムの大標識した。これまで３個体の淡蒼球外節においてスター136

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

ター細胞を確認しており，以下に述べるように，シナプの神経化学的特性を調べた。淡蒼球外節は間接路の神経

ス前ニューロンを解析が可能になった。

核として知られているため，主にプレプロエンケファリ

これまで約 9 割のシナプス前ニューロンが線状体に分ン陽性であろうと予想していたのだが，結果はその逆で布していることが確認できた。線条体の投射ニューロンあった。以上の結果から，聴覚システムの皮質-大脳基底は直接路・間接路に分かれていた。淡蒼球外節 GABA ニ

核ループは，運動系システムのループと異なる神経回路

ューロンがどちらから特異的に入力を受けているのかをであることを明らかにできた。

検証するために，直接路のマーカーとしてプレプロダイ

本課題により，聴覚システムの大脳基底核の神経回路

ノルフィン，間接路のマーカーとしてプレプロエンケフ

を明らかにし，聴覚システムにおける大脳基底核の役割

ァリンを用いて，GFP 標識されたシナプス前ニューロンを解明する基盤を構築する。

18. 骨形成過程における骨細胞動態の in vivo イメージング解析
谷村明彦（北海道医療大学歯学部薬理学分野）
根本知己（生理学研究所バイオフォトニクス研究部門）
根津顕弘，石田成美（北海道医療大学歯学部薬理学分野）
島谷真梨（北海道医療大学歯学部組織再建口腔外科学分野）
大友康平（生理学研究所バイオフォトニクス研究部門）
骨組織は,骨芽細胞,骨細胞,破骨細胞と骨基質によって励起，570-640 nm 蛍光）の層が観察された。また４色目構成されるが，骨組織の細胞の 90〜95 %を占める骨細胞の蛍光色素としてカルセインブルー（405 nm 励起，460-の機能は未だに不明である。近年，骨代謝や体内の電解500 nm 蛍光）による骨染色を確認した。
2 光子励起法を使って 700 nm の 1 波長でこれらの蛍光

質代謝における骨細胞の重要性を示唆する新しい知見が色素の可視化を試みたが，CL 蛍光が強いため他の蛍光色増えている。
本研究では，蛍光物質を使って細胞および骨基質の石素との分離が難しいことがわかった。この結果から，各々灰化部位をラベルし，組織透明化技術，共焦点レーザーの色素を単独投与したマウスを使って適切な投与量の決

顕微鏡，及び 2 光子レーザー顕微鏡を使って，骨形成過定が必要であることがわかった。

程の 3 次元的に解析と生きたマウスの頭頂骨の intravital

骨内や骨周辺の細胞を可視化する方法として，DAPI にイメージングを計画した。2021 年度は，新型コロナ感染

よる核染色と Actin Orange によるアクチン染色を行った。

症拡大の防止のため主な研究を北海道医療大学で実施可

LUCID で透明化した組織では，DAPI 蛍光が大きく減弱

能な共焦点レーザー顕微鏡を使った研究を行った。またした。一方，SCALEVIEW-S4 で透明化した組織では上記

12 月に感染状況の改善によって，一度だけ生理学研究所の蛍光色素による核とアクチンの可視化が可能であった。

に来所して 2 光子レーザー顕微鏡を使った予備実験を実

また自家蛍光を使って無染色の正常組織の可視化解析が施した。

可能であることがわかった。特に 640nm の励起光を使う

骨吸収部位に沈着するカルセイン（CL），テトラサイ

事によって血球を強く可視化できることがわかった。まクリン（TC），アリザリンレッド（AR）を腹腔内に投与た 2 光子励起法の第 2 次高調波発生光（SHG）を使う事したマウスから摘出した頭頂骨をパラホルムアルデヒド

によって，骨のコラーゲン線維の可視化を確認した。

で固定し，透明化試薬 LUCID あるいは SCALEVIEW-S4

今後，本年度の結果に基づいた 2 光子レーザー顕微鏡で処理した後，共焦点レーザー顕微鏡で立体構造を観察

観察によって，生きたマウスを使った in vivo ライブイメ

すると，骨成長に伴う CL（488 nm 励起，490-550 nm 蛍ージングで頭頂骨の形成過程を可視化する。

光），TC（405 nm 励起，490-530 nm 蛍光），AR（561 nm

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第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告19. 視線を手がかりとした他者の情動理解における上丘の役割の解明
高橋真有（東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科）
磯田昌岐（生理学研究所システム脳科学認知行動発達機構）
ヒトは感覚入力のうち 90%以上を視覚入力が占めてお力は，上丘-視床枕を経由して，大脳背側系の空間識の経路に関与する。

り，視覚的動物であると言われるが，霊長類において視覚は社会行動において最も重要な感覚である。また，社視標に意味を持たせる（様々な表情の写真や異なる顔会的コミュニケーションにおいて，顔は重要な情報を発方向，視線方向の顔写真を呈示する）ことにより，生態信しているが，中でも目は，心的状態を強く反映してい学的な価値判断（表情及び視線方向の識別を行わせる）

ることが示唆されている。

ののちのサッケードがどの脳部位を介するか，その神経

中脳の上丘は，下等な動物から霊長類に至るまで，視回路を明らかにすることを本研究は目的とする。具体的

覚を中心とした聴覚・体性感覚などの情報処理とには，自分や他人の顔，様々な表情の顔，顔以外，さらOrienting response の中枢として眼球及び頭部運動制御にに，アイコンタクトのある顔（正面向きの視線），アイ

関する多くの研究がなされている。それとは逆に，侵害コンタクトのない顔（横向きの視線）等，種々の視標に刺激などに対する avoidance reflex の中枢として，両者は対するサッケードを訓練し，通常サッケードと比較して

上丘出力細胞の標的が異なる系であることが知られる。

潜時の違いを計測する。さらに，上丘，視床枕，大脳前従来の研究では，比較的単純な視覚刺激（例えばスポッ

頭眼野，辺縁系（扁桃体や黒質緻密部）より神経活動のト光）を用いて上丘ニューロンの応答特性を解析する方記録を行い，信号の流れを明らかにする。他者の情動理法が主流であった。一方で，上丘は，顔の低空間周波数

解の神経機構に関する入力が具体的に脳のどこからある成分を手がかりに，他者の情動理解にも関与することがのかを見出し，特に他者の視線に関する情報が脳内でど示唆されているがその神経機構は明らかにされていない。

のように処理され，自己の行動にどのように反映される

他方，Blind Sight として知られる現象において，大脳両のか（サッケードにどのような影響を与えるのか），他

側一次視覚野の障害後も，視標の存在が認識できないに者の情動理解における，上丘を中心とした神経機構を明もかかわらず，無意識下に視線あるいは手をかなり正確

らかにしたい。

に視標に向けることが出来ることが知られ，この視覚入20. 計算論的解析法に基づく脳部位間相互作用の解明
田中宏和（東京都市大学情報工学部）
磯田昌岐（生理学研究所 認知行動発達機構研究部門）
本研究の目的は，脳部位間から記録された神経活動に

所内対応者のグループで既に記録したサル前頭前野内対し計算論的信号解析法を用いることにより，部位間の側部（mPFC）・視床下部外側野（LH）・中脳ドーパミン

情報の流れと処理様式を解明することである。具体的に神経核（DA）の単一神経活動データに対し，神経集団とはある脳部位の集団神経活動を用いて他の脳部位の集団しての活動の特徴づけを行った。最初に活動の多様性を

神経活動を計算論的手法で再構成すること，そしてその定量化するため，各部位の神経集団活動に対して成分分再構成に必要な活動成分を調べることで，部位間の情報

解と次元推定を行った。その結果，mPFC と LH では 15

伝達処理様式の解明を試みた。単一神経細胞の反応特性

前後の次元，また DA では 5 程度の次元が得られ，多様を調べる従来研究を補完する形で，神経集団としての部

な反応特性の mPFC と LH と比較して DA 神経細胞の活位間相互作用を解明するのが目的である。

動は画一的な反応を示していることが分かった。所内対138

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

応者グループの先行研究において，mPFC と LH の神経の成分は一過性のみであった。また，DA 集団活動には活動は一過性と持続性を示すのに対し，DA の神経活動

自己のみではなく他者報酬割合を反映した成分が含まれは一過性のもので占められていることが報告されており，ていたため，mPFC→DA の相互作用では自己と他者の報

今回の結果とも合致する。次に，部位間の相互作用を調

酬情報を統合した主観的報酬価値を計算しているものとべるため，DA と LH の集団活動を mPFC 集団活動から考えられ，所内対応者グループの仮説と一致した。本研再構成することを試みた。ランク縮約回帰法（rank-

究によって，先行研究で報告されてきた単一神経細胞のreduced regression method）を用いて，部位間の相互作用

反応特性から推定された部位間の相互作用が直接的に検を規定する成分を同定したところ，LH 集団活動を再構証され，社会的報酬課題下における自他の報酬情報が脳成する mPFC の成分は一過性および持続性を含む多様なの複数部位で階層的に処理される過程を解明できた。

成分であるのに対し，DA 集団活動を再構成する mPFC

21. 辺縁系大脳基底核の機能解析
佐藤澄人（北里大学医学部脳神経外科）
知見聡美，南部篤（生理学研究所 生体システム研究部門）

大脳基底核は大脳皮質の広い領域からの入力を受け，が小さいことがわかった。M1-STN や SMA-STN などの情報処理を行った後の情報を，再び視床を介して大脳皮運動系 STN 細胞は大脳皮質の電気刺激に対して「早い興質に戻すループ回路を形成している。この大脳皮質－基奮－遅い興奮」という２相性の応答様式を示し，早い興底核ループの中で運動系ループについては比較的研究が

奮は大脳皮質－STN 路を，遅い興奮は大脳皮質－線条体

進んでいるが，辺縁系ループについては不明な点が多い。

－淡蒼球外節－STN 路を介して伝達されることが明らか

本研究では辺縁系ループにおける情報処理機構を解析すにされているが，本研究により Limbic-STN 細胞も同様ることにより，情動の発現と制御の神経基盤を明らかにの２相性応答を示すことがわかった。この結果は，辺縁することを目指している。

系 STN も運動系 STN と同様の情報伝達路を介して大脳皮質から情報を受け取っていることを示す。

覚醒下のニホンザルにおいて，大脳基底核のうち視床下核（STN）の神経細胞の活動を記録し，大脳皮質の前また，応答の潜時を調べたところ，早い興奮，遅い興辺縁皮質（Limbic），一次運動野（M1），補足運動野（SMA）

奮ともに Limbic-STN で最も長く，M1-STN で最も短かっに電気刺激を加えて応答を調べることにより，Limbic-

た。また，応答の持続時間は早い興奮，遅い興奮ともに

STN 細胞を同定し，M1-STN および SMA-STN 細胞とのLimbic-STN で有意に長かった。この応答の潜時および持比較を行った。

続時間の違いから，運動の発現や制御を担う運動系ルー

Limbic-STN 細胞は STN の最内側に，M1-STN 細胞はプにおいては，情動の発現や制御に関わる辺縁系ループ

外側部に，SMA-STN 細胞はその中間に位置していた。自比べて，より速い情報伝達が可能であることが示唆され発発火頻度は，３つのグループ間で差が観察されなかった。

たが，Limbic-STN 細胞では発火のタイミングのばらつき

139生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告22. ジストニアパーキンソニズム等神経疾患病態モデルマウスを用いた神経機能の解析
池田啓子（村山医療センター・臨床研究部 病態生理学研究室）
南部

篤，知見聡美（生理学研究所 生体システム研究部門）

佐竹伸一郎（生理学研究所 脳機能計測支援センター 時系列細胞現象解析室）
Na ポンプ（Na,K-ATPase）3 サブユニット遺伝子て神経伝達を終結させ，Glu のシナプス外漏出を制限す

ATP1A3 の変異は，急性発症型ジストニアパーキンソニる役割を持つ。光解除性 Glu の光照射に伴い記録される

ズム（RDP，遺伝性ジストニア DYT12），小児交互性片電流（PTC）を用いて，EAAT 機能の評価を行い，Atp1a3+/–

麻痺（AHC），CAPOS 症候群等，多彩な神経疾患の原因

では，プルキンエ細胞の PTC が野生型よりも顕著に減弱となり，様々な発作的な神経症状（ジストニア，片麻痺，していること，バーグマングリアの PTC が増強している痙攣）をひきおこす。現時点では多彩な神経症状の発現ことを見出した。2 週齢マウス小脳膜分画の Na ポンプと制御が主たる治療となっている。申請者らは病態モデル

EAAT のタンパク質含有量をウエスタンブロット法にてマ ウ ス の 3 サ ブ ユ ニ ッ ト 遺 伝 子 ヘ テ ロ 欠 損 マ ウ ス

比較検討を繰り返し，PTC 振幅の変異と EAAT 発現量のAtp1a3+/– を用いて病態生理を解明し，新規治療開発を目間に高い相関性があることを見出した。神経－グリア補指している。小脳と大脳基底核それぞれについて解析を償機構の分子的基盤の一因は，小脳発達段階における蛋行った。

白質の発現量の差異があることが示唆された。さらに生

小脳スライス標本を用いた電気生理実験により，生後

体脳に EAAT 阻害薬を投与し運動機能におよぼす影響の

2 週齢 Atp1a3+/–では小脳平行線維－プルキンエ細胞間興観察を試みたが，差異を明確にすることはできなかった。

奮性シナプスの mGluR1 依存性の長期抑圧（LTD）が消成体を用いて覚醒下で大脳基底核の出力部である淡蒼失していた。小脳 LTD の形成には，グルタミン酸輸送体

球内節と介在部である淡蒼球外節からニューロン活動を（excitatory amino acid transporter, EAAT）による制御が重記録した。Atp1a3+/–では野生型とは異なる反応を見出し要な役割を果たす。EAAT は，Na ポンプが細胞膜内外にた。今後は，小脳と大脳基底核疾患での変化が別々に生形成する Na+/K+濃度勾配を利用してグルタミン酸（Glu）

じるのか，小脳発達異常に伴う基底核の変化かに焦点をを運ぶ二次能動輸送体で，シナプス間隙の Glu を回収しあてて解析する予定である。

23. 不随意運動発生のメカニズムの解析
竹林浩秀，吉岡望（新潟大学），堀江正男（新潟県立看護大学），黒瀬雅之（岩手医科大学）
佐野裕美，知見聡美，南部篤（生理学研究所 生体システム研究部門）

Dystonia musculorum (dt) マウスは，末梢の感覚神経

合わせることにより作製した Dst cKO マウスと Dst cRes

変性とジストニア様症状などの運動失調を示す。dt マウ

マウスについて組織学的および生理学的な解析を進めた。

スは，細胞骨格制御因子をコードする Dystonin (Dst) 遺

Dst cKO マウスでは，運動症状の多くを再現することが伝子に変異がある。我々が作製した遺伝子トラップアリできた。さらに，Dst cRes マウスでは症状の回復が観察ール（DstDst-a と筋肉型 Dst-

された。つまり，胎仔の背側にある Wnt1 陽性細胞系譜

b の２つのアイソフォームが欠失する。さらに，Cre 組換が dt マウスの病態に深く関わっていることが示唆されえ酵素などによる部位特異的 DNA 組換え法を用いて，ている（論文作成中）。また，筋肉型 Dst-b の機能的なコンディショナルノックアウト（cKO）実験とコンディ

役割を調べるために，Dst-b 特異的なエクソンに終止変

ショナルレスキュー（cRes）実験を行うことができる。

異を導入し，ホモマウスの表現型を調べた。すると，Dst-

今年度は，Wnt1-Cre トランスジェニックマウスと掛けb ノックアウトマウスは，骨格筋と心筋において，遅発Gt アリール）では，神経型

140

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告性のミオパチーを示すことがわかった。本結果より，Dst-

態解析研究を行った。脱リン酸化酵素 Inpp4a の KO マ

b は骨格筋や心筋の維持に重要な働きをしていることがウスと大脳基底核における Inpp4a cKO マウスの作製と明らかとなった（BioRxiv にて論文発表, https://doi.org/

解析を行った。大脳基底核特異的 Inpp4a cKO マウスで10.1101/2022.03.17.484743）。

は，線状体の変性を見出しており，現在，Inpp4a KO マ

もう一つのプロジェクトとして，リン脂質のホスホイ

ウスの表現型との比較を含めて，組織学的手法や生理学

ノシタイド代謝異常による大脳基底核変性についての病的手法を用いて詳細な解析を継続して行なっている。

24. 神経麻痺性角膜症に対する TRP チャネルの影響
岡田由香（和歌山県立医科大学医学部眼科）
知見聡美，佐野裕美，南部篤（生理学研究所 生体システム研究部門）

神経麻痺性角膜症は，三叉神経第一枝領域が障害され与する各種 Transient receptor potential (TRP) チャネルシ

角膜知覚が低下した症例で角膜上皮障害と角膜創傷治癒

グナルの神経麻痺性角膜症の病態への関与を想定した研遅延が惹起される疾患である。難治性であり研究的治療究計画をした。

方法が提唱されるものの，一般には対症療法のみで，根コロナ禍で訪問することが困難であったが，2022 年 1

治的な治療法がない。本研究計画では病態解明と新規治

月から３回訪問し，神経麻痺性角膜症マウスモデルを作療戦略の確立の目的で，三叉神経節や角膜に分布する感成している。2022 年度にも継続して研究をおこなってい覚神経終末（一部，角膜上皮にも）に存在し，知覚に関る。

25. チック症の病態メカニズム解析
橘

吉寿（神戸大学大学院医学研究科）
兎田幸司（慶應義塾大学文学部）

南部

篤，知見聡美（生理学研究所 生体システム研究部門）

チックとは，反復性の動作を示す運動チックと奇声・た。線条体運動領域から，これら辺縁系脳部位への直接汚言を発する音声チックから成るが，その病態生理に関投射は無いので，どの脳部位を経由して辺縁系脳部位にしては未だ明らかでない。本研究では，大脳基底核の線線維連絡するかを明らかにする目的で，アデノ随伴ウイ

条体における異常興奮がチックの本態であるという仮説

ルスを神経トレーサーとして用いた解剖実験を行った。

のもと，線条体への GABA 受容体拮抗薬局所注入により，その結果，線条体運動領域から淡蒼球・黒質網様部を経

マウスチックモデルを作製し，神経科学的手法を用いて，て，さらに，視床髄板内核を経由して，辺縁系脳部位にその病態生理を解き明かす。昨年度までに，マウス線条

至ることが明らかになった。トウレット症候群患者の脳体運動領域に，GABA 受容体拮抗薬である Bicuculline の外科治療において，視床髄板内核が脳深部刺激療法の標を少量注入することで，線条体における体部位局在に一的脳部位となることが，これまで臨床的に知られていた致した一過性の筋収縮を示すチック症状を誘発することが，その正当性に対する科学的エビデンスを本研究によに成功した。さらに，チック症モデルマウスの全脳におり得ることが出来た。

いて，c-Fos タンパクの免疫染色を行うことで，症状発現

現在，チック症モデルマウスにおける c-Fos タンパク時の活性化脳部位を検討した結果，一次運動野に加えて，

高発現脳部位である辺縁皮質を，化学遺伝学的手法を用扁桃体，帯状皮質，島皮質，梨状皮質といった情動機能

いて人工的に神経活動抑制し，その際，チック症状が改に関与する辺縁系脳部位の活性化を観察することができ善するかどうかを行動学的に解析中である。

141

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

26. 脳内微量薬剤注入による新規パーキンソン病治療法の開発
島津秀紀（武庫川女子大学･薬学部）
後藤
畑中伸彦，知見聡美，南部惠（徳島大学･大学院医歯薬学研究部）

篤（生理学研究所 生体システム研究部門）

後藤らによる先行研究から白血病の分子標的治療薬イ

精密に評価・検討するため，レーザーによる通過センサ

マチニブをパーキンソン病モデルマウスの脳内（線条体

ーを 5 X 3 の溝の手前に設置し，サルが指を挿入したタ内）に直接注入する方法で，症状の改善だけでなく，ドイミング，場所，溝から口元までの移動時間，口元からーパミン神経細胞の変性・脱落を予防できる可能性があ

次のターゲットへの移動時間がそれぞれ記録できるようることが分かってきた。本研究では同薬剤をパーキンソになっている。本課題の遂行には精密把持が必要であり，ン病モデルサルの線条体内に微量注入することにより，パーキンソン病モデルサルにおける運動障害，とくに拇

霊長類での治療及び予防効果を確認し，脳内注入療法の指と指示を用いた巧緻運動障害の有無を正確に評価する

確立と将来のヒトへの臨床応用を目指している。

ことができる。さらに上肢の動きを 3 次元的に解析する

2021 年度は，一頭のサルを馴致し，以下のような行動ことができるよう，上と横からカメラで運動の軌跡を同時撮影するシステムを構築中である。

課題を訓練した。モンキーチェアに頭部固定したサルの正面に約 40 cm の距離を開けてクリューバーボードを設

2022 年度は，計測システムの完成後，定位脳手術的に置する。ボードには幅 1.5 cm，長さ 3 cm の溝が 5 X 3 の注入用カニューレを被験個体の線条体に刺入し，微量注

マトリックスに配置され，それぞれの溝は互いに垂直，入ポンプを左右の頭部上に設置する。イマチニブメシル

水平にバラバラに向いている。溝の内部にはイモなどの酸塩水溶液を，ポンプを用いて片側の線条体に持続注入

報酬が置かれ，サルは片方の手で溝に指を入れ，報酬をするとともに，一定の間隔を開けてドーパミン神経毒で取り出し，口元に運び食べる課題である。使用しない方ある MPTP を全身静脈内投与することで，被験個体に緩の手は，報酬に届かないようにモンキーチェアに固定し，徐にパーキンソン病症状を発現させ，イマチニブ注入側

患側と健側をそれぞれ交互にテストすることができるよでドーパミン神経細胞が保護され，運動機能が温存されう設計した。またボードには，行動課題における運動をるかどうかについて評価・検討する予定である。

27. 統合失調症モデル動物の脳波ダイナミクス解析
那波宏之（和歌山県立医科大学･薬学部）
北城圭一（生理学研究所･神経ダイナミクス部門）
思春期以降に幻聴・幻覚を代表とする脳高次機能異常を，各種脳波ダイナミックス解析法で分析することで，を呈する精神疾患，統合失調症は，いまだ原因不明の脳脳波分析方法の妥当性，当該モデルの信頼性，脳波異常疾患でその治療法も限定されている。これまでの患者脳のトランスレーション可能性を評価した。

波研究から，患者脳波には病態に関連する聴覚・事象関

ラットに対し硬膜上電極を前頭皮質，聴覚皮質，参照

連電位異常やオシレーション障害が報告されているもの

電極を鼻腔上に設置して，ラットの陽性鳴き声（50-60の，これら脳波障害を反映するモデル動物やそのメカニHz），サイン音（55 Hz），陽性鳴き声の逆再生音を聞か

ズムには不明な部分が多くあった。そこで本共同研究でせて，その事象関連電位とその時間周波数パターンをモ

は，聴覚関連障害を示す統合失調症モデル動物である，

デルラットとコントロールラットで比較した。結果，モ上皮成長因子（EGF）の新生仔投与モデルを用い，そのデル動物では，聴覚皮質電極においてサイン音，鳴き声

ラット鳴き声依存性事象関連電位とその大脳皮質連合性音，区別なくガンマ領域の脳波パワーとその同期性が低142

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告下していた。一方，前頭葉電極で鳴き声刺激は，モデル

治療薬の投与により，脳波位相同期性が著しく改善する

ラットとコントロールラットともに反応を誘起するのにことが判明した。これらの結果から，当該ラットモデル

対し，サイン音は，モデル動物でのみ有意な脳波反応をにおいても，ヒト統合失調症患者でみられるよう聴覚言呈した。

語刺激に対する前頭葉：側頭葉の連合性の障害が見られ

これら二つの皮質電極間の脳波同期性を基に，モデル

ること，この障害は統合失調症治療薬で改善することが動物における鳴き声情報の皮質間 CONNECTIVITY を推

明らかになった。従って，これらの脳波ダイナミクス解定した。するとモデル動物においてのみ，鳴き声依存的析は，ヒトと動物間で比較可能なトランスレーションツ

な脳波位相同期性が低下していた。しかし，統合失調症

ールとして有効であることが判明した。

28. 数知覚に関する神経力学系モデリングと脳波計測実験の融合的研究
末谷大道（大分大学理工学部）
北城圭一（生理学研究所）
視覚や聴覚・触覚などの諸感覚を通じて，対象の形状

やけているものの）ランダム結合でも自然な順序を持つや大きさに捉われず「数」に関して不変な特徴を抽出す構造が現れたことから，数知覚は経験を必要としない，

る数知覚は，ヒトの数学的能力の基盤となっている。一神経回路の一般的な特性である可能性が示唆された。現方，数個程度の対象を一瞬で数え上げる能力は，乳幼児在，深層正準相関分析を用いて異複数のデータ（例えば，や人以外の動物にも生得的に備わっており，subitizing と

上記の数刺激と画像としてのアラビア数字）を同時に提呼ばれている。本研究は，数知覚に必要な認知能力につ示し，その背後にある数としての共通情報を抽出するこいて，数理モデルを構築し，脳波レベルでの神経ダイナとを試みている。現在は静的な神経回路を用いたアプロ

ミクス実験との比較・検証を行う。

ーチに留まっているが，さらに，再帰的神経回路による2021 年度は，数理的な研究に関しては ImageNet のデー

動的な情報処理の問題に拡張することで脳波計測実験とタで事前学習した AlexNet（一般の視覚的物体認識を行対応させる予定である。

う CNN）やアーキテクチャは AlexNet と同一で結合強度

脳波計測実験については，生理学研究所での実験を行をランダムにした CNN に，面積・縦横比・配置をランダ

うため，数知覚の脳波実験に関してのパラダイム検討をムにした複数個の長方形から成る視覚刺激（数刺激）を進めた。具体的には，手書き文字の数字画像，あるいは，与えた場合に，画像としての差異に依らない数としての上記で述べた複数個の図形から成る数刺激を被験者に提不変性がどのように表現されるか調べた。AlexNet 内の示することなどを検討した。この際，被験者は瞬時に数

fc7 層部分（4096 次元）の神経活動を多様体学習で低次を知覚・判断する subitzing 能力が求められる。そして，

元可視化したところ，この空間で“1”,“2”, …と自然

この課題実行時の頭皮脳波や眼球電図を計測する実験系

な順序に従った構造が現れることがわかった（事前に順の構築と文字や図形の生成，提示刺激画像のプログラミ

序情報は与えられていないことに注意）。さらに，数刺ング等を進めた。今後はヒトを対象とした脳波実験を進激と正解の数を対応させる教師あり学習を追加で行った

めて課題をチューニングし，脳波データの取得と解析をところ，離散構造が現れることが分かった。特に，（ぼ計画している。

143

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

29. 構成的アプローチによる最小神経細胞ネットワークを用いた情報処理システム構築の試み
安田賢二（早稲田大学）
曽我部隆彰（生理学研究所）
これまでの神経細胞ネットワークの構成的構築では，突起の伸長制御の目標である 2 m を切るアガロースのあらかじめ神経細胞のネットワークパターンを微細立体

微細追加工を実現し，実際に追加工をしながら軸索を隣構造や接着因子のマイクロプリンティングで基板上にデ接する神経細胞に誘導することに成功した（図１）[1]。

ザインして，これに沿って神経突起のパターンを構築す

上記改良システムは，パッチクランプ法による電気生ることを行ってきた。しかし，これだけでは確立的な結理学的手法では十分であるが透明電極（ITO）アレイを配合配置となり選択的に軸索や樹状突起を特定の隣接する置した細胞外電位計測に用いた場合，1064 nm 赤外光で神経細胞に結合させることは困難であった。本共同研究あっても ITO の吸収によって ITO 電極配線上のアガロ

では，これを解決するために細胞培養中であっても微細ースが熱溶解する課題は残った。そこで第二の改良型ア構造を追加工できる独自技術であるアガロース微細加工

ガロース加工技術として，先端径がm 程度のキャピラ技術を利用し，結合方向を完全に制御した軸索と樹状突

リー管中に Na イオン水溶液を満たし，高周波交流電圧

起によって繋がれた神経細胞最小ネットワークを構築し，を管の内外に印加して管先端で発生させたイオン電流のこの神経細胞ネットワークの演算，記憶などの回路機能

局所ジュール熱でアガロース加工する技術を開発し，この動作を確認することを目標としている。

の追加工によって軸索を隣接した神経細胞に誘導することにも成功した（図２）[2]。

今年度は，コロナによる研究制約のため，神経細胞ネットワークの電気生理学的な評価の準備作業となるアガ

次年度はこれら２つの改良神経細胞ネットワーク構築

ロース微細加工技術の改良開発を中心に研究を進め，こ技術を用いて構築した最小神経細胞ネットワークでの電れまでのアガロース加工技術の課題を解決する２つの改

気生理学的測定に進む予定である。

良型アガロース微細加工技術の開発に成功した。

【文献】

まず第一の改良アガロース加工技術は，これまでの最[1] Tanaka Y, et al. Stepwise neuronal network pattern formation

小加工限界を決める集束赤外光の集束点の幾何光学的収in agarose gel during cultivation using non-destructive

束限界（波長の２倍程度：1480 nm 赤外光では集束は 4

microneedle photothermal microfabrication. Sci Rep, 11, 18197,

m 以上）を超えた微小の加工を可能にするため，幾何2021.

光学的限界がない吸光に着目し，吸光材として Pt をコー[2] Shimoda, K, et al. In situ agarose microfabrication

トした直径 0.7 m のガラス管表面に水の吸収がない

technology using Joule heating of micro ionic current for on-chip

1064nm 赤外集束光を照射して熱変換をすることで神経cell network analysis. Micromachines, 13, 174, 2022.

144

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

30. 睡眠調節におけるグリア細胞の役割：星状細胞突起のシナプスでの構造的可塑性の分析
仙波和惠，Samuel Deurveilher，Tatjana Golovin（Dalhousie 大学，Department of Medical Neuroscience，カナダ）
窪田芳之（生理学研究所・脳機能計測･支援センター 電子顕微鏡室･窪田グループ）
睡眠覚醒のサイクルの維持には，視床下部の神経細胞

オレキシン細胞体と樹状突起の表面の約 70％は，大変が重要な役割を演じている。我々は，星状膠細胞に薄い（約 100 nm）星状膠細胞突起シートに覆われてお（astrocyte）が，視床下部の覚醒促進細胞（オレキシン

り，シナプスに接近している星状膠細胞突起の多くは，（OX）細胞）への興奮性入力の強度を，睡眠状況（断眠この薄いシートの延長であることがわかった。

/安眠）によってダイナミックに調節している事を明らか

星状膠細胞突起とシナプスの距離関係については，三にした（Briggs, Hirasawa & Semba, J Neurosci 2018）。本

種類の数量的な指標を開発導入して解析を進めた。これ研究では，睡眠状況によって，星状膠細胞突起とシナプまでに分析した計 351 のシナプスでは，ほとんどの場合

ス間隙の間の構造的な関係が，どのように変化するか（接（約 95 %），星状膠細胞突起がシナプス付近に存在し，着と撤収）を，電子顕微鏡で解析する。６時間の断眠，

前シナプスと後シナプスの両方に接触していた。また，もしくは安眠させたラット（各グループ３匹）を灌流固

星状膠細胞突起は，前シナプスと後シナプスが接触する

定した後，視床下部の切片を作成済みである。

周囲線のうちの約半分に，直接接触していた。さらに，

2021 年度は, 5 匹目と 6 匹目のラットからの 4 つの OX

シナプスのクレフトからは，星状膠細胞突起は，100－細胞について，先の 4 匹と同じく ATUM-SEM 法を使っ

1200 nm（特に 200-400 nm に集中）の距離に位置していて連続電顕画像データセットを獲得する予定であったが，ることを見いだした。

2021 年度に引き続き，コロナ禍のため来所できず，提案

これらの観察は，星状膠細胞が OX 細胞への入力の調者の Dalhousie 大学にて，これまでに 4 匹から獲得した節に重要な役割を演じていることを示唆する。今後，さ11 個の OX 細胞からの大容量電顕データセットを用いらに定量解析を進め，また，ラットと細胞の数を増やし，て，OX 細胞への興奮性と抑制性のシナプスに関して, シ

睡眠条件の違いがもたらす OX 細胞上の興奮性と抑制性

ナプスを星状膠細胞突起が取り囲む部位について，３次シナプスと星状膠細胞突起との関係を質的また数量的に元再構築と定量解析を進めた。

調べる予定である。

31. 前頭皮質 6 層視床投射細胞のシナプス結合を CLEM 法により解明する苅部冬紀，平井康治，角野風子（北海道大学）
窪田芳之（生理学研究所大脳神経回路論研究部門）
齧歯類の二次運動野第 6 層は，視床に投射する錐体細用いた。記録した 3 個の視床投射細胞を蛍光標識し，共胞や対側大脳皮質に投射する錐体細胞，GABA 作動性の焦点顕微鏡画像を取得したのち樹脂包埋し，600×150

抑制性介在細胞などから構成される。6 層の局所回路シµm の範囲を切り出し，35 nm 厚の連続超薄切片を作成

ナプス結合の詳細を解明するために，改変 ATUM 法と組し，ウエハー上に張り付けた。本年度までに約 200 枚の織処理方法(Kubota et al., 2018)を用いて作製した電子顕

超薄切片の SEM 画像を撮影した。共焦点蛍光顕微鏡画

微鏡標本の解析を行った。

像と SEM 画像の対応から，標識した３個の視床投射細胞を同定し，その軸索を追跡し，三次元的再構築を行っ標本として，逆行性トレーサーにより視床投射細胞を標識したラット脳から in vitro スライス標本を作製し，た。

細胞内記録と biocytin 注入を行った 30 µm 厚の脳切片をその結果，同定視床投射細胞の軸索神経終末の一部は145

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告は錐体細胞と推定される樹状突起上の棘突起にシナプスることが報告されている。ここまでの解析結果は，電気を形成していた。

生理学的に細胞体では記録できない，局所的な興奮性シ

ペア細胞記録や光遺伝学によるシナプス結合の測定にナプスの存在する可能性を示唆するものであり，さらによれば，６層の視床投射細胞による６層内の興奮性結合検証を進める。

は低頻度であり，主に抑制性介在細胞にシナプス結合す

32. 皮質抑制性細胞の形態解析システムの構築
森島美絵子（東京慈恵会医科大学臨床医学研究所）
窪田芳之（生理学研究所）
大脳皮質の抑制性細胞は,神経細胞の約 20 パーセント

2021 年度は，機械学習による形態解析システム構築のの割合で存在するが，細胞タイプは多様で 80 以上にも分ために，抑制性細胞の細胞体，樹状突起，軸索の 3 次元

類されるとも言われいてる。分類には，分子マーカー，情報を含む形態データの学習用データ収集を行った。大

電気的性質，形態の組み合わせで行われてきたが脳神経回路論部門には大脳皮質 2/3 層の抑制性細胞の形（ Kawaguchi and Kubota, 1996; Kawaguchi and Kubota,

態データリソースは豊富にあるが，5 層の抑制性細胞の1997; Markram et al., 2004），最近になって遺伝子による形態データが少ない。このため，大脳神経回路論部門か分類が多数報告されてきている（Gouwens et al., 2020;ら引き継ぎ窪田研究室に冷凍保存してあるスライスの標

Scala et al., 2021）。しかしながら，2000 年代までの基本本化を進めた。この過程で，効率をあげるために，標本的な分類を超えることはなく，遺伝子を組み合わることを 300 マイクロの厚みのまま透明化し，蛍光染色によるによって細分化が進みさらに多様性があることが示され観察をコンフォーカル顕微鏡によって行った。透明化にている。特に，複雑な分類の最終手段に形態的特性が鍵は，Cubic 法，Scale 法を試した。

となっていることに着目し，本研究課題では，大脳神経

抑制性細胞の主要な分子マーカーであるパルブアルブ

回路論部門の形態データリソースにさらに抑制性細胞のミン陽性細胞，ソマトスタチン陽性細胞群の形態解析デ

形態解析を追加したうえで，機械学習による抑制細胞のータ収集しつつあるため，来年度はこれらのデータを用

形態解析システムの構築を目標とする。このシステム構

いて，実際の機会学習アリゴリズムを用いた分類モデル

築によって形態解析に精通していなくても容易に分類でを作成し，実際に細胞種の分類を試みる予定である。

きることを期待している。

33. 大脳皮質運動野における視床投射神経終末の標的神経構造の電顕による解析
倉本恵梨子（鹿児島大学大学院医歯学総合研究科歯科機能形態学）
窪田芳之（自然科学研究機構 生理学研究所 脳機能計測・支援センター電子顕微鏡室）
ペントバルビタールの腹腔内投与によりラットを麻酔発現している神経細胞を含む切片を選出した。グルタミし，膜移行性シグナル付きの緑色蛍光タンパク（palGFP）

ン酸脱炭酸酵素 67kD (GAD67) に対する抗体を用いて脳を発現するアデノ随伴ウイルスベクター（AAV-palGFP）

切片を蛍光免疫染色し，運動性視床核の亜核 VA・VL・溶液を詰めたガラス針を視床核に刺入し，AAV を電気的VM を区別し，GFP 陽性のニューロンが分布する亜核をに注入した。手術から１週間後にラットを灌流固定して同定した。一方，大脳皮質の切片で GFP 陽性の視床皮質

脳を取り出し，ビブラトームにて厚さ 100 ミクロンの切神経線維を見つけるために，血管壁を赤色蛍光標識され片を作製した。蛍光顕微鏡下で，AAV に感染して GFP をたレクチンで，細胞核を DAPI (青色蛍光標識)で対比染色146

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告した。LSM を用いて高倍率で連続フォーカス画像を撮影

構築によりシナプスターゲット構造解析を行った。VAした。その後，大脳皮質の切片を EM 観察用に組織処理

視床核からの皮質投射線維の再構築解析を実施した結果，し，連続超薄切片を作成し，走査型 EM で広範囲撮影を

軸索終末は比較的小さく，大脳皮質の錐体ニューロンの行い，連続 EM 画像データセットを作製した。LSM 画像

スパインに特異的にシナプス結合することが明らかにな

データセットと EM 画像データセットの相関観察解析にった。今後は VM ニューロン，VL ニューロンについて

より，GFP 陽性の視床−皮質投射軸索を同定し三次元再形態解析を行い，シナプス結合測の違いを解明したい。

34. 視床下部腹内側核のグルコース感受性神経における in vivo imaging 解析
戸田知得（北海道大学大学院獣医学研究科獣医学部生化学教室）
食でマウスを飼育した後，腹腔内にグルコースを投与し，【目的】
視床下部腹内側核には血糖値の増減を感知し末梢組織の腹内側核神経の活動および血糖値を測定する。これによ代謝を調節して血糖値を一定に保つグルコース感受性神

り，血糖値の変化とグルコース感受性神経の活動の関係経がある。肥満はこの神経の機能を破綻させ，糖尿病をおよび肥満によるグルコース感受性の低下を in vivo で発症させる。しかし，グルコース感受性神経が血糖値の明らかにする。

変化に応じてどのような神経活動を示すかは十分に研究【進捗】されていない。我々は Arc-CreERT2 マウスを用いてグル

Arc-CreERT2 マウスの視床下部腹内側核にアデノ随伴ウ

コース感受性神経だけを蛍光タンパク質で標識する方法

イルスを投与したが，十分な蛍光強度を発するほどのを開発した。本研究は Miniscope を用いて，自由行動下

GCaMP6 の発現量を得ることができなかった。そこで，のマウスにおけるグルコース感受性神経の活動を測定し，新たにアデノ随伴ウイルスを購入し実験に使った。また

血糖値または肥満による変化を観察する。

GRIN レンズについても数種類を試し，脳内に挿入する【方法】

深さなどの条件検討を行った。新型コロナウイルス感染

Arc-CreERT2 マウスの視床下部腹内側核にアデノ随伴ウ症の拡大もあり，生理学研究所への訪問・実験など十分

イルスを投与し，グルコース感受性神経に細胞内カルシな研究を行うことができなかったため，研究が進んでい

ウム濃度センサーの GCaMP6 を発現させる。その後，同るとは言い難い。そこで 2022 年度も継続して研究を行じ場所に GRIN レンズを留置する。通常食または高脂肪う。

35. 概日時計の分子機構に関する細胞内 Ca2+の動態解析
金尚宏（名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所･生命農学研究科）
概日時計は約 24 時間の生理リズムを駆動する生物時計

しても約 24 時間周期を保つという温度補償性を示す。概であり，Rat-1 繊維芽細胞などの不死化した培養細胞株に

日リズムの多くは時計遺伝子による転写リズムによっておいても存在する。そこで共同利用研究者は，細胞を用生み出される。そして，その転写リズムの温度補償性は，いた薬理学的なスクリーニングを行い，新規の時計因子

NCX による低温での細胞内 Ca2+ 流入によって担われての同定を試みた。その結果，Na+/Ca2+ 交換輸送体（NCX）

いることが明らかとなった。そこで，生理学研究所の榎Ca2+/カルモジュリン依存性タンパク質キナーゼII

木 亮介准教授との共同研究により，哺乳類のペースメー(CaMKII)という 2 つの Ca2+ シグナル制御因子が概日時

カー神経である視交叉上核の培養スライスにおける，細計の発振に重要な役割を示すことを見出した。また概日

胞内 Ca2+ リズムの温度応答を解析した。その結果，細胞時計は，生理的な温度範囲において，外界の温度が変化

内 Ca2+ の概日リズムのベースラインは，温度低下に伴っと147

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告て上昇することが分かった。これらの成果を論文にまと振動を生み出すメカニズムに関して，種々のイオンチャ

め，Science Advances 誌に公表した。また，細胞内 Ca2+

ネル阻害剤を用いて解析を進めているところである。

36. 皮質下における末梢感覚情報の修飾機構の解明
関和彦（国立精神･神経医療研究センター）
戸松彩花（生理学研究所）

手足の末梢感覚情報は脊髄より入力し，延髄を経由して前抑制の変動を測定し，脊髄および延髄のシナプス前抑制

視床→大脳皮質感覚野もしくは小脳へと送られる。これらメカニズムと大脳皮質運動関連領域の活動との関係を麻の入力情報は知覚体験を引き起こすとともに運動制御に

酔下電気刺激およびトレーサー注入によって確認する計用いられると考えられている。感覚情報が発生する文脈や画を立て，2021 年 8 月に実施の予定であったが，COVID-

身体の状況などに応じて体験される知覚や運動への重要

19 による交流自粛のため，実験自体は実施に至らなかっ性は異なるはずだが，その実態とメカニズムは未解明であた。ただし，オンラインミーティングは月に 1 回程度継続

る。マカクサルを被検体として，随意運動・受動運動・麻して行い，これまでに取得した脊髄におけるシナプス前抑酔下における脊髄上肢関連セグメント（C3-T1)および延髄

制の随意運動中変動，および脊髄回路の運動中の役割に関

楔状束核における，感覚神経ターミナルにおけるシナプスするモデル提案に関する論文を執筆した。

37. 新規蚊媒介性ウイルスの多型の構造解析
Christina Chalkiadaki，岡本健太（ウプサラ大学）
Chihong Song，村田和義（自然科学研究機構生理学研究所）
井上真吾，坂口美亜子，森田公一（熱帯医学研究所長崎大学）
蚊由来ネギウイルス科に属する Tanay virus (TANAV)ク質である，ORF2 (楕円状構造形成タンパク質)と ORF3の新規構造とその機能的な構造機能を解き明かすことを（突起構造形成タンパク質）の挙動が重要であると考え目的として研究を進めている。これまでのクライオ電子られた。そこで，TANAV の様々な構造における両タン

顕微鏡を使用したトモグラフィー法や特定の対称性を利パク質の挙動を解析する分子生物学的手法の確立を行な用した単粒子解析による粒子の三次元構造解析を行ってっている。現在，レクチンブロット法を使用することで，きた。その結果，特徴的な楕円状の構造や粒子表面の突

感度良く糖タンパク質である ORF3 を検出することが可起構造を再構築することに成功している。また，TANAV能となった。現在，様々な TANAV の多型の構造においは構造を弾丸状や筒状に変化することが明らかとなってて，ORF3 が TANAV 粒子状に存在しているか，またウいる。このような劇的な構造変化は，TANAV の感染機

イルス遺伝子が含まれているかの解析を行なっている。

構やウイルス遺伝子放出機構に関わっていると推測され以上の結果は，現在解析中の追加実験を含めて論文に再た。その構造変化には，粒子を構成するウイルスタンパ

投稿する予定である。

148

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告38. 巨大ウイルスのウイルス工場形成過程の三次元構造解析
武村政春（東京理科大学･教養教育研究院）
村田和義（自然科学研究機構･生理学研究所）【背景と目的】近年分離されたメドゥーサウイルスは，【結果】メドゥーサウイルス感染アメーバの培養上清

宿主細胞核を「ウイルス工場」として複製するが，そのを解析したところ，メドゥーサウイルスの段階的な形成

成熟過程は明らかではない。そこで，200 kV 電子顕微鏡

過程を表す DNA の有無を指標とした 4 種類の粒子のすを用いた解析を行い，ウイルス工場ならびに粒子形成過べてが，メドゥーサウイルス感染アメーバからそのまま

程の三次元構造解析を行うことが有用であると考えた。

の形で放出されることがわかった。また，DNA を含む成本研究では，メドゥーサウイルスに関して，宿主アカン

熟粒子が，アメーバの細胞核の近くで特に多く見られた

トアメーバ（以降アメーバ）細胞核内に形成するウイルことから，メドゥーサウイルスはアメーバの細胞内に大ス工場の経時的な三次元構造解析，ならびにウイルス粒

量に中空粒子を合成し，細胞核のそばにいる一部の中空子形成過程の経時的な三次元解析を，200 kV 電子顕微鏡

粒子のみが，細胞核から放出されたウイルス DNA を取を用いて行い，その感染サイクルを解明することを目的

り込み，DNA を取り込めなかった中空粒子も合わせて細とした。

胞外に放出されることがわかった。さらにクライオ電子

本年度はその中で，メドゥーサウイルスにおいて内部顕微鏡解析により，メドゥーサウイルス粒子の１２個のに DNA を持たない「中空粒子」が非常に高い割合で存頂点付近には，形状の異なる２種類のスパイクタンパク

在することに着目し，メドゥーサウイルスの粒子形成過質が存在することも明らかとなった。
【考察】大量に中空粒子を合成し，一部の粒子のみが程を含む感染サイクルを解明することを目指すことにしDNA を取り込むというメドゥーサウイルスの一見非効た。
【方法】メドゥーサウイルスを感染させたアメーバ細率的なウイルス粒子の形成過程は，これまでの巨大ウイ胞について，感染後時間を追って樹脂包埋サンプルを調ルスの粒子形成過程としては例がなく，ウイルスの新し製し，200 kV 電子顕微鏡に供した。メドゥーサウイルスい増殖戦略の存在を示唆している。新しく見出した２種

感染アメーバの培養上清にリリースされたウイルス粒子

類のスパイクタンパク質が感染サイクルにおいてどのよの形態について，クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解

うな役割を担っているかについては不明であり，今後解析を行った。

析していきたい。

39. ノロウイルスの高分解能構造解析
片山和彦，芳賀慧，戸高玲子，石山涼翔（北里大学大村智記念研究所･感染制御科学府ウイルス感染制御学）
村田和義，ソン･チホン（生理学研究所）
子形成機構を明らかにし，ノロウイルスの感染制御に役

ノロウイルスに代表されるウイルス感染による下痢症

立てる。

は，世界中で毎年数百万人規模の感染者を出し，大きな社会問題となっている。本研究では，マウスノロウイル

ノロウイルスに近縁のネコカリシウイルスでは，ウイ（MNV）およびヒトノロウイルス（HNV）様非感染性粒

ルスが細胞上のレセプターに結合した際，宿主細胞にウ子（VLP）を用いて，その高分解能三次元構造をクライ

イルス RNA を送り込むためのポータル様構造が粒子をオ電顕により解析し，ノロウイルス感染の分子機構や粒裏打ちする構造タンパク質 VP2 の変形によって引き起149

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第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

こされることが示された。我々は，ノロウイルスにおけーター遺伝子を持つ RNA をパッケージした repVLP が形る VP2 の機能を解析するため，リバースジェネティック成される。本実験により作出した repVLP は，CD300lf，

スシステムと，MNV レセプターである CD300lf 分子とVP2 を発現していない細胞では，新生ウイルス粒子の産

VP2 を定常的に発現する Huh751/CD300lf/VP2 細胞を用出はできない。

い，レポーター遺伝子を内包した VLP（repVLP）の作出

クライオ電子顕微鏡観察では，未だ解像度は低いが，を行った。具体的には，MNV ゲノム ORF3 に蛍光タンパ

基本的には MNV-VLP と表面構造が変わらず，粒子内にク質 UnaG, VENUS 又は，ルシフェラーゼ遺伝子（Nanoluc）

RNA が満たされた repVLP が観察可能であった。今後，を組み込んだプラスミドを細胞に導入すると，レポータ

トランス供給する VP2 に変異を導入してクライオ電子

ー遺伝子組み込み MNV ゲノムの翻訳が行われ，複製サ

顕微鏡で観察し，VP2 の機能ドメインを明らかにしていイクルが進行して VP2 以外のタンパク質が供給される。

く予定である。

細胞内に VP2 を定常的にトランス供給しておくと，レポ

40. シアノバクテリアのフィコビリソームの構造機能解析
広瀬侑（国立大学法人豊橋技術科学大学大学院工学研究科応用化学･生命工学系）

シアノバクテリアは酸素発生型の光合成を行う原核生

ビリソームの単離を行った。特に，最も安定なフィコビ物であり，フィコビリソームと呼ばれる超分子複合体を

リソームを単離できた Nostoc 属シアノバクテリアにお光合成のアンテナとして持つ。近年爆発的に蓄積しつついて，緑色光と赤色光で培養した細胞からフィコビリソ

あるゲノム情報により，シアノバクテリアのフィコビリ

ームを精製し，クライオ電子顕微鏡解析を行った。村田

ソームの構造には種間で大きな多様性が存在することが和義教授と Song Chihong 助教との共同研究により，フィ示唆されている。また，フィコビリソームの構造や吸収

コビリソームの３次元像の構築に成功し，フィコビリソ

波長を周囲の光波長依存的に応じて作り換える光色順化ームのコアおよびロッドを構成するディスクの数を決定と呼ばれる能力を持つ種も存在する。しかし，フィコビすることができた。遺伝子配列から予測されたフィコビ

リソームの高分解能の構造はまだほとんど報告例がなく，リソームのモデルと，実際に観察された構造には不一致

したがってその構造多様性の全体像や，多様な形態を生が見られた。フィコビリソーム構成タンパク質の配列と，み出す構成タンパク質，それらの光波長依存的な制御に

フィコビリソームの構造との対応関係は，今後見直す必は不明な点が多い。

要があるかもしれない。現在，これらの結果をまとめた

本研究では，緑色光と赤色光に応答するタイプの光色論文を執筆中であり，速やかに発表していきたい。また，順化におけるフィコビリソームの構造変化を明らかにす

今後は架橋剤などを検討し，より安定的にフィコビリソ

る こ と を 目 的 と し ， Pleurocapsa 属 ， Nostoc 属 ，ームを調製する手法の確立と，３次元像のさらなる高分

Phormidium 属など，複数のシアノバクテリアのフィコ

解能化が必要である。

41. アミロイド β タンパク質のアミロイド線維の精密構造解析
矢木真穂（自然科学研究機構生命創成探究センター）
アミロイド線維はタンパク質が規則正しく凝集した超が，詳細な線維形成機構は未だ解明されていない。アミ分子複合体であり，アルツハイマー病などの神経変性疾

ロイド線維形成は核形成プロセスと線維伸長プロセスか患の発症と密接に関わっている。線維形成機構を理解すら構成されており，これは多様なアミロイド形成タンパ

ることは，これら疾患の治療や予防において重要となる

ク質に共通のメカニズムであると考えられている。一方，

150

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

アミロイド線維のメゾスコピックな形態が，タンパク質

地上で形成した野生型アミロイド β の線維に関しては，がおかれた溶液環境によって大きく影響を受けることが分解能 3.1 Å の構造を得ることができた。また，微小重知られている。したがって，神経変性疾患の発症メカニ

力下で形成した野生型アミロイド β 線維に関しては，こズムの構造基盤を解明するためには，環境因子，変異のれまでに大きく分けて 2 つの構造（Type-1, Type-2）を報

影響，時間変化も含めたアミロイド線維の体系的な構造告していた。今回の再解析により，地上ではみとめられ解析が必要不可欠である。

なかった特徴的な Type-2 線維は，さらに 2 つのサブクラ

本課題では，昨年度に引き続き，アルツハイマー病のスに分けられることが明らかとなった。さらに，微小重発症に関わるアミロイド β タンパク質（40 残基および 42

力環境において形成した変異型アミロイド β（D7N）の残基）を対象とし，アミロイド線維の精密構造解析を行線維に関しても特徴的な線維構造を示唆する高分解能なうことを目的とした。今年度は，野生型アミロイド β に電顕像を取得しており，現在構造の精密化を進めている

加えて，および各種家族性変異型アミロイド β を対象に，

ところである。

地上もしくは宇宙（微小重力環境）にて形成したアミロ

微小重力下において形成される独特な形態のアミロイ

イド線維のクライオ電子顕微鏡による立体構造解析を実ド線維について，その詳細な構造を明らかにしていくこ施した。

とは，アミロイド線維が関わる疾患の発症機構の本質を分子のレベルで理解し，創薬研究に役立つものと期待さアミロイド線維のクライオ電子顕微鏡画像を丹念にクラス分けして 3 次元立体構造を再構築しなおしたところ，れる。

42. 真核生物の繊毛構築のための輸送機構の構造学的解明究
昆

隆英，今井

洋（大阪大学大学院･理学研究科）

村田和義，Song Chihong（生理学研究所 脳機能計測･支援センター）
真核生物の細胞表面から突出した毛状の構造を繊毛とク質の繊毛内の局在を明らかにするために，分子遺伝学的呼ぶ。繊毛が，波打ち運動することで，単細胞生物が移方法によりラベル導入を試みている。現在時点ではラベル

動でき，また，多細胞生物では，体表に水流を作り，捕導入法の諸検討を行っている段階であり，構造データ収集

食などに活用される。繊毛の内部構造は，単細胞生物かまでにはまだ時間を要する見込みである。

らヒトに至るまで進化の過程で高度に保存されている。

サブプロジェクトとして，繊毛運動を行う生物である

ヒトの繊毛の異常は，呼吸器不全，不妊，内臓逆位の疾

プラナリアの腹部の繊毛の観察を行った。プラナリアが患と強く関連するため，繊毛の研究は極めて重要である

滑走運動中に急速凍結法を行うという新たな手法を村田と言える。

博士と共同で開発し，凍結置換後に，形態を走査型電子

本研究では，筑波大学稲葉教授との共同研究により，繊顕微鏡で観察した。その結果，プラナリアが停止してい毛運動を駆動させるモータータンパク質であるダイニンに，る状態から滑走運動を始めるときに，繊毛密度を大きく直接結合する DYBLUP タンパク質を発見した。そして，モ変化させること，また，繊毛の形態が大きく変化するこデル生物である緑藻クラミドモナス（ Chlamydomonasとが明らかとなった。現在，この結果を論文にまとめて

reinhardtii）を用いて，DYBLUP の局在を昨年度報告した。

いる。

その後，ダイニンの活性をリン酸化により制御するタンパ

151

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

43. 心臓神経節細胞における神経伝達物質ヒスタミンの作用機序解明佐藤彩（北里大学大学院医療系研究科）
石橋仁（北里大学医療衛生学部）

アレルギー発症時には心臓周囲の肥満細胞から放出さウンするための shRNA，および Cripr-Cas9（gRNA）の配れたヒスタミンが副交感神経節後神経である心臓神経節列設計と作製を進めた。今後これらを用いて，生体内で心細胞を興奮させる。しかし既存の方法ではヒスタミン受容

臓神経節細胞特異的なノックダウンが可能かどうかを調体サブタイプ毎の機能解析が困難であった。本研究の目的べる予定である。また，受容体サブタイプ（H1R, H2R）をは，受容体サブタイプを個々にノックダウンして，二光子可視化するために H1R-GFP，H2R-GFP 作製し，HeLa 細胞

顕微鏡による機能解析を行うことである。そこで本共同研での発現を確認した。今後，2 光子顕微鏡のイメージング

究では，今年度までに受容体サブタイプを個々にノックダ

でヒスタミン受容体の機能変化を観察する予定である。

44. 多光子顕微鏡のための超短光パルスファイバーレーザーの開発
藤貴夫（豊田工業大学）

村越秀治（生理学研究所）
多光子顕微鏡の光源としては，高いピーク出力をもっ用いて空間分解能の計測を行った。蛍光ビーズを 14%アたチタンサファイアレーザーを使うことがほとんどであクリルアミドゲルに包埋し，3 光子顕微鏡下で観察を行るが，波長は 650-1000 nm 程度に限定されている。3 光ったところ，空間分解能は x-y 方向が 0.75 μm，z 方向が子顕微鏡で有用な波長である 1300 nm と 1800 nm の波長

2.1 μm（励起体積 0.72 fL）であった。920 nm の 2 光子励で発振し，十分なピーク出力と平均出力をもったファイ

起の場合と比較しても遜色のない空間分解能が得られた。

バーレーザーを開発して，それらを多光子顕微鏡に応用

また，TurboFP635 を HeLa 細胞に発現させ，3 光子顕することを本研究の目的とする。豊田工業大学において

微鏡下での観察に成功した。吸収のピークは 588 nm に開発したファイバーレーザーを生理学研究所の多光子顕あり，1800 nm の 3 分の 1 が 600 nm であることから考え

微鏡室に持ち込み，実際に生きた動物を対象とした実験ても波長が近く最適なプローブである。さらに，シアンを行うことを目標としていた。

蛍光タンパク質（mTurquoise2）と緑色蛍光タンパク質1800 nm のレーザーは，エルビウム添加ファイバー（mEGFP）の 4 光子励起蛍光イメージングにおいても，（Er:fiber）レーザーを基本としている。50 MHz の繰り返高いコントラストでの観察に成功した。

し周波数でフェムト秒パルスを発生する Er:fiber 発振器

次に，海馬スライスの CA1 領域にアデノ随伴ウイルス

からの出力について，音響光学素子（AOM）によって繰を用いて TuboFP635 を導入し，3 光子顕微鏡下で観察をり返し周波数を 500 kHz にしてから増幅し，その 1550 nm行った。高いコントラストで細胞体や個々のスパインのの波長をラマンシフトファイバーによって，1800 nm 程観察に成功した。

度にまで変換した。その出力パルスを 10 ps 程度まで伸そして，個体マウスにおいて神経細胞観察を試みた。

長し，ツリウム添加フッ化物ファイバーを増幅媒質とし生後 9 週齢マウスの大脳皮質において，TurboFP635 をコた増幅器によって増幅することで，2 μJ 程度の出力を得ードするアデノ随伴ウイルスを脳表面から 1200, 800, 400,た。それに対して，パルス圧縮を行い，150 fs 程度のパル

200 μm の位置に導入した。ウイルス導入から 14 日後にス幅をもったパルスを得た。このレーザーシステム出力観察を行った。この結果，大脳皮質深部 800 μm 程度におを多光子顕微鏡に導入した。

いて神経細胞体の観察に成功した。

3 光子顕微鏡では，まず，直径 0.2 μm の蛍光ビーズを152

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告45. アルギン酸ゲル包埋したラット膵島のガラス化保存と糖尿病モデルへの移植
保地眞一（信州大学繊維学部）
平林真澄（生理学研究所）
膵島の保存技術が確立されれば，インスリン投与とい下限量である。また移植膵島の生着の成否は速やかな血う対処療法が主流の 型糖尿病治療に膵島移植という管新生誘導によって影響されるので，SSF スポンジに血根治療法を追加できる。本研究の目的はインスリン離脱

管上皮細胞成長因子（VEGF）を添加した実験区も設定しにつながる移植用膵島の保存技術を確立することで，前た。新鮮対照膵島 550 個の腎被膜下移植における治癒率

年度にラット膵島のガラス化保存デバイスとしてナイロ（血糖値<200 mg/dl）は 60 % だったが，ナイロンメッシ

ンメッシュと同等の有効性を証明したシルクフィブロイュデバイス上でガラス化・加温し，回収した比較対照膵

ン製スポンジ（SFS）の生体適合性に着目し，今年度は加島 550 個を移植しても治癒例は得られなかった。SFS デ温膵島を SFS デバイスに搭載したままで糖尿病モデルラ

バイスをスキャフォルドにも利用するガラス化・加温膵

ットの腎被膜下に移植する実験を行った。BN 雄ラット

島の移植においても治癒率は 0 % だったが，VEGF のトの膵臓から単離した外径 101〜200-µm の膵島を 24 時間

ランスポーターとしての役割を SFS デバイスに追加した培養後，直径 8-mm の SFS ディスクに 550 個を搭載して場合には 33 % のレシピエントラットの血糖値が正常化

SSV 法によってガラス化保存した。この 550 個という膵した。以上，SFS はガラス化デバイスとしてだけでなく，島量は，ストレプトゾトシンの静脈内投与により高血糖移植膵島のスキャフォルドやサイトカインの DDS デバ（>350 mg/dl）誘起した BN ラット 1 匹の治癒に必要なイスとしても機能できる素材であると実証した。

46. ラット・ウサギの発生エピゲノム比較解析
小林久人（奈良県立医科大学），平林真澄（生理学研究所）
ラット・ウサギはマウスと同様に実験動物として長い“ゲノム刷り込み機構”に着目し，哺乳動物種ごとの刷歴史があり，医学や生物学（特に生理学など）の分野でり込み遺伝子座の全容（インプリントーム）を明らかに

モデル生物として用いられる。一方で，発生工学的技術するため，ラット胚の対立遺伝子（アレル）別解析を行の開発はマウスが圧倒的に先行しており，ヒトを念頭にった。異なる 2 系統ラットの交雑より得られた F1 ラッ

おいた遺伝学・発生学分野における優れたモデル動物とト胚より DNA，RNA を回収し，RNA-seq および全ゲノ

して主にマウスが利用されている。近年，ヒト・マウス

ムバイサルファイトシーケンス（WGBS）を行った。RNA-

初期発生過程における DNA メチル化，ヒストン修飾な

seq のアレル別解析により，マウスにおける既知の刷り

どのエピゲノム情報解析が数多く報告されており，各細込み遺伝子に加え，複数のラット特異的な新規刷り込み

胞系譜分岐の決定に重要なプロセスの詳細が明らかにな

遺伝子を特定することに成功した（図１）。それらは胚りつつあるが，ヒト・マウス間にみられる発生機序の種体外組織でのみ刷り込み発現を示すことから，胎盤組織間差の原因は不明な点が多い。そこで発生モデル動物と系列における刷り込み機構の多様性が示唆される。また，

してのラット・ウサギの価値を再評価し，胚発生・生殖ラット新規刷り込み遺伝子をマウス，ヒトと比較した結細胞形成過程のエピゲノム情報についてラット・ウサギ

果，卵子への H3K27me3 修飾，ZFP57 結合モチーフの出を含む複数の哺乳動物種間の比較解析を行うことにより，

現，内在性レトロウイルスプロモーターの挿入など，種

哺乳動物発生過程におけるエピゲノムパターンの種間差

特異的な刷り込み発現が確立される複数のメカニズムがをもたらす要因の特定することを研究目標とした。

あることが明らかになった。このように，ラットのイン
プリントームの特徴づけは，刷り込み遺伝子発現の保存

我々は生殖細胞の性の記録が受精後にも引き継がれる153

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告

性と種特異的刷り込みの成立機序の解明につながる。さへの誘導に成功し，PGCLC の精巣移植により精子誘導おらにウサギを利用した同様の実験を計画している。

よび産仔に成功した（Science, in press）。哺乳動物での試

また以前我々は PRDM14 遺伝子改変ラットを作製し，験管内生殖細胞再構築系を利用した繁殖の成功はマウス

始原生殖細胞（PGC）の RNA-seq 解析を行っているに次いで２例目である。本研究はマウスとヒト間の進化（Development, 2020）。さらに，ラット ES 細胞からエピ学上のギャップを埋め，各動物の発生・生殖工学的理解

ブラスト様細胞（EpiLC）および PGC 様細胞（PGCLC）を深める極めて重要な意義があると言える。

47. ラットにおける効率的な精子幹細胞移植法の確立
中村隼明（広島大学大学院統合生命科学研究科）
平林真澄（生理学研究所）
精子幹細胞は，予め生殖細胞を除去した宿主の精巣内にその結果，精巣細胞 5×105 個あたりのコロニー数は，ラ

移植すると，生着して完全な精子形成のコロニーを形成でットとマウスと同程度であった（12±1 個 vs 13.8±1.7 個）。

きる。しかし，ラットではマウスにおいて確立されたブス

一方，コロニーの長さは，ラットがマウスと比較して有意

ルファンの投与による生殖細胞の除去が技術的に困難でに長いことが明らかとなった（8.0±1.2 mm vs 6.1±0.3あり，現状ではドナー精子幹細胞のコロニー形成効率が低mm）。ブスルファンを投与した宿主ラット精巣の 90 % 以い。そこで，本研究はラットにおいて生殖細胞不全モデル

上の領域において，内在性生殖細胞に由来する精子形成がと，ドナー精子幹細胞の運命を制御する技術の有用性を検回復していた。このため，宿主精巣内では，ドナーと宿主討し，実用レベルの移植法を確立することを目的とする。

由来の精子幹細胞の細胞競合を起こり，ドナー精子幹細胞

本年度は，ラットにおける精子幹細胞の移植法を確立し，は本来の活性を十分に発揮できなかったと推察される。生得られた結果をますと比較することで，基礎的な知見を収

殖細胞の形成に不可欠な Prdm14 遺伝子の機能破壊ラッ

集した。ドナー細胞は，全身で td-Tomato を発現するラット（生理学研究所の平林真澄博士より譲渡）の精巣を解析

ト（Rosa-tdTomato: 生理学研究所の平林真澄博士より譲渡）した結果，生殖細胞は完全に枯渇していたが，その支持細の精巣を単一細胞に解離して調整した。2 週齢の野生型ラ胞であるセルトリ細胞は野生型と同程度残されているこットにブスルファン 12 mg/kg を腹腔内投与し，3 週間後にとが明らかとなった。以上の結果より，ドナー精子幹細胞

5×105を Prdm14 機能破壊ラットの精巣へ移植することで，内個) を宿主ラット精巣の精細管内に注入し，90 日後に在性精子幹細胞との細胞競合がなくなり，コロニー数と長tdTomato 陽性の精子形成コロニーの数と長さを測定した。

さが改善されると期待される。

移植の宿主として用いた。精巣細胞の懸濁液 (約154生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告48. 高糖摂食に伴うショウジョウバエ腸管上皮細胞の形態変化の電子顕微鏡を用いた解析
丹羽隆介（筑波大学生存ダイナミクス研究センター）
泉裕士（生理学研究所細胞構造研究部門）

定サンプルの超薄切片を作製し，腸管腔の状態や腸管上

自然界に生息している生物は，様々な種類の食糧を摂皮細胞の形態を透過型電子顕微鏡で観察した。

取するジェネラリストと，特定の食糧のみを摂取するス
ペシャリストに大きく分けることができる。モデル動物

結果と考察：キイロショウジョウバエ成虫においては，であるショウジョウバエ属昆虫の場合，キイロショウジ

通常餌あるいは高糖餌のいずれを摂取させた場合でも，

ョウバエ Drosophila melanogaster は様々な糖度の野菜

腸管は正常な単層上皮構造を保持した。一方で，セイシや果物，腐敗した植物を摂取しているジェネラリストでェルショウジョウバエ成虫においては，高糖餌で飼育しある。一方で，セイシェルショウジョウバエ D. sechellia

た際，腸上皮細胞に高頻度に異常な重層化が認められた。

は，低糖度の食物であるヤエヤマアオキのみを摂取する

こうした重層化は通常食で飼育したセイシェルショウジ

スペシャリストである。そして，我々の先行研究から，

ョウバエ成虫の腸管では観察されなかった。他方，微絨キイロショウジョウバエと比較して，セイシェルショウ

毛や septate junction の構造を見る限り，上皮細胞の極性

ジョウバエは高糖食に対する適応能力が低いこと，そしに明確な異常を見出すことはできなかった。以上の透過て高糖食で飼育したセイシェルショウジョウバエ成虫の型電子顕微鏡を用いた観察は，併行して行っていた上皮

腸上皮構造には顕著な形態異常が生じることが分かって

細胞極性マーカーによる免疫染色のデータと一致した。

いる（未発表）。本研究では，餌中の高糖食摂取時の２以上の結果から，高糖食は，キイロショウジョウバエの種のショウジョウバエ成虫の中腸上皮細胞の形態を，透腸上皮には大きな影響を与えないが，セイセルショウジ

過型電子顕微鏡を用いて解析することを目的とした。

ョウバエの腸上皮の構築に，細胞の頂部―基部軸の極性制御とは別の仕組みを通じて影響を及ぼすことを結論づ方法：キイロショウジョウバエあるいはセイシェルショウジョウバエ成虫を，通常餌（8 % グルコース含有）あるいは高糖餌（30 % グルコース含有）で数日間飼育し，けた。
現在，一連の表現型を記載した論文の投稿を準備中である。

解剖によって腸を摘出し，組織を固定した。その後，固49. 嗅覚から消化器応答にいたる神経回路のマッピング
村田航志（福井大学学術研究院医学系部門脳形態機能学分野）
本研究では食べ物の匂い感覚で胃液および唾液が分泌発現の見られる細胞を可視化，顕微鏡撮影し，標識されされる神経機構の解明を目指す。シナプス接続に沿ってたニューロン群の分布を評価した。これまでに，副交感ニューロン群を多段階逆行性標識する仮性狂犬病ウイル

神経出力核である迷走神経背側運動核および唾液核をはス(pseudorabies virus, 以下 PRV）を用いて，嗅覚中枢かじめ，延髄縫線核や視床下部，扁桃体領域など複数の領ら胃および唾液腺を支配する自律神経の脳内出力核に至域に PRV 感染によって蛍光タンパク質を発現するニュる神経回路の全体像をマッピングする。

ーロン群が見いだされた。PRV 注入から 4-5 日後のサン

蛍光タンパク質を発現誘導する PRV を成体マウスのプルでは，嗅覚野領域においても PRV 感染ニューロンが胃壁もしくは顎下腺に注入し，2, 3, 4, または 5 日後に動観察された。引き続き，PRV 感染ニューロン群の脳内分物を灌流固定し，脳・脊髄を摘出した。摘出したサンプ

布を評価し，胃および唾液腺の制御に関わる神経回路とルの薄切標本を作成し，免疫染色により蛍光タンパク質

嗅覚野の関与を明らかにする。

155

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

一般共同研究報告50. 末梢臓器支配の神経経路解析
檜山武史（岡山大学）
ら上位中枢に至る経路を標識し，支配臓器ごとの経路を自律神経や感覚神経などの末梢神経は様々な臓器を支比較することを目的に実施した。

配している。例えば，交感神経系は脳の室傍核や, 延髄の吻側延髄腹外側部 (RVLM)のニューロンが脊髄の中間

マウスの腹腔神経節が支配している臓器の中から２か外側核に投射している。そこにある節前ニューロンにに所，上頸神経節や星状神経節が支配している臓器の中かシナプスを形成し，その神経信号が脊髄神経節（交感神ら２か所を選び，緑色蛍光タンパク質（Green fluorescent経鎖）や椎前神経節（上頸神経節，腹腔神経節，上腸間protein，GFP）または赤色蛍光タンパク質（Red fluorescent

膜神経節，大動脈腎動脈神経節など）を介して各臓器にprotein，RFP）を発現する PRV を感染させた。２日目お伝達される。

よび３日目に灌流固定し，神経節や脊髄，脳を取り出して観察した。

こうした神経情報が臓器に関わらず一様なのか，臓器ごとに異なる信号を送っているのかは，結論は出ていな

2 日目に固定したマウスでは交感神経節までしか蛍光い。また，自律神経節や後根神経節の中で支配臓器ごとが観察されなかった。一方，３日目に固定したマウスでの分布がどうなっているのか，明らかになっていない。

は，蛍光は弱いものの，脊髄の中間外側核まで蛍光が観もしも，臓器ごとに異なる信号を送っているのであれば，察された。しかし，その上位にあたる脳では蛍光は観察

中枢から臓器に至る伝達経路も臓器ごとに独立している

されず，抗 GFP 抗体や抗 RFP 抗体を用いた免疫染色を可能性がある。

行っても発現を検出することができなかった。
次年度，PRV の投与量と固定までの時間を調整し，解本研究は，シナプスを超えて逆行性に感染する仮性狂
犬病ウイルス（Pseudorabies virus，PRV）を用いて臓器か析を進めていく予定である。

51. ウイルス感染細胞の電子顕微鏡観察
中山英美（大阪大学微生物病研究所）
武市裕介，山田幸子，ソン チホン，村田和義（生理学研究所）
SARS-CoV-2 を感染させた培養細胞において光学顕微

脂に包埋したあと，シャーレに記された番地を頼りに光鏡下で空胞様変性が観察された。これがウイルス粒子 を顕像と同じ場所を切り出して薄切し， 電子顕微鏡下でそ含む ERGIC（小胞体-ゴルジ体中間区画）であるか否かをの空胞変性の様子を観察した。結果，細胞外には複製さ検証するため，光顕電顕相関観察法を用いて光顕下で観れたウイルス粒子が多数観察されたが，空胞変性した察される空胞様変性と同じ場所を電子顕微鏡下で観察し

ERGIC において同様のウイルス粒子は観察されなかった。個々の細胞の場所を特定できるように番地のついたた。引き続き空胞変性を起こした細胞内を電子顕微鏡で碁盤目状の格子が施された特殊なシャーレの中で Vero

観察した結果，ERGIC とは異なる小胞内で増殖するウイ細胞を培養し，これに SARS-CoV-2 を感染させた。そしルス粒子を確認することができた。このことから，空胞て，ウイルス増殖期に空胞様変性を起こした細胞とその変性はウイルスの感染により引き起こされるが，複製さ空胞の光顕像を記録した。これをグルタルアルデヒドでれたウイルスが溜まって引き起こされるものではないこ

固定して完全に無毒化したあと，阪大微研から生 理学研とがわかった。

究所に送付した。生理研では，その固定試料を脱水後樹156

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

計画共同研究報告
〔

目

次

〕

1. 脳の左右を決定する新規遺伝子変異 ······················································································ 161
2. 新規 TRP チャネル病の発症メカニズム解明 ············································································ 161
3. 摂食と生殖を制御するエネルギーセンサー細胞とその神経経路の同定 ········································· 161
4. CRISPR/Cas9 system による受容体特異的 Cre ノックインマウスの作製と in vivo imaging による虚血再灌流障害機構の解明 ········································································································ 162
5. 神経傷害に対する PACAP の神経細胞死抑制機構の解析 ···························································· 163
6. L-DOPA 受容体 GPR143 の局在解析 ······················································································ 163
7. RNA 顆粒の動的性質と学習・記憶との関連の解析 ··································································· 164
8. 哺乳類の生殖機能を制御する脳内メカニズム解明のための遺伝子改変モデルの作製 ······················· 164
9. 選択的シナプス形成の制御メカニズム ··················································································· 165
10. 神経細胞の個性がつくる機能的回路形成メカニズム ································································· 166
11. 脳の構造形成，機能化に関わる遺伝子の解析 ·········································································· 166
12. TRPC6 KYD 変異体マウスの作製 ·························································································· 167
13. セピアプテリン還元酵素遺伝子改変マウスを用いたジストニア・パーキンソニズム発症機構の解析······ 168
14. シナプス伝達修飾機構から見た大脳基底核の直接路および間接路の機能 ······································ 168
15. ドーパミン受容体及び NMDA 受容体改変マウスを用いた運動制御と記憶学習機能の解析 ··············· 169
16. Olig2 アストロサイトに特異的に発現するトランスポーターSLC7A10 の同定 ································ 170
17. 摂食調節ペプチドによるエネルギー代謝調節機構の解明 ··························································· 171
18. GLP-1 の<求心性迷走神経→視床下部→遠心性交感神経>軸を介した代謝調節機構の解明 ················ 171
19. 生理活性脂質が TRPV に与える影響の評価············································································· 172
20. 温度感受性 TRP チャネル活性化における細胞膜脂質の役割 ······················································· 172
21. 7 回膜貫通型の温度受容体候補分子を介した温度センシングの生理学的解析 ································ 173
22. プリン作動性受容体 P2Y6R を標的とした慢性炎症の新規治療法の開発 ······································· 173
23. 生後脳内を移動する新生ニューロンと周囲の細胞群の超微細構造の解析 ······································ 174
24. 三次元走査型顕微鏡観察技術を用いたシナプス結合の定量的微細構造解析法の確立とその応用 ········ 174
25. Serial block-face 走査型電子顕微鏡を用いた腸管粘膜固有層内細胞集団の発生学的解析···················· 175
26. 社会ストレスによる脳組織の超微細な細胞生物学的変化とその機序・役割の解明 ·························· 176
27. Study of wheat male meiosis by serial block-face scanning electron microscopy ······································ 176
28. ヒト副腎皮質疾患における副腎組織及び腎組織の細胞内小器官の超微形態学的変化に関する検討 ····· 177
29. 原索動物神経回路の三次元超微細形態学的解析 ······································································· 177
30. 生後環境による神経細胞の超微細構造の変化を深層学習で効率的に解析する ································ 178
31. 大脳皮質ニューロンの微細構造の解析 ··················································································· 179
32. 家族性中枢性尿崩症のバソプレシンニューロンにおける小胞体内凝集体形成機序の解明 ················· 179
33. 神経幹細胞からニューロン，グリア細胞への分化過程の形態学的解析 ········································· 180
34. バクテリア DNA 凝集構造の位相差電子顕微鏡による観察 ························································· 180
35. インフルエンザウイルス RNA ポリメラーゼと阻害抗体複合体のクライオ電子顕微鏡単粒子解析 ······ 181
36. 先端電子顕微鏡による海底微生物の細胞構造解析 ···································································· 181
37. 緑藻クラミドモナスの光化学系 II 超分子複合体の構造解析 ······················································· 182

159

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告38. クライオ電子顕微鏡を用いた CD38 の膜トポロジーの解明 ························································ 182
39. Major vault protein により構成される原生生物のオルガネラ kinetocyst の分子構築 ··························· 183
40. ミクログリア生理機能の探索と病態への検証 ·········································································· 184
41. 多光子顕微鏡を用いた嗅球ニューロンのターンオーバーを制御するグリア細胞及び血管の機能解析 ····· 185
42. 求心性迷走神経活動による延髄孤束核神経活動変化の in vivo イメージング ·································· 185
43. 海馬シナプスにおける入力側依存性左右差の形成機構 ······························································ 186
44. 皮質・基底核・視床回路を解析する研究 ················································································ 186
45. 従来型解析にバイオインフォマティクスを取り入れた新規長鎖遺伝子の機能解明 ·························· 187
46. 光計測と光刺激を用いた脳機能作動原理の研究 ······································································· 187
47. 体液恒常性を制御する神経機構の解明 ··················································································· 188
48. 大脳皮質運動野から脊髄および大脳基底核へ投射する神経経路の機能解明 ··································· 189
49. 意欲行動における腹側海馬-腹側線条体回路の機能解明 ····························································· 189
50. 広視野 2 光子顕微鏡によるマウス大脳皮質広域 Ca2+イメージングに向けたウイルスベクター開発と導入法の確立 ···················································································································· 190
51. 前シナプス分子基盤による神経回路形成・維持機構の解析 ························································ 190
52. 中枢神経系における L-DOPA 受容体 GPR143 の役割解明 ·························································· 191
53. アデノ随伴ウイルス遺伝子導入を用いた神経発生および恒常性維持の分子メカニズム解析 ·············· 191
54. ウイルスベクターを用いた嗅覚中枢神経回路の構造と機能の解析 ··············································· 192
55. ウイルスベクターを用いた経路選択的遺伝子操作による霊長類神経回路の機能解析 ······················· 192
56. 報酬学習の神経回路機構解明に資する技術開発 ······································································· 193
57. ウィルスベクターを用いた末梢-中枢神経回路ネットワークの解明 ·············································· 193
58. 脳の発生に関わる脂質関連タンパク質の研究 ·········································································· 194
59. 自己免疫性小脳性運動失調症に関連する抗神経抗体の標的抗原蛋白の同定 ··································· 194
60. イネキシンヘミチャネルの開閉制御機構 ················································································ 195
61. 生物多様性に基づく膜タンパク質の生理機能と分子動作原理の解明 ············································ 196
62. 動物の光受容タンパク質オプシンのダイナミックな機能変換を利用した光遺伝学ツールの開発 ········ 196
63. 「新規骨格を有する 2 光子励起色素」創製を目指した設計・合成・構造解析・機能評価研究 ··········· 197
64. 安静時脳内ネットワークのダイナミズムの臨床応用 ································································· 198
65. 経頭蓋静磁場刺激によるヒト脳可塑性の神経生理学的探索 ························································ 198
66.頭蓋内電極を用いたてんかん病態下の脳内ネットワーク機構とてんかん病態の解明 ························· 199
67. 脳波ダイナミクスに着目した脳卒中機能回復原理の解明 ··························································· 199
68. 運動異常症の脳内電位の同期現象 ························································································· 200
69. 下垂体後葉ホルモンの分子・機能進化に関する研究 ································································· 200
70. Neural Mass model によるヒト脳波の興奮/抑制性バランスの定量化 ·············································· 201
71. 小胞放出を抑制した海馬シナプスの３次元微細形態解析 ··························································· 202

160

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

1. 脳の左右を決定する新規遺伝子変異
重本隆一（IST Austria）
平林真澄，三寳誠（生理学研究所）

我々は，マウスの海馬において入力側依存的な左右非パーにて IST Austria に送付，embryo transfer で産仔を得対称性が存在することを発見し，さらに脳の両側が右のることができた。ところが，得られた産仔の遺伝子解析

フェノタイプ，逆に両側が左のフェノタイプを示す変異で期待された変異を持つ個体が見つかったものの，周辺マウスを発見した。一昨年度までの基生研共同利用研究に off target とみられる InDel 変異が存在するものばかり

によってこの左右のフェノタイプを決めると思われる

で，目的変異のみの個体はまだ得られていない。さらに遺伝子変異を同定したので，この変異を導入したノック

新たな guide RNA を選択して同様に変異を持つ産仔が得インマウスを作成し，予想通りの右および左のフェノタられたが，やはり InDel 変異を伴うものばかりという結イプを示すことを証明することを試みた。同定した遺伝果になった。次年度は，conventional な方法に戻って目的

子変異（右のフェノタイプを左のフェノタイプに変化さ

遺伝子変異のみが挿入されたマウスの作成を目指す。そせる）を CRISPR/cas9 法を用いて C57BL6 マウス受精卵れが得られた場合は，左右入力 CA3-CA1 シナプスのサに導入し，2-cell stage にて凍結し，それらをドライシッ

イズを測定することによって，フェノタイプを確認する。

2. 新規 TRP チャネル病の発症メカニズム解明
鈴木喜郎（岩手医科大学生理学講座統合生理学分野）
平林真澄，三寳誠（生理学研究所）

胎盤における母子間 Ca2+ 輸送は，脳や心臓などの胎児て生理学研究所において凍結受精卵を作成し，岩手医科

組織の正常な発達にとって必須であるとともに，胎児の大学動物研究センターに輸送後，個体化を行った。2 ラ骨形成のために重要な役割を果たしている。我々は Ca2+

インとも個体化および系統維持に成功し，現在，オフタ

選択性チャネル TRPV6 遺伝子変異によって母子間 Ca2+

ーゲット除去のためバッククロスを行っている。

輸送低下による新生児期副甲状腺機能亢進症を発症す

今後，バッククロスの完了したこれら 2 ラインのマウることを報告した。本研究の目的は，本疾患の原因変異

スを掛け合わせた際に新生児副甲状腺機能亢進症を発症をゲノム編集によってマウスに導入し，疾患の発症メカするかどうかを解析する。さらに別のタイプの変異（アンニズムを個体レベルで明らかにすることである。

キリンリピートドメイン変異）についても作成・解析を行

本年度は，細胞内 Ca2+ 濃度上昇を起こす G450E 変異う。さらに母体ビタミンＤ欠乏が疾患の発症にどの程度関体，および細胞膜に移行できない R424Q 変異体の作成を与しているのかを明らかにし，疾患発症には遺伝子変異だ行った。昨年度に作成した両変異体の F0 マウスについけでなく環境因子も重要であることを証明したい。

3. 摂食と生殖を制御するエネルギーセンサー細胞とその神経経路の同定
松田二子，佐藤真梨萌（東京大学 大学院農学生命科学研究科 獣医学専攻）
平林真澄（生理学研究所）
後脳には，低栄養状態を感知して，糖新生，摂食およ

脳において低栄養を感知しているのは，脳室壁上に並ぶび生殖機能を制御する機構が存在する。これまでに，後上衣細胞である可能性が示唆されてきた。本研究では，

161

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

後脳の上衣細胞と糖新生，摂食および生殖機能を制御す

後脳脳室に，ジメチルスルホキシドに溶解したタモキシ

る神経細胞間の神経伝達経路を明らかにすることを目フェン（10 mg/mL）を 1 μL 投与した。投与から 1 週間的とした。

後，脳を採材し，免疫組織化学染色法により WGA の局神経経路を可視化するため，以下 2 種類の遺伝子組換

在を解析した。

えマウスを利用した：①全身性に Cre 存在下で越シナプ

WGA の免疫陽性反応は，第 4 脳室および脊髄中心管

ス性トレーサーであるコムギ胚芽凝集素（WGA）を発現の上衣細胞および脳幹実質の細胞において確認された。

するマウス（CAG-STOP floxed-WGA-2A-GFP マウス）②

また，側脳室や第 3 脳室などの前脳脳室の上衣細胞では，上衣細胞で Cre を発現し，タモキシフェン依存性に Cre

WGA の免疫陽性反応は確認されなかった。

が作動するマウス（Vim-Cre-ERT2 マウス）。これらの遺以上から，後脳の上衣細胞は脳幹の細胞との間に神経伝子組換えマウスを交配することで，タモキシフェン依伝達経路を形成していることが明らかとなった。したが存性に WGA を上衣細胞に発現するマウス（CAG-STOPって，後脳の上衣細胞が低栄養を感知すると，シグナル

floxed-WGA-2A-GFP/ Vim-Cre-ERT2 マウス）を作出した。

を脳幹の細胞へと伝達し，糖新生，摂食および生殖機能

CAG-STOP floxed-WGA-2A-GFP/ Vim-Cre-ERT2 マウスのを制御する可能性が示唆された。

4. CRISPR/Cas9 system による受容体特異的 Cre ノックインマウスの作製とin vivo imaging による虚血再灌流障害機構の解明
城愛理（順天堂大学 大学院医学研究科）
平林真澄，三寳誠（生理学研究所）

いて虚血再灌流モデルにおける生体カルシウムイメー

申請者は脳虚血再灌流障害における血管細胞応答の時空間ダイナミクスを解明するため，ペリサイト特異的

ジングを行う予定である。

にカルシウムセンサーを発現するマウスを作製するこ

2) 虚血再灌流時のカルシウムイメージングの予備検討とを目的とした。2021 年度は，CRISPR/Cas9 システムに

2021 年度は生体カルシウムイメージングのための予より，ペリサイト特異的に Cre を恒常的に発現するノッ備検討として，野生型マウスを用いて以下の 2 点を行っ

クインマウスを作成するとともに，野生型マウスを用いた。まず，2 次元レーザードップラー血流計を用いて虚たイメージングの予備検討を行った。

血処置後の虚血に陥る範囲，および再開通処置によって

1) 細胞特異的 Cre 発現マウスの作成

血流が戻る範囲を特定し，イメージングの際に頭蓋骨を

CRISPR/Cas9 システムにより，ペリサイト特異的に Cre

削る範囲を決めた。更に，頭蓋骨に窓を開けてヘッドプを恒常的に発現するノックインマウスを作成し，in situ

レートをつけた状態で虚血および再開通処置を行い，窓hybridization (RNA scope)によって，ペリサイトでの Cre

内に虚血・再灌流範囲が入ることを確認した。

の発現を確認した。今後はこのマウスを，CAG-loxP-stop-

今後の予定としては，ペリサイト特異的に GCaMP を

loxP-GCaMP-F2A-mCherry 配 列 を 持 つ マウス （ RIKEN

発現するマウスが得られ次第，虚血再灌流における軽シ

BRC より入手予定) と交配させ，ペリサイト特異的にウムイメージングを開始する予定である。

GCaMP を発現するマウスを得，2）更にこのマウスを用

162

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告5. 神経傷害に対する PACAP の神経細胞死抑制機構の解析
平林敬浩（湘南医療大学 臨床医学研究所）
塩田清二（湘南医療大学 薬学部）
山下道生（星薬科大学 薬学部）
平林真澄，三寳誠（生理学研究所 遺伝子改変動物作製室）

下垂体アデニル酸シクラーゼ活性化ポリペプチドれた。この結果から，PAC1-R 遺伝子の欠損は胎生致死，（Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide, PACAP）

あるいは生後まもなくの死亡を引き起こす傾向がある

は主に神経組織で発現しており，生体内では下垂体ホル可能性が考えられた。

モン分泌，血管拡張，平滑筋収縮，アドレナリン分泌，また，PAC1 受容体遺伝子ヘテロ欠損マウス同士の交インシュリン分泌，免疫抑制作用，涙液，汗など外分泌配で得られた 胎仔（E14.5）より前脳を採取して神経前促進作用等，多様な機能を担っている。さらに近年，脳駆細胞の単離培養をした。その結果，野生型マウス，PAC1

虚血・脳梗塞モデル，脊髄損傷モデルといった神経傷害受容体遺伝子ホモ欠損マウス，それぞれ神経前駆細胞間モデル動物を用いた研究結果から，PACAP は，その 3 種の増殖速度に有意差は認められなかったが， PAC1 受容の受容体（PAC1 受容体，VPAC1 受容体，VPAC2 受容体遺伝子ホモ欠損マウス由来細胞の方が遅かった。上述体）のうち，PAC1 受容体を介して神経細胞死抑制作用のように， PAC1-R 遺伝子の欠損は胎生致死，あるいはを有することが明らかになっている。

生後まもなくの死亡を引き起こす可能性があることか

本研究において，PACAP による神経細胞死抑制作用のら，この結果は PAC1 受容体遺伝子欠損により神経前駆分子機構を明らかにすることを目的として PAC1 受容体細胞が細胞死を引き起こすことが起因している可能性

遺伝子改変マウスを作製し，PAC1 受容体遺伝子ヘテロが考えられる。この点については今後更なる解析が必要

欠損マウス同士の交配したところ，PAC1 受容体ホモ欠であると思われる。

損マウス数はメンデル比に比べて少ない傾向が認めら

6. L-DOPA 受容体 GPR143 の局在解析
増川太輝（横浜市立大学 医学部）
平林真澄，三寳誠（生理学研究所）

我々は，L-DOPA が神経伝達物質仮説を提唱し，それり確認した。この動物を交配し，複数個体の KI マウスをを実証してきた。L-DOPA は G タンパク質共役型受容体得た。3×flag-GPR143 発現をタンパク質レベルで確認すである GPR143 を媒介して生理作用を示すことが知られるため，ウェスタンブロット法を用いて検討したところ，ているが，その生体内分布や，詳細な局在は明らかとな

3×flag-GPR143 の発現は眼において認められたものの，っていない。そこで，GPR143 の発現をより詳細に明ら

その他，中枢神経系や末梢臓器においては確認できなか

かにすることを目的とし，GPR143 に 3×flag を付加したった。さらに，免疫染色を行ったが，3×flag-GPR143 のノックイン（KI）マウスを作製することにより検討した。

発現は確認できなかった。GPR143 をタンパク質レベル

ゲノム編集技術を用いて，GPR143 の N 末端に 3×で検出するには，抗 flag 抗体を用いたウェスタンブロッ

flag を付加したマウスを作製したところ，7 匹のファウ

トや免疫染色では，検出感度が不十分であると考えられンダーマウスが得られた。これらの動物のうち，1 匹にる。今後は，付加するタグの種類や部位の変更，検出感

正しく 3×flag が挿入されていることを sequence によ

度を上昇させる方法の導入が必要である。

163

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

7. RNA 顆粒の動的性質と学習・記憶との関連の解析
椎名伸之（基礎生物学研究所）
平林真澄，三寳神経細胞に存在する RNA 顆粒は液-液相分離によって

誠（生理学研究所）と蛍光イメージング解析を行った。

形成され，その流動性の制御が生理機能や疾患と密接に

RNG105-GFP の蛍光イメージングでは，まず，成熟マ

関わると考えられている。例えば生理条件下では，RNAウス脳の切片を作製し，大脳皮質や海馬神経の樹状突起

顆粒は樹状突起への mRNA 輸送及びシナプス入力依存における RNA 顆粒への RNG105-GFP の局在化を調べた。

的な局所的翻訳制御を担い，長期記憶の形成に重要な役予想に反して，RNG105-GFP の顆粒状の局在化は認めら割を果たす。一方，筋萎縮性側索硬化症や前頭側頭葉変れなかった。そこで，RNA 顆粒の形成を促進するストレ性症などの神経変性疾患では，RNA 顆粒に疾患原因遺伝

ス条件下での解析を行うことにした。大脳皮質由来神経子産物である TDP-43 や FUS が凝集化し，それが疾患の初代培養細胞に亜ヒ酸を投与して酸化ストレスを誘導原因になると考えられている。しかし，RNA 顆粒の流動

し，経時的蛍光イメージングを行ったところ，ストレス性の制御と生理機能・疾患との関連については多くが未依存的に RNG105-GFP が顆粒へ集積することを観察し知である。そこで本研究は，RNA 顆粒構成タンパク質でた。以上の結果は，GFP のノックインにより RNG105 がある G3BP1 及び RNG105 に GFP を融合した GFP ノック

RNA 顆粒への局在化能を失ったわけではないことを示

インマウスを作製し，学習・記憶や神経変性疾患におけした。内在性の RNG105 は生理条件下でも RNA 顆粒にる RNA 顆粒のダイナミクスを計測することを目的とし局在化することを考え合わせると，水親和性の高い GFPた。

の融合により，RNG105 の液-液相分離を起こす臨界濃度

昨年度（2020 年度）は，G3BP1 遺伝子に GFP 遺伝子が上昇したと推察された。したがって，今回得られたをノックインしたマウスを作製し，大脳皮質由来神経初RNG105-GFP ノックインマウスは，RNA 顆粒の凝集化が代培養細胞を蛍光顕微鏡下で観察することにより，起こりやすくなると考えられる神経変性疾患，ストレス，G3BP1-GFP の経時的蛍光イメージングを行った。今年度

加齢などにおける研究に使用することが適していると（2021 年度）は，RNG105-GFP ノックインマウスの作製考えられた。

8. 哺乳類の生殖機能を制御する脳内メカニズム解明のための遺伝子改変モデルの作製
束村博子，上野山賀久，井上直子，長江麻佑子，山田晃熙，滝沢麻里奈（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）
本研究では，神経内分泌学研究に重要な実験動物モデ

ンニューロン群が卵胞発育を制御し，前腹側室周囲核にルとして遺伝子改変ラットを作製し，生殖中枢キスペプ

位置するキスペプチンニューロン群が排卵を制御する

チンニューロンやそれに関連するニューロンの機能解ことを明らかにしてきた。

析を通じて，キスペプチンニューロンを中心とした哺乳本年度は，本研究で昨年度に作製した Kiss1-Cre ラッ類の生殖機能を制御する脳内メカニズムの解明を目指

トを評価する目的で，同ラットを Cre リコンビナーゼ依している。キスペプチンは性腺刺激ホルモン放出ホルモ

存的に赤色蛍光を発現するレポーターラットと交配しン (GnRH) 分泌を制御する神経ペプチドであり，卵胞発た。その結果，キスペプチンニューロンを常時可視化で育と排卵という生殖のふたつの重要なイベントを制御きるラットの作出に成功した。さらに，キスペプチンニする。これまでに，本研究で作出した遺伝子改変ラット

ューロン常時可視化ラットを用いて，出生直後から成熟などを用いて，視床下部の弓状核に位置するキスペプチ

期までのキスペプチンニューロンの発達を継時的に解164

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告がエストロジェン依存性の Kiss1 発現抑制を仲介するこ析した。現在，本実験結果を論文にまとめている。
また，キスペプチンニューロン常時可視化ラットより，とを示唆した。現在，本実験結果を論文にまとめている。

弓状核および前腹側室周囲核の細胞を単離し，蛍光活性また，本研究で作製した Oprk1-Cre ラットを評価する

化セルソーティングによるキスペプチンニューロンの目的で，同様の実験を実施した他，2 群のキスペプチン

分取のための予備実験を実施している。

ニューロンの生理的役割を明らかにする目的で，小胞グ

さらに，Kiss1-Cre ラットの弓状核にエストロジェン受

ルタミン酸トランスポーターVGLUT2，エストロジェン

容体 α のコリプレッサー候補の shRNA を投与し，Kiss1

受容体 α，ダイノルフィンを標的とし，各遺伝子の前後発現に及ぼす影響を検討したところ，候補コリプレッサに loxP 配列を挿入した floxed ラットの作製に向け，ターのノックダウンにより弓状核における Kiss1 発現細胞

ーゲティングベクターの作製を進めた。

数が有意に増加することを見出し，候補コリプレッサー

9. 選択的シナプス形成の制御メカニズム金子涼輔（大阪大学大学院生命機能研究科）
平林真澄，三寳誠（生理学研究所）

ニューロンは適切な相手を選択してシナプス形成すを調べる。[2] cPcdh 発現パターンと選択的シナプス形成

る。例えば，小脳プルキンエ細胞は１本のみの登上線維との関係解明: それぞれの S-type cPcdh は成熟した小脳と結合する。シナプス形成を制御するメカニズムは解明

プルキンエ細胞において単一細胞レベルで確率論的にされつつあるが，シナプス結合パートナーの選択メカニ発現する。しかし，発現レベルが比較的低い，登上線維

ズムには不明な点が多い。

での発現様式やシナプス形成期の発現様式は不明であ

本研究では申請者らの知見「個々のニューロンごとにる。さらに，シナプス結合している登上線維-プルキンエ

異なるクラスター型プロトカドヘリン（cPcdh）の発現パ

細胞での cPcdh 発現様式の解析はこれら神経の細胞体がターン」（Kaneko et al, J Biol Chem, 2006; Hirano, Kaneko

2 mm 以上離れて存在するため解析困難である。
そこで，et al, Front Mol Neurosci, 2012）を足がかりとして，選択

単一 cPcdh 発現を蛍光タンパク質にて可視化できるマウ

的シナプス形成の制御メカニズムを解明する。

スを作製し，これら困難を克服する。

具体的には，マウス小脳の登上線維-プルキンエ細胞シ

今年度は以下の如く進展した。[1] cPcdh 遺伝子改変マ

ナプスをモデルとし，仮説「同じ cPcdh を発現するニュウスの作製：53 種類の S-type cPcdh の遺伝子数を 1 種類

ーロン同士が結合する」を検証する。そのため，以下２に減少させたマウス作製を行った。ゲノム編集ツールを課題を行う。[1] cPcdh 遺伝子改変マウスの作製：58 種類

マウス受精卵へ注入し，候補マウスが得られている。[2]の cPcdh のうち S-type cPcdh に分類される 53 種類が選択

cPcdh 発現パターンと選択的シナプス形成との関係解明:

的シナプス形成へ関与すると想定されている。本研究で53 種類の S-type cPcdh のうち，Pcdhb3 をターゲットとしはゲノム編集法を用いて，この S-type cPcdh の遺伝子数た。ターゲティングベクターが完成したため，次年度はを減少させた遺伝子改変マウスを作製する。その後，本マウス作製を行う。

マウスの登上線維-プルキンエ細胞シナプスの結合状態

165

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

10. 神経細胞の個性がつくる機能的回路形成メカニズム八木健，足澤悦子，金子涼輔，樋口流音（大阪大学･大学院生命機能研究科）
平林真澄，三寳誠（自然科学研究機構･生理学研究所）

マウスで 58 種類の遺伝子からなる細胞接着分子クラ損マウスが死亡することから，変異マウスを得ることがスター型プロトカドヘリン（Pcdh）は個々の神経細胞でできなかったが，CRISPR/Cas9 を 2 細胞期の 1 細胞にイ

複数種類のアイソフォームを確率的に発現することでンジェクションすることで，変異細胞と正常細胞がモザ神経細胞の個性化に働くと考えられている。本研究では，イクとなった変異マウスが生まれ，そのモザイクマウス

Pcdh の多様性を遺伝子操作により改変した様々なマウを交配することで，目的とした遺伝的変異を持った

スを作製，解析することにより，機能的神経回路の形成

γC4EC2 欠失及び γC4vCP 欠失ヘテロマウスを得ること

における神経細胞の個性化と神経回路形成における役に成功した。これらヘテロマウスを交配することで割を明らかにすることを目的とする。

γC4EC2 欠失及び γC4vCP 欠失ホモマウスを作製したと興味深いことに 58 種類の Pcdh のうち，PcdhγC4 を単

ころ，両方の欠失マウスが誕生後に死亡することが明ら

独で欠損させたマウスは，誕生後に死亡することが明らかとなった。それぞれの欠失マウスの脳からタンパク質かになった。この PcdhγC4 タンパク質は単独で細胞膜にを抽出して解析したところ，目的とした γC4EC2 欠失タ

発現できず，必ず他の Pcdhγ 及び Pcdhβ タンパク質とヘンパク質及び γC4vCP 欠失タンパク質が同定された。こテロ 2 量体をつくる必要があり，Pcdh のタンパク質多様れらの結果により，γC4 のホモフィリック接着活性及び性の基盤となることが示唆されている。本年度は，この特異的細胞内領域が重要であることが明らかとなった。

PcdhγC4 のどの領域の機能が必要かを明らかにするため

本研究での組換え動物の作製にあたり，実験動物の取に，CRISPR/Cas9 を用いて PcdhγC4 のホモフィリック接り扱い等は生理学研究所および大阪大学の動物実験指着活性に重要な EC2 領域，特異的細胞内領域 vCP を欠針に従い，安楽死法（頸椎脱臼）や麻酔法（イソフルラ

失させた変異マウスの作製を行った。当初は，PcdhγC4 欠ン吸入）を適切に用いて苦痛の軽減に努めている。

11. 脳の構造形成，機能化に関わる遺伝子の解析
平山晃斉，梅嶋宏樹，冨田江一（徳島大学）
三寳誠，平林真澄（生理学研究所）

ネコの大脳皮質一次視覚野の神経細胞で左右の眼か分子には２種類のアイソフォームがあるため，その発現

らの入力の違いにより異なる発現を示す遺伝子を同定

様式の解析をおこなった。その結果，細胞によって発現し，解析を進めてきた。さらに詳細な解析を進めるため，の強弱が異なること，両方のアイソフォームが発現してマウスを用いた実験系での解析を進めている。着目したいる神経細胞でも神経細胞内での局在が異なることか

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

ら，機能的にも異なることが想定された。今後，これら性の運動障害が認められること，組織科学的解析から特の分子をターゲットとした遺伝子改変マウスの作製を

徴的な神経変性が認められること，やがて多くの神経細進めていく計画である。

胞が脱落していくことなどを確認した。細胞死はこれま

一方，DNA に結合するタンパク質で高次クロマチン構

でネクローシスとアポトーシスに大別されていたが，近造形成に関与する CCCTC (CTCF) 結合因子の神経系に

年，様々種類の細胞死が見つかってきた。CTCF 欠損マ

おける役割の解析を進めてきた。ヒトでは CTCF の遺伝

ウスで生じる細胞死の種類を同定するため，免疫組織科

子領域の変異が神経精神疾患と関連することが示唆さ学的な解析，電子顕微鏡による詳細な形態の解析およびれており，マウスを用いた実験では脳の発生発達に関わ

細胞死に関連する分子の遺伝子改変マウスの作製によることがいくつか報告されている。私たちは，脳の特定

り解析を進めている。

の神経細胞で CTCF を欠損させるマウスを作製し，進行12. TRPC6 KYD 変異体マウスの作製西山和宏（九州大学大学院 薬学研究院 生理学分野）
平林真澄，三寳誠（生理学研究所）

[結果]

[目的]
我々は，細胞膜電位に依存しない受容体作動性／メカ

TRPC6 KYD 変 異 体 を 発 現 さ せ た RAOSMC は

Ca2+ 流入を担うチャネル群の心臓におけるTRPC6(WT) を発現させた RAOSMC と比較して，細胞内ノ作動性の役割解析を進める中で，Zn2+ とFe2+ 透過性を有するの亜鉛プール量が減少していることが明らかとなった。

transient receptor potential canonical (TRPC) 6 チャネルが β

一方で，カルバコール刺激による TRPC6 を介したカル

アドレナリン受容体刺激による心臓の収縮力（陽性変力

シウム流入は WT と KYD 変異体の間に有意な差は認め作用）を増加することをマウスで見出した。さらに，られなかった。亜鉛のキレーターである PTEN はノルエ

TRPC6 の亜鉛透過性が減少する変異体（KYD 変異体）

ピネフリンによる心筋収縮力増強を抑制することが明も見出している。そこで，本共同研究を通じて KYD 変

らかとなった。加えて，平林研究室との共同研究により，異体マウスを作製し，解析を行うことにより，心臓の恒C57BL/6J と 129sv をバックグラウンドとした TRPC6

常性における TRPC6 の亜鉛流入の役割を生体レベルでKYD マウスを作製することができた。
[結論]

明らかにする。

本年度の成果から，TRPC6 KYD 変異体はカルシウム[方法]
本年度は，TRPC6（WT または KYD 変異体）を安定発透過性に関しては変化がなく，亜鉛透過性が減少するこ現させたラット大動脈平滑筋細胞（RAOSMC）を用いてとが明らかとなった。ノルエピネフリンは亜鉛依存的に

TRPC6 KYD 変異体の分子・生化学的な解析を行った。

心筋の収縮力を増強させることが明らかとなった。今後

また，ラット新生児心筋細胞（NRCM）を用いて，細胞は本年度作製された変異体マウスを用いて，TRPC6 を介

内亜鉛の変化が心筋収縮力に与える影響についても検した亜鉛透過性の生体における役割を明らかにする予討した。さらに Crisper/Cas9 システムを応用し TRPC6定である。

KYD 変異体マウスの作製を行った。

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第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

13. セピアプテリン還元酵素遺伝子改変マウスを用いた
ジストニア・パーキンソニズム発症機構の解析
一瀬
知見聡美，南部宏（東京工業大学 生命理工学院）

篤（生理学研究所 生体システム研究部門）

ジストニア・パーキンソニズムの発症には，黒質線条

Spr-KO マウスは，黒質線条体系ドーパミンニューロン

体系ドーパミンニューロンが深く関与している。ドーパだけでなく，全身性の症状や脳内モノアミン全般の減少

ミンの生合成には，ドーパミン生合成律速酵素であるチのため，マウスに現れる運動量の低下や振戦様震えなど

ロシン水酸化酵素の補酵素としてテトラヒドロビオプの症状の発症機序の詳細を解析することが困難である。

テリン（BH4）を必要とする。BH4 は，グアノシン三リ

そのため，Cre-lox システムを利用して細胞選択的な遺

ン酸から GTP シクロヒドロラーゼ I（GCH），ピルボイ

伝子破壊を行うために，Spr-flox マウスを作製した。ドー

ルテトラヒドロプテリン合成酵素，セピアプテリン還元

パミントランスポータ（DAT）遺伝子内に Cre をノック

酵素（SPR）の三つの酵素により生合成される。ヒトでインして作製された DAT-Cre マウスは，中脳ドーパミ

は GCH 遺伝子の片側アリルの遺伝子変異，または，SPR

ンニューロン特異的に Cre を発現する。現在，DAT-Creの両側アリルの遺伝子変異（SPR 欠損症）によりドーパマウスと Spr -flox マウスを交配して，ドーパミンニュー

反応生ジストニアを発症する。

ロン選択的に Spr 遺伝子を破壊したマウスを作製中であ

我々は Spr-KO マウスについて生化学的，行動学的解る。このマウスにおいて，BH4 やドーパミンの減少の程析，電気生理学的解析を行い，自発運動量の低下，前肢度と細胞選択性を生化学的，組織化学的に明らかにし，の振戦様震えなど，パーキンソン病類似の運動障害を示

さらにパーキンソニズムやジストニアの症状の現れ方

すことを明らかにしてきた。Spr -KO マウスでは，脳内について解析し，これらの病態におけるドーパミンによのドーパミン，ノルアドレナリン，セロトニンが全て野り引き起こされる症状と，ドーパミン系以外のモノアミ

生型の 10％以下に低下している。また，BH4 の低下から

ンニューロンにより引き起こされる症状を解析してい発達遅滞と高フェニルアラニン血症を示す。このようにく。

14. シナプス伝達修飾機構から見た大脳基底核の直接路および間接路の機能
籾山俊彦，鈴木江津子（東京慈恵会医科大学･医学部薬理学講座）
知見聡美，南部篤（生理学研究所 生体システム研究部門）

大脳基底核におけるシナプス伝達修飾機構解明を目

誘発性 IPSCs は，ともにムスカリン性アセチルコリン受的として，光遺伝学手法を用いた電気生理学的解析を行

容体アゴニストによって濃度依存的に抑制され，抑制効なった。大脳基底核の直接路および間接路を構成する線

果の IC50 値に有意差はなかった。この抑制は，ムスカリ

条体の中型有棘ニューロン（medium spiny neurons, MSNs）

ン受容体 M1 サブタイプアンタゴニストによって拮抗さのみにチャネルロドプシン 2 を発現した遺伝子改変マウれた。抑制効果の IC50 値は，マウスの生後発達過程で有スの脳スライス標本上のアセチルコリン性介在ニュー

意な変化を示さなかった。また，paired-pulse ratio およびロン（cholinergic interneurons, CINs）からホールセル記録

coefficient of variance に対する M1 受容体アゴニストの作を行ない，MSNs に光刺激を与えて，MSNs から CINs へ

用から，MSNs からの GABA 性シナプス終末に存在するの GABA 性抑制性シナプス後電流（IPSCs）を誘発した。

M1 受容体活性化によって，CINs への GABA 遊離がシナ

光誘発性 IPSCs は，通常の電気刺激誘発性 IPSCs に比べ

プス前 性に抑 制され ること が示唆 された （Suzuki &て遅い時定数を有した。光誘発性 IPSCs および電気刺激

Momiyama, Eur. J. Neurosci. 53, 796-813, 2021）。次いで，

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

大脳基底核の直接路あるいは間接路を構成する MSNs のの回復過程における直接路および間接路の機能についみにチャネルロドプシン 2 を発現した遺伝子改変マウスて行動学的解析を行っている。

を用いて，パーキンソン病による大脳基底核の傷害から

15. ドーパミン受容体及び NMDA 受容体改変マウスを用いた運動制御と記憶学習機能の解析
齊藤奈英，福田七穂，小田佳奈子，笹岡俊邦（新潟大学脳研究所）
板倉誠（北里大学医学部）

木津川尚史（立命館大学）
知見聡美，南部篤（生理学研究所 生体システム研究部門）

ドーパミン D1 受容体（D1R）を介したドーパミン神響を避けて，成熟期に D1R 欠損したマウスを用いて検討

経伝達は，報酬系学習のみならず，回避系学習においてすることが重要である。そこで，D1R 発現をドキシサイ

も重要な役割を果たすと考えられている。文脈性恐怖条クリン（Dox）投与により制御できる D1R ノックダウン

件付け試験や聴覚性恐怖条件付け試験は古典的恐怖条（KD）マウスを用いて，文脈性恐怖条件付け試験および件付けの処理に関与し，回避的学習記憶を評価するもの

聴覚性恐怖条件付け試験における D1R を介したドーパである。本研究では 2 種類の行動解析で回避的学習記憶

ミン神経伝達の回避的記憶形成への役割について検討を評価した。また，D1R を介するドーパミン神経伝達のした。回避記憶については，条件付け 1 日後の近時記憶

役割の評価に，発達中の D1R 欠損の神経回路変化への影と条件付け 4 週間後の遠隔記憶により記憶形成を調べた。
さらに，D1RKD マウスの脳組織を，回避的フットショッ
ク刺激後に免疫染色し，回避的記憶形成時の海馬（CA1，CA3，歯状回），線条体，扁桃体，前頭前野における活性化した最初期遺伝子 c-Fos の分布を調べた。D1RKD マ
ウスの海馬，線条体，扁桃体サンプルを用いて，回避的
フットショック刺激後に免疫ブロッティングを行い，cFos 量と Ser187 残基でリン酸化された SNAP-25 量の増加を検討した。Dox により D1R を欠損させると，行動実

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第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

験により，フットショック刺激後の遠隔嫌悪記憶におけSaito N, Itakura M, Sasaoka T.: D1 Receptor Mediated

る文脈的恐怖学習が損なわれていることが明らかとな

Dopaminergic Neurotransmission Facilitates Remote Memoryった（図１）。さらに，発現解析の結果，海馬と線条体

of Contextual Fear Conditioning. Front. Behav. Neurosci.

において刺激後の c-Fos 量がわずかに増加し，海馬，線16, 751053 (2022)

条体，前頭前野において刺激前後でリン酸化 SNAP-25 の2. 学会発表

量が有意に増加することが示された（図２，３，４）。

笹岡俊邦：D1 及び D2 ドーパミン受容体を介する神経

これらの知見は，D1R を介したドーパミン神経伝達が，伝達による運動制御と学習記憶の仕組みの理解．シンポ

文脈的恐怖条件付け試験で遠隔記憶形成に重要な要因

ジウム４「ドパミン研究の最近の展開」第 43 回日本生物であることを示すものである。

学的精神医学会・第 43 回日本神経精神薬理学会合同大研究発表

会 2021 年 7 月 14 日

1. 論文発表

16. Olig2 アストロサイトに特異的に発現するトランスポーターSLC7A10 の同定
和中明生，辰巳晃子（奈良県立医科大学 解剖学第二講座）
佐野裕美，南部篤（生理学研究所 生体システム研究部門）

我々は大脳基底核間接路の重要なコンポーネントでASC-1）の発現が高いことが分かった。このデータを踏ある淡蒼球に着目し，同部位に多くの Olig2 アストロサ

まえて，我々は LMD で分取した Olig2 アストロサイト

イト（従来から同定されている GFAP アストロサイトとと GFAP アストロサイトの RNA を抽出し，RT-PCR では異なるもの）が存在することをこれまで報告してきた。

トランスポーター類の mRNA 発現を比較した。シングル

この Olig2 アストロサイトの機能に迫る目的で本年度はセル解析を裏付けるように，GAT-3 や Olig2 が Olig2 ア

淡蒼球から Olig2 アストロサイト及び GFAP アストロサ

ストロサイトには有意に多く発現しており，これに加えイトをレーザーマイクロダイセクション（LMD）法を用て，SLC7A10 も強発現していた。SLC7A10 が淡蒼球ア

いて分取，それぞれの細胞集団の遺伝子発現を比較検討

ストロサイトのどの部分で発現しているかを SLC7A10し，特に膜型トランスポーターに着目して解析を行った。

の特異抗体を用いて免疫染色でみたところ，アストロサ

LMD 法に先立って，公開されているシングルセル RNA

イトの微小突起に局在していることが明らかとなった。

のデータベースを検索したところ確かに淡蒼球のアス

この局在は超高解像顕微鏡を用いてさらに明瞭に同定

トロサイトには Olig2 を強く，GFAP を弱く発現する亜することが出来た。SLC7A10 はグリシンを運搬すること集団が存在することが明らかとなった。この亜集団で発知られており，淡蒼球の機能制御にグリシンシステムが現しているトランスポーターの上位 10 個をみるとグリ関与している可能性が示唆された。またそれ以外のリガア型 GABA トランスポーターGAT-3 に加えて，中性アンドが関与している可能性もあり，今後の検討課題であミノ酸トランスポーターの一種である SLC7A10（別名

る。

170

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第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告17. 摂食調節ペプチドによるエネルギー代謝調節機構の解明
塩田清二（湘南医療大学 薬学部），平林敬浩（湘南医療大学 臨床医学研究）
竹ノ谷文子（星薬科大学 薬学部），平子哲史（人間総合科学大学 人間科学部）
箕越靖彦（生理学研究所 生殖･内分泌系発達機構研究部門）
ガラニン様ペプチド(Galanin-like peptide, GALP)は 60倍増加した。しかし，脂肪酸合成に関与する FAS（脂肪アミノ酸残基からなる，視床下部弓状核ニューロンで産酸合成酵素），SCD1（ステアロイル-CoA 不飽和化酵素

生される生理活性ペプチドである。GALP には様々な生

1）遺伝子発現および脂肪酸 β 酸化に関与する CPT1（カ

理作用がある事が知られているが，そのひとつに抗肥満ルニチンパルミトイルトランスフェラーゼ I），MCAD作用がある。これまでに，我々は脳室内投与された GALP

（中鎖アシル CoA 脱水素酵素）や転写因子である PPARαが交感神経を介して肝臓での脂肪酸 β 酸化および白色脂遺伝子発現は GALP 投与による影響はみられなかった。

肪組織での脂肪分解を増加させる事を明らかにしてき

前述のように GALP を脳室内投与した際には肝臓におけた。また，近年，我々は GALP が中枢のみならず末梢組る脂肪酸 β 酸化が亢進したが，マウス初代培養肝細胞を織でも産生され，循環血液中に存在することを見出した。

用いた in vitro 実験では異なる結果となった。

そこで我々は GALP の末梢臓器への影響を調べる目的で，これまでに，褐色脂肪組織や白色脂肪組織で GALP が

初代培養肝細胞を用いた in vitro の系にて GALP そのも産生されること，さらに血中にも GALP が存在することのが細胞での代謝経路に及ぼす影響を検討した。

が明らかになっているが，代謝に及ぼす影響は GALP がマウス初代培養肝細胞に GALP 添加後の遺伝子発現を標的臓器に直接作用するのではなく，神経など他の経路

Real-time PCR 法を用いて検討した結果，GalR3（ガラニを介していることが示唆された。

ン受容体 3）遺伝子発現が vehicle 群と比較しおよそ 1.5

18. GLP-1 の<求心性迷走神経→視床下部→遠心性交感神経>軸を介した代謝調節機構の解明
岩﨑有作（京都府立大学大学院 生命環境科学研究科）
近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦（自然科学研究機構 生理学研究所）
消化管ホルモンの Glucagon-like peptide-1（GLP-1）は，は，GLP-1 の＜求心性迷走神経→視床下部→遠心性交感

栄養素（糖，脂質，タンパク質）の摂取で分泌促進され，神経＞軸を介した代謝調節機構を解明することを長期インスリンを分泌促進させ，摂食量を抑制する。我々は，的なテーマとし，本年度は GLP-1 の耐糖能向上作用にお非代謝性（ゼロカロリー）の希少糖アルロースが GLP-1 をける視床下部責任神経の解析を進めた。

選択的に分泌促進させることを見出した。従って，アルロ

マウスにアルロースを経口投与すると，視床下部の Xースを用いることで，体内のエネルギー状態を変化させず，神経に c-Fos 発現が有意に上昇すること，X の mRNA 発

腸 GLP-1 の生理的な作用を解析することが可能となった。

現が上昇することを見出した。この作用は，横隔膜下のアルロースによる GLP-1 放出は，局所ホルモンとして

迷走神経切断，及び，GLP-1 受容体欠損によって大幅に分泌臓器近くに分布する求心性迷走神経を活性化して，減弱した。神経 X がアルロースによる耐糖能向上作用に＜感覚神経・脳・自律神経＞軸を介した全身代謝（糖代

関与しているのかを検証するために，Cre マウスの視床

謝，エネルギー代謝）を調節している可能性を，我々は下部亜核に抑制型 DREADD 受容体（hM4Di）を発現する

見出している。しかし，この末梢・中枢連関システムのAAV ベクターを微量注入し，クロザピン N オキサイド

作用及び機構については未だ不明な点が多い。本研究で（CNO）投与によって X 神経を抑制する実験系を構築し171

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

た。CNO の投与によってアルロースによる耐糖能向上作ース/腸 GLP-1 の耐糖能向上作用を調節する重要な神経用は完全に消失した。従って，視床下部 X 神経がアルロであることが示唆された。

19. 生理活性脂質が TRPV に与える影響の評価
村田幸久（東京大学大学院農学生命科学研究科）
我々はこれまでに，5,6-DiHETE や 15-HEDE，12-HETE

これに対し，300 nM もしくは 1 M の 5,6-DiHETE を前処といった脂質代謝産物が，血管の平滑筋や内皮細胞の活性置すると，GSK101 による細胞内カルシウム濃度の上昇がを変化させることを発見してきた。本研究ではこの機構を抑制された。また TRPV1 強制発現細胞に，TRPV1 アゴニ

明らかにする目的で，脂質代謝産物が非選択的カチオンチ

スト活性をもつ，100 nM のカプサイシンを投与すると細胞ャネルである TRPV の活性に与える影響を評価した。

内カルシウム濃度が上昇した。これに対し，300 nM の 5,6DiHETE を投与すると，このカルシウム濃度上昇が抑制さ

富永研究室にて，TRPV1 や 4 を強制発現させた HEK293細胞を用いて，蛍光指示薬である Fura-2 を用いて，細胞内れる傾向がみられた。
今後これらの結果の再現性を確認し，さらなる詳細検討

カルシウム濃度を測定した。TRPV1 強制発現細胞に対し，
TRPV4 アゴニスト活性を持つ 3 もしくは 10 nM の GSK101を進める。

を投与すると，細胞内カルシウム濃度の上昇が確認された。

20. 温度感受性 TRP チャネル活性化における細胞膜脂質の役割
内田邦敏（静岡県立大学 食品栄養科学部 環境生命科学科）
富永真琴（生理学研究所／生命創成探究センター）
いくつかの TRP チャネルは多刺激受容体として機能

ャネルのコンダクタンスに近い値であった。

し，細胞内外環境をセンスして情報を電気信号に変換し温度や機械刺激などの物理刺激によって活性化されている。TRP チャネルのうち 11 は温度センサーとしてるチャネルが脂肪組織にも発現する可能性がいくつかも機能していることが報告されている。本研究は，TRP報告されている。本研究では，褐色脂肪組織に発現するチャネルと細胞膜脂質との相互作用に焦点を当て，TRP

機械刺激感受性チャネルの役割を明らかにすることをチャネルの温度依存的活性化メカニズムを明らかにす目的として研究を行った。
褐色脂肪細胞においては，機械刺激感受性チャネルの１ることを目的として行った。
精製した TRPM5 チャネルを人工的に調製した脂質二つである Piezo1 チャネルは未分化の褐色脂肪前駆細胞に重膜に再構成し，電気生理学的解析を行った。温度依存発現が高く，分化に従って発現量が低下することを見出し的活性化並びに体温以上の温度による不可逆的な不活た。分化の過程で Piezo1 チャネルを薬理学的に活性化す性化は POPC：POPE＝3：1 の脂質二重膜中でも観察されると褐色脂肪細胞への分化は抑制された。この分化抑制作

た。脂質二重膜に 30 % コレステロールを添加すると 20，

用は Piezo1 チャネル阻害薬によって回復した。また，

25，30 °C におけるチャネル開口確率が増大しており，温Piezo1 チャネルの活性化はカルシニューリンの活性化を度依存的活性化はコレステロールによって増強される

誘導すること，Piezo1 チャネル活性化による分化抑制作用ことが示唆された。一方で，TRPM5 チャネルのコンダク

はカルシニューリン阻害薬によって回復することから，こ

タンスはコレステロールがない膜中では 63.4 pS であっの分化抑制にはカルシニューリン経路の関与が示唆された。

たのに対して 30％コレステロールを添加した膜中では成熟した褐色脂肪細胞において Piezo1 発現は低かっ

34.1 pS となった。この値は培養細胞における TRPM5 チ

たたが，その発現量はアドレナリン β 受容体作動薬処置

172

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告によって変化しなかった。現在，組織特異的 Piezo1 チャ

ネル欠損マウスの作出を行なっている。

21. 7 回膜貫通型の温度受容体候補分子を介した温度センシングの生理学的解析
久原篤（甲南大学統合ニューロバイオロジー研究所／理工学部／大学院自然科学研究科）
富永真琴（生理学研究所 細胞生理研究部門）
大西康平（甲南大学大学院自然科学研究科／統合ニューロバイオロジー研究所）

これまでに，温度情報が三量体 G タンパク質によって伝バエの培養細胞（S2）に温度受容体候補 GPCR を発現させ，達されるケースを，線虫で見つけ，その上流の GPCR 型の再構成的に温度に応答するようになるかを解析した。その

温度受容体候補の解析を進めている。本共同研究では，こ際に，この GPCR の下流で機能することが示唆されている

れまでの共同研究から，C. elegans の温度受容ニューロン

C. elegans の G タンパク質や TRPV を発現させたショウジ

における 2 つの TRPV チャネルが温度受容体であることがョウバエ S2 細胞を作製して，生理学解析に用いた。当該見つかってきた（共同研究論文：Ohnishi et al., Scientific

GPCR と G タンパク質，PLC-beta，TRPV を発現する S2 細reports, 2020）。一方で，これらの TRPV チャネルの温度応

胞に，膜電位インジケーターである Fura2 を添加し，温度

答性は弱かった。最近の解析から，これらの TRPV の上流

刺激を与えたところ，顕著に温度に反応する結果が得られで GPCR が機能している可能性が得られたため，このた。ところが，PLC-beta だけを導入した S2 細胞でも同様な

GPCR が本当に温度受容体であるかを生理学的解析を用い

温度応答性が見られたことから，
人口導入した PLC-beta が，て明らかにすることを目的として解析を行った。

S2 細胞の内在性の何らかのチャネルを活性化して，温度にまず，C. elegans において，GPCR 型の新規の温度受容応答してしまったのではないかと考えられた。

体候補遺伝子を，温度を受容しない C. elegans の化学受容今後はさらに，S2 細胞に候補 GPCR と cGMP 依存性チニューロンで強制発現させたところ，温度上昇に対して反ャネル，およびその関連分子を同時に発現させて，当該応するようになる結果が得られた。そこで，ショウジョウ

GPCR が温度応答性を持つかを測定する予定である。

22. プリン作動性受容体 P2Y6R を標的とした慢性炎症の新規治療法の開発
西山和宏（九州大学大学院 薬学研究院

生理学分野）[目的]

して慢性炎症を抑制する可能性が示された。本年度はシ

P2Y6 受容体（P2Y6R）は発現増加に伴い，高血圧など

ステイン残基をセリンに置換した変異体マウス（P2Y6Rの慢性炎症のリスクを増加させることが報告されていC220S）を用いて，慢性炎症（デキストラン硫酸ナトリウ

る。P2Y6R の阻害にはイソチオシアネート（ITC）基がム誘発大腸炎モデル）での役割を解析した。

重要であることが報告されているが，どのような機序に[方法]

より阻害されているかは明らかにされていない。本研究

野生型マウス（WT）および P2Y6R C220S HET マウス

では，ITC が選択的に P2Y6R を阻害する分子機構解析をに対してデキストラン硫酸ナトリウム誘発大腸炎モデ

軸に，慢性炎症におけるプリン非依存的な P2Y6R シグナ

ルを用いて，慢性炎症におけるシステイン修飾によるリングの役割を明らかにする。昨年度までの成果により

P2Y6R 内在化の役割を明らかにした。

イベリンやスルフォラファンなどの ITC が P2Y6R の 220[結果]番目のシステインを標的として，細胞内への内在化を引

P2Y6R C220S HET マウスは WT マウスに比較して，大き起こし，プロテアソーム系を介して P2Y6R を分解する腸炎の進行が悪化した。さらに，GPCR の Cys 修飾によことが明らかになった。また，ITC が P2Y6R の分解を介

る Lys ユビキチン化を介した分解機構は，P2Y6R 以外の173

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

GPCR でも保存されていることも確認された。

GPCR 内在化やタンパク分解を仲介するという新奇な制[結論]御機構が初めて明らかにされた（Nishiyama et al. science

本研究の結果より，GPCR の Cys 修飾とそれに続く

signaling. 2022）。今後は，P2Y6R の超硫黄化修飾に着目

Lys137 のユビキチン化が，β アレスチン非依存的なして研究を進めて行く予定である。

23. 生後脳内を移動する新生ニューロンと周囲の細胞群の超微細構造の解析
澤本和延，金子奈穂子，澤田雅人，久保山和哉，川瀬恒哉（名古屋市立大学大学院医学研究科脳神経科学研究所神経発達･再生医学分野）
松本真実（生理学研究所電子顕微鏡室）
大野伸彦（自治医科大学医学部解剖学講座組織学部門･生理学研究所超微形態研究部門）
古瀬幹夫（生理学研究所細胞構造研究部門）②

側脳室周囲組織である脳室下帯では，成体でも神経幹

新生仔脳内を移動する新生ニューロンと足場の解析

細胞が存在し，持続的に新たなニューロンが産生されて新生仔期の大脳皮質に傷害が生じると，新生ニューロいる。産生された幼若な新生ニューロンは移動能が高く，ンが傷害部へと移動する。SBF-SEM および 3 次元再構築

高速度で脳内を移動し，嗅球に到達後，成熟することで法により，移動する新生ニューロンと周囲細胞群との相

嗅覚神経回路の可塑性に寄与している。また，脳傷害後互作用について解析した。

には，傷害部へと新生ニューロンが移動し，傷害後のニ③

出生時イベントによる幹細胞ニッチの構造変化

ューロン再生に寄与する。しかし，新生ニューロンと周出生時イベントが，生後の脳室下帯における神経幹細

囲組織や細胞群との相互作用の詳細は不明である。本研

胞および上衣細胞の形態に与える影響を SBF-SEM およ

究では，連続ブロック表面走査型電子顕微（SBF-SEM）

び 3 次元再構築法により解析した。

を用いて，新生ニューロンの周囲組織との接触・接着形④

新生ニューロンとミクログリアの相互作用

態を網羅的に解析し，生体脳での高速移動に関わる微小嗅球まで移動してきた新生ニューロンは，移動を停止し環境との相互作用の形態学的特徴を明らかにすることてシナプスを形成し，成熟する。成熟過程では，シナプスを目的とし，以下の解析を行った。

形成に加えて不要なシナプスの除去が生じているが，その①制御機構は不明だった。SBF-SEM および 3 次元再構築法

成体脳内を移動する新生ニューロンの解析
成体脳内の新生ニューロンは，鎖状に連なり，周囲のにより，ミクログリアと新生ニューロンのシナプスの相互

細胞群と相互作用しながら移動する。SBF-SEM および 3作用および貪食を形態学的に評価し，定量的に解析した。

次元再構築法により，正常脳および傷害脳内を移動する

その結果，ミクログリアがフォスファチジルセリン依存的

新生ニューロン間の接着状態を定量的に解析した。また，に新生ニューロンのシナプスを貪食除去することを明ら

ニューロン-グリア相互作用を解析した。

かにした（Kurematsu et al., J Exp Med, 2022）。

24. 三次元走査型顕微鏡観察技術を用いたシナプス結合の定量的微細構造解析法の確立とその応用
深澤有吾，黒田一樹（福井大学学術研究院･医学系部門･脳形態機能学分野）
加藤輝（大学共同利用機関法人自然科学研究機構（新分野創成センター））

神経伝達を担うシナプス結合は多種のナノメーター

これまで透過型電子顕微鏡を用いて行われてきた。しかスケールの超微細構造の集合体であり，その構造解析はし，従来の超薄切片を用いた解析では，各シナプスのラ174

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

ンダムな単一断面像を集めて解析するのが一般的であきるプロトコールを確立した。しかし，局所での翻訳をり，連続切片観察であっても 50~70 nm 毎の断層観察と担うポリリボゾームの観察に適した試料作製法は見出なり，Z 方向の空間分解能が低く，その結果，観察法にすことができなかった。シナプス結合の構造特徴解析で由来する構造計測結果のバラツキが大きくなり，構造特は，各種シナプス内構造の複数の構造計測値（体積や個徴や異常の検出感度が低くなってしまう問題点が有っ数など）を多変量解析することで，少ない観察対象数でた。そこで本研究では，断層撮影が 10 nm 以下で行え，も精度良く，シナプス結合種特異的な特徴が精度良く抽XY 解像度も 2 nm 以下で観察できる収束イオンビーム搭

出できることが分かった。また，精神神経疾患モデルマ

載高分解能走査型電子顕微鏡（FIB-SEM）を用いて，シウスにおける新規のシナプス構造異常も検出すること

ナプス結合内の各種超微細構造の解析に適した試料作に成功した。この解析手法を各種遺伝子改変マウスに適製法を確立すると共に，シナプス前後構造丸ごとの三次用してシナプス結合の構造特徴を決定する遺伝子の同元構造解析を行って，構造特徴や異常が精度良く検出で定を試みた結果，CaMKII や Arc など検討したシナプス

きる手法の開発を目指した。また，FIB-SEM の欠点であ

可塑性関連遺伝子産物の機能異常や欠損，或いは過剰発

る狭い観察範囲を広範囲観察が可能な生理学研究所所

現は構造特徴に影響しないこと，一方，シナプス間細胞

有のダイヤモンドナイフ搭載高分解能走査型電子顕微

接着因子の１つである Neuroligin のあるホモログがシナ鏡（DK-SEM）を用いて補完する手法の開発，および，

プス前後構造の比率の制御に関与していることを示唆

AI を利用した画像計測法の確立も目的とした。

する結果を得た。コロナ禍により DK-SEM による補完法と AI 画像解析手法の開発は十分に行えなかったが，引試料作製法の検討では，シナプス後肥厚やシナプス小き続きチャレンジしたい。

胞を係留するアクチン線維がコントラスト良く観察で25. Serial block-face 走査型電子顕微鏡を用いた腸管粘膜固有層内細胞集団の発生学的解析
万谷洋平（神戸大学大学院･農学研究科･組織生理学教育研究分野）
大野伸彦（自治医科大学・医学部･解剖学講座組織学部門，生理学研究所･超微形態研究部門）
中西怜稀（神戸大学大学院･農学研究科･組織生理学教育研究分野）
に関する研究腸管粘膜固有層内には，間葉系細胞，免疫担当細胞を含めた種々の細胞が多数存在している。我々はこれまで

ラット盲腸，下行結腸粘膜における神経ネットワーク

Serial block-face 走査型電子顕微鏡（SBF-SEM）を用いて，を解析した結果，とくに下行結腸の腸表面上皮側で複雑

ラット腸管粘膜固有層内の細胞の三次元的解析を行い，線な神経ネットワークが発達することを示した。これらの維芽細胞様細胞（FBLC），マクロファージ，好酸球の観神経線維は盲腸，下行結腸ともに，腸表面上皮側の FBLC

察・分類（Arai et al., 2020; Mantani et al., 2019; 2021; Tamuraとマクロファージ様細胞に多く接触していることも明

et al., submitted）や小腸神経ネットワークの解析（Nakanishi

らかにした（第 164 回日本獣医学会，第 127 回日本解剖et al., 2020）への SBF-SEM の有用性を検証してきた。今学会総会で公表済み）。本成果については，現在学術雑年度は，SBF-SEM を用いることにより，ラット成獣にお誌への投稿準備中である。

ける腸管ネットワーク構造の腸管内の部位差を明らかに

2) マウス小腸粘膜における神経ネットワーク形成過程すると共に，各胎齢マウスの小腸の粘膜固有層における神に関する研究経ネットワークの三次元的観察を実施し，小腸粘膜内神経

各種胎齢のマウス小腸粘膜における神経ネットワー

ネットワークの発生過程を明らかにすることを目的としクの形成過程を明らかにするため，E13.5~E17.5 のマウた。その結果，以下の成果を得ている。

ス小腸の断層データを取得した。それらのデータを現在

1) ラット大腸粘膜における神経ネットワークの部位差

三次元構築中であり，得られた成果は来年度以降，各種

175

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

学術集会で公表するとともに，学術雑誌に投稿・公表予定である。

26. 社会ストレスによる脳組織の超微細な細胞生物学的変化とその機序・役割の解明
永井裕崇，古屋敷智之（神戸大学大学院医学研究科薬理学分野）
大野伸彦（自治医科大学医学部組織学部門）
古瀬幹夫（生理学研究所細胞構造研究部門）
社会や環境から受ける慢性ストレスは，抑うつや不安シナプスの萎縮が生じること，そしてその萎縮にミトコを招き精神疾患の発症リスクとなる。これまで，慢性ス

ンドリアが関連することを見出してきた。今年度は分子トレスによる認知情動変容の細胞生物学的基盤として機序を調べるためにマルチオミクス解析を実施し，シナ神経細胞の形態的萎縮が重要と考えられてきた。その要

プス特異的な中央代謝経路の変容を明らかにした。また，因としてミクログリアの活性化を伴う脳内炎症やスト

中央代謝系を担う分子の遺伝子発現を操作することにレスホルモンである副腎皮質ホルモンの亢進の重要性

よりうつ様行動の減弱が認められたことから，慢性ストが指摘されてきたが，神経細胞内のメカニズムは殆ど不レスがシナプスの中央代謝系変容を介して認知情動変明である。本研究は三次元電子顕微鏡を用いて神経細胞

容を招くことが明らかとなった。さらに中央代謝系の変の形態と細胞内小器官を同時に可視化し，ストレス病態

容がシナプスや神経細胞の活動に与える影響を今後調における組織細胞生物学的変化の実態解明を目的とす

べていく予定である。
また，慢性ストレス病態と加齢病態には類似性がある。

る。
慢性ストレスには観察対象の C57BL/6 マウスをより研究代表者らのストレス研究の蓄積を加齢病態に適応

体格の大きく攻撃性の高い ICR マウスに 1 日 10 分間，し神経精神疾患の機序を病態横断的に明らかにするこ

10 日間連続曝露する社会挫折ストレスモデルを用いる。

とを目的とし，加齢による認知機能低下を調べるためのSBEM により前頭前皮質の連続電顕画像を取得し，樹状新規行動試験系を確立した。老齢マウスと若齢マウスか突起とスパイン，シナプス並びにシナプス周囲のグリアら回収した脳の SBEM 像は取得済であり，今後画像解析

細胞，スパインや軸索付属の細胞内小器官の三次元再構

を行い，加齢による認知機能低下を担う超微細細胞生物成を行ってきた。その結果，ストレスにより樹状突起や学的変化を同定する。

27. Study of wheat male meiosis by serial block-face scanning electron microscopy
Sergey Mursalimov（Institute of Cytology and Genetics）
Nobuhiko Ohno（Jichi Medical University）
The project aim was to study male meiosis of wild-type wheat

Physiological Sciences, Okazaki (Japan). The used protocols

plants by serial block face scanning electron microscopy (SBF-

were adapted for wheat anthers. It was shown that the sectioning

SEM). The three-dimensional ultrastructural analysis of wheatof fixed material by a vibratome, a step usually precedes to themeiocytes was performed for the first time. Plants Triticum

en bloc staining, is not suitable for wheat anthers and should beaestivum L. cv. Saratovskaya 29, (2n = 42, BBAADD) were

replaced by alternative methods. Wheat anthers at the lategrown and prepared for analysis at the Institute of Cytology anddevelopmental stages demonstrate much better staining and

Genetics, Novosibirsk (Russia) and then analyzed using Gatan

structure preservation than at early developmental stages. Thus,

3view - Zeiss ΣIGMA/VP microscope in National Institute forwheat anthers at early developmental stages should be stained176

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告in wheat meiosis induced by mutations or environmental

longer and treated with special care.
Using SBF-SEM, thousands of electron microscopic images

stresses. Intercellular nuclear migration (cytomixis) wasof wheat male meiocytes at the first and second meiotic

documented at the first meiotic division. It was shown thatdivisions were obtained. The general meiotic dynamics andcallose wall formation in wheat meiocytes at the first meiotic

specific futures of cells ultrastructure at different staged weredivision progress more intense than in rye or tobacco plants andstudied. The meiotic changes in the cell nucleus, cytoplasm andcells become fully isolated to the second meiotic division. The

cell wall are traced. The obtained data for wild-type wheat

goal of the project was fully achieved.

plants could be used for the comparative analysis of deviations

28. ヒト副腎皮質疾患における副腎組織及び腎組織の細胞内小器官の超微形態学的変化に関する検討
山﨑有人（東北大学大学院医学系研究科病理診断学分野）
高木孝士（昭和大学電子顕微鏡室）
笹野公伸，尾形博子，Gao Xin（東北大学大学院医学系研究科病理診断学分野）
ヒトの検体を用いて三次元的超微形態像で観察するも本研究計画ではヒト副腎皮質細胞においてステロイのである。

ド合成能に重要な役割を持つミトコンドリア等の細胞内小器官に現れる細胞老化に伴う変化（mtDNA damage

今年度は COVID-19 流行により，来所回数が当初の予や mitophagy）及び，ステロイドホルモン過剰に伴う臓器定よりも減少したが，東北大学病院で原発性アルドステ障害機構を検討し，ヒト副腎皮質疾患における病態病理

ロン症組織 2 例の検体採取後，ミクロトーム組込み型走を解明する事を目的とするものであり，東北大学病院に査電子顕微鏡（SBF-SEM）での観察に最適な試料作製プて上記症例の臨床診断にて手術施行時に採取された副ロトコルの検討を行い，1 例に対して 1 個の糸球体血管

腎手術検体ないしは腎生検組織の一部より 3 次元的超微極を描出し，3D SBF-SEM による三次元的撮像を実施し形態学的解析用の試料を採取し，生理学研究所のミクロた。今後，VAST Lite 等の画像解析ソフトを用いて，輸トーム組込み型走査電子顕微鏡(SBF-SEM)を用いて連続入細動と輸出細動脈における硝子化の程度等の動脈硬切片画像取得と 3 次元再構築を行い，ステロイド過剰，化性変化の違い 3 次元的に解析する予定である。

特にアルドステロン過剰状態に伴う特異的な腎障害を

29. 原索動物神経回路の三次元超微細形態学的解析
岩﨑広英（群馬大学 大学院医学系研究科）
大野伸彦（生理学研究所

生体機能調節研究領域 超微形態研究部門）

西野敦雄（弘前大学 農学生命科学研究科 生物学科）
本研究は個体の行動や認知機能を司る神経回路ネッ

マボヤ幼生における神経ネットワークの全貌の解明をトワークを網羅的に解析することを目的としている。原

目指す。

索動物の一種であるマボヤ幼生を用い，電子顕微鏡によ

本年度は生理学研究所のミクロトーム組み込み式走り三次元再構築することでシナプスを同定し，神経細胞

査型電子顕微鏡（SBF-SEM）を用いてホヤ幼生の頭部の間の結合様式を網羅的に解析する。一連の解析を通じて

電子顕微鏡観察を行った。観察に用いた試料は SBF-SEM

177

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告での観察に従来から用いられてきた rOTO 法を一部改良

とも明らかとなった。例えば今回は rOTO 法に基いて作して作製した。具体的には四酸化オスミウムとフェロシ製された試料を用いて観察を行ったが，シナプスの同定

アン化カリウムで処理後，テトラカルボヒドラジド，四を容易にするためには膜のコントラストがより明瞭で

酸化オスミウムで順次処理した。続いて酢酸ウランおよ

ある必要性が明らかとなった。また，今回得られた画像

びアスパラギン酸鉛処理の後に順次脱水し，Durcupan 樹

から，シナプスを同定できる分解能での画像取得のため

脂へと包埋した。観察にあたっては，観察する領域は 100には観察範囲を狭める必要があることも明らかとなっμm 四方とし，切削と画像取得を繰り返すことで最終的た。

に約 2000 枚の連続画像を取得することに成功した。そ本年度の研究により得られた知見から，マボヤ幼生のの結果，マボヤ幼生の身体を構築する様々な組織の微細どの領域に焦点を当て，どの方向から観察すればよいか

形態について詳細な知見を得ることができた。

についての見通しが立ったことから，今後はその方針に従って観察を進めていく。また染色法についても改良・

ただし今回はマボヤ幼生の全体的な組織構築につい検討し，セグメンテーションの効率向上を図る。

ての知見を得るために観察を行ったため，神経回路の詳
細な同定のためには画像取得法の改良が必要であるこ

30. 生後環境による神経細胞の超微細構造の変化を深層学習で効率的に解析する
篠原良章（自治医科大学組織学）
自治医科大学組織学分野（大野研究室）ではボリュー

域をオルガネラとして判定した確率／そのオルガネラ

ム電顕データのセグメンテーションを nvidia1080Ti を４の面積として，各オルガネラ面積で正規化して「正答率」

台 GPU を積んだ Linux サーバや 2080Ti を 1 台積んだワを定義した。

ークステーションを用いて常時行っている。docker 環境

次いでハイパーパラメータのチューニングを行ない，を構築することで，必要に応じて複数の深層学習のライ

ネットワークのオルガネラ検出の正答率に影響を与えブラリを使用可能であり，また各ライブラリ間での比較

る因子を調べたところ，初期画像の画素数が最も criticalを行うことも可能となっている。これらのデータ解析環

であり，特徴量や層の数，カーネルのサイズなどはあま

境を用い，生理研での受け入れ担当者の大野が岡崎の 3Dり影響を与えなかった。
このように，古典的な U-Net でも学習による正答率は顕微鏡で取得したデータからオルガネラの自動解析をかなり高く，正答率が上位 95 % のサンプルで誤差は 1%行っているところである。
オルガネラ解析は具体的には２つの方法で行っている。

未満であった。さらに，極めて正答率が低かったサンプ

１．既に生理学研究所電子顕微鏡室の浦久保先生が公開

ルを実際目で確かめたところ，人が判定してもかなり難されている UNI-EM を用い，主として Resnet を用いオルしい標本であり，オルガネラ検出程度では充分深層学習

ガネラの自動抽出を行なう。

ネットワークが使用できることが分かった。なお，

２．カスタムのニューラルネットワークのコーディング

Tensorflow1 を使用したところこのような高い正答率をを行い，Jupyter Notebook 上で逐次コードを走らせること得られたが，Tensorflow2 では速度は勝るものの，正答率で自動抽出の計算速度や精度をテストする。

はむしろ下がる傾向にあった。

２の方法ではハイパーパラメータのチューニングが今後はさらにこの研究を発展させ，広範囲の画像から逐次可能なため，核やミトコンドリアのようなオルガネ

もビニングのような圧縮操作なしでオルガネラの自動

ラの自動抽出効率の評価を U-Net を用いて行った。まず，検出を簡便に行えるようにしたいと考えている。

コンピュータが判定したサンプルのうち，正しくある領178

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

31. 大脳皮質ニューロンの微細構造の解析
平林祐介（東京大学工学系研究科）
大野伸彦（生理学研究所 生体機能調節研究領域 超微形態研究部門）
ニューロン間のシナプス結合は様々な情報を脳が統合た。そこで本研究計画においては目的のニューロンに的に判断する上で非常に重要な役割を果たしており，シナ

peroxidase (dAPEX2) を発現し，その peroxidase により触プス結合パターンや特性を明らかにすることは我々の高媒される 3, 3’-diaminobenzidine (DAB) 染色を手掛かりと度な脳の機能を理解する上で必須である。しかし，それぞして目的ニューロンが形成するシナプスを SBF-SEM を用れのシナプスの性質の違いを決める分子基盤や細胞内小いて同定することを目指した。昨年度の共同研究の結果，器官の違いについては多くが不明なままである。そこで本DAB 染色の条件についての最適化が終了したので，本年研究では個々のプレシナプスの投射先とプレシナプス内度は実際に多くのサンプルを取得し，その画像解析を行なの微細構造を明らかにすることを目的とした。近年の連続った。これまで SBF-SEM によって得られる大量のデータ

切片電子顕微鏡技術の急速な発達により，高速でかつ定量を定量的に解析することはこれまで困難であったが，本年的にシナプスを検出する事が可能になってきた。一方で，度は深層学習を用いることによって，解析速度を飛躍的に電子顕微鏡観察では全ての膜構造が網羅的に観察される

高めることに成功し，実際に非常に多くのニューロンの形

ため，特定のニューロンのシナプスを観察するためには細状を明らかにした。今後はさらに解析を進めることによっ胞体からシナプスまで軸索をトレースしシナプスを同定て初期の目的を達成する。

しなくてはならないが，このプロセスは非常に困難であっ

32. 家族性中枢性尿崩症のバソプレシンニューロンにおける小胞体内凝集体形成機序の解明
宮田崇，萩原大輔，有馬寛（名古屋大学大学院医学系研究科 糖尿病･内分泌内科学）

大野伸彦（自治医科大学医学部解剖学講座組織学部門･生理学研究所超微形態研究部門）
家族性中枢性尿崩症（FNDI）は緩徐に進行する尿崩症

一方で，FNDI マウスに対して AVP 産生刺激として間症状を呈する常染色体顕性遺伝性疾患である。我々は歇脱水負荷を繰り返すと尿量が進行性に増加し，形態学

FNDI モデルマウスを作出し，バソプレシン（AVP）ニュ

的には ERAC 形成が破綻して変異タンパク凝集体が小胞ーロンの小胞体の一部に変異タンパク凝集体が封じ込

体内腔全体に広がり，病的に拡張した小胞体を標的としめられた区画（ERAC: Endoplasmic reticulum-associatedてオートファジーが誘導され，やがては AVP ニューロ

compartment）が形成されることを見出した。さらにはンがオートファジー関連細胞死に至る。ERAC 形成が破SBF-SEM を用いた解析により，ERAC は正常小胞体の内綻する機序，あるいは小胞体内凝集体を標的としたオー腔との連絡を保ったまま，ライソソームと突起性構造物

トファジー誘導の機序の詳細は未だ不明であり，本研究を介して融合していることを明らかにした。そして免疫ではこれらを形態学的に解析することを目的とした。

電顕による検討により，ERAC は隔離膜のマーカー LC3

48 時間の間歇脱水負荷を繰り返した 3 ヶ月齢雄性 FNDIを発現する膜で囲われていること，ライソソームの加水

マウスを麻酔下に灌流固定し，脳を摘出後にブロック染

分解酵素 カテプシン D が ERAC 内に発現していること

色，樹脂包埋試料を作製し，AVP ニューロンが局在するを見出した。以上より，FNDI マウスの AVP ニューロン

視床下部の視索上核を対象に SBF-SEM による連続画像において，変異タンパクを ERAC に封じ込めてライソソを取得した。得られた画像において，ERAC の形成は破ームにより分解する機構が存在すると考えられた。

綻して凝集体が小胞体内腔全体へ拡散していた。さらに

179

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告は拡散した凝集体を包む小胞体膜と近接するように隔体内凝集体および隔離膜を画像セグメンテーションし離膜が多数観察された。

て構造的関係性を解析することで，隔離膜が近接する小本 研 究 課 題 は 次 年 度 へ 継 続 し ， 今 後 は Microscopy

胞体膜を起源として新生している可能性を検証していImage Browser を用いて AVP ニューロンの小胞体と小胞

く予定である。

33. 神経幹細胞からニューロン，グリア細胞への分化過程の形態学的解析
後藤仁志，小野勝彦（京都府立医科大学大学院 神経発生生物学）
大野伸彦（自然科学研究機構 生理学研究所 超微形態研究部門）
神経幹細胞は，発生期にその形態や細胞内構造をダイナ

コーゲンを含む仮足端は胎生 15 日齢で約 70%程度であり，ミックに変化させながら，グリア細胞や神経細胞へと分化

残りの 30%の仮足はグリコーゲンを含有しない仮足端でしている。これらの発生時期の細胞内小器官などの構造のあり，両者はおそらく別の細胞群に由来することが示唆さ変化をとらえるため，生理学研究所の大野らと共同で，れた。現在，これらの結果のさらに詳細に解析するととも

SBF-SEM (Serial Block Face Scanning Electron microscopy)に論文として成果発表するための準備中である。
小野は，生後発達期の視神経が主にグリア細胞から構によって発生・発達期の電子顕微鏡像を撮像し，三次元的成されることに着目し，存在するグリア細胞のそれぞれな構造を解析してきた。
後藤は，発生期大脳皮質の神経幹細胞が細胞体から長いの微細形態的特徴を三次元的に解析している。今年度は，仮足を伸ばす特徴的な形態を持つことに着目している。本

SBF-SEM によって撮像したデータのセグメンテーショ

年度は，前年度までに生理学研究所の SBF-SEM を用いてンを行い，3 次元構造の再構築および 3 次元構造を表示

撮像した，胎生 15 日齢の発生過程の大脳皮質データの解するための動画の作製を，生理学研究所の Amira を使用

析を行った。その結果，大脳皮質の仮足端には多量のグリして行った。その結果，この時期のオリゴデンドロサイ

コーゲンが存在していることがわかった。グリコーゲン顆

ト前駆細胞に特徴的な細胞内構造を見出した。その結果

粒，および仮足の形態などのセグメンテーションを行い，は，第 44 回神経科学会大会および第 127 回解剖学会総

生理学研究所のワークステーション上の Amira ソフトウ

会にて発表した(小野，後藤，大野ら)。現在，論文発表

ェアにて 3 次元再構築を行った。これらの解析より，グリにむけて準備中である。

34. バクテリア DNA 凝集構造の位相差電子顕微鏡による観察
金子康子，アベイナヤカ･ダミタ（埼玉大学教育学部）
ソン･チホン，村田和義（生理学研究所）
桿状のシアノバクテリア（ Synechococcus elongatus

DNA がとる構造を可視化するために，凝集期の DNA を

PCC 7942）を明暗周期下で培養し，規則的に植え継ぎを

DARQ5 と DAB で処理後オスミウムブラックの形成を促繰り返すことで細胞分裂周期を同調させることが可能

す方法の検討を行った。その結果，凝集時の DNA が一である。この系を用いることにより，これまでに細胞分定の太さのひも状構造を形成し，それがさらにコイル状裂に先駆けて DNA が凝集構造をとること，この時ポリに配置する様子を観察することができた。今回新たに一リン酸体が対になって配置し，チラコイド膜の形状が波定濃度以上の亜鉛イオンが DNA の凝集を誘起すること打つように変形すること，さらに細胞中央部に棒状に集が明らかになったことから，この状態における DNA 凝

積したカルボキシソームの周囲に DNA の凝集構造が形

集構造の詳細を観察することを試みた。
亜鉛イオンの存在下で DNA が凝集したシアノバクテ

成されること，などを明らかにしてきた。さらに詳細に180

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

リアを高圧凍結・凍結置換後，樹脂包埋し超薄切片を作することは容易になったが，DNA が形成するより微細な製して TEM 観察したところ，DNA 凝集構造の電子密度構造を観察するためには DNA 繊維を電子染色する必要が高くなっている様子が確認できた。STEM-EDX によるがあると考えられた。

元素マッピングにより，凝集構造部位には亜鉛が局在す

今後，亜鉛イオンで処理後，高圧凍結・凍結置換，樹脂ることが示されたため，亜鉛イオンが直接 DNA の凝集包埋した試料から 500 nm 程度の切片を作製し，切片の両構造形成に関与し，高電子密度を付与していると考えら側から酢酸ウラニウムで加熱しながら染色したのち，電子れた。この樹脂包埋試料から 200～300 nm の厚さの切片

線トモグラフィーを試みたい。これにより亜鉛イオンによを作製し，電子線トモグラフィーにより DNA 凝集構造

り凝集し高電子密度となった DNA のより微細な構造の立の三次元立体像を構築することを試みた。亜鉛の吸着に体像を可視化することが期待できる。さらに，亜鉛イオン

より電子密度が高くなったため，DNA の凝集構造を特定による DNA 凝集の意義についても検討する。

35. インフルエンザウイルス RNA ポリメラーゼと阻害抗体複合体のクライオ電子顕微鏡単粒子解析
朴三用（横浜市立大学）

近年，新型インフルエンザウイルスによるパンデミッ

合体の調製を行い，生理学研究所のクライオ電子顕微鏡

クが懸念されており，さらに薬剤耐性ウイルスの出現に（JEM2100F）を用いて粒子の観察を行った。インフルエ

ついても報告されていることから，新たな抗インフルエ

ンザ RNA ポリメラーゼの 2 つのサブユニット PA-PB1

ンザ薬の開発が急務とされている。インフルエンザウイに阻害抗体の Fv 領域を結合させた複合体粒子を確認す

ルスの RNA ポリメラーゼは，ウイルス増殖の中心的なることができ，単粒子解析によって分解能 7.2 Å のマッ役割を担っており，他のウイルスタンパク質と比べ変異プが得られ，阻害抗体の結合部位を同定することに成功が起こりにくいという特徴から理想的な薬剤ターゲッ

した。立体構造解析の結果から，阻害抗体は，インフルトとして注目されてきた。我々はこれまでに，インフル

エンザ RNA ポリメラーゼの RNA 結合部位および多量体

エンザ RNA ポリメラーゼに特異的に結合し，細胞内で形成部位に結合していることがわかった。つまり，開発

ウイルス増殖を阻害するモノクローナル抗体の取得にした抗体は，インフルエンザ RNA ポリメラーゼそれら成功した。しかし，開発した抗体がどのように RNA ポの機能を阻害することにより，ウイルス増殖を抑制させリメラーゼに結合し，ウイルス増殖を阻害するのかは不ることが示唆された。また，解析した複合体構造の情報明である。そこで本研究では，インフルエンザ RNA ポをもとに変異体を作製し，結合に関わるアミノ酸残基をリメラーゼと阻害抗体との複合体立体構造を明らかに特定することできた。以上の結果から，今後インフルエするために，生理学研究所のクライオ電子顕微鏡を用いンザウイルスに対する創薬として，本研究で開発した阻て単粒子解析を実施した。

害抗体が低分子化合物をはじめとする新規薬剤開発へ

インフルエンザ RNA ポリメラーゼと阻害抗体との複と展開されることが期待される。

36. 先端電子顕微鏡による海底微生物の細胞構造解析
井町寛之，酒井早苗（海洋研究開発機構）
村田和義，ソン･チホン（生理学研究所）
提案代表者の井町は様々な培養手法を使うことによ在するアーキアやバクテリアの培養に成功している。こって，培養が難しいとされていた海底下に優占化して存

れら培養されたアーキアやバクテリアは生態学，進化学

181

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告および分類学的な観点から重要であり，その細胞や生理鏡を用いた観察を行った。その結果，(1) 他の顕微鏡観察

学的特徴の解明を行うことは生物学の基礎的知見を大では明らかにできなかった細胞サイズを明瞭に把握できく拡充することに繋がる。これら培養に成功している

きたこと，(2) 2〜3 個の桿状細胞が長軸方向に直鎖状に微生物の中には光学顕微鏡，走査型電子顕微鏡あるいは繋がっているものに加え，Bifidobacterium 属のバクテリ

薄片化サンプルを使った透過型電子顕微鏡による観察

アで見られるような細胞が Y 字型に分岐し連結した特において特徴的な細胞構造を有するものが存在してい徴的な細胞連結構造が確認されたこと，そして (3) ポリる。本共同研究ではこれらの特徴的な細胞形態を有する

リン酸と思われる顆粒が各細胞の両端のいずれかに 1 つ

微生物のさらなる詳細な細胞構造を解明するために，低存在すること，が明らかとなった。今後は，この特徴的

温位相差電子顕微鏡を用いることで生きた状態に近いな Y 字型細胞連結構造について詳細な観察や調査を進

状況の細胞を高分解能で観察を行うことを目的とする。

め，この WS3 門バクテリアが持つと思われるユニーク

今年度は，ダークマター微生物の 1 つとして知られるな細胞分裂機構を明らかにしていく予定である。

WS3 門の初めての培養株について，低温位相差電子顕微

37. 緑藻クラミドモナスの光化学系 II 超分子複合体の構造解析
ソン･チホン，村田和義（生理学研究所）
皆川純，得津隆太郎，渡邉顕正（基礎生物学研究所）
Zhenfeng Liu，Mei Li（中国科学院）

植物や藻類は，太陽光エネルギーを集めて電気化学エルギーを与える集光装置(LHCI),さらに光化学系 II からネルギーに変換して利用することで二酸化炭素を固定

移動してきた集光装置(LHCII)の全体を緑藻のクラミド

し炭水化物を合成する（光合成反応）。その中心となるモナスから取り出し，その立体構造を解像度 2.84 Å でのは，光化学系 I，光化学系 II と呼ばれる二種の膜タン

クライオ電子顕微鏡解析にて決定した。これにより，パク質色素超複合体である。光化学系 I は光化学系 II 同LHCII がリン酸化残基を介して光化学系 I に結合する構様光エネルギーを電気化学エネルギーに変換するが，光造様式を含む超複合体の構造の詳細が明らかとなった。

環境によっては光化学系 II との間で集光装置を交換する

Pan, X., Tokutsu, R., Li, A., Takizawa, K., Song, C., Murata, K.,

いわゆる「ステート遷移」反応を起こすことが知られて

Yamasaki, T., Liu, Z., Minagawa, J., Li, M. (2021) Structural

いる。この「ステート遷移」の構造基盤は知られていな

basis of LhcbM5-mediated state transitions in green algae. Nat

かったが，本共同研究では，光化学系 I とこれに光エネ

Plants 7: 1119-1131.

38. クライオ電子顕微鏡を用いた CD38 の膜トポロジーの解明
坂本浩隆，前嶋翔（岡山大学・学術研究院自然科学学域・臨海実験所）

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）
オキシトシン分泌の制御分子候補として，リンパ球の合成する。合成された cADPR は，小胞体膜上に存在す

増殖を活性化する膜タンパク質である CD38 の関与が報るリアノジン受容体に結合し，小胞体からのカルシウム

告されている（Jin et al., 2007, Nature）。CD38 は細胞膜流出を促し，オキシトシンの開口分泌を誘導する。しか上に存在し，ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド

しながら，オキシトシン・ニューロンにおける CD38 の（NAD）からサイクリック ADP リボース（cADPR）を

膜局在は不明である。

182

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告研究代表者のラットを用いた予備的な免疫電子顕微

感染させて，SON のオキシトシンニューロン特異的に鏡（電顕），および生化学的な解析から，CD38 はニュー

CD38-ALFAtag 融合タンパク質を発現させた。AAV 感染

ロン細胞体の膜構造に加えて，オキシトシン分泌顆粒のさせて 3 週間後，灌流固定を行い，脳の凍結切片を作製

膜上にも存在する，という非常に興味深い結果を得ていした。切片を抗 ALFA 抗体/抗オキシトシン抗体で二重免る（投稿準備中）。さらに，これまでの一連の解析から，疫染色した。その結果，オキシトシン線維が密に存在す

CD38 が C 末端部を分泌顆粒の外に配置する膜トポロジ

る正中隆起部の内層において，ALFA 免疫陽性を示す線

ーであることが示唆されている。しかしながら，現状，維が観察された（図参照）。これらの結果は CD38 が軸免疫染色等で CD38 を直接標識したものをクライオ電顕索まで輸送されて（分泌顆粒の膜に組み込まれている可で分泌顆粒をまるごと観察することは実現できていな能性が高い），末梢で機能していることを示唆するものい。ここには，溶媒中に浮遊する分泌顆粒をうまく免疫である。今後，生体内で ALFA 抗体と結合させた分泌顆

標識することが困難である，という問題があった。そこ

粒サンプルをクライオ電顕で観察することを計画してで今回，AAV ベクターにより，CD38 の C 末端部にいる。あるいは，CD38-ALFAtag を発現させた分泌顆粒

ALFAtag を結合させた融合タンパク質(CD38-ALFAtag)を in vitro で双極性の nanobody を用いて凝集体にするこをオキシトシンニューロンに強制発現させて，同ニューとにより，CD38 の膜トポロジーを明らかにしたい。

ロン内で ALFAtag に対する GFP 結合型ラクダ抗体（nanobody）を同時に発現させることにより，ラット生
体内で分泌顆粒膜に存在する CD38 を蛍光標識することを計画した。2021 年度はコロナ感染症の影響もあり，来所することができなかったため，今後の展望と岡山大学で実施した予備的解析結果をあわせて報告する。今回の解析結果を受けて，最終的にはラット生体内においてあ
らかじめ nanobody-標識されているサンプルをクライオ

図： AAV ベクターにより，ラット視索上核のオキシト

電顕で観察したい。

シンニューロンで CD38-ALFAtag 融合タンパク質を強制

本研究では，まず予備的解析として，AAV ベクター系発現させた。正中隆起におけるオキシトシン／ALFA にを用いて CD38-ALFAtag 融合タンパク質をオキシトシン

対する二重免疫染色像を示す。一部のオキシトシン線維

ニューロンで強制発現させることを試みた。
2 種類の AAVに ALFA 陽性反応がみられた（矢印）。

ベ ク タ ー （ AAV-OXYTOCINpromoter-Cre/AAV-FLEX-

スケールバー ＝ 100 µm

CD38-ALFAtag）をカクテルでラット視索上核（SON）へ

39. Major vault protein により構成される原生生物のオルガネラ kinetocyst の分子構築
洲崎敏伸，北川円（神戸大学理学研究科）

村田和義，ソン･チホン（生理学研究所）
単細胞真核生物 Raphidiophrys contractilis は，エサ生の主要構成タンパク質である。R. contractilis において物の表面に存在する β-1,3 グルカン分子を認識し，ファは，MVP はヴォールトを形成してはおらず，そのかわりゴサイトーシスによりエサ生物を捕食している。申請者にこの生物の分泌小胞である kinetocyst に局在しているらは最近，R. contractilis の β-1,3 グルカン認識分子を同こともわかった。

定し，それが Major vault protein (MVP) であることを報本研究では，R. contractilis の MVP の細胞内局在を調告した（Bhadra et al., 2017）。MVP は，真核生物に広くべ，それが複雑な形態をした kinetocyst 内で，「ジャケッ

存在する機能未知のオルガネラであるヴォールト（vault）

ト」と呼ばれる部分に存在することを見出した。そこで，

183

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

細胞全体を凍結置換法により樹脂包埋したサンプルのについて，分泌の前後で比較することにより，MVP 分子

厚切り切片や，単離した kinetocyst の急速凍結試料を用を含む kinetocyst 構造の形態的変化を解析した。その結いて，低温位相差電子顕微鏡によるトモグラフィー観察

果，分泌前には kinetocyst の赤道面に，48 個のユニットを行った。その結果，R. contractilis の MVP は，分泌小構造が連結して構成されるリング状構造が存在するこ

胞内ではコンパクトに折りたたまれて格納されているとと，分泌後には個々のユニット構造が２つに分離し，が，エサを捕獲する際には細胞外に放出され，急速にそ合計 96 個のユニット構造の連続体となって直径も拡大の形状を変化させて，あたかも魚を捕獲する際に用いらしていくことがわかった。このリング構造には MVP 分

れる投網のように，特徴的なリング構造を中心に持つ繊子のフィラメントが連結しており，これが拡大しながら維状の網目構造となって拡散していくことがわかった。

エサに向かって放出されることがわかった。

今年度の研究においては，特に kinetocyst の微細構造

40. ミクログリア生理機能の探索と病態への検証
和氣弘明（名古屋大学大学院医学系研究科）
本研究では感覚領域間の機能的結合に着目し，感覚喪かった。さらにミクログリアを薬理学的に手法によって失時に引き起こされる異種感覚の可塑性のメカニズム

除去し，検証したところ，ミクログリア除去群においてをミクログリアのシナプス修飾の観点から明らかにすはこの有意な神経細胞のカルシウム活動頻度の増加はる。視覚遮断マウスモデルを用いて，第一次感覚野→高認められないことがわかった。そこで免疫組織学的染色

次視覚野の機能的結合に着目し，その機能的結合およびによってその V2L における詳細を検証したところ抑制

高次視覚野内で起こる神経回路再編のメカニズムをミ性シナプスの数が減少していること，ミクログリアが興

クログリアの観点から分子基盤を明らかにする。まずこ奮性細胞周囲に接触し，物理的に抑制性シナプスを剥がれまでの先行研究より第一次感覚野→高次視覚野へのしている可能性があることがわかった。ミクログリアを結合があることが示唆されているため，この結合を可視単離しその遺伝子発現を網羅的に検証することで関与化した。それぞれに順行性標識および逆行性標識し S1→分子の探索を行い，そこに MMP9 が関与していることがV2L の神経回路結合があることが明らかとなった。そこわかった。MMP9 の阻害剤で閉眼と共に処理すると，神でこの S1 バレル野からの V2L での軸索のヒゲ刺激に対経活動の上昇が阻害され，抑制性シナプスの現象が損なする応答を２光子顕微鏡によって可視化したところ，軸

われることがわかった。さらにこの異種感覚の結合及び索応答はヒゲ刺激に同期していることがわかった。複雑

それによるヒゲ刺激に対する視覚野の応答はヒゲの識な物体提示の時に V2L の活動を要するのではないかと別を担っているかを検証するためにこの異なる紙やす

考え，異なる紙やすりの提示に対する応答を検証した。

りに対する Go, No-go 試験を行ったところ視覚遮断マウ

視覚遮断群で正常群と比してどちらの紙やすりに対す

スでは有意に学習過程の促進を認めることが明らかとる提示にもカルシウム活動の頻度が増加することがわなった。本研究は現在論文に投稿中である。

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

41. 多光子顕微鏡を用いた嗅球ニューロンのターンオーバーを制御する
グリア細胞及び血管の機能解析
澤本和延，澤田雅人，荻野

崇（名古屋市立大学大学院医学研究科脳神経科学研究所神経発達・再生医学分野）
揚妻正和，鳴島円，鍋倉淳一（生理学研究所生体恒常機能発達機構研究部門）
成体哺乳類の脳室下帯には，神経幹細胞が存在し，生ューロンの周囲に存在する，グリア細胞や血管の役割に

涯にわたって新生ニューロンを産生し続ける。これらの着目し，ニューロンのターンオーバーを制御する仕組み

新生ニューロンは，嗅覚の一次制御中枢である嗅球へのを詳細に解析することを目的とした。

移動し，嗅球の抑制性ニューロンとして成熟する。一方，本年度は，嗅球で移動を停止して成熟する新生ニュー

嗅球ではニューロンが細胞死を起こして失われており，

ロンと周囲環境との関係を解析した。血管との関係に関ニューロンのターンオーバーが活発に生じている。このする解析では，成熟する新生ニューロンと血流のイメー

ようなニューロン再生によって，嗅球の神経回路の構造

ジングを行い，その時空間的な関係を詳細に解析した。

や機能が維持されている。

また，ミクログリアとの関係については，嗅球のミクロ

我々は，生理学研究所生体恒常性発達研究部門との計グリアが，成熟過程にある生きた新生ニューロンのシナ画共同研究により，多光子顕微鏡を用いた嗅球内の生体プスを，細胞外膜に提示されたフォスファチジルセリン

イメージング法を確立した。その技術を用いることによに依存して貪食することを見いだした。さらに，多光子って，嗅球ニューロンを長期間追跡して観察することが顕微鏡を用いて貪食の様子を生体ライブイメージング可能となり，ニューロンのターンオーバーが嗅覚入力ので直接観察した結果，ミクログリアが，シナプスのフォ影響を受けて時間的・空間的に制御されることを明らか

スファチジルセリン依存的に膜を伸展させ，シナプスをにした（Sawada et al., J. Neurosci., 2011）。しかし，ニュ

貪食する様子を捉えることに成功した（Kurematsu et al.,ーロンのターンオーバーを制御する仕組みはいまだ明

J. Exp. Med., 2022）。以上の結果から，血管およびグリらかになっていない。我々は，周囲の微小環境が新生ニ

ア細胞が，嗅球におけるニューロンの移動・成熟過程をューロンの定着過程に影響を与えていると考え，新生ニ

制御することが示唆された。

42. 求心性迷走神経活動による延髄孤束核神経活動変化の in vivo イメージング
山田大輔，斎藤顕宜（東京理科大学 薬学部 薬学科 薬理学研究室）
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４部）
鍋倉淳一，揚妻正和（生理学研究所 生体恒常性発達研究部門）
体内の情報を脳がモニターする，いわゆる内環境受容り，求心性迷走神経と孤束核神経細胞間のシナプス伝達は，代謝などの内科的機能だけでなく，恐怖や不安などの詳細を明らかにすることは，内環境受容の神経回路基の精神的機能にも影響を与えることが知られている。内盤を理解するために重要であると考えられる。しかし，環境受容では，末梢臓器から発する求心性迷走神経が重孤束核は小脳直下に位置することから，in vivo での検討

要な役割を担うことが近年注目を集めている。求心性迷が困難であった。そこで本研究では，この課題を二光子

走神経は，全身から延髄の孤束核に集約して入力したの顕微鏡による in vivo イメージングを用いて解決するこち，より上位の各脳領域へと広く投射する。すなわち，とを目的として検討を行った。
C57BL/6J マウスの孤束核に，AAV を用いてカルシウ

孤束核は末梢臓器から脳への情報伝達の中継地点であ185

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

ムセンサータンパク質（GCaMP6 等）を発現させた。そった。

の後，プリズム２個を連結して小脳と延髄の隙間に挿入

その結果，頸部迷走神経束の電気刺激，CCK-8 の静脈し，観察窓とともに頭部に固定することにより，小脳を内投与に同期した孤束核内神経細胞の Ca2+ シグナルが避けて二光子顕微鏡観察が可能な新規システムを構築観察された。また，一部の観察においては迷走神経刺激した。

とは同期しない Ca2+ シグナルも検出された。

迷走神経活動に応答する孤束核神経活動を検出する

現在，観察された上記 Ca2+ シグナルの解析を行なってために，頸部の迷走神経束を露出し，電気刺激用電極をおり，孤束核の神経活動を単一細胞解像度で検出するこ装着，装着部位を速硬化シリコンで固定保護した。以上とに成功している。単一神経レベルでの迷走神経刺激への処置を施したマウスを用いて，麻酔下（マウスの苦痛の応答性や活動パターンの違いなどの詳細について早軽減のため）にて孤束核での Ca2+ シグナルを観察しなが期に論文発表することを目指す。

ら迷走神経の電気刺激を行った。さらに，迷走神経活動

今後，電気刺激だけでなく，胃腸伸展や栄養素投与なを刺激することが知られている摂食抑制ペプチド CCK-

ど，より生理的な迷走神経刺激法を用いて，孤束核神経

8 の静脈内投与を行い，同様な Ca2+ シグナルの観察を行の応答について検討することを計画している。

43. 海馬シナプスにおける入力側依存性左右差の形成機構
重本隆一（IST Austria）
我々は海馬錐体細胞シナプスにおける左右非対称性

この電気生理学による結果では，postsynaptic 側で PirB をが MHCclassI 輸 送 に 必 須の b2m 欠 損マ ウ ス お よ び

レスキューした場合にのみ左右差が正常に戻ることがMHCclassI 分子の受容体である PirB 欠損マウスで消失す分かっている。この結果は，postsynaptic 側の過剰発現にることを明らかにした。一昨年度は，CA1-CA3 シナプス

よる presynaptic 側への影響によって起こっているのでは

において，PirB をウィルスベクターによってプレ側ある

ないかとの仮定をたて，PirB のシナプス発現を可視化す

いはポスト側の細胞でノックアウトする事により，シナるために 3XFLAG タグを付加した tagged PirB knock-in

プス結合の両側の PirB 発現が MHCclassI-PirB による認

mouse を作成した。ところが，抗 FLAG 抗体を用いても，識と左右差の維持に必要であることを明らかにした。

タグ化された PirB を検出することができなかった。発現

PirB flox mouse の CA3 に Cre と EGFP を発現した結果，量が低いという問題があることを考慮し，PirB が強く発Cre を発現しない EGFP のみで標識された個体では，野現している脾臓や胸腺でも可視化を試みたが検出でき

生型と同様，右入力シナプスの方が左入力シナプスよりず，FLAG タグの sulfation が原因と考えられる。そこで，も大きく，perforated synapse の割合も約 2 倍であったの

現在 spot タグおよび ALFA タグを付加した PirB を発現に対し，Cre を発現する個体では左右差が消失していた。

して電子顕微鏡でシナプス局在を調べることを試みて

しかし，この結果は共同研究者によって得られている，いる。

PirB null KO を使ったレスキュー実験と一見矛盾する。

44. 皮質・基底核・視床回路を解析する研究藤山文乃（北海道大学大学院 医学研究院）
大脳基底核は行動選択や意思決定に関わる脳基底部

ブレーキを担当すると考えられている。淡蒼球外節は視の神経核群である。大脳基底核のネットワークとして，

床下核とともに間接路の中継核として知られている。し直接路・間接路が知られており，各々運動のアクセルとかし，本研究課題ではこれまで，小林憲太准教授に作成

186

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告していただいた蛍光物質を発現する順行性 AAVdj ウィを詳細に解析した。線条体には，ストリオソーム・マト

ルストレーサーなどを使用し，大脳皮質から淡蒼球外節リックスというコンパートメント構造があるが，解析のへの直接の投射があることなどを解明してきた。これら

結果，淡蒼球外節からの抑制性投射は線条体マトリックの知見から，淡蒼球外節は大脳基底核の中継核としてのス領域に強い選択性を示して投射していることが明ら

み働く神経核ではなく，大脳皮質から直接情報を受け取かになった。このストリオソーム・マトリックス構造にることが明らかになった。淡蒼球外節には，主に視床下関しては，大脳皮質運動野からの選択的な投射を含めて核や黒質に投射する prototypic neuron と，線条体にのみ

解析中である。これらの結果は本年度，日本神経科学学

投射する arkypallidal neuron が存在するが，一次運動野か会でのポスター発表（Karube et al.），および日本解剖学

ら淡蒼球外節への投射は arkypallidal neuron に選択性を会東北・北海道連合支部学術集会での口頭発表（Karube示すことも明らかになった（Karube et al., eLife, 2019）。

et al.）を行なっており，論文作成に向けてさらなる解析を加えつつある。

本年は，本研究課題で作成していただいたウイルスト
レーサーを用いて，淡蒼球外節から線条体への投射様式

45. 従来型解析にバイオインフォマティクスを取り入れた新規長鎖遺伝子の機能解明
増田知之（筑波大学 医学医療系）
小林憲太（自然科学研究機構 生理学研究所）とが明らかとなった。

神経軸索ガイダンス（神経回路形成）において中心的な役割を果たす分子は，神経軸索を誘引する分子と反発

今年度も昨年度に続いて SARS-Cov-2 のパンデミックする分子であり，これまでの研究から実際にさまざまなのため，出張等の移動が制限されただけでなく，技師・分子が軸索を誘引・反発することが明らかとなってきた。

学生の自宅待機により，研究の進行に大幅な遅れが生じ

しかしながら，多くの神経回路においては，未だその多たため，昨年度からの計画を引き続き進めた。具体的にくが不明につき全容の解明が待たれている。私たちはマ

は，各発生段階のニワトリ胚の様々な部位にアデノ随伴

イクロアレイとバイオインフォマティクスを併用したウイルス（AAV）ベクターを注入すると，用いる AAV の解析を推し進め，2 つの新規長鎖遺伝子がコードする分

血清型によって，分布と導入効率に大きな差があるため，

泌型蛋白質（mF1 と mF2）が高等脊椎動物の神経発生に最適な条件を検討した。その結果，AAV の血清型が DJ

何らかの重要な役割を果たしていることを見出した。新型の場合よりも，DJ/8 型および 2 型の場合で望ましい結規に開発した遺伝子機能予測法によって，各遺伝子がど果が得られ，最適な AAV の系統が判明した。来年度にのような生命事象と相関性が高いか調べた結果，mF1 がは，これまでの結果を受けて，2 つの新規長鎖遺伝子の神経軸索ガイダンス事象に対して高い相関性を示すこ

変異型を用いた解析を行う予定である。

46. 光計測と光刺激を用いた脳機能作動原理の研究
松崎政紀，寺田晋一郎（東京大学大学院医学系研究科）
小林憲太（生理学研究所･ウィルスベクター開発室）
神経活動の光計測では，アデノ随伴ウィルスベクター

る。取得された時系列画像は，細胞体を同定した後，そ（AAV）等により神経細胞へと発現させたカルシウムセの輝度変化を抽出し，デコンボリューション処理を行う

ンサー（GCaMP 等）を 2 光子顕微鏡でイメージングす

ことで発火タイミングの推定が行われる。しかし，カルる，2 光子カルシウムイメージング法が広く使われていシウムセンサーは樹状突起や軸索といった細胞体を取187

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

り囲む微細構造にも発現をすることから，それらから発ドより AAV を調整し，マウス大脳皮質へと注入した。

せられる蛍光シグナルが目的とする細胞体のシグナル注入より 1 ヶ月後，頭蓋骨上に形成したガラス窓越しに，へと混じり，真の発火タイミングの推定を困難とさせて

in vivo にて 2 光子カルシウムイメージングを実施した。

いた。近年 2 光子顕微鏡の広視野化が進んでおり，より2/3 層に位置する神経細胞を対象とした 30 Hz でのイメ

広い範囲の神経細胞のイメージングが可能となってきージングより，隣接した細胞体の蛍光輝度変化のトレーているが，スキャン速度には限界があるため単一ピクセ

スについて比較したが，バックグラウンドの減算を実施

ルあたりの解像度は低くせざるを得なく，構造的にそれしない場合でも各トレース間にクロストークは見られ

ら微細構造を分けることはさらに困難となっていた。そなかった。また，視野を限定することで 200 Hz の高速イ

こで，本研究では細胞体へと発現を局在化させるカルシ

メージングについても実施したが，1 フレーム相当の時

ウムプローブを大脳皮質神経細胞へと発現させ，その特間での蛍光シグナルの鋭い立ち上がりが観察され，正確徴について調べることで，より正確な大規模神経活動のな発火タイミングの推定が可能であった。今後，これら

光計測法について検討した。

の特性による，より大規模かつ精緻な神経活動の計測を細胞体への GCaMP の局在化には近年報告が為された行動と共に計測することで，脳の作動原理の解明を行っリボソームへのつなぎとめ配列（Chen et al., Neuron, 2020）ていく。

を利用した。これに jGCaMP8 を組み合わせたプラスミ

47. 体液恒常性を制御する神経機構の解明
松田隆志（国立大学法人 東京工業大学）
小林憲太（自然科学研究機構 生理学研究所）
いる（Matsuda et al., Nature Neuroscience, 2017）。2020 年【研究の背景】
ヒトを含む脊椎動物において体液状態を一定に保つ

度は，ウイルスベクターと遺伝子改変マウスを組み合わこと(体液恒常性)は，生命維持において重要である。脳はせることによって，SFO 内において水ニューロンの活動

感覚性脳室周囲器官（sCVOs）において，体液中の Na+濃を抑制する 2 系統のコレシストキニン（CCK）陽性ニュ

度やアンジオテンシン II（Ang II）などの液性因子を介しーロンを同定した（Matsuda et al., Nature Communications,て，常に体内状態を監視しており，必要に応じて水分/塩2020）。また，miRNA を発現させるウイルスベクターを分摂取や排尿，血圧などの生理機能を制御している。

用いた解析から，もう一つの sCVOs である終板脈管器官

しかしながら，この体液恒常性を制御する神経回路や(OVLT)において Na+/H+ 交換輸送体 SLC9a4 が体液 Na+

分子制御機構の詳細はいまだ明らかになっていない。そ

濃度を感知するセンサー分子として働き，水分摂取行動

こで本共同研究は，小林先生に調製して頂いたウイルス

を 制 御 し て い る こ と を 明 ら か に し た （ Sakuta et al.,

ベクターを用いて，脳において特定の細胞集団に遺伝子

Pflugers Arch., 2020）。

導入を行い，それらの細胞集団の活動を制御あるいは観2021 年度では，Cre リコンビナーゼ依存的に目的遺伝察することによって，体液恒常性を担う神経機構の解明

子を発現させるウイルスベクターを用いた解析によっを目的としている。

て，sCVOs とは異なる神経核において，CCK ニューロン【研究成果】が水分および塩分欲求の両方を抑制する新たな神経機

小林先生のご協力のもと，我々はこれまでに，sCVOs

構を発見した。現在，論文報告の準備を進めている。まの一つである脳弓下器官（SFO）において水分欲求を誘た，sCVOs において，自律神経系の活性化を介した血圧導するニューロン（水ニューロン）および塩分欲求を誘

上昇につながる新しいメカニズムの解析を進めている。

導するニューロン（塩ニューロン）を同定するとともに，【本共同研究における発表論文】
Matsuda, T., Hiyama, T.Y., Kobayashi, K., Kobayashi, K.,

それらの活動調節機構を世界に先駆けて明らかにして188

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

Noda, M. Distinct CCK-positive SFO neurons are involved

SLC9A4 in the organum vasculosum of the lamina

in persistent or transient suppression of water intake. Natureterminalis is a [Na+] sensor for the control of water intake.

Communications, 11, 5692 (2020)

Pflgers Archiv - European Journal of Physiology.

Sakuta, H., Lin, C. H., Hiyama, T.Y., Matsuda, T.,

472, 609–624. (2020)

Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Kobayashi, K., Noda, M..

48. 大脳皮質運動野から脊髄および大脳基底核へ投射する神経経路の機能解明
西村幸男，鈴木迪諒
（東京都医学総合研究所脳機能再建プロジェクト）
霊長類の大脳皮質運動野は，代表的な一次運動野以外

体性感覚野などの代表的な皮質脊髄路起始ニューロンにも複数の高次運動野が存在し，いずれも皮質脊髄路なだけでなく，赤核・脳幹網様体からの起始ニューロンでらびに大脳基底核ループを形成している。しかし，それもラベルが確認された。これら一連の結果は，頚髄へのぞれの皮質脊髄路ならびに大脳基底核ループ回路の機

ウイルスベクター注入によって発現された運動性下降

能的役割は不明である。本研究では，ウイルスベクター

路の起始ニューロンが，人工リガンド投与後に活性化さを利用した遺伝子導入技術を用いて，上述の神経経路のれ，脊髄運動ニューロンへの入力が増大し，筋活動生成

機能的役割を明らかにする。これまでに興奮性 DREADDに貢献したことを示している。今年度は追加で 4 頭のサ（hM3D）を実装した逆行性ウイルスベクター（AAV2

ルの下位頚髄にウイルスベクターを注入した。内 2 頭でretro-hSyn-hM3D(Gq)-mCherry）を下位頚髄（C7-8）に注は，行動実験と電気生理実験を，別の 2 頭では安静時入したマカクサルにおいて，吸入麻酔中下で人工リガン

fMRI によるネットワークを DREADD の on/off で検証す

ドを筋注後，一次運動野皮質内微小電極によって誘発さる準備を進めている最中である。これら一連の実験によれる筋活動が増大することを確認していた。また，麻酔り，皮質脊髄路に代表される運動性下行路の機能的役割

中にも関わらず，筋の自発的発火が周期的に引き起こさと，この経路の活性化に伴う神経ネットワークの変化おれていた。灌流固定後の脳切片に対する組織学的解析のよび付随する行動への影響を明らかにする。

結果，一次運動野，運動前野背側部，補足運動野，一次49. 意欲行動における腹側海馬-腹側線条体回路の機能解明
田中謙二（慶應義塾大学医学部 精神神経科学教室･先端医科学研究所）
我々はこれまでに腹側海馬（vHP）が意欲行動の持続

該神経軸索終末のカルシウム濃度変化をファイバーフ

を担うことを発見した。腹側海馬は意欲行動にかかわりォトメトリーで計測したところ，経路特異的な活動は観が深い腹側線条体に密な投射をしているが，腹側海馬−

察されなかった。すなわち，レバーを押している最中に

腹側線条体回路が目的指向型行動の遂行における役割

当該経路の活動が抑制されていた。この生理学的な意義はいまだ不明である。

を明らかにするために，当該神経に AAV を用いて ChR2
小林憲太を発現させ，レバーを押している最中の軸索終末の活動

博士から提供される順行性 AAV を用いて，腹側海馬かを人為的に高めた。その結果，意欲の持続が障害される

ら腹側線条体へ投射する CA1 神経にカルシウムセンサ

ことに加えて，エサと関連の無いレバーを押す回数が増ーを発現させた。腹側線条体に光ファイバーを留置し，えた。このことは，腹側線条体が意欲行動の選択を担っレバーを押したら餌がもらえるオペラント行動中の当ている先行研究を支持する所見であった。

本共同研究では，ウイルスベクター開発室

189

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第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

この一連の研究によって，腹側海馬-腹側線条体経路がオマーカーとなり得るのかという新たな展開を期待さ

意欲行動の選択と持続に関わることが明らかになり，うせる結果をもたらした。

つ病などの意欲の障害においてこの経路の活動がバイ

50. 広視野 2 光子顕微鏡によるマウス大脳皮質広域 Ca2+イメージングに向けた
ウイルスベクター開発と導入法の確立
上森寛元（理化学研究所 脳神経科学研究センター）
小林憲太（生理学研究所 ウイルスベクター開発室）
理化学研究所脳神経科学研究センター触知覚生理学

質全体において損傷がなくかつ広く発現させられるよ研究チーム（チームリーダー：村山正宜）では，マウス

うなウイルス濃度条件の最適化を進めた。今年度は，そ大脳皮質を広域（3mm x 3mm）において 2 光子 Ca2+ イメの最適化された条件において実際にイメージングを行

ージングすることのできる顕微鏡を開発している。顕微い，広域（3mm x 3mm）において観察視野全体に密に鏡による神経活動の記録を広域において行う場合，高速GCaMP 陽性細胞が見られること，さらには安定して S/N

でのレーザースキャニングが必須であり，そのために単比の良い神経活動データが得られることを確認した。最位面積当たりの励起光滞在時間が短くなる。結果的に像適化された条件で広域 2 光子観察を行った場合，平均しの S/N 比とのトレードオフが発生する。この問題を解決て約 13000-15000 個程度の神経細胞の同時記録が達成さする 1 つの方法として，明るい蛍光を発する Ca2+ センサ

れ，マウスによっては最大 18000 個程度の神経細胞からー（GCaMP）を大脳皮質広範囲に発現させることが挙げ同時に活動を記録することに成功した。
今年度は主に大脳皮質の 2/3 層のイメージングを行っられる。
本計画共同研究では，マウス大脳皮質において広範囲

たが，より深部（5 層）の観察手法の確立も極めて重要に GCaMP を発現させるためのウイルスベクターを開発である。この場合は，遺伝子改変マウスなども利用してし，GCaMP の導入方法や条件の最適化を行った上で，大開発を進める必要があるため，例えば Cre 依存的に脳皮質広域において S/N 比の良い大規模神経活動データ

GCaMP を発現させるような Flex ウイルスベクターや，を取得する。昨年度と同様に今年度においても AAV（ア最近開発された赤色センサーなども利用しつつ，広域深デノ随伴ウイルス）によるセロタイプ DJ の G-CaMP7.09

部での広範囲でのセンサーの発現と S/N 比の良いイメーを組み込んだウイルスベクターの作成を小林先生に行ジングを可能とするウイルスベクターの開発を進めるっていただいた。昨年度は特に GCaMP を発現させる皮ことを検討している。

51. 前シナプス分子基盤による神経回路形成・維持機構の解析萩原浜田明（東京理科大学･理工学部）

駿，大塚稔久（山梨大学大学院総合研究部･医学域）
小林憲太（生理学研究所･ウイルスベクター開発室）

神経細胞はシナプス伝達によって相互に連絡する神を科学的に解明する重要な手法の一つとして大きく発

経ネットワークを形成し，様々な脳の機能を制御してい

展し，神経・精神疾患の病態解明にも貢献してきている。

る。このような神経ネットワークの関係や機能を解析す

このような光遺伝学法のさらなる発展には，新たな特性る方法の一つとして開発された光遺伝学法は，さらに脳を持つ光制御分子の開発や，また多様な解析手法のニーからのアウトプットとなる行動を制御するなど脳機能ズに合わせて光制御分子を細胞内の機能部位に局在化

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第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告類によって局在パターンやタグとの相性が異なることがさせるタグ分子の開発も重要な要素の一つである。
申請者らは，光制御分子を前シナプス膜に局在化させわかってきた。先に報告した channelrhodopsin2 (ChR2) とる分子タグを開発し，また本共同研究により作成した各同様な光制御型イオンチャネルでも，光感受性やイオン選

種 AAV を用いて形態学・生理学的にその有用性を解析

択性の異なる種類では，細胞小器官の膜に集積する傾向をし，2021 年に報告した。

見出し，より適した分子タグの改良を行っている。また，

An engineered channelrhodopsin optimized for axon terminal

細胞全体に広く拡散する光制御分子に関しては，新たな機

activation and circuit mapping.

能部位へ局在させるタグの開発を進めている。

Hamada S., Nagase M., Yoshizawa T., Hagiwara A., Isomura

機能部位への局在化には，各光制御分子の特徴，並びにY., Watabe A. M., Ohtsuka T.

タグとして利用している元のタンパク質の性質など，複数Communications Biology, 2021の要素が関与している。本研究では，今後も多様な機能部
位をターゲットとした局在化タグの開発を進め，神経回路

本年度は，これらの成果を応用発展させるため，新たなが制御する脳機能の解明に貢献していくものである。

タグの開発並びに検証を進めている。特に光制御分子は種52. 中枢神経系における L-DOPA 受容体 GPR143 の役割解明
増川太輝（横浜市立大学 医学部）
我々は，L-DOPA が神経伝達物質であるという仮説を提GPR143 によるものなのかを明らかにするため，GPR143-

唱し，それを実証する知見を集積してきた。長らく，L-KO マウスの海馬に，AAVdj-GPR143-2A-EGFP および

DOPA に対する受容体は不明であったが，G タンパク質連

AAVdj-EGFP を投与し，強制水泳試験を行った。その結関型受容体である GPR143 が L-DOPA 受容体として機能

果，AAVdj-GPR143-2A-EGFP を投与したマウスにおいて，することが報告された。GPR143 は中枢神経系に広く分布

AAVdj-EGFP と比較し，無動時間の短縮が認められた。

しているが，その役割は明らかとなっていない。我々は，

このことは，海馬の GPR143 がうつ様症状に関与するこGPR143 遺伝子欠損マウスを用いた検討から，GPR143 がとを示す（Kasahara et al, 2022）。

うつ様症状に関与する可能性や，ドパミン D2 受容体応答

また，我々は，ドパミン D2 受容体作動薬であるキンを修飾することを見出してきた。本研究では，GPR143 遺

ピロールの運動量抑制作用が，GPR143-KO マウスにおい伝子欠損（GPR143-KO）マウスの脳内に， GPR143 を組て，WT と比較し，減弱することを見出している。GPR143-

み込んだアデノ随伴ウイルス（AAVdj-GPR143-2A-EGFP）

KO マウスの背側線条体に，AAVdj-GPR143-2A-EGFP をを投与し，再発現させた際の効果を解析する。

投与すると，AAVdj-EGFP と比較し，キンピロールの作

GPR143-KO マウスにおいて，強制水泳試験を行ったと用が回復した。このことは，線条体における GPR143 がころ，野生型（WT）マウスと比較し，無動時間の増加が

D2 受容体を修飾し，キンピロールの効果を促進すること認められた。このような表現型がどのような脳領域のを示す（未発表データ）。

53. アデノ随伴ウイルス遺伝子導入を用いた神経発生および恒常性維持の分子メカニズム解析
備前典久，吉岡望，アンナ･シマンコワ，益子洋樹，竹林浩秀（新潟大学）
小林憲太（ウィルスベクター開発室）

我々は神経系の発生および恒常性維持に関わる分子（AAV）を用いた外来遺伝子発現解析に取り組んでいる。

機構を明らかにすることを目的に，アデノ随伴ウィルス

前年度に引き続き，今年度は以下の実験を行った。

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

1 つ目の実験では，以前 AAV をマウスの末梢神経系か

ウス胎仔終脳から単離した培養神経幹/前駆細胞に，OIFら感染させ，感覚神経に遺伝子を導入する手法を確立しと GFP を発現する AAV（AAV5- OIF-IRES-GFP）を感染

Gt-inv マ

たことを踏まえ，本年度は AAV-CAG-Cre を Dst

させ，FGF2 除去後 2 日目，あるいは甲状腺ホルモン T3

ウスの感覚神経に感染させ，Dst をノックアウトしたとおよび T4 を添加して 2 日目に，成熟 OL マーカーの CC-

ころ運動異常を呈した。このことから，Dst 全身ノック

1, PLP, MBP による免疫染色を行ったところ，OIF 強制

アウトマウスで生じた運動失調症状の少なくとも一部

発現により各タンパク陽性 OL 数が有意に増加した。一は感覚神経の異常によることが示唆された。

方，OL 前駆細胞（OPC）マーカーの PDGFRα と細胞増2 つ目の実験では我々の先行研究からオリゴデンドロ

殖マーカーBrdU との免疫染色を行ったところ，二重陽性サイト（OL）の分化を促進することが示唆されている因率に有意な変動が認められなかったことから，OIF は子（OIF）の AAV による強制発現実験を行った。昨年度

OPC の増殖ではなく，OL への成熟化を促進することがに引き続き OIF を強制発現した培養神経幹/前駆細胞か示唆された。

ら OL への分化作用について検討した。胎生 14.5 日目マ

54. ウイルスベクターを用いた嗅覚中枢神経回路の構造と機能の解析
村田航志（福井大学学術研究院医学系部門 脳形態機能学分野）
匂いの感覚は食物の探査や危険からの回避など多様

D1 発現ニューロンまたは D2 発現ニューロンが Cre 組換

な生理・行動反応を引き起こす。匂いの情報は嗅球を介え酵素を発現するマウスを用いて，両サブタイプそれぞして嗅皮質と総称される広大な脳領野に送られるが，嗅れの軸索投射先を評価した。嗅結節の D1 発現ニューロ皮質の機能と神経接続はまだよくわかっていない。本研ンと D2 発現ニューロンのどちらを AAV で標識した場

究では嗅皮質を構成する亜領域のうち，腹側線条体領域

合でも，Synaptophysin-GFP が腹側淡蒼球で観察された。

としての性質をもつ嗅結節と，視床下部外側野に軸索投視床背内側核や視床下部外側野，腹側被蓋野においては射する腹嗅核に着目し，その神経回路の構造と機能を明

Synaptophysin-GFP の分布が D1 発現ニューロンと D2 発

らかにする。

現ニューロンで異なる傾向がみられた。今後の研究でも嗅結節ニューロン群の軸索投射先を解析するために引き続き，嗅結節の D1 発現ニューロンと D2 発現ニュ

Synaptophysin-GFP を発現するアデノ随伴ウイルス（AAV）

ーロン，および腹嗅核ニューロンの軸索投射を明らかにを導入した。嗅結節のニューロン群にはサブタイプがあする。

り，ドーパミン受容体 D1 と D2 の発現で区別できる。

55. ウイルスベクターを用いた経路選択的遺伝子操作による霊長類神経回路の機能解析
伊佐正（京都大学大学院医学研究科）

小林憲太（ウィルスベクター開発室）
脳や脊髄に損傷を受けた後の機能回復過程では，大規の視覚運動変換機構の回復過程を研究してきた。本研究

模な神経回路の機能シフトが起きるが，その機構の解明

では，このようなウイルスベクターを用いた霊長類でのには，神経回路機能を操作する研究手法が重要な役割を

回路操作技術を改良するため，ウイルスベクター開発室持つ。我々は，ウイルスベクターによる経路選択的な機と共同して様々な経路選択的ベクターツールを開発し，能操作法を用いて，マカクザルを用いた頸髄部分損傷後それをげっ歯類や非ヒト霊長類に遺伝子導入して効果の手指の機能回復機構や一次視覚野損傷後の眼球運動を検証する研究の推進を目的とした。

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第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

昨年度は，伊佐と小林の共著によるウイルスベクター

３．逆行性ウイルスベクターをマーモセット上丘に注入を用いた経路選択的刺激について，2 編の原著論文と１

し，マーモセットの皮質における眼球運動関連領野の探編の総説を発表し，さらに 1 本の論文を投稿中である。

索についても，論文化に向けたデータ取得を進め，この

１．ラットの腹側被蓋野（VTA）に順行性 AAV ベクタ

データを元に，電気生理実験や回路操作実験を進めていー，皮質運動野に逆行性ウイルスベクターを注入して経る。

路選択的にチャネルロドプシンやクリムゾン R を発現さ４．マウス上丘の同側脳幹への投射経路を経路選択的にせ，その組織学的検索により二重感染に最適な組合せを

光遺伝学的に刺激することによる逃避行動を誘導する

明らかにした（Koshimizu et al. Gene Therapy 2021）。

実験系を用いて，恐怖情動の記憶を誘導させることがで

２．サルの脊髄損傷からの回復過程における大規模な回きることを発見した。この逃避行動はマウスが置かれた

路再編とその際に生じる大脳間の脱抑制の機能回復に

環境によって flight 行動になったり後すざり行動になる

対する寄与をウイルス注入により，解剖学的，あるいはが，その過程に扁桃体が決定的な役割を果たすことを明

化学遺伝学的な技術を導入して解析を行い，現在論文化

らかにした（Isa et al. Frontiers Neurosci 2022）。

を進めている（Yamaguchi et al.）。

56. 報酬学習の神経回路機構解明に資する技術開発
小川正晃（京都大学）（目的）報酬学習を担ういわゆる報酬系と呼ばれる脳領動計測・操作を行うための光を導入するための光ファイ域は，条件刺激と報酬の間の関係の学習に対応して活動

バーやレンズ，または神経活動記録用の電極を埋め込み，するが，それらの活動が，実際に学習に果たす役割は，

条件刺激と報酬の間の関係を学習する行動中の神経活

未解明である。そのような役割を解明するための鍵とな動の計測や操作に対する有用性を評価する。

るのは，時空間特異的に神経活動を操作し記録する手法（結果）本共同研究によって作成した AAV ベクターをの開発である。そこで本研究は，この目的に資する新規

ラット脳に注入し，行動中ラットの特定の神経細胞や神ウイルスベクターを開発する。

経回路活動イメージングを行い，問題無く使用できるこ（計画）麻酔下のラットの報酬系脳領域（中脳―基底核とを確認した。それにより，複数のラットからデータ取領域など）に，本共同研究によって作製する光感受性チ得を行った。さらに，光遺伝学法による行動制御に及ぼャネル・ポンプ・カルシウムセンサー・モノアミンセン

す影響を検討し，その効果を確認した。複数の成果を得サーなどを発現する AAV ベクターを注入し，さらに活ており，現在，投稿中あるいは投稿準備中である。

57. ウィルスベクターを用いた末梢-中枢神経回路ネットワークの解明
檜山武史（岡山大学）
自律神経は脳の中枢から制御されている。しかし，そに使用可能か検討した。膵臓，脾臓，腎臓，甲状腺，褐の制御に関わる神経回路の詳細は明らかになっていな

色脂肪細胞，骨髄，唾液腺に緑色蛍光タンパク質（GFP）

い。本研究では，神経細胞を逆行性に輸送されるがシナや赤色蛍光タンパク質（RFP）を発現する HiRet または

プスを超えない逆行性レンチウィルスベクター（HiRet）

AAVrg を投与し，対応する交感神経節における蛍光タンや逆行性輸送型アデノ随伴ウィルス（AAVrg）を用いて，パク質の発現を比較したところ，末梢臓器からの標識に

自律神経制御に関わる神経回路を解析した。

は AAVrg の方が適していることが明らかになった。
AAVrg による逆行性標識の解析から，各交感神経節に本年度は，HiRet や AAVrg が末梢臓器からの神経標識

193

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第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

おいて，臓器ごとに投射している細胞の分布を明らかにれることが確認された。そこで HiRet によって逆行性標することに成功した。さらに，逆行性標識された腹腔神識をした後に，神経組織を回収してシングルセル

経節から細胞を単離して回収し，シングルセル RNASeq

RNASeq を実施したところ，ウイルスによって導入され解析を実施した。ニューロンの中に AAVrg によって導た GFP を検出することができた。
以上より，逆行性標識とシングルセル RNASeq を組み入された GFP や RFP の mRNA の検出を試みたが，残念合わせて末梢-中枢神経回路ネットワークに迫る技術がながら成功しなかった。

確立された。次年度より，解析を進めていく。

一方，中枢神経系では，HiRet の方が効率よく標識さ

58. 脳の発生に関わる脂質関連タンパク質の研究
服部光治（名古屋市立大学･大学院薬学研究科）
リーリンは脳の正常な形成と機能発現に必須の分泌抗リーリンモノクローナル抗体を共有結合させたゲタンパク質であり，その機能低下は統合失調症などの精ルを作成し，非切断型リーリンノックインマウス（精製神神経疾患やアルツハイマー病などの神経変性疾患の中のリーリン分解を防ぐため）またはリーリン欠損マウ

発症や増悪化に寄与することが確実視されている。これス（コントロール）の大脳の可用性画分と混合後，洗浄・ら疾患は現代社会の最大の課題であり，脳の作動原理の沈降させることでリーリンを精製した。その後，電気泳理解に基づいた新規薬物の開発が切望されている。しか動と銀染色を行い，非切断型リーリンノックインマウス

しリーリンが脳の機能低下を引き起こすメカニズムの由来の画分にのみ存在するバンドを質量分析法によっ全貌は不明である。我々が，リーリンが神経細胞の脂質て同定した。その結果，１０種弱の分子が同定されたが，組成を制御することを見いだしたが，これが細胞内シグ

そのほとんどは細胞質または核内に局在するとされる

ナルの活性化を介するものか，または，リーリンがアポものであったため，本研究の目的あるいは想定するモデ

リポタンパク質様に機能するからは，不明である。本研

ルに合致するものではないと判断した。現在，超遠心分

究では，そのメカニズムに迫るため，脳内におけるリー離法による分解などを試行している。

リン結合性分子の探索を行った。

59. 自己免疫性小脳性運動失調症に関連する抗神経抗体の標的抗原蛋白の同定
吉倉延亮（岐阜大学医学部附属病院 脳神経内科）
竹腰顕（岐阜大学医学部附属病院 脳神経内科）

木村暁夫（岐阜大学大学院医学系研究科 脳神経内科学分野）
自己免疫性小脳性運動失調症は，自己免疫学的機序を異的な抗神経抗体が存在することが報告されている

背景として発症する自己免疫性中枢神経疾患である。患（Balint B, et al. Brain 2018）。これらの抗神経抗体は，重者は，急性・亜急性に進行する起立歩行障害，上肢巧緻要な診断マーカーであるとともに，mGluR1 などの神経運動障害，構音・嚥下障害をきたす難治性の疾患である。

細胞膜表面抗原に対する抗神経抗体は，病態に直接関与

本研究は，この自己免疫性小脳性運動失調症患者の血するため，抗体陽性患者に対し，免疫療法が奏功するこ清・脳脊髄液を用いて，病態に関連する自己抗体（抗神とが知られている（Jones AL, et al. JAMA Neurol. 2015）。

経抗体）を新たに検出し，その標的となる神経細胞膜表

一方，免疫組織学的な手法を用いた最近の研究により，

面抗原を同定することを目的とした研究である。

小脳性運動失調症患者の中には，少なからず未知の抗神経抗体の合併が示唆される患者が存在することが報告

自己免疫性小脳性運動失調症では，いくつかの疾患特194

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告されている（Hadjivassliou M, et al. Cerebellum Ataxia 2021）。

し，この 60 名の血清を用い免疫細胞染色を施行したと本年度，未知の抗神経抗体の合併が予想される自己免

ころ，16 名の患者の血清で，細胞膜表面が染色され，神疫性小脳性運動失調症患者の血清を用い，ラット海馬初経細胞膜表面抗体を合併する可能性が示唆された。これ

代培養神経細胞を抗原とする免疫沈降法と，質量分析にらの抗体が未知の抗体である可能性を考慮し，この 16 名より，抗体の標的抗原となる神経細胞膜蛋白の同定を試の患者の血清を用いて，ラット海馬初代培養神経細胞をみた。136 名の小脳性運動失調症患者を対象とし，ラッ抗原とした免疫沈降を施行したところ，健常者の血清でト小脳凍結切片を用いた免疫組織染色により，対象患者は存在しない，いくつかの特異的なバンドが確認された。

の血清中に存在する抗神経抗体のスクリーニングを行

現在このバンドに該当する蛋白を質量分析により同定った。結果，60 名の患者の血清中において抗神経抗体の中である。

合併を確認した。次にラット海馬初代培養神経細胞に対60. イネキシンヘミチャネルの開閉制御機構
中野俊詩（名古屋大学大学院理学研究科）
久保義弘（生理学研究所神経機能素子研究部門）
イネキシンはギャップ結合やヘミチャネルを形成しINX-4 や UNC-7 は，脊椎動物においてヘミチャネル活て細胞内外にイオンや小分子を透過する膜タンパク質性を示すパネキシンなどに比べて，アミノ末端の配列がであり，哺乳動物のコネキシンやパネキシンの機能的な長い。イネキシン INX-6 などの構造解析から，イネキシ

ホモログである。本研究では，線虫 C. elegans の温度応

ン N 末端はチャネルポア内に位置することから，INX-4，

答行動の解析から示唆された新規のイネキシン制御分

UNC-7 の N 末端配列がチャネル電流の生成を阻害して子に着目し，イネキシンヘミチャネルの活性測定を介しいる可能性が考えられた。そこで，INX-4(N1-42)，UNC-て，新たな膜タンパク質制御機構を明らかにすることを7(N1-120) を作成し，アフリカツメガエル卵母細胞にて目的とした。

チャネル再構成を試みたが，これらの N 末端欠損型イネ提案代表者らによる線虫 C. elegans の温度応答行動

キシンによっても有意な電流は検出できなかった。さらに着目した最近の研究から，イネキシンタンパク質の活に，パルミチン酸，リノレン酸など，イネキシンやパネ

性がストマチンなどの膜タンパク質によって制御されキシンなどのアゴニストとして作用することが報告さる可能性が示唆された。そこで，本研究ではこの可能性れている分子の存在下で，同様に測定を試みたが，有意を検証するために，まず INX-4，UNC-7 などのイネキシ

な電流は測定されなかった。
次に，哺乳類培養細胞 CHO 細胞に INX-4，UNC-7 をンタンパク質のヘミチャネル再構成を試みた。

発現させ，チャネル電流が生じるかを検証したが，顕著

アフリカツメガエル卵母細胞に，INX-4，UNC-7 を発な電流は確認できなかった。

現させ，ヘミチャネル再構成を試みたが，有意な電流は生じなかった。ストマチンがヘミチャネル活性に必須で以上の結果から，線虫イネキシンタンパク質 INX-4，ある可能性が考えられたことから，ストマチン MEC-2 のUNC-7 の発現によって，アフリカツメガエル卵母細胞あ野生型あるいは機能獲得型タンパク質を，INX-4 またはるいは哺乳類培養細胞におけるヘミチャネル再構成は

UNC-7 と共発現させたが，有意なチャネル電流は測定で非常に困難であると考えられた。

きなかった。

195

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

61. 生物多様性に基づく膜タンパク質の生理機能と分子動作原理の解明
小野富三人，坂田宗平（大阪医科薬科大学）
中條浩一（自治医科大学）
藤原祐一郎（香川大学）
岡村康司，好岡大輔（大阪大学）
本研究は，受容体を含む膜タンパク質の機能を生物種に局在することが明らかになった。VSP 欠損個体で見らで比較し，その動作原理の共通項や多様性を明らかにすれる腸管上皮細胞の細胞内の vacuole の形成異常はこれらることを目的として行われた。本年度行われた研究は以endosome における VSP の機能の欠損によって生じた可能下の通りである。

性を示唆した。

(1) ゼブラフィッシュ稚魚を用い，2 種類の HCN4 オ(3) ゼブラフィッシュの骨格筋でナトリウムチャネルーソログ(hcn4, hcn4l)について，心拍数制御における役割をコードしている遺伝子 Nav1.4 をノックアウトした個を検討した。まず一般的な HCN 阻害剤である Ivabradine,体を作成した。細胞を単離してパッチクランプを行なっ

ZD7288 が，ゼブラフィッシュの心拍数を抑制することたところナトリウム電流は期待通り消失していたが，意を確認した。次に hcn4, hcn4l に対するモルフォリノアン

外なことにノックアウト個体の遊泳運動は，幼生でも成チセンスオリゴをゼブラフィッシュ胚にインジェクシ体でも正常個体と比べて大きな違いはなかった。このこョンし，心拍数が一過的に減少すること，心臓周辺に浮とから神経筋接合部でのアセチルコリン受容体で発生腫を生じることがわかった。以上の結果から，hcn4, hcn4lする電流が十分な筋収縮を惹起する可能性を考え，コン

どちらも心拍数制御に関わること，そして両遺伝子の発ピューター上でシミュレーションを行なった。
以上から，多様な生物種におけるイオンチャネル，受現が心臓の初期発生に関わっている可能性が示唆され容体機能を比較することで，これらについて，種間で保た。
(2) 電 位 依 存 性 ホ ス フ ァ タ ー ゼ （ voltage-sensing

存されている共通のメカニズム，ならびに種特異的な機

phosphatase, VSP）について，ゼブラフィッシュで作製した能を確認することができた。今後は同様の研究を継続し

VSP 欠損個体を用い，腸管の一部に多く発現する VSP のて行うことで，各イオンチャネル，受容体の機能につい局在を調べた。免疫電顕による解析の結果，VSP は腸管上てその知識を動物種を越えて幅広く充実させ，これらを皮細胞の apical membrane に近い場所に局在することが明俯瞰して分析することで，新たな知見を見出したいと考らかになった。MDCKII 細胞を用いた subcellular localization

えている。

解析により，VSP は主に early endosome，
recycling endosome

62. 動物の光受容タンパク質オプシンのダイナミックな機能変換を利用した
光遺伝学ツールの開発
塚本寿夫（神戸大学）
久保義弘（生理学研究所）
され，それらの機能発現・機能制御メカニズムが解明さ細菌から哺乳類まで，広範な生物種が外界の光をエネれてきた。

ルギーや情報として利用して活動している。光を利用するためには，光を感知するためのセンサー分子が必要でこの 20 年間近くの間に，種々の光受容タンパク質（をあり，多くの場合，光受容タンパク質がその機能を担っコードする遺伝子）を光に応答しない「普通の」細胞種ている。これまでに多種多様な光受容タンパク質が同定に人為的に発現させて，その細胞応答を光でコントロー

196

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

ルする光遺伝学（optogenetics）解析が発展してきた。既作できるツールの作製に取り組んだ。GPCR が駆動する

存の光遺伝学解析の多くでは，緑藻類から見いだされた細胞内シグナル経路は多数存在するため，動物オプシン

光駆動型イオンチャネルのチャネルロドプシンが光操をツールとして用いた場合，具体的にどのシグナル経路

作ツールとして利用されているが，動物が持つ光感受性を制御しているのか不明確になることがある。この点をG タンパク質共役受容体であるオプシンも，GPCR が関改善するために，GPCR シグナリング経路の種類によっわる多様な細胞応答を光で操作するためのツールとして応答キネティクスが大きく異なることに着目し，光をて活用されている。本研究課題では，申請者である塚本

受容すると一時的に G タンパク質を活性化するオプシが生理研久保研究室と共同研究を進める過程で見出しンを利用して，速いキネティクスを示す細胞応答を選択た，動物オプシンの機能特性が種類ごとにダイナミック

的に操作するツールを作ることができると考えた。

に変換（多様化）していることに基づき，種々のオプシ研究を進めた結果，一時的な光活性化を示すオプシン

ンの機能特性を利用した新規光遺伝学ツールの開発をが実際に速い細胞応答は光依存的に駆動するが，遅い応目的としている。

答はあまり活性化しないことを見出した。さらに，G タ

2021 年度は，これまでの研究から光遺伝学ツールとしンパク質を介するシグナル伝達を加速するタンパク質て有望そうな分子特性を示したオプシンを利用して，を利用することで，そのシグナル経路選択性を強化する

GPCR シグナリング経路のうち特定の経路のみを光で操ことにも成功した。

63. 「新規骨格を有する 2 光子励起色素」創製を目指した設計・合成・構造解析・機能評価研究
和田祐希，Avena Francisco Ramon，有澤光弘（大阪大学）
石井宏和，大友康平，渡我部ゆき，根本知己（生理学研究所）
生きた動物の内部で起きている現象をサブミクロン

Hirofumi Tsujino, Tadayuki Uno, Yasuo Tsutsumi, Yusukeの解像度でとらえることは困難である。2 光子顕微鏡は

Kawashima, Tatsuya Takagi, Kenichi Murai, Tomomi Nemoto,

このような生体現象を捉えることができる強力なツー

Mitsuhiro Arisawa, ACS Omega 2020, 5, 2473-2479.）。このルとして注目を集めているが，本法実施上鍵となる 2 光

研究の結果，本新規骨格を有する化合物の中には，従来型子励起色素骨格が限られていることから，新しい色素骨色素よりも超波長側に吸収帯を有する２光子励起色素が格の開発が求められている。

含まれていることがわかった。本申請研究では，本研究成
果を礎に，新規 2 光子励起色素開発を目指した設計・合

既に我々は数年前に共同研究を開始し，新規多環性含窒素複素環化合物を与える新しい反応や合成法を開発

成・構造解析・機能評価研究を展開した。

すると共に，これら新規化合物の光学特性について解析

具体的には，新たな isoindolo[2,1-a]quinolone 誘導体をして来た。その結果，つい最近，新規２光子励起色素骨

９種類，設計・合成した。合成した化合物の化学構造は

格 isoindolo[2,1-a]quinolone を見いだすことに成功していNMR，質量分析及び X 線結晶構造解析により確定した。

る。

また，これら色素の光学特性（二光子励起色素スペクト

昨年度は isoindolo[2,1-a]quinolone 誘導体を種々合成す

ルは生理学研究所において，吸光・蛍光スペクトルは大ると共に，それらの吸光・蛍光・２光子励起光特性につい阪大学において取得）について解析を進めている。このてまとめ，誌上発表した（Ramon Francisco Avena, Lin Qiao,

解析結果から，構造活性相関の考察を深め，新たな誘導

Yuki Fujii, Kohei Otomo, Hirokazu Ishii, Takeyuki Suzuki,

体の設計・合成を進める予定である。

197

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

64. 安静時脳内ネットワークのダイナミズムの臨床応用
服部憲明，岩間雄大（富山大学）
北城圭一（生理学研究所･神経ダイナミクス研究部門）
本研究の目的は，脳神経疾患で活用できる dynamic

用なネットワーク，脳波周波数帯域を見出す。

functional connectivity (DFC) 指標を見出すことである。

21 年度は，富山大学の倫理委員会で一括承認された研これまでの安静時脳波，機能的 MRI 研究は，一部の精神

究計画について，生理学研究所と共同研究契約を締結し疾患を除き，static FC (SFC) 解析が主であった。脳神経た。そして，予備実験を開始し，富山大学で計測した 30

疾患において，認知・運動機能低下には減弱した，また，

チャンネル頭皮脳波データの読み取り方法を確立し，脱抑制的な症状などには過剰な FC の揺らぎがあり，DFC

様々なアーチファクトについて，実験環境，計測条件にが治療効果を反映する可能性がある。

ついて，詳細な検証と対応を共同で繰り返した。一定の本研究では，富山大学附属病院に設置されている脳波クオリティの脳波データが収集できるようになったこ

計，MRI 装置を用いて，成人（６５歳以上を含む）健常とを確認し，本実験のデータ収集を開始した。さらに，者および脳卒中，もやもや病，重度内頚動脈狭窄，水頭

脳波データの前処理法，位相同期解析の平均値や分散な症，パーキンソン病などを有する患者について，手術をどの基本的な指標についてのトポグラフィー表示法を含む治療前後に，安静時脳波，MRI データを収集する。

共同で開発した。更に，DFC のより発展的な解析方法に

そして，匿名化したデータについ生理学研究所のワークついての検討を行った。21 年度中に若年および高齢者でステーションで SFC，DFC 解析を行い，認知機能，運動構成された 10 名の健常ボランティアのデータを収集で機能などの臨床データと DFC，SFC 指標との関連，治療きている。

前後での指標の変化を検討し，バイオマーカーとして有65. 経頭蓋静磁場刺激によるヒト脳可塑性の神経生理学的探索
芝田純也（新潟医療福祉大学）
美馬達哉（立命館大学）
北城圭一（生理学研究所･神経ダイナミクス研究部門）
経頭蓋静磁場刺激（tSMS, transcranial static magnetic

圧力が機械的刺激としてイオンチャネルに作用する可field stimulation）は，ネオジム永久磁石を頭表に留置する

能性，ローレンツ力によりイオンチャネル内のイオンのことで，磁石直下の脳皮質の機能を抑制することができ

軌跡がゆがむ可能性なども指摘されており，tSMS の作る。経頭蓋電気刺激や経頭蓋磁気刺激と異なり頭皮の火用機序として統一された見解はまだ存在しない。今後，

傷やけいれんを誘発するリスクはなく，真に非侵襲的なtSMS を適切に臨床応用していくためには，神経生理学

脳刺激法であり，難治性脳疾患の治療やリハビリテーシ

的実験データに基づき，tSMS の作用機序を数理モデル

ョンへの応用が期待されている。

化することは必須と考えられる。本研究の目的は，計算

その神経生理学的作用機序として，神経細胞膜の興奮

論的神経科学者と臨床神経生理学者が共同研究を行い，性の変化が示唆されている。細胞膜のリン脂質と膜貫通

tSMS がもたらす脳可塑性を数理的に理解する研究基盤

タンパク質は反磁性異方性を有しているため，tSMS がを構築することである。

もたらす中等強度の静磁場環境において，細胞膜内に埋tSMS がもたらす脳活動のダイナミクス変化をオンライ

め込まれているイオンチャネルが変形しその機能が変ンで記録することができる tSMS-脳波同時記録法を確立化する可能性がある。また，磁場勾配がもたらす磁気のすることができた。tSMS には直径 50 mm，高さ 30 mm の198

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

円柱型ネオジム磁石（表面磁束密度 5340 G，吸着力 88 kgf。

極において，4－8Hz の θ 領域の脳活動が刺激前と比べてネオマグ株式会社，東京）を用い，脳波記録には，アクテ

増大することを認めた。脳波は一群の神経細胞の電気的活ィ ブ 電極 付 キ ャ ッ プと 脳 波 用 ア ンプ （ Brain Products,

動を全脳領域にわたって高い時間解像度で記録できるた

Gilching, Germany）を用いた。健常成人 12 名を対象にし

め，記録データは数理モデル化の解析対象となりうる信頼て，手指一次運動野へ tSMS を 20 分間行い，刺激前後で性の高い神経生理学的データとなる。次年度は tSMS の計の脳活動変化を脳波で評価した。一次運動野近傍の脳波電算論モデルの作成を目指し共同研究を進めていく。

66. 頭蓋内電極を用いたてんかん病態下の脳内ネットワーク機構とてんかん病態の解明
松橋眞生，池田昭夫，宇佐美清英（国立大学法人京都大学大学院医学研究科）
下竹昭寛，小林勝哉，山中治郎（国立大学法人京都大学大学院情報学研究科）
横山寛，北城圭一（生理学研究所・神経ダイナミクス研究部門）

本研究ではてんかん患者の皮質脳波（ECoG）データを

発作直前に認められた。また，δ帯と HFO それぞれの振対象として，非線形動力学と情報理論的観点で解析手法

幅変動に対して Infra-slow からの情報流の強さをシンボを提案し，振動，同期ダイナミクスの詳細の解析を行う。

リック・トランスファーエントロピーにて定量したとこ

具体的には，京都大学にて既に計測済みのてんかん患者

ろ，Infra-slow からδ帯域の情報流入が強い患者ほど，ての発作時，発作直前時，発作間欠期における ECoG デー

んかん発作時におけるδ－HFO 間の振幅－位相カップ

タに対し，位相同期，位相振幅カップリング等の解析をリングが顕著に強い事がわかった。これは，既存研究で行うことで，てんかん発作時特異的な皮質脳波のダイナも多く報告のあるてんかん発作時の振幅－位相カップ

ミクスを明らかにする。また，トランスファーエントロ

リングが Infra-slow からの情報流がトリガーとなり引きピー等の情報理論解析により，動的な情報流の定量化を起こされている可能性を示唆するもので，てんかん発作行うことで，てんかん発作特異的な皮質脳波の位相同期

特異的な皮質脳波の振幅－位相ダイナミクスのメカニ

及び位相－振幅カップリングの背後にある神経情報流

ズムを理解するための糸口となる可能性がある。先行研とてんかん発作の機序解明を目指す。

究では，既に振幅－位相カップリングとてんかん発作と本年度は，前年度から引き続き，１Hz 以下の Slow なの関係は議論されているがてんかん発作中において，異脳波振幅 (infra-slow)に見られるてんかん予兆とてんかなる周波数帯域間で振幅－位相カップリングが高まる

ん時の脳波判読に用いられる Conventional な Oscillationのか，それらの発生機序はわかっていない。本研究の知（1~3Hz:δ帯域，100~300Hz: HFO）との関係解明を進め

見はそれらの問いに対して一つの発生機序の可能性をた。その結果，多くの患者データにて統計的有意なδ帯

明示するものである。今後は，これらの知見をまとめて，

域及び HFO の間で位相－振幅カップリングがてんかん

論文投稿を目指す。

67. 脳波ダイナミクスに着目した脳卒中機能回復原理の解明
河野悌司 1，北城圭一 2，宮井一郎 1，服部憲明 3，畠中めぐみ 1，矢倉

一 1，藤本宏明 1（1 森之宮病院 神経リハビリテーション研究部
2 生理学研究所

神経ダイナミクス研究部門

3 富山大学

学術研究部 医学系）

安静時においても脳はダイナミックに活動しており，が可能である。我々はこれまでに亜急性期脳卒中患者に安静時の脳波を測定することで，活動時の脳賦活の予測

おいて，安静時脳波の位相同期指数 phase synchrony index

199

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告（PSI）を用いて脳ネットワーク機能を評価し，左右運動

し，これらの領域間 PSI（δ 帯〜γ 帯）を評価した。その

野間や非病変側半球内の PSI が患者の運動機能障害やそ結果，両側下前頭間 PSI は lowβ 帯で対照群より低値での回復と関連することを明らかにしてきた。本研究にお発話能力障害と正の相関を示した。一方で，右下前頭-側いては，失語症を呈する脳卒中患者の言語野間 PSI が発

頭間 PSI はδ帯で対照群より高値で発話能力障害と負の話能力障害のバイオマーカーたりうるかを検討した。

相関を示すことが明らかとなった。これらの領域に隣接

対象は文章より同意を得た脳卒中患者および健常者

し，言語野と関連しない領域間 PSI では健常者との差やであり，日本光電社製脳波計（19ch）を使用し脳波検査

発話能力障害との相関は認めなかった。このように脳波を実施した。左前頭葉に脳梗塞病変を有する失語症患者

PSI が脳梗塞後失語症患者の両側大脳半球に及ぶ大域的において，PSI を用いて評価した脳ネットワーク機能とネットワークの変化を検出できるバイオマーカーたり

発話能力障害との関連を評価した。言語機能評価は訓練うることが明らかとなった。今後は失語症回復予測につを受け，脳波データについてブラインド化された言語聴

いての検討を実施する予定である。
Teiji Kawano et al., Association between aphasia severity

覚士が実施した。
脳梗塞患者 31 名（平均年齢 67.6 歳，脳波測定は発症

and brain network alterations after stroke assessed using the

後 35.0 日［中央値］）と年齢，性別を一致させた健常者

electroencephalographic phase synchrony index, Sci Rep. 2021

24 名（平均年齢 66.0 歳）を対象とした。言語関連領域

Jun 14;11(1):12469. doi: 10.1038/s41598-021-91978-7.

（左右の下前頭部および側頭部）を関心領域として設定

68. 運動異常症の脳内電位の同期現象
村瀬永子（独立行政法人 国立病院機構 奈良医療センター 脳神経内科）
上原一将，北城圭一（生理学研究所・神経ダイナミクス研究部門）
こと。

所内対応者の北城教授と共同利用研究者の上原助教③に大まかな内容をオンラインにて確認し，その後実際に10 例のジストニア患者，3 名のパーキンソン病，

お会いしてデータ解析の相談をする計画であった。しか1 名の本態性振戦のデータがあるが，まず小数例

し新型コロナ感染症のため面会禁止が続き，実際にお会のジストニアで解析すること。

いできたのは 2022 年 3 月 31 日であった。

④

手術での初回例が減少しているため，症例は減少

対面で初めてお会いして話し合うことで，以下のこと

していること。

を確認できた。
①②

最近では集束超音波の凝固術が優先され，定位脳

データは txt file で送り，filter をかえて Local Field

これらの話し合いの結果，2022 年度として初めてデー

Potential と Spike の観点から，異なった周波数ど

タを 4 月 4 日に共有することが可能となった。今後さうしの PAC をまず計算することになった。

らに症例を数例御追加し，少数例で傾向がでるか検討

データは Drop Box で患者名を匿名化しておくる

予定である。

69. 下垂体後葉ホルモンの分子・機能進化に関する研究山口陽子（島根大学学術研究院 農生命科学系）
久保義弘，立山充博（生理学研究所）
バソプレシン（VP）およびバソトシン（VT）は脊椎動の G タンパク質共役型受容体（GPCR）を介して多彩な物の脳下垂体後葉から分泌されるホルモンであり，複数機能を発揮する。VP/VT は腎臓での水分再吸収を強力に200

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第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

為的に再現する」研究を計画した。

促進する作用（抗利尿作用）をもち，乾燥した陸上環境

本年度はメダカ V2bR 配列の一部を V2aR のそれと入れでの生存に必要不可欠である。
GPCR は共役する G タンパク質の種類によって下流の替えたキメラ受容体を作成し，蛍光プローブと全反射照明

シグナル伝達経路が異なる。VP/VT の抗利尿作用を司る

蛍光顕微鏡を用いた in vitro ライブセルイメージングで受V2a 型受容体（V2aR）は主に Gs と共役して cAMP 産生を容体のシグナル伝達経路の切り替わりを評価した。4 種類

促進するが，他の VP/VT 受容体サブタイプは主に Gq と共のキメラ V2bR を作成し，このうち他機関での予備実験結役し，細胞内 Ca2+ 濃度を上昇させる。これは VP/VT 受容果に基づいて選んだ 1 種類および野生型 V2aR/V2bR につ体ファミリーの進化の過程で V2aR のみがシグナル伝達

いて解析を実施したところ，先行研究や予備実験とは異な経路を切り替えた結果だと解釈されるが，その詳細ならびり，受容体間で明確な差は見られなかった。今後の方針とにそれが生物の環境適応能力にどのような影響を与えた

して，当初は他のキメラ受容体の解析とキメラ受容体発現かは不明である。我々は軟骨魚類での研究から，V2aR のメダカの作成を予定していたが，今回の実験結果を踏まえ，祖先型分子である V2bR を偶然発見した（Yamaguchi et al.,

野生型 V2aR/V2bR の機能特性を再検証することを優先す

Gen Comp Endocrinol, 2012）。V2bR は構造的には V2aR にる。メダカ以外の生物の V2aR/V2bR を解析対象に加える

近縁だが，二次情報伝達物質は Ca2+ である。以上を踏まほか，Gs/Gq 以外の G タンパク質との共役を検証すること

え，V2aR と V2bR の両方をもつモデル生物のメダカを用も視野に入れる。

いて「V2aR の分子・機能進化を in vitro 及び in vivo で人

70. Neural Mass model によるヒト脳波の興奮/抑制性バランスの定量化
野田賀大，和田真孝，髙野万由子（慶應義塾大学 医学部 精神･神経学教室）
北城圭一，横山寛（生理学研究所･神経ダイナミクス研究部門）

本申請研究では，ヒト脳波から皮質内 E/I バランスのうつ病群の両群において，おおよそ完了しており，前処変化を予測し，うつ病患者の病態評価，及び治療による理などを済ませたデータセットを生理学研究所・北城グ

病状回復度の定量評価を可能とするようなデータ駆動

ループと共有し，解析を進めていく方向でデータ共有及型モデリング手法の確立を目的としている。具体的には，びそれに伴う諸手続きを進めた。提案手法の実装・デバ

観測脳波信号を，Neural Mass (NM) model とモデルフィ

ッグ等については，北城グループの方で進めており，実ッティングすることで，同定されたモデルパラメタから，装した提案手法の数値シミュレーションによる検証を

興奮―抑制性バランス（E/I バランス）の定量化を行う。

進めた。具体的には，パラメータの数値や時系列変動がこれらの手法を健常群，及びうつ病群の実験参加者より既知の疑似脳波信号を NM Model より生成し，それを提計測した安静時脳波信号に適用し，治療前後における皮案手法に適用することで，提案手法がどの程度の精度で

質内 E/I バランスの変化を推定することで，患者の皮質真値のパラメータ，及び疑似脳波信号の時系列変動を予

内 E/I バランスが治療により，どの程度，健常者の皮質測できるかについて確認を進めた。数値シミュレーショ

内 E/I バランスに近づいたかなどを評価する手法開発をンの結果，提案手法を用いて高い精度で疑似脳波信号と行う。

NM model のパラメータ変動を予測できることが確認さ

2021 年度は，脳波データ計測に加えて，提案手法の NMれた。

Model を用いた数値シミュレーションによる疑似脳波を今後の予定としては，野田グループにて計測した実際用いた妥当性検証を中心に研究を進めた。データ計測にの脳波データに提案手法を適用し，解析を進め，健常群

ついては，慶應義塾大学・野田グループの方で，既に目と疾患群の間での E/I バランスの比較や治療効果の推定標とするサンプル数の安静時脳波データ計測を健常群，について議論する予定である。

201

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

計画共同研究報告

71. 小胞放出を抑制した海馬シナプスの３次元微細形態解析
林周一（川崎医科大学解剖学）

大野伸彦（生理学研究所 超微細形態研究部門）
海馬は記憶の形成に重要であり，歯状回からアンモ製を行った。上記マウスの成獣のホモ接合型と同腹のヘテ

ン角 CA3 への投射軸索（苔状線維）は海馬内の主要な回ロ接合型の各 1 匹ずつを灌流固定し，取り出した脳をスラ路の一つである。苔状線維は，CA3 ニューロンとの間にイスした。その後，光学顕微鏡を用いて CA3 領域の低倍特徴的な巨大シナプス終末を形成し，強力な出力を CA3率から高倍率の明視野像を取得し，目印となる血管や細胞に伝えることが知られているが，その形態形成を制御すを撮影した。さらに，蛍光標識された苔状線維のシナプスる分子機構は明らかでない。本研究は，発生期の苔状線

終末の共焦点顕微鏡像を取得した。その後，生理学研究所

維の巨大シナプス終末の形成において，小胞放出が果たにおいて，スライスを電子顕微鏡観察用に染色し，樹脂包す役割を明らかにすることを目的として実施した。

埋を行った。次年度の研究では，この試料について Serial-

本年度の研究では，歯状回のニューロンの一部を蛍光タ

Block-Face-Scanning Electron Microscopy (SBF-SEM) 像を

ンパク質 tdTomato で標識し，同時にそのシナプスからの取得し，事前に取得した蛍光顕微鏡像と相関させることに小胞放出を抑制するように遺伝子改変したトランスジェ

より，苔状線維の巨大シナプス終末の微細形態を 3 次元解

ニックマウスを用いて，海馬の電子顕微鏡観察用試料の作析する予定である。

202

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

生体機能イメージング共同利用実験報告
〔 目

次 〕

1.

非ヒト霊長類を用いた安静時脳機能結合パターンの操作と理解 ········································· 207

2.

マカクザルの脳構造撮影 ··········································································· 207

3.

マカクサルを用いた精神機能と運動機能を向上させるための脳深部刺激療法の確立 ······················· 208

4.

発達過程にあるマイクロミニブタ還流脳の超高磁場 MRI による解剖学・組織学・Tractography ············· 208

5.

共同運動課題時の複数名同時脳活動計測：コミュニケーション形成の神経的基盤を探る ··················· 209

6.

相互模倣による行為・意図の共有に関与する神経基盤の解明 ··········································· 210

7.

拡散強調 MRI を用いたマカクザル神経線維結合の検証 ················································ 210

8.

意欲-運動連関を支える神経機構の解明 ······························································ 211

9.

ぬれ感覚の脳内形成機序の探索 ····································································· 211

10. 語用論的解釈の神経基盤 ― 認知要素と情動要素の協働機制の探索 ······································ 212
11. ハイパースキャン MRI を用いた相互作用する二者の言葉のやりとりによる共創的学習と共有イメージの神経基盤の解明 ······················································································· 213
12. 磁気共鳴画像を用いた，日本人英語学習者・外国人日本語学習者の第二言語習得メカニズムの探究 ········· 214
13. 運動イメージの脳内表象の解明 ····································································· 214
14. 脊髄損傷後の非ヒト霊長類の中枢回路の大規模再編過程の 7TMRI による解析 ···························· 215
15. 脳波・機能的 MRI 同時計測法を用いた睡眠覚醒機構の解明 ············································ 215
16. 意図的な立毛生成の神経基盤および情動機能との相互作用の解明 ······································· 216
17. 認知的負荷の時間割引の行動・神経機構の解明および先延ばし・ アパシーの横断的説明 ·················· 217
18. Gap により惹起される聴覚誘発脳磁界反応 ··························································· 217
19. MEG を利用した聴覚時空間的脳活動の検討 ·························································· 218
20. 反復・同音語プライミング効果を用いた漢字熟語を読む際の処理経路の検討 ····························· 218
21. 聴覚情報処理基盤となる音響物理パラメータ特定のための聴覚誘発磁界の計測 ··························· 219
22. 脳磁図を用いた運動知覚の神経基盤の解明 ··························································· 220
23. 手指の運動制御時における感覚運動領域活動の解明 ··················································· 220
24. 脳磁図を用いた片側良聴耳患者における周波数特異性の研究 ··········································· 221
25. 感覚情報処理抑制系の機序解明と検査パラダイムの確立 ··············································· 221
26. 変化応答としての聴覚後期活動と聴性定常反応の位相変化 ············································· 222
27. ヒト記号記憶の保持に関わる脳律動信号の波形解析 ··················································· 222
28. 音声及び音楽刺激に対する神経振動帯域間相互作用の信号源解析 ······································· 223
29. 自立神経系の変動特性の安静時脳ネットワークへの影響評価 ··········································· 223
30. Positron emission tomography (PET) insert study with a 7T whole-body MRI system····························· 224
31. Development of 8-channel parallel transmission technology in 7 Tesla MRI system and its application to research offunctional architectures in human association cortices ······················································ 224

205

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

32. 眼球運動の機能的ネットワークの解析 ······························································· 225
33. 大脳言語野皮質の層特異的活動の計測 ······························································· 225
34. 超高磁場機能的磁気共鳴画像法を用いたヒト脳活動の高分解能計測 および解析法の研究 ·················· 226
35. 骨格筋代謝物質における 7T MRS/CSI の最適化と計測法の確立 ········································· 226
36. 7T MR 装置を用いた血管壁イメージングによる脳血管壁性状と 3 次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法
による脳血管血流動態の検討 ······································································· 227
37. Personalizing Brain Stimulation Dosage by New Neurostimulation Computational Model ························· 227
38. 神経アミノ酸マッピングのための化学シフトイメージングの確立 ······································· 228
39. 呼吸活動が及ぼす認知パフォーマンス関連の脳活動の解明 ············································· 229
40. ７テスラ MRI によるヒト第一次体性感覚野の皮質内回路機構の解明 ···································· 230
41. fMRI における外側後頭皮質のより特異的な functional localizer の探索 ··································· 230
42. 意味の創発に関わる内的表象形成メカニズムの解明 ··················································· 231
43. 機械学習と fMRI を用いた抒情の生じるメカニズムの解明 ············································· 232
44. 将来の報酬を期待するヒト脳の価値表象の動的特徴と選択形成の解析 ··································· 233

206

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第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

1. 非ヒト霊長類を用いた安静時脳機能結合パターンの操作と理解
南本敬史（量子科学技術研究開発機構･量子医科学研究所･脳機能イメージング）
ヒトを対象とした機能イメージング解析から，複数の身投与することで，（１）[18F]FDG-PET イメージング解

脳領域間の機能的結合やそのパターンが，特定の認知・析により発現領域の神経活動が亢進すること，（２）採情動機能や精神・神経疾患における症状と対応すること取した脳脊髄液を HPLC 解析することによりドーパミが示されていが，その背景となる生理学的な情報伝達様

ン・セロトニンの脳内レベルが減少傾向を示すこと，（３）

式との関連・因果性についてはいまだ不明である。本研

意欲行動を定量できる行動課題を用いて，意欲減退が生

究は，ヒトに近い脳構造をもつマカクザルの特定の脳回じることを確認した。これらの結果を総合し，LHb に導路を操作した際に生じる機能結合の変容を明らかにする

入した hM3Dq を介して，アゴニスト投与によりうつのことで，機能結合の生理学的実態を明らかにすることを一部の病態が再現できるモデルが確立できた。

目指す。そのために，化学遺伝学的手法により既知の脳

ヒトとサルへの新型コロナウイルス感染拡大防止の観回路を操作することができるマカクザルを対象とした機点から，引き続き両者の往来を見合わせる一方，正常個

能 MRI 計測を実施する。第一弾としてヒトうつ病の病態体を対象とした撮像条件の検討を生理研・量研の双方で回路仮説の一つとされる外側手綱核(LHb)の過活動を引実施し，麻酔管理技術，撮像した画像の S/N 比やシグナ

き起こすモデルを作出し，機能結合の変容を明らかにす

ルの均一性などと合わせて情報共有を行なった。加えて，ることを目指す。

DREADD アゴニスト DCZ 投与による DREADD を介した BOLD 変化を検出すべく，Pharmaco-fMRI 法の利用な

5 頭のマカクザルの両側の LHb に神経細胞特異的に
hM3Dq を発現させるウイルスベクターを注入した。そのど技術的検討を行った。

うち４頭については LHb での hM3Dq 発現を DREADD得られた撮像プロトコルや麻酔条件についての情報と選択的 PET リガンド[11C]DCZ を用いた PET 撮像により技術情報は，今後の化学遺伝学による回路操作条件での実験開始前に確認するとともに，最終的に免疫組織学的安静時機能結合パターン解析における最適な機能 MRIに同定した。これらのサルに DREADD アゴニストを全撮像の条件設定に生かされることが期待できる。

2. マカクザルの脳構造撮影
鯉田孝和（豊橋技術科学大学 エレクトロニクス先端融合研究所）
磯田昌岐（生理学研究所 認知行動発達機構研究部門）
横井功（生理学研究所

認知行動発達機構研究部門 生理学研究所 技術課）
郷田直一（生理学研究所 心理生理学研究部門）

マカクザルの脳から単一神経細胞の活動を記録する際

MRI 撮影により記録目的の神経核である外側膝状体なには微小電極を目的の脳部位に正確に導くことが重要で

らびに視床枕の構造を同定するとともに，設置済みの記ある。そのためには目的の部位の正確な脳構造を知る必録用チェンバーとの位置関係を正確に同定するためには，要がある。特にサルの脳には個体差があるため，個体ごT1，T2，T2*強調画像をそれぞれそれぞれ撮影し組み合とに脳の三次元構造を MRI により取得することが望ま

わせて評価する必要がある。本年度は記録用チェンバー

しい。提案代表者の研究機関ではマカクザルを用いた慢の取り付け手術を行った後に MRI 撮影の計画を立てた。

性電気生理実験が可能であるが，MRI が配備されていな

しかし，MRI 撮影の日程調整が難航したため，あらたい。そこでサル MRI が撮影可能な生理研イメージング機

めて撮影計画について協議し，撮影を行わないこととし器を利用することとした。

た。理由として当該サルは前年度，記録用チェンバーを207

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

取り付ける前に MRI 撮影を行っており，このデータを再が得られ，外側膝状体の位置特定ができた。外側膝状体

解析することで記録用チェンバーとの対応付けが可能でをランドマークとして相対的に電極位置を調整することある可能性が示唆されたためである。郷田助教の指導ので視床枕と思われる部位の特定もできた。

もと MRI データの再解析を行ったところ，記録用チェン

MRI データの再解析に基づいて記録部位のマッピング

バーをとりつけたサル頭部のレントゲン画像と対応付けを行う事で，予定していたよりも速やかに部位特定が完を行うことができ，記録部位の推定が可能となった。求了した。これは実験の効率化のみならず，頭蓋の開口面まった推定座標に基づき，ユニット記録実験を開始した

積を減らし，電極の刺入回数も少なく済むなど侵襲性がところ，果たして該当座標に置いて明瞭な視覚応答特性

低く，実験動物への倫理的配慮としても意義がある。

3. マカクサルを用いた精神機能と運動機能を向上させるための脳深部刺激療法の確立
西村幸男，鈴木迪諒（東京都医学総合研究所 脳機能再建プロジェクト）
中枢神経障害後にはうつ病の併発率が高く，それが運極を慢性的に埋め込んだ。埋め込み後，到達把握運動課

動機能回復を阻害することが臨床現場での大きな問題と

題中のサルの側坐核へ電気刺激を与え，電気刺激によるなっている。ゆえに，うつと相対する意欲の生成に関与

意欲と運動パフォーマンスの変化を検証した。

する脳領域の活性化が精神機能の改善と活動性・運動機

電気刺激ありの条件では，刺激なしの条件に比べ，課能を向上させるためには重要である。特定の意欲中枢活

題施行数が 2~3 倍ほど増加した。一方で，反応時間や把性化の手法として脳深部刺激法が挙げられるが，その手握力などのパラメーターには刺激 on/off の差はほとんど法を確立するためにはモデル動物の意欲中枢を的確に同観られなかった。これらの結果は，側坐核への電気刺激定することが不可欠である。

は電気刺激と連合した行動への意欲を高め，行動実行の

上記の目的を達成するために，2021 年度の生体機能イ

強化に繋げることができることを示している。うつ病にメージング共同利用実験において，3 頭のニホンザルをおける意欲の減退を緩和させる手法として，側坐核への東京都医学総合研究所から生理学研究所へ搬出し，各個

脳深部刺激法は意欲向上に伴う活動性の改善につながる

体の脳構造画像の撮像を行った。得られた画像を基に，手法になる可能性が示唆された。

意欲中枢の一つとされる側坐核の座標を特定し，刺激電4. 発達過程にあるマイクロミニブタ還流脳の超高磁場 MRI による解剖学・組織学・Tractography
高垣堅太郎，竹島雅之，平田真樹，森松文毅（徳島大学 バイオイノベーション研究所）
Wolf Zinke（Leibniz Institute for Neurobiology, Magdeburg）
脳生理学ではサルやイヌ・ネコなどが伝統的には最もて大きい。また家畜動物として，人間との特殊な関係性

重要な哺乳類モデル生物であったが，繁殖・飼育や遺伝を築いてきたため，その実験利用にあたっては猿やイヌ・子改変の容易性から齧歯類が用いられるようになった。

ネコとは違った位置付けが可能である。こういった事情

本研究は，イヌ・ネコに代わる中大動物モデルとして注により現在，ブタはヒト疾患モデルやデバイス開発のプ目されるブタを，脳生理学研究のモデル生物として確立

ラットフォームとして注目されるのみならず，異種臓器するという大目標のもとで行った。

移植のドナーともなっている。

ブタは睡眠サイクルなどをはじめとする行動全般がヒ

本研究では発達過程にあるブタ脳の ex vivo 還流標本

トとの共進化によりヒト化しており，臓器大も猿と比べを用い，初めて超高磁場 MRI での撮像を確立した。また，

208

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

イメージングについては実験繁殖したマイクロミニピッ

本が至適であることが確認され，通常解剖像とともにミグを利用することで，今まで研究されることが少なかっ

エリン比重画像，トラクトグラフィーなどが得られた。

た初期発達期の脳を対象とした。

このデータは，ブタの脳発達アトラスとしてまとめてゆまず，ex vivo イメージングに適する標本について検討

く予定である。

し，サルや齧歯類といった実験動物の解剖ではルーチー

また頭蓋骨から摘出しない全頭標本では，微小な空気ンに行われる還流固定法をブタにて確立することに成功

泡によるイメージング像の歪みが見られることもわかっした。還流固定による組織標本は脳・肝臓・腎臓など内た。ブタ成獣の頭骸骨は霊長類と比べ前頭洞など含気部部構造の複雑な臓器においては組織学・病理学的に高品の発達が著しく，ex vivo 標本での知見をもとに，ブタ in

質な組織標本を得る上で欠かせない。畜産動物においてvivo で可能なイメージング項目を検討してゆく。

は初めての中心循環経由の還流標本採取であり，将来のさらに，生体イメージングに向けた準備として，超高中大動物生理学・病態生理学の参考になるよう還流プロ

磁場施設内での麻酔利用可能性や移動式飼養管理施設のトコルも発表してゆく予定である。

使用の可能性について，さまざまな側面から検討を行い，

Ex vivo イメージングについては，サルと同様脳摘出標

継続課題において実施する予定である。

5. 共同運動課題時の複数名同時脳活動計測：
コミュニケーション形成の神経的基盤を探る
阿部匡樹（北海道大学大学院教育学研究院健康体育学分野）
高橋康介（中京大学心理学部実験心理学領域）
渡邊克巳（早稲田大学理工学術院基幹理工学部表現工学科）
二人以上の集団が一つのゴールを目指してお互いの行（Abe et al., NeuroImage 2019）。昨年度はこれに VBM 解

為を統合する共同運動課題は，身体を介した直接的な個析を加え，メンタライジングシステムに属する左前頭極・人間コミュニケーションの典型例である。そこでは，巧縁上回付近の領域が他者協調の度合と関連していること

みな協応により個々の能力以上のパフォーマンスが生成を示唆した。

されうる一方，理論的には決して効率的とはいえない社

この力調整課題にさらに 1 名加えて 3 名とした場合，会的相互作用も生じる。これらの現象は心理物理実験やより複雑かつ高次の社会性が要求され，その神経基盤のゲーム理論において示されてきたが，その神経的基盤は詳細を検討することが可能となると考えられる。そこで，

いまだ明らかにされていない。特に，社会性の影響が顕

本年度は昨年度に引き続き 2 台の 3T-fMRI スキャナと 1

著になることが示唆されている 3 名以上での共同課題時

台の 7T-fMRI スキャナを同時に用いた実験環境の構築，における神経活動の研究例はほぼ皆無である。本研究でならびに実験課題の精査と検証を進めた。

は共同課題時の複数名（最大 3 名）の脳活動を同時に記

3 台の fMRI スキャナおよび視覚刺激の同時使用に関録・解析することにより，共同課題時特有の脳内情報処

しては，昨年度までに延長ケーブルによって異なる研究

理過程を明らかにすることを目的とした。

棟にあるスキャナ間を直接接続する実験系を構築し，視

これまで，我々は 2 人の把持力の合計を標的力に合わ

覚刺激の適用および fMRI データの取得，ともに問題なせるという共同把持力調整課題を用い，その際の脳活動く可能であることが確認されている。本年度は実験プロを調べることで，共同行為の組織化に関わる神経基盤をトコルの調整を再検討して二人課題との比較も可能な課

検討してきた。その結果，単純な力調整課題においても題設定としたが，コロナ感染状況の悪化に伴い実験の中

メンタライジングシステムと呼ばれる脳領域の賦活が生止が続き，本実験の完遂には至らなかった。来年度以降じること，その中でも右の側頭-頭頂接合部（TPJ）が他は 3 人同時課題の実施・解析に焦点を絞り，20 組前後を者との協調に大きな役割を示すことを明らかにした

対象に共同課題時の脳活動同時計測を行う予定である。

209

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

6. 相互模倣による行為・意図の共有に関与する神経基盤の解明
宮田紘平，工藤和俊（東京大学）
小池耕彦，定藤規弘（自然科学研究機構 生理学研究所）
マネする人とマネされる人が刻々と入れ替わる相互模図の共有に応じて２人の内的な状態が変化することが予

倣では，お互いの行動を模倣・観察することで，行為や想されたため，各試行後にはポジティブとネガティブを

意図を共有することができる（Call, 2002）。本研究では両端とした Visual Analogue Scale で内省報告を行ってもこの行為・意図の共有の神経基盤を明らかにすることをらった。今年度は健常成人２９組５８名のデータを記録目的として，２台の MRI 装置を用いて相互模倣課題中のした。
内省報告の結果，意図共有あり条件の方が意図共有な

２人の脳活動を調べた。
課題は意味のないカタカナ２文字の書字模倣とし，右し条件よりもよりポジティブと報告することが確認され人差指で透明のパネルに書いてもらった。お互いの指のた。一方で，行為共有の有無では意図共有の有無と交互

動きはビデオカメラシステムを通して見られるようにし，作用があった。意図共有がある場合は，行為共有によっ模倣しやすいように映像は左右反転させた。実験条件とてよりポジティブ感情を回答したが，意図共有がない場

して，行為と意図の共有を操作した。行為共有あり条件

合には，そのような差は見られなかった。意図が共有さでは，模倣者は相手の動きを鏡のようになぞる。行為共れない場合には，相手が何を書くかわからないため，行有なし条件では，模倣者と被模倣者は書き順が異なるよ

為の共有に失敗した試行が影響している可能性が考えらうに設定した（左と右の文字どちらを先に書くか）。意れる。

図共有あり条件では模倣者に被模倣者が書く文字を事前

この点を含めて，現在は課題中に記録した２人の指のに知らせ，共有なし条件では知らせない。ただし，行為

動きの類似性評価を進めている。そして，これら行為とと意図ともに共有がない条件では２人は異なる文字を異意図の共有に応じて活動強度が変化する脳領域や領域間

なる書き順で書いた。模倣者と被模倣者の役割はランダの機能的結合，そして２個体間の結合強度が変化する脳

ムに切り替えるように設定した。先行研究から行為や意領域を今後明らかにしていく。

7. 拡散強調 MRI を用いたマカクザル神経線維結合の検証
菅原

翔，臼田

升，鈴木迪諒，中山義久，西村幸男（東京都医学総合研究所）
福永雅喜，定藤規弘（生理学研究所）

損傷からの機能回復や熟達者の卓越機能を説明する上ていない灌流固定標本を用いた撮像を実施した。本年度

で，拡散 MRI 計測に基づくトラクトグラフィーを用いたも感染症の蔓延のために発令された緊急事態宣言に伴う解剖学的結合の量的評価は非常に有用である。しかし，ト移動制限により，実験の実施できる機会が十分ではなか

ラクトグラフィーの精度に関しては未だ多くの議論が存った。さらに，昨年度より問題となっている空間解像度の在する。本申請課題では，神経トレーサーを注入後に灌流問題を解決するため，SE-EPI シーケンスの導入を進めた

固定したマカクザル脳標本を用いて，組織学的な解剖的が，装置との互換性等の問題により実装には至らなかった。

結合評価との直接比較により，トラクトグラフィーに基上記のような撮影方法の限界のため，現状では本申請

づく解剖学的結合評価の妥当性を検証することを目的と課題の目的を達成するのに十分な拡散強調画像を得るこした。

とは難しいと判断した。空間解像度の問題を解決する新

昨年度よりの課題である固定標本を用いた拡散 MRI 計

たな撮影手法が実現された後，改めて本申請課題を再開することを計画している。

測プロトコル確立を目指して，神経トレーサーを注入し210

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

8. 意欲-運動連関を支える神経機構の解明
中山義久，西村幸男，菅原翔，鈴木迪諒，臼田升（東京都医学総合研究所）

運動競技の場面で，「勝ちたい」という意欲に満ち溢に 28 名が参加した。目標を達成するという情動イメージ

れている時には高いパフォーマンスを出すことができ，によって，後の運動出力が促進されることを確認した。

よい結果を得られるということを多くの人が経験していさらに，情動イメージ中には非情動イメージに比べて中る。これまで，中脳や大脳基底核の神経核が意欲を司る

帯状回前方部がより強く賦活した。現在，腹側中脳活動

脳部位であることがわかってきており，これらの神経核と情動イメージを介した運動出力の自発的促進について，が運動を生み出す運動野に直接的に働きかけ，この系が詳細な解析を実施している。

運動の生成に重要であると考えられる。しかし，意欲とさらに，運動パフォーマンスを生成するメカニズムの運動パフォーマンスとの間の因果関係を説明する神経科

認知的な側面に着目した研究も進めている。たとえば赤学的根拠については未だ不明である。そこで本研究では，信号を見てブレーキをかけるという場面では，自動車と意欲に基づく身体運動制御機構の神経基盤を解明するた

バイクを運転する場合では具体的な運動は異なる。このめ，意欲に関連する神経核と運動関連領域と結びつける

ように運動を選択し実行するための「目的（ゴール）」

機能的結合と解剖学的結合を明らかにすることを目的とに着目し，行動目的を運動情報に変換するメカニズムをする。

7 テスラ MRI により検討する実験を実施した。実験にはこれまでの成果として，外的報酬の有無に関わらず，

29 名が参加した。解析の結果，視覚情報を基にした目的

運動準備時の腹側中脳活動が後の運動出力と関連するこの決定，動作情報への変換，動作の準備といった各段階とが明らかとなった。新たな展開として，腹側中脳活動に運動前野背側部の異なる下位領域が活動するという結を自発的に高めることで，後の運動出力を促進できると果を得た。この結果をまとめた論文が NeuroImage 誌に掲いう仮説を得た。この仮説を確かめる 7 テスラ MRI 実験載された（Nakayama et al., 2022）。

9. ぬれ感覚の脳内形成機序の探索
永島計（早稲田大学，人間科学学術院）

中田大貴（奈良女子大学，生活環境科学部）
菅原翔（東京都医学総合研究所）

定藤規弘（生理学研究所，心理生理学研究部門）
健康な男女 16 名を対象とした。吸気の温度条件（25 °C,

1．はじめに
湿度や皮膚表面の濡れは，“蒸れ感”，“濡れ感”と

34 °C），相対湿度（RH）条件（30 %, 70 %）を変化させして我々の意識にのぼる。研究は，①濡れ感や蒸れ感にる 4 試行の実験を行った。実験では鼻部のみを覆うマス

関わる脳部位を同定し，②これらの感覚の形成機序を脳クを介して，統制呼吸（3 秒間の鼻からの吸気，続いて 3

内情報伝達解析により明らかにする。さらに，③高湿度

秒間の口からの呼気を 90 回，9 分間)を行った。また，メ

環境での温熱的不快感が生じるメカニズムを明らかにす

ントールをマスク内で昇華させながら同様の条件で行っることを目指す。本年度は行動実験による蒸れ感形成のた（N=8）。統制呼吸中の鼻中核部の粘膜表面温度（Tnose），

メカニズムにおける鼻粘膜の役割を解析した。さらに，

マスク内の温度（Tmask）及び湿度（RHmask）を連続的に測MRI 装置内で再現可能な実験のパラダイムの作成で終了定した。実験参加者は，吸気に対する温度感覚，蒸れ感した。

覚を評価した。また，大気圧，吸気の温度，湿度から露2．方法

点温度（Td）を求めた。

211

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

3．結果

激によって強くなった。VAS 蒸れ感覚の強度は露点温度

蒸れ感覚は吸気の温度，相対湿度の上昇に伴い有意にとの高い正の相関が見られ，吸気中の含水量を受容する強くなった（p<0.001）。Tmask，Tnose と蒸れ感覚の間にはメカニズムの存在を予想した。Tnose と蒸れ感覚との間に有意な相関はみとめられなかった。Td と蒸れ感覚の間には有意な相関関係は認められなかったが，温度感覚と蒸は有意な正の相関が見られた（r=0.4336, p<0.01）。吸気れ感覚鼻腔内での温度感覚が蒸れ感覚の形成要因となるの温度感覚と蒸れ感覚の間で有意な正の相関が見られた可能性が示された。メントール刺激による温感覚の変化(r=0.666, p<0.01)。メントールを吸引しながら行った実験をともに，蒸れ感覚との関係も変化したことから，蒸れにおいても温度感覚と蒸れ感覚の間に有意な正の相関が感覚の形成には吸気温度による Tnose の変化でなく，吸気見られた (r=0.535, p<0.01)。

温度に対して生じる温度感覚が重要である可能性が示さ

4．結論

れた。

吸気の蒸れ感覚は，吸気の温度，湿度上昇の各々の刺10. 語用論的解釈の神経基盤 ― 認知要素と情動要素の協働機制の探索
中村太戯留（武蔵野大学データサイエンス学部(教養教育)）松井智子（現：中央大学文学部／元：東京学芸大学国際教育センター）
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）

語用論的解釈においては，何らかの不調和を手掛かりと，情動要素（ユーモア）と関連した理論構築（中村, 2022）

として，発話者の発話内容を調節する処理が必要となる。

を進めた。後者は，ユーモア理解における不調和の解消

その際に，認知要素と情動要素が関与すると考えられて段階で扁桃体が重要な役割を果たすという見解（中村他,

いる（Vrticka 他, 2013）。本研究は，語用論的刺激を用い

2018）に加え，「『保護されている』という認識の枠組て，(A)「皮肉における刺激の複雑性制御による認知要素

み」（Apter, 2007）の重要性を指摘した。その神経基盤はと情動要素の協働を探る」と(B)「面白さを誘発する比喩不明であるため，今後の重要な検討課題と位置づけられ的表現における刺激の複雑性制御による認知要素と情動る。

要素の協働を探る」を進めている。

引用文献(A) 皮肉に関して，昨年度に引き続き論文化を進めた。

Apter, M. J. (2007). Danger: our quest for excitement.
Oxford: Oneworld.

認知要素として，文脈情報と発話内容の不調和の感知では内側前頭前野の前方，側頭極，そして小脳が賦活した。

Nakamura, T., Matsui, T., Utsumi, A., Yamazaki, M., Makita,

この結果は，小脳が「心の理論」に関与するという見解

K., Harada, T., Tanabe, H. C., & Sadato, N. (2018). The role

（Van Overwalle 他, 2020）とも符合する。情動要素としof the amygdala in incongruity resolution: the case of humorて，発話韻律と発話内容の不調和の感知では扁桃体が賦

comprehension. Social neuroscience, 13(5), 553 565.

活した。この結果は，扁桃体が皮肉理解において重要な

Nakamura, T., Matsui, T., Utsumi, A., Sumiya, M., Nakagawa,役割を果たすという見解（内山他, 2012）と符合する。そE., & Sadato, N. (2022). Context-prosody interaction in

して，両要素の交互作用として，帯状回を含む内側前頭sarcasm comprehension: a functional magnetic resonance

前野の後方，島皮質，そして前頭前野が賦活した。両要

imaging study. Neuropsychologia, 170 (108213), 1–11.

素は，顕著性ネットワーク（Menon & Uddin, 2010）を介

中村太戯留. (2022). ユーモア理解の「見いだし」理論. 語用論研究, 23, 34–50.

して前頭前野で統合されると解釈した（図１）。これらをまとめた論文を記載して発表した（中村他, 2022）。

Vrticka 他. (2013). The neural basis of humour processing.

Nature reviews. Neuroscience, 14 (12), 860–868.

(B) 比喩に関して，(A)と(B) の関係性の検討の一環として，認知要素と関連した研究の動向の検討（内海, 2022）

212

Menon, V., & Uddin, L. Q. (2010). Saliency, switching,生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

attention and control: a network model of insula function.

48 (5), 563–583.

Brain structure & function, 214 (5-6), 655–667.

内海彰. (2022). 比喩処理の認知プロセスに関する実証的研究の動向と展望. 語用論研究, 23, 16–33.

Uchiyama 他 . (2012). Distinction between the literal andintended meanings of sentences: a functional magnetic

Van Overwalle 他. (2020). Consensus paper: cerebellum andresonance imaging study of metaphor and sarcasm. Cortex,

social cognition. Cerebellum, 19 (6), 833–868.

図１：皮肉理解における認知要素と情動要素の協働機制

11. ハイパースキャン MRI を用いた相互作用する二者の言葉のやりとりによる共創的学習と共有イメージの神経基盤の解明
田邊宏樹（名古屋大学）
経験を共有することは人間の社会的認知の基本であり，相手に伝え，情報を受け取った方は言語的なヒントを元

言語を介したコミュニケーションはその中核をなすものに自分の中に視覚イメージを作り出すというものである。

である。我々はこれまで，視覚的経験は世界に向けられこのような情報伝達を行う二者において，ヒントの数にた心的状態であり，視覚的経験の共有は，共有の指向性

より共有するイメージの脳内表象の活動パタンの類似度に対する共同注意と心的状態の推論（心の理論）によっの違いやペア特異性などを検討することとした。本年度て媒介されるという仮説を立て，音声言語による空間的・は，上記に示した実験の具体的な課題の構築がほぼ完成

特徴的な共同注意課題を用いた hyperscan fMRI 研究を行し，行動及び hyperscan fMRI の予備実験を行った。行動ってきた。実験の結果，共同注意ネットワークの主要ノ実験の結果，今回用いた実験刺激において，情報を受けードと考えられている右前島皮質（AIC）〜下前頭回（IFG）

取る側は主観的にはヒントの数により視覚イメージの鮮複合体と，ターゲットの共有カテゴリーを表す右後上側

明度が変化することが確認できた。さらに hyperscan

頭溝（STS）において，課題特異的な神経活動のペア間同

fMRI のプレ実験において，刺激や課題の難易度，MRI 内期を認めた。この結果を踏まえ，言語のやりとりによっでの言語でのやりとりの問題点などを洗い出し，最終的てイメージを共有する際の二者の神経メカニズムを探るに作成した実験課題が MRI 内で遂行可能であることを実験課題の構築を試みた。具体的には，ペアとなった二確認した。現在，刺激呈示時間などの微調整を行ってい者のうちの 1 人に絵または写真を提示するとともに何をるところであり，それが終了し次第本実験に入る予定で伝えるかのヒントを視覚的に呈示し，それを言語化して

ある。

213

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

12. 磁気共鳴画像を用いた，日本人英語学習者・外国人日本語学習者の第二言語習得
メカニズムの探究
笠井千勢（岐阜大学）
定籐規弘，小池耕彦，角谷基文，吉本隆明（生理学研究所）
本研究は，第二言語処理に伴う脳領域を明らかにする処理が行われる」説と「異なる処理が行われる」ということで，第二言語を処理する過程にどのような機能が求相反する説が報告されてきたため，脳画像を用いてそれめられるか調査することを目的とする。被験者に日本語

ぞれの言語処理を可視化した。

母語話者と日本語学習者の２グループを採用し，第一言両グループの正答率，解答速度，神経基盤を比較検証

語として日本語を処理する過程と，第二言語として処理した結果，学習者は母語話者に比べ正答率が低く，解答する過程を比較検証した。

速度も遅かった。つまり，日本語母語話者にとって助詞用いた課題は日本語の助詞である。二つの文章を述部，の産出は簡単である一方，学習者にとっては，平仮名一

主部の順に提示し，平仮名一文字を発話することで正し文字を産出することが非常に困難であることが明らかにい文章に構築築する課題を課した。一般的に「てにをは」なった。神経基盤は，両グループとも left Inferior Frontalと呼ばれる助詞は，私たち日本人にとって難しいもので

Gyrus の関与が認められ母語話者も学習者も同じ領域をはない。発話の中で自然に使い分けているが，一文字の使って処理を行うことが明らかになった。一方，学習者

平仮名が単語に加わることによって，その単語が主語にグループに特化して活動する領域は Left Inferior Frontal

なるのか，目的語になるのか，または所有を示すか瞬時

Sulcus であり Verbal Working Memory を使って記憶リソに決定する。第二言語習得分野において，日本語の助詞ースを駆使して助詞を産出していることが明らかになっは習得が難しい文法要素の一つとされている。つまり学た。これらの発見により，母語話者も学習者も同じ神経習者にとって，文脈に適した助詞を瞬時に選び文章を構

基盤を使って統語処理を行うが，学習者は文法ルールを築することが大変難しいのである。

見つけ出したり，すでに学習した内容に参照しながら答えを見つけ出す作業を行っていることが明らかになった。

行研究では，母語処理と第二言語処理に関して「同じ13. 運動イメージの脳内表象の解明
水口暢章（立命館大学総合科学技術研究機構）
菅原翔（公益財団法人東京都医学総合研究所脳機能再建プロジェクト）
濱野友希（早稲田大学理工学術院総合研究所）

加藤健治（国立研究開発法人国立長寿医療研究センター健康長寿支援ロボットセンター）
土元翔平，小山雄太郎，定藤規弘（自然科学研究機構生理学研究所心理生理学研究部門）
イメージ能力と関連する神経基盤を明らかにすることは運動イメージはリハビリテーションやブレイン・コン

意義があると考えられる。

ピュータ・インターフェイス（BCI）を操作する際によく用いられ，その能力は運動イメージを用いたトレーニン

先行研究でよく用いられる経頭蓋磁気刺激法（TMS）

グの効果や BCI 操作能と関連がある可能性が示されていにより誘発した運動誘発電位，および，fMRI による脳機る。たとえ若年健常者であっても運動イメージ能力に個能イメージングはそれぞれ確立された方法であり，各手人差があることは広く受け入れられている事実であるが，法を用いた研究では再現性の高い結果が得られている。

運動イメージは主観的な体験であるため運動イメージ能しかしながら，これまでの運動イメージ研究の多くは質力の定量方法は未だ確立していない。したがって，運動

問紙に主観的に答える方法を用いて，質問紙のスコアと214

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

運動誘発電位もしくは脳機能イメージング結果と比較しッピングとし，指タッピングの実行および運動イメージているため，定量的な指標である運動誘発電位と脳機能を行った。課題開始および終了は視覚および聴覚キューイメージング結果の関係性は調べられていない。そこでによって呈示され，筋電図によって課題中の筋活動を手本研究では，同一被験者を対象として，先行研究により

指および前腕から記録した。

運動イメージ能力と関連することが示唆されている運動

現時点までの解析の結果，運動イメージによって運動誘発電位の振幅増大と脳機能イメージングで評価した脳誘発電位の振幅が増大すること，および，運動イメージ関

内表象類似性（representation similarity）の程度との関連性

連領域が賦活することを確認しており，これらは先行研を明らかにすることを目的とした。

究の結果と一致している。今後は電気生理学的な解析と今年度は 6 名の被験者からデータを取得し，これまで

脳機能イメージングを合わせた解析を進める予定である。

に 30 名の一般健常者が実験に参加した。運動課題は指タ14. 脊髄損傷後の非ヒト霊長類の中枢回路の大規模再編過程の 7TMRI による解析
伊佐正，岡田知久，川崎敏生（京都大学大学院医学研究科）,

當山峰道（藤田医科大学医学部リハビリテーション医学 I 講座）,
山口玲欧奈（京都大学高等研究院），福永雅喜，定藤規弘（生理学研究所心理生理学研究部門）
したデータの解析を行った。

本我々のマカクザルを対象とした先行研究から，皮質脊髄路を損傷した後の手指の巧緻運動機能の回復過程にお昨年度は解析を進め，機械学習を用いた画像ノイズ除

いて，脊髄だけでなく大脳皮質運動関連領域や側坐核など

去技術である FIX-ICA を適用し，Eigenvector centrality をの辺縁系が機能回復に関わっていることが明らかになっ用いてネットワークの中心性を調査した。今年度は，亜た（Nishimura et al. Science 2007; Sawada et al. Science 2015;

半切からの機能回復に関わる脳活動の解明に取り組んだ。

Zenas et al. Cerebral Cortex 2019）。回復過程における各脳領

まだ回復が始まらない損傷後 1 か月では，健常側の手へ

域の活動は明らかになったが，脳の大規模回路の動作にの刺激によって，一次体性感覚野の活動が増加した。損どのような変化が起きているのかは未だ不明である。本

傷後の 2 ヶ月において，6 頭のうち 5 頭が回復を示した。

研究では大規模回路の結合特性の変化を解析することで，この 5 頭のデータから，健常側の手へ刺激によって後頭機能回復過程における大規模回路の再編のメカニズムを頂皮質の活動が増加し，その後は損傷前と同程度になっ明らかにすることを目的とした。実験ではマカクザルをた。このような健常側の感覚応答の増大は，回復過程に対象とし，第 6/7 頚髄間で亜半切を行い，皮質脊髄路に損おいて皮質において非選択的に大規模な脱抑制が起きて傷を受けたモデル動物を作成した。その後，機能回復過程

いるということを示唆している。一方，回復を示さなかの各段階で麻酔下における安静時 MRI データを取得した。

ったサルでは，後帯状皮質を中心に活動が増加した。こ本研究は 2016 年度からの継続課題である。2016 年度

れらの結果から，健常側への刺激に対する脳の活動応答

から 2017 年度にかけて合計 6 頭の損傷後 4 ヶ月間の安は，時間依存的であり，損傷側の機能回復過程に関連し

静時 fMRI データを記録した。2018 年度以降は主に記録ていることが示唆された。

15. 脳波・機能的 MRI 同時計測法を用いた睡眠覚醒機構の解明
石井徹（京都大学大学院医学研究科附属脳機能総合研究センター）「睡眠と覚醒，意識と無意識の境界で脳に何が起きて入眠期には脳波に多彩な変化が現れるのみならず，眼球いるのか」は神経科学領域に残された課題の一つである。

運動，筋電図にも様々な変化がみられる。また，主観的215

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

析を行った。

には入眠時心像が出現しその内容も刻々と変化することが報告されている。これらは覚醒から睡眠への移行過程

本課題は前年度からの継続であり，被験者数を増やしで生じる脳内の動的変化を反映していると考えられるが，実験を施行予定であったが，Pandemic 等の影響により入眠期におけるヒトの脳活動変化について詳細は未だ解2021 年度中も新規実験の中断を余儀なくされ，被験者の明されていない。本研究では，睡眠判定の gold standard

追加は叶わなかった。定期的にオンラインで解析方法等であり高い時間分解能を有する脳波と，高い空間分解能の検討を行い，オフサイトで可能な範囲の解析を進めた。

を有する fMRI の同時計測手法を用い，覚醒と睡眠を調計 33 名（女性 16 名，平均 21.5 ± 3.2 歳）の撮像を終えて節する脳機能に迫ることを目的とした。

おり，Alpha power-BOLD 間には視床の CM（正中中心核）18-35 歳の健康な男女を対象として被験者を募集し，午を主体に有意な正相関，後頭葉を主体に負相関がみられ

睡実験を行った。3TMRI（Siemen 社 verio）及び脳波計測

た。視床を seed とした機能的結合性解析では，入眠期に装置（BrainAmp）を用い自然睡眠中の脳活動計測を１時

視床と皮質領域との結合性が低下している一方で，入眠間連続で行った。覚醒と睡眠 NREM stage1 の遷移に焦点

期に Default Mode Network を含む皮質間の結合性には有を当て，視察脳波判定により stage shift が確認できた時

意変化を認めなかった。

点で被験者に覚醒を誘導する方法を用いた。脳波解析でこれらは感覚を統合する視床と大脳皮質間の機能的結は，周波数解析及び AASM 基準に基づく睡眠段階視察判

合性低下が入眠期の意識レベル変化に寄与するという仮定を行った。fMRI 解析においては，1) スペクトラム解析説を支持している。視床内の核ごとに結合性動態は異なに基づいた EEG 各帯域と BOLD の相関，睡眠段階判定っており，その結果を報告予定である。

を基にした 2) ブロックデザイン解析, 3) 機能的結合性解16. 意図的な立毛生成の神経基盤および情動機能との相互作用の解明
片平建史（早稲田大学文学学術院）
川上愛（早稲田大学人文科学総合研究センター）

タが良好に得られる条件の探索を行った。

今年度の研究では，意図的な立毛生成に関わる神経基盤を解明するための脳機能イメージング研究を実施する

年度後半の研究では，前年度までに取得を完了してい予定であった。しかしながら，年度中盤における新型コ

た，意図的な立毛の生成を実行する間の脳機能計測の予

ロナウィルス感染症の拡大により研究の遂行に制約が生

備的データの検討を行った。当該実験は意図的な立毛生じたため，研究の準備状況の充実と予備的なデータの解成能力を有する被験者 4 名を被験者として，立毛を意図析に努めた。具体的な実施項目は，1) fMRI と立毛の同時的に生成するタスクブロックと安静状態を維持するレス計測を行うための実験系の精緻化，2) 意図的な立毛生成

トブロックを 30 秒ずつ交互に繰り返すブロックデザイ

能力を持つ被験者を対象とした予備的データの解析，3)ンで機能画像の撮像と立毛の映像記録を行ったものであ

意図的な立毛生成能力を保有する被験者プールの拡充でる。グループ解析の結果は意図的な立毛生成に関連したあった。

運動野や中枢自律神経ネットワークの活動とともに，視年度の前半における研究では，生理学研究所で保有す

覚野における活動も明らかにした。このうち視覚野の関る高磁場対応 CCD カメラ（フィジオテック 12M）を用

与は意図的な立毛生成のタスクからは予想されない活動

いて fMRI の撮像中に立毛のデータを取得するための計であり，立毛生成の方略と対応づけながら個人ごとに詳測系を確認した。高磁場対応 CCD カメラを自作のカメラ

細な解析を行う必要性が示唆された。

マウントおよび光ファイバーを用いた導光装置と組み合

また，年度を通して意図的な立毛生成能力を持った個

わせ，MRI スキャナ（Siemens 社製 3T MRI MAGNETOM

人の特定を進め，立毛の客観的な測定によってこの能力

Verio）のボア内に設置した上で，CCD カメラの映像デーが確認された被験者のプールを 19 人まで拡大した。これ

216

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

により，意図的な立毛生成に関わる神経基盤を解明するが落ち着き次第，脳機能イメージング研究を実施し，意ための脳機能イメージング研究を実施するのに十分な人

図的な立毛生成に関わる神経基盤の検討を行う。立毛反数の被験者が確保される。

応に関連した脳活動のデータはこれまで発表されておら今後の計画としては，新型コロナウィルスの感染状況

ず，新規性の高い知見が得られるものと期待される。

17. 認知的負荷の時間割引の行動・神経機構の解明および先延ばし・
アパシーの横断的説明
永瀬麻子（鳥取大学医学部医学科脳神経医科学講座脳神経内科学分野）
強迫症などを診断横断的に説明できるかどうかを調べて認知的負荷とは，論文の構成を考えたり，自動車の運いる。

転をしたり，数学の問題を解いたりする際に生じる認知的な負荷のことである。つまりは，学生さんが勉強した

2021 年度は，生理学研究所・定藤の研究室を訪問し，り，社会人の方がデスクワークをしたりしているときは，

行動実験および fMRI 実験の打ち合わせと準備を行った。

なにかしらの認知的な負荷課題を遂行している。この認標準的な撮像方法，マルチバンドを用いた撮像方法，HCP

知的な負荷に基づく意思決定・学習の機構はまだ十分にパイプラインに準じた撮像方法とこれらのデータに適しは明らかになっておらず，また，この機構と時間の関係，た解析手法のいずれの手法が，今回の実験デザインでのまたこの機構の障害がどのような日常の問題行動を引き

標的脳領域と親和性の高い方法であるか，議論・検討し起こすのかも解明されていない。この研究では，負荷とた。
2022 年度は，行動実験と fMRI 実験の実施を予定して時間に基づく意思決定・学習の行動原理と神経機構，おいる。

よび，健常人を対象として，これらの個人差が意欲障害・

18. Gap により惹起される聴覚誘発脳磁界反応
岡本秀彦，門脇誠一（国際医療福祉大学医学部）
本研究では，雑音下に埋め込まれた無音区間（Gap）に客観的に聴覚時間分解能を計測する方法は限られているより惹起される聴覚誘発脳磁界反応を調べようと試みた。

のが現状である。そこで本研究では，客観的に時間分解

聴覚情報は蝸牛において周波数情報と，各周波数帯域の能を計測することを目的に，MEG を用いて様々な長さの音圧が時間の経過とともにどのように変化するかの時間

Gap によって惹起される聴性誘発脳磁場反応を計測する

情報に変換され，聴覚中枢に伝達さえる。語音の知覚にことを目的とした。測定時に音を発生せず時間分解能にはこの時間情報をどれだけ正確に伝えられるかを示す

優れる MEG 計測は，聴覚時間分解能を計測する本研究「聴覚時間分解能」が非常に重要な役割を担っているこに非常に有用であると考えた。

とが明らかになっている。聴覚時間分解能を調べるため

Gap 刺激により惹起される聴覚誘発脳磁界反応が，Gapに，最も広く施行されている測定方法は，Gap in Noiseの長さにどのような影響をうけるか，また雑音の繰り返（GIN）テストと呼ばれるもので，広帯域雑音に短時間のしの頻度によりどのような影響を受けるかを検証した。

Gap を挿入しそれを徐々に短くして，どこまで Gap の存

本研究では聴性誘発定常反応に注目し Gap を繰り返し頻在を知覚できるかを調べる方法である。しかしながら，

度，20 Hz, 40 Hz, 80 Hz で予備実験を行い，40 Hz の時のGIN テストは比較的集中力が必要な試験であり，実際の反応が SN 比に優れていることが分かった。そこで，聴臨床の現場ではほとんど使用されていない。またＧIN テ

力正常の健常成人 20 名を対象に，脳磁場を計測しようとストは被験者の反応を必要とする主観的な試験であり，考えた。しかしながら，2021 年度で脳磁計が使用できな

217

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

くなってしまうこと，生理学研究所における新型コロナと，などから残念ながら MEG を用いた計測の続行は難ウィルス感染予防の観点から，外部被験者を測定するこしいと考えた。今後は，空間分解能には劣るが安価なたとが困難であること，計測に従事する門脇誠一が新型コ

め利便性がある脳波を用いて，研究を続行する予定であ

ロナウィルスの患者を診る可能性がある臨床医であるこる。

19. MEG を利用した聴覚時空間的脳活動の検討
田中慶太（東京電機大学）
し，その知覚を紙に記入することで錯聴者と非錯聴者を本研究は，聴覚機能に着目して，時空間分解能に優れ分類した。

た脳磁図（MEG）を利用し，行動と脳機能を関連性を見

MEG の解析では信号源推定を行い，聴覚野反応の波形

出し，脳内の活動部位により行動が解釈できるようにすを求めることで，ASSR 振幅平均を算出した。統計解析とること目的として，以下のような成果を得た。
呈示した音とは異なる音を知覚する現象として錯聴がして，非錯聴者と左耳入力の知覚をした錯聴者，右耳入あり，そのひとつとしてオクターブ錯聴がある。これは，力の知覚をした錯聴者ごとに左右聴覚野と左右耳の二要

両耳に 1 オクターブ離れた 2 つの音を順次入れ替えて呈因での二元配置分散分析を行い比較した。

示すると，錯聴者は片耳から交互に知覚するという現象

その結果，非錯聴者では左半球よりも右半球の振幅がである。本研究では，非錯聴者と錯聴者の知覚別の聴覚

有意に大きかった（p<0.05)。また非錯聴者の右半球優位野反応の比較していくことで，特徴や関連性を検討する

性は，知覚パターンに関わらず確認された。一方左耳入ことを目的とする。オクターブ錯聴音呈示時の聴覚野反力パターンを知覚した錯聴者は，左右半球間に有意差は応として聴性定常応答（Auditory Steady-State Response:

なく，交互作用もなかった。しかし，1 音目では右耳より

ASSR）の振幅を指標とし，定量的に評価する。なお ASSR

も左耳の振幅が大きく，2 音目では，左耳よりも右耳の振の活動源は第一次聴覚野であると報告されている。

幅が大きい傾向にあった。

実験参加者は聴覚正常である 30 名（平均年齢 21.7 歳，

非錯聴者と錯聴者には同じ刺激を呈示しているにもか

標準偏差 1.2 歳，うち女性 2 名）とした。本研究で使用しかわらず，知覚パターンにより両者で異なる聴覚野の脳た刺激音は，低音 400 Hz，高音 800 Hz の 2 つの音で構成活動が確認された。このことは知覚が第一次聴覚野に影され，37 Hz と 41 Hz に振幅変調を行い，1 音の長さを 513

響を及ぼしていることを示唆する。

ms とした。行動実験として，実験参加者に刺激音を呈示

20. 反復・同音語プライミング効果を用いた漢字熟語を読む際の処理経路の検討
日野泰志（早稲田大学文学学術院）
手嶋樹里，橘光貴（早稲田大学大学院文学研究科）

木田哲夫（愛知県医療療育総合センター発達障害研究所）
語を読む際，意味情報を活性化するには，書字・形態

員である同音語（e.g., ROSE）を持つ場合，誤反応が増え情報から，直接，意味情報が活性化される直接経路と，たことから，意味活性化は音韻媒介経路によると指摘し音韻情報を介して意味情報が活性化される音韻媒介経路

た。類似のデータは，漢字熟語を使ったカテゴリー判断とが仮定されている。例えば，Van Orden (1987) は，カテ課題でも報告されている（e.g., Sakuma, Sasanuma, Tatsumi

ゴリー判断課題において，カテゴリー(e.g., flowers)の成& Masaki, 1998; Wydell, Patterson & Humphreys, 1993）。で員でないターゲット語（e.g., ROWS）がカテゴリーの成は，漢字熟語を読む際にも，主に，音韻媒介経路による

218

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

意味活性化が機能するのだろうか。

ットの間に意味の共有はないため，N400 の振幅は関連な生理学研究所年報

実験１では，マスク下のプライムを伴う語彙判断課題

しペアと同程度に大きくなるはずである。実験１の結果，を使って，反復ペア（e.g., 公園―公園），同音語ペア（e.g.,

反復ペアに対する N400 の振幅は関連なしペアに対する

講演―公園），関連なしペア（e.g., 撤退―公園）に対す

振幅よりも小さかったが，同音語ペアに対する振幅は，

る事象関連電位を測定し，N400 の振幅を比較することで，関連なしペアとほぼ等しかった。この結果は，漢字熟語

漢字熟語を読む際の意味活性化の性質について検討した。

を読む際には，主に，直接経路による意味活性化が機能

マスク下のプライムを伴う語彙判断課題では，関連なし

していたことを示すものと思われる。

ペアに対する N400 の振幅は，反復ペアに対する振幅より一方，同音語ペアと関連なしペアのみを使って，語ペも大きくなる。活性化される意味情報間の不一致性が高アのプライムをカタカナ提示した実験２では（e.g., コウ

い程，N400 の振幅は大きくなるようである（e.g., Holcomb

エン―公園 vs. テッタイ―公園），関連なしペアに対する& Grainger, 2006; Grainger & Holcomb, 2009）。もし音韻媒

N400 の振幅は，同音語ペアに対する振幅よりも有意に大介経路による意味活性化が生じるなら，同音語ペアの場きくなった。漢字熟語プライムをカタカナ表記すること

合，プライムとターゲットが，（少なくとも部分的に）により形態親近性が著しく損なわれ，直接経路が機能せ同じ意味情報を活性化するため，N400 の振幅は，反復ペず，音韻媒介経路による意味活性化が生じた結果，N400

アと同じように小さくなるはずである。一方，直接経路に振幅差が観察されたものと思われる。

による意味活性化では，同音語ペアのプライムとターゲ

21. 聴覚情報処理基盤となる音響物理パラメータ特定のための聴覚誘発磁界の計測
林実（明星大学 理工学部）

時々刻々と変化する音声に対応する神経活動を捉えるた連続音に対する AEF の計測実験Ⅱを行った。さらに実ために，ミリセカンドオーダーの高時間分解能を有する

験Ⅰの有意味連続音声中の各音素を置き換えた無意味連

MEG 計測が有効である。本実験は，音声に対する聴覚情続音声を生成し，有意味連続音声と無意味連続音声に対報処理基盤となる音響物理パラメータを聴覚誘発磁界する AEF の計測実験Ⅲを行い，以下の結果を得た。

AEF の計測により特定する。音声の基本構造の音響物理実験Ⅰより，有意味連続音声刺激音において，各音節ユ

パラメータを高精度にコントロールし，それに対応する

ニット（例：７音素４音節の刺激音に対して顕著に４つの神経活動を計測することにより，音響物理パラメータをAEF 成分）それぞれに対応する AEF 成分が観測された。

特定し，聴覚情報処理機能を模した自然な音声情報処理実験Ⅱより，有意味連続音声の音響物理パラメータを模した刺激音において，各刺激音の弱強，短長，雑純のユニ技術の創出に資する。
実験に用いる音は，音声の基本構造を模した音とし，ット変化構造それぞれに対応する AEF成分が観測された。

周波数，音圧，時間変化など各種音響物理パラメータの実験Ⅲより，有意味連続音声と無意味連続音声の刺激

コントロールを先端技術により高精度に行う。成人聴力音に対する二値判別する際，無意味連続音声と判別でき

健常被験者は，ランダムに提示された音を聞き，その際た音節ユニットそれぞれに対応する AEF 成分の振幅がの大脳皮質の神経活動から得られる客観的な AEF の各

顕著に大きく観測された。
次年度は，各計測実験で得られたデータの解析を行い，成分データを分析指標とする。
今年度は，まず各音素音節の持続時間の異なる有意味

各音響物理パラメータと AEF 成分の対応関係に関する知

連続音声それぞれに対する AEF の計測実験Ⅰを行い，次見をまとめ，聴覚情報処理機能のさらなる探究を進めてに実験Ⅰにおける連続音声の音響物理パラメータを模し

いく。

219

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

22. 脳磁図を用いた運動知覚の神経基盤の解明
今井章，高瀬弘樹（信州大学学術研究院人文科学系）
柏戸昌也（東京電機大学理工学研究科）
田中慶太，内川義則（東京電機大学理工学部）
岡本秀彦（国際医療福祉大学医学部）
本研究では，空間的に移動していない物体が運動して激提示前 233 ms から提示後 1700 ms を 1 エポックとし，見えるという仮現運動事態において脳磁界活動（MEG）

加算平均を 80 回，1―40 Hz のバンドパスフィルタ処理を取得し，運動知覚の神経基盤を探った。視覚刺激，聴をした。刺激提示前 100 ms から 0 ms をベースラインと覚刺激，および視聴覚複合刺激による運動感を伴う刺激

して設定し，MATLAB 上の Brainstorm で信号源推定した。

を提示し，視覚刺激による運動感に加えて聴覚刺激によ信号源推定後，AAL アトラスより，本報告では運動処理

る運動感についても検討した。

に関わるとされる MT 野を含む中側頭回に焦点をあて，視覚条件では，黒色背景に持続時間 66.8 ms の白色円

S1 刺激開始後 300―349 ms の振幅の時間平均を行った。

刺激を中央凝視点から左右水平 5° 離れた位置に TV モニ

振幅値について，最適，同時条件ごとに，提示条件×

ター上に提示した。聴覚条件では，視覚刺激と同位置に左右半球の分散分析を行った結果，最適条件では，視覚，置かれたスピーカーから白色ノイズ（77.4 dB）を視覚刺

視聴覚条件において右半球の活動が有意に増大していた。

激と同様な持続時間で提示した。視覚，聴覚条件とも，同時条件では，聴覚，視聴覚条件において右半球の活動

中央凝視点の左右のどちらかの位置から刺激（S1）が提が有意に増大していた。最適条件と同時条件における視示され，その 66.8 ms 後に凝視点から対称の反対側に次覚条件間の比較では右半球において有意であったが，聴の刺激（S2）が提示されることで最適な運動感が得られ覚条件間では有意差はみられなかった。視聴覚複合条件

る最適条件と，S1，S2 が同時に提示される同時条件とをでは，最適，同時，ともに右半球での活動が有意に増大設けた。視聴覚複合条件では，視覚，聴覚の S1，S2 刺激していた。

の各々が同じ位置で提示される一致条件と，異なる位置

中側頭回では運動処理と空間処理とが行われているこで提示される不一致条件とを設定した。

とが示唆され，さらに他の部位との関連について検討す

MEG の計測は，306 チャンネル全頭型脳磁計（Elekta

ることで運動知覚の神経基盤解明に資すると思われる。

Neuromag-306, Helsinki）を使用した。MEG データは，刺23. 手指の運動制御時における感覚運動領域活動の解明
和坂俊昭（名古屋工業大学）
手指は，人体の中で最も巧緻性が高い身体部位であり，調して運動させるタイミングの調節機構が存在する。運

ヒトと外界をつなぐインターフェースとして，日常生活動を行うとき，時々刻々と変化する運動環境に対応するやスポーツ活動において重要な役割を担っている。しかために，感覚情報は身体部位の運動状態を調節し，修正

し，近年，手先が不器用な子供が増えたという問題がしするために用いられている。運動制御に対して感覚情報

ばしば取り上げられている。また，高齢者においては，がどのような働きを担うのかは古くからの重要な問題あ

加齢の影響や運動疾患によって，手先の巧緻性が低下し，るが，その全容については明らかにされていない点が多生活の質は極端に低下することが問題となっている。

く残されている。そこで，本研究では，脳磁図を用いて，手指が巧緻的な運動を行える背景には，力発揮量の巧

手指の運動時における体性感覚情報処理を記録し，巧緻

みなコントロールを行う筋出力調節機構や 5 本の指を協的な運動の制御に関連する感覚運動統合過程を明らかに220

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告が知られており（gating），M20 と M30 の減少はこれますることを目的としている。
被験者は右手指を用いて，積み木を摘まんで移動するでの研究報告と一致するものである。しかし，抑制直後

Move 課題と摘まんだ積み木を 180 度回転させて移動すに出現する M38 増大に関する報告はなく，本研究における Turn-Move 課題，積み木を回転し続ける Turn 課題を行る新たな発見であり，手指運動時の感覚運動統合過程は，った。これらの課題中に正中神経を刺激し，体性感覚誘抑制と促通が組み合わさった特徴的な処理過程であるこ

発脳磁場を記録した。体性感覚誘発脳磁場の初期成分でとが明らかとなった。この現象は，指先を用いた巧緻的ある M20 と M30 は課題中に有意な振幅の減少を示すが，な運動時において顕著であることから，巧緻的な運動のM38 成分は Turn 課題時において有意な振幅の増大を示

背景にある神経機構であると考えられる。先行研究ではした。これらの成分の発生源は一次体性感覚野付近に推M38 に関する報告がほとんどみられないため，今後の研定された。

究の継続が必要である。

運動時の一次体性感覚野の初期活動は抑制されること

24.

脳磁図を用いた片側良聴耳患者における周波数特異性の研究
関谷健一（名古屋市立大学 大学院医学系研究科 研究員）

本研究課題の目的は，片側良聴耳患者では健聴耳の周周波数帯域除去雑音を用いた。刺激音を単独，または周波数特異性が向上しているのではないか，という仮説を波数帯域除去雑音を背景音として提示した時に誘発され検証することである。一般的には聴力が両耳とも正常なる脳磁場を測定した。対象となる被験者は名古屋市立大場合，雑音下では左右の耳から入った音情報を統合する

学病院や近隣の耳鼻咽喉科から紹介していただいている。

ことで，雑音下の音の聞き取り能力を向上させている。

しかしながら，本年度も昨年度に引き続き COVID-19 の

しかしながら，片側高度感音難聴患者ではそれが不可能

影響で来所できる回数が制限されていたこと及び対象被であるため，脳の可塑性変化により健聴耳の周波数特異験者での計測が困難であった為実計測が出来なかった。

性を代償的に向上させることで対応しているのではない

そのため感染対策を徹底した計測手順や方法を再度検討，かと考えている。この為我々は脳磁計を用いて片側高度見直しを行ったが今後 MEG の利用制限も生じるため来難聴の患者に対し，健聴耳のマクロレベルでの周波数特

年度は研究計画自体の見直しを予定する。

異性を他覚的に計測を予定した。

Sekiya et al., Broadened population-level frequency tuning in
the auditory cortex of tinnitus patients. J Neurophysiol. 2017,

刺激音として日常生活で重要な役割を果たしている

117:1379-1384

1000 Hz の純音を用いて，マスキング音として 1000 Hz 周辺の周波数帯域を広域雑音より除去することで作成した

25. 感覚情報処理抑制系の機序解明と検査パラダイムの確立
杉山俊介（岐阜大学）
竹内伸行，西原真理（愛知医科大学）
絹川友章，谷口智哉（名古屋大学）
バヤスガランボルギル，乾2021 年度はグループ全体として，5 本の原著論文が国幸二（愛知県医療療育総合センター）（600〜700 ミリ秒）のうち，短潜時抑制検査については

際誌に掲載された。

十分な再現性があるとの結果を得て，以前に報告した。

聴覚系の短潜時抑制（10〜60 ミリ秒）と長潜時抑制

本年度は長潜時抑制について，EEG を用いて再現性を評221

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

価し，報告した（Takeuchi et al. Neurosci Res. 2021）。ま痛覚に関する研究も並行して行った。第一に，下行性疼

た，MEG を用いた研究において，長潜時抑制に関する新痛抑制系のメカニズムである Conditioned Pain Modulation

たなメカニズムを発見し，報告した（Takeuchi et al. Brain（CPM）に関する新たな知見を報告した（Kinukawa et al.

Topogr. 2022）。

Neuroscience. 2021）。第二に，Wind-up という現象について電気刺激と磁気刺激を用いて比較した研究も行い，報さらには，MEG を用いて，ヒトのガンマオシレーショ

告した（Taniguchi et al. Front Neurosci. 2022）。

ンにおいて，40 Hz のオシレーションが駆動している間に
20〜30 Hz の低周波ガンマオシレーションが抑制されると生理学研究所生体機能イメージング共同利用実験によいうメカニズムを初めて発見し，報告した（Sugiyama et al.

って充実した研究結果を示すことができたと考えている。

Cereb Cortex. 2021）

26. 変化応答としての聴覚後期活動と聴性定常反応の位相変化
元村英史（三重大学医学部附属病院精神科神経科）
聴性定常反応（auditory steady state response: ASSR）は片側の対側変化よりも Change-N1m 振幅は低かった。

周期的音刺激により誘発され，突然の音特性変化によっ

ASSR の位相速化においては，両側変化と対側変化にこてその位相は一過性に速化し，再び定常に戻る。また，の差異はみられなかった。

連続音の突然の音特性変化は変化発生から約 100～180

実験 2) 40 Hz の 1- ms クリック連発音(持続 1300 ms)を用

ms 遅れて明瞭な変化関連脳活動の Change-N1m を誘発すいた。終始 70 dB の標準刺激と連発音の途中から 85 dBる。本研究課題では，このふたつの指標を用いて，脳のに音圧を上昇させた逸脱刺激（500 ms 逸脱音, 800 ms 逸変化応答のメカニズムの解明を目指した。コロナ禍にあ脱音）を呈示した。変化前の標準音呈示時間が長い 800って共同利用実験の研究遂行が難しく，データ数も予定

ms 逸脱音において 500 ms 逸脱音よりも ASSR の位相速を下回り，記録した脳磁図 data の解析もまだ完了できて化は強くみられた。これまでの報告にある Change-N1

いない。現時点での解析結果を暫定的に報告する。

（Inui et al., 2010）と同様に，変化前の標準音呈示時間に

実験 1) 48 個の 25- ms, 800 Hz 純音連結音(持続 1200 ms)

影響を受けることから，ASSR の位相速化にも何らかのを用い，片耳（左，右）および両耳において 25 番目純音

感覚記憶の影響があると考えられた。

のみ周波数を変化(880 Hz)させた。ASSR の速化および変化関連脳活動および ASSR の位相速化はともに脳のChange-N1m の振幅，
潜時に左右の半球差はみられなかっ

自動変化応答を反映する指標であり，二つの指標の異同

た。片側の同側変化と比べ，対側変化では ASSR の位相の更なる検討を進めていきたい。

速化が強く，Change-N1m 潜時は短縮した。両側変化では，

27. ヒト記号記憶の保持に関わる脳律動信号の波形解析
野口泰基，喜多伸一，松本絵理子（神戸大学）
2021 年度は，新型コロナウィルスのアルファ株（春）・複数の単語を同時に記憶するとき，単語間に意味的なデルタ株（夏）・オミクロン株（冬）が蔓延した。所属

関連性があると，それらは１つのチャンクとして記憶さ機関（神戸大学）からは県外出張に関する自粛要請・注れる（たとえば「リンゴ」「ミカン」「バナナ」は「果意が 1 年中続き，生理学研究所への来所は叶わなかった。

物」という共通概念で括られる）。この意味統合を引き

共同利用研究で行う予定だった研究は所属機関で行った起こす脳の仕組みは不明である。本研究では意味的に関ため，以下にそれを記す。

連する 5 個の単語を記憶・保持している時と，関連性の222

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告ない 5 単語を保持している時の脳波を比較した。側頭葉

素性（semantic feature）は，脳内で特定周波の律動信号とにおける α・β 帯域（8-30 Hz）の律動信号を分析したとしてコードされていること，(2) 意味素性を共有する単語

ころ，後者では前者に比べて律動リズムが不規則になる群の記憶は律動信号の共鳴（協和）を引き起こすこと，ことが示された。つまり意味的に統合不能な単語群を記を示唆する。これらの成果は英語論文としてまとめ，国憶した時は，脳内で不協和を起こしたような波形が観察

際誌に投稿準備中である。

された。これらの結果は，(1) ある単語が持つ個々の意味

28. 音声及び音楽刺激に対する神経振動帯域間相互作用の信号源解析
田村俊介（九州大学大学院医学研究院精神病態医学）
光藤崇子（日本学術振興会特別研究員 RPD）
音声信号や音楽信号を聴取する際には, それらの信号の音声の方が右半球でのみ刺激同期性を持つことが分かが持つ様々な速さの時間変動成分に同期して，複数の周った。音声刺激と同様の時間構造を持つ非音声刺激でも，波数帯域にわたる神経振動の相互作用が生じることが知通常音声と同様の傾向が得られたため，音声聴取時に生られている。本研究では，時間分解能に加えて空間分解

じる θ 及び γ オシレーションと両者の関係性は音声，非能にも優れる脳磁図を用いた脳機能計測実験を行い，音音声に共通の処理であることが示唆された。

声・音楽刺激聴取中に生じる神経オシレーションの信号

また，音楽刺激を用いた研究では，時間縮小錯覚とい源解析を行うことで，聴覚の時間情報処理に係る脳内機うリズム知覚における錯覚現象と神経オシレーションの構を解明することを目的とした。

関係性を検討した。実験では，1000 Hz の純音を 3 回連続

音声信号は，10 Hz 以下の遅い時間変動成分（振幅包

呈示し，その時間間隔を操作した刺激を用いた。具体的絡）と 50 Hz 以上の速い時間変動成分（時間微細構造）には，1 音目と 2 音目の間隔を 120 ms，200 ms，280 msという特徴的な時間的特徴を持つことが知られている。

の 3 条件で設定し，2 音目と 3 音目の間隔は 200 ms で固本研究では，振幅包絡と時間微細構造に同期して生じる定とした。1 音目と 2 音目の 120 ms の時のみ，2 音目とθ オシレーションと γ オシレーションの計測を健常被験

3 音目の間隔が他の刺激よりも短く知覚される錯覚現象

者 14 名で実施した。左右半球差に注目をして信号源解析

が確かめられた。上記の刺激を用いた知覚課題を行なっを行なったところ，聴覚ベルト領域において，θ と γ オシている際の神経活動を脳磁図で計測した結果，錯覚が見レーションともに右半球優位の刺激同期が確かめられた。

られる条件でのみ，2 音目と 3 音目に同期して生じる聴さらに，θ オシレーションと γ オシレーションの刺激同

覚ベルト領域の θ オシレーション（5 Hz）に位相リセッ

期性の間には，サンプル数が少ない影響か有意ではない

トが生じ，1 周期が短縮される傾向が見られた。このこと

ものの，正の相関関係が見られた。また，コントロール

から聴覚皮質における位相リセットは ，リズム知覚にお条件として使用した逆再生音声や雑音駆動音声（音声かいて重要な役割を担うことが示唆される。

ら時間微細構造を取り除いた合成音声）に比べて，通常

29. 自立神経系の変動特性の安静時脳ネットワークへの影響評価
成

烈完（東北福祉大学 感性福祉研究所）

福永雅喜（自然科学研究機構 生理学研究所）
安静時機能的 MRI (rs-fMRI) 信号の収集には多くの場じる可能性があり，睡眠を含む自律神経系の変化の rs-

合１０分前後の時間がかかり，その間に生理的変化が生

fMRI 脳機能ネットワークへの影響を調べることを目的

223

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

で研究を行っている。前年度までの研究で７テスラ MRI

高分解度のデータ(2x2x2 mm)を得た。EPI 画像上で脳下装置での計測環境の準備は完了しているものの COVID-

垂体内の voxel を同定して信号を調べた結果，不連続的19 の影響で，実験の実施に制約があり，今年度は既存のな変化は見られなかった。その voxel と他の脳部位との３テスラ MRI 装置での T1 画像データから脳下垂体のマ相関を調べたが通常の DMN などで観察されるブロードス ク を 作 成 し ， 同 装 置 で の EPI デ ー タ （ voxel size

なマップは見られなかった。このような結果を踏まえて，

3.4x3.4x3.4 mm）から rs-fMRI の信号を抽出して信号特性

次年度の研究では７テスラの装置でより高分解度の画像を調べた。繰り返し測定を含むデータから信号を調べたを得て脳下垂体と視床下部との相関，それから他の脳部

結果，不連続的な変化と再現性が乏しいことが確認され位との相関をしらべることによって自立神経系の変化をた。それは脳下垂体特有のロケーションとサイズに起因同定して行く予定である。

すると判断された。そこで，改めて３テスラ装置でより30. Positron emission tomography (PET) insert study with a 7T whole-body MRI system
1Md Shahadat Hossain Akram, Ph.D., 1Sodai Takyu, Ph.D., 1Fumihiko Nishikido, Ph.D.,
2Takayuki Obata, Ph.D., 1Taiga Yamaya, Ph.D.

（量子科学技術研究開発機構 量子医科学研究所

1 イメージング物理研究グループ

2 医工連携画像研究グループ

先進核医学基盤研究部，

分子イメージング診断治療研究部）
Masaki Fukunaga, Ph.D.

（大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 生理学研究所 システム脳科学研究領域 心理生理学研究部門）

In this project, we are studying on the development of positronstudy of this multi-modal PET-coil module. However, because ofemission tomography (PET) insert for the 7 Tesla magnetic

COVID-19 situation, we delayed our further study. Based on our

resonance imaging (MRI) system. For this purpose, we previously

previous study results, in the last year we prepared a manuscript

developed achannel microstrip transmission-line

and submitted it for publication. The manuscript is still underradiofrequency (RF) coil that integrated an RF-shielded MR

review. This fiscal year, we plan to develop a multichannel RF coilcompatible PET detector module with the RF coil to make it amodule of this compact PET-coil system and we will do the related

single compact PET/MRI module. Previously, we did a feasibility

study accordingly.

single31. Development of 8-channel parallel transmission technology in 7 Tesla MRI system andits application to research of functional architectures in human association cortices
Masako Tamaki，Kenichi Ueno，Chisato Suzuki，R. Allen Waggoner(RIKEN Center for Brain Science)
The work on the project in FY2021 focused on preliminary

7T MRI (without EEG). Two subjects’ data were collected

experiments for combining MRS and EEG together with fMRI

successfully. MRS data were preprocessed using MRspa (www.

at 7T.

cmrr.umn.edu/downloads/mrspa)

andconcentrationsof

We investigated the MRS data quality in the cortical (visual

Gamma-Aminobutyric Acid (GABA) and Glutamate werearea) and subcortical (hippocampus) regions using ultra-shortestimated using LCModel (Provencher, 1993). For the visual

TE STEAM (TR=8s) and different types of shimming

area, the temporal resolution was about 8-16s. The Cramér -(standard shim, GRE shim, and fastestmap) were tested using

Rao lower bounds (or %SD), which indicates MRS data quality,224

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

excitation.

were ~10 % for GABA and 5-6 % for Glutamate, with just an
8s scan. As to the hippocampus, %SD was 8 % for GABA andAt RIKEN CBS we have performed safety tests for EEG-

3 % for Glutamate with a 3 min scan. By contrast, %SD was

fMRI using a phantom and fiber optic thermal sensors to

16 % for both GABA and Glutamate with a 10 min scan from

evaluate any heating induced by the EEG cap.

the hippocampus, using a Siemens Prisma 3T MRI at RIKEN

prepared to do similar tests on the NIPS 7T system, once theCBS. Among the 3 types of shimming, the standard shim

system is available.

We have

seemed to be the best at least for the hippocampus (standard,

These results form the groundwork for the planned MRS-

8%; GRE, 9 %; fastestmap, 35 % for GABA). MRS studies

EEG-fMRI studies. Once the pTx protocols have been approved,

would benefit from pTx, which would permit focusedthese experiments can be further enhanced by pTx.

32. 眼球運動の機能的ネットワークの解析
三浦健一郎（国立精神･神経医療研究センター）
福永雅喜，山本哲也，定藤規弘（自然科学研究機構生理学研究所）
眼球運動の神経機構は神経科学の古くからの研究対象析した。マルチバンド技術を用いた高時空間解像度 fMRIであり，動物を用いた研究で多くのことが明らかになっにより，課題遂行中の脳活動を全脳で取得した。全てのている。しかし，ヒト眼球運動の神経機構に関する知見

撮像は Human Connectome Project (HCP) Protocol に準拠

は断片的である。神経疾患や精神疾患に付随して眼球運し，前処理を含めたデータの解析には HCP Pipelines を用動の異常が起こることも多く，その神経機構の解明は病いた。また，各被験者について ICA を利用したノイズ除態メカニズムの理解を促進する重要な知見でもある。本去（ICA-FIX），Multi-modal surface matching を適用した。

研究では機能的 MRI（fMRI）を用いて，ヒトの眼球運動

大脳皮質では，スムースパシュートと視覚誘導性サッケに関わる機能ネットワークを解明することを目的とする。

ード運動の共通領域として MT+野，前頭眼野，補足眼野，

これまでの研究で，スムースパシュートと視覚誘導性

運動前眼野，頭頂間溝領域が確認され，運動の種類によ

サッケード運動に関わる大脳皮質の脳領域について検討

る活動差が見られる領域も同様に確認された。皮質下にし，スムースパシュートで MT+野，下頭頂小葉の PFt，

ついては，スムースパシュートで被殻，外側膝状体，視後部帯状皮質でより強い賦活が見られること，視覚誘導

床枕，橋，小脳虫部，小脳半球，片葉に脳活動が見られ，性サッケード課題で前頭眼野，補足眼野，運動前眼野お視覚誘導性サッケード運動では，被殻，外側膝状体，上よび頭頂連合野の LIP 野により強い賦活が見られること

丘，小脳虫部，小脳半球，片葉に脳活動が見られた。まを報告した。本年度は，大脳皮質及び皮質下の脳活動領

た，二つの運動の比較において，小脳半球において視覚域の同定を目的として，２７名の被験者が，静止した視誘導性サッケード運動優位の活動が見られた。大脳皮質

標を固視する課題，滑らかに動く視標を眼で追跡するス

同様，皮質下部位においても，二つの眼球運動に関わる

ムースパシュート課題，跳躍的に動く視標を眼で追跡す

脳領域の多くが重複するが，各脳領域の働きは眼球運動

る視覚誘導性サッケード課題を遂行する際のデータを解の種類に応じて異なることを示唆する。

33. 大脳言語野皮質の層特異的活動の計測
幕内充（国立障害者リハビリテーションセンター研究所）

実験を行うことが出来なかった。

225

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

34. 超高磁場機能的磁気共鳴画像法を用いたヒト脳活動の高分解能計測
および解析法の研究
宮脇陽一，高原唯，河田ケルシ（電気通信大学大学院情報理工学研究科）
浅見徳哉，上田大智（電気通信大学情報理工学域）
荒井謙（東京大学大学院工学系研究科）

山下宙人（ATR 計算脳イメージング研究室）
福永雅喜（生理学研究所心理生理学研究部門）
ヒトの外界認識では，複数脳部位が逐次的かつ階層的動撮像を行い，運動感覚野における手指表現マップを得に関与する神経活動が重要である。そのメカニズムを理ることに成功した。またこの脳活動マップが，人工身体

解するには高時空間分解能でのヒト脳活動計測と解析が部位の付加前後で変化する傾向も捉えた。この脳活動マ必要である。しかしながら，こうした目的のために十分

ップの変容が，生得的な手指に対応する脳活動マップとな時空間分解能でヒト脳活動を計測し，解析可能な手法

どのような位置関係にあるかを現在詳細に調べている。

は現存しない。本研究では超高磁場 MRI の性質を活用し，運動感覚野における脳活動計測と同時に，視覚刺激にヒト脳活動の高時空間分解能計測ならびに計測データか

対する皮質及び皮質下の同時脳活動計測も，同じく超高らの高精度な情報抽出を行い，脳内での外界情報表現を

磁場 7T fMRI 装置を用いて実施した。現在まで，高精度研究することを目的とする。

な脳活動の計測自体には成功し，視覚皮質においては予2021 年度は，昨年度に引き続き，運動感覚野における想通りの結果が得られつつあるものの，皮質下の脳活動

詳細な情報表現抽出を目指し，手指を用いたタッピングの解析においては十分な結果が得られていない。こうし

タスク時における手指の身体表象図式のマッピングが人た問題を解決するため，実験パラダイムおよび計測手法

工身体部位の付加前後でどのように変容するかを超高磁を改良し，新たな計測実験へと移行する準備を進めるこ場 7T fMRI 装置を用いて計測する実験を中心に実施した。

とができた。

空間分解能にして 1.2×1.2×1.2 mm の高解像度ヒト脳活35. 骨格筋代謝物質における 7T MRS/CSI の最適化と計測法の確立
日置麻也（帝京平成大学 健康医療スポーツ学部）
梅田雅宏（明治国際医療大学 基礎教養講座）
福永雅喜（生理学研究所 心理生理学研究部門）を行った。

【背景・目的】【方法】

骨格筋代謝物質は，重要なエネルギー源として日常生
活の身体活動や運動時に利用される。我々は，これまで

1) 骨格筋代謝物質のケミカルシフトと分裂をより正確

筋細胞内脂質を含めた様々な骨格筋代謝物質を同定し定に得るため，シーケンス (シム調整，磁場均一度評価)，

量化を試みてきた。しかし，従来の 3T 装置による MRS

コイルの種類・位置，測定のタイミング等を検討した。

では，同定が困難な骨格筋代謝物質がある（Hioki et al.

2) 筋細胞内脂質に結合する脂肪酸（3 種類：Oleic acid，

2019, 2021）。本研究は，7T MRS を用いて，骨格筋代謝

Palmitic acid，Linoleic acid）の検出は，ファントム（試薬）物質 （筋細胞内・外脂質，タウリン，トリメチルアンモを用いてスペクトルを収集した。3) 健常な男性・女性 (3ニウム，アセチルカルニチン，カルニチン，総クレアチ

名) を対象に，ヒト骨格筋・下腿部筋群（前脛骨筋，腓腹ン，カルノシン）の計測法を確立することを目的に実験

筋，ヒラメ筋）の MRS を実行した。

226

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告【結果】

シーケンスの検討が課題として残った。下肢台を作成す

ファントムによる 3 種類の脂肪酸（Oleic acid，Palmitic

るなど，コイルの位置調整が必要であること，筋によっacid，Linoleic acid）は，それぞれ特徴的なスペクトルピて，それぞれシム調整，磁場均一度の評価の検討が必要ークを示した。ヒト下腿部筋群である前脛骨筋，ヒラメであることがわかった。今後は，対象者を増やし，ヒト筋，腓腹筋の順で骨格筋代謝物質の MRS 解析を行い，前骨格筋代謝物質の MRS を収集，計測法の確立を目指し，

脛骨筋の代謝物質（筋細胞内・外脂質，タウリン，トリ2 次元 CSI 法の応用へ進める。また，本年度，高分解能

メチルアンモニウム，総クレアチン）のスペクトルピー

NMR により生体に含まれる脂肪酸を計測した。その情報

ク分裂が正確に得られた。

を用いて，今後，脂肪酸解析する予定である。さらに，【今後の方向性】

足関節底背屈運動負荷の介入による，骨格筋代謝物質のヒラメ筋，腓腹筋の代謝物質のスペクトルピークでは，経時的な変化を調査する応用研究へ進める。

36. 7T MR 装置を用いた血管壁イメージングによる脳血管壁性状と 3 次元シネ位相コン
トラスト磁気共鳴法による脳血管血流動態の検討
礒田治夫（名古屋大学脳とこころの研究センター）
福永雅喜（自然科学研究機構生理学研究所）
小森芳秋，市場義人（シーメンスヘルスケア株式会社
数井駿佑，中島美来（名古屋大学大学院医学系研究科
梅村智義，高桑隆之介（名古屋大学大学医学部保健学科）
血流動態により血管壁リモデリングが生じ，血管壁のージングを行い，血管壁の性状（特に厚みなど）を検討

厚みや形状が変化する。また，3 次元シネ位相コントラス

する。また，同時に今まで検討してきた高空間分解能のト磁気共鳴法により血管内の血流速度が空間 3 次元で経心電図同期 3 次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法の脳時的に取得でき，血流動態が分かるようになった。さら血管データを取得して血流解析を行い，血管壁剪断応力，に，血管壁イメージングと言われる血管壁の厚みや性状

壁剪断応力空間勾配，振動剪断指数などの血管壁バイオを検出する MR 撮影法が開発されている。本研究の目的

マーカーを得る。以上から，血流動態の血管壁に及ぼすは，高空間分解能，高 SNR の 7T MR 装置を用い，血管影響を検討，比較することを計画していた。
しかし，COVID-19 感染症のパンデミックのため，研究

壁性状と血流動態の関連を検討することである。
このために，既存の MPRAGE 法や SPACE 法などのパ所への移動を控えていたため，ならびに 7T MR 装置の故ラメータの更なる最適化を試みる。また，これらの改良

障などが重なり，今年度は残念ながら，研究を進めるこ

版導入を試みる。7T MR 装置を用いた血管壁イメージンとができなかった。

グ確立後に，健常成人の脳血管を対象にした血管壁イメ

37. Personalizing Brain Stimulation Dosage by New Neurostimulation Computational Model
Jose Gomez-Tames（Nagoya Institute of Technology）
1. Introduction. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS)

stimulation intensity level and location in particular for theis a non-invasive neuromodulation scheme that induces anhand motor area of the brain. However, no previous studies

electric current in the brain below the stimulating coil.

have investigated the individualized induced electric field

Computational methods have been adopted for estimating thecharacteristics in the primary motor area of the lower limb. We

227

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

performed computational analysis on individualized headorientation that decreased at the other coil orientations for themodels to investigate induced electric fields for different

normal electric field component that indicates that the fieldorientations of the TMS coil.

may be acting on neurons that are preferentially oriented at the

2. Methods. We used personalized computational head

optimal orientation. If the rMT is related to the same deep brain

models based on magnetic resonance image (MRI) to

circuits, a variation of the normal component threshold is notinvestigate neuromodulation effects in the brain by TMS.

expected and it may be the product of activities originated from

Magnetic resonance images (3T, T1, and T2) were obtained toneighbouring areas.

create individualized head models. We also measured motor

4. Conclusion. In this study, we measured the threshold ofthresholds for different coil orientations (steps from 0 ° to 150 °MEPs in the lower limb muscle for different TMS coilwith steps of 30 °) by measuring the resting motor thresholds

orientations. In addition, we computed the induced electric(rMT) of the tibialis anterior (TA) muscle of the right leg in ten

field in the brain based on the experimental conditions. The

individuals. Next, under the same conditions in the experiment,

measured motor threshold and the induced electric field in thewe conducted an electromagnetic field analysis to determine

brain showed that the most effective orientation is the medial-

the induced electric field on the brain as a physical quantity oflateral direction of the TMS coil handle. Also, the physicalneuromodulation. The position of the coil and orientation were

quantity of the motor threshold on the lower limb was

acquired during the experiment by the navigation system.

characterized by the normal component of the electric field.
This characterization will help to understand the neuronal

3. Results and Discussion. This study investigated thecircuits involved in TMS stimulation.

induced electric field on the leg motor area that lies deep in thebrain. There was a maximum threshold at the optimal coil38. 神経アミノ酸マッピングのための化学シフトイメージングの確立
梅田雅宏（明治国際医療大学）
瀬尾芳輝（愛知学泉大学）
福永雅喜（生理学研究所）
超高磁場の MRI の利点として，高いケミカルシフト分

から信号が計測される。CSD error は，静磁場強度に比例解能による代謝物のスペクトル分離能の向上や，エディ

して大きくなるため超高磁場 MRS で大きな問題となっティングを用いないダイレクトフィッティングによる代ている。この問題の解決方法の一つに，ケミカルシフト

謝物計測が期待される。さらに高磁場の MRS は高感度スペクトロスコピックイメージング（CSI）法がある。CSD

で測定時間の短縮が期待できる。一方，特定の領域を選による代謝物濃度の計測エラーを比較するため，CSI 法

択励起して得られるシングルボクセル法（single voxelと SVS 法で同一の領域を測定して濃度を比較した。隔壁

spectroscopy : SVS）は，傾斜磁場と狭帯域 RF の組み合わ付近の灰白質の 4 ボクセル（7.5x7.5x15 mm3）と隣接するせにより信号取得のための励起領域を選択している。こ

白質の 4 ボクセルを CSI 法で，同一の領域の灰白質をの傾斜磁場の印可による周波数のズレは，ケミカルシフ

SVS 法（2x2x2 cm3）で計測し，それらのスペクトルからトと区別ができないため，異なるケミカルシフトを持つ

代謝物濃度を求めた。6 人の健常成人のデータからえら

ピーク成分は異なる位置から得られるという chemical

各スペクトルは LCModel で代謝物毎のピーク面積としshit displacement (CSD) error と呼ばれるケミカルシフトのて分離し，クレアチニンとクレアチンリン酸の合計に対異なる代謝物の計測領域の位置ずれが問題となる。つまする比として求めた。まず，灰白質と白質の代謝物の濃り，2 cm 角などの小さな領域から SVS 法でスペクトルを度の違いを知るために，CSI 法で計測した中隔付近の灰得る場合，ケミカルシフトの異なる代謝物はすれた領域

白質と白質を比較した。NAA は灰白質で 1.59±0.14 で，

228

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

白質で 1.91±0.12，グルタミン酸とグルタミンの合計計測しているため，CSI 法と SVS 法で NAA の計測領域(Glx)は灰白質で 1.75±0.09，白質で 1.01±0.06 など差がは正しいと考えられ，NAA 濃度の違いは測定シーケンスあったが，GABA については灰白質で 0.35±0.06，白質に起因すると考えられる。一方，灰白質と白質の NAA 濃

で 0.33±0.08 と差が小さかった。一方同様の灰白質領域

度差は報告とよく一致していた。さらに GABA についてを SVS 法で得たスペクトルでは NAA が 1.53±0.07，Glx

も他の 7T-MRI の報告とも近い値が得られ，7T-MRI ではが 1.88±0.11，GABA が 0.45±0.03 という値であった。

エディティング法を用いなくても信頼できる GABA 濃

測定領域は 2ppm にある NAA の高いピークに合わせて度計測が行えることが確認できた。

39. 呼吸活動が及ぼす認知パフォーマンス関連の脳活動の解明
中村望，越久仁敬（兵庫医科大学 生理学生体機能部門）

福永雅喜，定藤規弘（自然科学研究機構生理学研究所 システム脳科学研究領域 心理生理学研究部門）ては，これまでと同様，息吸う瞬間が想起時に出現する

我々はこれまで，心理生理学的手法を用いて，息吸う
瞬間，つまり EI 転移期（呼息期から吸息期に切り替わると正答率が低下した。

タイミング）が記憶想起過程の途中に入り込んだとき，

fMRI 画像データ解析については，呼吸活動による大脳

課題の反応時間が延長し，正答率が低下することを発見

皮質活動の効果という研究テーマであるため，呼吸によした。

るアーチファクトの影響を慎重に取り扱う必要がある。

呼吸活動は，延髄の吸息中枢のリズムジェネレータとその手法として multirun ICA-FIX 法を用いた。これは，橋の呼息中枢のネットワーク活動の相互作用により維持

ICA アルゴリズムを用いて，fMRI の 4 次元画像に含まれ形成させると考えられている。EI 転移期とは，まさに延る生理的ノイズ（体動や拍動など）やその他のアーチフ

髄のリズムジェネレータ PreBötzinger Complex の活動開ァクトを個々のコンポーネントとして分類し取り除く方

始のタイミングとなる。

法である。

EI 転移期が認知機能を低下させるならば，脳活動へのまた，いくつかの呼吸アーティファクトを取り除く手

なんらかの作用が考えられる。また近年，視覚や触覚な法と合わせて，fMRI 画像データを解析したところ，特にどの感覚情報の獲得や自発的ボタン押しのタイミングに

EI 転移期を含んだ想起過程は，それ以外の想起過程と比ついて，脳活動に合わせて，呼吸がその調整に関与して較して，右 TPJa（側頭頭頂接合部）と言われる部位でのいることが示されている。

活動低下が認められた。TPJa は，ventral attention network

そこで本研究では，認知課題を行う場合，呼吸は，感の node の一つであり，またこの node からは，salience

覚情報の獲得とボタン押しのタイミングについて，どち

network への投射が確認されている。さらに重要なこととらをパフォーマンスに合わせて調整するだろうか，さらして，TPJa 活動は想起過程に依存し，記憶獲得過程やに，記憶想起過程で出現する EI 転移期がどのように脳にdelay 過程では活動が見られなかった。以上より，呼吸の作用するかについて検討した。健常被験者に見本合わせ

調整効果は，想起過程において，TPJa 活動に対応して課

再認記憶課題を fMRI 撮像下で行い，同時に鼻カニュー

題の正答率を向上させていることが明らかになった。

レを用いて呼吸活動をモニターした。課題の成績につい229

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

40. ７テスラ MRI によるヒト第一次体性感覚野の皮質内回路機構の解明
楊家家，于英花（岡山大学 学術研究院ヘルスシステム統合科学学域）

福永雅喜，定藤規弘（自然科学研究機構 生理学研究所 システム脳科学研究領域）
ヒトの脳は，感覚器官から入力された感覚信号と予測

今年度では，７テスラ MRI の故障のため当初計画した信号を比較し，両者のずれの計算に基づいて，知覚を能レイヤーfMRI 実験が中止となり，主にこれまで取得した

動的に創発していると考えられる。この知覚過程は，低データの解析と整理を進め，ヒト第一次体性感覚野の各次感覚皮質各層の神経細胞で構成する局所神経回路が重層における予測誤差処理メカニズムを検討した。その成要な役割を果たしているという仮説はあるが，その神経果の一部を NeuroImage 誌へ投稿し，掲載された。次年度

基盤は未だ解明されていない。本研究では，7 テスラレ

では，これまでのレイヤーfMRI 実験の遅れを取り戻した

イヤーfMRI 技術を用いて，ヒト第一次体性感覚野の各層上で，新たに計画している触覚知覚形成過程を検討するで構成する局所神経回路の機能的役割の解明を目指して

レイヤーfMRI 実験を実施し，本研究の目標達成を目指す。

いる。

41. fMRI における外側後頭皮質のより特異的な functional localizer の探索
内山博之（鹿児島大学学術研究院･理工学域）
福永雅喜，郷田直一（生理学研究所･心理生理学部門）
有馬尚輝，熊谷建哉，塚本健伍（鹿児島大学大学院･理工学研究科）
1995 年 Tootell の率いるグループの fMRI 計測によっ測を行った。

て，「後頭葉の外側後部の，hMT/V5 の後方に接する」領

昨年度は 16 秒間に 20 枚の刺激図形を連続して呈示す域が様々なオブジェクトに反応することが初めて明らかるというブロックデザインで計測を行ったが，今年度はになった（Malach et al., 1995）。しかし，その後の数多く単純な形状の図形の連続的呈示による馴化の可能性を考の研究によって，現在ではこの領域（lateral occipital cortex,

慮し，事象関連デザインで計測し，カテゴリ間の BOLD

LO）はオブジェクト識別に直接関与しているのではなく，信号の対比を行なった。カテゴリの対比は，以下の組み

形状知覚に関与していると考えられているが（Larssen

合わせで行なった：１）オブジェクト画像とそのスクラ

and Heeger, 2006），未だその詳細は明らかではない。研

ンブル画像（従来の LO の functional localizer），２）単究代表者らが行った電気生理学的計測によって，LO が複一基本図形と３，４個の同一の基本図形で構成された単数の基本図形で構成された単純複合図形によって強く活

純複合図形，３）単純複合図形とオブジェクト画像。未性化されることが明らかとなった。このような知見を踏だ一部データは処理中ではあるが，現時点までに処理でまえて，本研究では LO を強く活性化する図形特徴を明きたデータに基づく知見を以下に示す。

らかにし，LO における形状分析過程を解明することを目

図１は，昨年度と今年度計測した延べ８名の被検者のデータに基づく，単純複合図形>単一基本図形となった的とした。
２年目となる今年度も新型コロナウィルス感染症拡大

voxel の確率マップである。LO2 を中心に，V4t, LO1 など予防のための出張の制限と７テスラ MRI の機器不調のの LO 関連領域で図形の「複合性」による活性化が見らため，当初想定していた計測回数と被験者数とはならなれた。しかし V3, V4 などでも活性化が見られ，LO 関連

かったものの，７テスラ MRI を用いて４名の被験者を対領域における活性の局在性に関しては，従来法のオブジ

象に画像刺激実験と，３テスラ MRI を用いて３名の試験

ェクト画像とそのスクランブル画像の対比（図２）の方者に対して HCP pipeline の適用のために resting state の計が，V3, V4 の活性化が抑えられており，優れていた。

230

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

このように提案手法は LO の functional localizer としての従来法に対する優位性が見られなかったものの， 本研究によって LO がヒトの形状知覚過程において図形の複合性のような環境の視覚的把握の基礎となる根本的分析に関与していることが確認されたと言える。

図２．従来の LO の functional localizer による活性化領域（オブジェクト画像＞スクランブル画像，確率マップ）.
図１．図形の「複合性」によって活性化される領域（単純複合図形＞単一基本図形，確率マップ）

42. 意味の創発に関わる内的表象形成メカニズムの解明
寺井あすか（公立はこだて未来大学）
地村弘二（慶應義塾大学）
吉本隆明（生理学研究所システム脳科学領域心理生理学研究部門）
近添淳一（生理学研究所生体機能情報解析室・株式会社アラヤ）
定藤規弘（生理学研究所システム脳科学領域心理生理学研究部門）
より強い賦活がみられることが示された。

本研究課題では，比喩生成時において内的表象が形成される神経メカニズムを解明することを目的とし，提示

今後，映像鑑賞課題において得られたデータに対しされた視覚イメージを口頭で説明する画像説明実験とと

searchlight hyperalignment 法を用いて，各被験者の神経パ

もに，聴覚刺激を伴う映像鑑賞課題・画像説明実験で頻ターンを共通表象スペースへと変換するモデルを学習し，出した 8 種類の概念（回答）を用いた one-back 課題を用

画像説明実験における比喩生成過程の神経パターンといた MRI 実験を実施し，意味認識に関わる神経メカニズ

one-back 課題における各概念に関する神経パターンを共ムの解明を目指している。

通表象スペース内のベクトルに変換することで，比喩生

既に，2019 年度に６名の被験者での実施を行ったが，成時に形成される（個人差を考慮した）内的表象につい2020 年度は Covid-19 の影響により実験実施ができなかて検討を目指す。具体的には，one-back 課題遂行時の各った。今年度は 6 名の被験者での追加実験を実施し，さ被験者の脳活動データを利用し，８種類の概念（回答）

らに，2022 年度に引き続き実験を実施し，被験者数を増を対象とした SVM モデルの作成，画像説明実験におけやすことを予定している。

る対象概念を用いた比喩生成過程の脳活動データを用い

また，これまでに収集した画像説明実験に関するデー

た classification accuracy の確認，さらに，画像説明課題遂タ分析から，字義的説明生成と比較して比喩的説明生成

行時の脳活動データを共通表彰スペースに変換すること過程では，両側中側頭回において発話オンセットに向けで，特定の意味認識に関わる領域の有無について検討すて急激な賦活がみられるとともに，発話オンセットにてる予定である。

231

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第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

43. 機械学習とｆMRI を用いた抒情の生じるメカニズムの解明
磯暁（高エネルギー加速器研究機構素粒子原子核研究所）
近添淳一，郷田直一（自然科学研究機構生理学研究所）

持橋大地，小山慎介（情報・システム研究機構統計数理研究所)
浅原正幸（人間文化研究機構国立国語研究所）
船井正太郎（沖縄科学技術大学院大学･物理生物学ユニット）鹿野豊（群馬大学大学院理工学府）

川島寛乃（慶應義塾大学･環境情報学部 修士課程）
松井鉄平（岡山大学･学術研究院自然科学学域）
を用いて計測した。37 名の計測が終わり，そのうち 32 名

【本研究の目的】のデータを用いて解析を行い，被験者が抒情を感じるか

脳機能イメージングの発展に伴い主観的経験を客観的否かで反応が大きく異なる脳部位を特定できた。

に観察することが可能となった。一方で深層学習による
自然言語処理が飛躍的な進歩を遂げており，機械学習とこの計測実験で用いた短歌と平文を，事前に大量の言

fMRI の融合により，言語による抽象的思考とそれを可能

語データを学習した自然言語処理モデル BERT に入力すにする脳の理解を深めることが望まれる。そこで，言語

ると，単語の並び方の特徴を反映した情報表現が得られ的表象を解析対象として，機械学習と fMRI の両面から，る。特に，BERT の深い層ほど文全体を俯瞰した言語的抒情が生じるメカニズムの解明に取り組み，言語世界に特徴を表現すると考えられている。そのような情報表現

おける感情の論理を解き明かすことを目指している。

と fMRI の脳活動データの表象類似度解析を行うことに【短歌の主観的評定に基づく研究】

より，BERT の深い層と強く相関する脳部位（赤い領域）には，抒情を感じるか否かで反応が変わる部位（黒丸）東西の代表的な大学短歌会である京都大学と早稲田大が含まれることが示せた。

学の短歌会のメンバーを被験者として，短歌の主観的な評定を行う際の脳活動を，fMRI を用いて計測した。依然

現在，これらの相関が生じる要因を詳しく解析することして新型コロナの影響で学生の来訪が中止になるなど，とで，単語の列から抒情が生じるメカニズムを言語的・実験計画に遅れが生じているものの，現時点で 13 名の計

脳科学的の両面から解明するべく，研究を行っている。

測が終わっており，来年度は可能であれば 20 名弱の計測を行いたい。
被験者には，fMRI 実験に用いた短歌を含む多数の短歌に対して，主観的な評定と技術面の評定を Excel ファイル上で行った。この評定実験で用いた短歌を自然言語処理の機械学習モデルである BERT に入力し，被験者の評定
データを用いて，BERT の人工神経回路の訓練を行った。
このように訓練を施した人工神経回路の情報表現と，
fMRI で計測した脳活動データに対して，表象類似度解析を行うことで，単語の列である短歌から評価や感情が生じる過程を解明するべく，現在研究を進めている。
【短歌と平文の違いに基づく研究】
生理研近辺の大学生を中心として被験者を募集し，短歌と平文（抒情的でない文）を読む際の脳活動を，fMRI

232

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第 43 巻（Dec,2022）

生体機能イメージング共同利用実験報告

44. 将来の報酬を期待するヒト脳の価値表象の動的特徴と選択形成の解析
田中大輝，新滝玲子（慶應義塾大学大学院理工学研究科）
地村弘二（慶應義塾大学理工学部生命情報学科）
者は，色が変化する遅延の報酬をより強く好むことが示

時間の知覚期間は，時間の経過とともに起こる出来事された。

の主観的な経験に依存する。一方で報酬は，得られるまでの時間が長くなるとその価値が低くなる。しかし，知将来の報酬を待っている時，腹外側前頭前皮質（vlPFC）

覚された時間の主観が，遅延する報酬に対する選択選好は将来の報酬を待つこと自体の価値を反映する予期効用，に影響するかどうかは不明であった。本研究では，選択

腹側線条体（VS）は将来得られる報酬の価値を反映する，選好の形成が主観的に知覚された継続時間によって偏り，遅延の継続時間によって動的に変化する活動を示した。

将来の報酬を予期している間の時間的に進化する脳活動

これらの価値動態を表す信号は，報酬を待っていない遅に関連することを示した。

延時間では観察されなかった。

ヒトは，数十秒経つと得られる液体報酬を待っている

さらに，持続時間の知覚に偏りが大きい被験者では，

ときに，視覚的に色のついたパネルが提示された。その

遅延時間中に vlPFC の活動が弱くなることが示された。

パネルの色は，遅延時間中，徐々に連続的に変化した。

これらの結果は，主観的な時間経験によって遅延報酬のパネルの色が変化による遅延は，コントロール条件であ選択が偏り，そしてその偏りは将来の報酬の動的な価値る色が変化しない遅延よりも短く知覚された。また，色信号と vlPFC-VS 系における正確な外界の知覚によって変化の速度が速い遅延ほど，時間は短く近くされた。興調節されていることを示唆する。

味深いことに，遅延に対する知覚バイアスが大きい被験233

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

研究会報告
〔

目

次

〕

1．細胞の局所コミュニティ研究会（代表・世話人：珠玖

仁2022 年 2 月 24 日） ················································· 239

2．構造情報を基盤とした膜機能分子の生理機能理解に向けて（代表・世話人：中條浩一

2021 年 9 月 7 日） ·················································· 250

3．機能的神経回路の構築と動作を支える分子細胞基盤（代表・世話人：吉田知之

2022 年 2 月 4 日） ·················································· 259

4．上皮膜輸送の多様性・調和機構を基盤とする異分野融合研究の創出（代表・世話人：五十里
5．TRP チャネル研究会

彰2021 年 9 月 9 日－9 月 10 日） ······································ 268― 相互作用分子との協働が織りなす生理機能とその破綻による病態発現 ―（代表世話人：内田邦敏

2021 年 5 月 28 日） ··················································· 279

6．温熱生理研究会（代表世話人：志水 泰武

2021 年 8 月 31 日） ·················································· 287

7．痛みの研究会（代表世話人：古江秀昌

2022 年 1 月 31 日） ··················································· 294

8．生命を支える硫黄生物学の最前線（代表・世話人：魏范研

9．2021 年度生理研心血管研究会

2021 年 7 月 30 日－7 月 31 日） ······································· 303―比較統合生理学的観点からの循環生理の解析－（代表・世話人：山田充彦

2022 年 11 月 18 日－11 月 19 日） ····································· 316

10．運動器／代謝系連関による生体機能制御とその変容の仕組み（代表・世話人：岩部美紀

2021 年 12 月 18 日－12 月 19 日） ····································· 335

11．食の「満足感」を担う分子・神経基盤研究会（食欲・食嗜好研究会）（代表・世話人：佐々木努

2021 年 9 月 27 日） ··············································· 346

12．機能と構造の視覚科学研究会（代表・世話人：鯉田孝和

2021 年 9 月 8 日） ·················································· 354

13．シナプスの理解深化からの神経回路動態の再考（代表・世話人：川口真也

2021 年 11 月 29 日－11 月 30 日） ····································· 360

14．細胞システム理解のためのシグナル応答原理解明の最前線（代表・世話人：松田知己

2021 年 9 月 16 日－9 月 17 日） ······································· 369

15．幼・小児の成長期における脳機能と運動の発達に関する多領域共同研究（代表・世話人：高草木薫

2022 年 3 月 2 日－3 月 3 日） ········································· 376

16．行動の多様性を支える神経基盤とその動作様式の解明（代表・世話人：関和彦

2022 年 1 月 7 日－1 月 8 日）
（ハイブリッド開催） ······················ 381

17．人工知能技術と科学の協調と展開（代表・世話人：吉村奈津江

2021 年 7 月 16 日－7 月 17 日） ····································· 383

18．力学系の視点からの脳・神経回路の理解（代表・世話人：北野勝則

2021 年 12 月 3 日－12 月 4 日） ······································· 389

19．脳神経倫理研究会（代表・世話人：中澤栄輔

2022 年 1 月 27 日） ················································· 394

237

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

20．脳・環境・臓器間ネットワークと社会性（代表・世話人：松田哲也

2021 年 11 月 25 日－11 月 26 日） ····································· 396

21．大脳皮質を中心とした神経回路：構造と機能，その作動原理（代表・世話人：田中康裕

2021 年 12 月 2 日）－12 月 3 日） ····································· 402

22．記憶・学習の多角的理解に向けたアプローチ
（代表：林

悠

2021 年 9 月 16 日） ··························································· 406

23．運動・行動から紐解く脳神経回路発達メカニズムの異分野融合研究による解明（代表・世話人：諸隈誠一

2021 年 9 月 12 日－9 月 13 日） ······································· 414

24．多様な視点から情動を捉え直す（代表・世話人：南雅文

2020 年 9 月 15 日） ················································· 421

尚宏

2021 年 11 月 11 日－11 月 12 日） ····································· 428

25．極限環境適応（代表・世話人：金26．スポーツからみる日常と非日常の神経生理学（代表・世話人：宮崎真

2022 年 3 月 28 日） ················································· 435

27．新たなステージへと高度化するクライオ電子顕微鏡解析（代表・世話人：岩崎憲治

2021 年 11 月 16 日） ················································ 439

28．情動の脳科学的理解に基づく人文系学問の再構築（代表・世話人：持橋大地

2021 年 11 月 5 日－11 月 6 日） ······································· 443

238生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

1．細胞の局所コミュニティ研究会
2022 年 2 月 24 日
代表・世話人：珠玖仁（東北大学･大学院工学研究科）

所内対応者：久保義弘（生理学研究所･神経機能素子部門）（１）ナノピペットによる細胞局所形状・内容物の評価○井田大貴 1,2,3,4，高橋康史 2,6，熊谷明哉 3,4，平典子 4，珠玖

仁 4,5，吉田孟史 6，華山力成 6（1 東北大学･学際科学フロンティア研究所，2JST さきがけ，3 東北大学･AIMR，
4

東北大学･環境，5 東北大学･工，6 金沢大学･WPI-NanoLSI）（２）モデル膜貫通ペプチドを用いた脂質スクランブリング促進因子の解明○中尾裕之 1，杉本佑太 1，池田恵介 1，斎藤大明 2，中野実1

（1 富山大学･薬・生体界面化学, 2 北陸大学･薬）（３）微小神経核の１細胞解析から局所コミュニティに迫る栢野功成，徐珊珊，李皓生，○檜山武史（岡山大学･医歯薬学総合研究科･細胞生理学）（４）ヒト空腸スフェロイド由来小腸上皮細胞の構築と薬物代謝に関する in vivo への外挿法の開発○道場一祥 1，前田和哉 1,2，栗盛洸 3，榎本剛史 3，下村治 3，小田竜也 3，楠原洋之 1（1 東京大学大学院薬学系研究科分子薬物動態学教室，
2

北里大学薬学部薬剤学教室，3 筑波大学医学医療系消化器外科）（５）ヘテロ二量体アミノ酸トランスポーターの生合成・局在機序の解析○永森收志 1，Yongchan Lee 2，Pattama Wiriyasermkul 1，Werner Kühlbrandt 2（1 東京慈恵会医科大学･臨床検査，2.MPI Biophys., Dept Struct Biol.）（６）小胞局在ナトリウムポンプを標的としたがん細胞グルコース輸送体の動態制御機構○藤井拓人 1，加藤瑞希 1，清水貴浩 1，田渕圭章 2，清水康晴 3，竹島浩 4，酒井秀紀 1（1 富山大学･薬･薬物生理学，2 富山大学･ゲノム機能解析，
3

救心製薬，4 京都大学･薬学部･生体分子認識学）（７）脳内細胞外シグナルのリアルタイム測定を実現する蛍光センサーの開発と応用○稲生大輔 1,2，日比野浩 1， 西山正章 2（1 大阪大学･医･統合薬理，2 金沢大学･医･組織細胞）（８）カリウムチャネルとイノシトールリン脂質の分子間相互作用と機能修飾○紀谷拓音 1，竹下浩平 2，川鍋

陽 1，藤原祐一郎 1（1 香川大学･医･分子生理，2 理研･放射光科学研究センター･生物系ビームライン基盤）（９）（特別講演 1）メカノメディスン○成瀬恵治（岡山大学･学術研究院医歯薬学域･システム生理学）（10）チャネル形成ペプチド polytheonamide B と膜との相互作用
松木悠佳 1，高島政子 2，岩本真幸 2，○老木成稔 3（1 福井大学･医学部･麻酔蘇生科，2 医学部･分子神経科学，
3 福井大学･高エネルギー医学研究センター）（11）電位依存性 K+チャネル複合体中の機能的相互作用部位の探索○中條浩一，糟谷

豪（自治医科大学･医学部･統合生理学）（12）長期抗血栓性を示す生体膜類似界面の人工肺への応用○高井まどか，原伸太郎（東京大学･工･バイオエンジニアリング専攻）（13）光音響法を用いた生体模倣試料の局所弾性計測239

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告○浦島周平 1,2，木村真衣子 1，森作俊紀 2，由井宏治 1,2（1 東京理科大学･理･化, 2 東京理科大学･ウォーターフロンティア研究センター）（14）（特別講演 2）イオン液体を導電剤に用いた生体材料の電子顕微鏡観察法○桑畑進，津田哲哉（大阪大学大学院･工学研究科･応用化学専攻）（15）スマートポリマーを用いた培養基材の開発とマテリオバイオロジーへの展開○宇都甲一郎，荏原充宏（物質･材料研究機構 機能性材料研究拠点，スマートポリマーグループ）（16）ポルフィリンへの官能基修飾がもたらすがん細胞集積性の変化○東條敏史，近藤剛史，湯浅真（東京理科大学･理工･先端化学）（17）活動電位の伝播挙動解析における測定法の課題○白井理，宋和慶盛，北隅優希（京都大学･農･応用生命科学専攻）（18）細菌細胞活性の電気化学計測○池田光，板垣賢広，西井成樹，定永靖宗，椎木弘（大阪府立大学･工･表面計測化学）（19）ダイヤモンド電極を用いた緑内障点眼薬の電気化学測定○米田真央 1，緒方元気 1，花輪

藍 1，浅井開 1，山岸麗子 2，本庄恵 2，相原一 2，栄長泰明 1（1 慶應義塾大学理工学部，2 東京大学医学部）（20）ダイヤモンド電極を用いた皮膚刺入型薬物センサの開発○澤村晴志朗１，Norzahirah Binti Ahmad１，緒方元気２，秋山洸英 1，
石井あゆみ１，栄長泰明１，日比野浩１（1 大阪大学･医･統合薬理，2 慶應義塾大学･理工･化学）【参加者名】
檜山武史（岡山大学），東條敏史（東京理科大学），

赤羽悟美（東邦大学），冨田太一郎（東邦大学），三魚崎浩平（物質・材料研究機構），稲生大輔（大阪大上義礼（東邦大学），藤井拓人（富山大学），浦島周

学），日比野嘉瑩（自治医科平（東京理科大学），中尾裕之（富山大学），川鍋書晃（岐阜大学），堀井和広（岐阜大

陽（香川大学），紀谷拓音（香川大学），黒川洵子大学），任浩（大阪大学），劉学），高橋康史（名古屋大学），原（静岡県立大学），白井雄二（静岡県立理（京都大学）,中條浩一大学），山田充彦（信州大学），竹馬真理子（慶應義（自治医科大学），大島大輔（東邦大学），田熊大輝

塾大学），高井まどか（東京大学），清水貴浩（富山（京都大学），清水聡史（静岡県立大学），澤村晴志大学），三善英知（大阪大学），鎌田佳宏（大阪大朗（大阪大学），神取和代（香川大学），山口賢彦

学），原伸太郎（東京大学），村上慎吾（中央大学），（静岡県立大学），Ahmad Norzahirah Binti（大阪大学），

影山湧二（中央大学），椎木井田大貴（東北大学），桑畑弘（大阪府立大学），

近藤剛史（東京理科大学），糟谷

進（大阪大学），池田光（大阪府立大学），道場一祥（東京大学），楠原洋

豪（自治医科大学），酒井秀紀（富山大学），影山哲平（富山大学），

之（東京大学），宇都甲一郎（物質・材料研究機構）,

岩本真幸（福井大学），竹内唯登（富山大学），永森

藤原祐一郎（香川大学），久保義弘（生理学研究所），

收志（東京慈恵会医科大学），珠玖

立山充博（生理学研究所），下村拓史（生理学研究

仁（東北大学），加藤瑞希（富山大学），坂本多穗（静岡県立大学），

所），平澤輝一（生理学研究所），Liu Chang（生理学緒方元気（慶應義塾大学），成瀬恵治（岡山大学），

研究所）

米田真央（慶應義塾大学），老木成稔（福井大学），【概要】
本研究会では，理工学技術で局所を解析する研究者，

働して細胞から組織，臓器への連携を研究する医・in vitro や in silico で細胞の局所の反応をモデル化・解析

薬・生物学者を集めて議論し，細胞の局所コミュニテする生物学・理論科学者，およびこれらの科学者と協ィにおける新しい知見から生命現象を理解することに240

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

挑戦している。細胞同士のコミュニケーションの現場，に働く。本研究会では，極めて限られた空間で行われ或いは細胞と細胞外マトリックス間の情報伝達の場

る，細胞コミュニケーションの現場を観測する先端技（コモンスペース）を直接評価し，モデル化やシミュ術を結集し，in vitro や in silico で生体界面現象をモデル

レーションと組み合わせて精巧で緻密な現象理解が期化・解析する生物学・理論科学者を巻き込んで学際的待できる。

議論を重ね，様々な形体での共同研究を推進して世界初の学際領域を開拓することを目標とする。

近年，細胞集団に隣接する細胞外空間の新奇な輸送現象が同定され，基礎生物学的観点および疾病の原因

今年度の研究会はオンラインの形態で実施され，計究明の観点から注目されている。臓器は，様々な細胞

測・解析システムや輸送体（トランスポーター），イ

集団により構成される精巧なシステムである。オルガ

オンチャネル，生体膜，機能性材料，生理活性物質なノイド培養技術の進展により，organ-on-chip 上での機能

ど７部構成で特別講演 2 件を含む合計 20 件の発表があの再現も可能となった。個々の細胞集団は，同種あるった。

いは異種の細胞同士のコミュニケーションにより正常（1）ナノピペットによる細胞局所形状・内容物の評価○井田大貴 1,2,3,4，高橋康史 2,6，熊谷明哉 3,4，平典子 4，珠玖

仁 4,5，吉田孟史 6，華山力成 6（1 東北大学･学際科学フロンティア研究所，2JST さきがけ，3 東北大学･AIMR，
4

東北大学･環境，5 東北大学･工，6 金沢大学･WPI-NanoLSI）

ナノスケールの開口部を有するガラスピペット（ナ鏡）。本研究では，上記技術を用いてマクロピノサイ

ノピペット）は，その先端において領域限定的に試料

トーシス阻害剤による膜表面動態への影響などを定量と相互作用でき，細胞の局所を高空間分解能で計測・的に評価した。また，ナノピペット内部に有機電解液操作できる。ナノピペットに電解液を充填して電圧をを充填した場合は，水系電解液中で形成される液-液界印加すると，先端部にイオン流が生じる。この状態で面の張力が電圧によって変化する事で，微少量の溶液

電流をモニターしながら試料に近接させると，試料のを吸引・吐出できる。走査型イオンコンダクタンス顕

ごく近傍でイオン流の空間的な阻害による電流値の変微鏡の距離制御と微小流量制御を組み合わせることで，化が観察できる。この現象を利用することで，非接触ピペットを高精度で制御しながら，蛍光標識した細胞でピペット―試料間距離が制御でき，走査により形状

内の微粒子を直接回収・評価できた。

像を取得できる（走査型イオンコンダクタンス顕微（2）モデル膜貫通ペプチドを用いた脂質スクランブリング促進因子の解明○中尾裕之 1，杉本佑太 1，池田恵介 1，斎藤大明 2，中野実1

（1 富山大学･薬･生体界面化学，2 北陸大学･薬）
リン脂質の二層間の移動（フリップフロップ）を双ると考えられている。本研究では，膜貫通領域の様々方向に促進するタンパク質，スクランブラーゼは，血な位置に親水性アミノ酸残基を配置したモデル膜貫通

小板凝集やアポトーシス細胞の除去などの様々な生理ペプチドを合成し，そのフリップフロップ促進活性を的過程に関与する。スクランブラーゼの膜貫通領域に測定することで，親水性アミノ酸残基の空間配置がフは親水性のアミノ酸残基が並んだ溝のような構造があ

リップフロップ促進活性に与える影響を評価した。そり，ここがフリップフロップを促進する活性部位であの結果，親水性アミノ酸残基が膜貫通ヘリックスの同241

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

一面上に並ぶことでフリップフロップ促進活性が相乗MD シミュレーションから，活性のないペプチドでは親的に上昇することが明らかになった。また，親水性ア

水性アミノ酸残基の側鎖がリン脂質の極性基と同じ位

ミノ酸残基を膜中央に配置した膜貫通ペプチドがフリ置に分布していることが示されており，親水性アミノ

ップフロップを促進したのに対して，膜表面に配置し酸残基が膜の疎水性領域に分布することがフリップフ

た膜貫通ペプチドでは活性が見られなかった。全原子

ロップ促進に重要であることが示された。

（3）微小神経核の１細胞解析から局所コミュニティに迫る栢野功成，徐珊珊，李皓生，○檜山武史（岡山大学･医歯薬学総合研究科･細胞生理学）

脳の中で進化的に古い領域である視床下部や脳幹にscRNASeq で得られた細胞ごとの遺伝子情報と回路の情は，神経核と呼ばれる神経細胞集団が多数存在する。

報をつなげる必要がある。そこで，我々は HiRet 逆行性神経核特有の機能があるだけでなく，各神経核自体もレ ン チ ウ イ ル ス と scRNASeq 法 を 組 み 合 わ せ た

多様な細胞の集合体である。その局所コミュニティ内

BackTraceSeq 法を試みている。この手法を用いて体液をのシグナリングを解明するには，まず，どのような細モニタリングする脳内中枢である脳弓下器官(SFO)から胞が存在するのかを明らかにする必要がある。近年，抗利尿ホルモン産生部位である室傍核（SON）に投射

個々の細胞の遺伝子発現の全体像を解析するシング

する神経細胞に発現する遺伝子を網羅的に解析した。

ル・セル・RNASeq (scRNASeq) が一般化し，細胞を大scRNASeq のデータ解析では，次元削減やバックグラウ

量に得やすい免疫細胞や腫瘍細胞などで応用が進んでンドの除去などのパラメータの設定次第で解析結果がいる。この数年は，脳・神経系への応用も始まってい大きく変わる。特に神経系のサンプルは良い状態のサる。しかし，脆弱な神経細胞を十分な細胞数確保する

ンプルが少ないこともあり，その検討が重要になる。パ

ことは難しく，微小な神経核への応用は進んでいない。

ラメータの最適解を求めるため，パラメータを段階的にまた，神経の機能は回路によって決まるため，変動させてクラスタリング結果の妥当性を検証した。

（4）ヒト空腸スフェロイド由来小腸上皮細胞の構築と薬物代謝に関する in vivo への外挿法の開発○道場一祥 1，前田和哉 1,2，栗盛洸 3，榎本剛史 3，下村治 3，小田竜也 3，楠原洋之 1（1 東京大学大学院薬学系研究科分子薬物動態学教室，
2

北里大学薬学部薬剤学教室，3 筑波大学医学医療系消化器外科）

本研究では，ヒト空腸スフェロイド由来小腸上皮細播種後 13 日間の培養期間ではヒト空腸組織での発現量

胞の，薬物代謝酵素およびトランスポーターが基質薬とほぼ同等であった。分化した細胞では，代表的な薬物のヒト消化管吸収に及ぼす影響を定量的に評価する物代謝酵素（CYP3A, CYP2C9, UGT1A, CES2）および取ための新たな in vitro モデルとしての有用性を検証する

り込み・排出トランスポーター（PEPT1, P-gp, BCRP）

ことを目的とした。Wnt3a，R-spondin 3，noggin を含むの活性が確認された。さらに，細胞層を介した吸収方

conditioned medium を用いて，外科手術で得られたヒト向の透過クリアランスから推定した 5 種類の CYP3A 基

空腸組織からヒト空腸スフェロイドを樹立し，長期に質薬物の腸管アベイラビリティ（Fg）の値は，ヒト in

渡って増殖させることに成功した。ヒト空腸スフェロ

vivo における Fg の値と良好な相関を示した。以上の結イド由来小腸上皮細胞における薬物動態関連遺伝子の果から，このモデルは，薬物代謝酵素およびトランス

mRNA 発現量は，播種後 5 日間までにヒト空腸スフェロポーターが基質薬物のヒト消化管吸収に及ぼす影響をイドでの発現量と比較して大きく増加し，少なくとも定量的に評価するのに有用であると考えられる。

242

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（5）ヘテロ二量体アミノ酸トランスポーターの生合成・局在機序の解析○永森收志 1，Yongchan Lee 2，Pattama Wiriyasermkul 1，Werner Kühlbrandt 2（1 東京慈恵会医科大学･臨床検査，2 MPI Biophys., Dept Struct Biol.）
膜タンパク質は，ポリペプチド鎖として翻訳された

できたが，それ以外の部位の変異については殆ど明らだけでは機能を完全には発揮できず，膜挿入され，正かになっていない。我々は，クライオ電子顕微鏡と生常な高次構造を形成し，機能すべき膜ドメインに局在化学による解析を組み合わせ，輸送機能，さらに複合して始めて生理的な活性を示す。Heterodimeric Amino体の生合成機序の解明を試みた。その結果，重鎖 rBAT

acid Transporter ファミリーは，輸送機能を示す軽鎖と細に Ca2+ 結合部位を見いだし，その Ca2+ を介した超二量胞膜局在に必須な重鎖からなる複合体として存在し，体化が複合体の高次構造形成，安定化，細胞膜局在化

多様な生理機能に重要な役割を果たしている。HAT フに重要であることを示し，基質結合部位の変異とは異rBAT（重鎖）-b0,+AT（軽鎖）複なる，生合成に関わる変異による病態発症の機序を明合体は，シスチンや塩基性アミノ酸などを輸送し，重らかにした。本研究により，シスチン尿症の新たな治鎖・軽鎖いずれかに輸送機能を損なう変異が生じると療法開発のための方向性が示された。さらに，膜タン

シスチン尿症となる。これまで数百の病的変異が解析

パク質複合体の高次構造形成・局在における Ca2+ 分子

され，輸送活性にかかわる変異については理解が進んの役割が明らかにされた。

ァミリーの一員である（6）小胞局在ナトリウムポンプを標的としたがん細胞グルコース輸送体の動態制御機構○藤井拓人 1，加藤瑞希 1，清水貴浩 1，田渕圭章 2，清水康晴 3，竹島浩 4，酒井秀紀 1（1 富山大学･薬･薬物生理学，2 富山大学･ゲノム機能解析,
3

救心製薬，4 京都大学･薬学部･生体分子認識学）

がん細胞では原形質膜におけるグルコース輸送体

胞 内 小 胞 に 異 常 発 現 す る Na+,K+-ATPase α3-isoform

GLUT1 の発現量が高く，エネルギー代謝の制御機構が（α3NaK）であった。がん細胞内に取込まれた強心配糖

正常細胞と異なっている。我々は，ナトリウムポンプ

体は，α3NaK に作用し，細胞内 Ca2+ 濃度の上昇および（Na+,K+-ATPase）阻害剤である強心配糖体（ouabain，

phosphatidylinositol-3 kinase の活性化を介して GLUT1 のoleandrin，digoxin）が，ヒトがん細胞の原形質膜におけdynamin 依存性エンドサイトーシスを誘導することが示

る GLUT1 発現レベルを顕著に減少させ，グルコース取唆された。以上の結果から，α3NaK と GLUT１を介する込みおよび解糖系を抑制することで増殖を阻害するこ

強心配糖体の新たな抗がんメカニズムの存在が考えらとを見出した。興味深いことに，強心配糖体の作用点

れる。

+

+

は，原形質膜の Na ,K -ATPase α1-isoform では無く，細（7）脳内細胞外シグナルのリアルタイム測定を実現する蛍光センサーの開発と応用○稲生大輔 1,2，日比野浩 1， 西山正章 2（1 大阪大学･医･統合薬理，2 金沢大学･医･組織細胞）

脳内では認知・記憶・意思決定といった様々な情報にわたる分子が情報伝達を介在すると想定されている処理が達成されているが，その多様性の鍵を握るのがが，生きた脳内における局所動態は未だ不明な点が多細胞外シグナル伝達である。脳の細胞外では数百種類

く，その計測法の開発は強く求められている。そこで243

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

我々は本課題の解決を目指すべく，細胞外シグナル分

タイムで捉えることが達成した。さらに，オキシトシ子が結合すると明るく光るタンパク質型蛍光センサー

ン以外の分子に対する蛍光センサーの開発も行った。

の開発を進めている。本研究ではまず，"幸せホルモン"

オキシトシンセンサーの蛍光モジュール部位を切り出と呼ばれる神経ペプチド オキシトシンに対する蛍光セ

し，その他のシグナル分子受容体の対応部位に付加すンサーの開発を行った。オキシトシン受容体と蛍光タることで，オキシトシン以外の 24 種のリガンドに対す

ンパク質のキメラ分子に対して指向性分子進化をほどる機能的な蛍光センサーの開発に成功した。すなわち，

こし，明るさが最大 8 倍変化する超高感度センサーの開開発した蛍光モジュールを転用することで，様々な細発に成功した。本センサーを生きたマウスの脳に導入

胞外分子を感知するセンサーを効率よく開発すること

し，生体内におけるオキシトシンの脳内動態をリアルができる可能性が示唆された。

（8）カリウムチャネルとイノシトールリン脂質の分子間相互作用と機能修飾○紀谷拓音 1，竹下浩平 2，川鍋

陽 1，藤原祐一郎 1（1 香川大学･医･分子生理，2 理研･放射光科学研究センター･生物系ビームライン基盤）
細胞膜内葉にわずかに存在するイノシトールリン脂質

PIPns による効果を研究した例はない。そこで本研究で（PIPns）は，イオンチャネルなどの膜タンパク質の機は，PIPns が KcsA の機能に与える効果を評価するために，能制御や細胞内情報伝達において重要な役割を担っていContact Bubble Bilayer method（CBB 法）を用いて膜組成る。一方 KcsA は放線菌由来のカリウムチャネルであり，の異なる脂質二重膜に埋め込まれた KcsA の K+ 電流を計

その安定性から結晶構造学，電気生理学，計算科学など測した。その結果，細胞膜内葉に PIPns が含まれているの幅広い手法により解析が進んでおり，代表的なカリウと KcsA の開確率が上昇した。特に負電荷量の多い PIPns

ムチャネルのモデルとして用いられている。膜脂質によの場合，開確率の上昇幅が増大した。さらに PIPns とるカリウムチャネルの活性制御については従来から研究

KcsA の分子間相互作用をマイクロスケール熱泳動法

されており，KcsA についてもホスファチジルグリセロ(MST 法)により分析し，両者の結合と機能制御に相関がールの存在で開確率が上昇することが知られているが，あることを明らかにした。

（9）（特別講演 1）メカノメディスン○成瀬恵治（岡山大学･学術研究院医歯薬学域･システム生理学）

我々の体は外界からだけではなく体内においても様々

オロジーを切口とした病態解明を基に，新規治療法を開な力学的・機械的刺激（メカニカルストレス）を受容し，発するメカノ医療（メカノメディスン）の確立を目指し，応答することで正常な生理機能を維持している。メカニ

これまでに数々の新規研究方法や研究システムを開発しカルストレスの受容応答機構は細胞分裂，発生過程，臓問題を解決してきた。

器機能発現など広範な時空間スケールにわたる生理機能

本講演ではメカノバイオロジーに関する基礎医学的の調節に寄与しており，メカニカルストレス受容応答機研究，特にメカニカルストレス受容機構を概説し，そ構の破綻が様々な病態に関与していることを示唆するエの研究過程で派生した自己集合化ペプチドを用いた再ビデンスが集積されてきた。メカノセンサー分子→細胞

生医療・医療材料(止血剤)，生殖補助医療，宇宙医学へ→組織→臓器→個体レベルでの縦糸的研究に各種臓器のの展開を紹介する。

疾患という横糸的研究を加えた布陣をとり，メカノバイ(References) [1] Science, 285, 882-886, 1999; [2] PNAS, 98,244

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告7765-70, 2001; [3] Nature, 411, 1016, 2001; [4] Nature

2014; [6] Nature Commun, 10: 5754, 2019; [7] npj

Materials, 4, 403-406, 2005; [5] Nature Commun, 5: 3932,

Microgravity 7(1).

（10）チャネル形成ペプチド polytheonamide B と膜との相互作用
松木悠佳 1，高島政子 2，岩本真幸 2，○老木成稔 3（1 福井大学･医学部･麻酔蘇生科，2 医学部･分子神経科学，
3

福井大学･高エネルギー医学研究センター）

脂質 2 重膜はチャネルがその機能を生み出すために不膜貫通領域の疎水性表面の厚さが膜疎水性コアの厚さ可欠な場である。多様な膜脂質がチャネルに直接作用と一致しないと，膜がチャネル近傍で変形し，チャネを及ぼすだけでなく，弾性膜としての巨視的力学的特ルの構造変化に影響を与える（hydrophobic mismatch）。

性がチャネルに作用を及ぼす（force-from-lipid 原理）。

CBB の厚さを脂質分子種や有機溶媒で変化させ，pTB

しかしこのような膜の振る舞いを捉えるには生体膜での単一チャネル活性の膜厚依存性を測定した。一方，は極めて限られた方法しか存在しない。そこで２つの従来から生体膜も脂質 2 重膜も十分な力学特性（厚さ・戦略をとる。化学的・力学的操作が可能な脂質平面膜

圧縮弾性率など）は測定されてこなかったので，CBB法のひとつである contact bubble bilayer（CBB） 法の適の力学特性を様々な条件下（膜張力・電位負荷など）

用と膜局所変形のプローブとしてのチャネル形成ペプで測定した。新しい特性が明らかになり，チャネル‐

チド polytheonamide B（pTB）の使用である。チャネル

膜相互作用について検討した。

（11）電位依存性 K+ チャネル複合体中の機能的相互作用部位の探索○中條浩一，糟谷

豪（自治医科大学･医学部･統合生理学）

電位依存性チャネルは 4 本の膜貫通セグメント

KCNQ1 と KCNE3 の複合体構造はすでに報告されている(S1~S4)からなる電位センサードメインを持ち，それがが，KCNE3 がどのような仕組みで KCNQ1 を開状態に固膜電位に応じて構造変化を起こすことで開閉する。電定できるのかについての理解は十分ではない。我々は，位依存性チャネルの中には，修飾サブユニットと複合複合体構造中で KCNE3 が KCNQ1 の S1 セグメントと相体を形成することで電位依存性などの性質を大きく変互作用している点に注目し，この相互作用部位のアミえるものが存在する。近年のクライオ電子顕微鏡によノ酸をさまざまな大きさのアミノ酸に置換した。そのる構造解析の進展により，これら電位依存性チャネル

結果，相互作用部位のアミノ酸の側鎖が大きすぎてもの複合体構造も報告されるようになってきた。しかし

小さすぎても KCNQ1-KCNE3 チャネルの開状態を維持

構造情報が得られたとしても，複合体の機能修飾メカ

することができないことがわかった。したがって，+ニズムは必ずしも自明ではない。電位依存性 K チャネ

KCNE3 と KCNQ1 の S1 セグメント間のタイトな相互作ルの一種である KCNQ1 は，修飾サブユニットの KCNE3

用が，電位センサードメインの動きを修飾し，KCNQ1+と複合体を構成し，常時開状態の K チャネルとなる。

を常時開状態に固定すると考えられた。

245

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（12）長期抗血栓性を示す生体膜類似界面の人工肺への応用○高井まどか，原伸太郎（東京大学･工･バイオエンジニアリング専攻）

膜 型 人 工 肺 （ ECMO ） は ， 急 性 呼 吸 性 窮 迫 症 候 群

表面機能化が必須である。細胞膜を構成するリン脂質（ARDS），Covid-19 による重篤肺疾患の症例で用いらの親水性官能基であるホスホリルコリン（PC）基を一れている。患者への負担低減や，臓器移植までの橋渡

成分にもち，分子内で架橋構造をつくる高分子膜を開しでの利用を考えると，現状の６時間から１ヶ月程度発した[1]。架橋型のリン脂質ポリマーが被覆されたシの連続使用を可能とする性能向上が ECMO には求めら

リコーン基材は，90 日間のタンパク質吸着抑制機能をれている。このような中長期連続使用を実現させるた

維持し，さらにヤギへの埋め込み実験において優れため，我々はシリコーン中空系材料に着目した開発に取

抗血栓性，ガス透過性を示し，人工肺への応用の可能り組んでいる。シリコーンは，物理的な孔のない均質性を示せた。

膜であり，かつ優れたガス透過性を示す。しかし血液[1] K. Nagahashi, Y. Teramura, and M. Takai, Colloids and適合性は乏しく，シリコーンへの抗血栓性材料による

Surfaces B: Biointerfaces, 134, 384–391 (2015)（13）光音響法を用いた生体模倣試料の局所弾性計測○浦島周平 1,2，木村真衣子 1，森作俊紀 2，由井宏治 1,2（1 東京理科大学･理･化，2 東京理科大学･ウォーターフロンティア研究センター）

生体組織の弾性計測は病理診断や人工デバイス開発

トルの空間分解能を持つ光音響分光法(PAS)に着目した。

の観点から重要である。例えば糖尿病患者の場合，疾PAS は，物質が吸収した光エネルギーを熱に変換し，熱患初期に毛細血管が脆弱になり破綻することが知られ膨張に伴って発生する音響波を捉える分光法である。

ているが，血管の破綻は血液の流出に伴う重篤な合併

これまでこの手法は毛細血管の形状や分布を計測する症を引き起こすため，脆弱化した毛細血管の早期発見ために用いられてきたが，近年我々は発生する音響波

は重要な課題である。肝臓など深部生体組織の弾性をの周波数から対象の弾性を同定できる可能性を見出し計測する手法として超音波エラストグラフィが既に実た。当初はヤング率 MPa 程度の硬い物体に対して検証用されているが，この手法では空間分解能が約 1 cm にされたが，本研究ではこの手法を毛細血管を模擬した

留まっており，直径 4~10 μm の毛細血管へは応用できな

コラーゲンシートへ展開し，血栓や皮膚などと同程度い。この問題を克服するため，我々は数マイクロメーの数百 kPa オーダーでも計測可能であることを実証した。

（14）（特別講演 2）イオン液体を導電剤に用いた生体材料の電子顕微鏡観察法○桑畑進，津田哲哉（大阪大学大学院工学研究科応用化学専攻）

イオン液体は，融点が室温より低い塩であり，カチ蒸発しない。すなわち，これまでは液体を入れる事がオンとアニオンが解離した状態の液体である。それゆ

絶対的に禁止されていた真空条件が必要な計測機器やえ，イオンが単独に蒸発することが無いので蒸気圧が加工機器にもイオン液体を入れる事ができる。それが計測不能なくらい小さく，熱しても真空下に置いても明らかになりつつある中，イオン液体を走査型電子顕246

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

微鏡（SEM）の中に入れて観察したところ，イオン液すると変形，または破損してしまうような絨毛などの体が全く帯電されずに観察出来る事を発見した。この繊維状の試料には最適な方法である。さらに，細胞等結果を利用し，イオン液体で濡らした状態の試料を観についても形状を維持しながら SEM 観察ならびに透過察する方法を開発した。この方法の利用価値のひとつ型電子顕微鏡（TEM）観察することが可能である。そは，生体試料の電子顕微鏡観察である。生体試料中にれらの試料を観察する為に適したイオン液体の選択法

存在する水分をイオン液体と置き換えることにより，についても，物理化学的な見地から明確にした。

試料を Wet な状態のままで観察が可能となる。特に乾燥（15）スマートポリマーを用いた培養基材の開発とマテリオバイオロジーへの展開○宇都甲一郎，荏原充宏（物質・材料研究機構 機能性材料研究拠点，スマートポリマーグループ）
特定の生物学的機能の操作を可能とする新しい材料

であり，細胞培養可能な温度域で表面のナノ構造を動の開発には，材料と生物学の相互依存関係を解明する的に変化可能な培養基材の作製に成功した。マウス線ことが必須であり，材料物性や特性が細胞，組織，臓維芽細胞を用いた細胞培養実験の結果から，細胞が基器，そして生物全体のスケールで生物学的機能に及ぼ材の表面ナノ構造に依存した伸展と配向性を生じるこす影響を研究する分野は「マテリオバイオロジーとが確認された。さらに接着細胞に対して動的なナノ（Materiobiology）」として注目されている。我々は，構造変化を誘起させたところ，細胞がナノ構造変化を生体内と同様な動的な構造力学的環境を創出可能なス

感知して自身の配向性を変化させることを見出した。

マートポリマー材料の開発を行い，その動的性質に起マウス心筋細胞シートを用いて同様な実験を行った場

因する新奇な細胞現象の探索や細胞操作技術の構築を合，シートを形成する細胞の配向性のみならず拍動方目指した研究を展開している。本研究では，外部刺激

向を動的に制御できることを明らかとした。以上の結に応答し形状を変化させる「形状記憶高分子」を細胞

果は，形状記憶高分子で作製した培養基材が単細胞か培養基材として応用した。形状記憶高分子の分子デザ

ら多細胞系の細胞機能操作に有用であることを示してインにより転移温度を生体温度付近で精密に制御可能いる。

（16）ポルフィリンへの官能基修飾がもたらすがん細胞集積性の変化○東條敏史，近藤剛史，湯浅真（東京理科大学･理工･先端化学）

近年，ポルフィリンのがん細胞集積性を利用したがは，官能基修飾位置とがん細胞集積性の相関関係を明ん診断用の腫瘍イメージング，および抗がん剤としてらかにするために，ポルフィリンにアルキル基とフェの機能を付与した新規機能性分子の創製研究が活発にニル基を meso 位あるいは β 位に修飾し，ヒト乳がん細行われている。一方で，ポルフィリンには meso 位，β 位胞(MCF-7)への集積量を評価した。その結果，アルキルという 2 種類の官能基修飾位置が存在するが，分子設計

基修飾型ポルフィリンでは meso 位，フェニル基修飾型の際に meso 位と β 位のどちらに官能基を修飾するか定

ポルフィリンでは β 位ががん細胞集積量において優位性

まっていない現状である。官能基の種類および修飾位を示した。官能基の種類に応じて優位な修飾位置が異置が与えるポルフィリンのがん細胞集積性への影響がなる要因として，修飾した官能基の種類および位置に明らかになれば，ポルフィリンを基盤とした新規機能

よるポルフィリンの立体構造および凝集性の変化が関性分子設計のガイドライン構築につながる。本研究で連していることが示唆された。

247

第 43 巻（Dec,2022）

生理学研究所年報

研究会報告（17）活動電位の伝播挙動解析における測定法の課題○白井理，宋和慶盛，北隅優希（京都大学･農･応用生命科学専攻）

神経伝導は遅延型 K+ チャネル，チャネル型受容体おHodgkin-Huxley 式を用いて解析されてきた。

+

よび電位依存性 Na チャネルの働きで説明されてきた。

従来は軸索上の複数部位の膜電位の経時変化を測定+

平常時は，一部の K チャネルが開いており，細胞内外するために，軸索内に挿入した電極と外部電極間の電の K+ 濃度比によって膜電位（静止電位）は決まる。外位差を固定する電位固定法が使用されてきた。軸索表部刺激を受けるとシナプスのチャネル型受容体が開き，面に外部から接触させた複数の電極と内部電極との間+Na が流入し，周辺の膜電位が正側へ変化する。これがに流れる電流から膜電位が評価されてきたが，電位固+軸索に伝わり，膜電位が閾値を越えると電位依存性 Na

定用の回路内に電流が流れるため系を乱す恐れがある。

+

そこで，本研究では，各チャネルの機能を模擬した有チャネルが開き，Na の透過が主体的になるので膜電位+は細胞内外の Na 濃度比に起因する活動電位を示す。こ機液膜型セルを複数個連結したモデル神経系を構築し，の活動電位を示す部位が軸索上でシナプス末端まで伝電位固定法を用いた場合の膜電位変化の伝播についてわるとされ，各部位での膜電位と膜電流の変化は検討し，電位固定法が有する課題を明らかにした。

（18）細菌細胞活性の電気化学計測○池田光，板垣賢広，西井成樹，定永靖宗，椎木弘（大阪府立大学･工･表面計測化学）

微生物の生命維持や分裂増殖は，個々の細胞の代謝

ウム塩（MTT）を用いた検討を行った。酸化型 MTT はによって達成される。代謝に着目した計測によって，可溶性であり，細胞膜を透過して細胞内部でホルマザ

微生物の活性を評価することができる。その代表的なンに還元され紫色に呈色する。このような性質を利用

例として，細胞の呼吸による溶存酸素の消費に着目しした比色法は，微生物の活性評価のアッセイに利用さた方法がある。微生物の呼吸が活性化することで，溶れている。MTT のサイクリックボルタモグラムでは，

存酸素が消費され，酸素の還元電流が減少する。この

上記の酸化還元反応に由来する２対の電流応答がみら減少量から，細胞の活性や個数を見積もることができれた。また，得られた電流応答は，電解液に溶存するる。しかし，水温や，試料溶液に含まれる物質によっ酸素の還元電流とは異なる電位に観察された。このこて溶存酸素量が変化するため，個々の計測で得られたとから，様々な試料溶液において溶存酸素の影響を受

数値には補正が必要となる。我々は，代謝における一

けず，微生物の活性を評価することが可能であった。

連の反応の中でも電子移動反応に着目し，テトラゾリ（19）ダイヤモンド電極を用いた緑内障点眼薬の電気化学測定○米田真央 1，緒方元気 1，花輪

藍 1，浅井開 1，山岸麗子 2，本庄恵 2，相原一 2，栄長泰明 1（1 慶應義塾大学理工学部，2 東京大学医学部）
薬が正しく効果を発揮するには，作用部位に治療効れるが，その到達のタイミング，および作用点での詳果を惹起するのに十分な量が届く必要がある。点眼薬

細な濃度変化は正確に知られていない。これらの情報

は，角膜を通過し眼球内に到達することで薬効が得らは治療効果が高く，安心・安全な新規点眼薬の開発に

248

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告は重要なため，眼内での薬物濃度の移り変わりを経時

眼の房水中にて TMA の検量線を作成した。さらに，摘的にリアルタイムで観測する手法の開発が求められる。

出豚眼球の前房内に BDD マイクロ電極を刺入し，TMA

そこで我々は，この課題を解決するためにホウ素ドーを点眼し ex vivo 測定をした。生体由来成分による妨害

プダイヤモンド（BDD）マイクロ電極を活用し，眼のを取り除くため，房水酸化電位，TMA 検出電位，電極

前房内における薬物濃度をリアルタイムに追跡する新

表面還元電位を組み合わせる電位ステップ法を用い 1 分

たな測定システムの構築に取り組んだ。ターゲット薬間に 1 度の測定により，TMA 滴下後にゆっくりとしたとして，緑内障点眼薬のチモロールマレイン酸塩

濃度上昇を観測した。豚から摘出した眼前房内にて（TMA）を選択した。pH 7.4 のリン酸緩衝液中にてTMA 濃度変化を電気化学測定によって定量できること

TMA の電気化学反応の基礎実験をし，豚から摘出したが示唆された。

（20）ダイヤモンド電極を用いた皮膚刺入型薬物センサの開発○澤村晴志朗 1，Norzahirah Binti Ahmad1，緒方元気 2，秋山洸英 1，
石井あゆみ 1，栄長泰明 2，日比野浩1（1 大阪大学･医･統合薬理，2 慶應義塾大学･理工･化学）
抗がん薬など一部の薬は，体内薬物動態の個人差がグの需要がある。まず，リン酸緩衝液中での in vitro 測

大きく，時に致命的な有害事象を引き起こす。そのた定で，約 5 秒に１回という高い時間分解能で薬物を検出

め，患者の血中薬物濃度を管理する治療薬物モニタリ

できる測定法を樹立した。この方法では，血液や間質ングが必要とされている。しかしながら，質量分析や液に高濃度で含まれる内因性物質の影響をほとんど受免疫蛍光法といった従来の測定法は，専用の機器が必

けない還元電位のみを用いて，検出下限 ~0.2 nM という要でコストや手間がかかるため，頻回な測定は不可能

高い感度を達成した。次に，剃毛したラット背部皮膚である。

に麻酔下で針状センサを刺入し，生きた動物での測定

本研究では，先端径 ~20 μm の針状ダイヤモンドセンを実施した。静脈にドキソルビシンを投与した際の間

サを皮膚に刺入し，間質液中の薬物濃度を連続的に測

質液中の薬物動態が，約 4 時間にわたってリアルタイム定する手法を開発した。標的薬物は，抗がん薬であるに捉えられた。低侵襲に体内の薬物動態を把握できる

ドキソルビシンとした。この薬物は，肺癌や消化器癌

本手法は，臨床における薬物モニタリングシステムをなど幅広い腫瘍に適応があるが，体内濃度が高まると開発する基盤となることが期待される。

心機能障害を示すことが報告されており，モニタリン249

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

2．構造情報を基盤とした膜機能分子の生理機能理解に向けて2021 年 9 月 7 日
代表・世話人：中條浩一（自治医科大学･医学部統合生理学部門）
所内対応者：久保義弘（生理学研究所･神経機能素子部門）（１）精子イオンチャネルの動態を制御する様々なメカニズム
河合喬文（大阪大学大学院医学系研究科統合生理学）（２）Voltage-clamp fluorometry analysis of structural rearrangements of ATP-gated channel P2X2 upon hyperpolarization
Rizki Tsari Andriani1,2*，Yoshihiro Kubo1,2（1Division of Biophysics and Neurobiology, National Institute for Physiological Sciences
2Department of Physiological Sciences, The Graduate University for Advanced Studies,School of Life Science* Current affiliation: Integrative Physiology, Graduate School of Medicine, Osaka University）（３）細胞容積調節機構における TRPM7 の新たな役割
沼田朋大（福岡大学医学部生理学講座）（４）植物のアニオンチャネルを介した CO2 感知メカニズム祢冝淳太郎（九州大学大学院理学研究科植物生理学研究室）（５）リサイクル型オプシンの光応答特性を利用した光操作ツールの開発
塚本寿夫（神戸大学大学院理学研究科生物学専攻，JST さきがけ）（６）グルコース輸送体 SGLT における糖の選択的輸送機構
神鳥和代 1，城田松之 2，藤原祐一郎 1（1 香川大学医学部分子生理学，2 東北大学医学系研究科新医学領域創生分野）（７）クライオ電子顕微鏡により明らかとなったヘテロ二量体型アミノ酸輸送体の構造と分子病理李勇燦（横浜市立大学大学院生命医科学研究科）（８）Structural basis of gating modulation of the Kv4 macromolecular channel complex
木瀬孔明（東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻）（９）細菌由来のイオンチャネルに見いだされたカルシウムの選択的透過と機能阻害
入江克雅（和歌山県立医科大学薬学部･薬品物理化学研究室）（10）リン脂質フリップ・フロップにより制御されるイオンチャネルの役割
原雄二（静岡県立大学薬学部統合生理学分野）（11）PMP2/FABP8 induces PI(4,5)P2-dependent transbilayer reorganization of sphingomyelin in the plasma membrane
阿部充宏（理化学研究所開拓研究本部佐甲細胞情報研究室）（12）細胞膜リン脂質フリッパーゼ ATP11C による脂質輸送メカニズム阿部一啓（名古屋大学細胞生理学研究センター･大学院創薬科学研究科）（13）ドメイン間相互作用を介した酸化ストレスによる TRPM7 チャネル活性の調節機構
井上

華 1，村山尚 2，小林琢也 2，小西真人 1，横山詩子 1（1 東京医科大学細胞生理学，2 順天堂大学大学院細胞･分子薬理学）（14）Gating-modifier toxin APETx1 による電位依存性カリウムイオンチャネル hERG 阻害機構の解析
大澤匡範（慶應義塾大学･薬学部）（15）チャネル構造-機能情報の乖離と適合
老木成稔（福井大学高エネルギー研究センター）250

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告【参加者名】
永森收志（東京慈恵会医科大学），陳

学），原

以珊（和歌

雄二（静岡県立大学），鈴木美希（静岡県

華（東京医科大学），河合立大学），塚本寿夫（神戸大学），阿部充宏（理化学

喬文（大阪大学大学院），老木成稔（福井大学），沼研究所），入江克雅（和歌山県立医科大学），大澤匡

田朋大（福岡大学），田中康太郎（名古屋大学），高範（慶應義塾大学），佐甲靖志（理化学研究所），森

橋正紀（大阪大学），中川敦史（大阪大学），森泰梨沙（大阪大学），樽野陽幸（京都府立医科大学），生（京都大学）,倉智嘉久（大阪大学），黒川竜紀（大小野富三人（大阪医科薬科大学），竹内裕子（大阪大分大学），岡村康司（大阪大学），中條浩一（自治医学），紀谷拓音（香川大学），李科大学），糟谷

嘉瑩（自学），西谷（中村）友重（和歌山県立医科大学），好治医科大学），善方文太郎（自治医科大学），藤原祐

岡大輔（大阪大学大学院），RATANAYOTHA Adisorn

一郎（香川大学），水谷夏希（大阪大学），三好智満（大阪大学），大河内善史（大阪大学），柳（石原）（大阪大学），柳川正隆（理化学研究所），久保田智

圭子（久留米大学），神取和代（香川大学），佐々木哉（大阪大学大学院），Andriani Rizki Tsari（大阪大真理（大阪医科薬科大学），香西大輔（名古屋大学），学），木瀬孔明（東京大学），真木孝尚（福井大学），

久保義弘（生理学研究所），立山充博（生理学研究

祢宜淳太郎（九州大学），岩本真幸（福井大学），横所），下村拓史（生理学研究所），平澤輝一（生理学

川真梨子（慶應義塾大学），阿部一啓（名古屋大学），研究所），Liu Chang（生理学研究所）

山県立医科大学），井上

辻本豪（自治医科大学），劉臨（静岡県立大学），中西勇燦（横浜市立大陸（静岡県立大【概要】
本研究会は，「構造情報を基盤とした膜機能分子の質分子に関する講演を行った。その中には精子，植物

生理機能理解に向けて」と題し，2021 年 9 月 7 日(水)にの生理現象や，無脊椎動物，細菌などの哺乳類とは異開催された。当初は生理学研究所で開催される予定でなる機能を持つタンパク質分子も含まれており，非常あったが，COVID-19 の感染状況に鑑み，昨年度に引きに多彩な内容となった。最後に福井大学の老木成稔教

続き zoom を利用した web 開催とした。これまでの研究

授が特別講演を行い，イオンチャネルの構造機能研究

会は通常二日間にわたって開催されていたが，web 開催のこれまでを振り返り，さらに今後の展望についてデということもあり，昨年と同様一日間で開催することィスカッションした。講演時間は基本的に 22 分で，討とした。今回はポスターセッションを設けず，その代論時間は 8 分に設定した。比較的討論時間に余裕を持たわりに例年より多い 15 名もの講演者がプレゼンテーシ

せたこともあり，十分に議論を行うことができた。web

ョンを行った。事前登録による参加者数は約 60 名であ

開催ではあったが，この 1 年でほとんどの参加者がオンり，例年通りの盛況であった。

ラインでの会議に慣れたこともあり，ほとんどトラブ

プログラムの内容であるが，昨今爆発的に増えていルもなく，時間通りにスムーズに進行された。休憩時

る構造情報から，いかに膜タンパク質の機能を理解し間等での雑談や情報交換がしにくい点は課題として残ていくか，ということをテーマに，主に若手～中堅のったものの，オンサイトでの開催に引けを取らない活研究者が，イオンチャネルやトランスポーター，膜脂気ある研究会を開催することができた。

（1）精子イオンチャネルの動態を制御する様々なメカニズム
河合喬文（大阪大学大学院医学系研究科統合生理学）
昨今の研究から，精子の細胞膜上にも様々な種類の役割を果たしていることが明らかにされてきている。

イオンチャネルが存在し，その受精能の制御に重要な

特に細胞内の pH 制御を担う H+ チャネルやトランスポ

251

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

ーター，膜電位制御を担う K+ チャネル Slo3,Ca2+ シグナ

することは，精子の生理機能を議論するうえで重要でルを制御する Ca2+ チャネル CatSper は，受精に直結するある。今回私は，イノシトールリン脂質の他に，精子

重要な膜輸送体である。我々はこれまでの，電位依存の中に蓄積していることで知られている亜鉛イオンに性ホスファターゼ(VSP)に着目した研究から，精子では着目し，その生理的な役割を検証した。我々は亜鉛イ

細胞膜上のイノシトールリン脂質レベルが鞭毛膜上でオンが受精過程において示すダイナミクスを観察する

適切に制御されており，これが Slo3 の活性を制御することに成功し，また亜鉛イオンが精子のイオンチャネのに重要であることを示してきた。このように，精子ルに作用する様子も観察した。

イオンチャネルの活性を制御するシグナル因子に注目（2）Voltage-clamp fluorometry analysis of structural rearrangements of ATP-gated channel P2X2 upon
hyperpolarization
Rizki Tsari Andriani1,2*，Yoshihiro Kubo1,2（1Division of Biophysics and Neurobiology, National Institute for Physiological Sciences
2Department of Physiological Sciences, The Graduate University for Advanced Studies, School of Life Science* Current affiliation: Integrative Physiology, Graduate School of Medicine, Osaka University）
P2X2 is a ligand-gated ion channel activated primarily byreceptor. We observed fast and linearly voltage-dependent

extracellular ATP. Gating of P2X2 has been shown to befluorescence intensity (F) changes at Ala337 and Ile341 in thedependent not only on [ATP] but also on membrane voltage.

TM2 domain, which could be due to the electrochromic effect,

Upon hyperpolarization, there is a gradual increase in thereflecting the presence of a converged electric field. We also

inward current in the presence of ATP, despite the absence ofobserved slow and voltage-dependent F changes at Ala337,

a canonical voltage-sensor domain. P2X2 is known to have awhich reflect structural rearrangements. Furthermore, we

topology with only two transmembrane (TM) domains with adetermined that the interaction between Ala337 in TM2 andlarge extracellular ligand binding loop for its structure. We

Phe44 in TM1, which are in close proximity in the ATP-boundaimed to investigate the structural rearrangements of rat P2X2

open state, is critical for activation. Taking these results

during ATP- and voltage-dependent gating, using a voltage-

together, we propose that the voltage dependence of theclamp fluorometry technique. Through genetic incorporationinteraction within the converged electric field underlies theof a fluorescent unnatural amino acid named Anap, sites ofvoltage-dependent gating.

interest were labeled at individual positions of the P2X2（3）細胞容積調節機構における TRPM7 の新たな役割
沼田朋大（福岡大学医学部生理学講座）
動物細胞は，細胞膨張の後の調節性容積減少（RVD）

を引き起こし，それによって K+チャネルを活性化するメカニズムによって，細胞容積を一定に保っている。

ことは知られていたが，VSOR には Ca2+ 感受性がない上皮細胞において RVD は，容積感受性外向整流性 Cl-ことから，TRPM7-VSOR の関係については検討されて2++

チャネル（VSOR）および Ca 活性化 K チャネルを介しいなかった。

た KCl 放出によって達成される。これまで細胞膨張によ

ここでは，TRPM7 が VSOR の活性化に果たす何らかって誘発される TRPM7 チャネルの活性化は，Ca2+ 流入の役割を調べた。TRPM7 の発現を HeLa 細胞でノックダ

252

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告ウンしたり，DT40 細胞でノックアウトしたりすると，態の Ca2+ 流入の媒介を通じた LRRC8A 発現の増強，

TRPM7 の活性と RVD 能だけでなく，VSOR 活性も抑制

TRPM7 の C 末端ドメインと LRRC8A との間の相互作用

さ れ た 。 さ ら に ， TRPM7 欠 損 DT40 細 胞 に お け るを通じた LRRC8A タンパク質の形質膜発現安定化によTRPM7 の 異 種 発 現 は ， VSOR の コ ア 分 子 で あ る

ることが示された。これらの結果から，TRPM7 は新た

LRRC8A の発現の増加を伴い，VSOR 活性と RVD 能のに VSOR 活性の必須の調節因子の役割を担っていること両方を救済した。TRPM7 の VSOR 活性促進は，定常状が明らかとなった。

（4）植物のアニオンチャネルを介した CO2 感知メカニズム祢冝淳太郎（九州大学大学院理学研究科植物生理学研究室）
植物は高濃度 CO2 や乾燥（アブシジン酸）を感知する

SLAC1 の発見により，気孔閉鎖を駆動するイオンチャと，孔辺細胞から陰イオンの放出が始まる。これが端ネルの分子レベルでの機能解析が可能になり，SLAC1

緒となって，細胞外への水の流出が生じ，気孔は閉じは CO2 シグナルをその膜貫通領域で受信し，乾燥シグナ

る。孔辺細胞には，多くのポンプやイオンチャネルがルと CO2 シグナルをそれぞれ別のポリペプチド領域で受存在し，特に気孔閉鎖には，S (slow) 型のアニオンチャ

容していることを明らかにした（Yamamoto et al Plant

ネルが中心的な役割を果たしていると推定されていた

Cell 2016）。さらに，孔辺細胞が保持する独自の葉緑体が，その分子実体は不明であった。そこで我々は高度が CO2 による気孔応答に必須の役割をもち，SLAC1 のに制御された CO2 環境下におけるサーマルイメージング

活性制御にも関わることを明らかにした （Negi et al

によって，高 CO2 環境下でも気孔を閉じることができな

PNAS 2018）。気孔装置閉鎖駆動部本体の分子実体を明いシロイヌナズナ変異株 slac1 を単離し，その原因遺伝らかにしたことによって，これまで研究が進んでいな子の構造・機能解析から，気孔閉鎖を駆動する細胞膜

かった気孔閉鎖メカニズムの解明が急速に進んでいる

局在 S 型アニオンチャネル SLAC1 (Slow Anion Channel

ことを紹介した。

1) を世界に先駆けて同定した（Negi et al Nature 2008）。

（5）リサイクル型オプシンの光応答特性を利用した光操作ツールの開発
塚本寿夫（神戸大学大学院理学研究科生物学専攻，JST さきがけ）
この１５年間に，光刺激あるいは化学刺激によって細胞で機能するオプシンが光操作ツールとしてよく利細胞応答を人為的に操作する研究が飛躍的に発展して用されてきたが，発表者を含めたオプシン研究者（のきた。その中でも最も発展しているのは，光感受性イ一部）は，無脊椎動物由来のオプシンのほうがツール

オンチャネルであるチャネルロドプシン（あるいはそとして優れていると考えている。本発表では，これまの類縁体）を神経細胞に導入して光によって神経発火

でに数千種類同定されている動物オプシンの中で，どを操作する解析（光遺伝学）である。一方で，化学刺のようなオプシンが光操作ツールとして望ましいのか

激によって細胞応答を操作する用途には，主に G タンパ

を具体例をあげて紹介するとともに，オプシンの機能

ク質共役受容体（GPCR）変異体が用いられているため，特性をどのようにすれば「強化」できるのかについて

光操作ツールとして光感受性 GPCR である動物オプシンの研究結果を発表した。

の重要性も高まっている。これまでは，脊椎動物の視253

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（6）グルコース輸送体 SGLT における糖の選択的輸送機構
神鳥和代 1，城田松之 2，藤原祐一郎 1（1 香川大学医学部分子生理学，2 東北大学医学系研究科新医学領域創生分野）
Sodium-glucose linked transporters (SGLT) は，小腸や腎マンノースとアロースの輸送に成功した。また，グル尿細管の上皮細胞で糖の吸収を担っており，吸収不良

コースとガラクトースの輸送比率を変え一部のアイソの原因や糖尿病治療薬のターゲットとして臨床的にもフォームの基質特異性を再現することに成功した。立注目されている。基質となる単糖はアイソフォームご

体障害を取り除き，糖の炭素骨格との疎水性相互作用とに異なり，厳密な選択性を持つ。その選択的輸送機を調整することで，最終的にフルクトースを輸送する

構は明らかになっていない。本研究では，グルコース

SGLT4 の基質特異性を再現することに成功した。これとガラクトースのみを輸送するヒト SGLT1 の基質結合

は，五員環構造として知られるフルクトースが，六員状態の構造モデルを構築し，さまざまな天然糖と変異環構造で SGLT に結合していることを示唆していた。本体を用いて電気生理学的な解析を行った。その結果，研究は，広くトランスポーターの基質予測や，その阻

糖結合ポケットで親水性相互作用を形成する残基を変害剤の設計にも役立つと考えられた。

異させることで，糖の水酸基の配向選択性を変化させ，（7）クライオ電子顕微鏡により明らかとなったヘテロ二量体型アミノ酸輸送体の構造と分子病理李勇燦（横浜市立大学大学院生命医科学研究科）

b0,+ 輸送系はシスチンおよび塩基性アミノ酸の輸送体

れまで予測されていなかった Ca2+ イオンが観測された。

であり，主に腎臓や小腸に局在する。b0,+ 輸送系の遺伝

糖鎖成熟アッセイと部位特異的架橋により Ca2+ 結合部

的異常はシスチン尿症として知られ，尿中に再発性の位周辺の変異の影響を調べたところ，Ca2+ が高次構造形

シスチン結石を生じる。シスチン尿症には type I と呼ば成およびタンパク質の成熟に重要であることが示されれる局在異常型と，non-type I と呼ばれる輸送不活型の 2た。また，培養細胞を用いたタンパク質局在観察の結種類が知られているものの，各分子病理に至る詳細な果から，rBAT への Ca2+ 結合の異常が，type I シスチンメカニズムは明らかではなかった。今回我々は，クラ尿症と類似した局在異常をもたらすことを見出した。

イオ電子顕微鏡を用いて b0,+ 輸送系の構造を明らかにし

さらに，輸送体を担う本体である b0,+AT サブユニットにた。b0,+ 輸送系は，b0,+AT と rBAT からなるヘテロ二量

対する変異体解析の結果から，塩基性アミノ酸の認識体が，さらに“超二量体”として会合したヘテロ四量に関わる残基を明らかにした。これらの結果から，type体構造をとっていた。2 つのヘテロ二量体は rBAT 同士

I シスチン尿症の分子病理における，高次構造形成といの相互作用によって会合しており，その界面には，こう新たな視点を示した。

（8）Structural basis of gating modulation of the Kv4 macromolecular channel complex
木瀬孔明（東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻）
イオンチャネルの多くは，多様な制御サブユニットを受ける。神経細胞の樹状突起に局在する電位依存性と複合体を形成することによって電位依存性，ゲート

カリウムチャネル Kv4 は，細胞質内タンパク質 KChIP

開閉のキネティクスのモジュレーション（modulation）と１回膜貫通タンパク質 DPP の２つの制御サブユニッ254

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

トと複合体を形成して，活性化・不活性化・不活性化

すること，１つの KChIP1 が隣り合った２つの Kv4.2 サ

状態からの回復において速いキネティクスを獲得し，ブユニットを結びつけることによって 4 本の S6 の動き

活動電位の樹状突起への逆伝搬の抑制などを行う。

が連動する仕組みになっていることが分かった。また，

我々は，クライオ電子顕微鏡を用いて Kv4.2 単体（4DPP6S が Kv4.2 の電位センサードメインを構成する S1-量体），Kv4.2-KChIP1 複合体（8 量体），Kv4.2-DPP6S

S2 の構造を安定化するように相互作用することが明ら

複合 体 （8 量体 ） ， Kv4.2-DPP6S-KChIP1 巨 大複合体

かになった。さらに電気生理学的解析を組み合わせる（12 量体）の立体構造を決定した。これら４種類の構

ことによって，これらの相互作用がモジュレーション造を比較した結果，KChIP1 が Kv4.2 のポアの開閉を制の構造基盤であることを明らかにした。

御する S6 ゲートと相互作用してゲートの構造を安定化（9）細菌由来のイオンチャネルに見いだされたカルシウムの選択的透過と機能阻害
入江克雅（和歌山県立医科大学薬学部･薬品物理化学研究室）
イオンチャネルの構造生物学において細菌由来のチが多いものを探索した。その結果，複数の候補遺伝子

ャネルが果たした役割は大きく，細菌由来のカリウムを同定し，昆虫培養細胞を用いた全細胞パッチクラン

チャネルである KcsA や細菌由来のナトリウムチャネル

プ実験の結果，Meiothermus ruber 由来の候補遺伝子は高（BacNav）の高分解能構造は，イオン選択性などの基いカルシウム選択性を持つチャネルであることを示し

本的な機能の理解に貢献した。一方で，細菌由来のカた。M. ruber は既存の BacNav の宿主より生命の共通祖

ルシウムチャネル（Cav）についても探索が進められて先に近い Deinococcus-Thermus 門に属することから，こきたが，最初の細菌由来チャネルの発見から 20 年近くのチャネルグループを AnclNav (Ancestor-like BacNav) と経てもなお未発見であった。

名付けた。AnclNav には Ca2+によって電流が阻害される

そこで，我々は BacNav の選択性フィルターに負電荷といった，従来の BacNav にはない特徴を持つものもあのアミノ酸変異を導入した人工チャネルがカルシウム

り，イオンチャネルの進化と起源を考えるうえで興味

選択性を獲得することに着目し，BacNav に相同性をも深いグループである。

ち選択性フィルターのアミノ酸が BacNav よりも負電荷（10）リン脂質フリップ・フロップにより制御されるイオンチャネルの役割
原雄二（静岡県立大学薬学部統合生理学分野）

ルの活性化を正に制御することで，秩序だった再生筋

生体膜の構成成分であるリン脂質は，脂質二重層の線維の形態形成に必須であることを見出した。

内・外層間で非対称に局在し，細胞内シグナリング，
細胞遊走など，多様な細胞現象に重要な役割を果たし本研究会では，脂質二重層間におけるフリップ・フている。リン脂質の非対称分布は，外層から内層に特ロップにより活性制御される細胞・生理現象について，

定の脂質分子を輸送するフリッパーゼをはじめ，脂質

下記の通り報告した。まず，リン脂質フリップ・フロ

二重層間におけるリン脂質のトンボ返り運動（フリッップにより制御される PIEZO1 の機能解明のため，骨格

プ・フロップ）を担うリン脂質輸送体群により形成さ筋幹細特異的な Piezo1 欠損マウスを作出・解析したとこれる。我々はこれまでに骨格筋線維の再生過程をモデ

ろ，筋再生の遅延，筋幹細胞の増殖および遊走能低下

ル系として，リン脂質フリッパーゼによるリン脂質輸が認められた。このことは PIEZO1 による膜張力感知機

送が，膜張力により活性化される PIEZO1 イオンチャネ

構は，筋再生の進行に重要な役割を果たすことが示す

255

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告ものである。また，リン脂質フリップ・フロップによ

活性減弱化を示したことから，リン脂質の膜間分布のり制御されるイオンチャネル群のさらなる同定を行っ

変化は PIEZO1 だけでなく，他のイオンチャネル制御にたところ，Ca2+

も関わることが示唆された。

透過型イオンチャネルの一つが有意に（11）PMP2/FABP8 induces PI(4,5)P2-dependent transbilayer reorganization of sphingomyelin in theplasma membrane
阿部充宏（理化学研究所開拓研究本部佐甲細胞情報研究室）
哺乳動物細胞の細胞膜において，脂質二重層の外層

タ ン パ ク 質 と し て ， PMP2/FABP8 が 同 定 さ れ た 。

と内層では脂質の構成成分が大きく異なっている。ス

PMP2/FABP8 のノックアウト細胞では，蛍光ラベルされフィンゴ脂質であるスフィンゴミエリンは，ほとんどたスフィンゴミエリンの細胞膜外層から内層への移行が細胞膜外層に分布しているものの，少量ながら内層活性が低下していることがわかった。また，にも存在している。スフィンゴミエリンは合成直後にPMP2/FABP8 の過剰発現細胞では，スフィンゴミエリン

細胞膜外層へ輸送されることから，輸送された後に何は細胞膜外層で減少し，内層で増加していることがわ

らかの機構によって細胞膜外層から内層へ移行するこかった。さらに，PMP2/FABP8 のリコンビナントタンパとが予想される。グリセロ脂質に関しては，脂質二重ク 質 と 人 工 膜 を 用 い た 結 果 か ら ， PMP2/FABP8 は層内移行に関する因子・分子機構の理解が進んでいる

PI(4,5)P2 に結合し，脂質二重層の形状を変化させることが，スフィンゴ脂質に関しては，ほとんどわかっていで，スフィンゴミエリンの脂質二重層内移行を促進しない。本研究で遺伝学的スクリーニングを行ったとこていることが示唆された。

ろ，スフィンゴミエリンの脂質二重層内移行に関わる（12）細胞膜リン脂質フリッパーゼ ATP11C による脂質輸送メカニズム阿部一啓（名古屋大学細胞生理学研究センター･大学院創薬科学研究科）
真核生物の細胞膜において，フォスファチジルセリ

が，その生理的重要性と同様に，専らイオンを輸送す

ン（PtdSer）は細胞膜内葉に偏って分布している。このる P 型 ATPase にあって巨大な脂質を輸送する分子機構

脂質非対称分布は，P4-ATPase に分類される脂質フリッに興味が持たれる。

パーゼ ATP11C が PtdSer を細胞膜外葉から内葉へとフリ

我々はヒト ATP11C/CDC50A 複合体の複数の反応中間ップすることで維持されている。しかしこの非対称分体の構造を，X 線結晶学（Nakanishiet al., 2020, J. Biol.

布は，アポトーシスによって細胞が自発的な死を遂げ

Chem.）と Cryo-EM（Nakanishi et al., 2020, Cell Rep.）にる際に崩壊する – アポトーシスによって誘導されたカスよって決定した。これらの構造解析と変異体による機パーゼが ATP11C を特異的に切断し失活させることで，能解析によって，ATP11C が ATP 加水分解と脂質輸送を

PtdSer が細胞膜外葉へ露出，これがいわゆる『Eat me』

共役させる仕組み，脂質認識機構（なぜ PtdSer が輸送さシグナルとして働き，死細胞はマクロファージによっ

れ PtdCho ではだめなのか），イオン輸送型 ATPase とのて無用な炎症を引き起こすことなく貪食される。故に共通点と相違点を明らかにした。

「細胞死を司るポンプ」とも形容できる ATP11C である

256

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研究会報告（13）ドメイン間相互作用を介した酸化ストレスによる TRPM7 チャネル活性の調節機構
井上

華 1，村山尚 2，小林琢也 2，小西真人 1，横山詩子 1（1 東京医科大学細胞生理学，2 順天堂大学大学院細胞･分子薬理学）
Transient receptor potential melastatin 7 (TRPM7) は全身

ンパク質として細胞に共発現させる実験を行い，以下の細胞に普遍的に発現する非選択性陽イオンチャネルのことを明らかにした。1) チャネル活性の Mg2+ 依存性で，Mg ホメオスタシスに重要な分子と考えられている。

はチャネルドメインとキナーゼドメインの相互作用に

2+

TRPM7 のチャネル活性は細胞内 Mg によって抑制されており，細胞内 Mg2+よって調節される，2) ドメイン間相互作用にはチャネが低下すると活性が高まり細胞内

ルドメインとキナーゼドメインが連結している必要はへの Mg 流入を引き起す。TRPM7 はイオンチャネルド

ない，3）キナーゼドメインの zinc-binding motif によっ

メインとキナーゼドメインの二つの機能ドメインを有て保持される構造はドメイン間相互作用に必須である，する非常にユニークなイオンチャネルである。チャネ4) 酸化ストレス下では zinc-binding motif 内のシステイン

ル活性にはキナーゼ活性は必要ないが，キナーゼドメ

残基が酸化されることによってドメイン間相互作用がインの全欠損はチャネル活性を著しく阻害する。我々阻害され，チャネル活性が阻害される。

2+

は，チャネルドメインとキナーゼドメインを別々のタ（14）Gating-modifier toxin APETx1 による電位依存性カリウムイオンチャネル hERG 阻害機構の解析
大澤匡範（慶應義塾大学･薬学部）
hERG はヒト心臓に発現する電位依存性 K+ チャネル

hERG 阻害に重要な APETx1 の 4 残基を同定した。

であり，心筋の膜電位の再分極過程を担う。イソギン

さらに，21 種類の hERG 変異体に対する APETx1 の阻チャク由来のペプチド性毒素 APETx1 は，hERG の静止

害活性を二本刺し膜電位固定法により評価したところ，状態における電位センサードメイン（VSD）に結合しAPETx1 の阻害活性に影響する hERG の 5 残基を同定し阻害する。しかしながら，hERG の静止状態の立体構造た。しかし，これらは，既知の hERG の構造上では互いは未解明であり，APETx1 の hERG 結合様式は不明であに離れて位置し，APETx1 との結合を説明できなかった。

る。そこで本研究では APETx1 および hERG の変異体をそこで，hERG-VSD の膜電位依存的な構造変化を想定

用いた電気生理学的解析により，APETx1 による hERG

し，S4 を細胞内側にシフトしたモデルで APETx1 とのド阻害機構の解明を目的とした。

ッキングを行ったところ，APETx1 との相補的結合が見られたことから，このモデルが APETx1 の hERG 阻害様

我々は，リコンビナント APETx1 およびその 1 残基変
異体 15 種の調製法を確立し，パッチクランプ法により式を反映することが示唆された。

APETx1 添加時の hERG 電流を測定した。その結果，（15）チャネル構造-機能情報の乖離と適合
老木成稔（福井大学高エネルギー研究センター）
イオンチャネルは 1998 年に初めて結晶構造が得られ位性があるため，構造と機能に対する理解は膜蛋白質て以来，チャネル特性の理解が劇的に深められてきた。

をリードする存在である。したがってチャネル構造機

チャネルは一分子測定において他の蛋白質にくらべ優能相関研究の過程を辿ることで，蛋白質の構造と機能257

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

情報をどのように理解するかを学ぶことができる。しうな遠隔作用がその機能に影響を与えるので，そのよかし膜蛋白質にはその機能構造を考える上で膜蛋白質

うな作用下にある構造を得ることは極めて困難である。

特有の問題がある。水溶性蛋白質ではリガンド結合のこのような状況下でチャネル機能情報を基にして，構ようなその場での反応（近接作用）様式をとるので相造情報をどう理解し利用するか，という観点からいく互作用する構造を捉えることは方法論的に可能である。

つかの例を示し，チャネル構造‐機能情報の乖離と適合

一方，膜蛋白質では膜環境の中で膜張力や膜電位のよについて議論した。

258

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

3．機能的神経回路の構築と動作を支える分子細胞基盤
2022 年 2 月 4 日
代表・世話人：吉田知之（富山大学大学院医学薬学研究部）
所内対応者：深田正紀（生理学研究所生体膜研究部門）（１）Beat/Side ファミリー膜タンパク質はショウジョウバエ視覚系ニューロンのシナプス特異性を制御する
鈴木崇之（東京工業大学生命理工学院）（２）Ptprd 遺伝子マイクロエクソンの取捨選択調節が作り出す脳神経回路の設計図
吉田知之（富山大学学術研究部）（３）受容体タンパク質チロシン脱リン酸化酵素 PTPδ によるシナプス分化誘導の構造基盤
深井周也（京都大学大学院理学研究科）（４）液－液相分離によるアクティブゾーン構成分子群の動態制御メカニズム
大塚稔久（山梨大学大学院総合研究部）（５）LGI1–ADAM22 抗てんかん蛋白質複合体の量的制御機構の解明
横井紀彦（生理学研究所生体膜研究部門）（６）神経細胞における酸性リン脂質フリッパーゼの機能
服部光治（名古屋市立大学大学院薬学研究科）（７）アストロサイトによる神経回路と動物行動の修飾長井淳（理研 CBS グリア - 神経回路動態研究チーム）（８）光応答性 CaMKII を用いた海馬神経細胞単一スパインにおける Metaplasticity メカニズムの検討
植田大海（生理学研究所脳機能計測･支援センター）（９）神経活動依存的な細胞内競合に基づく神経回路リモデリング今井猛（九州大学大学院医学研究院）（10）情動による知覚記憶固定化の促進は NREM 睡眠中の扁桃体－皮質回路が担う
村山正宜（理化学研究所脳神経科学研究センター）（11）海馬・線条体・眼窩前頭皮質における同期的な時間表現
藤澤茂義（理化学研究所脳神経科学研究センター）（12）組織透明化・3D イメージング技術による 3 次元神経病理学
田井中一貴（新潟大学脳研究所システム脳病態学分野）（13）岡崎におけるクライオ電子顕微鏡施設の紹介
村田和義（生理学研究所生命創成探究センター）【参加者名】
鈴木崇之（東京工業大学），吉田知之（富山大学），

崎裕理（生理学研究所），稲橋宏樹（生理学研究所），

深井周也（京都大学），大塚稔久（山梨大学），横井江川孝彦（生理学研究所），鄭紀彦（生理学研究所），服部光治（名古屋市立大学），

所），袴田大晶（生理学研究所），天野大樹（北海道長井大学），海老根映美（基礎生物学研究所），藤本聡志

淳（理化学研究所），植田大海（生理学研究

芷卉（生理学研究

猛（九州大学），村山正宜（理化学研究（九州大学），橋本昂之（東京大学），東島眞一（基所），藤澤茂義（理化学研究所），田井中一貴（新潟礎生物学研究所），平澤輝一（生理学研究所），堀尾

大学），村田和義（生命創成探究センター），深田正

修平（生理学研究所），堀内紀（生理学研究所），深田優子（生理学研究所），宮稲垣成矩（九州大学），岩﨑広英（群馬大学），泉

所），今井

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浩（生理学研究所），

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第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

裕士（生理学研究所），城田ふみ（産業医科大学），

塚原飛央（ミシガン大学），トゥホンヤー（大阪大木村梨絵（東京大学），木村有希子（生命創成探究セ学），内田周作（京都大学），上原一将（生理学研究

ンター），小西克侑（大阪大学），長澤裕太郎（生理所），植松明子（生理学研究所），和氣弘明（生理学学研究所），中田里奈穂（同志社大学），新山哲士研究所），山肩葉子（生理学研究所），山口暖乃（横（九州大学），西本翔裕（東京大学），野住素広（新浜国立大学），吉田知史（同志社大学），吉村由美子

潟大学），椙岡拓己（基礎生物学研究所），高橋泰伽（生理学研究所），村越秀治（生理学研究所）（生理学研究所），谷本昌志（基礎生物学研究所），【概要】
光遺伝学やイメージング技術等の進歩によって様々

り，分子，オルガネラ，細胞，回路，個体を標的としな脳機能を担う神経細胞アンサンブルが急速に明らかた多階層のアプローチを必要とする。本研究会ではシになっている。このような機能的神経細胞アンサンブ

ナプス分子の構造・機能解析分野，さらにはシナプス

ルの構築機能，可塑的変化の調節機構を理解すること

および神経回路の形態・機能・病態解析分野においてが，高次脳機能の発現機構やその破綻に起因する精神第一線で活躍される研究者を招聘して，最新の研究成疾患の発病機構の理解に不可欠である。とりわけ個々

果について発表して頂いた。また，今後のシナプスおの神経細胞を繋ぐシナプスの形成，維持，可塑性，および神経回路研究分野の新たな展開を模索し，活発なよび再編の分子細胞基盤やこれらを伴う神経回路動作

議論と情報交換を行なった。

原理の解明は，神経科学領域の最重要課題の一つであ（1）Beat/Side ファミリー膜タンパク質はショウジョウバエ視覚系ニューロンのシナプス特異性を制御する
鈴木崇之（東京工業大学生命理工学院）
すべてのニューロンは，多くの接続相手から１つの

まず，我々は Beat/Side タンパク質がラミナ・ニューニューロンを選択しシナプス接続をおこなう「シナプロン（視細胞の二次ニューロン）のシナプス特異性を

ス特異性」と呼ばれる驚くべき能力を有する。では制御しているかを調べた。ラミナ・ニューロンには５「シナプス特異性」はどのように制御されているのだ

つのタイプ（L1-L5）が知られているが，L2 と L4 とのろうか？ニューロンには，シナプスを誘導する分子機間にだけ，（双方向に）シナプスを形成している。

構は共通して備わっており，その分子機構とは別に，SideX SideY の二重変異体では，L2 や L4 がほかのラミ細胞接着因子などの働きによるニューロン同士の結合

ナ・ニューロンとも異所的にシナプスを形成してしま

強度を比較し，結びつきの強いニューロン同士がシナい，全体としてはシナプス数が増えるという表現型をプスを形成するという「ニューロン間相対的結合強度示した。このように，SideX と SideY は正確な「シナプ比較機構」という理論が提唱された（Xu et al., 2019）。

ス特異性」の実現に不可欠であることが分かった。

しかしながら，具体的な分子基盤は未解明のままであ

次に，我々は Beat/Side タンパク質がシナプス接続をる。我々は，ショウジョウバエの視神経系をモデルに，異所的に誘導できるかを検証した。R7 視細胞はメダラ「シナプス特異性」が制御される分子機構を探った。

神経節の M4-6 層にシナプスを形成する。SideX を R7 視

近年，Beat/Side ファミリー膜タンパク質がお互いにヘ細胞に過剰発現すると，R7 が M9-10 まで軸索を伸ばし，テロ結合しあうことが明らかになった(Ozkan et al., 2013,

M1-2 層と M9-10 層に異所的に過剰なシナプスが形成さ

Li et al., 2017)。そこで我々は，Beat/Side ファミリーがシれ，BeatX-SideX の相互作用がシナプスを誘導したこと

ナプス特異性を制御する新規遺伝子群ではないかと，が示唆された。
驚くべきことに，SideX は細胞内ドメインを欠いた断包括的な機能解析をおこなった。

260

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

片でもシナプスを誘導することが分かり，細胞内にシニューロン同士の接着を強めシナプス形成を起こしやす

グナルを送るほかの協調タンパク質の存在が示唆されくしているように見える。それに対して，過剰発現の実た。そこで，SideX と協調的にシナプスを誘導しうる遺験ではシナプスを誘導する能力を有していることも示し

伝子として，Kirre という IRM ファミリーに属するタンた。２つの結果を統合すると，Beat/Side は，単に細胞接パク質が同定された。

着因子としてだけではなく，IRM などのタンパク質と共以上の結果から，Beat/Side タンパク質はその特異的なにシナプスを誘導する複合体の一部を担っていると考え結合によって，「シナプス特異性」を制御していることられる。我々の結果は，このような複合体の「ニューロが示された。機能欠損型の実験から Beat/Side タンパク質

ン間相対的結合強度比較機構」により，シナプス形成をはシナプス形成そのものを制御しているとは言い難く，する相手が決定されるという理論を強く支持する。

（2）Ptprd 遺伝子マイクロエクソンの取捨選択調節が作り出す脳神経回路の設計図
吉田知之（富山大学学術研究部･医学系）
近年，哺乳類の神経細胞において選択的に利用されイクロエクソンに応じて誘導するシナプスの種類（グる 3〜27 ヌクレオチド（nt）の極めて短いエクソン（マルタミン酸作動性・GABA 作動性）と誘導するシナプス

イクロエクソン, micro-exon）の存在が明らかになり，の数が決まることを発見した。実際に Ptprd 遺伝子のマ神経系で働くタンパク質の機能に多様性を生む新たなイクロエクソンの取捨選択状態には脳部位や発達時期

メカニズムとして注目されている。私たちは神経細胞に応じた固有のパターンがあり，そのパターンは神経間のシナプス構造を分化誘導する細胞接着分子（シナ活動や炎症ストレスによって変化することがわかった。

プスオーガナイザー）として受容体チロシン脱リン酸

すなわち，Ptprd 遺伝子のマイクロエクソンの取捨選択

化酵素 PTPδ（遺伝子名 Ptprd）を同定し，そのイムノグ

パターンは神経回路網形成の遺伝的に決められた設計

ロブリンドメイン内に挿入される短いペプチドをコー図として機能し，さらにこの設計図は環境要因によっドする 3 つのマイクロエクソンを見出した。シナプス形て書き換えられることが示唆された。本発表では Ptprd

成期のマウス脳内では，これら 3 つマイクロエクソンの遺伝子のマイクロエクソンの時空間的な取捨選択パタ

取捨選択によって作り出される少なくとも 8 種類のーンや調節メカニズム，さらにこの調節の破綻が引き

PTPδ スプラスバリアントが発現しており，選択するマ起こすマウスの行動変化について紹介したい。

（3）受容体タンパク質チロシン脱リン酸化酵素 PTPδ によるシナプス分化誘導の構造基盤
深井周也（京都大学大学院理学研究科化学専攻）
PTPδ は，LAR や PTPσ と共に IIa 型に分類される受容担うと考えられる。それを裏付けるように，シナプス体タンパク質チロシン脱リン酸化酵素（IIa RPTP）であ

オーガナイザーの機能異常は自閉症や知的障害などのる。神経系では，へパラン硫酸やコンドロイチン硫酸

神経発達障害と密接に関連している。

との結合を介して軸索伸張を制御し，さらに，複数のIIa RPTP は巨大な細胞外ドメインと一本の膜貫通ヘリ

異なる膜受容体様リガンドとの結合を介してシナプスックス，細胞内の２つの脱リン酸化酵素ドメイン（D1

分化を誘導するシナプスオーガナイザーとしての役割

および D2）で構成される。細胞外ドメインは，N 末端も担う。シナプスオーガナイザー間の選択的な相互作

から順に３つの免疫グロブリン（Ig）ドメイン（Ig1-Ig3）

用はシナプス標的の選択や特性（興奮性・抑制性）のと 4 つもしくは 8 つの III 型フィブロネクチン（FN）ド決定に関わっており，回路形成において重要な役割をメイン（FN1-FN8）で構成される。シナプス前終末に局

261

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

在する PTPδ は，シナプス後終末のシナプスオーガナイの細胞外ドメインを構成するエステラーゼ様ドメイン

ザ ー で あ る IL-1RAcP ， IL1RAPL1 ， Slitrk1-Slitrk6 ，との複合体の結晶構造を決定し，meB- に選択的な相互SALM3，SALM5，NGL3，Neuroligin（NLGN）3 とシナ

作 用 機 構 を 明 ら か に し た 。 さ ら に ， 既 知 の NRXN-

プス間隙を跨いで相互作用することでシナプス分化を

NLGN 複合体の結晶構造と比較することで，PTPδ と誘導する。これらの相互作用の選択は，Ig2 内の mini-

NLGN3，NRXN と NLGN3 の各相互作用を選択的に失わ

exon A に由来する挿入ペプチド（meA ペプチド）と Ig2せる変異を見出した。それらの変異を導入した遺伝子と Ig3 の間の mini-exon B に由来する挿入ペプチド（meB

改変マウスを作出し，大脳皮質の神経細胞におけるシペプチド）の組み合わせによって調節されている。

ナプス誘導能や個体の行動を解析した結果，NRXN を介

NLGN3 は，他のシナプスオーガナイザーとは異なり，する経路と PTPδ を介する経路のうち，一方の経路が失-

meB ペプチドを欠いたスプライスバリアント（meB ）われるともう一方の経路によるシナプス誘導が促進すと選択的に結合してシナプス分化を誘導する。また，

ること，また，興奮性/抑制性シナプスタンパク質の発NLGN3 は別のシナプス前終末のシナプスオーガナイザ

現バランスが崩れて社会性行動に変化が起こることがーである Neurexin（NRXN）と相互作用する点でも異な

明らかになった。本講演では，最近論文に報告したこっている。

れらの知見を紹介すると共に，今後の展開について議

私たちは，PTPδ の Ig1 から FN1 までの領域と NLGN3

論したい。

（4）液－液相分離によるアクティブゾーン構成分子群の動態制御メカニズム
大塚稔久（山梨大学･大学院総合研究部･医学域基礎医学系･生化学講座第一教室）
脳の高次機能は，神経終末におけるシナプス伝達がンの研究から，CAST/ELKS ファミリーがアクティブゾ

時空間的に厳密に制御されることで，適切に機能する。

ーンの構築と維持に重要な役割を果たすことが明らか

情報の出力側であるプレシナプスには比較的電子密度となってきた。さらには，これらに加えて，遺伝子改の高い構造体としてアクティブゾーンが存在する。ア

変マウスの解析から，CAST/ELKS がシナプス可塑性やクティブゾーンは，神経伝達物質を含有したシナプス

カルシムチャネルのクラスタリングを制御しているこ小胞が特異的にドッキング，融合する場所でもあり，とも明らかとなってきた。その一方で，CAST/ELKS がシナプス伝達を時空間的に厳密に制御する役割を果た

担うアクティブゾーン超分子複合体が，どのような生す。1990 年代に入り，アクティブゾーン特異的な一連理的動態を示し，また様々な精神神経疾患においていのタンパク質が同定され，それらの機能解析が進んでかにその機能と構造が変容していくかについては未だき た 。 現 在 ， 特 異 的 タ ン パ ク 質 群 と し て ， Bassoon,

明らかとなっていない。

Piccolo/Aczonin, RIM, Munc13-1, CAST および ELKS の６

そこで，本講演では，はじめにアクティブゾーンのつが知られている。なかでも，CAST およびそのファミ

構造と機能に関するこれまでの知見を概説するとともリーメンバーELKS は他のアクティブゾーンタンパク質に，CAST/ELKS を介した超分子複合体の動作原理につ全てと直接相互作用し，巨大な分子複合体を形成する。

いて，特に，液－液相分離の現象に基づいた私共の最そそして，線虫やショウジョウバエのアクティブゾー

近のデータを紹介したい。

（5）LGI1-ADAM22 抗てんかん蛋白質複合体の量的制御機構の解明
横井紀彦，深田優子，深田正紀（生理学研究所生体膜研究部門）
てんかんはおよそ 1 %の人が罹患する脳神経疾患で，その主な原因は脳の異常興奮にあると考えられている。

262

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

いまだ 30 %近くのてんかんは難治性てんかんと言われて

ADAM22 複合体が安定化されていることが明らかになっおり，新たなてんかん治療戦略の開発が求められている。

た。次に，この複合体の減少とてんかん発症との関連を

神経分泌蛋白質 LGI1 とその受容体 ADAM22 の変異が家調べるため，様々な量の LGI1 と ADAM22 を発現するマ族性てんかん患者において認められ，また，LGI1に対す

ウスを 7 系統作製した。そして，ADAM22 が 30%以下にる自己抗体は痙攣や記憶障害を伴う辺縁系脳炎を引き起なると痙攣感受性が上昇すること，10%の ADAM22 とこす。我々は LGI1 と ADAM22 が複合体を形成し，シナ50%の LGI1 によって致死的痙攣が抑制される一方，

プス足場蛋白質 PSD-95 を介して AMPA 受容体機能を制LGI1 が 30%まで減少すると致死的痙攣が引き起こされる

1)

御することを見出した 。そして，LGI1 てんかん原因変ことを見出した。さらに，ADAM22 と LGI1 を神経細胞異体の分子病態として，LGI1–ADAM22 複合体が減少す

種 特 異 的 に 欠 損 ， 又 は 発 現 さ せ る こ と で ， LGI1–

2,3)。 こ の こ と か ら ， LGI1–

ADAM22 複合体が興奮性神経細胞と抑制性神経細胞に共ADAM22 複合体の量の制御機構が脳の興奮制御機構と密に必須であることを明らかにした。以上のことから，脳接に関わることが推測された。そこで，ADAM22 の翻訳

内の LGI1–ADAM22 複合体を増加させることが脳の興奮

後修飾に着目し，マウス脳内で ADAM22 の Ser832 が大安定性の増強/抗てんかん作用に繋がると考えられ，そることを報告してきた

部分リン酸化されていることを見出した

4)の手段として ADAM22–14-3-3 複合体の安定化を提案し。そして，そのリン酸化欠損変異体（Ser832Ala）のノックインマウスたいと考えている。

脳内で，ADAM22 と LGI1 の蛋白質量が大きく減少して

1) Fukata et al. Science 2006, 313, 1792

いることを見出した。さらに分子機構として，ADAM22

2) Yokoi et al. Nat. Med. 2015, 21, 19の Ser832 と Ser855 が PKA によってリン酸化され，14-3-

3) Yamagata, Miyazaki, Yokoi et al. Nat. Commun. 2018, 9,1546

3 蛋白質と結合することで，ADAM22 のエンドサイトー

4) Yokoi et al. Cell Reports 2021, 37, 110107

シスが抑制されていることを明らかにした。つまり，このリン酸化による ADAM22–14-3-3 結合によって，LGI1–（6）神経細胞における酸性リン脂質フリッパーゼの機能
服部光治（名古屋市立大学大学院薬学研究科病態生化学分野）
神経回路網を理解するために DNA，RNA，タンパクることが報告されているが，その分子的基盤も未解明

質を網羅的に解析する研究が数多く行われ，大きな成である。ATP8A1 と ATP8A2 は細胞内小器官や小胞の非果を上げてきている。一方，脳や神経細胞における脂対称性にも関与し，タンパク質輸送にも重要な機能を質分子の機能に関してはまだ多くの未解明問題が残さ

果 た す こ と が 知 ら れ て い る 。 し か し ， ATP8A1 やれている。

ATP8A2 の機能不全による中枢神経系の異常が，細胞外細胞膜（脂質二重膜）ではリン脂質は非対称的に分への PS 露出に起因するものなのか，または細胞内小胞布しており，ホスファチジルセリン（PS）は主に細胞輸送の異常に起因するものなのかも，明確ではない。
我々は神経細胞膜の非対称性の意義を理解するため，質側（内葉）に存在する。PS を外葉から内葉へと輸送するフリッパーゼのうち，ATP8A2 は主に脳のみに存在

ゲノム編集技術を用いて ATP8A1 と ATP8A2 の欠損マウ

し，ヒトにおける ATP8A2 の欠損は小脳失調・精神遅滞

ス を そ れ ぞ れ 作 成 し ， こ れ ら を 交 配 し ておよび平衡障害症候群（CAMRQ）の原因である。しかATP8A1/ATP8A2 二重欠損（DKO）マウスを作成した。

し，ATP8A2 欠損が脳の発達や機能に異常を引き起こす

ATP8A2 欠損マウスと DKO マウスはともに顕著な小脳機構は未解明である。また，ATP8A2 と相同性の高い

失調・運動失調を示し，生後３週間程度までに死亡し

ATP8A1 も主に脳神経系に発現し，その欠損マウスではた。しかし，死亡時において小脳の神経細胞の配置や海馬の興奮性シナプス数の減少と学習能力低下が生じ構造に大きな異常はなく，神経変性の程度もごく軽微

263

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）研究会報告であった。一方，グリア細胞であるアストロサイトと見いだされなかったが，DKO マウスでのみ，海馬と大ミクログリアが異常に活性化していた。この表現型は脳においても，アストロサイトの活性化が顕著であっ

ATP8A2 欠損マウスよりも DKO マウスで顕著であった。

た。現在，これらの現象の分子的基盤および生理的・また，ATP8A1 と ATP8A2 のそれぞれ単独欠損マウスで病理的意義を理解するための解析を行っている。

は大脳や海馬の神経細胞の配置や構造に大きな異常は（7）アストロサイトによる神経回路と動物行動の修飾長井淳（理研 CBS グリア - 神経回路動態研究チーム）

Astrocytes tile the entire nervous system and structurally

how we can use the molecular signaling information forinteract with synapses. We explored astrocyte signaling in thephenotypic benefits in neurodegenerative disease mouse

adult neural circuits, by using multiple integrated approaches,models, e.g. Huntington's disease. Third, I will report a

including calcium imaging, electrophysiology, opto/pharmaco-

validation work for a new effective, specific and consequential

genetics, mouse behavioral tests, RNA-seq and new astrocyte

attenuation tool of astrocyte Gq-GPCR signaling in vivo.

manipulation tools that we recently developed. First, I will

Together, the findings show that signaling from astrocytes to

describe mechanisms of bi-directional neuron-astrocyte

neurons is sufficient per se to alter synapses, circuits andcommunications in the striatum that lead to hyperactivity andbehavior. We also provide new tools to study such astrocyte-

disrupted attention via a synaptogenic cue. Second, I will

neuron dynamics.

present how astrocytes respond to distinct perturbations and（8）光応答性 CaMKII を用いた海馬神経細胞単一スパインにおける Metaplasticity メカニズムの検討
植田大海 1,2（1 生理学研究所脳機能計測･支援センター多光子顕微鏡室，
2 総合研究大学院学生命科学研究科生理科学専攻）

シナプス長期増強（Long-Term Potentiation: LTP）を誘

2004, Nature）。これによって，慢性的に活性化された起する刺激強度の閾値は神経活動に伴い変化すること

海馬神経細胞では単一スパインへの Ca2+ 流入が減少しが知られており，シナプス可塑性の可塑性ており，それに伴い structural LTP（sLTP）が抑制され（Metaplasticity）と呼ばれている。例えば，長時間活性ていることがわかった。もう一つの LTP 誘起法として，化し続けた海馬神経細胞では，LTP 誘起閾値が上昇する

当研究室で開発した遺伝子コード型光応答性 CaMKII をことで LTP が抑制されている。このメカニズムとして，使用した（Shibata et al., 2021, Nat Commun）。これを神樹状突起スパイン上の NMDA 受容体，特に GluN2B 含経細胞に遺伝子導入し，2 光子励起により CaMKII シグ

有 NMDA 受容体の数が減少することで，LTP を誘起す

ナリングを直接活性化することで sLTP を誘起した。するシグナルカスケードが阻害されると考えられている。

ると慢性的に興奮した神経細胞では，光応答性 CaMKII

しかしながら，NMDA 受容体より下流のシグナル分子

活性化による sLTP も抑制されていることが明らかとなである Ca2+ や CaMKII が LTP 抑制メカニズムに関わっった。この結果は，CaMKII の下流シグナルが，NMDAているかは不明である。

受容体- Ca2+ シグナルとは独立して抑制されていること

私たちはこれを調べるために，単一スパインに LTPを示唆している。以上の結果から，LTP を誘起するシグを誘起できる２つの異なる方法を用いた。1 つは 2 光子

ナルカスケードの中には，LTP 誘起閾値を制御する多重グルタミン酸アンケージング法である（Matsuzaki et al.,の分子メカニズムが存在することが示された。

264

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（9）神経活動依存的な細胞内競合に基づく神経回路リモデリング今井猛（九州大学大学院医学研究院）

神経系の発達過程において，神経細胞はしばしば過ることを見出した。自発的な神経活動は，覚醒下の新剰な接続を形成するが，そのあとでリモデリングを行生仔マウスにおいても，嗅球の急性スライスにおいてうことで特異的な回路を獲得する。マウス嗅球においも観察された。これによってグルタミン酸が NMDA 受て，僧帽細胞は生後初期には複数の樹状突起を複数の容体を活性化させると，僧帽細胞全体で RhoA が活性化

糸球体へと接続しているが，発達につれて，1 本の主樹

され，樹状突起の刈り込みが促進されることが判明し状突起のみを強化しつつ，残りの主樹状突起を刈り込た。一方で，NMDA 受容体からの入力は，局所的にむことが知られている。しかしながら，このような選

RhoA の抑制と Rac1 の活性化を引き起こし，その結果，択的な樹状突起の刈り込みがどのように制御されておNMDA 受容体が活性化された樹状突起はむしろ強化さり，どうやって 1 本の主樹状突起のみを残すのかについれることが判明した。従って，自発神経活動によっててはよく分かっていなかった。我々は，僧帽細胞の樹細胞内で Rho GTPase による側方抑制が生じ，その結果状突起リモデリングが，嗅神経細胞由来ではなく，嗅として単一の主樹状突起のみが形成されるものと考え

球内で生じる自発的な神経活動によって制御されていられる。

（10）情動による知覚記憶固定化の促進は NREM 睡眠中の扁桃体－皮質回路が担う
村山正宜（理化学研究所脳神経科学研究センター）
ある体験による情動の高まりは，その時に得た知覚先行研究では，床面記憶の固定化は第二運動野(M2)か情報を記憶としてより強く定着させる。これまで，情ら第一体性感覚野（S1）へのトップダウン入力が担う動による記憶の固定化促進には扁桃体外側基底核ことを報告している（Miyamoto et al., Science 2016）。

（Basolateral Amygdala; BLA）の関与が示されてきたが，そこで BLA が両皮質へ投射しているかどうかを解剖学

BLA がいつ・どのように他の脳領域と相互作用し，記的に調べた結果，BLA は M2 へは密に投射しているが，憶を促進させるのかは不明であった。本研究では，新S1 には投射しないことを見出した。各睡眠時に BLA 及

たに知覚情報－情動情報連合学習課題を構築し，覚醒

び M2，S1 の神経活動を同時記録した結果，情動体験はや REM/NREM 睡眠状態における BLA－皮質回路の操作

学習後の NREM 睡眠時に扁桃体と皮質活動の同期性をに加え，BLA 及び皮質の複数領域から電気生理学的記

優位に上昇させることが明らかとなった。最後に，各録をおこなった。新規の連合学習課題では，雄マウス

睡眠時に扁桃体から M2 への投射を光遺伝学的に抑制しへの知覚と情動情報として，それぞれツルツルの床面た。その結果，NREM 睡眠時の抑制においてのみ知覚と雌マウスを提示した。床面と雌マウスを連合学習し記憶の促進が阻害された。これらの結果は，NREM 睡たマウスでは，床面のみを学習したマウスに比べて床

眠時の扁桃体－皮質間の同期性の増強が，情動による面記憶の保持期間が延長した。次に，この記憶促進に

知覚記憶の固定化促進に寄与することを示唆する。

BLA とどの皮質領域が関連するのかを調べた。我々の265

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（11）海馬・線条体・眼窩前頭皮質における同期的な時間表現
藤澤茂義（理化学研究所脳神経科学研究センター）
ヒトを含む多くの動物種は，さまざまな時間スケー

明されていなかった。今回，海馬・線条体・眼窩前頭ルの情報を認識することができ，またその時間情報を皮質での時間表現に注目し，時間計測を必要とする行

使って行動を制御している。例えば，時計がなくても，

動課題を行っているラットの海馬・線条体・眼窩前頭

私たちは経過時間を知覚することができる。しかし，皮質から，ニューロンの発火活動を細胞外電気生理記

視覚や聴覚などの他の感覚とは異なり，時間を知覚す

録により同時に観測することにより，計時におけるこるために特化した感覚器は存在しない。そのため，時れらの領域の時間表現と領域間の同期活動についての間を知覚するためにはもっぱら脳内の神経活動による研究を行った。その結果，まず，海馬・線条体・眼窩情報処理が必要であるが，その脳内のメカニズムは未前頭皮質のそれぞれ領域に，経過時間に応答して活動だ明らかになっていない。

する神経細胞群を観察した。また，これらの領域の時

近年，経験した出来事についての記憶である「エピ間表現をデコード解析することにより，これらの領域

ソード記憶」を担う脳部位である海馬において，数秒の神経細胞の活動はラットの時間知覚に基づいた意思の時間に応答して発火する「時間細胞」という細胞群

決定を反映していることを明かにした。さらに，これが発見された。一方で，線条体や眼窩前頭皮質などのらの領域はシータ波（5-11Hz）での活動電位の同期が脳領域においても，海馬の時間細胞と同様に，経過時存在し，また領域間の神経細胞どうしに精密な時間ス間に応答して発火する活動が報告されている。このこケールでの同期活動が存在することが観測された。ことから，時間情報は複数の脳領域にまたがって情報処

れらの研究結果を通じて，複数の脳領域にまたがる時理されていると推測することができるが，これらの領間認知のメカニズムについて考察していく。

域の間でどのような相互作用が存在するかはいまだ解（12）組織透明化・3D イメージング技術による 3 次元神経病理学
田井中一貴（新潟大学脳研究所システム脳病態学分野）開発した(Cell, 2014a; Cell, 2014b; Cell Rep, 2018 他)。

中枢疾患患者の死後脳の神経病理学的知見は，疾患の原因因子を明らかにすると共に治療薬の標的分子を透明化技術をヒト脳組織に展開するためには，ヒト同定するための基盤的情報源である。これまで，既存

脳組織を高度に透明化する手法と共に透明化条件に適の薄切標本に基づく病理学的解析により，多くの中枢用可能な特異的染色技術の確立が求められる。しかし疾患の病理像が蓄積されてきた。しかしながら，近年

ながら，これまでに開発した透明化プロトコールでは，特に注目されている脳小血管病などの血管および周囲線維構造や脂質成分，血液由来が強度な自家蛍光を示の関連因子の立体的分布が疾患に関与する症例においすため，特異的染色を確認することが困難である。そては，薄切標本のみでは特徴的な病理像を把握するのこで，多様な構成物に由来する自家蛍光を一網打尽にが困難である。近年，生体組織を高度に透明化する技する汎用性の高い褪色効果を兼ね備えた透明化手法の術と光学的断層撮影技術の発展により，高速かつ高解開発に取り組んだ。従来の脱脂試薬に還元剤や酸化剤

像度の３次元イメージング手法が確立されてきた。

等を組み合わせることで，組織の自家蛍光をおよそ 10

我々は，これまでに水溶性の透明化試薬による高度な分の 1 に軽減させる複数の新規褪色透明化プロトコール

哺 乳 類 組 織 透 明 化 技 術 CUBIC (Clear, Unobstructedを確立した。これによりマルチカラー蛍光イメージン

Brain/Body Imaging Cocktails and Computational analysis) をグの基盤が整った。

266

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

次に，可視光領域に蛍光発光を示す基本的な色素骨した。また，褪色透明化プロトコールは，病理診断に格を網羅したおよそ 200 種類の既存の水溶性蛍光プロー

おいて使用される様々な抗体を用いたホールマウント

ブライブラリを用いて，一連の褪色透明化プロトコー

免疫染色手法にも適用可能であり，一般染色手法と組ルに適用可能な特異的染色プローブのスクリーニング

み合わせたマルチカラーイメージングが可能になった。

を行った。その結果，ニッスル染色・微小血管・老人

本手法を用いて 3D イメージングに基づく次世代神経病

斑・ミエリンなど多様な一般 3D 染色手法の開発に成功

理学の創成を目指す。

（13）岡崎におけるクライオ電子顕微鏡施設の紹介
村田和義（自然科学研究機構生命創成探究センター･生理学研究所）
近年，構造生物学におけるクライオ電子顕微鏡解析や阪大などに送り，そこの最新のクライオ電顕設備でへの期待が急速に高まっている。自然科学研究機構

データ収集してもらうことを行ってきた。そして，同（自然機構）生理学研究所（生理研）では，1998 年か時に自然機構においても自動化された最新鋭のクライらいち早くクライオ電子顕微鏡（クライオ電顕）の整

オ電顕の整備要求を粛々と続けてきた。そして，今年備を進め，位相差電子顕微鏡など，クライオ電顕構造度，昨今の研究情勢を鑑み，独自で岡崎（生命創成探

解析を實現するための革新的周辺技術を生み出して来究センター）にクライオ電顕の整備を行なうこととなきた。ところが，2013 年に“Resolution Revolution”とった。

呼ばれるクライオ電顕解析における高分解能化が一挙

本 設 備 は ， 300 kV の ハ イ エ ン ド の ク ラ イ オ 電 顕に進み，現在では，数千枚のタンパク質試料の画像を（TITAN Krios G4, TermoFisher Scientific）と Cryo-FIB

撮影して，そこから数十から数百万のタンパク質粒子

SEM （ Aquilos2, TermoFisher Scientific ） か ら な る 。

画像を抽出して立体再構成を行なうことがトレンドと

TITAN Krios G4 は，国内で初めてとなる Cold-FEG 電子

なった。これには，従来の装置におけるマニュアル操銃，およびエネルギーフィルターSelectris を装備し，作でのデータ収集では間に合わず，完全自動化された

Selectris を挟む２台の電子直接検出カメラ Falcon4 が搭

電子顕微鏡が必要不可欠となり，それに対応した電子載されている。Aquilos2 は，蛍光顕微鏡（iFLM）を搭

顕微鏡装置が世界中に急速に普及した。国内でも東大載し，凍結した細胞や組織から特定の領域を切り出す

や阪大，OIST などにこれらの設備が導入された。

ことが可能で，これにより In Situ でのタンパク質の構造

そのような中，生理研ではこれまでの技術を生かし解析を狙う。本講演では，これらの設備の詳細，利用て，より高分解能解析に適した凍結グリッドの作製

形態，解析例などを，私どもが独自に行っている構造（スクリーニング）を行ない，これに適応する凍結グ解析研究を含めて紹介する。

リッドを，AMED BINDS などの支援事業を通して東大267

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

4．上皮膜輸送の多様性・調和機構を基盤とする異分野融合研究の創出
2021 年 9 月 9 日－9 月 10 日
代表・世話人：五十里彰（岐阜薬科大学）

所内対応者：古瀬幹夫（生理学研究所）（１）TMEM16F が担う原形質膜のリン脂質/イオン輸送における subunit cavity の役割
清水貴浩（富山大学）（２）Biogenesis and function of heterodimeric amino acid transporter rBAT-b0,+AT
Pattama Wiriyasermkul（東京慈恵会医科大学）（３）嗜好品の成分による抗アレルギー作用についての生理学的検討
風間逸郎（宮城大学）（４）ヒト鼻粘膜，気管支初代培養細胞におけるアンギオテンシン変換酵素 ACE2 の発現についての研究安岡加紗音（立命館大学）（５）3 細胞結合における細胞間隙バリアの形成機構
古瀬幹夫（生理学研究所）（６）肺腺癌スフェロイド細胞のグルコース代謝と抗癌剤感受性に対するクローディン-2 発現の影響
五十里彰（岐阜薬科大学）（７）細胞内 Na+,K+-ATPase の動態変化が関与する剥離がん細胞の細胞死回避メカニズム藤井拓人（富山大学）（８）正常上皮細胞と変異細胞間に生じる細胞競合
藤田恭之（京都大学）（９）気道線毛の形態形成および運動調節における Ezrin の役割の検討
川口高徳（立命館大学）（10）抗がん剤 irinotecan 投与によって生じる嗜好性塩味応答の変化
大林奈美（広島大学）（11）塩味の細胞と分子のメカニズム
樽野陽幸（京都府立医科大学）（12）ラットにおける侵害刺激による大腸運動調節機構の雌雄差
堀井和広（岐阜大学）（13）Bicarbonate transport by airway surface epithelia in luminally-perfused mice bronchioles
Libin Liu（名古屋大学）（14）日本人型嚢胞線維症 H1085R-および L441P-CFTR 変異体に対する白人型病因性 CFTR 変異体発現促進薬の効果相馬義郎（国際医療福祉大学）（15）CFTR 形質膜品質管理における RING 型 E3 Ligase CARP1 の機能解析
谷口正伍（関西学院大学）（16）新規尿酸トランスポーターGLUT12/SLC2A12 の生理機能解析
高田龍平（東京大学）（17）A novel role of PRL in regulating epithelial cell density by inducing apoptosis at confluence
Sweksha Lohani（大阪大学）

268

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（18）マンガンに依存した ZIP8 の細胞表面発現増加は多面発現 SNP（rs13107325）により阻害される
長松詩野（京都大学）（19）膜タンパク質の立体構造を基盤とする腸管モデル細胞を用いた鉄イオン吸収メカニズムの解析
澤井仁美（兵庫県立大学）【参加者名】
大学），杉田丸中良典（京都工場保健会/立命館大学），五十里誠（広島大学），大林奈美（広島大

彰（岐阜薬科大学），吉野雄太（岐阜薬科大学），尾学），酒井秀紀（富山大学），清水貴浩（富山大学），

沼才綺（岐阜薬科大学），廣田智恵子（岐阜薬科大藤井拓人（富山大学），加藤瑞希（富山大学），竹内学），周唯登（富山大学），影山哲平（富山大学），相馬義郎

暁鵠（岐阜薬科大学），任書晃（岐阜大学），堀井和広（岐阜大学），船戸洋佑（大阪大学），（国際医療福祉大学），沖米田司（関西学院大学），

Lohani Sweksha（大阪大学），藤田恭之（京都大学），

福田亮介（関西学院大学），谷口正伍（関西学院大

神戸大朋（京都大学），長松詩野（京都大学），樽野

学），日向大智（関西学院大学），中山弘章（関西学

陽幸（京都府立医科大学），林久由（静岡県立大院大学），澤井仁美（兵庫県立大学），安西尚彦（千学），石塚典子（静岡県立大学），栗原史弥（静岡県葉大学），橋本弘史（千葉大学），平山友里（千葉大立大学），中園絢女（静岡県立大学），鈴木由華（静学），石羽根美咲（千葉大学），齊藤将太（千葉大

岡県立大学），Hempstock Wendy（静岡県立大学），長学），高田龍平（東京大学），永森收志（東京慈恵会

田望実（静岡県立大学），木村徹（杏林大学），中医科大学），Wiriyasermkul Pattama（東京慈恵会医科大張隆司（立命館大学），浅野真司（立命館大学），川学），風間逸郎（宮城大学），河原克雅（仙台白百合

口高徳（立命館大学），安岡加紗音（立命館大学），

女子大学），玉田Wang Hao-Ting（立命館大学），平尾拓也（立命館大製薬㈱），古瀬幹夫（生理学研究所），加納雄一朗

学），一二三晴也（立命館大学），Kim Baekgyu（立命（生理学研究所），泉館大学），神矢莉那（立命館大学），廣澤孝駿（立命哲久（生理学研究所），藤原佐知子（生理学研究所），

洋（名古屋大学），Liu Libin（名古屋平澤輝一（生理学研究所），古瀬京子（生理学研究所）

館大学），石黒勉（東北大学），近藤江里（佐藤裕士（生理学研究所），大谷【概要】
上皮細胞はシートを形成して体内環境を外部環境か

分子レベルからの多角的なアプローチによって得られら隔離する一方で，電解質や栄養素等を選択的に輸送た研究成果を発表し，学生からシニアまで幅広い年齢する。細胞膜に発現するイオンチャネルやトランスポ層の研究者が十分な時間をかけて議論することによっーターの機能は，リン酸化やアセチル化などの翻訳後て，上皮膜輸送の多様性と調和機構の統合的理解を進修飾だけでなく，タンパク質間相互作用や細胞内トラめることを目的とした。今年度も COVID-19 の影響でフィッキングによって調節される。また，上皮細胞をWEB 開催であったにもかかわらず，医学，薬学，工学，

結合させるタイトジャンクションも水や電解質イオン

栄養学等の多分野の研究者が参加し，2 日間にわたり新の輸送に関与しており，多種類の輸送機構が協調的に

規課題の発見や課題解決に繋がる活発な発表と討論が機能することによって生体ホメオスタシスが維持され行われた。さらに，意見交換会では，実験方法にまでる。

踏み込んだ深い議論がなされ，本研究会で目指した異分野融合研究の創出に向け，一定の役割を果たすこと

本研究会では，金属，非金属，アミノ酸，糖質等の上皮膜輸送研究に携わる研究者が，生体，器官，細胞，

269

ができた。

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（1）TMEM16F が担う原形質膜のリン脂質/イオン輸送における subunit cavity の役割
清水貴浩，白井佳暖，藤井拓人，酒井秀紀（富山大学 学術研究部 薬学･和漢系 薬物生理学）
血液凝固障害を生じるスコット症候群の原因遺伝子でHEK293T 細胞に強制発現させ，リン脂質輸送能とイオンある transmembarne protein 16F (TMEM16F) は，細胞内遊輸送能（膜電流）をフローサイトメトリー解析およびパ

2+ 濃度上昇により細胞膜のリン脂質を双方向に輸送

離 Ca

ッチクランプホールセル記録法により観測した。その結するスクランブラーゼとして機能することが明らかとな果，subunit cavity 領域の膜表面に位置するアミノ酸変異っている。興味深いことに，我々は，TMEM16F が，ス

体（E528G，K529C，E603A）および膜中央部のアミノ

クランブラーゼ機能だけでなく，イオンチャネル機能も酸変異体（Y562W）がリン脂質輸送を減少させるととも有することを見出している。本研究では，これらの機能に，膜電流も低下させた。これらの結果から，に直接的に関与する部位を明らかにするため，ヒト

TMEM16F におけるリン脂質とイオンの輸送は，親水性TMEM16F の親水性ポアと考えられる subunit cavity におの高い subunit cavity を介して生じることが示唆された。

ける変異体を作製した。各変異体は，ヒト胎児腎臓（2）Biogenesis and function of heterodimeric amino acid transporter rBAT-b0,+AT
Pattama Wiriyasermkul 1, Yongchan Lee 2, Werner Kühlbrandt 2, Shushi Nagamori 1（1 Department of Laboratory Medicine, The Jikei University School of Medicine,2

Department of Structural Biology, Max Planck Institute of Biophysics, Germany）

Heterodimeric amino acid transporters (HATs) comprisefound the Ca2+ mediating super-dimerization, which was a key

two subunits, the functional transporter “light chain” and thefor the plasma membrane localization. Several amino acidregulatory protein “heavy chain”.

rBAT-b0,+AT

complex, aresidues were found to be necessary for the complex formation,member of HATs, transports cystine and cationic amino acids.

protein maturation and trafficking. Accordingly, we clarified

Mutations in either rBAT (heavy chain) or b0,+AT (light chain)

the mechanism of cystinuria with mutations in residues

lead to cystinuria (renal cystine stones). Since rBAT and

involved in the biogenesis of rBAT-b0,+AT. Moreover, ourb0,+AT were cloned in the late ’90s, more than 100 pathological

functional study unveiled the key residues for substratemutations have been identified, but many of them still haverecognition. Exchange such residues within the HAT family

mysterious pathological mechanisms behind them. By

switches their substrate binding properties, leading to the

combining biochemical analysis and cryo-EM structures, werevolutionary prospect of HAT members. Our results provide

solved the structure ofrBAT-b0,+AT

an understanding of the HAT biogenesis and serve as a guideand examined theirbiogenesis. We discovered Ca2+-binding sites on rBAT and

to develop a new therapeutic approach.

（3）嗜好品の成分による抗アレルギー作用についての生理学的検討
風間逸郎（宮城大学 看護学群）
コーヒーや緑茶に含まれるカフェインやカテキンは，いる。ラットの腹膜より単離した肥満細胞に対し，カアレルギー性鼻炎や気管支喘息患者の症状を緩和し，フェイン（1～100 mM）やカテキン（1～25 mM）を単抗アレルギー作用を発揮することが経験的に知られて

独投与，または併用投与したうえでエクソサイトーシ270

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

スを誘発し，顕微鏡下で脱顆粒現象を観察した。そのことによって，抗アレルギー作用を発揮すると考えら

結果，カフェインやカテキンともに，比較的低濃度（1れた。とくにカフェインは脂溶性が高いため，肥満細～10 mM）では肥満細胞からの脱顆粒現象を十分には抑胞膜の脂質二重層の間に入り込み，膜の曲率を変化さ制しなかった。しかし，いずれも，25 mM 以上の高濃度せることで直接的に，またはイオンチャネルや受容体では脱顆粒現象を大きく抑制し，用量依存性の抑制効を介して間接的に，エクソサイトーシスの過程を阻害

果を発揮した。そこで，単独では十分な抑制効果がみするメカニズムも考えられた。さらに本研究の結果，られなかった 10 mM カフェインに，比較的低濃度のカ

カフェインとカテキンを併用投与することよって，相テキンを併用投与したところ，カフェインによる脱顆乗的な抗アレルギー効果が得られた。カフェインやカ

粒抑制効果を大きく増強した。とくにカテキン 1 およびテキンは適量であれば，コーヒーや緑茶など，日々の2.5 mM では，相加効果以上に相乗効果を発揮した。文

嗜好品の中から簡単に摂取することが可能である。本

献上，カフェインやカテキンはアレルギー疾患の症状研究の結果より，カフェインやカテキンを単独でなく，を緩和することが知られるが，本研究の結果より，こ同時に摂取した方が，より強力な抗アレルギー効果がれらはいずれも，肥満細胞からの脱顆粒現象，つまり見込めると考えられた。

エクソサイトーシスの過程そのものを直接的に抑える（4）ヒト鼻粘膜，気管支初代培養細胞におけるアンギオテンシン変換酵素 ACE2 の発現についての研究安岡加紗音 1，松田京子 1，川口高徳 1，安田

誠 2，中張隆司 3，丸中良典 3,4，浅野真司 1（1 立命館大薬，2 京都府立医大･耳鼻咽喉科，3 立命館大総研，4 京都工場保健会）
用いて，ACE2, TMPRSS2 などの発現を確認した。

【目的】COVID-19 の原因ウイルスである SARS-CoV2 は ， そ の ス パ イ ク タ ン パ ク 質 が ヒ ト の Angiotensin【結果と考察】ALI で NHBE 及び cHNECs を分化させconverting enzyme 2（ACE2）と結合し，ヒトのタンパク

ると，7 日目までに線毛が見られ，28 日目にかけて増加

質分解酵素の TMPRSS2 によって切断され細胞内に侵入した。ACE2 の発現は ALI 前では低く，ALI 7 日目までする。本研究は，ヒト気道上皮細胞（NHBE）やヒト鼻に著しい増加が見られ，その後高いレベルで一定にな

粘膜由来の初代培養細胞（cHNECs）を用いて，気液界

り，さらにプロセッシングを受けることが観察された。

面培養 (ALI) による線毛細胞への分化に伴う ACE2 や

TMPRSS2 は ALI 前から発現が見られ，経時的に大きな

TMPRSS2 の発現変化を確認した。

変 化 は 見 ら れ な か っ た 。 こ の こ と か ら NHBE 及 び【方法】細胞を単層になるまで Transwell 上で極性培

cHNECs 細胞において，分化に伴い誘導された ACE2 と養し，apical 側の培地を取り除き空気に触れさせる ALITMPRSS2 の共発現を確認した。線毛細胞から線毛を単法で分化させ，アセチルチューブリン抗体を用いた蛍離し ACE2 や TMPRSS2 の発現を検討した結果も報告す

光抗体法で線毛を確認した。ウエスタンブロット法をる。

（5）3 細胞結合における細胞間隙バリアの形成機構
古瀬幹夫（生理学研究所 細胞構造研究部門 / 総合研究大学 生命科学 生理科学）
上皮が体内の各区画の液性環境を仕切るバリアとし結合タイトジャンクション（以下 TJ）が重要な役割をてはたらくためには，上皮細胞同士の隙間における物

果たすことが知られている。一方，上皮の細胞間隙に質の漏れを制限する必要があり，膜タンパク質クロー

は，2 つの上皮細胞に挟まれた領域に加えて，3 つの上ディンファミリーが隣接する細胞を密着させる細胞間皮細胞の角が点状に集まる 3 細胞結合が多数存在してお271

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

り，上皮が十分なバリア機能を発揮するためには 3 細胞

ュリン 3/ILDR2）が知られているが，tTJ の形成機構は結合の隙間もシールする必要がある。3 細胞結合では，明らかにされていなかった。この問題にアプローチすその中心に延びた 3 つの TJ が会合し，基底膜側に折れるために，我々は，イヌ腎臓由来上皮細胞株 MDCKII を

曲がって並走することにより細胞間隙を極限まで狭め用いて，ゲノム編集により tTJ あるいは TJ 構成分子をて物質の透過を妨げていると考えられており，この構

様々に欠失させた細胞株を樹立して，電子顕微鏡観察

造は特にトリセルラーTJ（以下 tTJ）とよばれている。

と上皮透過性の評価を進めてきた。その結果，アンギ

これまでの研究から，tTJ に特異的に集積する分子としュリンが 3 細胞結合の閉鎖に中心的な役割を果たしていて膜タンパク質トリセルリンとアンギュリンファミリ

るこが明らかになったので報告する。

ー（アンギュリン 1/LSR, アンギュリン 2/ILDR1, アンギ（6）肺腺癌スフェロイド細胞のグルコース代謝と抗癌剤感受性に対するクローディン-2 発現の影響
伊藤綾夏 1，奈迫遥華 1，秋月梨佐 1，高階優衣 1，江口博晶 1，松永俊之 2，吉野雄太 1，
遠藤智史 1，五十里

彰 1（1 岐阜薬科大学 生化学研究室，2 岐阜薬科大学 EGPS）

これまでに我々は肺腺癌細胞に細胞間接着分子のク

トランスウェルアッセイにおいて，CLDN2 発現のノッ

ローディン-2（CLDN2）が高発現し，抗癌剤抵抗性のクダウンによりグルコース透過性が亢進したため，獲得に寄与することを報告したが，その機序は大部分

CLDN2 はグルコースに対するバリアを形成することがが不明である。ヒト肺腺がん由来 A549 細胞の三次元培示唆された。さらに，グルコース欠乏により活性酸素

養モデル（スフェロイド）において，CLDN2 は外層に種（ROS）の産生が亢進し，ミトコンドリア膜電位が低分布した。CLDN2 発現のノックダウンにより，酸化ス

下したため，ミトコンドリアの機能障害が関与するこトレス応答転写因子である Nrf2 およびグルコース輸送とが示唆された。スフェロイド細胞の抗癌剤感受性が体・代謝酵素の発現量が低下した。CLDN2 とグルコー

CLDN2 ノックダウンによって亢進し，この効果はファス輸送・代謝の関連が示唆されたため，二次元培養モ

センチンや Nrf2 活性化剤のスルフォラファンの共処理

デルにおいて，低グルコース培地またはグルコース輸によって阻害された。以上の結果から，CLDN2 はグル送体阻害剤であるファセンチンの効果を検討した。低コース輸送の低下，ミトコンドリア ROS 産生の亢進，グルコース培地への曝露またはファセンチン処理によNrf2 シグナルの活性化を介して，肺腺癌細胞の抗癌剤

り，グルコース輸送体・代謝酵素の発現量が増加した。

抵抗性の獲得に寄与することが示唆された。

（7）細胞内 Na+,K+-ATPase の動態変化が関与する剥離がん細胞の細胞死回避メカニズム藤井拓人 1，清水貴浩 1，加藤瑞希 1，永森收志 2，小泉桂一 3，奥村知之 4，藤井努 4，竹島浩 5，酒井秀紀 1（1 富山大･薬･薬物生理，2 慈恵医大･臨床検査医学，3 富山大･和漢･未病創薬，
4

富山大･医･消化器･腫瘍･総合外科，5 京都大･薬･生体分子認識学）

がん細胞は，基質から剥離しても細胞死（アノイキて高頻度で異常発現することを見出した。興味深いことス）が引き起こされず，原発巣から他組織に転移する。

に，原発がん組織では α3NaK は原形質膜ではなく細胞質

しかし，がん細胞の剥離により誘導される分子機構の内に局在していたが，がん患者より採取した腹水に存在

全容は明らかになっていない。我々は，通常，神経細する腹膜転移がん細胞では α3NaK が原形質膜にも存在し

Na+,K+-ATPase

α3-isoformていた。ヒトがん細胞株を用いた解析により，α3NaK は(α3NaK) が，胃がんや大腸がんなど様々ながん種においディッシュ接着時には，細胞内の Rab10 発現小胞に局在

胞の原形質膜に発現する272

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告するが，EDTA やトリプシンで剥離させることで原形質過剰発現させることで抑制した。α3NaK を過剰発現させNa+,K+-ATPase の酵素

たがん細胞を移植したマウスでは，がんの成長および肺活性が上昇することが明らかとなった。この α3NaK の原転移が有意に促進した。以上より，剥離刺激に伴う

FAK/NAADP/Ca2+シグナル経路の関与が

α3NaK の原形質膜移行は，アノイキスに対する耐性を引示唆された。また，がん細胞の剥離により誘導されるア

き起こし，がん細胞の転移促進に関与することが示唆さ

ポトーシスは，α3NaK をノックダウンすることで亢進し，れた。

膜へと移行し，原形質膜における形質膜移行には（8）正常上皮細胞と変異細胞間に生じる細胞競合
藤田恭之（京都大学 医学研究科 分子腫瘍学）
現在のがん治療研究の潮流は，がん細胞と正常細胞

細胞や Ras 変異細胞が正常細胞に囲まれると，変異細胞の細胞内シグナルの違いを明らかにし，その差異をタ内の様々なシグナル伝達が活性化され，正常上皮細胞

ーゲットにしてがん細胞を特異的に攻撃するというも層からはじき出されるように管腔側（体内への浸潤とのである。しかし，それらの研究で，がんは正常な細は逆方向）へと排出されることが明らかになった。こ胞から起こり，正常な細胞に囲まれながら増えていく

れらの現象は変異細胞のみが存在した時には見られなという「がんの社会性」についてはあまり顧みられるいことから，周囲の正常細胞の存在が，変異細胞のシことはなかった。がん細胞と周りの正常細胞はお互いグナル伝達や性状に大きな影響を与えうることを示しの存在を認識できるのだろうか？また，両者は何か作ている。このように正常細胞と変異細胞が互いに生存用を及ぼし合うのだろうか？私の研究室では，新たにを争う現象は細胞競合と呼ばれている。

確立した哺乳類培養細胞系やマウスモデルを用い，正本研究会では，哺乳類における細胞競合現象につい

常上皮細胞と様々なタイプの変異細胞との境界で起こて最新の知見を紹介し，細胞競合がどのように上皮組る現象を解析してきた。その結果，がん遺伝子 Src 変異

織の恒常性維持やがん化に関わっているかを論説する。

（9）気道線毛の形態形成および運動調節における Ezrin の役割の検討
川口高徳 1，齋藤大地 1，安岡加紗音 1，中張隆司 2，浅野真司 1（1 立命館大学 薬学部，2 立命館大学 総合科学技術研究機構）
気道上皮では，多線毛細胞において運動線毛の作りその結果，野生型マウスの肺多線毛細胞において，出す液層の流れが感染防御の維持に重要である。Ezrin

β2AR が Ezrin と subapical 領域で共発現していることがは apical 膜で局在する細胞骨格関連タンパク質であり，明らかとなった。また，野生型マウスと比べ Vil2kd/kd マ

気道上皮で，線毛形成で必須となる apical 領域でのアク

ウスの肺多線毛細胞では，プロカテロールによる線毛

チン細胞骨格の集積や，線毛運動活性化に関わる β2 ア

運動の CBF と CBA の増加率が低く，反応性の低下が見ドレナリン受容体（β2AR）の局在に重要な役割を担うられた。IBMX 処理時には，野生型・Vil2kd/kd マウス間可能性がある。本研究では，Ezrin の発現を 5%以下に抑に CBF，CBA の違いは見られなかった。以上から，制した Ezrin ノックダウンマウス（Vil2kd/kd マウス）を用

Ezrin は肺多線毛細胞において β2AR 刺激時の cAMP レベ

いて，気道線毛の形態や β2AR の局在の制御におけるルの上昇による線毛運動の活性化に重要な役割を担う

Ezrin の役割を検討した。

ことが示唆された。

273

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（10）抗がん剤 irinotecan 投与によって生じる嗜好性塩味応答の変化
大林奈美 1,2，酒寄信幸 1，内藤真理子 3，河口浩之 2，杉田誠1

（1 広島大学 大学院医系科学研究科 口腔生理学研究室，2 広島大学病院 口腔総合診療科
3

広島大学大学院 医系科学研究科 口腔保健疫学研究室）

がん化学療法によって生じる有害事象のうち味覚異組織化学的に解析すると，irinotecan 投与後 2 日目，24

常は発症頻度が高く，食欲不振，低栄養，創傷治癒遅日目では投与前と比較して，味蕾を構成する細胞数お

延や QOL 低下につながる深刻な症状である。しかしな

よび細胞増殖マーカーKi67 陽性細胞の割合に変化はな

がら，その味質特異性や発症機序には未解明な点も多かった。味蕾の味孔での α-ENaC 発現を調べると，二瓶

く，有効な治療・改善方法は確立されていない。本研

選択法の結果と時間的齟齬はみられるものの，究では，細胞傷害性抗がん剤である irinotecan に注目し，

irinotecan 投与後 24 日目では投与前と比較して α-ENaC

irinotecan が味覚システムに与える影響についてマウスの発現レベルが有意に低下した。一方，甘味溶液を用を用いた行動学的・組織学的実験により探求した。二いた二瓶選択法では irinotecan 投与群と対照群に有意な瓶選択法による味溶液飲水行動の調査において，差はなかった。Irinotecan は低濃度嗜好性塩味溶液の飲

irinotecan 投与群では PBS を投与した対照群よりも，薬水量を減少させ，この変化には α-ENaC の機能変化が関剤投与後の低濃度嗜好性塩味溶液の飲水量が有意に減与している可能性が示された。また，irinotecan に対す

少した。この差は amiloride による味細胞膜上での ENaC

る感受性には味質特異性があることが示唆された。

阻害により消失した。マウス舌上皮の茸状乳頭を免疫（11）塩味の細胞と分子のメカニズム
樽野陽幸（京都府立医科大学 大学院医学研究科 細胞生理学）
ナトリウムイオン（Na+）は代替できない必須のミネ

CALHM1/3 とよばれる分子を同時に発現するという特ラルの一つであり，舌ではおいしく感じられる。飽食

徴を持った細胞のグループが塩味の受容を担当する細の現代，塩のおいしさに起因する過剰摂取が多くの高胞，すなわち塩味細胞であることを突き止めた。さら血圧患者を生み出している。そのため，減塩によってに，塩味細胞が塩に応答して活性化する仕組みを以下

国民の健康を守ることが公衆衛生上の喫緊の課題となのように解明した。まず ENaC を介して細胞内に Na+がっている。しかし，塩味の受容機構が充分に理解され流入して細胞膜が脱分極すると，活動電位が発生する。

ていないため，既存の経験的な減塩戦略では充分な効

この活動電位に応答して活性化した CALHM1/3 チャネ果が得られていない。このように，塩味を感じるメカ

ルが神経伝達物質 ATP を放出し，求心性味神経を活性

ニズムを解明することが社会的に求められてきた。本化させることで塩味が生じる。実際に，塩味細胞の微研究では，舌で塩味を感じる細胞の同定に成功し，さ細構造を観察すると，塩味細胞の味神経と接している

らにこれらの細胞が塩味の情報を変換して脳へと伝え部分に CALHM チャネルが集積していることも明らかにるしくみを分子レベルで解明した。今回，マウスを用した。

い た 実 験 で ， 数 あ る 味 蕾 細 胞 の う ち ， ENaC と274

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（12）ラットにおける侵害刺激による大腸運動調節機構の雌雄差
堀井和広 1,2，椎名貴彦 1，志水泰武 1（1 岐阜大学大学院 連合獣医学研究科 獣医生理学研究室，2 岐阜大学大学院 医学系研究科 生理学分野）
私たちはこれまで，大腸内の侵害刺激によって下行はみられなかった。下行性疼痛抑制経路の伝達物質と性疼痛抑制経路が活性化され大腸運動を促進することしてモノアミンだけでなく GABA が知られている。そを明らかにしてきた。下行性疼痛抑制経路は脳から脊

こで GABA の関与を検討した結果，GABA 受容体阻害

髄へ投射しモノアミンなどを放出して末梢からの侵害薬を脊髄に投与しておくと雌でも侵害刺激により応答

情報の過剰な伝達を防ぐ経路である。興味深いことにがみられた。一方，雄では GABA 受容体阻害薬を前投

この経路には様々な雌雄差が報告されている。本研究

与しても応答に変化はみられなかった。よって雌特異ではこの経路を介した大腸運動の調節機構における雌的な GABA 神経の活性化が雌雄差の原因であると考え雄差を検討した。

られる。モノアミンも GABA も疼痛調節においては抑侵害刺激としてカプサイシンを大腸内腔に投与する制性に働くのに対し，大腸運動の調節に関してはモノと，雄ラットでは大腸運動が促進されるのに対し，雌アミンが促進性，GABA は抑制性に作用すると考えられラットでは応答が全くみられなかった。カプサイシンる。雌特異的な GABA 経路の活性化が，女性は便秘にを受容する TRPV1 チャネルの発現について雌雄差を検なりやすいといった排便異常の性差に関与する可能性

討したものの，大腸や背根神経節での発現量に雌雄差がある。

（13）Bicarbonate transport by airway surface epithelia in luminally-perfused mice bronchioles
Libin Liu1, Akiko Yamamoto1, Makoto Yamaguchi1, Itsuka Taniguchi1, Nao Nomura1, Miyuki Nakakuki1
Yuka Kozawa1, Mayuko Higuchi1, Erina Niwa1, Tsutomu Tamada2, Hiroshi Ishiguro1（1Department of Human Nutrition, Nagoya University Graduate School of Medicine, Nagoya
2 Department of Respiratory Medicine, Tohoku University Graduate School of

Medicine, Sendai）

HCO3- concentration of airway surface liquid is importantμM), and amiloride (1 μM) in the lumen significantly inhibited

for antimicrobial activity and mucociliary clearance in airway.

forskolin-accelerated pHi decline, respectively. When both the

In the present study, bronchioles (150-180 μm diameter) werebath and lumen were perfused with the HCO3--free solution,dissected from the lungs of C57BL/6J mice and the lumen wasremoval of luminal Cl- caused a small intracellular

microperfused using concentric holding and perfusion pipettes.

acidification. In contrast, when perfused with the HCO3--

Epithelial cells were loaded with BCECF-AM from the lumen

buffered solution, removal of luminal Cl- caused reversible

and changes in intracellular pH (pHi) were measured byelevation of pHi, which was largely inhibited by luminal

microfluorometry at 37 °C.

application of H2DIDS (200 μM). Luminal application of 1 μM-

When the bath and lumen were first perfused with HCO3 -amiloride to inhibit ENaC caused elevation of pHi, which was-dependent on the presence of HCO3-.

buffered solution (25 mM HCO3 /5% CO2) and the luminal
perfusate was switched to HCO3--CO2 free Hepes-buffered

In contrast, luminal application of 100 μM amiloride tosolution, pHi transiently increased due to CO2 diffusion out ofinhibit Na+-H+ exchange caused intracellular acidification boththe cell and then gradually decreased due to HCO3- secretion.

in the presence and absence of HCO3-.

Stimulation with forskolin (5 μM) accelerated the rate of pHi

In summary, CFTR, Cl-/HCO3- exchanger, Na+/H+

decline. The presence of CFTRinh-172 (5 μM), H2DIDS (200exchanger, and ENaC are involved in H+/HCO3- transport275生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

across the apical membrane of airway surface epithelia in mice

distal airway.

（14）日本人型嚢胞線維症 H1085R-および L441P-CFTR 変異体に対する白人型病因性 CFTR 変異体発現促進薬の効果
清水正浩，大川詩織，松澤由佳，金子すずな，深田侑希，直井佑太，成田和希，石塚柊太，
小川亜美，小川未裕，大塚悠花，黒澤歩実，君島莉央，相馬光流，中尾香菜子，相馬義郎（国際医療福祉大学 薬学部 分子病態治療学分野/基礎医学研究センター）
嚢胞線維症 Cystic Fibrosis (CF)は，白人種における代最近，欧米で最も多くみられる ΔF508 変異(classⅡ)の表的な遺伝性疾患のひとつである。日本人を含む他人

細胞膜上での発現を促進する治療薬 corrector として，

種においては，CF 患者の数は少ないが，白人種とは異lumacaftor，tezacaftor および elexacaftor の３種類の薬がなるタイプの CFTR 変異がみられる。

開発された。これらの corrector は，欧米の CF 患者に，開口促進薬 potentiator である ivacaftor も含めて組み合わ

日本で同定された 21 種類の病因性 CFTR 変異のうち，最も高頻度に見られる Δ(G970-T1122)変異 (Wakabayashi-

せ投与され，治療効果が確認されてきている。

Nakao et al. JPS 2018) に加え，2 番および 3 番目に多い

今回，我々はこれらの白人型 corrector の日本人型

L441P 変異と H1085R 変異は，蛋白は合成されるが，ゴL441P-CFTR 変異体および H1085R-CFTR 変異体への効

ルジ体での糖鎖修飾等の成熟過程が正常に行われず，果について調べ，ある程度の発現促進効果があること

細胞膜上での発現が阻害されている classⅡ変異であるを確認した。

ことが明らかになった。

（15）CFTR 形質膜品質管理における RING 型 E3 Ligase CARP1 の機能解析
谷口正伍，酒井了平，丸尾明日香，桐谷響暉，福田亮介，沖米田司（関西学院大学 生命環境学部 生命医科学科）
嚢胞性線維症（Cystic Fibrosis, CF）は慢性閉塞性肺疾

Cell 2018）。RFFL には相同性が高いホモログとして患を主徴とする致死性の劣性遺伝子性疾患で，形質膜

CAPR1 (RNF34) が存在する．RFFL と CARP1 はがん細で塩素イオンチャネルとして機能する膜タンパク質

胞に高発現し p53 の Ub 化と分解に関与するが，両者がCFTR の遺伝子変異により発症する。CF 患者で最も頻度異なる機能を持つことも示唆されている。そこで本研の高い CFTR 変異体 ΔF508-CFTR は構造異常タンパク質

究では，CFTR 形質膜品質管理における CARP1 の機構としてユビキチン（Ub）化され，小胞体および形質膜を明らかにすることを目的とした。本発表では，精製から分解される。ΔF508-CFTR はチャネル機能を有する

タンパク質を用いた in vitro 評価，およびノックダウン

ため，その形質膜発現の改善が CF 治療戦略に有効であ

実験やノックアウト細胞における解析など，我々の最る と 考 え ら れ て い る 。 我 々 は Ub E3 Ligase RFFL

近の結果について発表し，CARP1 の機能について議論(CARP2) が形質膜に発現した ΔF508-CFTR を選択的に認したい。

識し，Ub 化により分解することを明らかにした（Dev276

第 43 巻（Dec,2022）

生理学研究所年報

研究会報告（16）新規尿酸トランスポーターGLUT12/SLC2A12 の生理機能解析
高田龍平，宮田大資，豊田優，鈴木洋史（東京大学 医学部附属病院 薬剤部）

【目的】血清尿酸値の異常は様々な疾患と関連する

GLUT12 は尿酸輸送活性を有し，その輸送活性は pH 依

ことが知られるが，その制御機構については不明の点存的に変動することが明らかとなった。また，Glut12-が多い。本研究では，尿酸の体内動態制御機構の理解

Uox DKO マウスの血中尿酸濃度は対照群である Uox KOを深めることを目指し，生理的に重要な新規尿酸輸送

マウスと比較して有意に高値を示した。
【考察】本研究により，Glut12 は血中尿酸濃度を制御

体の同定を進めた。
【方法】ゲノムワイド関連解析（GWAS）により血清する生理的に重要な尿酸輸送体であることが明らかと尿酸値との関連が報告されている GLUT12/SLC2A12 になった。GWAS により SLC2A12 遺伝子近傍の遺伝子多着目し，in vitro 実験により尿酸輸送活性を，Glut12 欠損型と血清尿酸値の関連が報告されていることを踏まえ（KO）マウスの解析により生理機能を評価した。マウ

ると，GLUT12 はヒトの体内においても重要な役割を果

スはヒトと異なり尿酸代謝酵素（Uox）を有することをたしている可能性が考えられた。

考慮し，Glut12 KO マウスは Uox との両欠損（DKO）マ【参考文献】

ウスとして 2 系統（#1，#2）を作出した。

Toyoda Y*, Takada T*, Miyata H*, et al.,Proc Natl Acad Sci USA, 117(31):18715-18177, 2020.

【結果】HEK293 細胞を用いた in vitro 実験の結果，（17）A novel role of PRL in regulating epithelial cell density by inducing apoptosis at confluence
Sweksha Lohani1, Yosuke Funato1, Yuki Akieda2, Tohru Ishitani2, and Hiroaki Miki1（1Department of Cellular Regulation, Research Institute for Microbial Diseases, Osaka University,2

Department of Homeostatic Regulation, Research Institute for Microbial Diseases, Osaka University）

Maintaining proper epithelial cell density is essential for the

Moreover, siRNA-mediated knockdown of endogenous PRL

survival of multicellular organisms. While regulation of cell

blockeddensity through apoptosis is well known, its mechanistic

Mechanistically, PRL promoted apoptosis by upregulating thedetails remain elusive. Here, we report the involvement oftranslation of E-cadherin and activating TGF-β pathway.

membrane-anchored phosphatase of regenerating liver (PRL),

Morpholino-mediated inhibition of PRL expression inoriginally known for its role in cancer malignancy andzebrafish embryos caused developmental defect with reduced

regulation of epithelial

Mg2+

apoptosis,

leadingtogreatercelldensity.

transport, in this process. In

apoptosis and increased epithelial cell density during

epithelial MDCK cells, upon confluence, doxycycline-induced

convergent extension. This study revealed a novel role of PRL

expression of PRL upregulated apoptosis, reducing the cellin regulating density-dependent apoptosis in vertebrate

density. This could be circumvented by artificially reducing theepithelium.

cell density via stretching the cell-seeded silicon chamber.

277

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（18）マンガンに依存した ZIP8 の細胞表面発現増加は多面発現 SNP （rs13107325）により阻害される
長松詩野 1，西藤有希奈 1, 2，神戸大朋 1（1 京都大学大学院 生命科学研究科，2 京都薬科大学･薬学部）
亜鉛インポーターである ZIP8 は，生理的な基質として減少する）を指標に解析した。

て亜鉛の他に，マンガンを輸送できることが明らかに

ZIP8，ZIP8 A391T 変異体を誘導発現し金属輸送を解なってきている。ZIP8 の SNP（rs13107325 : A391T）は析した結果，両者は共に，亜鉛存在時には ZNT1，MT“多様な疾患に関わる SNPs”のトップ 9 と報告されての発現が増加し，マンガン存在時には減少するというおり，近年 ZIP8 には大きな注目が集まっている。疾患

同じ挙動を示した。同様の実験を E343A 変異体で行っの原因としては，マンガン代謝異常の関与が示唆されたところ，ZNT1，MT の変化は認められなかった。こているが，詳細は明らかにされていない。本研究では，の結果は，A391T 変異によりマンガン輸送活性が低下す

この SNP について新たな知見を集めることを目的に，るという予想に反するものであった。一方，局在解析

A391T の変異が ZIP8 の金属輸送，及び細胞内発現に与を行ったところ，ZIP8 ではマンガン添加により細胞表える影響について解析した。

面の ZIP8 の発現が増加したことに対し，ZIP8 A391T でZIP8 A391T の比較対象として，ZIP8 野生株と，金属は細胞表面の発現に増加は認められなかった。以上の結合部位の変異体である ZIP8 E343A を解析した。各 ZIP

結果から，A391T の変異が ZIP8 の輸送活性には大きなの金属輸送については，ZNT1 と MT の金属応答性発現

影響を与えず，マンガン依存的な細胞表面への蓄積を変化（亜鉛増加に応じて増加し，マンガン増加に応じ低下させることが明らかになった。

（19）膜タンパク質の立体構造を基盤とする腸管モデル細胞を用いた鉄イオン吸収メカニズムの解析
澤井仁美（兵庫県立大学 大学院理学研究科）
鉄は，すべての生物の生命維持に必須の微量金属でと「二価金属トランスポーターDMT1」の働きにより細あり，酸素の運搬貯蔵やエネルギー生産などの重要な胞内に取り込まれる。これらの膜タンパク質の機能が生理機能に用いられている。一方で，鉄が過剰になる

破綻すると，体内の鉄イオン濃度のバランスが崩れ，と活性酸素種発生の元凶となるため，鉄の恒常性維持

鉄代謝異常に陥る。演者らはヒト由来 Dcytb のＸ線結晶のための特異的で緻密な制御系が存在する。体内の鉄構造解析に成功し，鉄イオンの結合やその反応機構を

イオンは，発汗や皮膚の剥離などで排出され，失われ解明した[Commun. Biol. (2018) 1, 120]。さらに，Dcytb のた分は食餌により補充される。ヒトには，制御可能な立体構造から見出された知見を生細胞で検証するため

鉄イオンの排出経路がないため「吸収」が鉄の恒常性に，腸管における鉄イオンの吸収を再現する機能評価

維持において重要なステップとなるが，大変効率が悪系を構築した。その系を用いて，鉄イオンの吸収に影い。そのため，安全で効率のよい鉄剤や鉄栄養強化食

響を与える化合物の探索を行った。本講演では，鉄イ品の開発が期待されている。

オンの吸収に関わる膜タンパク質の構造機能相関やその機能評価系を用いた鉄イオンの吸収を向上させる化

食物由来の鉄イオンは，主に十二指腸の粘膜上皮細胞に局在する 2 種類の膜タンパク質「鉄還元酵素 Dcytb」

278

合物の探索について紹介する。

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

5．TRP チャネル研究会― 相互作用分子との協働が織りなす生理機能とその破綻による病態発現 ―2021 年 5 月 28 日
代表世話人：内田邦敏（静岡県立大学）
所内対応者：富永真琴（生命創成探究センター/生理学研究所）（１）【特別講演１】受容体作動性 Ca チャネルから始まった TRP チャネル研究井上隆司 1,2（1 福岡大学研究推進部，2 福岡大学医学部生理学）（２）【特別講演２】膜脂質のダイナミズムから生命現象を探る
梅田眞郷（同志社大学研究開発推進機構 メカノバイオロジー研究センター）（３）【特別講演３】クライオ電子顕微鏡解析で見えてきた膜タンパク質の分子機構
濡木理（東京大学大学院理学系研究科）（４）ミクログリアの温度依存的運動と TRPV4 の関与
西本れい 1,2,4，Sandra Derouiche1,2,3，江藤 圭 2,5，Aykut Deveci1,2,3
加塩麻紀子 1,2,3，鍋倉淳一 2,5，富永真琴 1,2,3,6）（1 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，3 生命創成探究センター4

岡山大学 医学部，5 生理学研究所 生体恒常機能発達機構研究部門，6 順天堂大学 医学部）

（５）アセトアミノフェンによる線条体 TRPV1 の活性化はドパミン D2 受容体遮断薬が誘発する口唇ジスキネジアを軽減する
長岡巧樹 1，長島卓也 1，浅岡希美 2，山本浩貴 1，戸田千尋 1，栢沼

玄1

Siswanto Soni1，永安一樹 1，白川久志 1，金子周司 1（１京都大学大学院 薬学研究科 生体機能解析学，2 京都大学大学院 医学研究科 システム神経薬理学）（６）MrgprB4 陽性三叉神経に発現する TRPA1 は不快感の緩和を媒介する
戸堀翔太 1，緋山

遥 1，三宅崇仁 1, 矢野佑一 1, 永安一樹 1,

白川久志 1, 中川貴之 2,森泰生 3, 金子周司 1（１京都大学 薬学研究科 生体機能解析, 2 京都大学 医学部附属病院 薬剤部,
3

京都大学 工学研究科 合成･生物化学）（７）X 線 1 分子追跡法による TRPV1 チャネルの 3 次元運動
藤村章子 1，三尾和弘 1，倉持昌弘 2，関口博史 3，佐々木裕次 2（１産総研 先端オペランド計測 OIL
2

東京大学大学院 新領域創成科学研究科
3

高輝度光科学研究センター SPring-8）（８）Structural basis for promiscuous action of monoterpenes on TRP channels
Thi Hong Dung NGUYEN1,2,3, Satoru G. ITOH4,5,6, Hisashi OKUMURA4,5,6, Makoto TOMINAGA1,2,3（1Department of Physiological Sciences, SOKENDAI.
2

Division of Cell Signaling, NIPS.

3

Thermal Biology Group, Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS).
4

Biomolecular Dynamics Simulation Group, ExCELLS.
5

Research Center for Computational Science, IMS.

6

Department of Structural Molecular Science, SOKENDAI）

279

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（９）TRPC6 変異体の機能解析による腎疾患 FSGS 発症時期の推定
岡田亮 1,2，小牧竜也 1,3，Onur K. Polat4,5, 森

誠之 1（１産業医科大学 医学部 医学科生命科学分野 生体物質化学,234

産業医科大学 産業保健学部 人間情報科学,

北九州市立大学大学院 国際環境工学研究科 環境システム専攻,

京都大学 工学研究科 合成･生物化学専攻, 5Rush University, Chicago, USA）

（10）皮膚表皮顆粒層細胞が起こす細胞死における，細胞内酸性化と TRPV3 による制御
松井
石田

毅 1,2,3，葛野菜々子 2，鈴木喜郎 4，古市祐樹 2,3，白神慧一郎 2，佐々木博之 2

梓 5,6，高橋苑子 5,6，岡田峰陽 5,6，豊岡公徳 7，ジャファル・シャリフ 8，阿部高也 9
清成

寛 9，富永真琴 4，宮脇敦史 10，天谷雅行 2,3（1 東京工科大 応用生物，2 理研 IMS 皮膚恒常性，3 慶應医皮膚科，4 生理研/生命創成探究センター，
5

理研 IMS 組織動態，6 横浜市大，7 理研 CSRS 理研 BRC 細胞機能探索技術，
8

理研 IMS 免疫器官形成，9 理研 生命機能 生体モデル開発，10 理研 CSRS）（11）マウス味覚感受性における TRP チャネルの関与
松本健次郎 1，富永真琴 2，城戸瑞穂 3, 加藤伸一 1（１京都薬科大学 薬物治療学分野，2 生理学研究所 細胞生理3

佐賀大学 医学部 生体構造機能学講座）【参加者名】
淳･渥美友紀子･木原圭梧（大阪大学），西本れい（岡山口陽平（旭川医科大学），鈴木喜郎（岩手医科大学），三尾和弘･藤村章子（産業技術総合研究所），福山大学），太田利男･増満えみ（鳥取大学），倉原士勇人（植草学園大学），濡木理･細木星花･萩野達（香川大学），森也･島田寛人（東京大学），松井毅（東京工科大学），

井上隆司･胡耀鵬･佐藤（沼田）かお理（福岡大学），

誠之･岡田

琳

亮（産業医科大学），

岡田泰昌（国立病院機構村山医療センター），大久保

岡部幸司（福岡歯科大学），西田基宏･西山和宏･加藤

達成（横浜市立大学），三原

百合･小谷さゆみ（九州大学），城戸瑞穂･吉本怜子･内弘（富山大学），原雄二･内田邦敏･黒羽子孝太･鈴木美希･寺田祐子･剣持麻

野加穂･澤田孟志（佐賀大学），勝田雄治（㈱資生堂），

奈斗･楊渚･石川翔理･鈴木知依（静岡県岡本浩明（小林製薬㈱），甲田哲之･上野翔太･清水翔

立大学），梅田眞郷（同志社大学），松本健次郎･中本太（大塚製薬㈱），宍戸祐二（ラクオリア創薬），山智大（京都薬科大学），金子周司･白川久志･抱将史･長野井遊（㈱池田模範堂），富永真琴･曽我部隆彰･西村

岡巧樹･戸堀翔太･中島弘貴･山下志織･谷山一修（京都明幸･加塩麻紀子･齋藤

大学），岩田裕子（国立循環器病研究センター研究

Thi Hong Dung･丸山健太･下田所），永田（生命創成探究センター／生理学研究所）

継斌･吉越

龍･木下

允･田辺勇輝･高石雅之･臼倉茂･水藤拓人･佐藤翔馬･Nguyen
翔･Lei Jing･鄧

香梅

【概要】
2021 年度の TRP チャネル研究会（代表 静岡県立大

演 3 つのセッション１）末梢，中枢神経系における TRP

学・内田邦敏）は，5 月 28 日（金曜日）に遠隔会議シス

チャネルの生理・病態，２）TRP チャネル活性化機構，

テム（Zoom）を活用したオンラインにて実施した。事３）皮膚，口腔における TRP チャネルの役割，の 3 つの務局の周到な準備と運営により，オンサイトとほとんセッションに分けて実施した。研究会後には質疑応答

ど変わらぬ活発な議論がなされた。演題数は特別講演 3

時間以外にも自由な議論の時間の場として，Zoom のブ

題，一般講演 8 題の合計 11 題であった。参加者はオン

レイクアウトルーム機能用いて各セッションに分かれ

ラインにて実施した昨年度の研究会とほぼ同じ 79 人でての自由討論の時間を設けた。
特別講演では，井上隆司先生には TRP チャネルがクあった。

ローニングされる以前からのリガンド作動性チャネル

特別講演として，3 人の先生にご講演頂いた。一般講

280

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

研究の歴史と将来についてご講演頂いた。梅田眞郷先を示した。Nguyen は植物に多く含まれるモノテルペン

生には TRP チャネルなどの膜タンパク質の機能する場

が い く つ か の TRP チ ャ ネ ル に 作 用 す る こ と ， 及 びとしての細胞膜脂質の重要性について脂質と機械刺激

TRPV3 と TRPV1 における活性化メカニズムについてア受容チャネル Piezo の機能連関を中心にご講演頂いた。

ミノ酸レベルで報告した。岡田は TRPC6 の変異体間の濡木理先生にはクライオ電子顕微鏡を用いたナノディ

不活性化の違いと腎疾患 FSGS 発症時期との間に相関がスクに再構成した TRP チャネルの構造解析から膜脂質あることを報告した。
第 3 セッションは城戸が座長を担当した。松井は皮膚を介した TRP チャネル活性化機構についてご講演頂い

表皮顆粒層細胞が角化の過程で起こす細胞死にコルネた。
一般講演の第 1 セッションは原が座長を担当した。西オトーシスという pH とカルシウムに依存する新たな細本はミクログリアの運動は温度依存的に亢進し，ミク

胞死概念を提唱し，その細胞死に TRPV3 が関与する可ログリアの TRPV4 が温度感知に関わる作用することを報能性を示した。松本は味細胞のⅣ型細胞に発現する告した。長岡はアセトアミノフェンが線条体 TRPV1 のTRPV4 が味細胞の分化に関与すること，並びにに細胞活性化を介してジスキネジアを軽減することを報告しに投射する感覚神経の TRPA1 が甘み及び旨味情報伝達

た。戸堀は MrgprB4 陽性の三叉神経が疼痛や掻痒関連行に関わる可能性を報告した。

動には関与せず，頬へのアセトン塗布などで誘発され質疑の時間を十分に確保したこともあり，いずれのる不快感を軽減する作用をもっている可能性を示した。

発表においても有意義な議論がなされた。特に特別講

第 2 セッションは曽我部が座長を担当した。藤村は X

演では若手からの活発に質問があり，時間を超過する

線１分子追跡法を用いて TRPV1 チャネルが活性化刺激ほどの議論がなされ，充実した研究会となった。

に伴って回転運動によってチャネルが開口する可能性（1）受容体作動性 Ca チャネルから始まった TRP チャネル研究井上隆司 1,2（1 福岡大学研究推進部，2 福岡大学医学部生理学）
血管平滑筋等の興奮性の低い組織では，種々の神経番目の機序を定式化して「受容体作動性 Ca チャネル」

伝達物質やオータコイド，血管作動性ペプチドホルモ（receptor-operated Ca2+ channel；ROCC）と名付け，電位ンの刺激に応答して，細胞膜の電気現象とは殆ど無関

依存性 Ca2+ チャネルとは生物物理学的にも薬理学的にも係に収縮を発生することが知られていた。Somlyo &全く異なる Ca2+ チャネル分子であると提唱した 2)。

Somlyo1) は こ の 現 象 を 薬 物 収 縮 連 関 （ pharmaco-

私が ROCC の研究を始めたのは正にこのようなタイミ

mechanical coupling）と呼び，活動電位を介した Ca 動員

ングであった。そこで，その当時全く新しい実験方法

機構（electro-mechanical coupling）とは全く異なる機序として注目されつつあったパッチクランプ法を平滑筋を介して生じていることを示唆したが，当時はその分の ROCC 研究に適用し，そのチャネル分子としての特徴

子実体は全く不明であった。

や制御機構を解明することに専心した。その後研究がその後，イノシトール脂質代謝の研究が進み，スキン

進むにつれ，ROCC と呼んでいた現象は，平滑筋に特有

ドファイバーによる収縮蛋白質応答の解析法や細胞内遊な単一の分子機序の反映ではなく，TRP チャネルスーパ

離カルシウム濃度測定法が開発されるに至って，薬物収ーファミリーを含む幾つかの異なるクラスの分子群が縮連関には少なくとも，（１）イノシトールリン脂質代関与する現象の総体であること，そしてその生物学的謝亢進によって引き起こされる細胞内貯蔵 Ca の放出，意義は，平滑筋の収縮に限らず，多様な生体機能の発（２）収縮蛋白系の Ca 感受性増大，（３）細胞外から現・調節や病態の形成過程にあることが次第に明らかの Ca の動員（流入），の 3 つの機序が関与していると考となっていった。

えられるようになった。Bolton や van Breemen らは第三

本講演では，これらの歴史的経緯について概説し，

281

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

1) Somlyo AV and Somlyo AP. J Pharmacol Exp Ther 159(1),

更に現在，私自身がこの研究分野に蓄積された膨大な1968.

知見をどのように統合しようとチャレンジしているの

2) Bolton TB. Physiol Rev. 59(3), 1979

かについて触れてみたい。

（2）膜脂質のダイナミズムから生命現象を探る
梅田眞郷（同志社大学研究開発推進機構 メカノバイオロジー研究センター）制御されることから，膜リン脂質による“フリップ・

私の研究対象である生体膜は，極めて多様な脂質分フロップ スイッチ”の概念を提唱している。

子により構築されるソフトな分子集合体であり，膜中では個々の脂質分子が活発な熱運動を繰り返している。

従来，休止期に消費される ATP の多くはタンパク質

一方，最近の結晶構造解析や分子シミュレーション技

代謝に費やされ，膜へのエネルギー投資は僅かと考え術により，生体膜中での脂質分子の動きは決してランられていた。しかし，最近の研究では，タンパク質のダムなものではなく，特定の膜タンパク質の周囲に集生合成に約 1.5 %の ATP が消費されるのに対し，膜脂質積し，特異的な分子間相互作用を介して膜タンパク質の代謝と輸送に約 18~25 %の ATP が消費され，さらに脂の活性制御に関わることも明らかにされつつある。

質分子のフリップ・フロップに約 8 %の ATP が消費され私たちは，特定の脂質分子を特異的に認識する一連ると試算されている。この試算の正否については更なのプローブ群を開発し，生体膜中でのリン脂質の分子る検証が必要であるが，細胞が膜中での脂質分子の運運動とその生物機能について研究を進めてきている。

動とその制御に多くのエネルギーを費やす意味は，未これまでに，細胞膜中での脂質分子の局所的な集積やだ十分には理解されていない。

脂質二重層内外でのとんぼ返り運動（フリップ・フロ

今回の講演では，特有の構造を有する機能性脂質にップ）の活性化が，細胞の分裂や融合，形態形成や変よる生物機能の調節と共に，脂質分子の運動と位置の形能の制御に深く関わることを明らかにしている。ま変化によるタンパク質・細胞・個体の機能制御の可能た，最近になり，局所的なリン脂質フリップ・フロッ

性について議論したい。

プの活性化によりイオンチャネル開閉のオン・オフが（3）クライオ電子顕微鏡解析で見えてきた膜タンパク質の分子機構
濡木理（東京大学大学院 理学系研究科）

2018 年 7 月に BINDS 東京大学拠点のクライオ電子顕損させると温度応答性を失う表現型をもつことが知られ

微鏡（Titan Krios，Talos Arctica）が稼働を開始した。こている（Science 288, 306–313, 2000）。TRPV3 は 33 °C -の 1 年で，我々の研究室だけで 20 種以上の新規膜タンパ

39 °C で活性化することが知られており，コレステロー

ク質の立体構造を単粒子解析で決定している。生体内のルや PIP2 といった物質がモデレーターとして働くことが化学反応の反応速度は温度に依存して大きく変化する。

電気生理学的に示されていた。しかし，脂質分子とそのため生物は外界の温度変化を受容し，応答すること

TRPV3 の活性化機構の関連は不明であった．2018 年にで恒常性を保っている。温度刺激を受容するチャネルのTRPV3 の構造解析が報告されたが（Nat. Struct Mol. Biol.

代表的なものが TRP チャネルである。我々は，TRP チャ

25, 805–813, 2018; Nat. Commun. 9, 4773, 2018），これらはネルのうち TRPV ファミリー・TRPM ファミリーに着目

脂質環境中の構造ではなく，活性化機構に関する構造的して研究を進めている。 TRPV ファミリーは TRPV1-

知見は不足していた。我々は，マウス由来 TRPV3 を人

TRPV4 が平温-高温を受容する受容体であり，これを欠工脂質二重層 Nanodisc に再構成し，クライオ電子顕微鏡

282

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

単粒子解析により，分解能 3.4 Å で構造決定に成功した。

が脂質との相互作用により閉状態を取っていた。このこ決定した構造において TRPV3 は Gly638 から成る上部ゲとから脂質により開閉が制御されており，熱で脂質が解ートと Ile674 からなる下部ゲートの 2 つのゲートを持っ離することでチャネルが開く機構が示唆された。

ており，先行研究ではすべて開状態であった上部ゲート（4）ミクログリアの温度依存的運動と TRPV4 の関与
西本れい 1,2,4，Sandra Derouiche1,2,3，江藤

圭 2,5，Aykut Deveci1,2,3，加塩麻紀子 1,2,3，鍋倉淳一 2,5，富永真琴
1,2,3,6（1 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，3 生命創成探究センター
4 岡山大学

医学部，5 生理学研究所 生体恒常機能発達機構研究部門，6 順天堂大学 医学部）

中枢神経系のグリア細胞であるミクログリアは，中枢はあったが，その関連分子については分かっていなかっ

神経系の免疫応答を担い，中枢神経系の恒常性を保ってた。私たちは，温度制御可能な in vitro および in vivo イメいる。研究分野での技術革新によってもたらされた中枢

ージングシステムを構築し，単一細胞レベルでミクログ

神経系の細胞のライブセルイメージングにより，ミクロ

リアの動きを観察した結果，ミクログリアの動きには温

グリアはダイナミックに動き，周囲の神経細胞やアスト

度依存性があること，そしてその分子基盤に Transient

ロサイトなどのグリア細胞と常時コンタクトしているこ

Receptor Potential vanilloid 4 (TRPV4) が関与することを発とがわかってきた（Nimmerjahn et al, 2005）。これまで，

見し報告した。 (Nishimoto and Derouiche et al, 2021)

低温環境ではミクログリアの動きが遅くなるという報告（5）アセトアミノフェンによる線条体 TRPV1 の活性化はドパミン D2 受容体遮断薬が誘発する口唇ジスキネジアを軽減する
長岡巧樹 1，長島卓也 1，浅岡希美 2，山本浩貴 1，戸田千尋 1，栢沼

玄 1，

Siswanto Soni1，永安一樹 1，白川久志 1，金子周司 1（１京都大学大学院 薬学研究科 生体機能解析学，2 京都大学大学院 医学研究科 システム神経薬理学）
遅発性ジスキネジアはドパミン D2 受容体遮断薬の長加が認められた。また VCM 数の増加はアセトアミノフ

期使用により生じる不随意運動である。患者の QOL 低ェンの経口投与およびアセトアミノフェン代謝物 AM404

下が問題視されているが，十分な薬効と高い安全性をの背側線条体内投与により抑制された。一方，TRPV1 遺持つ治療薬は存在しない。本研究では，臨床ビッグデ

伝子欠損マウスではその作用は消失した。神経活性化マータ解析と薬理学的検討を用いてジスキネジアの治療

ーカーc-Fos と間接路中型有棘神経細胞（iMSNs）マーカ

標的同定を行った。

ーppENK を用いた免疫組織化学的検討を行ったところ，

2 種類の臨床ビッグデータ解析により，ドパミン D2 受

ジスキネジアモデルにおける c-Fos+/ppENK+数減少はア

容体遮断薬によるジスキネジアの発生率がアセトアミノ

セトアミノフェンの投与で改善した。一方 TRPV1 遺伝

フェン併用により低下していることを見出した。次にジ子欠損マウスではその作用は認められなかった。以上よスキネジアモデルマウスを用いた検討で，野生型（WT）

り，アセトアミノフェンは代謝物 AM404 が TRPV1 活性マウスにハロペリドールを 21 日間投与すると，ジスキネ

化を介して背側線条体 iMSNs の活動低下を改善させ，ジジアの実験的指標である空の咀嚼運動（VCM）数の増

スキネジアを抑制する可能性が示された。

283

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（6）MrgprB4 陽性三叉神経に発現する TRPA1 は不快感の緩和を媒介する
戸堀翔太 1，緋山

遥 1，三宅崇仁 1, 矢野佑一 1, 永安一樹 1,

白川久志 1, 中川貴之 2,森泰生 3, 金子周司 1（１京都大学 薬学研究科 生体機能解析, 2 京都大学医学部附属病院 薬剤部,
3

京都大学 工学研究科 合成･生物化学）

げっ歯類に存在する MrgprB4 陽性感覚神経は皮膚をな

TRPM8, TRPV4 の機能的発現は認められなかった。続いでるなどの触刺激を受容し，心地よい感覚を伝達する。

て，MrgprB4 欠損マウスを用いて疼痛様行動，掻痒様行

しかしながら，MrgprB4 陽性感覚神経がどのようなメカ

動，足底アセトン塗布による冷刺激への反応性を評価

ニズムで触刺激を受容するか，また MrgprB4 陽性感覚神

したところ野生型と比較して差は認められなかった。

経の活性化が痛みなど他の感覚にどのような影響を及

しかし，MrgprB4 欠損マウスでは不快感を惹起する頬ア

ぼすかはほとんど明らかになってない。本研究では，セトン塗布および頬へのスクロース溶液噴霧に対するMrgprB4 陽性感覚神経における TRP チャネルの機能的発応答が増加した。さらに TRPA1 欠損マウスを用いて同現および MrgprB4 欠損が感覚機能に与える影響を検討し様の検討を行ったところ，TRPA1 欠損マウスにおいてた。

も MrgprB4 欠損マウスと同様に応答が増加した。以上のMrgprB4 陽性感覚神経は三叉神経節および後根神経節

結果から，三叉神経において TRPA1 と MrgprB4 が協調で認められた。また，MrgprB4 陽性感覚神経のうち約して快刺激を伝達し，不快感の緩和に寄与する可能性

80 % が TRPA1 を機能的に発現していた一方で，TRPV1,が示された。

（7）X 線 1 分子追跡法による TRPV1 チャネルの 3 次元運動
藤村章子 1，三尾和弘 1，倉持昌弘 2，関口博史 3，佐々木裕次 2（１産総研 先端オペランド計測 OIL，2 東京大学大学院 新領域創成科学研究科
3

高輝度光科学研究センター SPring-8）

Transient receptor potential (TRP) チャネルは細胞膜に存

回転角χとしてリアルタイムに計測し分析を行う。時在し内因性物質，化学物質，物理刺激などによって活間分解能は 100 μm/frame，角度精度はそれぞれ Δθ = 0.18

性化されるセンサーである。TRP チャネルの多くは身体

mrad，Δχ = 0.74 mrad である。

のいたるところに存在し中でも TRP vanilloid 1（TRPV1）

解析は速度に依存したフィルタリング方法を導入し，はカプサイシンや酸，熱刺激に応答する重要な働きをバイアスがかかった運動を抽出した。その結果 TRPV1

担っている。

のカプサイシン活性に伴うねじれ運動が確認できた。

今回 TRPV1 の作動機構を解明するために，SPring-8 に検出した変化はカプサイシン下で最大 1ms で 1.55° であて X 線の回折現象を利用し，時間分解能 100 μm/frame でった。また，TRPV1 のアンタゴニスト（AMG9810）をリ ア ル タ イ ム 観 察 し た （ X 線 １ 分子 追跡 法 （ DXT:

入れた場合の χ 軸方向の回転運動は，カプサイシンを入Diffracted X-ray Tracking））。DXT ではタンパク質を金れた場合と逆方向であった。

ナノ結晶で標識し，回折スポットの回転運動を傾斜角 θ，284

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（8）Structural basis for promiscuous action of monoterpenes on TRP channels
Thi Hong Dung NGUYEN1,2,3, Satoru G. ITOH4,5,6, Hisashi OKUMURA4,5,6, Makoto TOMINAGA1,2,3（1Department of Physiological Sciences, SOKENDAI. 2Division of Cell Signaling, NIPS.
3Thermal Biology Group, Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS).
4Biomolecular Dynamics Simulation Group, ExCELLS. 5Research Center for Computational Science, IMS.
6Department of Structural Molecular Science, SOKENDAI）

Monoterpenes are major constituents of plant-derived

glycine residues in the linker between S4 and S5 that are related

essential oils and have long been widely used for therapeutic

to the action of these chemicals and validated these findings inand cosmetic applications. The monoterpenes menthol andmolecular dynamics simulations. The involvement of thesecamphor are agonists or antagonists for several TRP channels

amino acids differed between TRPV3 and TRPV1 forsuch as TRPM8, TRPV1, TRPV3 and TRPA1. However,chemical-induced and heat-evoked activation. These findings

which regions within TRPV1 and TRPV3 confer sensitivity toprovide the basis for characterization of physiological function

monoterpenes or other synthesized chemicals such as 2-APB

and biophysical properties of ion channels.

are unclear. In this study we identified conserved arginine and（9）TRPC6 変異体の機能解析による腎疾患 FSGS 発症時期の推定
岡田亮 1,2，小牧竜也 1,3，Onur K. Polat4,5, 森

誠之 1（１産業医科大学 医学部 医学科 生命科学分野 生体物質化学,
2 産業医科大学
3 北九州市立大学大学院
4 京都大学

産業保健学部 人間情報科学,

国際環境工学研究科 環境システム専攻,

工学研究科 合成･生物化学専攻，5Rush University, Chicago, USA）

（ focal segmental

TRPC6 変異体の過剰なチャネル活性と発症年齢との関glomerulosclerosis, FSGS）はネフローゼ症候群を伴う難連性を明らかにすることを目的に，パッチクランプ法

治性腎疾患であり，発症要因として TRPC6 の遺伝子変による TRPC6 変異体の機能解析を行った。チャネル活

異が挙げられる。同遺伝子に関して複数の変異が同定

性化後より 60 秒間の電流密度積分値を解析したところ，されており，発症年齢は幼児期から成人後まで広く分

若齢発症の FSGS 患者より同定された変異体（R175W，布する。発症年齢の推測は治療方針の決定の際に有益

R895L）では発症年齢の高い患者より同定された変異体であると考えられるが，変異の位置や置換するアミノ（G109S，R175Q）に比べ増加した。

巣状分節性糸球体硬化症

以上より，パッチクランプ法により測定した電流密酸の種類との関連性を見出すことはできない。
我々は最近，FSGS 型 TRPC6 変異体では Ca2+依存的不度積分値は FSGS 発症年齢と相関関係を示すと考えられ活性化機構と呼ばれるチャネル活性のブレーキ機構がた。本知見は発症年齢の推測方法確立の基盤となる可

破綻することで FSGS 発症に至るとの知見を得たことか能性がある。

ら（Polat et al., 2019, JASN），不活性化機構の破綻した285

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（10）皮膚表皮顆粒層細胞が起こす細胞死における，細胞内酸性化と TRPV3 による制御
松井
石田

毅 1,2,3，葛野菜々子 2，鈴木喜郎 4，古市祐樹 2,3，白神慧一郎 2，佐々木博之 2，

梓 5,6，高橋苑子 5,6，岡田峰陽 5,6，豊岡公徳 7，ジャファル・シャリフ 8，阿部高也 9，
清成

寛 9，富永真琴 4，宮脇敦史 10，天谷雅行 2,3（1 東京工科大 応用生物，2 理研 IMS 皮膚恒常性，3 慶應医皮膚科，4 生理研/生命創成探究ｾﾝﾀｰ，
5

理研 IMS 組織動態，6 横浜市大，7 理研 CSRS 理研 BRC 細胞機能探索技術，

8

理研 IMS 免疫器官形成，9 理研 生命機能 生体モデル開発，10 理研 CSRS）

皮膚表皮角層は，コルネオサイトと呼ばれる死細胞が細胞の解析により，細胞内酸性化は，角化現象の特徴で数層積み重なり，気相環境に対する機能的バリアとしてあるケラトヒアリン顆粒の消失と DNA の分解に必須で働いている。しかしながら，顆粒層の最上層の SG1 細胞あることが明らかになった。さらに同じく分離 SG1 細胞が，どのように細胞死を起こして角層を形成するのかは，を用いたパッチクランプアッセイにより，TRPV3 特有の

Ca2+と

pH

電流を検出した。実際に，TRPV3 欠損マウスでは，酸性のライブイメージングを駆使して，SG1 の細胞死過程を化が起きるタイミングに異常が起きることが明らかとな

詳細に解析した。その結果，SG1 細胞において，長期った。以上の結果は，SG1 細胞死はユニークな細胞内イ（約 60 分間）の細胞内 Ca2+濃度の上昇の後，細胞内が酸オン変化を経て，角層バリアを形成する新しい様式の細性化することが明らかとなった。この酸性化状態のまま胞死であることを示している。この細胞死をコルネオト

SG1 細胞は Corneocyte へと変化する。次に分離した SG1ーシスと命名した。

依然不明である。マウス個体を用いた細胞内（11）マウス味覚感受性における TRP チャネルの関与
松本健次郎 1，富永真琴 2，城戸瑞穂 3, 加藤伸一 1（１京都薬科大学 薬物治療学分野，2 生理学研究所 細胞生理，3 佐賀大学 医学部 生体構造機能学講座）
味覚感受性は味溶液の濃度のみならず，その温度になかった。TRPV4 は，味蕾の幹細胞であるⅣ型の味細大きく依存していることから，温度感受性受容体 TRP胞に発現していることが観察された。TRPV1 は，CGRPの口腔内環境における機能解析は，味覚の新たな生物

陽性神経との共局在が確認された。TRPA1 の欠損は味学的意義の提案を可能にすることが期待される。本研細胞，味神経の発現に影響を及ぼさなかったが，究では味覚受容との関わりについて TRPA1，TRPV1，

TRPV4 の欠損はⅢ型味細胞の発現を減少させることが，TRPV4 遺伝子欠損動物（KO）を用いて検討した。

免疫組織染色，QPCR による解析から明らかとなった。

Brief access test 及び two-bottle test において，甘味およ

また，TRPV4KO では，味蕾における Ki67 陽性細胞数及

びうま味溶液に対する嗜好性は WT と比較し TRPA1KO

び β カテニン発現量が WT と比較し有意に低下した。

では有意に低かった。TRPV4KO は酸味溶液に対する感

味覚受容において TRPA1 は味神経に発現し，甘味お受性が有意に低かった。TRPV1 の欠損では，基本 5 味によび，旨味の情報伝達に関与していることが示唆され対する感受性に影響はなかった。有郭乳頭において，た。TRPV4 はⅣ型味細胞に発現し，酸味受容細胞であTRPA1 は P2X2 受容体陽性の味神経に認められたが，味るⅢ型味細胞への分化および増殖を制御することで，細胞マーカーである T1R3，PLCβ2，CAR4 とは共局在し酸味の感受性に影響していることが明らかとなった。

286

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

6．温熱生理研究会
2021 年8 月31 日
代表世話人：志水 泰武（岐阜大学）
所内対応者：富永真琴（生命創成探究センター/生理学研究所）（１）両生類の生態的な棲み分けに起因した温度感覚の進化的変化とその分子機構
茂 1,2,3，齋藤くれあ 1,2，井川

齋藤

武 4，小巻翔平 5，富永真琴 1,2,3（ 1 生理学研究所 細胞生理，2 生命創成探究センター 温度生物3

総合研究大学院大学 生理科学，4 広島大学 両生類研究センター
5いわて東北メディカル･メガバンク）（２）褐色脂肪細胞分化における機械刺激感受性陽イオンチャネル Piezo1 の関与
剣持麻奈斗 1，川原崎聡子 2，岡村和彦 3，後藤

剛 2，内田邦敏 1, 4

（１静岡県立大学大学院 薬食生命科学総合学府 環境科学専攻
2

京都大学大学院 農学研究科 食品生物科学専攻，3 福岡歯科大学 生体構造学講座 病態構造学分野
4

静岡県立大学 食品栄養科学部 環境生命科学科）（３）ヒト褐色脂肪と食事誘導熱産生：食事組成の影響
会田さゆり 1，2，松下真美 1，米代武司 1，3，斉藤昌之 1，4（1 天使大学 看護栄養学部，2 茨城キリスト教大学 生活科学部
3 東京大学

先端科学技術研究センター，4 北海道大学 獣医学研究院）（４）ヒト褐色脂肪組織活性とメンソール溶液塗布による代謝亢進の関係
三浦愛子 1，若林斉 1，北樹乃 1，藤本知臣 2

前田享史 3，亀谷俊満 4，松下真美 5，斉藤昌之 6（１北海道大学 環境人間工学研究室， 2 新潟医療福祉大学，3 九州大学，
4

LSI 札幌クリニック，5 天使大学，6 北海道大学）（５）心と身体をつなぐ脳の神経路メカニズム
片岡直也 1,2，伊藤綾香 2,3，中島啓輔 1，菅波孝祥 3，中村和弘 1（１名古屋大学 医学系研究科 統合生理学，2 名古屋大学 高等研究院
3

名古屋大学 環境医学研究所 分子代謝医学）（６）生物時計の温度補償性 -変化する外部環境の中で一定の内因リズムを刻む仕組み金尚宏 1, 2

（１名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所， 2 名古屋大学大学院 生命農学研究科）（７）蒸れ感覚形成の要因としての鼻部温度の関与
加藤一聖 1，永島

計2（１早稲田大学 人間科学研究科，2 早稲田大学 人間科学学術院 体温体液研究室）（８）体温測定用マイクロチップを用いたマウス腹腔温測定の自動化
中田彩登 1，石田駿斗 1，近藤隆路 2，辻田大地 2，松村 潔 1（1 大阪工業大学 工学部， 2 大阪工業大学 ものづくりセンター）（９）冬眠様選択的スプライシングの変化における Cold-inducible RNA-binding protein 転写物の定量的解析
堀井有希 1，白石茂菜実 2，椎名貴彦 2，志水泰武 2（１岐阜大学 糖鎖生命コア研究所 糖鎖分子科学研究センター 研究基盤部門 動物実験分野
2287

岐阜大学 応用生物科学部 獣医生理学研究室）

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（10）日内休眠がマウスの Cold-inducible RNA-binding protein 遺伝子の選択的スプライシングに与える影響
白石茂菜実 1，堀井有希 3，椎名貴彦 1,2, 志水泰武 1,2（１岐阜大学 応用生物科学部共同獣医学科 獣医生理学研究室
2
3

岐阜大学大学院 共同獣医学研究科 獣医生理学研究室

岐阜大学 糖鎖生命コア研究所 糖鎖分子科学研究センター）【参加者名】屋大学），原田慶恵（大阪大学），松村

斉藤昌之･三浦愛子･若林 斉･岡松優子･北 樹乃（北海道潔･中田彩登大学），松下真美（天使大学），酒井寿郎（東北大学/（大阪工業大学），砂川玄志郎（理化学研究所），渡邊

東京大学），会田さゆり（茨城キリスト教大学），時澤 健

正知･門田麻由子･田中優太（ 福山大学），勝田 雄治（労働安全衛生総合研究所），永島 計･丸井朱里･唐木（㈱資生堂），志田原靖博（花王㈱），富永真琴･曽我部

幸音･加藤一聖･増田雄太（早稲田大学），塚本大輔･関 皓

隆彰･榎木亮介･齋藤 茂･加塩麻紀子･水藤拓人･佐藤翔馬･太（北里大学），内田有希（昭和大学），米代武司（東京大NGUYEN Thi Hong Dung･ 丸 山 健 太 ･ DENG Xiangmei･学），内田邦敏･剣持麻奈斗（静岡県立大学），志水泰

DEVECI Aykut･LEI Jing（生命創成探究センター／生理武･椎名貴彦･堀井有希･白石茂菜実（岐阜大学），犬飼洋

学研究所）

子（愛知医科大学），中村和弘･片岡直也･金 尚宏（名古【概要】
2021 年度の温熱生理研究会（代表 岐阜大学・志水泰謝亢進の作用機序として，褐色脂肪組織における非震え代謝の寄与が大きいことを示唆した。

武（以下敬称略））は，新型コロナ感染症の影響で参集して行うことができなかったため，遠隔会議システム

第 2 セッションでの座長は，富永が務めた。片岡は心（Zoom）を活用して実施した。事務局によるきめ細かと身体をつなぐ脳の神経路として，腹内側前頭前皮質

い準備と統制の取れた運営により，問題なく進めるこの DP/DTT 領域から視床下部背内側部（DMH），延髄とができた。演題申し込み数は対面式で実施する研究

縫線核への神経路を同定していたが，今回は DP/DTT よ会に比べて少なかったが，討論に費やす時間を十分に確り上位では複数の神経核が複雑な神経ネットワークを保することができた。わずか１０題の研究成果発表であ形成し，脳領域間の神経活動バランスを制御しているったが，非常に活発な討論が行われ，充実した研究会とことを示した。金は，概日リズムの温度補償性には，なった。

Na+/Ca2+ 交換輸送体（NCX）による温度応答性の細胞

第 1 セッションの座長は志水が担当し，４名の演者がCa2+ シグナリングが重要であること，NCX は温度低下に

研究成果報告を行った。齋藤は日本に生息する５種類

伴って Ca2+および Ca2+/カルモジュリン依存性タンパのカエルの棲み分けに起因した温度感覚の進化的変化，

ク 質 キ ナ ー ゼ II（CaMKII）を活性化することで転写

およびその分子機構について最新の結果を報告した。剣フィードバックループの振動速度の低下を補償(加速)

持は褐色脂肪細胞分化における機械刺激感受性陽イオすることを報告した。加藤は蒸れ感覚形成要因を検討

ンチャネル Piezo1 の関与を解析し，分化過程おいてし，蒸れ感覚が吸気の温度，湿度のみならず鼻粘膜表面

Piezo1 の活性化が細胞内 Ca2+ 濃度上昇を引き起こし，温度の影響を受けることを示すとともに，吸気中の含水

Calcineurin 経路を介して分化を抑制することを示した。

量を受容する何らかのメカニズムの存在を示唆した。

斉藤は，ヒト褐色脂肪と食事誘導熱産生，特に食事組

第 3 セッションの座長は，砂川が担当した。中田はこ成の影響を検討した結果を報告した。食後の交感神経活れまでの方法のデメリットを解消し，自動的にマウス

性化は炭水化物摂取で最も強く，食事誘導熱産生が食事

腹腔温を測定するデバイスを開発した。6 個のケージ内

摂取，交感神経活性化，褐色脂肪熱産生によって誘発さのマウス腹腔温を 10 分間隔で数日間にわたり計測するれることを示した。三浦は，ヒトにおけるメンソール溶ことが可能となった。堀井は，冬眠動物において Cold-

液塗布による代謝亢進の程度は，褐色脂肪組織活性の高inducible RNA-binding protein (CIRP) の選択的スプライシい者ほど顕著であったことから，TRPM8 の刺激に伴う代ングのパターンが変化することを見出してきたが，今288

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

回はマウスにおいても冬眠様の発現パターンへ誘導でプライシングによる発現制御は，冬眠動物のみならず

きること，冬眠様のスプライシングの変化は転写量を非冬眠動物においても普遍的に存在していることを報変化させずとも素早く CIRP mRNA の発現効率を上昇さ告した。

せる機序であることを示唆した。これに引き続き白石いずれの報告においても有意義な議論がなされた。

は，CIRP の選択的スプライシングの変化はマウスが自オンライン開催であることから，懇親会は実施できな

発的に体温を低下させる日内休でも認められることをかったが，質疑応答の時間を十分確保できたことから充示し，細胞保護作用をもつ CIRP タンパク質の選択的ス

実した研究会となった。

（1）両生類の生態的な棲み分けに起因した温度感覚の進化的変化とその分子機構
齋藤

茂 1,2,3，齋藤くれあ 1,2，井川

武 4，小巻翔平 5，富永真琴 1,2,3（1 生理学研究所 細胞生理，2 生命創成探究センター 温度生物，3 総合研究大学院大学 生理科学,
4

広島大学 両生類研究センター，5 いわて東北メディカル･メガバンク）

動物は活動する場所や時間を互いにずらし，多くのを比較した。これら 2 つの値には明瞭な正の相関関係が種が繁栄する豊かな生態系を構築している。そのため，あり，生息地においてより高温に曝される可能性があ

同じ地域に生息する種でも異なる環境に適応しているる種ほど高くなっていた。また，忌避温度の種差は，場合がある。両生類は種ごとに産卵時期や，利用する

臨界最高温度のそれよりも 2.3 倍ほど大きく，忌避応答

水場をずらすことで同所的に複数の種が共存している。

は生息地の環境条件に応じてより柔軟に変化する要素

幼生が成長の過程で経験する温度は種ごとに異なり，であることが明らかとなった。更に，5 種のうち 3 種か特に，日射による水温上昇や，夏期の高温は生存を左ら高温受容のセンサー分子である TRPA1 を単離し，そ右し得る要因となる。本研究では，時空間的に異なるの機能特性を比較したところ，忌避温度と一致した種間ニッチに生息する日本在来の 5 種のカエル（無尾両生類）

差が生じていることが分かった。両生類の温度適応機の幼生を用い，高温耐性の 指標となる臨 界最高温度

構において高温センサーの進化的変化が重要な役割を（CTmax），および，能動的な行動応答による忌避温度担ってきたと考えられる。

（2）褐色脂肪細胞分化における機械刺激感受性陽イオンチャネル Piezo1 の関与
剣持麻奈斗 1，川原崎聡子 2，岡村和彦 3，後藤

剛 2，内田邦敏 1, 4

（１静岡県立大学大学院 薬食生命科学総合学府 環境科学専攻
2

京都大学大学院 農学研究科 食品生物科学専攻，3 福岡歯科大学 生体構造学講座 病態構造学分野
4

静岡県立大学 食品栄養科学部 環境生命科学科）
胞分化への関与について検討した。

褐色脂肪は非ふるえ熱産生によって，蓄えたエネル
ギーを消費することから肥満の治療ターゲットとして

褐色脂肪細胞における Piezo の発現を RT-qPCR 法およ

注目されている。褐色脂肪前駆細胞において，細胞内び Ca2+-imaging 法を用いて検討した結果，Piezo1 の発現への Ca2+ の流入は褐色脂肪細胞への分化を抑制するこが認められた。また，マウスの褐色脂肪組織においてと，並びに前駆細胞への機械刺激は褐色脂肪細胞へのも Piezo1 タンパク質の発現が認められた。分化誘導時に分 化 を 抑 制 す る こ と が 報 告 さ れ て い る （ Neal andPiezo1 作動薬である Yoda-1 を処置すると分化は用量依

Clipstone. 2002, Sun et al. 2016）。そこで本研究では，機存的に抑制された。この分化抑制作用は Piezo1 阻害薬お械刺激感受性イオンチャネルである Piezo1 の褐色脂肪細

よび siRNA による Piezo1 knock-down によって回復した。

289

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

さらに，Piezo1 作動薬による分化抑制作用は Calcineurin

Piezo1 の活性化が細胞内 Ca2+ 濃度上昇を引き起こし阻害薬の同時処置によって回復した。

Calcineurin 経路を介して分化を抑制することが示唆され以上の結果より，褐色脂肪細胞の分化過程おいてた。

（3）ヒト褐色脂肪と食事誘導熱産生：食事組成の影響
会田さゆり 1，2，松下真美 1，米代武司 1，3，斉藤昌之 1，4（ 1 天使大学 看護栄養学部，2 茨城キリスト教大学 生活科学部
3 東京大学

先端科学技術研究センター，4 北海道大学 獣医学研究院）【背景・目的】寒冷刺激を受けると，非震え熱産生【方法】延べ 52 名の健常成人男性を被験者として，（NST）の部位である褐色脂肪が活性化し，体温維持に

FDG-PET/CT により各人の褐色脂肪活性を測定した後，寄与することは良く知られている。食事摂取後に見られ高炭水化物食（C 食），高タンパク質食（P 食），高脂る NST は食事誘導熱産生（DIT）と呼ばれ，一日の総エ肪食（F 食）を摂取させ，2 時間にわたって呼気分析法

ネルギー消費量（EE）の約 10 % を占めるが，褐色脂肪により EE と DIT を測定した。

との関係については不明な点が多い。これまで我々は，【結果・考察】DIT は P 食＞C 食＞F 食の順となり，

ヒト褐色脂肪の活性を画像診断法（FDG-PET/CT）によ

一般的知見と合致していた。被験者を褐色脂肪活性のって評価・定量する方法を開発し，低活性者に比べて高高い群と低い群に分けて比較すると，C 食後の DIT は低活性者では DIT が約 1.5 倍高いことを見出し，DIT に対い群に比べて高い群の方が約 2 倍となったが，P 食や Fする褐色脂肪の寄与を明らかにしてきた（Hibi et al, Int J

食摂取後では 2 群間に有意差は見られなかった。さらに，

Obes 2016）。さらに，DIT の日内変動に褐色脂肪が一部

C 食後の DIT と褐色脂肪活性の間には有意な正相関が認

関 与 す る こ と も 見 出 し た （ Matsushita et al, Int J Obesめられた。これらの結果は，食後の交感神経活性化が2021）。DIT は食事組成によって大きく異なり，タンパ

炭水化物摂取で最も強いとの知見とも一致しており，

ク質＞炭水化物＞脂肪の順であることが古くから知られヒト DIT が食事摂取→交感神経活性化→褐色脂肪熱産生ているので，今回，褐色脂肪に起因する DIT に及ぼす食によって誘発されることを示している。

事組成の影響を調べた。

（4）ヒト褐色脂肪組織活性とメンソール溶液塗布による代謝亢進の関係
三浦愛子 1，若林斉 1，北樹乃 1，藤本知臣 2，前田享史 3，
亀谷俊満 4，松下真美 5，斉藤昌之 6（１北海道大学 環境人間工学研究室，2 新潟医療福祉大学，3 九州大学
4

LSI 札幌クリニック，5 天使大学，6 北海道大学）

本研究ではメンソール（M）溶液塗布による冷受容体

測した後，120 分間安静を維持し，30 分毎に 4 %M 溶液（TRPM8）刺激に伴う代謝亢進とヒト褐色脂肪組織

または C 溶液を塗布した。実験中，皮膚温，直腸温，酸（BAT）活性の関連性を検証することを目的とした。

素摂取量（VO2），皮膚血流量，血圧を測定した。

成人男性 13 名を対象として，BAT 高活性群（High 群，

VO2 において，High 群では 60 分と 90 分で M 条件が有n = 6）と低活性群（Low 群，n = 7）に分け，M 条件，コ

意に高値を示し（P < 0.05），Low 群では 90 分で M 条件

ントロール（C）条件で実験を行った。安静仰臥位で室が有意に高値を示した（P < 0.05）。また，実験後半（60

温 27 °C，相対湿度 40 % の部屋にて 20 分間 Baseline を計– 120 分）の VO2 平均値の条件差（M–C）と BAT 活性に290

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

有意な正の相関がみられた（P < 0.05）。平均皮膚温は，

よる代謝亢進とそれによる深部体温の上昇は見られたもBAT 群間，条件間ともに有意な差はみられなかったが，のの，代謝亢進の程度は BAT 活性の高い者ほど顕著であ直腸温では両 BAT 群で 90 分と 120 分において M 条件がった。このことから，M 溶液塗布による TRPM8 の刺激

有意に高値を示した（P < 0.05）。

に伴う代謝亢進の作用機序として，BAT における非震え

これらの結果より，両 BAT 群において M 溶液塗布に代謝の寄与が考えられた。

（5）心と身体をつなぐ脳の神経路メカニズム
片岡直也 1,2，伊藤綾香 2,3，中島啓輔 1，菅波孝祥 3，中村和弘 1（１名古屋大学 医学系研究科 統合生理学2

名古屋大学 高等研究院，3 名古屋大学 環境医学研究所 分子代謝医学）

私達の脳には，心理ストレスなどの情動を処理する

た結果，DP/DTT は視床室傍核（PVT）など複数の脳領域「心」の神経回路と，体温や脈拍・血圧など「体」のからストレス信号を受けていることが明らかとなった。

状態を調節する神経回路が存在し，これらの脳領域が密このことから，DP/DTT の上位では複数の神経核が複雑接に連関することで「心身相関」と呼ばれる現象を引きな神経ネットワークを形成し，脳領域間の神経活動バラ起こす。我々は最近，体温調節や脈拍・血圧の調節をンスを制御していると予想された。そこで本研究では行う視床下部背内側部（DMH）がストレスや情動を処理

現在，脳内の複数の脳領域から同時に神経活動 を計する内側前頭前皮質の DP/DTT 領域からグルタミン酸作

測する Multi-fiber photometry を用いて，多彩な心理スト

動性のストレス信号を受けることを見出し，この神経レス反応を惹起する神経回路の解析を行っている。さら路は「心」と「体」の脳領域を繋ぐことで心身相関を実現に，心理ストレスは交感神経系を活性化させ，末梢の免し，心理ストレスによる交感神経反応を駆動させる神

疫系にも影響を与えることから，末梢の免疫細胞の動経路であることが明らかになった。しかしながら，心と態についても解析を行っている。
本研究会では，上記の神経回路解析から得られた新体そ れぞれの詳細な神経回路の決定には未だ至っていたな知見と，今後の展望について報告したい。

ない。DP/DTT より上位の神経ネットワークを探索し（6）生物時計の温度補償性-変化する外部環境の中で一定の内因リズムを刻む仕組み金尚宏 1, 2

（１名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所
2 名古屋大学大学院

生命農学研究科）

神経の発火や心臓の拍動など，生物リズムは様々な真核生物における概日リズムの生成は時計遺伝子に生理現象に観察される。これらのリズムを駆動するもよる転写・翻訳フィードバックループで説明されてきのは振動体であり，その中で時刻を告げる機能を有すた。しかし，転写や翻訳などの生化学反応は，一般的るものを生物時計と呼ぶ。最も代表的な生物時計は約に温度が 10 度上がると反応速度は 2-3 倍になる。そこで

24 時間の周期を持つ概日時計（circadian clock）であり，私たちは，概日リズムを温度補償するためには，温度睡眠や覚醒などの様々な生理リズムを生み出している。

変化に応じて転写・翻訳フィードバックループの振動

概日時計は非常に特徴的な温度特性・温度補償性を有速度を調整する反応が必要であろうと考えた。培養細し，様々な環境温度において，ほぼ一定の周期を刻み胞を用いて低分子化合物による探索を行ったところ，続ける。

概 日 リ ズ ム の 温 度 補 償 性 に は ， Na+/Ca2+ 交 換 輸 送 体291

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（NCX）による温度応答性の細胞内 Ca2+ シグナリング

ン依存性タンパク質キナーゼ II（CaMKII）を活性化すが重要であることが分かった。そして詳細な解析から，ることで，転写フィードバックループの振動速度の低NCX は温度低下に伴って Ca2+および Ca2+/カルモジュリ

下を補償（加速）することが分かった。

（7）蒸れ感覚形成の要因としての鼻部温度の関与
加藤一聖 1，永島

計2（１早稲田大学 人間科学研究科，2 早稲田大学 人間科学学術院 体温体液研究室）
ヒトが快適な生活を送るために，環境の湿度の調節（Rhmask）を連続的に測定した。実験参加者には，吸や維持は非常に重要である。我々は生活の中で空気の気に対する温度感覚，蒸れ感覚を Visual Analog Scale

乾燥や湿潤を感じるが，現在のところヒトの湿度感覚(VAS) を用いて評価させた。また，大気圧，吸気の温度，の形成メカニズムは明らかではない部分が多い。本研

湿度から露点温度を計算した。
Tnose，蒸れ感覚は高温条件で有意に上昇した（P <究では吸気の温度，湿度変化が湿度感覚に与える影響

0.001）。さらに露点温度と蒸れ感覚の間には有意な正を調べ，仮説検証の一助とした。
健康な男女 16 名を対象とした。実験は吸気の温度条の相関が見られた（r = 0.4336, P < 0.01）。吸気の蒸れ感

件（25 ºC; 低温, 34 ºC; 高温），湿度条件（30 %; 低湿度,

覚は，吸気の温度，湿度のみならず鼻粘膜表面温度の70 %; 高湿度）をそれぞれ変化させ，合計 4 試行の実験影響を受けることが明らかになった。また，蒸れ感覚

を 2 日間に分けて行った。実験では鼻部のみを覆うマスの強度は露点温度との高い正の相関が見られたことか

クを介して，統制呼吸（3 秒間の鼻からの吸気，続いてら，吸気中の含水量を受容する何らかのメカニズムの

3 秒間の口からの呼気)を 9 分間行った。統制呼吸中の鼻存在が予想される。

中 核 部 の 粘 膜 表 面 温 度 （ Tnose ） ， マ ス ク 内 湿 度（8）体温測定用マイクロチップを用いたマウス腹腔温測定の自動化
中田彩登 1，石田駿斗 1，近藤隆路 2，辻田大地 2，松村潔 1（1大阪工業大学 工学部， 2大阪工業大学 ものづくりセンター)
体 温 測 定 用 マ イ ク ロ チ ッ プ IPTT-300 （ Bio Medic

は陰嚢に入りやすい。本研究ではこれらの問題を解決

DataSystem 社）は 従来 のマウ ス 用体 温測定 カプセルするために，手術法の改良と測定の自動化を行った。

（G2-E-mitter，STARR Life Science 社）と比べ，小型マイクロチップは縫合糸で腹筋に固定した。測定の自（重量約 1/10），個体識別可，安価（約 1/40）という利動化は 2 足歩行ロボット用 CPU ボード(VS-RC003HV，点を持つ。一方，これまでの本マイクロチップの使用

ヴイストン社)で 3 個のサーボモータを制御することでから以下の問題点が明らかとなった。①測定時には実現した。そのうち 2 個のサーボモータで Reader を動か

Reader を近づけ，手動で測定ボタンを押す必要がある。

し，マウスケージの下面を平面的に走査した。それにそのため測定時にマウスを興奮させ，安定した測定が同期して 1 個のサーボモータで Reader の測定ボタンを押できない。②複数の個体を 10 分間隔で経時的に手動測した。これにより放射状に配置した 6 個のケージ内のマ定することは煩雑である。

ウス腹腔温を 10 分間隔で数日間にわたり計測することが可能となった。

③マイクロチップが腹腔内を移動し，特に雄の場合

292

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（9）冬眠様選択的スプライシングの変化における Cold-inducible RNA-binding protein 転写物の定量的解析
堀井有希 1，白石茂菜実 2，椎名貴彦 2，志水泰武 2（１岐阜大学 糖鎖生命コア研究所 糖鎖分子科学研究センター，2

岐阜大学 応用生物科学部 獣医生理学研究室）

冬眠動物であるシリアンハムスターにおいて，冬眠

CIRP mRNA と共にスプライシングバリアントが検出さ時に Cold-inducible RNA-binding protein (CIRP) の選択的れた。一方，28 °C で保温した場合には，CIRP mRNA のスプライシングの発現パターンが変化することを見出みに発現が集約する，冬眠様のスプライシングパター

してきた。また，人為的に，マウスにおいても冬眠様ンが確認された。リアルタイム RT-PCR による定量的解の発現パターンへ誘導することができた。我々は，選析では，全ての温度条件において，CIRP スプライシン

択 的 ス プ ラ イ シ ン グ の 変 化 に よ り ， 機 能 的 な CIRP

グバリアントと CIRP mRNA の総量は変化しなかった。

mRNA の量が増加しているのではないかと予想した。

一方，28 °C の条件では，37 °C 及び 15 °C の条件よりもそこで，ddY 系統のマウスにおける CIRP 遺伝子の発現

CIRP mRNA の発現量が高かった。冬眠様の選択的スプパターンによる CIRP 転写物の発現量の変化を調べた。

ライシングの変化は，転写量を変化させずとも素早くマウスの血液を採取し，37 °C，28 °C または 15 °C で

CIRP mRNA の発現効率を上昇させる機序である可能性が示唆された。

保温し，RT-PCR 法により発現を解析した。PCR 産物の電気泳動により，37 °C 及び 15 °C で保温した場合には，（10）日内休眠がマウスの Cold-inducible RNA-binding protein 遺伝子の選択的スプライシングに与える影響
白石茂菜実 1，堀井有希 3，椎名貴彦 1,2，志水泰武 1,2（１岐阜大学 応用生物科学部 共同獣医学科 獣医生理学研究室
2
3

岐阜大学大学院 共同獣医学研究科 獣医生理学研究室

岐阜大学 糖鎖生命コア研究所 糖鎖分子科学研究センター）
ける CIRP mRNA の発現を RT-PCR 法により解析した。

【背景と目的】Cold-inducible RNA-binding protein (CIRP)
は，低温時に発現が増加し，細胞を保護する作用を発揮【結果と考察】平常体温時のマウスでは，脳および心臓するタンパク質の一つである。我々は，冬眠中のハムス

で複数の CIRP 遺伝子スプライシングバリアントが発現してターにおいて CIRP 遺伝子に特徴的な選択的スプライシン

いた。一方，日内休眠により体温が低下したマウスにおいてグの変化が起こることを明らかにしてきた。さらに，非は，機能的な CIRP タンパク質に翻訳されるスプライシン

冬眠動物であるマウスにおいても強制的に体温を低下

グバリアントのみが発現していた。このパターンの変化はさせる処置により，冬眠様の選択的スプライシングを

冬眠時のハムスターと同等であった。休眠前および覚醒誘導することに成功した。本研究では，マウスが自発後のマウスの心臓，脳では平常体温時と同じ複数のバ

的に体温を低下させる日内休眠を行うことに着目し，非リアントが観察され，可逆的であることが示された。こ冬眠動物においても自律的な CIRP 遺伝子のスプライシン

れらの結果から，細胞保護作用をもつ CIRP タンパク質のグの変化が起こるか検討した。

選択的スプライシングによる発現制御は，冬眠動物のみ
ならず非冬眠動物においても普遍的に存在しているこ【方法】C57BL6J 系マウスの皮下に体温測定用ロガーをとが明らかとなった。

設置し，絶食により日内休眠を誘導した。脳及び心臓にお293

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

7．痛みの研究会
2022 年 1 月 31 日
代表世話人：古江秀昌（兵庫医科大学）
所内対応者：富永真琴（生命創成探究センター/生理学研究所）（１）Ivabradine Hydrochloride (IVA) の鎮痛作用
劉思丹（第一三共㈱ トランスレーショナルサイエンス第二部門）（２）サルファイドによる Cav3.2 依存性疼痛と有機ゲルマニウムの効果
関口富美子 1，増田寛志 1，笠波嘉人 1，小池寧々1，南郷優希 1
島田康弘 2，杉本果歩 1，佐藤克行 2，中村宜司 2，山口浩明 3
田邉元三 4，丸本真輔 5，坪田真帆 1，川畑篤史 1（１近畿大学 薬学部 病態薬理学研究室，2 浅井ゲルマニウム研究所
3 山形大学大学院
4 近畿大学

医学系研究科 創薬科学講座

有機薬化学研究室，5 近畿大学

薬学部

共同利用センター）（３）甘草由来フラボノイドおよびエストロゲンによる TMEM16A 阻害
加藤真未 1,2，髙山靖規 1，砂川正隆 1（１昭和大学 医学部 生理学講座，2 九州大学大学院 薬学研究院 薬理学分野）（４）側坐核内ドパミン D1 受容体含有神経細胞の活性化による痛覚制御機構の解析
濱田祐輔 1,2，佐藤大介 1，成田道子 2,3，田中謙一 1，葛巻直子 1,2，成田

年 1,2（１星薬科大学 薬理学研究室，2 国立がん研究センター 研究所 がん患者病態生理研究分野
3 東京医科大学

医学総合研究所 分子細胞治療研究部門）（５）三叉神経脊髄路核尾側亜核ニューロンにおける IL-33 を介した興奮性神経伝達の変調機構
木村有貴，林良憲，篠田雅路（日本大学 歯学部 生理学講座）（６）一次体性感覚野の痛みに関わる神経細胞の役割
石川達也，Ilia Potapenko，奥田洋明，堀紀代美，尾﨑 紀之（金沢大学 医薬保健研究域 医学系 機能解剖学）（７）Investigation of the interaction between TRPV3 and TMEM79 in mouse keratinocytes
Jing Lei1,2,3，Takeshi Matsui4,5，Masayuki Amagai4,6, and Makoto Tominaga1,2,3（1 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
3 生命創成探究センター
4 理研
5 東京工科大学

温度生物学研究グループ

生命医科学研究センター 皮膚恒常性研究チーム

応用生物学部，6 慶應義塾大学 医学部 皮膚科学）（８）マウス糖尿病性末梢神経障害における温痛感覚変化を明らかにする温度勾配装置
笹島沙知子 1,2, 近藤正樹 1, 宇治澤知代 2,3, 井上利恵子 1, 茂木幹雄 1,
速水智英 1,浅野紗恵子 1, 森下啓明 1, 姫野龍仁 1, 恒川 新 1,
加藤義郎 1, 中村二郎 1,神谷英紀 1, 富永真琴 2,3（１愛知医科大学病院 糖尿病内科，2 生理学研究所 細胞生理研究部門
3 生命創成探究センター

温度生物学研究グループ）（９）【招待講演】神経傷害性疼痛モデルにおける損傷 C-線維終末の可塑的変化
山中博樹（兵庫医科大学解剖学講座神経科学部門）（10）【招待講演】がん化学療法誘発性末梢神経障害動物モデルでの妥当な評価法

294

第 43 巻（Dec,2022）

生理学研究所年報

研究会報告

中川貴之，吉田圭織，山中凛太朗，山本京奈，荻原孝史，今井哲司（京都大学 医学部附属病院 薬剤部）
（11）【招待講演】痛みを慢性化する脳回路の探索
大澤匡弘 1，宮本啓補 1，山﨑久朗 1，梅澤直樹 1，竹内雄一 2，樋口恒彦 1，粂和彦 1（１名古屋市立大学大学院 薬学研究科，2 北海道大学大学院 薬学研究院）（12）【招待講演】ミクログリアの性差と神経障害性疼痛
木口倫一（和歌山県立医科大学 薬学部 生体機能解析学研究室)（13）【特別・教育講演】慢性痛の成立における腕傍核・扁桃体システム可塑性の能動的役割
加藤総夫（東京慈恵会医科大学 神経科学研究部／痛み脳科学センター)【参加者名】
南つ（滋賀医科大学），中川貴之･今井哲司（京都大学医雅文（北海道大学），半場道子（福島県立医科
浄学部附属病院），Erkin KURGANOV（京都工芸繊維大（群馬大学），田代晃正（防衛医科大学校），守屋正学），川畑篤史･関口富美子･笠波嘉人（近畿大学），

道（帝京平成大学），前田仁士（植草学園大学），篠小西克侑（大阪大学），仙波恵美子（大阪行岡医療大田雅路･林学），片野泰代･井上明俊（関西医科大学），木口倫大学），河野達郎（国際医療福祉大学），太田

良憲･坪井美行･木村有貴･大島絵莉（日本大学），坂井一･上敦･丸山基世（日本医科大学），加藤総拓馬（和歌山県立医科大学），上勝也（宝塚

夫･杉村弥恵･高橋由香里･徳永亮太･浮地里佳子･佐藤奈

医療大学），古江秀昌･荒田晶子･山中博樹･古賀啓祐･保子･東中村善隆（兵庫医科大学），宮地孝明（岡山大学），

怜花（東京慈恵会医科大学），栗栖諒子（東京医科歯科大学），成田

年･森

津田

友久･葛巻直子･濱田誠･内山瑳和子･末藤大智（九州大学），藤田亜

祐 輔 ･ 須 田 雪 明 ･ 佐 藤 大 介 ･ 田 中 謙 一 ･ 眞 壁 一 志 ･渡邊美（福岡歯科大学），城戸瑞穗･曹諒･牟田武尊･北條達也･松浦吉孝･角谷龍･金子萌々

脇坂貴大（熊本大学），倉本恵梨子･岩井治樹（鹿児島音･高田優太朗･井手ゆきの･河村菜央･福岡由莉香･垣内

大学），御領憲治（日産化学㈱），増井邦晴（丸石製

万菜香（星薬科大学），山本将大（国立国際医療研究

薬㈱），加藤貴大･神谷明裕･中山敬司（小野薬品工業

センター），砂川正隆･高山靖規･加藤真未（昭和大㈱），守口由紀子･宍戸祐二（ラクオリア創薬㈱），青学），緒形雅則･渡辺

野浩之･關

見大学），馬場俊（北里大学），矢島愛美（鶴紀･劉大介（富山大学），尾崎紀之･堀紀代美･村中由佳･石川達也（金沢大学），粂

浩正･三宅真澄（あゆみ製薬㈱），長谷川穂乃歌（帝人ファーマ㈱），北野洋（新潟大学），太田大樹（新潟医療福祉大学），歌

巖･錦愛琳（佐賀大学），

思丹（第一三共㈱），富永真琴･曽我部隆彰･加塩麻紀子･齋藤

和彦･杉

裕･土門友

茂･水藤拓人･佐藤翔馬･Jing LEI（生理浦健之･大澤匡弘･酒井美枝･小西紗菜･中曽根美奈（名学研究所），笹島沙知子（生理学研究所/愛知医科大学

古屋市立大学），坂野裕洋（日本福祉大学），小山な

病院）

【概要】
痛みの研究会を 1 月 31 日に Web 上で開催し，末梢か行われ，質疑応答に加えてシニア研究者からのコメン

ら中枢に至る幅広い領域を対象とした最前線の解析やトや提案が行われるなど，若手研究者と十分な意見交

新規知見が，特別教育講演 1 題，招待講演 4 題，一般講換が行われた。また，招待講演（各 30 分）として，末演 8 題として報告された。これに対して 114 名もの参加

梢 C-線維中枢端の可塑的変化（山中），がん治療時のがあり，参加者や座長との活発な議論や意見交換が行神経傷害の機能変化と評価法（中川），痛みの慢性化

われ，有意義な研究会となった。本会の目的の 1 つを，と脳神経回路（大澤），ミクログリアと疼痛の性差

当該分野の裾野を広げる事とし，特に若手研究者の発（木口）に関する最新の知見や研究成果が報告された。

表を歓迎した。日々実験を行っている大学院生や研究

多角的視点から得られたこれらの研究に対しても，熱員等から現場の声や実験成果が紹介された。これらは心で十分な討論・議論が展開され，痛みを伝導路の点

一般講演として各 20 分確保した為，十分な成果報告がとして理解せず，統合的，或いは複合的視点で捉える295

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

ことの重要性が理解された。さらに，特別教育講演は 1間以上延長し，計 2 時間を超える教育講演となったが，時間を確保し，慢性痛の成立と能動的な扁桃体の役割

真の進むべき研究の方向性を参加者の多くが賛同し，について，長年にわたる研究の展開や最新の成果が詳

会は盛会のうち閉会となった。会の終了後世話人に対細に紹介され（加藤），活発な議論がなされた。特に，し，本会の意義や重要性，所内対応部門によって痛み

痛みの本質とは何か，それを解明する今後の研究方針の研究会が長年継続されている事への感謝の連絡が数や方策の重要性が問題提起され，国内の痛み研究をリ多く寄せられた。

ードする研究者らと深い議論が展開された。予定を 1 時（1）Ivabradine Hydrochloride (IVA) の鎮痛作用
劉思丹（第一三共㈱ トランスレーショナルサイエンス第二部門）

HCN family (Hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-

ッグリポジショニングの可能性を検討した。

gated ion channel family) は過分極依存性陽イオンチャネ

ラット DRG 神経及びヒト iPS 由来知覚神経 C 線維にルであり，4 つのサブタイプ（HCN1，2，3，4）が存在

おいて，IVA はイオンチャネル作用型化合物や起炎因子

し，生理機能として心臓や神経におけるペースメーカ

によって惹起される過剰な神経発火を濃度依存的に抑ー電流を担う。

制した。また，神経障害性疼痛モデルマウス及び炎症

末梢感覚神経 C 線維の HCN2 を特異的に Knock-out し性疼痛モデルマウスにおいて，IVA (10, 30 mg/kg, i.p.) はたマウスでは神経障害性及び炎症性の疼痛モデルにお用量依存的な鎮痛作用を示した。一方で，マウス心拍ける痛覚過敏症状が消失することから，HCN2 は広い鎮数に対しても IVA (10 mg/kg, i.p.) は有意な徐脈作用を示

痛スペクトルを期待できる末梢作用型鎮痛薬の標的候した。
以上の結果から，IVA は神経障害性疼痛及び炎症性疼

補として注目されている。
心不全治療薬である IVA は，末梢作用型 HCNs pan

痛に対して有望な薬効薬理作用が期待できることが示

inhibitor であり，主薬効である HCN4 と HCN1 を介した

唆されたが，鎮痛作用と徐脈作用との選択性マージン

徐脈作用に加えて，HCN2 を介した鎮痛作用も期待されが乏しいことも示唆されたため，IVA そのものを鎮痛薬る。演者らは，IVA について神経障害性疼痛及び炎症性としてドラッグリポジショニングするのは困難である

疼痛に対する In vitro/vivo 薬効薬理作用を検証し，ドラと考えられた。

（2）サルファイドによる Cav3.2 依存性疼痛と有機ゲルマニウムの効果
関口富美子 1，増田寛志 1，笠波嘉人 1，小池寧々1，南郷優希 1
島田康弘 2，杉本果歩 1，佐藤克行 2，中村宜司 2，山口浩明 3
田邉元三 4，丸本真輔 5，坪田真帆 1，川畑篤史 1（１近畿大学 薬学部 病態薬理学研究室，2 浅井ゲルマニウム研究所
3 山形大学大学院
4 近畿大学

薬学部

医学系研究科 創薬科学講座

有機薬化学研究室，5 近畿大学

共同利用センター）

サルファイド類は Cav3.2 T 型 Ca2+チャネルを介する

そこで今回は，サルファイド類の Cav3.2 機能増強作用と膜電流（T-current）を増大させることで痛みを増強する。

Zn2＋との関係を解析し，さらに有機ゲルマニウム類のサルファイド類は Zn2＋との親和性が高く，生体内でrepagermanium の 水 解 物 3-(trihydroxygermyl) propanoic

Cav3.2 の機能は Zn2＋によって恒常的に抑制されている。

acid（THGP）の影響を検討した。Cav3.2 発現 HEK293

296

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

細胞において，サルファイド類の Na2S と NaSH は 3-30

害されることを LC-MS/MS 法と 1H-NMR 法を用いて証μM の範囲で T-current を迅速かつ持続的に増大させたが，明した。さらに，THGP は Cav3.2 発現 HEK293 細胞におポリサルファイド類の Na2S3 と Na2S4 にはそのようないて Na2S の T-current 増大作用を抑制し，マウスにおい効果はほとんど見られなかった。Na2S の T-current 増強て Na2S 誘起後肢アロディニアと内因性 H2S/Cav3.2 系が効果は，緩和な Zn2＋キレート作用を有する tricine を細関与する内臓痛を抑制した。以上より，サルファイド

胞外液に添加すると消失したが，ZnCl2 添加により回復

は Cav3.2 の Zn2＋抑制を解除することで痛みを促進するした。次に，常温で THGP と NaSH または Na2S を混和こと，repagermanium 水解物はサルファイドを捕捉する

すると，THGP に S が取り込まれた化合物が迅速に生成ことで痛みを抑制することが示唆された。

されること，また，この反応は ZnCl2 により可逆的に阻（3）Spreading depression (CSD) とは酸化型ミトコンドリアの細胞間伝播であり，甘草由来フラボノイドおよびエストロゲンによる TMEM16A 阻害
加藤真未 1,2，髙山靖規 1，砂川正隆 1（１昭和大学 医学部 生理学講座，2 九州大学大学院 薬学研究院 薬理学分野）
Transmembrane 16A (TMEM16A) は一次感覚神経や上明らかとなったリクイリチゲニンによる TMEM16A 阻害

皮細胞に発現するカルシウム活性化クロライドチャネ

が，リクイリチゲニンの薬理学的作用における分子メルである。その活性化は疼痛惹起や腸管蠕動運動，イカニズムの一つである可能性が示された。

ンスリン分泌などの多くの生理機能に関与する反面，また先行研究では，リクイリチゲニンがエストロゲン

喘息，下痢，および腫瘍形成といった病態に関わるこ受容体 β の選択的アゴニストであることが報告されていとが報告されている。本研究ではホールセルパッチクる。そこで４種類の内因性エストロゲンを用い，マウス

ランプ法を用いた電気生理学的解析より，甘草由来フおよびヒト TMEM16A に対する阻害作用について検討を

ラボノイドであるリクイリチゲニンがマウスおよびヒ

行った。その結果，妊娠期に多く産生されるエストリオ

ト TMEM16A 電流を阻害することを発見した。リクイリ

ールが，マウス・ヒトともに最も強い TMEM16A 阻害作

チゲニンの薬理学的作用の中には疼痛軽減作用，抗炎用を持つことが明らかとなった。エストリオールによる症作用，抗がん作用など TMEM16A の阻害によっても説TMEM16A 阻害は妊娠期特有の生理機能および病態に関明し得る事象が多く含まれていた。しかしながら，両与し得る可能性がある。

者の関係については明らかにされておらず，本研究で（4）側坐核内ドパミン D1 受容体含有神経細胞の活性化による痛覚制御機構の解析
濱田祐輔 1,2，佐藤大介 1，成田道子 2,3，田中謙一 1，葛巻直子 1,2，成田

年 1,2（１星薬科大学 薬理学研究室，2 国立がん研究センター 研究所 がん患者病態生理研究分野
3

東京医科大学 医学総合研究所 分子細胞治療研究部門）

脳内報酬系において重要な位置付けにある側坐核は，そこで本研究では，側坐核内ドパミン D1 受容体含有神

90 %以上がドパミン受容体含有神経細胞で占められて経細胞を特異的に活性制御した際の疼痛に対する影響いる。最近の研究で，側坐核内ドパミン D1 受容体含有について検討を行った。光遺伝学的手法に従い，D1-

神経細胞は，中脳領域へと投射し，接続する介在神経

Cre マウスの側坐核内に AAV-FLEX-ChR2 を微量注入すを介して正の情動を強化することが明らかになった。

ることで D1-Cre::ChR2NAc マウスを作製し，特定波長297生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告の光照射を側坐核あるいは腹側被蓋野にそれぞれ行う

る影響について検討を行った結果，疼痛閾値のベースことで側坐核内ドパミン D1 受容体含有神経細胞を特異

ラインの有意な回復が認められ，その回復は刺激を中的に活性化した。その結果，坐骨神経結紮による痛み

止しても，数日間継続した。以上，本研究の結果より，閾値の低下は，いずれの刺激によっても一過性に回復

側坐核内ドパミン D1 受容体含有神経を介した辺縁-中脳した。次に，７日間の反復的な光刺激により，側坐核-辺縁系の円環的 feed forward ネットワークの活性化が疼

内ドパミン D1 受容体含有神経細胞を繰り返し活性化さ痛制御や遷延化疼痛のリセットに重要な役割を果たす

せた際の坐骨神経結紮による低下した痛覚閾値に対す可能性が示唆された。

（5）三叉神経脊髄路核尾側亜核ニューロンにおける IL-33 を介した興奮性神経伝達の変調機構
木村有貴，林良憲，篠田雅路（日本大学 歯学部 生理学講座）

これまでに，神経障害性疼痛におけるサイトカイン

ST2 はニューロンに局在していた。IONI 後に口ひげ部の寄与が多くの研究において明らかになっている。近で生じる機械アロディニアは IL-33 阻害薬の大槽内投与

年では，種々のサイトカインの中でも interleukin (IL)-33

により緩和し，正常マウスへの IL-33 の大槽内投与によの神経障害性疼痛への関与が示唆されているが，IL-33

り口ひげ部で機械アロディニアが生じた。IL-33 の大槽に起因するシグナルの詳細は十分に解明されていない。

内投与により，Vc における GluN2B のリン酸化および本研究では，口腔顔面領域の神経障害性疼痛モデルを

GluN2B を介したシナプス電流の増大が認められた。ま使用し，神経障害性疼痛時における IL-33 の役割を解析

た，Vc の GluN2B のリン酸化には Fyn キナーゼのリン酸した。

化が関与しており，IL-33 誘発性の機械アロディニアはFyn キナーゼ阻害薬により抑制された。

実験には C57BL/6J マウスの眼窩下神経を部分結紮した infraorbital nerve injury (IONI) モデルを使用した。IONI

以上の結果より，オリゴデンドロサイトで合成され後，口ひげ部で機械アロディニアが認められ，三叉神

た IL-33 がニューロンの ST2 に作用し，Fyn キナーゼを

経脊髄路核尾側亜核（Vc）における IL-33 陽性細胞数お介して GluN2B のリン酸化を生じさせることで顔面領域

よびタンパク量の増加が認められた。Vc における IL-33の神経障害性疼痛が発症することが示唆された。

はオリゴデンドロサイトに局在し，IL-33 受容体である（6）一次体性感覚野の痛みに関わる神経細胞の役割
石川達也，Ilia Potapenko，奥田洋明，堀紀代美，尾﨑 紀之（金沢大学 医薬保健研究域 医学系 機能解剖学）
慢性疼痛患者の多くは不安障害等も同時に発症し，明であった。また，S1 は痛みや痒み等の侵害刺激だけ

QOL 低下の原因となっている。しかし，不安障害に深でなく，触覚や温度感覚等も認知しており，S1 が不安く関わる脳において痛覚認知と不安障害の関係は未だ等情動に影響を及ぼすか詳細に検討するには痛みに関不明な点が多く，痛みに対するこれら脳機能連関の解

わる S1 の神経細胞のみの活動を制御する必要があった。

明は急性及び慢性疼痛の効果的な治療法確立に重要でしたがって，本研究では一次体性感覚野の痛みに関ある。これまでの研究から，一次体性感覚野(S1)が痛覚

わる神経細胞の機能を明らかにするために，化学遺伝

認知に関わり，海馬や扁桃体等が不安障害に関わる事学的手法（DREADD システム）を痛みに関わる S1 の神が知られ，末梢からの上行路が明らかにされているが，経細胞にのみ構築し S1 の痛覚認知が不安障害等情動へ

S1 での痛覚認知が不安障害に影響を及ぼしているか不与える影響及びそれを司る神経回路を明らかにする事298

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告を目的とした。

学的及び組織学的実験により見出した。

DREADD システムにより痛みに関わる S1 の神経細胞

本研究結果から，痛みに関わる S1 の神経細胞の役割の活動を亢進させると，機械刺激に対する閾値の低下

は痛覚認知だけでなく情動へも影響を及ぼしている事と不安様行動が誘発される事が明らかになり，これにが示唆された。

は S1 と視床間の神経回路が関与している可能性を行動（7）Investigation of the interaction between TRPV3 and TMEM79 in mouse keratinocytes
Jing Lei1,2,3，Takeshi Matsui4,5，Masayuki Amagai4,6, and Makoto Tominaga1,2,3（1 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
3
4
5

生命創成探究センター温度生物学研究グループ

理研生命医科学研究センター皮膚恒常性研究チーム

東京工科大学応用生物学部，6 慶應義塾大学医学部皮膚科学）
of AD in mice. These facts promoted us to consider a possible

Itch-specific therapies of skin disease have been put in great
effort to investigate the underlying mechanisms and potential

interaction

betweentargets. Cation-permeable transient receptor potential V3

keratinocytes. In this study, we revealed that mouse TMEM79(TRPV3) ion channel is predominantly expressed in skin

was able to suppress 2-APB-induced currents in mouse

keratinocytes, participating in physiological progress ranging

TRPV3-transfected HEK293 cells, by downregulating TRPV3

from somatosensation to inflammation. TRPV3 level isexpression

increased in isolated keratinocytes from mouse model of atopic

immunoprecipitation and immunofluorescence studies further

dermatitis (AD), a most common chronic skin disease withindicated that TMEM79 mediated the trafficking of TRPV3 via

spontaneous itch and skin barrier disfunction, and gain ofphysical protein-protein interaction. Consistent with the results

function mutation of TRPV3 is known to be related with ain HEK293 cells, 2-APB-induced mouse TRPV3 currents werehereditary skin disease, Olmsted syndrome with severe itch.

larger in primary mouse keratinocytes when TMEM79 was

However, the underlying mechanism of how TRPV3 isdeleted. Based on the above evidence, our future work will

implicated in itch signaling is still poorly understood.

focus how TRPV3-TMEM79 interaction contributes to itch,

Interestingly, a less known transmembrane protein 79

which may provide a novel understanding of therapy for itch

(TMEM79) has been introduced to play roles for pathogenesis

and skin disease.

level

TRPV3

on

and

plasmaTMEM79inmembrane.

skin

Co-

（8）マウス糖尿病性末梢神経障害における温痛感覚変化を明らかにする温度勾配装置
笹島沙知子 1,2，近藤正樹 1，宇治澤知代 2,3，井上利恵子 1，茂木幹雄 1，速水智英 1，浅野紗恵子 1
森下啓明 1，姫野龍仁 1，恒川

新 1，加藤義郎 1，中村二郎 1，神谷英紀 1，富永真琴 2,3（１愛知医科大学病院 糖尿病内科,2 生理学研究所 細胞生理研究部門,
3

生命創成探究センター 温度生物学研究グループ）

糖尿病末梢神経障害(DPN)は糖尿病患者によくみられ

DPN の温度関連症状には，今までに齧歯類においてる，しびれや疼痛，感覚鈍麻を伴う合併症である。そTRPV1 および TRPA1 の発現や機能が関与すると報告さの発症進展機序には，高血糖，脂質異常，インスリンれている。その温度依存性行動変化を評価するために，

シグナル異常，細小血管障害など多数の要因が関わる。

プランターテストやホットプレートテストが広く使用

299

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告されてきた。我々の研究でもプランターテストを用い

TRPV1-/-マウスの温度依存性表現型の変化を明確に区て ， ス ト レ プ ト ゾ ト シ ン誘発 DPN モ デ ル マ ウ ス と別することができた。DPN は多因子の影響で進行する

TRPV1-/-マウスで同様に温痛覚鈍麻が観察されたが，ため，温度関連症状も多様であり，相応する行動-反応

DPN モデルマウスの脊髄後根神経節における TRPV1 と変化を呈する。これらを分析するためには複数の行動

TRPA1 の発現低下や機能変化を認めなかった。一方，実験によるアプローチが必要であり，TGR を用いた分

マウス行動の自由度を高め，回避行動だけではなく温析は DPN の初期段階で発生する温度依存性の軽微な徴

度嗜好性も分析できる温度勾配装置（Thermal Gradient

候を検出するのに適している可能性がある。

Ring：TGR）を使用したところ，DPN モデルマウスと（9）【招待講演】神経傷害性疼痛モデルにおける損傷 C-線維終末の可塑的変化
山中博樹（兵庫医科大学 解剖学講座 神経科学部門）
末梢神経損傷後の脊髄の後角ではシナプスが構造的にsynaptophysin との共存は示さなかった。画像の三次元再

変化し，それによるネットワークの変化が神経傷害性疼

構成によってシナプス接着を定量的に分析したところ，痛に寄与すると考えられている。しかし，このような可末梢神経損傷後に樹状突起上シナプスの減少と tL1-CAM

塑的変化における損傷一次求心性神経終末の役割は不明

陽性 varicosity 上での軸索−軸索間シナプス接着の増加をであった。本研究では，末梢神経損傷後の後角 I-II 層に確認した。これらの tL1-CAM 陽性 varicosity にはカルシおける細胞間接着分子 L1-CAM (total L1-CAM [tL1-CAM])

ウムチャネル alpha 2 delta-1 サブユニットの増加を認めた陽性の一次求心性神経終末の形態と後角のシナプスとのため，プレガバリンを投与したところ，tL1-CAM 陽性

接着パターンの変化を検討した。共焦点レーザー顕微鏡

varicosity の肥大化の抑制に伴って pL1-CAM の蓄積を阻を用いた画像定量では，tL1-CAM 陽性終末は，C 線維終害し，上記の後角のシナプス接着パターンの変化を抑制

末で肥大した varicosity 様の形態変化を示した。tL1-CAMした。これらの結果は，末梢神経損傷後の可塑性の一つ

陽性 varicosity では，リン酸化（Ser1181）L1-CAM (pL1-

が L1-CAM 陽性 varicosity へのシグナルの収束であり，損CAM) と Growth associated protein 43 (GAP-43) が増加し，

傷 C 線維終末が脊髄内のシグナルを痛みに変換するゲー

同時に CGRP，galanin が集積している事がわかった。しトとして働いているのではないかと考えている。

かし，この varicosity はシナプス前終末マーカーである（10）【招待講演】がん化学療法誘発性末梢神経障害動物モデルでの妥当な評価法
中川貴之，吉田圭織，山中凛太朗，山本京奈，荻原孝史，今井哲司（京都大学 医学部附属病院 薬剤部）
白金系，タキサン系など一部の細胞傷害性抗がん薬

あり，実際，CIPN を対象とした臨床研究では，日常生によって誘発される末梢神経障害（CIPN）は，有効な活動作の制限のほか，触覚/振動覚/温冷覚の障害やしび予防/治療法はなく，重症化に伴い抗がん薬の減量や中れを評価することが多い。一方，CIPN 動物モデルでは，

止に至ることもある。その症状は薬剤毎に多少異なる

ほとんどのケースで von Frey フィラメントによる機械過が，四肢末端のしびれ（感覚障害，異常感覚，錯感覚）

敏応答（ヒト CIPN では逆に反応が低下する）や熱/冷過や痛みなど感覚神経障害に基づく症状が主となる。重敏応答などの誘発痛が測定され，感覚障害などが評価

篤な CIPN になれば，痛み（主に自発痛，稀に誘発痛）

されることはほとんどなく，ヒトへの外挿性が問題とも発生するが，その初期症状や主たる症状はしびれでなる可能性がある。この基礎/臨床研究間のギャップを300

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

埋めるため，我々はオキサリプラチン（10 mg/kg，週 1

確認した。また，本モデルでは，熱/触覚障害に先行し回 8 週間）による CIPN 動物モデルを再検討し，熱刺激て，神経性血管応答の低下を伴う血流障害が発生し，（Hargreaves テスト）や触刺激（adhesion removal テスト）

血流障害が CIPN の進行に少なくとも一部関与することに対する感覚障害を検出し，評価してきた。その結果，を見出した。

機械/冷過敏応答は抗がん薬投与数日〜数週間内の早期CIPN 動物モデル用いた研究結果の解釈には一定の注から現れるのに対し，熱/触覚障害は神経軸索障害や表意が必要であり，ヒト CIPN と相関する妥当性のある評

皮内神経線維の退縮と同様に 6〜8 週後に生じることを価法が必要であると考えられる。

（11）【招待講演】痛みを慢性化する脳回路の探索
大澤匡弘 1，宮本啓補 1，山﨑 久朗 1，梅澤直樹 1，竹内雄一 2，樋口恒彦 1，粂和彦 1（１名古屋市立大学大学院 薬学研究科, 2 北海道大学大学院 薬学研究院）
神経障害性疼痛の発症機序については不明な点が多神経路を抑制したところ，SNI モデルで見られる機械痛い。我々はこれまでに，神経障害性疼痛時に体性感覚覚過敏が部分的に抑制されたが，VPL への投射ニュー認知に関与する脳領域に加え，情動に関与する脳領域

ロンを抑制しても機械痛覚過敏は影響を受けなかった。

も活性化していることを明らかにしている。痛み刺激

健常動物において，SDH から LPB へ投射するニューロ

は，脊髄後角（SDH）を中継し様々な脳領域を活性化

ンを活性化すると機械痛覚閾値が低下し，活性化終了する。これまでに，SDH から視床後腹外側核（VPL）

後も低下が持続した。一方，VPL へ投射するニューロや外側腕傍核（LPB）へ投射する神経が同定されている。

ンを活性化すると機械痛覚閾値が低下したが，活性化

そこで本研究では，SDH から VPL や LPB に投射する神

終了後に痛覚閾値低下は消失した。本研究により，痛経回路の活性化が疼痛の慢性化に寄与するか検討した。

みを慢性化させる神経回路が SDH から LPB に投射する

Designer Receptor Exclusively Activated by Designer

神経であることが明らかになった。

Drugs (DREADDs) 法を用いて SDH から LPB へ投射する（12）【招待講演】ミクログリアの性差と神経障害性疼痛
木口倫一（和歌山県立医科大学 薬学部 生体機能解析学研究室)
神経障害性疼痛の病態には脊髄ミクログリアが重要が示された。CX3CR1-Cre を用いて脊髄ミクログリアにな役割を果たすと考えられているが，その役割は性に

Gi-DREADD を誘導すると，雄でのみ坐骨神経傷害後のよって異なる可能性が近年示唆されるようになった。

アロディニアが抑制された。一方，CX3CR1-Cre を用いその詳細を明らかにするため，雌雄それぞれのマウスて脊髄ミクログリアに Gq-DREADD を誘導すると，雄でにおいてミクログリアが痛みに及ぼす影響を検討した。

のみアロディニアが惹起された。Gq-DREADD による炎

坐骨神経傷害マウスの脊髄後角において，ミクログ

症性因子の発現増加は，雄と比較して雌では弱いことも明らかになった。

リアの活性化が雌雄ともに認められた。ミクログリア
枯渇薬である PLX3397 を坐骨神経傷害マウスに与える

上記の結果より，ミクログリアの性質自体が雌雄でと，雄ではアロディニアが抑制されたが，雌では抑制異なっており，それが痛みの調節機構に影響を及ぼし効果が認められなかった。また PLX3397 によるミクロていると考えられる。今後はミクログリアにおける性

グリアの減少の程度は，雄と比較して雌では弱いこと

差形成の分子基盤を明らかにすることが重要である。

301

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（13）【特別・教育講演】慢性痛の成立における腕傍核・扁桃体システム可塑性の能動的役割
加藤総夫（東京慈恵会医科大学 神経科学研究部／痛み脳科学センター)
痛みが「苦痛」を不可避的に伴う機構を解明するこKato, 2007）を見いだして以来，このシナプス可塑性のとなしにその理解・克服は不可能である．痛みの苦痛特性や分子機構，ネットワーク応答ダイナミクス，行を実現している生物学的機構の解明に取り組んできた．

動観察，全脳活動履歴可視化，条件付け学習獲得など

扁桃体は，さまざまな情動関連の脳機能モジュールを，持続性疼痛モデル，ノックアウト動物，FosTRAPからの入力を受けて，多様な情動関連機能実行神経モ法，光・化学遺伝学法，恐怖／脅威条件付け，自発・ジュールに投射する情動関連情報処理の「ハブ」であオペラント行動評価，およびマンガン造影 MRI などのる．特に扁桃体中心核（CeA）は，脊髄後角浅層／三叉アプローチを駆使して示してきた．PB- CeA 系は，身体

神経脊髄路尾側亜核から腕傍核（PB）を経て直接的にの傷害炎症状況を他の内感覚情報と併せてモニターす侵害受容情報を受けるとともに，最後野－PB 系を介しるとともに，状況に連動させて，痛覚感度と自律・内て脳内で最も早く全身の炎症の情報を得る．ラット神分泌・行動などの痛覚関連応答の発現を能動的に制御

経障害性疼痛モデルで PB—CeA シナプス伝達が下肢痛覚する痛み苦痛コアシステムであると結論した。

過敏に相関して増強する事実（Ikeda, Takahashi, Inoue,

302

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

8．生命を支える硫黄生物学の最前線
2021 年 7 月 30 日－7 月 31 日
代表・世話人：魏范研（東北大学）

所内対応者：西田基宏（生理学研究所）（１）超硫黄分子による電子転移反応とエネルギー代謝
赤池孝章（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）（２）NADPH オキシダーゼおよび一酸化窒素合成酵素による超硫黄活性化機構
髙田剛（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）（３）Supersulfides Synthesis is Not Impede by the Disruption of Canonical Pathway Enzymes
Qamarul Hafiz Zainol Abidin（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）（４）硫黄分子による Se-水銀化されたセレノプロテイン P のターンオーバー
外山喬士（東北大学大学院薬学研究科）（５）鉄硫黄クラスター生合成マシナリーの構造・機能解析
平林佳（東京理科大学理学部）（６）超硫黄分子による心筋ミトコンドリアの頑健性制御
西田基宏（九州大学大学院薬学研究院生理学分野･自然科研究機構生命創成探究センター）（７）超硫黄分子種によるミトコンドリアエネルギー代謝機構の解明
松永哲郎（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）（８）ミトコンドリア病の新規治療標的の探索松田盛（東北大学加齢医学研究所モドミクス医学分野）（９）小胞体レドックスによるカルシウム恒常性維持機構
藤井唱平（京都産業大学生命科学研究科）（10）分子カプセルによる硫黄および生体分子の捕捉
吉沢道人（東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所）（11）超硫黄分子の分子科学的アプローチ：量子化学計算・ラマン散乱
中林孝和（東北大学大学院薬学研究科）（12）ジニトロベンゼン骨格を持つ Cys-SSH 検出蛍光プローブの開発と 細胞イメージング川口充康（名古屋市立大学大学院薬学研究科）（13）超硫黄化タンパク質の特異的検出法：新規超硫黄ビオチンスイッチ法
Jung Minkyung（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）（14）新規アルキル化試薬 N-iodoacetyl L-tyrosine methyl ester を用いた超硫黄メタボローム・プロテオーム解析系の構築
笠松真吾（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）（15）超硫黄オミックスの開発に向けた基盤研究
井田智章（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）（16）活性硫黄分子種を検出する蛍光プローブの開発とその応用
花岡健二郎（慶應義塾大学大学院薬学研究科）（17）紅色細菌における硫化水素・超硫黄分子の検知機構
清水隆之（東京大学大学院総合文化研究科）

303

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（18）硫化水素応答性転写因子 SqrR/BigR/YgaV の大腸菌における機能
Rajalakshmi（東京工業大学生命理工学院）（19）Effect of supersulfides on the aging of yeast
Naim Hassan（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）（20）光合成制御にかかわる藍藻 SQR の解析
小林歩夢（東北大学大学院工学研究科）（21）プラズマ照射による硫黄代謝物の生成とその生理学的意義の解明
田中智弘（自然科学研究機構新分野創成センター）（22）造血幹細胞における超硫黄分子の役割
村上昌平（東北大学加齢医学研究所遺伝子発現制御分野）（23）T 細胞受容体 (TCR)/CD3 複合体を標的とした超硫黄分子による免疫応答制御
守田匡伸（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）（24）Glutathione efflux serve as a proximal upstream event for activation of the NLRP3 Inflammasome
Tianli Zhang（熊本大学大学院生命科学研究部微生物学講座）（25）超硫黄分子による炎症抑制作用澤智裕（熊本大学大学院生命科学研究部微生物学講座）【参加者名】学），下田西田基宏（自然科学研究機構生理学研究所），本橋
ほづみ（東北大学），魏翔（生理学研究所），川口充康（名古屋

市立大学大学院薬学研究科），三木裕明（大阪大学），

范研（東北大学），居原秀（大阪府立大学），安田智徳（九州大学），和田潮田亮（京都産業大学），澤啓（宮崎大学），古本裕香（九州大学），谷口雄哉

田力（熊本大学），重川秀実（筑波大学），井田智章（九州大学），関根弘樹（東北大学），北村大志（東（東北大学大学院），吉沢道人（東京工業大学），高北大学），花岡健二郎（慶應義塾大学），武田遥奈

田（東北大学），谷貝知樹（東北大学），外山喬士（東大学院），鈴木賢諒（東北大学），Qamarul Hafiz Bin

北大学），村上昌平（東北大学），中林孝和（東北大Zainol Abidin （ Tohoku University ） ， HASSAN NAIM学），田原進也（東北大学），西山和宏（九州大学），（Tohoku University），守田匡伸（東北大学），野村

加藤百合（九州大学），鮎川皓一（九州大学大学院），

聡（㈱ 堀場製作所），松永哲郎（東北大学），酒田康

小谷さゆみ（九州大学），石丸泰寛（東北大学），清介（九州大学大学院），友清大樹（九州大学），田中水隆之（東京大学大学院総合文化研究科），松田高洋（㈱ T's Garden），森原元彦（小野薬品工業㈱），（東北大学，加齢医学研究所），竹田盛

堀内遥（東北大学

智裕（熊本大学），張剛（東北大学大学院），Jung Minkyung（東北大学

正（慶應義塾大学），異島優（徳島大学），

大学院工学研究科），佐藤奏音（東北大学大学院），

平田史明（㈱ユニバーサル・バイオサンプリング），

Tang Xiao Kang（九州大学），小林俊介（東北大学），

多田羅洋太（弘前大学），山下勇人（㈱大塚製薬工

吉田実央（東北大学），白川由美子（東北大学），西場），高橋正一郎（㈱トライネット），神田

村明幸（生理学研究所），田中智弘（自然科学研究機

取大学），赤池孝章（東北大学），樋田

構新分野創成センター），影山莉沙（東北大学大学学），佐藤院），大久保礼真（九州大学大学院），後藤拓実（九学部），西野恒代（協和発酵バイオ㈱），星州大学大学院），小林歩夢（東北大学大学院），中村（東北大学大学院），大島悦男（協和発酵バイオ㈱），正宗（東北大学），金澤理貴（東北大学 工学研究科），

岡村佳映（大阪府立大学），原笠松真吾（大阪府立大学大学院），増田真二（東京工松野伸哉（協和発酵バイオ㈱），石渡名澄（㈲パレッ

業大学），中川秀彦（名古屋市立大学），谷

トコンタクト），徳田

春菜

努（鳥

光（筑波大

聡（東北大学），高田知朗（鳥取大学医
尚志

太郎（㈱ニップン），進（昭栄薬品㈱），鷲尾昌彦（富士通㈱），ZHAO MINGYUE（東北大学加齢医学研（東北大学 加齢医学研究所），藤井唱平（京都産業大

304

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告究所），浅田康勝（大阪府立大学），山重貴久（京都

総合サービス），古川博朗（㈱ 島津製作所），和田匠大学），小前奏明（大阪府立大学大学院），有澤美枝

太（京都産業大学），西萩一夫（㈱島津製作所），辻子（九州大学），金野文香（大阪府立大学大学院），

井成

恩圭（東北大学），佐々木栄太（慶應義塾大学），

健太郎（㈱島津テクノリサーチ），豊島安健（国立研勝部諒（サントリーグローバルイノベーションセン

究開発法人産業技術総合研究所），オオガシンジ（弁ター㈱），長井悠佑（㈱島津製作所），遠田隆人（大理士），國澤研大（㈱島津製作所），津々木博康（熊阪府立大学大学院），浅井さとみ（東海大学），國府

本大学大学院），向大智（弘前大学大学院），斎藤芳郎（東北大学），大彦（㈱島津製作所），梅澤啓太郎（東京都健康長寿医

脇拓真（大阪府立大学），櫻井久雄（㈱島津製作所），

療センター研究所），岸田夏月（東京工業大学），鎌

魚住信之（東北大学），榊田啓佑（結核研究所），土屋幸弘（昭和薬科大学），

洋通（㈱島津製作所），

丸山明子（九州大学大学院），奥村紀雄（㈱島津製作所），遠山敦

笠松俊夫（熊本大学大学院），豊元柊弥（熊本大学大毅（㈱島津テクノリサーチ），SY Liou（JMBC），太田雅（東北大学），坂本拓斗（大阪府立大学），堀

学院）

宏（㈱島津

【概要】
硫黄は地球が誕生してから生命を支えてきた元素で開催した。本会議はコロナウイルス感染症対策の観点ある。しかし，酸素を産生・消費する生命体の繁栄にからハイブリッド方式をとり，東北大学加齢医学研究より，硫黄の重要性に対する認知度が相対的に低下し，

所国際会議室を本拠地に全国各地の研究施設とオンラ

特に，硫黄の酸化還元を受けやすいという性質のためインで繋いで開催された。本研究会への参加登録は企に，多くの硫黄代謝物は測定の途中で変化してしまい，業から 28 名，アカデミアから 96 名，計 127 名，そのう

その存在が過小評価あるいは見落とされてきた。近年，ち，オンサイト・オンライン合わせて，計 103 名の参加

硫黄代謝物の新たな測定技術が開発されたことを端緒が確認された。会議では全２５題の研究発表があり，に，様々な硫黄代謝物を正確に捉えることが可能にな

硫黄生物学の世界的な研究リーダーである赤池孝章東り，また，超硫黄分子と総称される新しいカテゴリの北大学教授による特別講演以外に，硫黄生物学研究の

硫黄代謝物の存在も明らかになってきた。さらにこれ

最前線で活躍している若手研究者による発表も多く，

らの硫黄代謝物がエネルギー代謝やタンパク質生合成

各演題に対して活発な議論が行われた。また，本研究など普遍的な生命機能に不可欠であることも明らかに

会では論文未発表の結果が多く開示され，多様な研究

なりつつある。本研究会では硫黄代謝物が関わる多様

バックグラウンドを有する研究者ならびに企業関係者

な生命現象に関して，構造生物学，進化生物学，医学が世界最先端の研究結果を共有することで，硫黄生物

生理学など幅広い研究分野で得られた最先端の知見を学の一層の推進が図られた。さらに，本研究会により共有し議論を深めることで新たな硫黄生物学の開拓を

新規共同研究も生まれ，研究会の波及効果が極めて高目指して，2021 年 7 月 30 日と 7 月 31 日の二日にわたり

いものであった。

（1）超硫黄分子による電子転移反応とエネルギー代謝
赤池孝章（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）
硫黄は自然環境に普遍的に存在し，酸素が地球上に生体内の主要な活性酸素産生酵素である NADPH oxidase

出現する以前から生命進化に深く関わってきた。我々(NOX) が超硫黄分子の活性化に関与していることが示

は こ れ ま で ， シ ス テ イ ン パ ー ス ル フ ィ ド （ cysteine

された。すなわち，NOX が NADPH の電子を酸素分子

persulfide）に代表される硫黄原子が連結した構造を持に与える前に超硫黄に供与して，この電子が酸素分子

つ超硫黄分子が生体内で大量に合成され，多彩な生理と共役されることで活性酸素（あるいは活性硫黄分子）

機能を発揮していることを明らかにしてきた。最近，が産生されることが分かってきた。同様の『超硫黄—酸305

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

素・電子転移反応』はミトコンドリアの電子伝達系でNADPH から超硫黄への電子転移が起こることから，も認められており，生体内での普遍的なレドックス応NOX や NOS，あるいは，ミトコンドリア電子伝達系な答であると推察された。 興味あることに，NOX とともどの一連の NADPH/NADH 依存性酸化還元酵素（反応）に感染防御活性を発揮している一酸化窒素合成酵素にあっては，超硫黄—酸素・電子転移反応が普遍的に営（nitric oxide synthase, NOS）の酵素反応においても，まれていることが示唆される。

（2）NADPH オキシダーゼおよび一酸化窒素合成酵素による超硫黄活性化機構
髙田剛（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）

我々はこれまでに，ミトコンドリアにおいて複数個

ルフィド（CysSSH），グルタチオンパースルフィドの硫黄原子が直鎖状に連結した超硫黄分子が，電子供（GSSH），グルタチオントリスルフィド（GSSSH）の与体および受容体として機能することを報告した。一

有意な増加，すなわち硫黄伸長反応が観察された。in

方，NADPH オキシダーゼ（NOX）や一酸化窒素合成酵

vitro において，組換え NOS を GSSSG 存在下で NADPH

素（NOS）は，NADPH から供給される電子を用いて活と反応させた結果，NADPH と GSSSG の消費と共に，性酸素種（ROS）や一酸化窒素（NO）を生成する。本

GSSH や GSSSH が産生された。以上より，NOX および研究では NOX および NOS による超硫黄代謝メカニズム

NOS は，GSSSG を基質とした NADPH からの電子転移の解明を目指した。NOX ファミリーの NOX2 や NOX4，反応を触媒することで，生体内で超硫黄分子を還元酸

NOS ファミリーの nNOS，eNOS，iNOS の過剰発現細胞

化的に伸長・活性化する新規超硫黄代謝酵素 NADPH-に酸化型グルタチオントリスルフィド（GSSSG）を処

dependent sulfur oxidoreductase（NSOR）として機能して置したところ，酵素発現に依存してシステインパースいることが示唆された。

（3）Supersulfides Synthesis is Not Impede by the Disruption of Canonical Pathway Enzymes
Qamarul Hafiz Zainol Abidin（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）
Endogenous supersulfides such as cysteine persulfide,supersulfides via the activity of cysteine persulfides synthase.

glutathione persulfide and hydropersulfide are canonically

Therefore, we tried to generate CBS/CSE/3MST knock out

thoughtbycystathionine-β-synthase,mice (Triple-KO) and then supersulfides level was measuredand

3-mercaptopyruvate

in different tissues. Liquid chromatography-electrospray

sulfurtransferase (CBS/CSE/3MST). However, numerous

ionization-tandem mass spectrometry with iodoacetamide

studies identified factual discrepancies in explaining thederivative, β-(4-hydroxyphenyl)ethyl iodoacetamide showed

involvement of these enzymes for the synthesis ofthat WT and Triple-KO mice have similar supersulfides

supersulfides. We have previously demonstrated that knock

profiles. On the other hand, our previous finding on WT anddown of CBS/CSE with siRNA did not significantly reduce

CARS2-KO

intracellular supersulfides and that mitochondrial cysteinyl-

supersulfides in CARS2-KO. This finding establishes thattRNA synthetase (CARS2) provides the most intracellular

CARS2 act as the primary supersulfides synthase.

tobecatalyzed

cystathionine-γ-lyase

306

study

showedsignificant

reductionof生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（4）超硫黄分子による Se-水銀化されたセレノプロテイン P のターンオーバー
外山喬士（東北大学大学院薬学研究科）
環境中親電子物質であるメチル水銀（MeHg）は，生では解除された。この結果から，Se-水銀化は通常のチ体内でタンパク質中のシステイン（Cys）やセレノシス

オールではほぼ解除不可能であり，その解除には超硫テイン（Sec）残基と共有結合し，毒性を示す。最近

黄分子またはセレンが必要であることが示唆された。

我々は，低濃度の MeHg が血漿中のセレン輸送タンパク

次に，ヒト神経芽細胞の培養培地に精製 SeP を添加する質であるセレノプロテイン P（SeP）の Sec 残基に共有と，セレン供給に応じて GPx1 および GPx4 の発現が増結合（Se-水銀化） することを明らかにした。しかし，加したが，これは Se-水銀化で顕著に抑制された。一方，

この Se-水銀化の安定性や，本修飾がどのように MeHg

細胞にポリスルフィドを添加すると，Se-水銀化されたの毒性に関与するかは不明である。そこでまず，MeHg

SeP による GPx1 と GPx4 の発現誘導は一部回復した。以を共有結合した Sec を，アミノ基を用いてビーズに固相上より，SeP のセレン供給を抑制する Se-水銀化に対し，化し，GSH や Cys を添加して Sec からの水銀の解離を検

超硫黄分子が Se-水銀化を解除する生体防御作用を担う討したところ，10 mM でもほとんど MeHg の溶出は認めことが示唆された。

られなかった。一方，ポリスルフィドまたは Sec の添加（5）鉄硫黄クラスター生合成マシナリーの構造・機能解析
平林佳（東京理科大学理学部）

鉄硫黄（Fe-S）タンパク質は多様にしてかつ生物界にき抜き，クラスター合成の場である SufB-SufC-SufD 複

普遍的に分布しており，呼吸，光合成，アミノ酸やビ合体に硫黄種を引き渡す。本研究では，このコア複合

タミン生合成，遺伝子制御に至るまで生命活動の根幹

体のどこでどのように Fe-S クラスターが組み立てられに関わる反応を担っている。これら機能の中心である

るのかを明らかにすることを目的としている。

金属補因子 Fe-S クラスターは，一般に[2Fe-2S]および

我々は，SufB-SufC-SufD コア複合体の構造機能解析[4Fe-4S]のような形でタンパク質に配位している。Fe-S

を進め，Fe-S クラスター合成に特化した β-ヘリックス構

クラスターは単純な構造だが，細胞内では多成分で構造および ATP 依存的な構造変化を明らかにした。さら成される複雑なマシナリーがその生合成を担う。そのに，Fe-S クラスターの材料である硫黄原子の供給経路代表である SUF マシナリーは，オペロンにコードされを探るために，さまざまな変異体の機能解析を進めたる六種のタンパク質（SufABCDSE）から構成される。

結果，コア複合体内部に「硫黄供給トンネル」が存在

このなかで SufS-SufE 複合体はシステインから硫黄を引することを明らかにした。

（6）超硫黄分子による心筋ミトコンドリアの頑健性制御
西田基宏（九州大学大学院薬学研究院生理学分野，自然科学研究機構生命創成探究センター）
持続的なストレスや加齢に伴う心筋の代謝異常が，し，ミトコンドリア分裂促進タンパク質 dynamin-related

心筋の頑健性を低下させる原因として近年注目されて

GTP-binding protein 1 (Drp1)が電子授受能の高いポリ硫黄いる。我々は，細胞内レドックス反応（エネルギー代

鎖を形成し，環境中親電子物質による Drp1 ポリ硫黄鎖

謝）の場であるミトコンドリアの品質管理機構に着目の脱イオウ化がミトコンドリア過剰分裂を伴う心筋早307

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

期老化の原因となることを報告してきた。今回我々は，を増加させることで回復し，再酸素化（再灌流）後の細胞内に豊富に存在する小分子型の超硫黄化合物（超心機能も有意に回復した。以上より，超硫黄分子が独

硫黄分子）の心筋頑健性に対する役割を解析した。低立した機構でミトコンドリアの呼吸代謝や品質管理を

酸素曝露により，細胞内の超硫黄分子量は低下し，そ維持することで，心筋の虚血ストレス抵抗性を維持すれに伴って ATP 産生能も低下した。低酸素ストレスにる役割を担う可能性が示された。

よるミトコンドリア代謝障害は，細胞内超硫黄分子量（7）超硫黄分子種によるミトコンドリアエネルギー代謝機構の解明
松永哲郎（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）【目的】我々は，システインパースルフィドに代表る硫黄エネルギー代謝をリアルタイムイメージングでされる超硫黄分子種の新規生成経路としてシステイニ

きるようになった。実際，野生型 CARS2 発現ミトコン

ル tRNA 合成酵素（CARS）を同定し，ミトコンドリア

ド リ ア に お け る 膜 電 位 は ， CARS2 の リ ジ ン 変 異 体

型 CARS (CARS2) 由来の超硫黄分子がミトコンドリアの（AIIA）を発現させたミトコンドリアにおいて有意に電子伝達系を維持・促進することを見出した。本研究低下した。さらに，低酸素条件におけるミトコンドリ

では，ミトコンドリア膜電位形成を指標に，CARS2 由

ア膜電位形成を解析した結果，CARS2 のリジン変異体

来の超硫黄分子によるミトコンドリアにおけるエネル（AINK）を発現させたミトコンドリアでは膜電位の増ギー代謝の詳細について解析を行った。

加は見られなかった。

【方法・結果】単離ミトコンドリアに野生型 CARS2【結語】単一ミトコンドリア機能解析システムを構と超硫黄分子生成変異体を GFP あるいは BFP 融合タン

築し，本法により，通常酸素および低酸素条件におけパク質として発現させ，膜電位を指標としたミトコン

る CARS2 由来の超硫黄依存型ミトコンドリアエネルギ

ドリア電子伝達系解析システムの構築に成功した。本

ー代謝，所謂，硫黄呼吸の生理的な役割を明らかにし法により，単一ミトコンドリアレベルで，CARS2 によた。

（8）ミトコンドリア病の新規治療標的の探索
松田 盛（東北大学加齢医学研究所モドミクス医学分野）
ミトコンドリアは，エネルギー生産と代謝調節に不可

代謝危機と組織の機能不全を引き起こす。現在のところ，欠な存在である。ミトコンドリアには１細胞あたり数百

MELAS の治療に有効な薬剤や治療ターゲットはみつか～数千コピーの独自のゲノム（mtDNA）があり，13 種っていない。本研究では，A3243G 変異による細胞機能

類の呼吸器複合体サブユニットを翻訳するための rRNA

障害を改善する遺伝子を同定するために，機能的ゲノミ

および tRNA 遺伝子がコードされている。特に，ミトコ

クス・スクリーニングを行った。MELAS 患者由来のン ド リ ア tRNALeu （ UUR ） の A3243G 変 異 は ，A3243G mtDNA を約 100 % 持つ細胞株である 2SD 細胞に，

Mitochondrial myopathy, Encephalopathy, Lactic acidosis, andshRNA ライブラリをコードしたレンチウイルスを感染さ

Stroke-like episodes（MELAS）の患者で最も頻繁に確認

せ，2SD 細胞の生存率を向上させることができる shRNA

される変異である。メカニズム的には，A3243G の変異ターゲットの探索を行った。今回の発表では，機能的ゲにより tRNALeu（UUR）の転写後修飾が損なわれ，Leu

ノムスクリーニングの結果を紹介したい。

コドンでのデコーディング不良が誘発され，最終的には

308

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（9）小胞体レドックスによるカルシウム恒常性維持機構
藤井唱平（京都産業大学生命科学研究科）
小胞体は分泌・膜タンパク質のフォールディングの依存した新たなカルシウム制御機構の全容解明を目指場であり，立体構造形成に重要なジスルフィド結合形した。今回，小胞体に存在する PDI ファミリータンパク

成に有利な酸化的環境を維持している。この酸化的フ質の遺伝子破壊株ライブラリをゲノム編集技術によりォールディングを分子シャペロンと約 20 種類の PDI フ

樹立し，カルシウムイメージングを行って IP3 受容体のァミリータンパク質が触媒する。また，小胞体は細胞制御因子を探索した。IP3 受容体の活性化には，Ero1 を内のカルシウムイオンストアとしての役割もあり，サ中心とした小胞体の酸化カスケードが相補的に寄与す

イトゾルと比較しておよそ 1 万倍もの濃度勾配を維持しることを明らかにした。また，小胞体内腔の還元酵素ている。これまで，小胞体のレドックス環境とカルシ

ERdj5 が，IP3 受容体を還元することで，チャネル活性

ウムイオン環境との相互作用など，その関係は明らか

を負に制御することを明らかにした。これまでの知見にされてこなかった。我々は，小胞体膜上のカルシウ

から，ERdj5 が小胞体のカルシウム環境に応じてチャネ

ムイオンポンプ SERCAとカルシウムイオンチャネル IP3

ルとポンプを合目的的に制御し，小胞体のカルシウム受容体のレドックス制御に着目し，小胞体内腔環境に恒常性を維持する仕組みを見出した。

（10）分子カプセルによる硫黄および生体分子の捕捉
吉沢道人（東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所）
無機化合物の構造決定において，「質量分析」は重を開発した。我々が合成したイオン性の分子カプセル

要な役割を果たしている。とりわけ無機クラスターは，は，水中で 2 分子の硫黄分子 S8 および S6 を定量的に捕他の分析法では十分な構造情報が得られないため，質捉した。それらの構造は，NMR および X 線結晶構造解量分析が最重要の手段となっている。自然界には，

析で示唆された。さらに，捕捉された硫黄分子はカプ

種々の大きさの硫黄分子 Sn が存在する。しかしながら，セル内で顕著に安定化され，それらの質量数を汎用の

それらの無機クラスターは，通常の質量分析条件では

質量分析装置（ESI-TOF MS）で決定することに成功し容易に分解するため，構造決定が困難であった。本研た。他の生体分子の捕捉と識別についても合わせて紹

究では，中性の硫黄分子 Sn の質量数を決定する新手法介する。

（11）超硫黄分子の分子科学的アプローチ：量子化学計算・ラマン散乱
中林孝和（東北大学大学院薬学研究科）
近年注目を集めている超硫黄分子について，分子科

いて，様々な超硫黄分子の最適化構造と電子状態につ学的な視点から構造や反応性を理解することは，超硫いて検討した．さらにラマンスペクトルの実験結果と黄分子の特異的な性質を理解する上で極めて重要であの比較についても紹介する．システインパースルフィ

る．しかし，システインやグルタチオンからなる超硫

ドは，気相中ではカルボニル基同士で水素結合をした

黄分子の電子状態などについて，理論化学・分子科学

環状二量体で最適化構造を形成し，計算されたラマン的な考察はほとんど行われていなかった．そこで本研

スペクトルは実測を再現した．さらに，パースルフィ

究では，量子化学計算の一つである密度汎関数法を用

ドは，正に電荷密度の偏りがある硫黄原子と負に電荷309

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第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

密度の偏りがある硫黄原子の 2 種類から構成されることいる．超硫黄分子が正と負に電荷密度の偏りがある硫がわかった．また硫黄原子の数を増やしても環状二量黄原子を持つことは，求電子性と求核性の両者を持つ体の構造は保たれ，分子内に正と負の電荷密度の偏りことなど，超硫黄分子の特異的な化学的性質の原因のがある硫黄原子を両方持つことがわかった．シスチン

一つであると考えられる．

では正の電荷密度の偏りがある硫黄原子のみを有して（12）ジニトロベンゼン骨格を持つ Cys-SSH 検出蛍光プローブの開発と細胞イメージング川口充康（名古屋市立大学大学院薬学研究科）
システインの硫黄原子が二つ連なったシステインパ

回復することを期待し，蛍光プローブを設計・合成し

ースルフィド（Cys-SSH）が CBS，CSE および CARS にた。各硫黄種 Na2S, Na2S2, Cys, Cys-SSH, GSH, GSSH とより産生されることが示されている。しかし，Cys-SSHの反応による蛍光変化からプローブの機能評価を行っの細胞内局在や生理的意義については未解明な点が多た結果，ジニトロベンゼン程度の求電子性により Cys-

い。そこで，本研究では生細胞内で機能する Cys-SSH 特

SSH, GSSH 選択性が生じること，TG 型プローブで特に異的蛍光プローブの開発を目指した。

反応性が高いことが分かった。また生細胞を用いて機①Cys-SSH の求核性が極めて高いこと，②フェノール

能評価を行った結果，TG 型プローブで Cys-SSH, GSSH

性水酸基をマスクすることでクマリン，Tokyo Green

選択的な蛍光上昇が観察された。以上の結果から，ジ(TG) は消光することの二点に着目し，またニトロベン

ニトロベンゼン骨格を持つ蛍光プローブが Cys-SSH に対ゼン誘導体をマスキング部位として選択することでし適した求電子性をもつこと，また特に TG 型プローブ

Cys-SSH との特異的な芳香族求核置換反応により蛍光がは生細胞でも Cys-SSH 選択性を示すことを見出した。

（13）超硫黄化タンパク質の特異的検出法：新規超硫黄ビオチンスイッチ法
Jung Minkyung（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）
我々はタンパク質のシステイン残基が翻訳時に超硫らの PEG-MAL の脱離を SDS-PAGE で検出する PEG-

黄化され，レドックスシグナル伝達などに関与するこMAL labeling gel shift assay (PMSA) を構築した。本法にとを報告してきた。本研究では，これまで開発してきより様々な組換えタンパク質の超硫黄化を調べた結果，たタンパク質超硫黄の特異的検出法（ビオチンスイッ

解析した全てのタンパク質が超硫黄化されており，哺チ法）について報告する。まず，低分子超硫黄分子と乳類細胞のライセートにおいても同様な結果が得られ

各種親電子化合物との反応を解析したところ，超硫黄

た。さらに，biotin 標識 PEG-MAL（biotin-PEG-MAL）

分子は求核性と親電子性の両方の化学的特性を有するを用いて超硫黄化タンパク質を avidin ビーズに捕捉し，ことが分かった。この化学特性を利用して，親電子性還元剤により超硫黄化タンパク質を特異的に溶出する化合物である maleimide の PEG 化誘導体（PEG-MAL）

biotin-PEG-MAL capture 法を構築した。この方法により，によりタンパク質を標識し，その後，還元剤や親電子

HEK293T 細胞内の多くのタンパク質が内因的（定常的）化合物を処理することで，超硫黄化システイン残基かに超硫黄化されていることが示された。

310

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第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（14）新規アルキル化試薬 N-iodoacetyl L-tyrosine methyl ester を用いた
超硫黄メタボローム・プロテオーム解析系の構築
笠松真吾（大阪府立大学大学院理学系研究科生物科学専攻分子生物学分野）
近年，グルタチオンの SH 基に過剰な硫黄原子が付加

黄分子を安定化する作用を持つことを見出した。

したグルタチオンパースルフィドなどの超硫黄分子

そこで，チロシン誘導体を用いて，新規アルキル化（supersulfides）の生体内産生が発見され，様々な細胞試薬の合成し，超硫黄メタボローム・プロテオーム解機能に関与していることが明らかにされている。

析への有用性を検討した。その結果，新規アルキル化

これまでに我々は，SH 基に反応する親電子性アルキ試薬 N-iodoacetyl L-tyrosine methyl ester (TME-IAM) は，ル化試薬を用いて，高い反応性を有するゆえに不安定

従来のアルキル化試薬よりも高い超硫黄分子保護能をである超硫黄分子を標識・安定化した後，質量分析装

持ち，TME-IAM を用いてマウス組織の超硫黄メタボロ

置にて定量的に検出するアッセイ系を確立してきた。

ーム解析の結果，従来の解析系よりも高感度に超硫黄

超硫黄分子の解析において，アルキル化試薬の選択は分子を検出することができた。本研究で開発した TME-

重要であるが，市販のアルキル化試薬は，超硫黄分子

IAM を用いた超硫黄メタボローム・プロテオーム解析の分解を促進することが示されている。我々は最近，系により，新規のレドックス制御因子の探索・同定がチロシンやヒドロキシフェニル基を持つ化合物が超硫可能であると期待される。

（15）超硫黄オミックスの開発に向けた基盤研究
井田智章（東北大学医学系研究科環境医学分野）【背景】システインパースルフィドに代表される超気凝縮液を用いた超硫黄代謝物の産生動態解析を行っ

硫黄分子(supersulfide)は酸化ストレス等において防御的た。その結果，超硫黄代謝物である亜硫酸イオン，チな役割を演じている。今回，我々がこれまで取組んでオ硫酸イオンや二硫化水素イオンが新型コロナ感染患

きた超硫黄オミックスの技術開発に向けた基盤研究に

者の呼気中に有意に増加し病状の回復に伴って低下しついて報告した。

ていた。

【方法と結果】定量的で高精度な超硫黄オミックス【考察】新型コロナウイルス感染において超硫黄分を確立するために，超硫黄分子を捕捉し安定化するプ

子が防御制御因子として機能していることが示唆されローブを探索し，β-(4-hydroxyphenyl)ethyl iodoacetamide

た。また，呼気凝縮液におけるこの様な超硫黄分子の(HPE-IAM) を 見 出 し た 。 また ， 安 定 同 位体 希 釈法と生体情報モニタリングは，新型コロナ感染のみならず

HPE-IAM で捕捉した多様な超硫黄代謝物を LC-MS/MS

様々な疾病のバイオマーカーや日常的な健康管理などで解析することで高精度超硫黄オミックスを構築した。

に資する先進医療の確立に貢献することが期待された。

さらに，新型コロナウイルス感染患者から得られた呼（16）活性硫黄分子種を検出する蛍光プローブの開発とその応用
花岡健二郎（慶應義塾大学大学院薬学研究科）
これまでに我々は，H2S に応答し，還元型グルタチオとの反応部位として Cu2+錯体部位を有するフルオレセ

ンに応答しない H2S 選択的な蛍光プローブとして，H2S

イン誘導体（HSip-1）を開発した（J. Am. Chem. Soc.,

311

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第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告2011）。この HSip-1 を用いて，活性硫黄分子種の産生

ブ （ SSip-1 ） の 開 発 に 成 功 し た （ Chem. Commun..,

酵素の阻害剤探索を目指した阻害剤スクリーニングを2017）。さらに，細胞膜透過性を持つ SSip-1 DA をデザ行った。現在までにこの阻害剤スクリーニングによっ

イン・合成し，培養細胞での蛍光イメージングへと応て ， cystathionine γ-lyase (CSE) と 3-mercaptopyruvate

用した結果，SSip-1 は生細胞内においても可逆的にsulfurtransferase (3MST) の選択的阻害剤の開発に成功しsulfane sulfur に応答し，細胞内の sulfane sulfur の濃度変た。また，sulfane sulfur の他の硫黄原子と可逆的に結合動を可視化することに成功した。このように，これまする性質と，キサンテン系蛍光色素のスピロ環化平衡

でに開発している各種活性硫黄種を検出する蛍光プロに着目し，可逆的に sulfane sulfur を検出する蛍光プロー

ーブ及び，それらの応用について発表した。

（17）紅色細菌における硫化水素・超硫黄分子の検知機構
清水隆之（東京大学大学院総合文化研究科）
最近，我々は紅色細菌から新規超硫黄分子センサーにくいことがわかった。実際に，SQR 欠損株では，タンパク質 SqrR を同定し，SqrR が超硫黄分子の一種でSqrR を介した硫化水素応答遺伝子の発現が安定的に誘あるグルタチオンパースルフィド（GSSH）によって in

導できなくなった。この表現型は，GSSH ではなくシス

vitro でテトラスルフィド結合を形成することで活性をテインパースルフィド（CysSSH）によって回復した。

変化させることを明らかにした。しかし，細胞内で安また，GSSH と CysSSH に対する SqrR の親和性を測定し定的に SqrR をパースルフィド修飾する超硫黄分子とそたところ，CysSSH への親和性が有意に高いことがわかの代謝系はわかっていなかった。

った。さらに，SqrR によって制御を受けるプロモータ

これを明らかにするために，野生株と硫化水素酸化

ーの活性は，GSSH 処理よりも CysSSH 処理によって有酵素 SQR の欠損株について，硫化水素添加後の細胞内意に上昇した。以上の結果から，SQR によって合成さ超硫黄分子の定量解析をおこなったところ，SQR 欠損

れた CysSSH が SqrR の制御に関わる主要な RSS である

株では，野生株と比較して，超硫黄分子量が維持されことが示唆された。

（18）硫化水素応答性転写因子 SqrR/BigR/YgaV の大腸菌における機能
Rajalakshmi（東京工業大学生命理工学院）
我々が先に硫化水素を電子源に光合成を行う紅色細である。今回，SqrR/BigR の非硫黄細菌における機能と菌から同定した硫化水素応答性転写因子 SqrR は，グルシグナル認識機構多様化の分子基盤を調べる目的で，タチオンパースルフィド等の超硫黄分子によって分子大腸菌の SqrR/BigR ホモログ YgaV の解析を進めた。精

内テトラスルフィド結合を形成することで転写を調節製した YgaV は，硫化ナトリウム添加（硫化水素イオンする。一方，植物に感染する Xylella の SqrR のホモログと平衡状態になる）により，DNA 結合能を低下させ，である BigR は，植物が抗菌物質として放出する硫化水

おそらく分子内ジスルフィド結合を形成するメカニズ

素に依存して分子内ジスルフィド結合を形成し，感染ムで転写の調節を行うと考えられた。RNA seq 解析から，時に必要な遺伝子の転写を制御すると報告されている

YgaV は嫌気呼吸関連遺伝子の転写を制御することがわことから，SqrR/BigR ホモログの機能的に保存されたシかった。以上より，YgaV は腸内の硫化水素濃度依存的

ステインの反応性は，各細菌における硫化水素の利用に転写をコントロールすることで，嫌気条件で駆動す形態とその際の実効濃度に応じて進化の過程で最適化

る電子伝達系を最適化していると考えられた。

されてきたと推察される。しかしその分子基盤は不明

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（19）Effect of supersulfides on the aging of yeast
Naim Hassan（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）
We revealed a breakthrough that the enzyme cysteinyl-

chronological aging, compared with wild-type. In addition,tRNA synthetase (CARS) catalyzes a pyridoxal phosphate

Na2S2, a supersulfide donor, rescued a decrease of(PLP)-dependent biosynthesis of CysSSH from L-cysteine. In

chronological aging. Thus, CysSSH produced by CARS may

vitro and in vivo analysis also indicated that CysSSH

play significant role in regulating longevity of the yeast.

production by CARS is highly conserved among all organisms

Besides, we also found that HMT2, a homolog of sulfide

we tested. Therefore, we attempted to evaluate the function ofquinone reductase (SQR), is responsible for aging in yeast

CysSSH using yeast Saccharomyces cerevisiae.

A yeastSchizosaccharomyces pombe. Therefore, we conclude thatCARS mutant of PLP-binding site was constructed, and it

supersulfide and SQR-dependent-longevity regulation may

showed decreased production of supersulfides including

promote further understanding of aging in various organisms

CysSSH.

including human.

Moreover, this mutant dramatically reduces（20）光合成制御にかかわる藍藻 SQR の解析
小林歩夢（東北大学大学院工学研究科）【背景と目的】行った。その結果，Δsqr では細胞内のグルタチオンパー

酸 素 非 発 生 型 光 合 成 を 行 う 緑 色 硫 黄 細 菌 は ，SQR

スルフィド（GSSH）が減少傾向にあり，チオ硫酸が有(sulfide quinone reductase) を用いて，硫黄を電子源として意に減少していた。さらに硫化水素ストレスへの感受利用することで光合成電子伝達を駆動している。しか性が著しく増加した。最後に，藍藻 SQR の生理学的役

し緑色硫黄細菌から進化し，酸素発生型光合成を行う

割を解析するために WT と Δsqr の生育試験を行った。

藍藻において SQR の生理学的役割は未解明となっていその結果，寒天培地上で生育した場合，Δsqr は生育が遅る。本研究では，藍藻のモデル生物である Synechocystis

延し，チオ硫酸を添加することで生育の遅延が相補さ

sp. PCC6803 においてこれまで機能未知であった SQR にれた。これらの結果から，藍藻の SQR は硫化水素を酸着目し，光合成制御機構への寄与を解析した。

化することで，チオ硫酸や GSSH などのサルフェン硫黄【結果と考察】としてストックしていることが示唆された。またこれ

藍藻 SQR の酵素活性を解析するために野生株(WT)とにより，藍藻は寒天培地上のような大気レベルの酸素

sqr 欠損株（Δsqr）について細胞内硫黄分子種の定量を濃度での生育が可能となることが示唆された。

（21）プラズマ照射による硫黄代謝物の生成とその生理学的意義の解明
田中智弘（自然科学研究機構新分野創成センター）
ニズムは不明であった。

プラズマ照射は，さまざまな活性種を生み出すだけ
でなく，出発物質の分子構造も原子レベルで改変しう

我々は，加湿したヘリウムガスを用いた非平衡大気る。近年，低温プラズマ照射による特異な化学反応が圧プラズマをシステイン（Cys-SH）溶液に照射すると，生命活動に及ぼす影響（殺菌・滅菌効果や創傷治癒，システインパースルフィド（Cys-SSH）やチオ硫酸イオ

抗腫瘍効果など）に注目が集まっているが，そのメカンなどの硫黄代謝中間体が生成されることを見出した。

313

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

そこで，低酸素下で培養したラット新生児由来の初代の蓄積が有意に抑制され，細胞内 RSS 異化が有意に抑培養心筋にプラズマ照射したシステイン溶液（Cys*）

制された。
以上から，さまざまな硫黄代謝中間体を含む Cys*は，を添加し，ミトコンドリア機能や虚血耐性，硫黄代謝への影響を評価した。その結果，Cys*を含む培地でのO2 が欠乏した際に起こる細胞内の RSS 異化を負に制御

培養により，低酸素環境（1 % O2）で見られるミトコン

し，ミトコンドリアにおけるエネルギー代謝を維持す

ドリア機能の低下や，再酸素化による細胞死を有意にることによって，心筋保護効果を発揮することが示唆抑制した。さらに，低酸素下で起こる硫化物（sulfide）

された。

（22）造血幹細胞における超硫黄分子の役割
村上昌平（東北大学加齢医学研究所遺伝子発現制御分野）
超硫黄分子（スーパースルフィド）は硫黄原子が直また，CARS2AINK マウスの骨髄細胞ではアポトーシス

鎖状に連なった反応性の高い構造を持ち，求電子反応が亢進し，赤芽球細胞が消失，造血幹細胞の幹細胞性および求核反応の両者において高い反応性を示す。

が失われることがわかった。ミトコンドリアの活性酸

我々は，これまでにミトコンドリアに局在する CARS2

素種を調べると，CARS2AINK マウスの造血幹・前駆細がシステイン（CysSH）をシステインパースルフィド

胞では活性酸素種が増加していた。造血幹細胞の幹細（CysSSH）に変換することを発見した。そこで本研究

胞維持には，ミトコンドリアが膜電位を維持したまま，では，生体内における超硫黄分子の生理学的機能を明

活性酸素種を産生させないことが重要であることから，

らかにするために，誘導的に CysSSH 合成活性を失った

造血幹細胞における超硫黄分子は膜電位形成の際にリCARS2 変異体（CARS2AINK）のみを発現するマウスをークする電子を受け取ることで活性酸素種の発生を抑作成した。その結果，CARS2AINK マウスは顕著な貧血

制し，さらにその電子を電子伝達系に戻すことで，効を示し，2 週間程度で全例が死亡することがわかった。

率的な膜電位形成を可能にしていると考えられた。

（23）T 細胞受容体 (TCR)/CD3 複合体を標的とした超硫黄分子による免疫応答制御
守田匡伸（東北大学大学院医学系研究科環境医学分野）【背景】硫黄原子が連結した構造を持つ超硫黄分子

ダニ抗原喘息モデル処理を行うと 2 型炎症反応の増悪がは，そのユニークな酸化還元特性に基づいて様々な生認められた。これらの免疫応答促進は内因性の超硫黄理機能を発揮する。我々は超硫黄分子の主要産生酵素

分子として豊富な GSSSG の添加により抑制され，さらとしてアミノアシル tRNA 酵素の一つである cysteinyl-にドッキングシミュレーションの結果から GSSSG がtRNA synthetase（CARS）を同定し，ゲノム編集マウス

CD3ε 鎖の CXXC モチーフと相互作用していることが予の作製・解析を通して，ミトコンドリアの CARS2 が産測された。

生する超硫黄分子が生体の硫黄代謝およびエネルギー【考察】これらの結果から，GSSSG は TCR/CD3 複合

代謝に深く関与していることを明らかにしてきた。TCR

体の特異的なリガンドとして TCR シグナルを負に制御

シグナル活性化に伴って，CARS2 の発現低下および超することで免疫応答制御を調節していることが示唆さ硫黄分子の減少が観察されたことから超硫黄分子が免れ，免疫応答破綻に起因する自己免疫疾患などの病態

疫機能の制御に寄与していることが示唆されている。

に対して，超硫黄分子を骨格とした創薬開発の可能性【 結 果 】 CARS2 ヘ テ ロ 欠 損 マ ウ ス で は ナ イ ー ブを見出した。

CD4+T 細胞において TCR シグナルの活性化が促進され，

314

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第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（24）Glutathione efflux serve as a proximal upstream event for activation of the NLRP3 Inflammasome
Tianli Zhang（熊本大学大学院生命科学研究部微生物学講座）
NLRP3 inflammasome involves in host immune and

ATP induced GSH efflux. Moreover, exogenous addition of

inflammatory responses via maturation of precursor forms ofP2X7 receptor antagonist, GSH or oxidized form of GSH

interleukin (IL)-1β and IL-18 into active proinflammatory(GSSG) attenuated this efflux. More importantly, activation ofcytokines and initiation of pyroptosis. This study was

the NLRP3 inflammasome both in vitro and in vivo wereconducted to clarify the impact of cellular glutathione (GSH)strongly inhibited by adding GSH or GSSG extracellularly.

towards NLRP3 inflammasome activation. We found that ATP,

These data suggest that GSH efflux triggers NLRP3

but not other NLRP3 inflammasome activators, induces rapid

inflammasome activation, and hence constitute a potential

GSH decline in macrophages, which led to generation oftherapeutic strategy for NLRP3 inflammasome-associatedcellular reactive oxygen species. Simultaneously, comparable

inflammatory disorders.

level of GSH was detected in culture supernatants, suggesting（25）超硫黄分子による炎症抑制作用澤智裕（熊本大学大学院生命科学研究部微生物学講座）

炎症は，体内に侵入した病原体や異物，死細胞を除反応にどのように影響するかはわかっていなかった。

去して生体の恒常性を維持する重要な反応である。一

われわれは，細胞内の超硫黄分子量を増加させること

方，過剰な炎症反応や遷延性に続く慢性炎症は，組織ができる超硫黄ドナーを独自に開発し，それを用いたの障害を介して病気の進展にも関わる。生体内には炎炎症反応に対する超硫黄分子の作用を解析した。その症を負に制御する仕組みがあり，それを活用すること

結果，細胞内の超硫黄量が増加すると，自然炎症の重で抗炎症を通じた病気の予防や治療が期待できる。含

要な担い手である Toll 様受容体シグナルが，大きく抑制

硫アミノ酸であるシステイン生合成に関わる酵素，

されることがわかった（Cell Chem Biol 2019）。また，

cystathionien γ-lyase (CSE) に抗炎症作用が報告された。

Toll 様受容体から刺激を受けた Nod 様受容体の活性化，その機構として，CSE により産生する硫化水素が想定さ

つまり NLR インフラマソーム応答も，超硫黄分子によれていた。生体内には，システインのチオール基にイって強力に抑制された（データ未発表）。以上のこと

オウ原子が長く連結した超硫黄分子が豊富に存在してから，超硫黄分子は炎症反応の負の制御に重要な役割いることが明らかになってきたが，超硫黄分子が炎症を担っていることが示唆された。

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

9．2021 年度生理研心血管研究会 ―比較統合生理学的観点からの循環生理の解析－
2022 年 11 月 18 日－11 月 19 日
代表・世話人：山田充彦（信州大学医学部）
所内対応者：西田基宏（生理学研究所 心循環シグナル研究部門）（１）脊椎動物の心臓形態進化における転写因子の機能
小柴和子（東洋大学 生命科学部）（２）光干渉断層撮影装置（OCT）を活用した蝸牛内 in vivo 細胞のナノ振動解明
任 書晃（岐阜大学大学院 医学系研究科）（３）hERG チャネルの不活性化機構と薬物相互作用
古谷和春（徳島文理大学 薬学部，カリフォルニア大学 デービス校）（４）超硫黄分子による心臓頑健性制御
西村明幸（生理学研究所 心循環シグナル研究部門）（５）BITC induces mitochondrial fission and cardiomyocyte proliferation
坂口あかね（理化学研究所 BDR）
（６）ヒト人工多能性幹細胞由来心筋細胞の 2 次元細胞シートの電気機械的特性
中瀬古（泉）寛子（東邦大学 医学部）
（７）胎生期の心臓形態形成時に起こる内皮造血の分子制御機構の解明
劉孟佳（東京慈恵会医科大学 医学部）

（８）ドキソルビシンが心臓線維芽細胞へ与える影響と心臓障害の新たなメカニズム
根本寛子（横浜市立大学大学院 医学研究科）（９）ヒト iPS 細胞由来分化細胞を用いた SARS-CoV-2 感染モデルの開発
諫田泰成（国立医薬品食品衛生研究所 薬理部）
（10）心房特異的 Pitx2c 過剰発現は洞結節の機能を低下させ，カルシウム調節異常により上室不整脈を増加させる
馬場俊輔（東京慈恵会医科大学 医学部）
2+（11）洞房結節自動能における細胞内 Ca の関与：動物種による違い
行方衣由紀（東邦大学 薬学部）
（12）虚血性急性腎障害における遠位尿細管 NCX1 の病態生理学的重要性
根本隆行（福岡大学 医学部）
（13）Physiological role of gp130 in postnatal proliferation of cardiomyocytes and functional development of heart
川岸裕幸（信州大学 先鋭領域融合研究群バイオメディカル研究所）（14）一酸化窒素 NO は S-ニトロシル化シグナルを介して心筋 Na+チャネルを抑制する
小野克重（大分大学 医学部）
（15）細胞融合がひきおこす骨格筋分化の遺伝子制御
冨田太一郎（東邦大学 医学部）
（16）ヒト肺高血圧肺組織におけるテロメア長およびテロメア関連蛋白質の解析
倉原琳（香川大学 医学部）

（17）比較トランスクリプトームと幹細胞モデルから見る心筋細胞の成熟制御機構
魚崎英毅（自治医科大学 分子病態治療研究センター）（18）Sulfide catabolism ameliorates hypoxic brain injury316

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

史（Harvard Medical School; Massachusetts General Hospital）

市瀬（19）シンポジウム「心血管系の環境適応システム －胎児期から成体まで－」のイントロダクション
西谷友重（和歌山県立医科大学 医学部）（20）組織分化におけるミトコンドリアダイナミクスの重要性
石原孝也（大阪大学大学院 理学研究科）（21）胎児期における大血管の分化メカニズム
横山詩子（東京医科大学 医学部）
（22）心血管に見られる性差とその形成機構
黒川洵子（静岡県立大学 薬学部）
（23）Rap1 低分子量 G タンパク質は血管透過性を制御することにより生体恒常性を維持する
福原茂朋（日本医科大 先端研）
（24）シンポジウム「臓器連関から紐解く新たな循環生理」のイントロダクション
久場敬司（秋田大学大学院 医学系研究科）（25）神経・免疫系を介した多臓器連携による循環制御機構
藤生克仁（東京大学 医学系研究科）（26）臓器連関をデータとモデルから読み解く島村徹平（名古屋大学大学院 医学系研究科）（27）感覚免疫学
丸山健太（自然科学研究機構 生理学研究所）（28）臓器連関による糖・エネルギー代謝調節機構の解明
山田哲也（東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科）（29）カテコラミン誘発性肺静脈自動能における Ca2+ 刺激性アデニル酸シクラーゼの関与
岡本洋介（秋田大学大学院 医学系研究科）（30）胎児マウス冠血管に見られる形態機能的性差
長沢思音（静岡県立大学 薬学部）
（31）KD025 の肺動脈平滑筋細胞増殖抑制作用と病態改善効果
山村彩（愛知医科大学 医学部）

（32）血管平滑筋のカベオラ局在型 Cav1.2/CaMKK2/CaMK1a 複合体は興奮転写連関を介した血管リモデリン
グに関与する鈴木良明（名古屋市立大学大学院 薬学研究科）
2+（33）肺動脈平滑筋細胞における SKF96365 の Ca 感受性受容体の活性化作用
宮木理子（名古屋市立大学 薬学部）
（34）脳血管障害性認知症に対する Mizagliflozin の効果
石田菜々絵（岩手医科大学 薬学部）
【参加者名】
山田充彦（信州大学医学部），西田基宏（自然科学薬学府），酒田康介（九州大学大学院薬学府），古本研究機構生理学研究所（生命創成探究センター）），裕香（九州大学薬学部），西山和宏（九州大学薬学平野勝也（香川大学医学部），加藤百合（九州大学大部），谷口雄哉（九州大学薬学部），Tang Xiao Kang

学院薬学研究院），田中智弘（自然科学研究機構・新（総統研究大学院大学生理学研究所），大久保礼真

分野創成センター），村上慎吾（中央大学理工学部電（九州大学院薬学府），下田

気電子情報通信工学科），友清大樹（九州大学大学院

学生命科学研究科），長田千尋（静岡県立大学薬学

317

翔（総合研究大学院大生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告部），津元国親（金沢医科大学医学部），坂本多穗

学部），安藤駿佑（名古屋市立大学薬学部），小松知（静岡県立大学薬学部），鷹野誠（久留米大学医学広（福岡大学医学部），佐藤元彦（愛知医科大学医学

沙由稀（東京医科大学医学研究科），坂井部），喜多紗斗美（徳島文理大学薬学部），川出有希部），岡花菜（九州大学薬学府），南沢子（名古屋市立大学薬学研究科），陳享（東京慈恵会医科以珊（和歌山大学），浅井こなつ（九州大学大学院薬学府），杉本

県立医科大学医学部），安田純平（和歌山県立医科大真菜（静岡県立大学薬学部），野間口

学医学部），藤森一樹（九州大学大学院薬学研究院），

財（静岡県立大学薬学部），稲田理毅（静岡県立大学薬），五十嵐西村明幸（生理学研究所），坂口あかね（理化学研究

弦（静岡県立大学薬学部），加地憲武（静岡県立大学

所 BDR），中瀬古（泉）寛子（東邦大学医学部），劉薬学部），山川稚葉（九州大学大学院薬学府），水野孟佳（東京慈恵会医科大学），根本寛子（横浜市立大

颯人（九州大学大学院薬学府），山口賢彦（静岡県立学大学院医学研究科），諫田泰成（国立医薬品食品衛大学薬学部），木村生研究所），馬場俊輔（東京慈恵会医科大学小児科学

航（理化学研究所生命機能科学

研究センター），河野佑輔（九州大学大学院薬学府），

講座），行方衣由紀（東邦大学薬学部），根本隆行

天野

亮太（九州

（福岡大学医学部），川岸裕幸（信州大学先鋭領域融大学大学院薬学府），藤井純平（九州大学薬学府），合研究群バイオメディカル研究所），小野克重（大分小谷さゆみ（九州大学薬学部），松田和（九州大学

大学医学部），冨田太一郎（東邦大学医学部），倉原

大学院薬学府），赤羽悟美（東邦大学医学部），黒瀬琳（香川大学医学部），魚崎英毅（自治医科大学分子等（九州大学大学院薬学研究院），忻

雨夫（九州大病態治療研究センター），岡本洋介（秋田大学大学院学薬学府），末藤大智（九州大学薬学府），黒川竜紀

医学系研究科），長沢思音（静岡県立大学薬学部），（大分大学医学部），鄭山村

晃（立命館大学生命科学部），森思拓（九州大学），谷本昌

彩（愛知医科大学医学部），鈴木良明（名古屋

志（基礎生物学研究所），尾高椋介（東邦大学薬学

市立大学大学院薬学研究科），宮木理子（名古屋市立部），澤井優輝（名古屋市立大学大学院薬学研究科），

大学薬学部），石田菜々絵（岩手医科大学薬学部），

片山大樹（名古屋市立大学大学院薬学研究科），藤原

小柴和子（東洋大学生命科学部），任萌園（名古屋市立大学大学院薬学研究科），松本和幸

学医学部），古谷和春（徳島文理大学薬学部），市瀬（名古屋市立大学薬），天野泰樹（名古屋市立大学薬史 （ Massachusetts General Hospital ， Harvard Medical

学部），大島大輔（東邦大学医学部），三上義礼（東School Anesthesia，Critical Careand Pain Medicine），西谷邦大学医学部），加藤優子（東京医科大学医学部），（中村）友重（和歌山県立医科大学医学部），石原孝

谷藤章太（東京医科大学），稲垣奏（名古屋市立大也（大阪大学大学院理学研究科生物科学専攻），横山

学大学院薬学研究科），高橋梨紗（東京医科大学），

詩子（東京医科大学医学部），黒川洵子（静岡県立大

山村寿男（名古屋市立大学大学院薬学研究科），野口

学薬学部），福原茂朋（日本医科大学先端医学研究

貴史（東京医科大学），倉田朋（名古屋市立大学薬所），久場敬司（秋田大学大学院医学系研究科），藤学部），徳山剛士（自治医科大学医学部），田代倫子

生克仁（東京大学医学系研究科），島村徹平（名古屋（東京医科大学医学部），中村隆（東京医科大学），

大学大学院医学系研究科），丸山健太（自然科学研究安済達也（自治医科大学分子病態治療研究センター），

機構生理学研究所），山田哲也（東京医科歯科大学大冨田拓郎（信州大学医学部），瀬谷大貴（東京慈恵会

学院医歯学総合研究科），倉智嘉久（大阪大学国際医

医科大学医学部），弘瀬雅教（岩手医科大学薬学部），

工情報センター），向井正哉（静岡県立大学薬学部），

小川璃子（名古屋市立大学），川田成紀（名古屋市立

須藤優香（静岡県立大学薬学部），服部希海（静岡県

大学大学院薬学研究科），篠田康晴（東北大学大学院

立大学薬学部），岩鶴

薬学研究科），岩本隆宏（福岡大学医学部），喜多

藤井萌功（静岡県立大学薬学部），若林聖士（静岡県

知（福岡大学医学部），田頭秀章（福岡大学医学部），

立大学薬学部），石川義弘（横浜市立大学）

城戸百香（九州大学薬学府），粂慎一郎（大分大学医318

書晃（岐阜大果奈（静岡県立大学薬学部），

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

【概要】
心血管系の主たる役割は，末梢臓器に必要十分な酸を繰り返し，その後は各年齢での運動・摂食・睡眠に素を分配することである。恒温動物は変温動物より全応じて自在に循環機能調節を行い 100 年近くも生存する。

身代謝が活発であり，多くの心拍出量を必要とする。

本研究会では，このような心血管系の生理病理の背景

そのため恒温動物は心拍数を速め，ヒス・プルキンエにある多層階メカニズムを比較統合生理学的観点から線維による速い心室内興奮伝導を獲得した。また心拍検討し，さらなる循環生理学の発展に貢献することを数増加に必然的に伴う収縮・拡張期短縮を補うために，目的とする。具体的には本年度は，オンライン開催で

T 管と筋小胞体を備えた心筋細胞が重層緻密化して強い

124 名が参加し，上記テーマに関する特別講演 2 演題，

収縮力を生み出す心室壁の獲得し，この厚い壁に十分

異分野講演 1 演題，次世代講演 1 演題，シンポジウム 2

な酸素を分配するための冠血管を生み出した。さらにつ（各４演題），一般演題 14 演題，ポスター演題 6 演

心拍出量増加に伴う血圧上昇に耐える堅牢な動脈も獲題を実施，参加者との間で熱の入った有意義な討論を得した。ヒトは胎生期から離乳期までにこの系統発生行った。

（1）脊椎動物の心臓形態進化における転写因子の機能
小柴和子（東洋大学 生命科学部 応用生物科学科）
脊椎動物は進化の過程で心房と心室に中隔を獲得し，て解析を行った。解剖学的な解析から，ハイギョには陸上生活に適した血液循環を可能とする心臓を形成し心房の尾側半分に中隔が存在することが分かり，さらていった。しかし，脊椎動物がどのように中隔を獲得にハイギョを含む心房中隔を有する動物では Pitx2 が左していったのかそのメカニズムは未だ不明である。

心房に局在していることを見出した。Pitx2 が左心房に

我々はこれまでの研究から，心臓転写因子 Tbx5 が心室局在する意味を明らかにするために，Pitx2 を心臓全体

中隔を有する動物において左心室に局在すること，まに発現するマウスを作出したところ，Pitx2 異所性発現

た，心臓全体に Tbx5 を発現させると心室中隔が形成さマウスでは心房中隔形成の異常とともに，房室管や洞れなくなることを見出し，Tbx5 の極性をもった発現が房結節の異常が認められ，胎生致死となった。RNA-seq

心室中隔形成に重要であることを明らかにした。そこで遺伝子発現変化を調べると Pitx2 異所性発現マウスでで，心房中隔形成においても極性をもって発現する因はヒアルロン酸合成酵素をコードする Has2 の発現が異子が関与しているのではないかと考え，心房中隔獲得

常に亢進していることが分かった。

において進化的に重要な位置にあるハイギョに着目し（2）光干渉断層撮影装置（OCT）を活用した蝸牛内 in vivo 細胞のナノ振動解明
任

書晃（岐阜大学大学院 医学系研究科 生命原理学講座 生理学分野）

生体のイメージング技術として，近年超ミクロスコ

Tomography: OCT）を基盤とした。研究対象は，力学的ピックな機器の発展が目覚ましいが，未だ in vivo 細胞をな振動が感覚機能の根幹をなす聴覚の末梢器官「内耳計測対象とすることは多くない。我々は，組織におけ蝸牛」とした。内耳蝸牛では，音によって感覚上皮帯る細胞の力学的な相互作用に着目し，これを in vivo で観がナノスケールで振動することで，機械刺激が電気信測するため，工学と医学生物学を活用した新たな光学号へと変換される。上皮帯は，様々な種類の細胞や構計測装置を開発した。装置は，眼科などで臨床応用が造物により構成されるが，様々な力学特性を持つ上皮

進められている光干渉断層撮影法（Optical Coherence

帯細胞群がいかに相互作用して，組織の特徴的な振動319

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告を成立させているかは謎であった。我々は，市販の細胞レベルの断層撮影とナノレベルの動態計測が実行

OCT 装置を改造し，広い周波数スペクトルと高出力をできる装置の特徴を今後活かせば，生動物内のメゾス特徴とする特殊光源を導入することで，高い空間分解

コピック領域（細胞〜組織）における in vivo ライブイメ

能を実現し，蝸牛の in vivo 細胞の可視化とナノ振動の計

ージング装置として，様々な器官・組織でも活用でき測を行った。非接触・非侵襲の計測法でありながら，ることが期待された。

（3）hERG チャネルの不活性化機構と薬物相互作用
古谷和春（徳島文理大学 薬学部 薬理学，カリフォルニア大学 デービス校 生理学）
Jan Maly，Igor Vorobyov，Vladimir Yarov-Yarovoy（カリフォルニア大学 デービス校 生理学）
hERG チャネルは，心室筋細胞の活動電位後再分極にを予測した。その結果，開口状態の hERG チャネルの重要な IKr を担う電位依存性カリウムチャネルである。

S5P turret helix の構造には柔軟性があり，複数の構造を

hERG チャネルは，脱分極による活性化（開口）後，急とった。その領域における構造変化は，hERG チャネル

速に不活性化される。この hERG チャネルの不活性化機の選択性フィルターの構造変化を伴った。この一連の構は，いわゆるカリウムチャネルの C 型不活性化機構で構造変化は，イオン透過を制御し，不活性化ゲート機あると考えられているが，その機構は十分明らかとな構の構造基盤である可能性ある。さらに，構造変化はっていない。また，多くの hERG チャネル遮断薬は活性ポア領域にまで及んでいた。不活性化と考えられる構化状態より不活性化状態の hERG チャネルに高い親和性

造変化により，S6 ヘリックスが回転し，薬物の結合部をもつと考えられているが，その理由も明らかとなっとして知られる Y652 および F656 が中心腔のより中心側ていない。我々は，hERG チャネルの 3 次元構造モデルに向きを変えていた。ドッキングシミュレーションにを作成し，MD シミュレーションを行うことによって，より，このポア領域の構造変化は薬物との相互作用に開口状態の構造的安定性と，開口状態からの構造変化影響すると考えられた。

（4）超硫黄分子による心臓頑健性制御
西村明幸，下田翔，田中智弘（生理学研究所 心循環シグナル研究部門）
西山和宏，加藤百合（九州大学 薬学研究院）

西田基宏（生理学研究所 心循環シグナル研究部門，九州大学 薬学研究院）
エネルギー代謝や膜電位形成など生命現象の根源を虚血ストレス抵抗性における超硫黄分子の役割を解析

支えるレドックス反応はこれまで酸素を中心に解析さした。I/R 後の左心室虚血領域において，超硫黄分子がれてきた。近年，硫黄代謝物の定量解析技術が開発さ著しく減弱していた。I/R 後の心臓では CARS2 の発現量れたことを端緒に，生体内に硫黄原子が複数連なったが減少しており，CARS2 発現低下の大きさに比例して超硫黄分子と呼ばれる化学反応性の高い硫黄代謝物がI/R 後の心機能も大きく低下していた。再灌流前に，虚豊富に存在し，それらが酸素に匹敵する普遍的で重要血領域に Na2S4（3 nmol）を投与することで，I/R 後の心な生命素子であることが示されつつある。当部門では，不全が有意に改善した。さらに，CARS2 欠損マウスで心筋ミトコンドリアのホメオスタシスを軸に超硫黄分

は，I/R 後の心機能が著しく悪化していた。以上の結果

子と心臓頑健性との関連を研究してきた。今回，超硫から，超硫黄分子が心筋の虚血再灌流障害に対して保黄産生酵素の 1 つである CARS2 の遺伝子欠損マウスと護的に作用することが示唆された。

虚血再灌流（I/R）モデルを掛け合わせることで心筋の320

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（5）BITC induces mitochondrial fission and cardiomyocyte proliferation
Akane Sakaguchi，Miwa Kawasaki（Laboratory for Heart Regeneration, RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research）
Kozue Murata（Clinical Translational Research Program, RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research; Institutefor Advancement of Clinical and Translational Science, Kyoto University Hospital）
Hidetoshi Masumoto（Clinical Translational Research Program, RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research;
Department of Cardiovascular Surgery, Graduate School of Medicine, Kyoto University）
Wataru Kimura（Laboratory for Heart Regeneration, RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research）
Adult mammalian heart cannot regenerate myocardial injury

in a dose-specific manner, (2) the targets of BITC for the cellbecause the cardiomyocytes lost the ability to proliferate until

proliferation are the activation of CDK pathway and theearly neonatal stage. To induce myocardial proliferation in thephosphorylation of Drp1, and (3) the juvenile heart canadult heart, we focused on a small chemical compound benzyl

regenerate the myocardial infarction by BITC treatment evenisothiocyanate (BITC), which is known to regulate cell cycle inafter the regenerative period. Based on these results, I would likecertain types of tissues such as urinary bladder. We found thatto discuss the effect and potential therapeutic strategy of BITC

(1) BITC administration enhances cardiomyocyte proliferation

administration for the regeneration of the ischemic heart disease.

（6）ヒト人工多能性幹細胞由来心筋細胞の 2 次元細胞シートの電気機械的特性
中瀬古（泉）寛子（東邦大学 医学部 薬理学講座），佐塚文乃（国立医薬品食品衛生研究所 薬理部）
後藤愛，神林隆一（東邦大学 医学部 薬理学講座），松本明郎（東邦大学 医学部 加齢薬理学講座）
武井義則（東邦大学 医学部 薬理学講座），諫田泰成（国立医薬品食品衛生研究所 薬理部）
内藤篤彦（東邦大学 医学部 生理学講座 細胞生理学分野）
杉山篤（東邦大学 医学部 薬理学講座，加齢薬理学講座）

ヒト人工多能性幹細胞由来心筋細胞の単純 2 次元細胞

激を自発収縮時の弛緩開始領域付近で行い，ヒト iPS 心

シート（ヒト iPS 心筋シート）で，ヒト生体心臓で観察

筋シート上の電気的興奮と収縮弛緩運動の方向およびされるような正の収縮力－頻度の関係を引き出すため順序を最適化すると，ヒト iPS 心筋シートは「正の収縮の条件を探索するため，電気ペーシングによる運動方

速度-頻度関係」および「頻度依存性の弛緩速度の増強」

向の調節や酸素供給によりヒト iPS 心筋シートの電気機を示した。また弛緩運動は二相より構成され，早い弛

械的特性が改善されるという仮説を検証した。ヒト iPS

緩相のピーク時間が酸素濃度の増加や β アドレナリン作

心筋シートの細胞外電位と運動ベクトルを同時に観察

動性刺激によりさらに早くなることから，筋小胞体することで，電気的興奮と収縮運動の空間的および時

Ca2+-ATPase である Serca2a の活性を反映すると示唆され間的連関を評価した。自発収縮時は，細胞シート上をた。以上よりヒト iPS 心筋シートは電気刺激によりヒト

最早期興奮部位から電気的興奮が一方向に伝播したが，生体心に類似する収縮特性を示し，早い弛緩相は能動

収縮波は複数の部位から始まり融合し，弛緩波はヒト

的弛緩能を反映する指標となりうると考えられた。

iPS 心筋シートの中央付近から始まった。そこで電気刺321

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（7）胎生期の心臓形態形成時に起こる内皮造血の分子制御機構の解明
劉 孟佳（東京慈恵会医科大学 細胞生理学講座，カリフォルニア大学 ロサンゼルス校 分子･細胞･発生生物学）
川平直史（カリフォルニア大学 ロサンゼルス校 分子･細胞･発生生物学）
中島康弘（京都大学 医学部 循環器内科）
中野治子（カリフォルニア大学 ロサンゼルス校 分子･細胞･発生生物学）
南沢

享，（東京慈恵会医科大学 細胞生理学講座），中野敦（東京慈恵会医科大学 細胞生理学講座，

カリフォルニア大学 ロサンゼルス校 分子･細胞･発生生物学，循環器内科）
胎生期心臓の心内膜は造血能を持ち，組織リモデリ（EHT）に関与するクラスターが Nkx2-5 KO で消失してングに重要なマクロファージ産生の部位となることをいた。この結果から，Nkx2-5 の下流で Notch シグナルが

我々は明らかにしてきた。Nkx2-5 転写因子が胎生期のEndMT と EHT に重要であると考えた。In vivo で検証す心内膜床部分の内皮細胞に発現し，局所造血に必須でるため Nkx2-5 特異的に Notch intracellular domain (NICD)

あるが，その詳細な分子メカニズムは未解明である。

を過剰発現させたところ，心臓での造血が劇的に増加

本研究では，Nkx2-5 依存的な心内膜造血の制御機構をした。さらに，Nkx2-5 KO で NICD を過剰発現させたと探るため，Nkx2-5 ノックアウト（KO）マウス胎仔（胎ころ，EndMT と EHT の表現型がレスキューされた。以生 9。5 日）の心臓を用いた single-cell RNA sequence

上から，Nkx2-5/Notch シグナルが哺乳類胎生期の心内膜(scRNA-seq) データを解析した。野生型に比べて心内膜

床リモデリングおよび心内膜造血を制御していること

で Notch シグナルパスウェイが有意に減少（GO 解析）が示された。

しており，内皮間葉転換（EndMT）と内皮造血転換（8）ドキソルビシンが心臓線維芽細胞へ与える影響と心臓障害の新たなメカニズム
根本寛子 1,2，梅村将就 1，中鍛治里奈 1,3，永迫

茜 1，長尾景充 1，日高祐子 1

Md Rafikul Islam1，石川聡一郎 1,3，水野雄斗 1，鈴木文菜 1，鈴木伸一 2，石川義弘 1（1 横浜市立大学大学院 医学研究科 循環制御医学
2 横浜市立大学大学院
3

医学研究科 外科治療学

横浜市立大学大学院 医学研究科 顎顔面口腔機能制御学【背景】ドキソルビシン（DOX）投与後の不可逆的い，両群を比較した。さらに DOX 刺激下で SOCE 阻害

な心不全に，カルシウム（Ca2+）シグナルの関与が報告

薬の YM-58483 により細胞外からの Ca2+ 流入を阻害しされている。ストア作動性 Ca2+ 流入機構(SOCE)は Ca2+て，心毒性への影響を評価した。同様に Orai 遺伝子ノ調整機構の一つである。SOCE の重要な構成因子に Ca2+

ックダウン HCF を使用して DOX の心毒性と Orai との関チャネルの Orai がある。Orai は心臓線維芽細胞に多く発連を評価した。【結果】DOX 群で p53，p21 の発現が有現し心不全にも関与するが，DOX の心毒性との関連に意に上昇し，アポトーシスの上昇，細胞周期の各期細ついては報告がない。【目的】DOX が心臓線維芽細胞

胞割合の変化を認めた。活性酸素産生も上昇した。さ

において Orai を介して Ca2+ を調節することで心毒性をらに YM-58483 により，DOX 刺激で上昇したアポトー示すという仮説のもと，その機序を解析し心不全発症

シスが有意に抑制された。【考察・結語】本研究結果との関連を解明する。【方法】ヒト心臓線維芽細胞により Orai が DOX 関連心不全の抑制に寄与する可能性（HCF）をコントロール群と DOX 群に分け，アポトーが示唆され，今後は動物モデルでの検討が必要と考え

シスアッセイ，細胞周期アッセイ，活性酸素測定を行

られた。

322

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（9）ヒト iPS 細胞由来分化細胞を用いた SARS-CoV-2 感染モデルの開発
山田茂，佐塚文乃，諫田泰成（国立医薬品食品衛生研究所 薬理部）

COVID-19 感染症が世界中でパンデミックとなり，現果，ヒト iPS 細胞由来心筋細胞は SARS-CoV-2 によく感在まで SARS-CoV-2 のゲノムや感染様式，重症化機構な染すること，SARS-CoV-2 感染により収縮能などが抑制

ど様々な研究が進められている。当初，COVID-19 は肺されることを見出した。SARS-CoV-2 感染によりミトコ

機能の重篤な障害（急性呼吸窮迫症候群）が報告されンドリアの形態にも異常が認められるため，収縮障害

たが，その後，肺以外にも様々な臓器障害が認められ，はエネルギー代謝を介した作用であることが考えられ

例えば心臓では SARS-CoV-2 感染者の 20 %もの人に不た。また，心筋細胞以外にも，ヒト iPS 細胞から分化誘整脈などの長期障害が報告された。また，年齢，喫煙，導した脳血管内皮細胞や肺胞上皮細胞などにも効率よ肥満などの重症化リスク因子が明らかになってきた。

く SARS-CoV-2 が感染することを確認した。以上の結果

そのため，ウイルス感染モデルの確立が急務である。

から，ヒト iPS 細胞由来分化細胞は SARS-CoV-2 治療薬

そこで我々は，ヒト iPS 細胞から分化誘導した各種細胞の評価モデルとして有用であると考えられる。

を用いて，SARS-CoV-2 感染モデルを検討した。その結（10）心房特異的 Pitx2c 過剰発現は洞結節の機能を低下させ，カルシウム調節異常により
上室不整脈を増加させる
馬場俊輔（東京慈恵会医科大学 小児科学講座）
赤池

徹，暮地本宙己，新庄聡子，南沢享（東京慈恵会医科大学 細胞生理学講座）

背景：心臓左右軸の決定に重要な転写因子 Pitx2 は，を作成し Wild type マウス（WT）と B6-Tg (CAG-LSL-

家族性心房細動と関連の深い SNP として報告された一Pitx2c); SLNCre/+ マウス（OE）の表現型を調べた。結方，洞房結節（SAN）異常は洞不全症候群として心房果と考察：OE は WT に比べ，右房 pitx2c 発現は多く，細動（Af）を合併する致命的疾患だが，SAN 機能低下

上室性期外収縮，Af を多く認め，修正 SAN 回復時間がを起こす Pitx2c の異所性発現と Af 発症の分子機序につ延長し，Af が誘発されやすかった。一方，ペースメー

いて不明な点が多い。目的：右房 Pitx2c 過剰発現は SAN

カー機能をもつ細胞を示す HCN4 は，OE では SAN で発機能を低下させ，カルシウム調節異常により上室性不現抑制，右房内異所性の発現を認めた。心房内イオン

整脈を増加させる，という仮説を検証した。方法：心チャネル関連遺伝子を調べた所，OE 右房で，カルシウ

房特異的に発現するサルコリピン遺伝子に Cre 遺伝子をム動態の調整遺伝子 Cacna1c や Serca2 の発現低下を認め発現させたマウスと，loxP 配列の間に Pitx2c 遺伝子を導た。これらは，心房内異所性 Pitx2c 発現が電気的リモデ

入したマウスを交配，心房特異的 Pitx2c 過剰発現マウス

リングを引き起こす事を示唆した。

（11）洞房結節自動能における細胞内 Ca2+の関与：動物種による違い
行方衣由紀，尾高椋介，實方健人，福田歩美，濵口正悟，田中光（東邦大学 薬学部 薬物学教室）

心臓拍動の源は，洞房結節の活動電位発生のきっか

細胞内 Ca2+ を介した自動能の調節機構が注目されていけとなる緩徐脱分極であり，その勾配が心拍数を決定る。そこで本研究では，心拍数の異なる動物間におけしている。近年，この勾配を維持する仕組みとして，る細胞内 Ca2+ の緩徐脱分極相への関与の違いを検討し323

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告た。マウスおよびモルモットから摘出した右心房筋に筋小胞体上の ryanodine 受容体が，その供給源として寄ガラス微小電極法を適用し活動電位を取得した結果，与していることが示唆された。しかし，細胞内 Ca2+ を

マウスのほうが拍動数が高く，緩徐脱分極相の勾配電位へと変換する NCX の働きには違いがあり，マウス(slope)が急であった。また BAPTA-AM，Ryanodine，では，NCX の forward mode を介した内向き電流が slope

Niflumic acid の処置により，両種ともに slope が低下しの形成に関与しているのに対し，モルモットでは NCX

た 。 一 方 ， Na+/Ca2+ 交 換 機 構 （ NCX ） 阻 害 薬 で あ るが関与していない可能性が示唆された。体の小さな動

SEA0400 の処置および外液の low Na+ への置換は，マウ

物は，大きい動物と比較して，より多くの仕組みを駆スでのみ slope を低下させた。以上より，マウス，モル

使することで，高い心拍数を維持していると考えられモットともに細胞内 Ca2+ は slope の形成に関与しており，る。

（12）虚血性急性腎障害における遠位尿細管 NCX1 の病態生理学的重要性
根本隆行（福岡大学 医学部 薬理学），若崎るみ枝（福岡大学筑紫病院 麻酔科）
田頭秀章，喜多知，中嶋尚子（福岡大学 医学部 薬理学）

喜多紗斗美（福岡大学 医学部 薬理学，徳島文理大学 薬学部 薬理学）
岩本隆宏（福岡大学 医学部 薬理学）
虚血性急性腎障害は，手術侵襲や移植を起因とするコア化した。NCX1-TG に腎虚血再灌流処理を施すと，顕著な腎機能低下であり，その病態に寄与する腎組織

血漿 Cr および BUN の有意な増加が認められたが，野生病変は主に近位尿細管障害であると指摘されているが，型マウスと同程度であった。一方，NCX1-cKO ではそれ

遠位尿細管の重要性については未だ不明確である。本らの増加が顕著に抑制された。腎組織所見においても，研究では，遠位尿細管基底膜側に発現する NCX1 の虚血NCX1-cKO では腎皮質・腎髄質の組織障害が軽減してい性急性腎障害における病態生理学的意義を明らかにすた。興味深いことに，NCX1-TG では腎皮質は野生型マるために，遠位尿細管特異的 NCX1 欠損（NCX1-cKO）

ウスと同程度であったが，腎髄質の組織障害が有意に/高発現（NCX1-TG）マウスを作製し，腎虚血再灌流モ

増悪化しており，同部位のマクロファージ浸潤亢進もデル実験を実施した。右腎摘出マウスの左腎動静脈を認められた。本研究の結果から，虚血性急性腎障害に

30 分間閉塞し，再灌流後 24 時間の腎機能（血漿 Cr，

おける遠位尿細管 NCX1 の病態生理学的重要性が示唆さ

BUN，尿量，電解質排泄）を評価した。また，再灌流れた。遠位尿細管 NCX1 抑制処置は腎保護的効果が期待

24 時間後の腎組織を HE 染色し，腎組織障害の程度をスできると考えられた。

324

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（13）Physiological role of gp130 in postnatal proliferation of cardiomyocytes and functional developmentof heart
川岸裕幸（信州大学 先鋭領域融合研究群バイオメディカル研究所 バイオテクノロジー部門，医学部 分子薬理学教室）
中田勉（信州大学 基盤研究支援センター 機器分析支援部門）
冨田（沼賀）拓郎（信州大学 医学部 分子薬理学教室）
Maite Larrañaga（Universitat Internacional de Catalunya, Faculty of Medicine and Health Sciences, Basic Sciences Department, Spain）
山田充彦（信州大学 医学部 分子薬理学教室）
哺乳類の心室筋細胞は出生後，離乳期までにその表クアウトモデル（CASAAV）を用いて，出生後に心筋現型が変化する。マウスの心室筋細胞は出生後も一定

細胞特異的に gp130 をノックアウトした。そのマウスの回数分裂するが，その制御メカニズムは不明な点があ

心臓の表現型を検討したところ，同様の左室収縮率低り，出生後の心臓の発達における生理的な意義につい下が認められ，左室壁が菲薄化していた。さらに左室ては明らかになっていない。そこで我々は，この時期の心筋細胞の分裂が有意に低下しており，左室の心筋の心臓での機能が報告されている細胞間シグナル伝達

細胞総数が減少していることが判明した。また複数のについて，その受容体阻害薬を新生児マウスに注射し，gp130 リガンド分子を単離心室筋細胞に添加したところ，心臓への影響を調査した。その結果，インターロイキ

インターロイキン 6 が心室筋細胞の分裂を有意に誘導しン 6 ファミリーの受容体である gp130 の阻害薬（SC144）た。以上のことから，インターロイキン 6/gp130 シグナを投与すると，離乳期のマウスにおいて左室収縮率のルは，新生児の心室筋細胞の生理的な分裂と，出生後低下が生じることを見出した。さらなる解析のために，の心臓の正常な機能発達に重要な役割を果たしている

アデノ随伴ウイルスを用いた細胞種特異的遺伝子ノッことが明らかになった。

（14）一酸化窒素 NO は S-ニトロシル化シグナルを介して心筋 Na+チャネルを抑制する
小野克重，王普，小山内博基，吉村健司，粂慎一郎（大分大学 医学部 病態生理学講座）

森島真幸（近畿大学 農学部 食品栄養学科），黒川竜紀（大分大学 医学部 病態生理学講座）
ガス性シグナル分子である一酸化窒素 NO は血管ではした。NO の INa に対する抑制作用は G キナーゼ阻害剤

平滑筋弛緩因子として，心筋では細胞内 cGMP 濃度の上KT5823 の作用下では影響を受けず，NO 除去剤 carboxy-

昇を介して心筋保護作用を示す。一方，治療薬としてのPTIO や S-ニトロシル化阻害剤 NEM の作用下で消失した。

硝酸薬は NO を介して虚血や心不全治療に用いられるが心筋 Na+ チャネルサブユニット（SCN5A）の mRNA 及有害作用も知られている。本研究は NO が電位作動性び同蛋白（Nav 1.5）は NO の作用で低下した。一方，

Na+ チャネルに何らかの作用を有するという仮説を立て，

SCN5A の抑制性転写因子 FOXO1 は NO の作用で増加しその制御作用の解明を目的とした。ラット心筋細胞にパた。FOXO1 活性加薬である paclitaxel は長期的に INa を抑Na+ チャネル電流(INa)を測定

制し，NO の更なる INa の抑制を阻害した。NO は S ニト

し，NO ドナー（NOC-18，SNAP）の作用を観察した。

ロシル化シグナルを介して転写因子 FOXO1 の発現を増NOC-18 や SNAP は短期作用（ - 5 min）では INa に作用を加させ長期的に電位作動性 Na+チャネルの発現を低下さ示さないが長期作用(24 h)では濃度依存性にこれを抑制せることが示唆された。

ッチクランプ法を施行して325

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（15）細胞融合がひきおこす骨格筋分化の遺伝子制御
冨田太一郎，山口君空，三上義礼，大島大輔，赤羽悟美（東邦大学 医学部 生理学講座 統合生理学分野）
背景と目的

結果

骨格筋は胎生期だけでなく，成体におい筋分化誘導に伴う Mymx の上流制御を薬理学的にても高い筋形成能を維持している。骨格筋形成の過程探索した結果，p38MAPK の関与が認められた。実際，では，筋芽細胞の融合により多核の筋繊維が生じるが，このキナーゼ活性の阻害により細胞融合は抑制された

近年，この細胞融合を実行する分子として 1 回膜貫通タが，細胞形態および遺伝子発現に一定の筋分化の徴候

ンパクの Myomixer (Mymx) が同定された。そこで，を認めた。そこで，Mymx-KO 株に Mymx 遺伝子を再構

Mymx の制御機構とその生理機能を明らかにし，筋形成成させ，細胞融合依存的に変動する遺伝子を網羅的におよび再生を制御する分子機序を解明することを目的探索した。その結果，サルコメア関連分子，Ca2+ 制御

として，in vitro 筋分化系を構築した。

分子などの興奮収縮連関に関わる遺伝子の発現量に有C2C12 細胞の in vitro 筋分化系を用いた。まず，

意な差が認められた。これらの遺伝子は，筋分化制御

既知の細胞融合因子の発現を定量 PCR で解析した。次の転写因子 MyoD や myogenin の発現とは独立に変動しに，CRISPR-Cas9 法により，細胞融合因子 Mymx の遺伝ていた。

子欠損株（KO 株）を得た。また，KO 株にレトロウィ

結語

ルスで Mymx を再導入し，細胞融合の回復による遺伝子

る新たな遺伝子制御機構が存在する可能性を見出した。

方法

細胞融合依存的に興奮収縮連関の形成を制御す

発現の変化を RNA-seq 法で解析した。

（16）ヒト肺高血圧肺組織におけるテロメア長およびテロメア関連蛋白質の解析
倉原琳，李小東，平石敬三（香川大学 医学部 律機能生理学）

石川かおり（香川大学 医学部総合内科），石川亮（香川大学 医学部 病理診断科）

松田陽子（香川大学 医学部 腫瘍病理），平野勝也（香川大学 医学部 律機能生理学）
研究背景・目的：肺高血圧症（PH）は肺動脈リモデ体），細胞周期関連分子，各種細胞マーカーの発現解リングを示す難治性血管病である。細胞増殖はテロメ

析， FISH 法によるテロメア長の定量をおこなった。結ラーゼ活性に関連し，その触媒サブユニット human

果：PH 肺組織は non-PH 肺組織と比較しての肺動脈及びtelomerase reverse transcriptase (hTERT) はテロメア短縮，

その周辺でテロメア長が短い細胞が多く，CDK1 と共発成長因子や低酸素刺激，サイクリン依存性キナーゼ１

現する hTERT 陽性細胞が増生した。PH 肺組織の肺動脈（CDK1）によって活性化される。細胞の老化や増殖の周辺で増生した hTERT 発現細胞の９割が CD44 陽性細結果によりテロメア長が短縮することも知られている。

胞であった。PH 組織では老化マーカーp16 陽性細胞が本研究では，肺高血圧肺組織におけるテロメア関連蛋

肺動脈内皮を中心に観察され，強皮症を持つ症例では白質の発現とテロメア長を解析した。方法：PH（n=5）

平滑筋層でも観察された。結論：PH 肺動脈では細胞老及び非肺高血圧：non-PH（n=5）の肺の組織を用いて，化によるテロメア短縮に対し hTERT の再活性化された

蛍光免疫染色による活性型 hTERT（Thr249 リン酸化可能性がある。

326

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（17）比較トランスクリプトームと幹細胞モデルから見る心筋細胞の成熟制御機構
魚崎英毅，Nawin Chanthra（自治医科大学 分子病態治療研究センター 再生医学研究部）
安済達也（自治医科大学 分子病態治療研究センター 再生医学研究部，小児科学）
Razan E Ahmed，徳山剛士（自治医科大学 分子病態治療研究センター 再生医学研究部）
心筋細胞は生後にその機能を大きく向上させ，成熟胞の成熟度を定量する手法を確立した。これにより，in

することが知られている。しかし，その制御メカニズ

vitro で心筋細胞の成熟度を評価する基盤を構築した。

ムは未だ十分に理解されていない。そのメカニズムを以前の研究において核内受容体を活性化する PGC1a/b が明らかにするために，我々はマウスとヒトの比較トラ

心筋細胞の成熟を制御していることが明らかになってンスクリプトームと，多能性幹細胞由来心筋細胞を用いた。そこで，マウスおよびヒト多能性幹細胞由来心いた研究を行っている。マウスとヒトの胎生期から成筋細胞に対し，核内受容体アゴニストを処理すること体までの経時的なトランスクリプトームを解析し，こで，成熟度を促進することができるかを調べ，さらにれまでマウスで心筋細胞の成熟マーカーとされてきた最適組み合わせを探索したところ，マウスとヒトで一遺伝子が，ヒトでは必ずしも成熟マーカーとして使え

部異なる組み合わせにより成熟が促進されることを見ないことを見出した。そこで新しいマーカー遺伝子を出した。また，ヒトの成熟度はマウスと比べ不十分で使った成熟レポーターの開発を行った。さらに，トラあり，マウスとヒトの心筋細胞成熟機構には相違点がンスクリプトームに基づいてマウスおよびヒト心筋細あることが示唆された。

（18）Sulfide catabolism ameliorates hypoxic brain injury
市瀬史（Harvard Medical School; Massachusetts General Hospital）

The mammalian brain is highly vulnerable to oxygen

expression prevented hypoxia-induced sulfide accumulation,

deprivation, yet the mechanism underlying the brain’s

bioenergetic failure, and ischemic brain injury. Excluding

sensitivity to hypoxia is incompletely understood. Hypoxia

SQOR from mitochondria increased sensitivity to hypoxia notinduces accumulation of hydrogen sulfide, a gas that inhibits

only in the brain but also in heart and liver. Pharmacologicalmitochondrial respiration. Here, we showed that, in mice, rats,

scavenging of sulfide maintained mitochondrial respiration inand naturally hypoxia-tolerant ground squirrels, the sensitivity

hypoxic neurons and made mice resistant to hypoxia. Theseof the brain to hypoxia was inversely related to the levels of

results illuminated the critical role of sulfide catabolism insulfide: quinone oxidoreductase (SQOR) and the capacity toenergy homeostasis during hypoxia and identify a therapeutic

catabolize sulfide. Silencing SQOR increased the sensitivity oftarget for ischemic brain injury.

the brain to hypoxia, whereas neuron-specific SQOR

（19）シンポジウム「心血管系の環境適応システム―胎児期から成体まで―」のイントロダクション
西谷友重（和歌山県立医科大学 医学部）
心血管系は，胎児期から成体まで成長していく過程

では心臓発生や虚血の際の血管新生，心臓では細胞内で，胎生環境や出生時および出生後の各種ストレスな微小器官（筋小胞体やミトコンドリアなど）の成熟やど大きな環境変化にさらされる。これらに対し，血管イオン制御因子の遺伝子発現変化を介して，各種環境

327

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

変化に適応する。特に発達期で高発現する遺伝子は病内因性の生体防御機構として働くことが報告されてい態時にも高発現して生体防御に働く場合も多く，未成る。本シンポジウムでは，心血管の各成長段階におい熟期の発達過程の機構を明らかにすることにより疾患て新規に見いだされた恒常性維持機構および生体防御に対する新規治療法開発に役立つ可能性がある。成体に関わる因子を紹介していただき，心血管による巧妙においても性ホルモンや他臓器からの生理活性物質がな生命維持機構を討論したい。

（20）組織分化におけるミトコンドリアダイナミクスの重要性
石原孝也，石原直忠（大阪大学大学院 理学研究科 生物科学専攻）
ミトコンドリアはエネルギー生産のみならず，細胞

酸素呼吸活性の低下が認められた。その病態形成の詳

死や Ca 応答の制御，さらには酸化ストレスの発生にも細解析を進めたところ，Drp1 遺伝子を欠損した心筋細関わる，多機能かつ生命機能に必須なオルガネラであ胞では，mtDNA の不均一な分布が観察された。mtDNAる。近年，ミトコンドリアは細胞内で分裂と融合を頻はミトコンドリアの活性維持に必須の遺伝子をコード繁に繰り返しながら，ダイナミックにその形態を変化しており，その細胞内配置が心機能維持に関与する可させていること，また，分化・発生・病態形成など多能性が示唆された。このようにミトコンドリア分裂因

様な現象に関与していることが明らかになっている。

子 Drp1 の解析をきっかけにして，ミトコンドリア膜と我々はミトコンドリア分裂因子 Drp1 の遺伝子欠損マウ

mtDNA の協調的かつダイナミックな挙動が重要である

スを構築し，その生理的意義の解析を進めている。そことなど，ミトコンドリアの様々な新しい特性を見出の中で，Drp1 は心機能に必須であることをこれまでにしつつある。今後，関連因子の解析から分子機序や生見出している。Drp1 を欠損した心臓は拡張し，収縮不理機能との関連を明らかにしていきたい。

全が認められた。さらに著明な筋線維形成不全および（21）胎児期における大血管の分化メカニズム
横山詩子（東京医科大学 細胞生理学分野）
哺乳類は出生時に水中生活から陸上生活への急激なC を介してクラスリン依存性エンドサイトーシスを亢進

変化を乗り越える。胎盤循環から切り離されることにさせ，ライソゾームでのリシルオキシダーゼの分解をより新生児は自らの肺でガス交換を開始し，末梢血管促進することで弾性線維形成を低下させることを明ら抵抗の増加に伴い体血圧が上昇する。これらの変化にかにした。さらに，EP4 刺激はホスホリパーゼ C-プロテ

適応するために，胎児期に大動脈では弾性線維が形成

インキナーゼ C-NFκB 経路を介して糖タンパクである

され，大動脈と接する動脈管では弾性線維の形成が抑

fibulin-1 を著明に増加させた。Fibulin-1 はバーシカン，

制されて血管内膜肥厚形成が促進される。動脈管では，

フィブロネクチン，ヒアルロン酸といった細胞外マト

胎盤で多く産生されるプロスタグランディン E2 (PGE2)

リックスを統合することで，平滑筋細胞を血管内腔への受容体である EP4 が高度に発現している。G 蛋白共役と遊走させて内膜肥厚形成を促進させた。これらより，型受容体である EP4 は cAMP を産生し，プロテインキナ

胎児期における動脈管特異的な EP4 発現は大血管のリモ

ーゼ A を介して胎内での動脈管拡張に寄与している。

デリングを誘導し，新生児循環への適応に重要な役割

我々は，EP4 刺激が血管拡張とともに，ホスホリパーゼを果たすことが示唆された。

328

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（22）心血管に見られる性差とその形成機構
黒川洵子（静岡県立大学 薬学部），児玉昌美（順天堂大学 医学部）
長沢思音，坂本多穗（静岡県立大学 薬学部）
循環器系における性差には，成人の場合，エストロから escape する遺伝子を含め 59 遺伝子が性差遺伝子とゲンの内皮保護作用などの性ホルモンの関与が報告さして同定された。生理学的機能解析では，新生児マウれており，心血管における生理・病態そして予防・診

ス心室筋細胞の β アドレナリン受容体シグナル制御に雌断・治療に影響する。また，超早産児における循環不雄差が見られた。最後に，冠血管の形態機能の解析で全などにも性差が報告されており，発生・発達期に心は，胎生 17.5 日のマウスから心臓を摘出し，独自の手血管の性差が既に形成されると示唆される。しかし，法で冠血管造影を行った。心臓サイズについては雌雄発生・発達期での性差機構は全く不明である。そこで，差を見いだせなかったが，冠血管径については，心室

我々は，発生・発達期のマウス心臓を標本とし，雌雄長軸が長い群のみで有意な差があることを見出した。

差に関わる遺伝子発現変動，心筋細胞の生理学的機能

以上より，マウス心臓の遺伝子発現および形態機能におよび冠血管の形態機能を解析した。まず，胎生 17.5おける雌雄差が発生・発達期に見られることを示した。

日のマウス心室でのマイクロアレイ解析では，X 染色体（23）Rap1 低分子量 G タンパク質は血管透過性を制御することにより生体恒常性を維持する
山本清威（日本医科大 先端研 病態解析学，徳島大 医歯薬学研究部）
渡邊-高野晴子（国循セ 細胞生物学），堀上大貴（東京大 農学生命科学）
大橋隆治（日本医科大 病理学），久保田義顕（慶応大･解剖学）
村田幸久（東京大 農学生命科学），望月直樹（国循セ 細胞生物学）
福原茂朋（日本医科大 先端研病態解析学）
血管内腔面でシートを形成する血管内皮細胞は，たアクチン繊維を形成し，VE-cadherin 接着を安定化す

Vascular endothelial (VE)-cadherin による細胞間接着を形ることにより，血管透過性を抑えることを明らかにし成し，血管透過性をダイナミックかつ厳密に制御するた。また，血管内皮特異的 Rap1 欠損マウスは VE-

ことにより，生体恒常性を維持している。しかし，そcadherin 接着の破綻により，重度の肺水腫を呈し死亡すの制御機構の破綻は血管透過性の過剰亢進をもたらし，ることから，Rap1 は正常肺組織の血管透過性を低い状

様々な疾患の病態を悪化させる。我々は，Ras ファミリ態に維持していることが示された。さらに，Rap1 活性ーに属する低分子量 G タンパク質 Rap1 は，VE-cadherin

化により炎症に伴う血管透過性亢進を抑制できること

による血管透過性制御の鍵分子であることを発見した。

が分かった。以上により，Rap1 は生体内における血管

Rap1 は，Rho ファミリー低分子量 G タンパク質の Rho

バリア機能維持に必須のシグナル分子であり，急性呼を抑制し，血管透過性亢進に働く収縮性アクチン繊維

吸窮迫症候群やがんなど血管透過性の亢進がかかわるを破壊する一方，Cdc42 を介して細胞間接着部位に沿っ疾患の治療標的となる可能性が示唆された。

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（24）シンポジウム「臓器連関から紐解く新たな循環生理」のイントロダクション
久場敬司（秋田大学大学院 医学系研究科）
心血管系を含む生体の恒常性の維持には個体から臓により，臓器連関の破綻が疾患や老化をもたらすこと，器，細胞，オルガネラ，分子にいたる全ての階層が重臓器連関の実体として臓器・細胞間の液性因子の伝達要である。近代の循環生理の研究は，実験動物の摘出や細胞同士の直接接触を介した密接なコミュニケーシ

臓器や単離細胞の解析研究から始まり，細胞内のチャョンが示されてきている。また，臓器連関の研究は疾ネル，シグナル伝達，機能調節などの分子実体とその患病態のコンテクストで語られることから臨床関連分機能の解明研究へと発展してきた。近年の基礎研究分

野からの貢献が大きい。そこで本シンポジウムでは，野では細胞内分子の詳細な機能解明など要素を絞り込

臓器連関に関連する第一線の研究者に最新の研究成果

む研究が多く行われてきた。一方で最近，臓器連関がを講演していただき，基礎分野における次世代の循環

個体の恒常性維持に関与するという概念が確立されて生理研究を議論することをねらいとする。

きた。遺伝子欠損マウスを活用した個体レベルの研究（25）神経・免疫系を介した多臓器連携による循環制御機構
藤生克仁（東京大学 循環器内科）
心不全は全身疾患といわれており，臓器間連携に着

臓内に存在している心臓マクロファージが発現してい目した新しい恒常性維持機構またはその破綻機構の解るアンフィレグリンが心臓関連死の２大原因である心明が必要である。我々は，これまでに心臓・脳・腎臓

不全死，心臓突然死の両者に保護的に働いていることが神経・免疫細胞ネットワークを介して結合しており，を示唆した。さらに，マクロファージがアンフィレグ

このネットワークが心保護的に働くことを報告した

リンを発現できるのは，非炎症状態のマクロファージ（Fujiu et al., Nat Med 2017）。このシステムの破綻は心のみであるが，炎症状態のマクロファージが，炎症の不全死を惹起した。さらに，心臓内のマクロファージ

収束過程で細胞代謝が脂肪酸代謝になり，炎症収束転が発現しているアンフィレグリンを除去すると，様々

写プログラムが発動することが重要であるが，この過な不整脈が自然発生するのみならず，交感神経刺激時

程に新規に同定した long-non coding RNA が重要であるには，心臓突然死を発症することを見出した（Sugita J,

ことを見出した（Nakayama Y, Fujiu K et al., PNAS 2020）。

Fujiu K, et al., Nat Commun, 2021）。これらの結果は，心（26）臓器連関をデータとモデルから読み解く島村徹平（名古屋大学大学院 医学系研究科）
近年の一細胞オミクス計測技術や空間トランスクリ

全く垣間見ることのできなかった多様な生物学的プロ

プトーム解析などの技術革新により，一細胞レベルでセスにおける細胞間コミュニケーションの解明がもはのゲノム，エピゲノム，トランスクリプトーム，プロや不可能ではない目標となりつつある。一方で，時空テオーム，メタボローム，メタゲノム等のオミクスの間情報をもつ網羅的分子情報から，いかにして有用な同時測定，あるいは空間情報を付加した遺伝子発現情情報を抽出・統合し，細胞相互作用ネットワークが関報の取得が可能となった。これにより，従来技術ではわる生命現象や疾患解明へつなげるかかが重要な課題

330生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告になっている。本講演では，近年著しい発展を遂げる

関連する細胞間コミュニケーションの理解を加速する

深層学習技術を駆使して，一細胞計測と空間トランス

ためのデータ駆動型アプローチについて，最新研究事

クリプトーム情報を相互に補完しながら，臓器連関に例を通じて紹介した。

（27）感覚免疫学
丸山健太（自然科学研究機構 生理学研究所）
前世紀の医療界では，外傷や感染に伴う痛みは診断

痛覚神経があたかも自然免疫細胞のように病原体を直の糸口になるのだから，治す必要のないものだとされ接認識している姿が浮き彫りとなってきた。また，痛ていた。それ故，急性痛に対する理解は遅々としてすみによって活性化された痛覚神経は，神経ペプチドのすんでいなかった。しかし 1997 年に，痛覚神経上に発内分泌を介することでさまざまな病気を増悪させてい現して痛みを感知する TRPV1 チャネルが単離されると，るのみならず，時として防御因子としてもふるまうこ堰を切ったように多くの痛み受容に関与するイオンチとが報告され，最近では，痛覚神経が骨炎症や病原体ャネルがクローニングされ，侵害受容学は飛躍的な進

感染を制御しているとする仮説まで登場している。本展をみせた。また，2010 年には機械刺激を感知するイ

講演では，新たな船出のときをむかえた侵害受容にまオンチャネルとして Piezo ファミリー遺伝子が同定され，つわる科学の現在を俯瞰しながら，感覚生理学と免疫

現在，他分野にわたる研究者が当該遺伝子の機能解析学を融合させた感覚免疫学（Senso-immunology）ともいに取り組んでいる。こうした中，これまで手付かずのうべき新しい学際領域の持つ可能性について，我々の状態にあった感染随伴疼痛に関する研究も開始され，成果をまじえつつ議論した。

（28）臓器連関による糖・エネルギー代謝調節機構の解明
山田哲也（東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科 分子内分泌代謝学分野）
白色脂肪組織を有することの意義の一つに，食物を止するために，肝臓の脂肪蓄積に端を発する神経シグ

常に得ることができるか不確かな環境下で，すぐに利ナルが BAT によるエネルギー消費亢進を担っているこ用できるエネルギー源を体に蓄えておくことが挙げらと（Science, 2006）などを解明してきた。一方，いったれる。一方で，過剰な脂肪の蓄積（＝肥満）は個体のん食物の不足に直面すれば生存のために個体レベルの活動性を損ない，捕食や外敵からの回避において不利

エネルギー消費を抑制する必要があり，最近，このメ益をもたらす。従って，哺乳類は生存戦略として摂食

カニズムにも肝臓－脳－BAT 連関が重要な役割を担っおよびエネルギー消費量を調整し，適切なレベルの脂ていることを見出した。このように個体レベルのエネ

肪蓄積を維持できるよう進化を遂げてきたものと想定

ルギー代謝調節において，肝臓に端を発する臓器連関される。我々は，来るべき飢餓に備えて適切なレベルが重要な役割を担っている訳だが，経口摂取で得た栄の脂肪蓄積を維持しておくために，摂取したエネルギ

養素が，腸管，門脈の順に通過し肝臓に至ることからーを効率的に脂肪として蓄えるような肝臓－脳－褐色すると，肝臓が臓器連関の起点として機能するのは合脂肪組織（BAT）連関（Cell Metab, 2012）が個体に備わ目的的と考えられた。

っていること，あるいは体重の過増加（＝肥満）を防331

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（29）カテコラミン誘発性肺静脈自動能における Ca2+ 刺激性アデニル酸シクラーゼの関与
岡本洋介（秋田大学大学院 医学系研究科 細胞生理学講座）
Naing Ye Aung（山形大学 医学部 病理解析センター）
高木大地，五十嵐亘（秋田大学大学院 医学系研究科 心臓血管外科学講座）
尾野恭一（秋田大学大学院 医学系研究科 細胞生理学講座）【背景】肺静脈から単離した心筋細胞はノルアドレ

現が高かった。細胞免疫染色では AC は T 管の沿って局

ナリンなど刺激で自発性活動電位が誘発される特徴を在していた。1 μM イソプレテレノール刺激で各種心筋持つ。我々はこれまでカテコラミン α 受容体刺激の下流

細胞の L 型 Ca2+ 電流を増大させたところ，心室筋細胞でイノシトール誘発性 Ca2+ 放出が活動電位を惹起すると違い，心房と肺静脈の心筋では，細胞内 Ca2+ をキレ仕組みを解明してきた。今回，β 受容体刺激の下流で主ートするよりも 0.1 mM 細胞内 Ca2+ 条件で優位に増大反要な膜機能を活性化するアデニル酸シクラーゼ（AC）

応が強くなった。ノルアドレナリン誘発自動能はの働きを研究した。【方法・結果】ラットの各心臓区

SQ22536（SQ） 5 μM では停止しなかったものの， 100

域について，RT-PCR 法，免疫組織染色，ウェスタンブ

μM で停止した。【結論】SQ に高感度かつ Ca2+ 抑制性

ロット法で 9 つある AC のアイソタイプの発現パターをの AC5 や，SQ や Ca2+ に非感受性の AC9 ではなく，SQ確認したところ，心臓では AC3， AC5 ならびに AC9 のに中程度感受性かつ Ca2+ 刺激性の AC3 が，肺静脈の誘発現量が高く，特に AC3 は心房と肺静脈で限局的に発発性自動能で主な役割を担っていた。

（30）胎児マウス冠血管に見られる形態機能的性差
長沢思音（静岡県立大学 薬学部），児玉昌美（順天堂大学 医学部）
坂本多穂，黒川洵子（静岡県立大学 薬学部）
心血管疾患の発症率には男女差が存在する。この差いずれの群でも雌雄差はみられなかった。一方，冠血は長らくエストロゲンによる血管保護作用によるもの

管径については，心室長軸が長い群のみで有意な差がと考えられてきた。しかし，超早産児の生存率や更年あることを見出した。生理的条件下では雄の冠血管径期以降の心血管病の病態など性ホルモンの影響のみでの方が長いが，血管拡張薬（NOC7）存在下では雌の方説明しがたい性差も存在し，そのメカニズムは未だ解が長くなった。これらの結果をもとに，胎生 17.5 日マ

明されていない。そこで我々は，性腺ホルモンの分泌

ウスの心臓の雌雄差に関わる遺伝子発現変動をみるたが生じる前の胎児期のマウス心臓を用いて性差機構をめ，マイクロアレイによる解析を行った。胎生 17.5 日解析した。血管造影法による冠血管の形態機能解析で心臓にて発現に雌雄差がある遺伝子を探索したところ，は，胎生 17.5 日のマウスから心臓を摘出し，インク定X 染色体から escape する遺伝子を含め 9 遺伝子が同定さ圧注入法による血管造影を行った。胎生 17。5 日マウスれた。今回，胎生期マウス心臓の機能形態および遺伝の心臓は心室長軸長が長い群と短い群に分かれたが，子発現の性差を実験的に示すことに成功した。

332

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（31）KD025 の肺動脈平滑筋細胞増殖抑制作用と病態改善効果
山村彩，Md Junayed Nayeem，高橋理恵，佐藤元彦（愛知医大医学部）

肺高血圧症臨床分類の第 1 群で最も典型的な臨床像をした。KD025 は IPAH-PASMCs の異常な細胞増殖を濃度示す肺動脈性肺高血圧症（PAH）は予後不良の難病で依存的に抑制した（IC50 = 289 nM）。また，siRNA 法にある。PAH の主な原因は，肺動脈平滑筋の過収縮（攣よる ROCK2 ノックダウンによっても細胞増殖は抑制さ縮）と肥厚（リモデリング）の亢進である。既存のれた。モノクロタリン誘発性肺高血圧症（MCT）ラッ

PAH 治療薬は肺血管拡張剤であるため，肺血管リモデ

トの PASMCs でも ROCK2 の発現増加が認められた。

リングを改善する薬剤の開発が期待されている。これ

MCT ラットにおける KD025（1 mg/kg/day）の腹腔内投までに我々は，特発性肺動脈性肺高血圧症（IPAH）患

与は右室収縮期圧（RVSP）を低下させた。以上の結果，者由来の肺動脈平滑筋細胞（PASMCs）において，Rho

ROCK2 の発現増加が肺血管リモデリングによる PAH 病

キナーゼ 2（ROCK2）が発現増加していることを見出し態形成に関与していることが明らかになった。本研究

た。本研究では，正常ヒトおよび IPAH 患者由来のによる知見は，PAH 病態機構の解明や新規治療薬の開PASMCs を用いて，ROCK2 阻害薬 KD025 の薬効を評価

発に大きく貢献すると考えられる。

（32）血管平滑筋のカベオラ局在型 Cav1.2/CaMKK2/CaMK1a 複合体は興奮転写連関を介した
血管リモデリングに関与する
鈴木良明，小澤拓海，中島七海，今泉祐治，山村寿男（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）
細胞内 Ca2+ 濃度の上昇は，Ca2+/CaM dependent kinase

られなかった。各種阻害薬および RNAi により，Cav1.2-(CaMK)などのシグナル分子を活性化して，興奮転写連

CaMKK2-CaMK1a 経路が興奮転写連関に重要であるこ関による遺伝子発現を誘導する。血管平滑筋細胞とが明らかになった。蛍光イメージングの結果，上記（VSMC）では，カベオラ構成分子カベオリン（cav）-

分子群のカベオラ内への局在化が VSMC における CREB

1 が電位依存性 Ca2+ チャネル（Cav1.2）とその下流シグの活性化に必要であることが判明した。in vivo でマウス

ナル分子を集積させる。本研究では，カベオラが興奮

腸間膜動脈に圧負荷をかけたところ，刺激部位へのマ

転写連関の構造的基盤になると仮定して，その分子機

クロファージの遊走と中膜肥厚が生じたが，CaMKK2

構と生理的意義の解明を目的とした。マウス腸間膜動阻害薬あるいは cav1-KO によりこれらの変化は抑制され脈を持続的に脱分極させると，VSMC 内で転写因子た 。 以 上 よ り ， カ ベ オ ラ 局 在 型

CREB が活性化され，炎症促進遺伝子群が誘導された。

Cav1.2/CaMKK2/CaMK1a 複合体は，興奮転写連関を介一方，cav1-KO マウス由来の組織ではこれらの反応は見して血管リモデリングを誘発することが示唆された。

（33）肺動脈平滑筋細胞における SKF96365 の Ca2+ 感受性受容体の活性化作用
宮木理子（名古屋市大院薬 細胞分子薬効解析），山村彩（愛知医大 医生理）鈴木良明，山村寿男（名古屋市大院薬 細胞分子薬効解析）
肺動脈性肺高血圧症（PAH）は，肺血管攣縮やリモに肺動脈圧が上昇する難病である。PAH には肺動脈平デリングにより肺血管抵抗が持続的に上昇し，慢性的

滑 筋 細 胞 （ PASMCs ） の 持 続 的 な 細 胞 内 Ca2+ 濃 度

333生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（[Ca2+]cyt）上昇が関与する。SKF96365 は TRP チャネル

[Ca2+]cyt 上昇は Ca2+ 感受性受容体（CaSR）阻害薬であるやストア作動性 Ca2+ チャネルなどを阻害することが知NPS2143 や Calhex231 によって抑 制さ れ た。ま た，られている。本研究では，PASMCs の Ca2+ シグナルにおSKF96365 は CaSR 誘発性[Ca2+]cyt 上昇を増強した。このける SKF96365 の薬理作用を検討した。正常ヒト肺動脈増強は NPS2143 や Calhex 231 によって抑制された。最平滑筋細胞（Normal-PASMCs）において，SKF96365 は

後に，CaSR を siRNA ノックダウンした IPAH-PASMCs[Ca2+]

においては，SKF96365 による[Ca2+]cyt 上昇は減弱した。

cyt に影響を与えなかった。一方，特発性肺動脈性

肺高血圧症患者由来肺動脈平滑筋細胞（IPAH-PASMCs）
で は ， SKF96365に よ っ て [Ca2+]

以上より，SKF96365 が CaSR 活性化作用を有することが明らかになった。

cyt が 上 昇し た 。 こ の（34）脳血管障害性認知症に対する Mizagliflozin の効果
石田菜々絵（岩手医科大学 薬学部）
斉藤麻希（医療創生大学 薬学部）
弘瀬雅教（岩手医科大学 薬学部）
緒言：我々は，ナトリウム-グルコース共輸送体１

PC12HS 細胞を用いて interlukin-1β (IL-1β) による神経細（SGLT1）が，脳微小血管障害性認知障害に関与して胞障害に対する mizagliflozin の効果を検討した。

いることを報告した。今回，mizagliflozin（SGLT1 阻害

結果：モリス水迷路試験では，動物がゴール台に泳ぎ薬）の脳微小血管障害性認知障害に対する効果を検討

着くまでの時間（escape latency）を測定し，ACAS 群でした。

は Control 群と比較して escape latency の延長があった。

方法：Asymmetric common carotid artery surgery (ACAS)

Mizagliflozin は，この延長を改善した。Mizagliflozin は，

にて脳微小血管障害（慢性的脳血流低下）状態を作製

IL-1β 投与による PC12HS 細胞障害を防いだ。結論：した。Mizagliflozin は，ACAS 施行１週間前より実験終Mizagliflozin は，IL-1β による神経細胞障害を防いで脳微了まで慢性的に投与された。ACAS 試行４週目にモリス

小血管障害性認知障害に対する保護効果を示すことが

水迷路試験を施行した。実験は，Control 群，ACAS 群と示唆された。

ACAS+mizagliflozin 群 の ３ 群 で 検 討 し た 。 ま た ，334

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

10．運動器／代謝系連関による生体機能制御とその変容の仕組み
2021 年 12 月 18 日－12 月 19 日
代表・世話人：岩部美紀（東京大学大学院医学系研究科）
所内対応者：箕越靖彦（生殖･内分泌系発達機構研究部門）（１）体温維持機構における骨格筋の役割と臓器間代謝ネットワーク
三島優奈（徳島大学）（２）飢餓時の体温調節機構 ー 咀嚼行動との機能連関を考える
佐藤貴弘（久留米大学）（３）求心性迷走神経による末梢オキシトシ・バソプレシンセンシングと摂食行動への連関
岩崎有作（京都府立大学）（４）免疫系などの宿主生理機能に影響を与える腸内細菌種の探索
田之上大（慶應義塾大学）（５）マウスの反復社会挫折ストレスが全身糖代謝に及ぼす影響
戸田知得（北海道大学）（６）細胞膜上プロゲステロン受容体を介した代謝機能制御
渡辺啓太（東京農工大学）（７）グルカゴン応答性メチル化酵素を介した血糖制御・肝腫瘍形成機構の解明
松本道宏（国立国際医療研究センター研究所）（８）グルカゴン測定系の改良とその応用～今後の検討課題を含めて～
北村忠弘（群馬大学）（９）脳内中枢時計の時刻調節に関与する新規オーファン受容体 Gpr19
山口賀章（京都大学）（10）微量必須栄養素の新規脳内感知機構の解明
中島健一朗（生理学研究所）（11）ヘルスケア IoT による疾患診断と発症予測・制御中村亨（大阪大学）（12）サルコペニア・フレイルとホルモン
小川純人（東京大学）（13）Ppy 遺伝子の活性化が β 細胞の heterogeneity を規定する
深石貴大（群馬大学）（14）フレキシブルセンサを用いた生体計測横田知之（東京大学）（15）双極性障害と身体活動の関連性
久島周（名古屋大学）（16）情動行動の発現に関与する脳内シグナル伝達機構
永井拓（藤田医科大学）（17）健康長寿実現を目指した新規糖尿病・生活習慣病治療法の確立
岩部（岡田）美紀（東京大学）（18）膵島の栄養素代謝異常はグルカゴン過剰分泌に関与する
和田恵梨（群馬大学）

335

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（19）カナグリフロジンによるグルコース非依存的大腸ガン増殖抑制作用
田中智洋（名古屋市立大学）（20）レプチン投与は PTP1B 欠損下でインスリン依存性糖尿病モデルマウスの糖代謝を改善する
坂野僚一（名古屋大学）【参加者名】
黒田雅士（徳島大学大学院），堤理恵（徳島大学），三島優奈（徳島大学），阪上浩（徳島大学大（北海道大学），白川伊吹（名古屋大学），山口賀章（京都大学），大植隆司（京都大学），満島勝（国学院），田村優実（徳島大学大学院），富永玲奈（徳立国際医療研究センター研究所），松川隼也（国立国

島大学大学院），藤本紗織（徳島大学），待田京香

際医療研究センター研究所），松本道宏（国立国際医（徳島大学），松村英里佳（徳島大学），坂療研究センター研究所），永井季穂子

拓（藤田医科大学），（徳島大学），小林久呂枝（徳島大学），和田安純

小川純人（東京大学），横田知之（東京大学），久島（徳島大学），福中彩子（群馬大学），田中都（名周（名古屋大学），豊岡真悠（京都府立大学），能美古屋大学），菅波孝祥（名古屋大学），土居雅夫（京太一（京都府立大学），尾崎主基（京都府立大学），

都大学），田中智洋（名古屋市立大学），高木博史

佐藤貴弘（久留米大学），射場拳虎（京都府立大学），（名古屋市立大学），青谷大介（名古屋市立大学），

中上拓海（大手前大学），清水天幸（京都府立大学），

徐書誠（北海道大学），杉山摩利子（名古屋大学医

大林健人（京都府立大学），長沼孝雄（国立国際医療学部附属病院），中島友紀（東京医科歯科大学），北研究センター研究所），岩崎有作（京都府立大学），

村忠弘（群馬大学），茶本

岩部美紀（東京大学），岩部真人（東京大学），孫凜（徳島大学），恒川卓（一宮市立市民病院），古橋眞人（札幌医科大学），

子曰（東京大学），武藤明日香（京都府立大学），二志内哲也（徳島大学），佐々木智之（名古屋大学），

木寛之（東京大学），陸天伊（東京大学），深石貴

宮本潤基（東京農工大学），滝大（群馬大学），中村亨（大阪大学），榊原伊織

啓吾（岡崎市民病院），廣瀬友矩（名古屋大学），付（徳島大学大学院），山内敏正（東京大学），岡本士

友紀子（名古屋大学），米田祥広（徳島大学），坂野僚一（名古屋大

毅（琉球大学），孫学総合保健体育科学センター），佐藤大介（山形大（生理学研究所），菊地晶裕（生理学研究所），上原

学），池田弘子（星薬科大学），米持奈央美（星薬科

優子（生理学研究所），近藤邦生（生理学研究所），大学），芝崎真裕（星薬科大学），鎌田知紘（星薬科中島健一朗（生理学研究所），堀尾修平（生理学研究大学），渡辺啓太（東京農工大学），田之上所），三須宏武（生理学研究所）

大（慶汝楠（名古屋大学），箕越靖彦

應義塾大学），和田恵梨（名古屋大学），戸田知得【概要】
運動は，筋骨格系の形態と機能を制御するだけでな

命の延伸に寄与することを目的とした。本研究会を通く，代謝をはじめ，脳神経系機能や免疫制御機能などし，多層的オミックス，栄養学，運動生理学，加齢・様々な生命システムを制御し，老化をも制御する。そ老化，時計遺伝子等を網羅する異分野連携共同研究のして，運動器から分泌される分子が，生体機能に関与

ネットワーク形成の起点とすることを視野に入れ，本する一方，破綻・異常が，逆に運動機能に影響を与え研究会を開催した。代表世話人を岩部美紀が担当し，る両方向的な関係が見出されているが，生体恒常性の運動器／代謝系連関に関わる若手研究者の教育と人材制御機構としての俯瞰的理解は不十分である。本研究育成にも取り組み，大学院生を含む若手研究者に加え，会においては，筋骨格系，内分泌，神経，免疫，臨床

各分野のトップランナー20 名の研究者に発表をお願い

研究，健康情報系，生体医工学系，生体情報工学等のした。具体的な発表は，セッション 1（三島・佐藤・岩専門家が一堂に会し，幅広い領域をまたぐ異分野連携

崎・田之上等），セッション 2（戸田・渡辺・松本・北学際的共同研究の推進により，生命現象を理解するだ村等），セッション 3（山口・中島・中村・小川等），

けでなく，超・超高齢社会の我が国において，健康寿

セッション 4（深石・横田・久島・永井等），セッショ

336

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

ン 5（岩部・和田・田中・坂野等）として行った。また，の共有，自由・活発な発表・議論が行われ，知見・研

昨年に続き，参加者全員に占める女性研究者の割合が究技術・人的交流を深めることができ，運動器/代謝系

30%をこえ，男女共同参画の推進にも貢献できる研究会連関による生体機能制御とその変容の仕組みに関するとなった。本研究会は，全世代活躍型研究会として有機的共同研究の推進に繋がるものとなった。

ZOOM シンポジウム形式で行い，最新の技術とデータ（1）体温維持機構における骨格筋の役割と臓器間代謝ネットワーク
三島優奈 1，堤理恵 1，藤本紗織 1，志内哲也 2，岡松優子 3，黒田雅士 1，阪上浩 1, 4（1 徳島大学大学院 医歯薬学研究部 代謝栄養学分野
2

徳島大学大学院 医歯薬学研究部 統合生理学分野
34

北海道大学大学院 獣医学研究院 生化学教室

徳島大学先端酵素学研究所糖尿病臨床･研究開発センター）

生体（内温動物，Endothermy）の体温は，体内の代謝認めず，一方で褐色・白色脂肪組織および肝臓においで発生する熱によって維持されているが，熱産生のうて L-[3-3H]-ロイシンの取り込みが上昇し，肝糖新生の亢

ち安静時の約 25%，活動時を含めると約 60 %が骨格筋

進が不動化早期より認められた。褐色脂肪組織におい由来であるといわれている。我々は，骨格筋不動化をては，UCP1 タンパク発現が不動化早期より増加し，各モデルとして，熱産生における骨格筋の役割と体温維エネルギー基質の利用に関連する遺伝子発現が増加し持における生体の代謝連関による制御機構の解明を試た。すなわち，不動化による骨格筋由来の遊離アミノ

みた。

酸は脂肪組織や肝臓で利用されていることが示された。

両後肢にギプス固定をして作製した骨格筋不動化

実際，不動化モデルでは酸素消費量が増大し，脂肪組

C57BL/6J マウスモデルの直腸温は不動化前と比して低織重量は減少した。これより，骨格筋不動化による褐下傾向を示し，寒冷曝露によって著明な体温低下を示

色脂肪組織の熱産生に伴い，肝臓や白色脂肪組織などした。これは不動化により骨格筋の熱産生が抑制され，の多臓器の代謝動態が連関することが示唆された。
骨格筋の不動化により骨格筋の熱産生能力は低下し，寒冷環境下における体温維持が困難となることを示している。骨格筋不動化状態における各臓器の糖・アミ

褐色脂肪組織による代償的な体温維持機構が働く。こノ酸代謝産物の解析では，筋萎縮の過程で骨格筋細胞の体温維持機構では，骨格筋が積極的にエネルギー基

中の遊離アミノ酸濃度は上昇するにも関わらず，骨格質としてアミノ酸を他臓器に提供することが，結果と筋自身のアミノ酸取り込み量やアミノ酸代謝の亢進はして廃用性筋萎縮の一因となると考えられた。

（2）飢餓時の体温調節機構 ー 咀嚼行動との機能連関を考える
佐藤貴弘，大石佳苗，児島将康（久留米大学 分子生命科学研究所）
動物では空腹になると摂食調節系が亢進し，エネル

導され，エネルギー消費の抑制が生じることが知られギーを摂取するための摂食行動が惹起される。しかしている。我々は，空腹時に胃や十二指腸から分泌されながら，持続的に食物を得ることができない飢餓時にて血液中を循環するホルモンのグレリンが，トーパー

は，体内の消費エネルギーを抑制して生命を維持するの誘導や維持に必要なホルモンであるということを報戦略が必要になる。齧歯類のマウスではトーパーと呼告してきた。しかしながら，グレリンがどのような作ばれる現象によって能動的な低体温や低代謝などが誘用機序で体温を調節するのかは十分に理解されていな

337

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

かったことから，本講演では，グレリンがトーパーの促進に関与すると報告されていることから，飢餓時の誘導や維持をどのような作用機序で可能にするのかに

グレリンによる体温調節と咀嚼行動との機能連関につついて概説する。また，最近，グレリンが咀嚼行動のいても考察したい。

（3）求心性迷走神経による末梢オキシトシ・バソプレシンセンシングと摂食行動への連関
岩崎有作 1，清水天幸 1，豊岡真悠 1，輿水崇鏡 2，矢田俊彦 3（1 京都府立大学大学院 生命環境科学研究科，2 自治医科大学･医学部分子薬理学部門,
3

関西電力医学研究所･統合生理学研究部）

近年のシングルセル RNA シーケンス技術による遺伝

シン神経の活性化を介して摂食量を抑制する，末梢・子発現パターン解析により，求心性迷走神経には十数

中枢オキシトシン連間軸を見出した（Iwasaki Y., Yada,

種のサブクラスが存在することが分かってきた。そのT., BBRC 2019）。さらに，末梢のバソプレシンは，オ中で，下垂体後葉ホルモンのオキシトシンやバソプレ

キシトシン応答求心性迷走神経とは異なるサブクラス

シンの受容体を発現するサブクラスが存在することがを活性化し，視床下部 X 神経を活性化して摂食量を抑制

報告された。しかし，これら下垂体後葉ホルモン受容する新規経路を発見した（unpublished data）。本発表で体を発現する求心性迷走神経がどのような機能を有しは，主要な２つの下垂体後葉ホルモンが，異なる求心ているのかは，不明な点が多い。我々は，肥満/閉症治

性迷走神経サブクラスを活性化し，異なる視床下部神療の目的で研究されているオキシトシン末梢投与に注経を介して摂食行動を調節している作用と機序を解説

目し，末梢オキシトシンがオキシトシン受容体発現求する。

心性迷走神経を活性化し，視床下部室傍核のオキシト（4）免疫系などの宿主生理機能に影響を与える腸内細菌種の探索
田之上

大 1,2，永山

学 1,2，本田賢也 1,2（1 慶應義塾大学医学部 微生物学･免疫学教室
2

理化学研究所 生命医科学研究センター 消化管恒常性研究チーム）

昨今のマイクロバイオータ研究は，次世代シーケン

実際，この 11 菌株のみを定着させたマウスの大腸におシングによる大規模解析の進行に伴い飛躍的に進展しいて IFNγ 産生 CD8T 細胞が強力に誘導されることが確た。その中で我々は宿主生理機能，とりわけ免疫系に認出来た。また，11 菌株定着マウスを皮下腫瘍モデル

作用する腸内常在細菌に着目し，ヒトおよびマウスかに供すると CD8T 細胞依存的に免疫チェックポイント阻ら責任細菌株を同定・単離してきた。例えば，常在菌害剤の抗がん免疫作用を増強させたことから，11 菌株

を 持 つ 通 常 マ ウ ス の 腸 管 に 多 数 局 在 す る Interferon-は腸管局所のみならず全身の免疫系に影響することがgamma (IFNγ) 産生性 CD8T 細胞数が無菌マウスにおいて明らかとなり，治療法開発に応用出来る可能性が示唆は著しく少ないことに着目した。その集積に腸内細菌された。また，現在では宿主代謝系に作用する腸内細の関与が考えられたため誘導細菌を健常者の便サンプ菌について研究を推進しておりその内容についても本ルからトップダウン方式でスクリーニングした結果，発表で紹介する。

11 細菌株からなるコンソーシアムを同定・単離した。

338

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（5）マウスの反復社会挫折ストレスが全身糖代謝に及ぼす影響
戸田知得，石本大我，加藤完（北海道大学大学院獣医学研究院生化学教室）
精神的ストレスはヒトにおけるⅡ型糖尿病のリスク因

ンスリン負荷試験における血糖値はコントロールと同子となる。精神的ストレスによって HPA axis が活性化し，程度であり全身糖代謝は変化しなかった。CSD ストレ

血中コルチゾールの増加に伴って末梢組織のインスリンスが終わって 7 日後（実験 17 日目）にグルコース負荷

抵抗性が起こることが知られている。本研究では，マウ試験を行うと CSD ストレス負荷マウスはコントロール

スのうつ病モデルである反復社会挫折（chronic social

よりも耐糖能が低下した。このとき血中コルチコステ

defeat: CSD）ストレスにおいて，どのようなタイミング

ロンの濃度はストレス負荷前と同じ程度であった。しおよびメカニズムで全身糖代謝が悪化するかを解析した。

たがって，CSD ストレスの終了が全身糖代謝を悪化さ

C57BL マウスを攻撃性の強い ICR マウスのいるケー

せ，HPA axis とは別のメカニズムが働いている可能性がジ内に侵入させ，10 分間物理的に攻撃を受けさせた後，ある。

マウスを金網で仕切り同居させた。この操作を 10 日間

本研究会では 17 日目に全身糖代謝が悪化した原因に行うと，CSD ストレス負荷マウスにおいて CSD を行わ

ついて最新のデータを紹介し，ストレスからの解放がないコントロールと比べて不安様行動が増加した。し全身糖代謝を悪化させる可能性について議論したい。

かし，10 日目の時点でのグルコース負荷試験およびイ（6）細胞膜上プロゲステロン受容体を介した代謝機能制御
渡辺啓太 1，山野真由 2，大植隆司 2，加藤裕教 2，木村郁夫 1,2（1 東京農工大学大学院 農学研究院 代謝機能制御学研究室,
2

京都大学大学院 生命科学研究科 生体システム学分野）

卵巣から合成・分泌される性ステロイドホルモンの本研究では，プロゲステロンによる mPR を介したエネ一つであるプロゲステロンは，性機能への関与だけでルギー代謝制御機構を解明することを目的とし，個体，はなく，免疫機能，神経保護作用や皮脂分泌など多彩

細胞レベルでの分子機能解析を行った。その結果，α かな生理機能に関与していることが明らかになってきた。

ら ε からなる mPR ファミリーの内，mPRε は mPR ファ

プロゲステロンの有するこれらの機能には，核内受容ミリーの中で唯一，脂肪組織に発現し，雌雄どちらに体を介した遺伝子発現制御のような長期的な機能変化

おいてもプロゲステロン刺激を受けることで糖取り込では説明のできない即時性の反応が多数関与しているみを制御する可能性が示唆された。今後，mPRε によることが示唆されるが，その詳細なメカニズムは未だ明

プロゲステロンの受容機構を明らかにすることで，細らかにされていない。一方，近年新たに細胞膜上プロ

胞膜受容体を標的とした新規創薬，生活習慣病・肥ゲステロン受容体（mPR; membrane progesterone receptor）

満・糖尿病に対する新規の予防・改善戦略に貢献できファミリーの存在が報告され，プロゲステロンによるると期待される。

種々の即時性応答に関与する可能性が示唆されている。

339

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（7）グルカゴン応答性メチル化酵素を介した血糖制御・肝腫瘍形成機構の解明
松本道宏，松川隼也，満島勝，長沼孝雄（国立国際医療研究センター 研究所糖尿病研究センター 分子代謝制御研究部）
インスリン抵抗性を有する 2 型糖尿病患者では，肝糖誘導する。我々は本誘導を担う核内シグナル伝達モジ

新生の亢進と非アルコール性脂肪性肝疾患（NAFLD）

ュールを見いだし，これを介した新たなグルカゴン作が高頻度で併存する。前者はグルカゴンシグナルの活用のエフェクター分子の網羅的探索を行い，メチル化

性化により誘導され高血糖を惹起するため，その制御

酵素 SETX を同定した。これまでの検討から SETX は肝は病態に即した治療戦略となっている。後者へは高イ細胞においてグルカゴンにより発現が誘導されるリジンスリン血症や脂肪分解の亢進などが関与し，肝がん

ンモノメチル化酵素であり，リン酸化により活性調節への進展阻止が重要な課題となっているが，グルカゴを受けること，非ヒストンタンパクのメチル化を介しンシグナルが NAFLD/肝がんに与える影響は明らかにさて肝糖新生と肝がんを促進することが明らかになってれていない。グルカゴンは肝臓において，糖新生，脂いる。本発表では本酵素に関する最新の知見を紹介し肪酸酸化，アミノ酸異化などの代謝作用を示すが，こ議論したい。

れらの作用を担う酵素群の発現も遺伝子転写を介して（8）グルカゴン測定系の改良とその応用～今後の検討課題を含めて～
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）
グルカゴンは血中に存在するグルカゴン関連ペプチ

ンクレチンとは関連していないことが明らかとなった。

ドとの交差反応性により，従来使用してきた競合法 RIA

従って，２型糖尿病の病態診断にグルカゴンが独立しでは血中濃度を正確に測定できなかった。そこで最近，たマーカーとなり得ることが示唆された。しかしながグルカゴンの N 末端と C 末端を認識する２つの抗体をら，現在臨床検査で使用されているサンドイッチ ELISA

用いたサンドイッチ ELISA が開発された。筆者らは質はグリセンチンなどとの交差反応性が残っており，膵

量分析装置を用いた高特異性のグルカゴン測定系（LC-

臓や胃を切除した症例では正確に測定できないことがMS/MS）との比較検証を行い，サンドイッチ ELISA が判明した。この問題を解決すべく，著者らは特異性と競合法 RIA よりも正確であることを証明した。次に，健感度を飛躍的に改良した新規サンドイッチ ELISA の開常者（CONT）と２型糖尿病患者（T2DM）の血中グル発に成功し，その有用性を確認した。一方，一般的にカゴン濃度をサンドイッチ ELISA で比較検討したとこ

臨床研究で用いられる糖負荷と食事負荷試験では糖尿

ろ，T2DM は CONT に比べ，（１）空腹時の高グルカゴ病におけるグルカゴン異常を検出する感度が低いこと

ン血症，（２）糖負荷後３０分のグルカゴンが低下しから，糖尿病モデルマウスに対し，単独栄養素負荷をない，（３）食事負荷後３０分のグルカゴンが著明に行って検証したところ，糖尿病におけるグルカゴン過上昇することが判明した。特に食後３０分のグルカゴ剰分泌を検出するにはタンパク質負荷，特に分岐鎖アン変動は種々の血糖関連パラメーターと強く相関する

ミノ酸負荷が最も有効であることを確認した。

こと，T2DM におけるグルカゴン異常はインスリンやイ340

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（9）脳内中枢時計の時刻調節に関与する新規オーファン受容体 Gpr19
山口賀章，土居雅夫（京都大学大学院 薬学研究科 システムバイオロジー分野）
我々は，概日時計の中枢である視交叉上核（SCN）にクを示す遺伝子の発現量が低下した。また Gpr19−/−マウ

発現する G タンパク質共役型受容体（GPCR）の概日リ

スは，夜間の光刺激による行動リズムの位相後退量がズム機能を研究している（Yamaguchi et al, Science 2013;

減少した。神経活動のマーカーである c-Fos の免疫組織

Doi et al, Nat Commun 2016; Yamaguchi et al, iScience 2018;

化学により光刺激の SCN への作用を解析したところ，

Wang et al, Sci Rep 2020）。今回，SCN に発現する新規

Gpr19−/−マウスの SCN では，入力部位である腹側の c-

オーファン GPCR である Gpr19 の時刻調節機能を報告す

Fos の発現は正常であったが，出力部位である背側の発る（Yamaguchi et al, Sci Rep 2021）。

現は低下した。したがって Gpr19 は，光刺激による SCN

Gpr19 は SCN の背側に発現し，その転写物量は概日リの腹側から背側への神経活動伝播を担い，概日時計の−/−ズムを示した。Gpr19 マウスは行動リズムの周期長が位相変動を調節すると考えられる。本研究により，概延長し，その SCN では Bmal1 や Gpr176 など夜間にピー

日リズムを調整する新たな標的候補が示された。

（10）微量必須栄養素の新規脳内感知機構の解明
中島健一朗，箕越靖彦（生理学研究所 生殖･内分泌発達機構研究部門）
近年，三大栄養素（糖質・脂質・タンパク質）の生詳細に調べられている。しかし，全身レベルにおける体恒常性の研究が進み，脳-末梢臓器連環による総エネ

恒常性維持機構や脳内感知の仕組みはほとんどわかっ

ルギー摂取量の恒常性維持機構の実態が解明されつつていない。

ある。また，その破綻が肥満や糖尿病をはじめとした

そこで，我々は様々な微量栄養素のうち，TCA サイ

代謝疾患を引き起こすことも知られている。これらのクルを構成する複数の酵素の補酵素として機能し，地

栄養素ついては視床下部を中心にその脳内感知や食物

球上の全ての動物のエネルギー産生において必須であ選択メカニズムの研究も進行している。一方，食品成るビタミン B1 に注目し，マウスを用いて研究を行って分には三大栄養素の他にビタミンやミネラルなどの微いる。本発表では，ビタミン B1 欠乏によって引き起こ

量必須成分が含まれる。これら微量必須栄養素は主とされる食欲不振とそこからの回復のプロセスを解析す

して補酵素として三大栄養素の代謝調節に関与するこることで分かってきた新規腸脳軸や摂食調節機構につとがこれまでの細胞内エネルギー代謝経路研究によりいて報告したい。

（11）ヘルスケア IoT による疾患診断と発症予測・制御中村亨（大阪大学 基礎工学研究科）

昨今の IoT（Internet of Things）技術による日常生活下

さらには行動変容につなげる取り組みが国際的にも注モニタリングの発展と普及は，我々の日常生活下での目されている。特に，現在の医療診断の枠組みでは使行動（睡眠や食事を含む様々な活動）や生理・心理状

用されてこなかったスマートフォンやウェアラブルデ

態，さらには周辺環境データの長期にわたる経時的・バイスなどで計測される非医療データの利活用に期待

連続的計測を可能にしつつある。近年，これらの日常が寄せられている。本発表では，我々がこれまで取り

生活データを個人の健康リスクの検知や予測に活用し，組んできたウェアラブル活動量計を用いた精神疾患の341

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

客観的評価や病態遷移の推定，日内の自覚症状変化のなスマートフォンを基盤とする IoT クラウドシステムと推定などについて紹介する。さらに，我々が開発してそれを用いた取り組み等についても紹介する。

きた日常生活下での健康関連情報モニタリングが可能（12）サルコペニア・フレイルとホルモン
小川純人（東京大学大学院 医学系研究科 老年病学）
モンやビタミン D を含めた動態との関連性が示唆されて

高齢者において，サルコペニア（加齢性筋肉減少症）やフレイル（虚弱）は，転倒・骨折リスクおよび要介

おり，筋骨連関や認知機能におけるホルモンの役割や護リスクの増大につながるだけでなく，ADL や QOL，機能についても知見が集まりつつある。今回，サルコ

生命予後にも影響をおよぼす可能性が指摘されている。

ペニア・フレイルとホルモンとの関連性について，ホ

そのため，介護予防や「フレイル健診」をはじめとしルモンの有する多面的作用や筋骨連関の制御，ホルモた早期からの予防・対策は重要と考えられている。サン補充や漢方補剤等による薬物療法の可能性を含めて

ルコペニアやフレイルの発症・進展に関して，性ホル紹介したい。

（13）Ppy 遺伝子の活性化が β 細胞の heterogeneity を規定する
深石貴大 1，中川祐子，福中彩子 1，佐藤隆史 1，原
宮塚

朱美 2，

健 2，松岡孝昭 3，綿田裕孝 2，藤谷与士夫 1（1 群馬大学 生体調節研究所 分子糖代謝制御分野
2

順天堂大学大学院 医学研究科 代謝内分泌内科学講座
3

和歌山県立医科大学 内科学第一講座）

Pancreatic polypeptide (PP)は Ppy 遺伝子によりコードさた。また，Ca2+ imaging において，Ppy-lineage β cell は non-

れ，膵島の一部を占める PP 細胞で産生される。その生

Ppy-lineage β cell と比較しグルコース応答性の細胞内 Ca

理的意義は不明だが，Ppy-lineage cell は内分泌前駆細胞流入が低下していた。以上より，Ppy-lineage β cell は PPとしての役割を持つと報告されてきた。

細胞に近い遺伝子発現プロファイルを持つ，機能的に未熟な subpopulation であると示唆された。

我々が最近確立した Ppy ノックインレポーターマウス(Ppy-Cre;Rosa26-YFP マウス)の解析の結果，成獣の膵島

さらに，Ppy-lineage β cell は通常 β 細胞の 15 % 程度をで Ppy-lineage cell は PP 細胞のみならず各種内分泌細胞に占めるに過ぎないが，GLUT2 を介して β 細胞を破壊する

分化していた。Ppy-lineage β cell の遺伝子発現を網羅的に

STZ の投与後，残存 β 細胞の 50 % 程度を Ppy-lineage β

解析すべく，single-cell transcriptome analysis を施行したとcellが占めていた。GLUT2非依存的な diphtheria toxin (DT)ころ，β 細胞の中に Ppy-lineage β cell と考えられるサブクによる β 細胞破壊ではそのような変化は確認できず，ラスターが確認され，PP 細胞の key gene の発現亢進，βPpy-lineage β cell における GLUT2 の発現低下による現象

細胞の機能・成熟に関連する遺伝子の発現低下が確認さと考えられた。しかし，DT 投与後の長期観察においてれた。免疫染色において，Ppy-lineage β cell は PP 細胞の

Ppy-lineage β cell の割合が上昇しており，遷延する高血糖

key gene の一つである TSPAN8 を高発現しており，β 細胞状態において Ppy lineage β cell が何らかの病態生理学的意の成熟マーカーである GLUT2, UCN3 の発現が低下してい義を有している可能性が示唆された。

342

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（14）フレキシブルセンサを用いた生体計測
横田知之，染谷隆夫（東京大学 工学系研究科）
現代社会の国際的な大きな社会問題の 1 つとして高齢

キシブルエレクトロニクスは，従来のシリコンを用い化があげられる。高齢化社会においては，病院や介護

たエレクトロニクスとは異なり，材料自身の柔らかさ

施設のみで高齢者をケアすることは難しく，高齢者個や有機分子ならではの特異的な機能を生かすことで，人が自分自身の健康状態に責任をもって管理すること

生体・医療向けのデバイス応用が注目を集めている。

が必要となってくる。このような在宅医療システムを我々のグループでは，特に有機エレクトロニクスを極構築するためには，高齢者でも簡便かつ安心して自分限まで薄膜化することで，生体表面へ追従するフレキの健康状態へアクセスすることができる必要性がある。

シブルセンサの開発に取り組んでいる。本講演では，1

このような社会を実現するうえで，重要な技術としてµm という薄膜基板上に形成した様々な柔らかい集積回あげられるのがウェアラブルエレクトロニクスである。

路や発光素子に関する技術紹介を行うとともに，ヘルスケア向け応用に関する進捗についても紹介する。

ウェアラブルエレクトロニクスの最先端技術の１つにフレキシブルエレクトロニクスがあげられる。フレ（15）双極性障害と身体活動の関連性
久島

周 1,2

（1 名古屋大学大学院 医学系研究科 精神医学分野，2 名古屋大学医学部附属病院 ゲノム医療センター）の合併率が高く，平均余命が一般人口よりも 10 歳短い双極性障害は，躁状態とうつ状態を繰り返す，代表との報告もある。

的な精神疾患の１つである。双極性障害（I 型）の生涯有病率は 1 % 程度であり，10～20 代に発症することが双極性障害の脳病態は不明な点が多いが，遺伝要因多い。躁状態の時は，気分が高揚あるいは易怒的になが強く発症に関与することが疫学研究から明らかになり，活動性や気力の増加が認められる。一方，うつ状っている（遺伝率 80 %）。発表者らは，全ゲノムを対態では抑うつ気分，興味・関心や喜びの喪失，活動性象とした頻度の稀なゲノムコピー数変異（copy numberの低下がみられる。

variation: CNV）の解析から，双極性障害のリスクに関多くの患者で睡眠覚醒リズムの問題が認められる。

わる遺伝子を見出した。この知見に基づいたモデルマ

双極性障害の患者は，食生活の乱れ，運動不足，薬剤

ウスを用いて解析を進めており，当日の講演では現在の影響などにより，身体疾患の合併が多く，肥満，糖までに得られた結果についても紹介する。

尿病，高脂血症，高血圧，メタボリックシンドローム（16）情動行動の発現に関与する脳内シグナル伝達機構
永井拓（藤田医科大学 精神･神経病態解明センター 神経行動薬理学研究部門）

喜び，悲しみ，怒り，恐怖，不安というような激し

快・不快情動の発現に重要な役割を果たす神経伝達物

い感情の動きは情動行動として表現され，これはある質としてよく知られている。コカインや覚醒剤などの感覚情報に対する脳の反応で人間が生きていくうえで

依存性薬物は脳内報酬系の中心である側坐核で細胞外欠かすことができない脳の働きである。ドパミンは

ドパミン量を増大させることによりドパミン D1 受容体343

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告を発現する中型有棘神経細胞の細胞興奮性を高め，精に，MAPK-Npas4 経路がシナプス可塑性に重要であるこ神運動興奮や報酬関連行動などの快情動行動をもたらとを見出した。また，忌避反応を伴う不快情動行動にす。これまでの研究で，快情動行動における側坐核中は，ドパミン D2 受容体およびアデノシン A2A 受容体を型有棘神経細胞の重要性は明らかにされてきたものの，発現する中型有棘神経細胞の PKA-Rap1 シグナルが関与

その分子メカニズムが不明であった。我々は，新たなしていることを見出した。これら一連の研究により，包括的リン酸化プロテオミクス法を開発し，これまで

ドパミンはアデノシンと協働して中型有棘神経細胞の不明であった細胞興奮性やシナプス可塑性制御の分子

リン酸化シグナルを調節し，快・不快に関する情動行

機序として，D1R-PKA-Rap1-MAPK 経路が細胞興奮性動を制御していると考えられる。

（17）健康長寿実現を目指した新規糖尿病・生活習慣病治療法の確立
岩部（岡田）美紀（東京大学大学院 医学系研究科 糖尿病･代謝内科）
生活習慣病は，健康長寿の最大の阻害要因であり，予防法・治療法であることはよく知られているが，運糖尿病は，がんや認知症などのリスクが高まり健康な動の詳細な分子メカニズムは未だ十分に解明されてい人より約 10 年短命となる。我々は，脂肪細胞から分泌ない。我々は，運動の分子メカニズムを明らかにするされるホルモンであるアディポネクチンとその受容体と共に運動の実施率向上のための取り組みを行ってい

AdipoR の作用低下が生活習慣病などの疾患の原因となる。

ることを明らかにしてきた。AdipoR を標的にした抗糖

激増する糖尿病・生活習慣病治療法創製の有力なス

尿病・生活習慣病薬開発に向けた構造ベース創薬を目

トラテジーとして，構造ベース創薬の基盤が整い，指してきた。これまでに AdipoR アゴニストの取得に成AdipoR を標的とする治療法・治療薬の開発の加速が期功し，さらに最近，新しい AdipoR の構造と機能を明ら待される。糖尿病・生活習慣病を解決し，先制医療のかにし，肥満関連疾患に対する多彩な作用を発揮する

コンセプトを具現化し，運動の実施率向上を目指した

ことが分かってきた。

健康長寿に資する画期的な新規糖尿病・生活習慣病治療法開発の取り組みと可能性についても紹介したい。

また，糖尿病・生活習慣病に対して，運動が有効な（18）膵島の栄養素代謝異常はグルカゴン過剰分泌に関与する
和田恵梨 1,2，小林雅樹 1，河野大輔 1，菊池司 1，平野瞳子 3，大日方

英 3，北村忠弘 1（1 群馬大学生体調節研究所 代謝シグナル解析分野
23

名古屋大学環境医学研究所 メタボ栄養科学寄附研究部門

群馬大学大学院 医学系研究科 教育研究支援センター 共同利用機器部門）

2 型糖尿病では高グルカゴン血症が認められており，荷したところ，たんぱく質の負荷後にすべての糖尿病

高血糖の一因と考えられている。我々は，糖尿病患者

モデルマウスで高グルカゴン血症が認められた。更に 3および糖尿病モデルマウスにおいて，空腹時よりも食種のアミノ酸溶液（分岐鎖アミノ酸，分岐鎖アミノ酸

後に高グルカゴン血症が顕著となることを明らかとし以外の必須アミノ酸，非必須アミノ酸）を作製し，そた。本研究では，グルカゴン過剰分泌に関連する栄養

れぞれ投与した。すると分岐鎖アミノ酸（BCAA）投与

素の特定および，そのメカニズムの解明を目的とした。

後にのみ，糖尿病モデルマウスで高グルカゴン血症となることが認められた。

単独栄養素負荷時のグルカゴン濃度を測定した。3 大続いて，糖尿病モデルマウス膵島の BCAA 代謝産物

栄養素（たんぱく質，脂質，炭水化物）をそれぞれ負344

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）研究会報告を調べた。BCAA 異化で産生される分岐鎖ケト酸や分岐善された。

鎖アシル CoA の含量は糖尿病モデルマウス膵島で減少

以上より，糖尿病病態では膵島で BCAA 代謝異常がしていた。そこで，BCAA 代謝抑制酵素である BCKDK

起こっており，それが糖尿病における食後グルカゴンの阻害剤を糖尿病モデルマウス膵島に添加したうえで，分泌亢進に関与していることを初めて明らかとした。

BCAA 添加を行ったところ，グルカゴンの過剰分泌は改（19）カナグリフロジンによるグルコース非依存的大腸ガン増殖抑制作用
田中智洋，八木崇志，久保田英嗣，片岡洋望（名古屋市立大学 医学研究科 消化器･代謝内科学）
ガン細胞における細胞内代謝と増殖との関連が示さ

培地や SGLT1 ノックダウン細胞でも観察されたことか

れ，代謝制御による制ガン戦略が注目を集めている。

ら，増殖抑制はグルコース非依存的と考えられた。一一般にガン細胞は解糖系に依存し，より多くのグルコ方，Cana は Empa ではみられない ADP や GDP，GSSG

ース分子を要とする。我々は，特に消化管ガンにナトの増加等の代謝変化を生じ，リン酸化 AMPK の増加，

リウム・グルコース共役輸送体（SGLT）が高発現してリン酸化 4EBP1 の減少をもたらした。Cana の効果はいることに着目し，SGLT 阻害剤が大腸ガンの増殖に及AMPK 阻害薬や mTOR 活性化薬により阻害されたこと

ぼす影響を検討した。ヒト大腸ガン細胞株に SGLT2 阻から，グルコース非依存的な細胞内エネルギー状態変害薬，カナグリフロジン（Cana）を添加すると，S 期細化が Cana 作用の機序と考えられた。Cana の経口投与は胞の減少と用量依存的な増殖抑制が認められた。同じ

ヌードマウスの皮下に移植した大腸ガンの増殖を抑制

SGLT2 阻害薬でもエンパグリフロジン（Empa）はこのした。以上，カナグリフロジンによる糖取込み非依存効果を示さなかった。Cana，Empa はいずれも糖取込み的なガン細胞代謝変化と増殖抑制効果が示され，今後には影響せず，Cana の増殖抑制効果はグルコース除去の展開が期待される。

（20）レプチン投与は PTP1B 欠損下でインスリン依存性糖尿病モデルマウスの糖代謝を改善する
坂野僚一 1,2（1 名古屋大学 総合保健体育科学センター，2 名古屋大学医学部附属病院 糖尿病･内分泌内科）【背景】インスリン依存性糖尿病モデルマウス（IDDM）を作成後，浸透圧ポンプを用いてレプチン 20 μg/日を皮にレプチンを脳室内投与すると，自律神経を介し末梢下へ持続投与し糖代謝の変化を評価した。

臓器での糖の取り込みを増強して糖代謝を改善する報【結果】IDDM W-KO および P-KO は IDDM WT と比較告がある。Protein Tyrosine phosphatase-1B (PTP1B) は，して有意な糖代謝の改善を認めたが A-KO では傾向を認

レプチンシグナルを阻害する酵素であり，PTP1B 欠損

めるのみであった。

下ではレプチンシグナルが亢進する。

【考察】IDDM モデルマウスにレプチンを投与すると【目的】IDDM において PTP1B 欠損下でレプチンを投与

PTP1B 欠損下では外因性のレプチン作用が増強し，イし糖代謝が改善するか否かを検討する。

ンスリンシグナルとは独立して糖代謝を改善する可能【方法】10 週齢の雄性野生型マウス（WT）および全性が示唆された。また，レプチンによる血糖降下作用

身性または POMC ニューロン特異的または AgRP ニューは少なくとも POMC ニューロンを介したものであるこ

ロン特異的 PTP1B 欠損マウス（それぞれ W-KO，P-KO，とが示唆された。

A-KO）にストレプトゾシン（STZ）を投与して IDDM

345

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

11．食の「満足感」を担う分子・神経基盤研究会（食欲・食嗜好研究会）
2021 年 9 月 27 日
代表・世話人：佐々木努（京都大学）

所内対応者：箕越靖彦（生体機能調節研究領域 生殖･内分泌系発達機構研究部門）（１）飲酒欲求の調節メカニズム佐々木努（京都大学）（２）核輸送とアルコール関連行動
青峰良淳（大阪大学）（３）辛味感受性と遺伝子多型
村田芳博（高知大学）（４）微量栄養素の受容機構
中島健一朗（生理学研究所）（５）迷走神経切断動物における欠乏微量栄養素の選択摂取行動
安尾敏明（朝日大学）（６）慢性ストレス下の摂食・栄養変化藤井徹（八千代病院）（７）マウスの食塩嗜好性を記述するホメオスタシス強化学習理論の構築
内田裕輝（国立精神･神経医療研究センター）（８）匂いの行動学習を担う嗅皮質領域の神経回路可塑性機構
モハメッド･ファズレイ･ラッビ･シャ（高知大学）（９）脂肪酸伸長酵素 Elovl6 とショ糖嗜好性
志村拓哉（筑波大学）（10）匂いに対する誘引行動の代謝シグナルによる調節機構
モハメッド･モンジュルル･アハサン（高知大学）（11）Neuropeptide F はショウジョウバエにおいてインクレチン様作用を持つ
丹羽隆介（筑波大学）（12）肥満マウスにおける視床下部分泌性小タンパク質の機能解析
成松勇樹（広島大学）（13）低脂肪・高炭水化物食給餌下における視床下部分泌性小タンパク質の影響加藤正暉（広島大学）【参加者名】
近藤高史（近畿大学），清水愼太郎（ハウス食品

内田裕輝（国立精神・神経医療研究センター），藤井㈱），加藤直樹（アサヒクオリティーアンドイノベー

徹（八千代病院），加藤るみ子（八千代病院），鈴木

ションズ㈱），宮本理人（神奈川工科大学），柴田諒

未 宇 （ 八 千 代 病 院 ） ， 藤 川 哲 兵 （ UT Southwestern

祐（㈱ニップン），豊原良和（高砂香料工業㈱），伊Medical Center），森下紗帆（常葉大学），溝口博之

藤建吾（エスビー食品㈱），松本英希（味の素㈱），（名古屋大学），加藤正暉（広島大学），成松勇樹

宇賀神道彦（東京海洋大学大学院），今井啓雄（京都（広島大学），朝倉敬子（東邦大学），中島久和（京大学），村田芳博（高知大学），青峰良淳（大阪大学

都府立医科大学），岩畑慎一（ハウス食品㈱），趙

蛋白質研究所），疋田貴俊（大阪大学蛋白質研究所），

卉家（味の素㈱），平井宏和（日本食品化工㈱），酒346

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

翔（京都大学），五十嵐ー食品インターナショナル㈱），河内花菜子（京都大麻希（東京大学），竹隈幸洋（ハウス食品グループ本学），山田真実（京都大学大学院），小澤貴明（大阪社㈱），長阪玲子（東京海洋大学），岡和（豊田中大学），村田航志（福井大学），志内哲也（徳島大央研究所），福原正太（京都第二赤十字病院），根岸学），岡田紫苑（京都大学），小山博之（名古屋市立

剛大（ハウス食品㈱），都地真澄（東京海洋大学），

大学大学院），深澤朋子（早稲田大学），加藤成樹

池田弘子（星薬科大学），菊池真和（㈱ロッテ），山（福島県立医科大学），志村拓哉（筑波大学），平田口正洋（高知大学），柘植杏菜（ライオン㈱），福村康朗（医療法人社団 珠泉会），佐々木圭介（広島大学），新田貴大（ハウス食品グループ本学），森脇翔悟（広島大学），内藤万菜（広島大学），

社㈱），小栗靖生（京都大学大学院），吉田健人（京竹村晶子（名古屋市立大学大学院），浮穴和義（広島都大学），沼上真佑（明治大学大学院），安尾敏明大学），新福夏海（広島大学），岩越栄子（広島大（朝日大学），田中大介（東京医科歯科大学），芝崎

学），丸山世倫（京都大学大学院），森真裕（星薬科大学），丹羽隆介（筑波大学），留岡諭

社女子大学），大西康太（京都府立大学），大林健人

志（ライオン㈱），Md. Fazley Rabbi Sha（高知大学），（京都府立大学大学院），竹澤李奈（京都大学），森

大野雅貴（マルハニチロ㈱），鷹股岡修平（京都大学），森本恵子（京都光華女子大学），

寄信幸（広島大学），松居亮（奈良女子大紀之（同志学），八十島安伸（大阪大学），鴨井享宏（ハウス食

山中品グループ本社㈱），岩崎有作（京都府立大学），井学），青木駿介（㈱電通サイエンスジャム），高橋侑

原悠介（味の素㈱），藤田真由（静岡大学大学院），

真（京都大学），長縄詩織（京都大学），井上可南子

吉野朱香（静岡大学大学院），柳沼裕史（たかぎ内（京都大学），伏見駿亮（京都大学大学院），藤平杏科），Md Monjurul Ahasan（高知大学），上田修平（名子（東京工業大学），沼部令奈（京都大学），箕越靖

古屋大学），恒川卓（一宮市立市民病院），重岡彦（生理学研究所），中島健一朗（生理学研究所），

徹（味の素㈱），立松綾子（富士食品工業㈱），白石

近藤邦生（生理学研究所），菊地晶裕（生理学研究

郁美（味の素㈱），野尻健介（長谷川香料㈱），中川所），堀尾修平（生理学研究所），上原優子（生理学佳保（奈良女子大学），田中研究所），三須宏武（生理学研究所）

都（名古屋大学），安創（京都大学霊長類研究所），森

努（京都大

新（京都大

藤貴史（産業技術総合研究所），大栗弾宏（サントリ【概要】
本会は昨年度に引き続き，本年度も COVID19 対策の感覚の SNS ツールである SpatialChat を導入しました。

ためにオンライン開催となりました。コロナ禍が想定

懇親会会場を移動しながら，複数の人と情報を交換す

以上に長引き，研究開発活動のみならず，日常生活にる感覚を，SNS 上で再現しているサービスです。対面のも支障が生じている方々も多いことを反映して，各種研究会の時のように，セッション間の休憩時間を長め学会においても，オンライン開催への切り替えや，登に確保して，情報交換ができるようにスケジュールを

録演題数の減少が生じています。本会も，今年度は 1 日組んだ結果，質疑が白熱したため各プログラムは予定に短縮して開催する運びとなりました。他方，参加者

より長くかかりましたが，休み時間の意見交換も含めは例年と変わらず，合計 112 名（内，アカデミア 81 名，て，無事に終了することができました。SpatialChat を導

産業界 25 名，その他 6 名）の方にご参加いただきまし

入したおかげで，休憩時間での追加質問や，懇親会でた。特に，遠方から出張するのが難しい方々にとっての情報交換はスムーズにいきました。
他方，オンラインでは知らない人同士が交流するには，オンラインで聞きたいところだけ参加できるといはハードルが高く，初対面の参加者同士では情報交換

うのは，メリットだったようです。
昨年度開催した zoom でのオンライン研究会では，学がしにくかったようです。そのような反省も踏まえ，術講演の質は対面開催時と同程度に保てましたが，参来年度は対面で開催したいという意向が強かったと思加者間の交流しにくさが目立ちました。そこで本年度います。オンサイト，もしくは，ハイブリッドを含めは，参加者プロフィールを復活させると共に，立ち話て検討したいと思います。

347

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（1）飲酒欲求の調節メカニズム佐々木努（京都大学）

飲酒は，世界疾病負荷第 9 位に相当する社会問題であら，脳内報酬系に着目した研究が進められてきた。他

り，49 歳以下の死・障害の最大の危険因子である。

方，飲酒は食事と共に飲食の一環として行われること，2019 年の日米 EU5 か国の有病者数は，2,894 万人である。

お よ び ， 進 化 生 物 学 的 な 仮 説 “ drunken monkey

日本における過度の飲酒による社会的損失は年間 4.15

hypothesis”に着目し，生活習慣としての飲食の一環と兆円と試算されている。しかし，飲酒に対する介入をして，飲酒に伴い生成する栄養代謝シグナルが飲酒を必要とする対象者は，病状を否認し，治療を拒否する

調節する可能性を検証した。その結果，申請者らが同という問題がある。さらに，既存の薬物療法も，有効定した「糖分に対する摂取欲求を調節する臓器連関シ性が低いことが問題となっている。他方，酒量を減らグナル」である FGF21-オキシトシン系は，飲酒欲求もすほど健康リスクが低下することが報告されており調節することを見出した。そして，FGF21 分泌誘導剤を（Lancet, 2018），実効性のある介入法の開発に対する探索，同定し，機能性食品成分として特許出願を行っニーズが高い。

た。本講演では，これらの成果を紹介する。

飲酒に関するこれまでの研究は，薬物依存の観点か（2）核輸送とアルコール関連行動
青峰良淳，櫻井航輝，Tom Macpherson，小澤貴明（大阪大学 蛋白質研究所）
宮本洋一，米田悦啓，岡正啓（国立研究開発法人 医薬基盤･健康･栄養研究所）
疋田貴俊（大阪大学 蛋白質研究所）

インポーチン α3（遺伝子：Kpna3）は，核輸送因子の初めに，エタノール２瓶選択試験を行った。雄の KO

インポーチン α ファミリーのサブタイプである。インポ

マウスは，野生型と比較して，特に高濃度のエタノーーチン α は，古典的核輸送シグナル(cNLS) 及びインポール（18，21 % ）で，有意に高いエタノール消費量を示

チン β1を認識・結合し，三量体複合体を形成する。インした。逆に雌の KO マウスは，有意に低い消費量を示し

ポーチン β1 により，三量体複合体は核内に輸送される。

た。次に，エタノールの報酬性を調べるために，タッ

重要なことに，ヒト KPNA3 の一塩基多型（SNP）が特

チスクリーンを用いたオペラント課題を行った．そのにアルコール依存症と関連していることが報告されてい結果，雄の KO マウスは，野生型と比較して，報酬に対る。しかし，脳内及び神経細胞でのインポーチン α3の役

するオペラント反応が有意に多かった。これらの結果

割についてはほとんど知られていない。本研究では，アは，インポーチン α3 がアルコールの報酬作用の制御に

ルコール依存症におけるインポーチン α3の役割を調べる

重要な役割を果たしていることを示唆しており，将来ために，インポーチン α3 ノックアウト（KO）マウスののアルコール依存症の治療において有効なターゲット

アルコール探索行動を評価した。

となる可能性がある。

348

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（3）本学医学科学生の辛味検知閾値と受容体遺伝子多型
村田芳博，柴野究，山口正洋，奥谷文乃（高知大学）

本学医学科学生のカプサイシンに対する口腔内検知箇所の既知 SNP を対象としてジェノタイピングを行った。

閾値と辛味嗜好性について予備調査を行ったところ，

ゲノム DNA は被験者の頬粘膜細胞から抽出し，ジェノ

舌尖部で閾値が低い群と高い群が存在し，低い群ではタイピングした。そして，検知閾値との相関解析（ハプ

高い群に比べて辛い食品を嫌い，好ましくないイメー

ロタイプ解析）を行った。その結果，カプサイシン閾値

ジを持つ傾向がみられた。そこで本研究では，検知閾

のヒストグラムは予備調査と同様に，低閾値群と高閾値値の違いを生み出すメカニズムを考察するため，口腔群の二峰性を示した。この 2 群間でハプロタイプ解析を内のカプサイシン検知閾値と辛味受容体遺伝子の一塩

行ったところ，7 通りのハプロタイプが存在し，あるハ

基多型（SNP）の相関を解析した。

プロタイプが高閾値群に特徴的であることが分かった。

本学医学科学生 226 名（男性 163 名，女性 63 名，年齢

すなわち，辛味検知閾値は受容体遺伝子多型の影響を受

中央値 21 歳）を対象として，濾紙ディスク法を用いて舌けている可能性が考えられる。

尖部のカプサイシンに対する検知閾値を測定した。その本研究は医学部倫理委員会の承認を受け，被験者に上で，辛味受容体遺伝子 TRPV1 の exon 領域における 3

対して研究目的を十分説明し同意を得た上で実施した。

（4）微量必須栄養素の新規脳内感知機構の解明
中島健一朗，箕越靖彦（生理学研究所）
近年の研究により，三大栄養素（糖質・タンパク持機構や脳内感知の仕組みはほとんどわかっていない。

質・脂質）の生体恒常性における脳-末梢臓器連環の詳そこで，我々は様々な微量栄養素のうち，TCA サイ

細が解明され，その重要性や健康への影響が明らかにクルを構成する複数の酵素の補酵素として機能し，全なりつつある。また，これらの成分については視床下ての動物のエネルギー産生において必須であるビタミ部を中心にその脳内感知や食物選択メカニズムの研究

ン B1 に注目してマウスを用い研究を実施している。本も進行している。その一方，食品成分には三大栄養素

発表では，ビタミン B1 欠乏によって引き起こされる食の他にビタミンやミネラルなどの成分が含まれる。こ

欲不振とそこからの回復のプロセスを解析することでれら微量必須栄養素は補酵素として三大栄養素の代謝分かってきた新規腸脳軸や摂食調節機構について報告

調節に関与することが細胞内の代謝経路研究により詳したい。

細に調べられているものの，全身レベルでの恒常性維（5）迷走神経切断動物における欠乏微量栄養素の選択摂取行動
安尾敏明，諏訪部武，中村文彦，硲哲崇（朝日大学）

これまでに，ビタミン C（以下，VC）合成能が欠如示してきた。近年，味覚センサーは口腔のみならず，した ODS/shiJcl-od/od ラット（以下，OD ラット）にお

脳や腸管にも存在し，摂取した食品の情報を脳へ伝え

いて，VC 欠乏時に VC やクエン酸といった酸に対するることで，食欲や摂食行動に影響を与え，エネルギー

鼓索神経応答が低下し，これらに対する嗜好率は増加

代謝を変化させることから，「口腔-脳-腸連関」の存在するが，食欲不振や体重減少が起きる可能性を我々はが示唆されている。

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

本研究では，VC 欠乏時における VC の選択摂取行動

加せず，為似手術群と比べて低い値であった。

に迷走神経が関与しているのかどうかを明らかにする

以上の結果から，VC 欠乏動物における VC の選択摂ために，OD ラットを迷走神経切断群と偽似手術群に分取行動に迷走神経が一部関わっている可能性が考えらけ，VC 欠乏前後に 48 時間二瓶選択法を行い，両群のれたが，切断群のラットも，欠乏後に VC 水溶液を摂取

10mMVC 水溶液と 3mM クエン酸水溶液に対する嗜好率

し，欠乏から回復したことから，欠乏した微量栄養素

をそれぞれ算出し比較した。その結果，欠乏前と比べの選択摂取には，味覚神経が重要な働きをしている可欠乏後，為似手術群では両水溶液の嗜好率が有意に増能性が考えられ，今後さらなる研究が必要である。

加したが，切断群では両水溶液の嗜好率は有意には増（6）慢性ストレス下の摂食・栄養変化藤井徹（八千代病院）2020 年世界中が SARS-CoV-2 パンデミックとなり，糖拠となる「孤立」環境の排除が必要である。しかし尿病(DM)者も三密回避のため屋外運動・施設筋トレな2020 SARS-CoV-2 パンデミックと梅雨期～９月末までのどの運動不能状態が長く続いた。さらに東海地区では

異常気象は，精神的・身体的ストレス状態を多くの DM

異常気象に晒された。そこで，2020 年２月以降の当診者にもたらした。例年は彼岸が過ぎ，過ごしやすい秋

療科受診患者のラボデータおよび診察時の聴き取りかとなると真夏の摂食量・質悪化も回復することが多い

ら DM 者の生活状況を探った。

が，2020 は１１月になっても栄養状態が悪化したまま【結果】①殆どの DM 者が自身の身体活動の低下を実となっている人が極めて多かった。さらに，多くの DM感していた。②摂食量・質が変化していることを認識

者が自己認識していないだけで無く，主治医も把握ししていた DM 者は少なかった。③正しい体重変化を把握ていない場合が多かった。栄養状態悪化に運動不足，していた DM 者は少なかった。

さらに社会的・精神的孤立が重なることにより，高齢のみならず青壮年 DM 者にもサルコペニア・フレイルを【考察】サルコペニア・フレイル進展予防のために進展させるリスクがあることが判明した。

は，高齢になる前からの的確な食事(栄養バランス+量)
摂取に加え的確な運動，社会的・精神的フレイルの原（7）マウスの食塩嗜好性を記述するホメオスタシス強化学習理論の構築
内田裕輝（国立精神･神経医療研究センター，東京医科歯科大学）
疋田貴俊（大阪大学蛋白質研究所）
山下祐一（東京医科歯科大学）
動物には，高濃度食塩水をナトリウム不足時に嗜好を制御するのかといった計算論的モデルの有効性が期し，通常時に忌避する食塩欲求が知られ，ホメオスタ

待される。本研究では，ホメオスタシスを強化学習プ

シス維持の神経基盤を理解するためのモデルとして研ロセスとして理解する計算モデル（ホメオスタシス強究されている。先行研究により，食塩欲求行動に関連

化学習モデル，HRL）を用いて，食塩欲求行動のモデする脳領域に関する知見が蓄積されているが，食塩欲ル化を試みた。
まず，内部状態として体内ナトリウム状態を設定し，求行動制御のメカニズムには未解明な点が多い。この課題に対して，報酬予測や嗜好性といった脳機能の要マウスが高濃度食塩水に対して，ナトリウム不足状態

素が，どのような計算プロセスにより，食塩欲求行動

では嗜好を，通常時には忌避をそれぞれ示すことを再350

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

現し，HRL が食塩欲求行動に適用可能であることを確を提案した。最後に，HRL が食塩欲求以外の一般的な認した。さらに，食塩欲求に関与する外側結合腕傍核

食行動をモデル化できる可能性を示すため，HRL モデの活動を化学遺伝学的手法（DREADD）で操作する実ルを用いて食行動による栄養保持と，その変調として験を HRL により再現し，外側結合腕傍核が報酬学習にの肥満症やうつ病の症状，症状の推移や治療可能性における行動価値の学習プロセスに関与する，との仮説

ついて検討を行った。

（8）匂いの行動学習を担う嗅皮質領域の神経回路可塑性機構
モハメッド･ファズレイ･ラッビ･シャ，古賀有里子，村田芳博，谷口睦男，山口正洋（高知大学）
匂いに対する行動の多くは経験によって獲得される。

を与えることにより光刺激によってえさを求める行動

マウス嗅皮質の一領域である嗅結節の前内側ドメイン

学習を行った。このマウスの梨状皮質から嗅結節へのは匂いの誘引行動学習により活性化し，外側ドメイン

軸索投射を組織学的に解析したところ，誘引行動に関は匂いの忌避行動学習により活性化する。しかしなぜわる嗅結節前内側ドメインにおける ChR2-mCherry 陽性

学習によって嗅結節の特定ドメインが活性化するよう軸索末端が，忌避行動に関わる嗅結節外側ドメインにになるかは分かっていない。嗅結節は様々な脳領域かおける ChR2-mCherry 陽性軸索末端に比してサイズが大ら軸索投射を受ける。嗅皮質の最大領域である梨状皮きくなっていた。光刺激のみを行ったマウスではこの質から嗅結節への軸索投射に着目し，この軸索投射がような変化は観察されなかった。以上より梨状皮質か匂い学習によって如何なる可塑的変化を示すかを検討

ら嗅結節への軸索投射は学習に基づくドメイン特異的した。遺伝子改変マウスとウイルスベクターを用いてな可塑的変化を起こしうることが判明し，これがドメ

梨状皮質ニューロンにチャネルロドプシン（ChR2）とイン特異的活性化に関与している可能性が考えられた。

赤色蛍光蛋白(mCherry)を発現させ，光刺激と共にえさ（9）脂肪酸伸長酵素 Elovl6 とショ糖嗜好性
志村拓哉，松坂賢（筑波大学），煙山紀子（東京農業大学），加藤淳子（筑波大学）
藤万里子，飯田薫子（お茶の水女子大学），島野仁（筑波大学）

脂肪酸伸長酵素 Elovl6 は炭素数 12-16 までの飽和・一高ショ糖食では摂食量が有意に増加した。また，選択

価不飽和脂肪酸を基質とし，炭素数 18 の長鎖脂肪酸の給餌では，普通食と高ショ糖食を合わせた総摂食量と合成を行う脂肪酸伸長酵素である。本研究では，Elovl6

総カロリー摂取量は全てのマウスで同等だったが，欠損（KO）マウスおよびニューロン特異的 Elovl6 欠損

Elovl6KO/NKO マウスは高ショ糖食をより多く摂食し，（NKO）マウスを用いて摂食調節機構における Elovl6

普通食の摂食量は減少した。さらに，Elovl6 KO/NKO マの役割を検討した。普通食，高ショ糖食を単独またはウスで認められたショ糖嗜好性は，naloxonazine 投与群

選択条件で与え，その摂食パターンと摂食量を観察しでは変化せず，naloxone および β-FNA を投与した群で抑た。また，報酬系に重要な役割をもつオピオイドに着制された。

目し，Elovl6 KO/NKO マウスにオピオイド受容体のアン

以上より，Elovl6 による脂肪酸組成の変化は，嗜好性に基づいた摂食に影響を及ぼし，オピオイド受容体がタゴニストを投与し同様の解析を行った。
単独給餌の結果，コントロール群と比較して Elovl6

関与することが示唆された。

KO/NKO マウスは普通食の摂餌量は変わらなかったが，

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（10）匂いに対する誘引行動の代謝シグナルによる調節機構
モハメッド･モンジュルル･アハサン，村田芳博，谷口睦男，山口正洋（高知大学）
食べ物の匂いに対する応答は空腹時と満腹時で大き習を行って，匂いに誘引行動を示すマウスの嗅結節前く異なり，嗅覚機能は代謝状態の影響を受けることが内側ドメインにオレキシン受容体アンタゴニストを局

知られている。我々は匂いに基づく誘引・忌避行動を所投与したところ，匂いに対する誘引行動が減弱し，制御するマウス嗅結節における神経調節性シグナル分

更にこの匂いに対して忌避行動をとるようになった。

子の発現を調べ，匂いの誘引行動を担う嗅結節の前内一方，アンタゴニストを嗅結節の外側ドメインや側坐側ドメインに多くの分子が高発現していることを明ら

核に局所投与しても匂いの誘引行動に変化は見られなかにした。そこで摂食促進作用を持ち，この領域に高かった。以上のことから嗅結節前内側ドメインは代謝い発現を示すオレキシン受容体に着目し，この役割をシグナルを受け取って匂いに基づく摂食行動を制御し薬理学的に検討した。特定の匂いとえさ報酬の連合学ていると考えられた。

（11）Neuropeptide F はショウジョウバエにおいてインクレチン様作用を持つ
丹羽隆介（筑波大学）
栄養素の量や質に応じて適切にエネルギー産生を制ても活発に展開されつつある。先年我々は，ショウジ御するために，多くの動物においてインスリンやグルョ ウ バ エ EEC か ら 分 泌 さ れ る ペ プ チ ド ホ ル モ ン

カゴンが重要な役割を果たす。そして脊椎動物では，Neuropeptide F（NPF）がメス生殖幹細胞の増殖に必須

栄養の情報を読み取り，インスリンとグルカゴンの産の役割を果たすことを報告した。

生・分泌を調節するホルモンとして，胃腸内分泌細胞

本講演では，腸 NPF が，生殖幹細胞のみならず，イ（EEC）から分泌される消化管ホルモン「インクレチン」

ンスリンやグルカゴンに相当するホルモンの合成・分がよく知られており，糖尿病や肥満といった生活習慣

泌の制御を介して全身性の脂質代謝に影響を及ぼすこ病治療のターゲットとしても注目される。しかし，イとを紹介する。NPF は，脊椎動物の NPY の相同分子でンクレチンの報告はヒトなどの脊椎動物の系に限られあり，インクレチンとは全く異なる１次構造のペプチており，昆虫などの無脊椎動物に同様の機能をもつホドホルモンであるが，少なくともショウジョウバエにルモンが存在するのかは不明であった。

おいてはインクレチンと同等の作用を有すると考えられる。

一方，消化管ホルモンの研究は，近年モデル生物
キイロショウジョウバエ Drosophila melanogaster におい（12）肥満マウスにおける視床下部分泌性小タンパク質の機能解析
成松勇樹，加藤正暉，三村朱花，新福夏海，福村圭介
岩越栄子，古満芽久美，森脇翔悟，渡邊大輝，浮穴和義（広島大学）
我々は鳥類の視床下部から新規遺伝子を発見し，産わたる脊椎動物において保存されており，重要な生理出される成熟小タンパク質を neurosecretory protein GL

機能を持つと考えられている。ラットやマウスを用い（NPGL）と命名している。NPGL は魚類から哺乳類にたこれまでの解析により，NPGL は摂食行動を促進し，

352

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第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

肥満を惹起することを明らかにしている。一方で，肥

自発運動量を測定できる回転ホイール存在下で，DIO

満動物では摂食行動の亢進に伴い，運動量が低下し，マウスの脳室内に NPGL を慢性投与した結果，摂食量・高血糖症などの生活習慣病を発症することが報告され

体重増加量・脂肪重量・骨格筋重量が有意に増加した。

ている。したがって，生活習慣病の対策には，肥満時

一方で，自発運動量や血糖値に有意な差は認められなの摂食行動および運動量の制御機構を理解することがかった。また，骨格筋において，持久力を担う遅筋線重要である。そこで本研究では，肥満マウスにおいて維を構成する遺伝子の発現量が有意に増加した。したNPGL が摂食行動および自発運動に与える影響を明らかがって，肥満マウスにおいて NPGL は，摂食行動や脂肪にすることを目的として，食餌誘導性肥満（DIO）マウ

蓄積を促進する一方で，骨格筋量を増加し，同時に運スを用いて，NPGL の脳室内慢性投与実験を行った。

動量を維持することが示唆された。

（13）低脂肪・高炭水化物食給餌下における視床下部分泌性小タンパク質の影響
加藤正暉，成松勇樹，森脇翔悟，内藤万菜，古満芽久美，浮穴和義，岩越栄子（広島大学）
我々は，視床下部から分泌性の小タンパク質をコー

アデノ随伴ウイルスを用いて Npgl 前駆体遺伝子を視ドする新規遺伝子を発見しており，その成熟小タンパ

床下部領域に過剰発現させた ICR 系統マウスを用い，低ク質の構造から，Neurosecretory protein GL（Npgl) と命

脂肪・高炭水化物食を 2 ヶ月間給餌し，摂食量と体重の名している。ラットやマウスを用いた解析から，NPGL

測定を行った。さらに，サンプリング時に各種組織重は摂食行動や脂肪蓄積を促進することを明らかにして量を測定した。その結果，摂食量・体重・脂肪重量・いる。Wistar 系統ラットを用いた解析から，NPGL は炭肝臓重量・腎臓重量・血糖値が有意に増加した。Npgl

水化物からの de novo 脂肪合成を促す作用がある一方で，過剰発現による血糖値の増加は，Wistar 系統ラットや

C57BL/6 系統マウスを用いた解析からは飼料からの脂肪

C57BL/6 系統マウスでは確認されておらず，ICR 系統マ

吸収を亢進させることを見出している。今回はマウス

ウス特異的な表現型であることが示唆された。現在，の系統間における NPGL の効果の違いの有無を検討する

肝臓や脂肪組織での脂質代謝関連遺伝子の mRNA 発現ことを目的とし，IＣＲ系統マウスを用いて NPGL の作量の解析を進めており，それらの結果についても発表

用を検討した。

したい。

353

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第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

12．機能と構造の視覚科学研究会
2021 年 9 月 8 日
代表・世話人：鯉田孝和（豊橋技術科学大学）
所内対応者：吉村由美子（視覚情報処理研究部門）（１）ゼブラフィッシュ中波長領域感受性を示す錐体細胞の遺伝子発現制御メカニズム
小川洋平（Washington University School of Medicine）（２）Late phase suppression shapes identity and familiarity responses in macaque face patch neurons
小谷野賢治（NIH）（３）盲視の脳内メカニズム -非ヒト科霊長類を用いた研究について伊佐正（京都大学）（４）マウス一次視覚野における自然画像の表現
吉田盛史（東京大学）（５）網膜発生と変性，維持におけるグリア細胞の役割
渡辺すみ子（東京大学）（６）人工知能を用いた魅力的な顔および自動車の心的イメージ可視化研究内藤智之（大阪大学）【参加者名】
小谷野賢治（National Institute of Mental Health），吉田松英彦（玉川大学），本間耕平（慶應義塾大学），森篤司（National Institutes of Health），大石浩輝（NICT），

将輝（慶應義塾大学），早野元詞（慶應義塾大学），

小川洋平（Washington University School of Medicine），

佐藤慎哉（国立循環器病研究センター研究所），大松

川崎雅司（バージニア大学），福富又三郎（ワシント

聡子（国立障害者リハビリテーションセンター研究

ン大学セントルイス校），金子沙永（北海道大学），所），世古裕子（国立障害者リハビリテーションセン

吉田正俊（北海道大学），寺島裕人（北海道大学），

ター研究所），須田悠紀（山梨大学），林大黒浩（札幌医科大学），日景史人（札幌医科大

業技術総合研究所），稲吉宏明（産業技術総合研究学），角田遼河（岩手県立大学），眞田尚久（岩手県所），篠崎隆志（情報通信研究機構），竹村浩昌（情立大学），川崎修斗（岩手県立大学），法霊崎真琉

報通信研究機構），坂野雄一（情報通信研究機構），（岩手県立大学），高橋番

礼（岩手県立大学），尾崎浩志（情報通信研究機構），石金浩史（専修大

拓（岩手大学），大門将寛（東北大学），高田悠太学），箕浦（東北大学），金大学院大学），楊成慧（宇都宮大学），酒井

宏

隆介（産

舞（早稲田大学），木下充代（総合研究嘉楽（中央大学），山口真美（中（筑波大学），佐々木哲也（筑波大学），鈴木大地

央大学），中島悠介（中央大学），鶴見周摩（中央大（筑波大学），宍倉基文（筑波大学），鹿野

学），行松慎二（中京大学），平柳光浩（帝京科学大

豊（群馬大学），今村一之（前橋工科大学），溝上陽子（千学），本間光一（帝京大学），庄野

葉大学），川嵜圭祐（新潟大学），橋本昂之（東京大学），村上学），小島大輔（東京大学），吉田盛史（東京大学），

女子医科大学），雁木美衣（日本医科大学），齊藤

丸岡久人（東京大学），青木佑紀（東京大学），竹前健（日本大学），伊勢村和靖（日本大学），榎澤瑠奈

和彦（東京大学），渡辺すみ子（東京大学），西尾（日本大学），森下克幸（日本大学），上野寛子（明奈々（東京大学），三田真理恵（東京大学），深田吉

治学院大学），村井伊織（理化学研究所），池田琢朗孝（東京大学），富山優介（東京大学），山川昌彦（理化学研究所），谷本（横浜国立大学大学院），正岡明浩（玉川大学），小啓治（理化学研究所），小林354

逸（電気通信大諒（電気通信大学），蒋池かおり（東京

彩（理化学研究所），田中恵（愛知県医療療育総生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

合センター発達障害研究所），神山斉己（愛知県立大拓也（立命館大学），森藤

学），佐々木友望（愛知県立大学），岩松立眞（愛知ZHANG PEIYU（立命館大学），草野亜胤（立命館大

県立大学），杉山しづか（愛知県立大学），高橋啓介学），堀江（愛知淑徳大学），高橋伸子（愛知淑徳大学），本居学），渡邉美樹也（立命館大学），首藤浩伸（立命館

快（愛知淑徳大学），國武実里（愛知淑徳大学），木大学），近藤佑樹（立命館大学），岩尾京春（立命館矢剛智（金沢大学），久保大学），中木駿汰（立命館大学），田内雅規（岡山県

郁（国立遺伝学研究所），

暁（立命館大学），

翔（立命館大学），松島祐輝（立命館大松田光司（国立遺伝学研究所），宮下真信（沼津工業立大学），早坂央希（鹿児島大学），岡村純也（鹿児高等専門学校），佐藤隆夫（人間環境大学），平田

島大学），宇山紘史（神戸アイセンター病院），松山豊（中部大学），進士裕介（中部大学），妹尾圭司

オジョス 武（神戸アイセンター病院），山本（浜松医科大学），鯉田孝和（豊橋技術科学大学），

戸アイセンター病院），大森敏明（神戸大学），潮井田村秀希（豊橋技術科学大学），及川達也（豊橋技術

川修一（福岡国際医療福祉大学），塚本吉彦（兵庫医科学大学），山田達郎（豊橋技術科学大学），兼松

科大学），阪内圭（豊橋技術科学大学），辻村誠一（名古屋市立大科学技術大学院大学），赤塚浩二（㈱本田技術研究学），萩尾華子（名古屋大学），足立炎（名古屋大所），西澤昌宏（NHK 放送技術研究所），新谷俊了学），佐藤彰典（名古屋大学），小坂田文隆（名古屋（システム計画研究所），緒形昌美（ソニーグループ大学），伊藤㈱），小池慶（名古屋大学），岩田

萌（名古屋

翠（神

香（琉球大学），山根ゆか子（沖縄誠（マイクロ特許事務所），橋本雅俊大学），鈴木偉久（名古屋大学），平田貴士（名古屋（花王㈱），沖山夏子（花王㈱），山本雅裕（㈱東大学），青山俊弘（鈴鹿工業高等専門学校），三浦佳芝），黒沢正治（㈱コーセー），神谷享子（㈱セシル二（関西学院大学），伊藤浩之（京都産業大学），末リサーチ），大澤孝治（㈱ニデック），中野由香梨

松尚史（京都産業大学），山田将太郎（京都産業大（㈱ニデック），寺澤靖雄（㈱ニデック），菊地学），山本大智（京都大学），伊佐（公益財団法人脳血管研究所附属美原記念病院），鶴森口佑介（京都大学），佐々木正（京都大学），豊

原亜紀（航空医学実験隊），日野恵介（大塚製薬㈱），亮（京都大学），笠井昌俊（京都大学），藤本花音（京都大学），齊藤例

四方幸治（大塚製薬㈱），鈴木栄二（東海光学㈱），治美（京都大学），小濱酒井英典（特定非営利活動法人湘南 NPO サポートセン

剛（近畿大学），北西卓磨（大阪市立大学），藤田一郎（大阪大学），内藤智之ター），間島（大阪大学），橘木修志（大阪大学），長谷部政治

田愛由美，永谷広行，金子章道（生理学研究所），吉（大阪大学），三好智満（大阪大学），稲垣未来男

村由美子（生理学研究所），山本真理子（生理学研究（大阪大学），佐々木耕太（大阪大学），豊田峻輔所），上原一将（生理学研究所），二宮太平（生理学（大阪大学），澤井研究所），林元（大阪府立大学），大迫優真

慶（量子科学技術研究開発機構），吉健二（生理学研究所），郷田直一（生稔（徳島大学），作田木南

理学研究所），米田泰輔（生理学研究所），本多結城（立命館大学），松田隆稔（立命館大学），余田優太

子（生理学研究所），安宅光倫（生理学研究所），萩（立命館大学），澤田原

淳（生理学研究所），宮田季和（生理学研究所），

呉嘉豪（生理学研究所），高橋泰伽（生理学研究（同志社大学），福見綾（立命館大学），七田芳則（立命館大学），立花政夫（立命館大学），天野晃所），高木正浩（生理学研究所）（立命館大学），小池千恵子（立命館大学），木津川尚史（立命館大学），二木大樹（立命館大学），石橋【概要】
本研究会は視覚機能に関わる様々な研究分野の架け橋

究が進展するにつれ，研究分野は細分化し，各研究者個となるべく企画されたものである。視覚は，光受容器，人がすべての分野をカバーできないことはもちろん，網膜，中枢，さらに心理物理学や工学モデル，眼科学や個々の研究の位置付けや体系的理解も困難になってきて

神経心理学など様々な階層の研究が関係し，実験対象もいる。こうした現状をふまえ，自らの研究の位置づけを

非脊椎動物から人間までと幅広い。それぞれの領域で研しっかりと認識し，密接に関連する研究領域の進歩を理

355

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

解するために，本研究会が企画された。本研究会は任意

オンライン開催であり参加費無料であったことから団体である視覚科学フォーラムとの共同開催であり，生か国内外から数多くの参加者に恵まれた。事前登録数

理研研究会としては継続２年目になる。

は 200 名，同時最大接続数 160 名程度と予想を超える規研究会は 2021 年 9 月 8 日 9:30～16:00 に zoom を用い模であった。質疑応答はチャット機能を用いることで，たオンライン形式で開催され，国内外からの招待講演

質疑を座長が読み上げ，演者が回答する形式をとった。

６題で構成された。６つの招待講演は，魚類の錐体視

この形式では講演中や質問回答中にも随時コメントや細胞の遺伝子発現，網膜視細胞変性症の分子基盤，最質問が寄せられるため時間効率的であるだけでなく，先端の留置型多点電極を用いたサル顔情報処理，盲視

質問に関する第三者のコメントがつくなど，独特の一モデルサルの行動と脳機能，マウス視覚野応答からの体感と熱気が感じられるため大変有意義である。来年

刺激画像再構築，AI 生成による魅力的な顔の可視化技

度以降の継続を求める声は強く，オンラインの効率性

術と多岐にわたった。発表者は若手からシニアまでをと，実地開催のコミュニケーションを両立した研究会

含み，とくに北米で活躍中の若手の講演を重視した。

の開催を模索する計画である。

（1）ゼブラフィッシュ中波長領域感受性を示す錐体細胞の遺伝子発現制御メカニズム
小川洋平（Washington University School of Medicine）
脊椎動物の錐体細胞は明るい場所での視覚を担い，光４色型の色覚をもつ小型魚類ゼブラフィッシュの桿体細

波長感受性の異なる複数の錐体サブタイプの組み合わせ

胞と錐体細胞それぞれをセルソーターにより分取し，遺により，「色」を知覚することができる。錐体サブタイ

伝子発現量を網羅的に比較解析した。その中でも特に，

プはそれぞれ互いに異なる種類の光受容タンパク質（錐錐体特異的に発現する転写因子に焦点を絞り，ゲノム編

体オプシン）を発現する。比較ゲノム解析により，祖先集技術などの発生工学的手法を用いて機能解析を行った。

型 の 脊 椎 動 物 は４ 種類 （ SWS1/ 紫: SWS2/ 青 : Rh2/ 緑:

その結果，緑と青両方の錐体サブタイプに必須の因子

LWS/赤）の錐体オプシンを備えていたと推定され，４Six6b および Six7 を同定した。さらに，Six7 の遺伝的下色型の色覚は脊椎動物における色覚の原型であると考え流で働く分子として，青の錐体サブタイプのアイデンテられている。近年の研究により，紫や赤の色センサー遺ィティを規定する因子 Foxq2 を同定した。これら転写因

伝子の発現に必須の転写制御分子（Tbx2b, Thrb）がそれ子の欠損個体における表現型と，成魚の錐体サブタイプ

ぞれ同定され，錐体オプシン遺伝子制御や，錐体サブタを用いた遺伝子発現量解析 [RT-qPCR, シングルセル

イプの分化メカニズムが解明されつつある。その一方，

RNA-seq] から，ゼブラフィッシュ錐体細胞の分化メカ

視細胞の遺伝学的な研究はマウス（哺乳類）が中心であニズムが「緑デフォルト」である可能性を見出した。本ったため，哺乳類において失われた中波長領域の錐体オ

発表では，これら知見を述べると共に，Six6, Six7, Foxq2

プシンである青や緑色感受性のオプシン遺伝子の制御メの種間保存性を議論し，脊椎動物の錐体細胞の進化的なカニズムは謎のまま残されていた。

変遷を考察する。

これまでに我々（深田吉孝・小島大輔グループ）は，（2）Late phase suppression shapes identity and familiarity responses in macaque face patch neurons
小谷野賢治（NIH）
Visual identification of faces plays an important role in ourareas for face processing. We can differentiate thousands ofsocial life, and the primate brain develops specialized visual

similar faces, from which we routinely identify familiar from356

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

unfamiliar individuals. How our brain achieves such excellent

examined how familiarity of face modifies the neuronalrecognition capacity? In the first study, we investigated a

encoding of faces. We longitudinally recorded the responses ofhypothesis grounded in human psychophysics, namely that thethe same face selective neurons across several weeks utilizing

brain maintains an internal visual reference as a norm to aid in

implanted microwire bundles. Novel face images were

the featural and configural analysis of faces. Throughintroduced on the first day and then shown repeatedly every

electrophysiological recordings in fMRI-defined face patches,

day while neuronal responses were tracked. During this period,

we demonstrated that the neural encoding of face identity

a subset of face-selective neurons in the anterior medial（AM)involves the dynamic suppression of average facial structure,

patch exhibited gradual decrease in their late-phase visual

supporting the hypothesis of norm-based face perception. In

responses to the faces that stabilized only after several days.

response to photorealistic face stimuli that systematically

Unlike the late response, the early onset excitatory response

varied in identity levels according to a psychophysically-

was stable and did not change over time. A control experiment

defined face space, a high proportion of single units showedfurther revealed that the rate change for a given stimulus wasrobust tuning around average face at the center of the facedetermined by the number of days, rather than by the total

space. This tuning emerged relatively late in the response andnumber of trials. Taken together, these results indicate thewas expressed as selective suppression of sustained responses

prominent role of suppression in shaping responses in theto low-identity faces. This delayed suppression, which may

sustained period, both for the encoding of face identity and forserve to accelerate and amplify the extraction of distinctive

the familiarization of novel stimuli. We suggest potential

facial characteristics, supports the hypothesis that norm isrelationships between the norm and familiarity, both of which

critical for face identification. In the second study, we further

are established through storing of past experiences.

（3）盲視の脳内メカニズム -非ヒト科霊長類を用いた研究について伊佐正（京都大学大学院 医学研究科 神経生物学分野）

一次視覚野に損傷を受けた患者は反対側視野の視覚で神経回路に関する研究は多くの研究が間接的な証拠

的意識を喪失するが，一部の患者においては，本人がに依存しており，また，決着のついていない議論が多「見えない」と主張するにもかかわらず障害視野に提かった。私たちの研究室では今から１８年前に一次視示した物体に対して指さす，または眼を向けるという

覚野を一側性に吸引除去したニホンザルを対象として，行動が可能であるという「盲視（blindsight）」という

一次視覚野をバイパスする視覚経路とこれらの動物の現象が 1973 年に Weiskrantz らによって報告されてから認知行動機能に関する一連の研究を行ってきた。

ほぼ半世紀が経過しようとしている。この間，ヒトを本講演では，盲視を中継する経路としての外側膝状対象とする研究は脳機能イメージングも含めて様々な体ー高次視覚野に対する上丘ー視床枕ー高次視覚野研究が行われてきた。特に近年の動向としては，意識（頭頂連合野）というこれまでの議論の現状，さらにの有無に関するハードな議論に加えて，発症時期や訓視覚的意識，短期記憶，連合学習，注意（サリエンシ

練の量によって盲視患者の一部において，ある種のーの検出）などといった盲視における認知機能に関し「意識的経験」を惹起させることも可能であるというてこれまで明らかになってきたことを包括的に論じて「可塑性」の文脈で語られることが増えてきた。一方

みたい。

357

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第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（4）マウス一次視覚野における自然画像の表現
吉田盛史，大木研一（東京大学 医学系研究科 統合生理学）
大脳皮質視覚野では，ある瞬間においては主に少数を調べたところ，同時に活動している細胞の表現は細の細胞が強く活動するスパースコーディングが知られ胞間で少しずつ異なっており，多様な情報が表現されている。このスパースコーディングは視覚系のみならているということが示唆された。このような集団活動

ず，他の感覚系なども含め広く観察される活動様式でに含まれる情報を評価する目的でデコーディング解析ある。しかしながら，スパースに活動する細胞集団にを行った。特に神経活動から提示された画像そのもの

実際の脳内でどのような情報が表現されているのか，を復元する画像再構成という手法を用いた。その結果，また，大脳皮質の神経活動は同じ刺激を繰り返し提示

個々の刺激画像は比較的少数の細胞の活動からある程

した際に毎回少しずつ異なる応答を示すが，このよう度の精度で再構成可能であった。このことから，少数な試行間のばらつきがある状況において，少数の細胞の細胞の活動にも画像を表現できる程の情報が含まれに表現されている情報は安定であるのか，に関して実ていること，個々の細胞の多様な情報表現が少数の細

験的な検証はあまりなされていない。本講演では，こ胞からの画像再構成を可能にしていることが示唆されれらの疑問に答えるために私達が行った，マウス一次た。また，神経活動の試行間のばらつきにもかかわら視覚野（V1）における画像表現に関する研究についてず，再構成される画像は試行間で比較的安定していた。

紹介したい（Yoshida and Ohki, 2020）。

表現する視覚特徴が似ている細胞ペアにおいてもノイマウスに自然画像（写真）を提示しながら，二光子ズ相関が低く，独立に近い活動のばらつきを示すこと

カルシウムイメージングにより V1 の局所（数百ミクロにより，試行間で安定した画像表現が実現されているン四方）の細胞集団の視覚応答を網羅的に記録した。

と考えられた。これらの結果より，マウス V1 において

まず，個々の画像に対しては記録された細胞の約数パは試行間でばらつきを持つ少数の細胞活動にも安定しーセントが応答を示し，スパースな活動が確認された。

て画像情報が表現されていることが示唆された。

次に，個々の細胞に表現される視覚特徴（受容野特性）（5）網膜発生と変性，維持におけるグリア細胞の役割
渡辺すみ子（東京大学 医学系研究科／付属病院）
私たちは網膜視細胞変性症の発症と病態解析の分子な働きをすることが知られている。加えてアストロサ

基盤の検討をマウスモデル，ヒト iPS 細胞などを用いてイト，網膜色素細胞などの炎症像の構築への役割も含行ってきた。当初は，視細胞そのものに着目し，なぜめて，これらの炎症担当細胞とでもいうべき細胞によ

神経細胞死に至るのか，網膜神経細胞に特異的に発現り形成されるローカルな眼内炎症が視細胞変性の進展する遺伝子とその変異がもたらす生化学的変化についの修飾のみならず，発症にも正負に関わることを仮定て検討を加えてきた。一方，網膜で神経細胞死が始まし，分子基盤の検討を行っている。

ると，マイクログリア，ミューラーグリア細胞の活性

Cd9, RasV12 を使った研究を中心に最新のデータも含化が観察される。これらの細胞は，サイトカイン類をめてお話ししようと思っております。皆様からご意見多数放出したり，ファゴサイトーシスで死細胞を除去

をいただければ幸いです。

するなどマクロファージを始めとする免疫細胞のよう358

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（6）人工知能を用いた魅力的な顔および自動車の心的イメージ可視化研究内藤智之（大阪大学大学院 医学系研究科 認知行動科学教室）
ヒトは他者の顔印象を評定する際に，その印象につ規定されるという問題点が存在する。本研究では，敵いて個人が持つ典型的なイメージ（心的テンプレート）

対的生成ネットワーク（Style-GAN）と逆相関法を組みと眼前の顔との類似性から瞬時に印象を評定するとい合わせることで，高精度カラー画像として心的テンプ

う心的テンプレート仮説が提案されている（Brinkman,

レートが可視化可能であるかどうかを，魅力顔，魅力

Todorov, & Dotsch, 2017）。先行研究では性的な魅力，

的自動車イメージ，魅力的絵画イメージについてそれ

有能さ，優しさなどの感性評定について心的テンプレ

ぞれ検討した。その結果，上記 3 画像カテゴリにおいて，ー ト 仮説 が成立 す るこ とが報 告 され ている （ Imhoff,

Style-GAN による心的テンプレートの可視化が可能であ

Woelki, Hanke, & Dotsch, 2013; Karremans, Dotsch, &ることが明らかとなった。更に，魅力イメージに関す

Corneille, 2011）。我々はこれまでに男女の魅力顔に関る心的テンプレート間の写像について線形計画行列にして心的テンプレートを可視化し，可視化された心的よるリッジ回帰を行った結果，車の魅力度スコアからテンプレートと類似した顔の魅力度が高いことを明ら予測されれた魅力顔心的テンプレートと，顔魅力度スかにした（Naito, Hirogaki, Shiraishi, & Sato, 2017）。心的コアから生成した魅力顔心的テンプレートの相関係数

テンプレートの可視化には顔画像にノイズを加えた画が 0.8 以上であった。この結果は，魅力イメージについ像を視覚刺激とした逆相関法がもちいられるが，このて画像カテゴリに依存しない共通イメージが存在する

手法は可視化される心的テンプレートがベース画像に可能性を示唆している。

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生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

13．シナプスの理解深化からの神経回路動態の再考
2021 年 11 月 29 日－11 月 30 日
代表・世話人：川口真也（京都大学）
所内対応者：吉村由美子（視覚情報処理研究部門）（１）高頻度で持続的なシナプス伝達をささえるシナプス小胞ナノスケール動態
三木崇史（同志社大学）（２）チャネルシナプス：シナプス小胞に依存しない化学神経伝達機構
樽野陽幸（京都府立医科大学）（３）動物個体の行動変容に関与するシナプス分子群の神経回路特異的解析
大西泰地（東京大学）（４）Molecular anatomy of brain synapses from living psychiatric patients
Zacharie Taoufiq（OIST）（５）分泌型シナプスオーガナイザー

C1q ファミリーが作り上げるシナプスの橋松田恵子（慶應義塾大学）（６）マウス体性感覚視床における経路依存的なプレシナプス機構の成熟過程
緑川光春（東京女子医科大学）（７）大脳皮質一次視覚野へのトップダウン投射を担うシナプスにおける可塑性の解析
石川理子（慶應義塾大学）（８）グリア細胞による活動電位の伝導制御機構の存在
杉尾翔太（名古屋大学）（９）視覚運動を演算する網膜神経回路におけるシナプス様式
松本彰弘（オーフス大学）（10）歯状回新生ニューロンは消去課題中の活動により恐怖記憶の消去を促進する
菅谷佑樹（東京大学）（11）報酬の予測や獲得に伴うマウスの顔運動を制御する神経回路機構
山下貴之（藤田医科大学）（12）シナプス可塑性の時空間解析を可能とする新規光遺伝学的手法
後藤明弘（京都大学）（13）Activity-dependent dendrite development of the cerebellar Purkinje cells
竹尾ゆかり（慶應義塾大学）（14）大脳皮質出力層の機能的秩序構造とその発生
丸岡久人（東京大学）（15）非冬眠動物における冬眠様状態の誘導
砂川玄志郎（理化学研究所）【参加者名】
松本彰弘（オーフス大学），塚原飛央（ミシガン大（慶應義塾大学），高野哲也（慶應義塾大学），荒井

学），渡辺雅彦（北海道大学），会見昂大（慶應義塾格（慶應義塾大学），石川理子（慶應義塾大学），曽大学），松田恵子（慶應義塾大学），伊藤政之（慶應

我部拓（慶應義塾大学），須山成朝（慶應義塾大学），

義塾大学），柚崎通介（慶應義塾大学），掛川

竹尾ゆかり（慶應義塾大学），吉川かおり（慶應義塾渉360

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告大学），入江智彦（国立医薬品食品衛生研究所），橋李

本泰昌（国立精神･神経医療研究センター），井端啓二

星哉（京都大学），三木智博（京都大学），森田雅登（聖マリアンナ医科大学），江川孝彦（総合研究大学（京都大学），岡田詩穂里（京都大学），田熊大輝院大学），今村彩子（筑波大学），砂川玄志郎（理化（京都大学），大川理久（京都大学），稲谷徹平（京学研究所），合田裕紀子（理化学研究所），王都大学），水田恒太郎（京都大学），古川丹耀龍（京都大学），清水優（京都大学），小椋慧（京都（理化学研究所），村山正宜（理化学研究所），中村大学），張行宏（東京慈恵会医科大学），宮田麻理子（東京女子医科大学），山下愛美（大阪医科薬科大学），小西克

医科大学），緑川光春（東京女子医科大学），植田禎侑（大阪大学），坂場武史（同志社大学），河野洋幸

史（東京女子医科大学），岡部繁男（東京大学），真（同志社大学），田淵詠梨（同志社大学），吉田知史

鍋俊也（東京大学），尾藤晴彦（東京大学），狩野方（同志社大学），宮野里菜子（同志社大学），平井向伸（東京大学），渡邉貴樹（東京大学），丸岡久人

日葵（同志社大学），三木崇史（同志社大学），塙

（東京大学），佐郡和人（東京大学），鳥羽拓馬（東京子（同志社大学），藤森一樹（九州大学大学院），京大学），奥野優人（東京大学），菅谷佑樹（東京大冨岡良平（熊本大学），奥野浩行（鹿児島大学），田学），西尾奈々（東京大学），木村梨絵（東京大学），

川 義 晃 （ 鹿 児 島 大 学 ） ， Taoufiq Zacharie （ Okinawa

石川裕貴（東京大学），藤野修平（東京大学），坂本

Institute of Scienceand Technology），鈴木俊也（大塚製寛和（東京大学），野呂高之（東京大学），大西泰地

薬㈱），和氣弘明（生理学研究所），榎木亮介（生理（東京大学），瀧川健司（東京都健康長寿医療センタ

学研究所），郷ー研究所），西宗裕史（東京都健康長寿医療センター（生理学研究所），近藤邦生（生理学研究所），上原

研究所），久場博司（名古屋大学），杉尾翔太（名古一将（生理学研究所），高橋泰伽（生理学研究所），

屋大学），郭長澤裕太郎（生理学研究所），萩原

中天（名古屋大学），山下貴之（藤田永佳（京都大学），樽野陽幸（京都府立

康広（生理学研究所），鳴島円

淳（生理学研究医科大学），河崎洋志（金沢大学），實木亨（三重所），吉村由美子（生理学研究所），林

大学），橘

康紀（京

学研究所），山本真理子（生理学研究所），米田泰輔

吉寿（神戸大学大学院），林都大学），川口真也（京都大学），田中洋光（京都大（生理学研究所），呉学），井下拓真（京都大学），後藤明弘（京都大学），

正浩（生理学研究所）

健二（生理

嘉豪（生理学研究所），高木【概要】
神経細胞間で情報を伝達するシナプスは，その可塑

古典的なシナプスの理解を深化させ神経回路のはたら

性が記憶・学習の基盤になるとともに，その形成や制きを革新するユニークな研究を行っている国内外の 5 名

御異常は高次脳機能の障害と密接に関係する。先端技の招待講演者と公募による一般口演者 10 名，合わせて術の進歩によりシナプスの理解は今も深化を続けてお15 名が質の高い発表を行い，最新データに基づいた情り，それは神経回路のはたらきの考察を促進し，様々報共有と闊達な議論が行われた。対面での講演・議論な精神疾患や脳機能障害への対処策の構築にも寄与すは，多くの現地参加者にとり久しぶりで，その重要性ると期待される。そこで，シナプスに焦点をあてた神を各人が再認識したようである。一方で，オンライン

経回路の動態に関する最新知見の情報交換を目的に，併用による参加者の増加は顕著で，その利便性をうま

本研究会は企画された。特に，新型コロナウイルス感

く活用して研究交流の促進をこれからも図る意義はあ染症による研究者間交流の沈滞が２年近く続いており，ろう。今後のシナプスおよび神経科学研究の発展のた本研究会が果たすべき役割は大きい。そこで，国内外

めにも，大学院生を含む若手が発表して議論を深めるから多くが参加できるようにすることと講演者－聴衆経験を積むことは重要であり，それは本研究会の重要が面と向かって議論する機会を提供する，という２点なミッションに位置付けられる。この点は今回の研究を両立させる試みとして，2021 年 11 月 29 日・30 日に会でも模索したが，結果としては不十分であり，それ生理学研究所において対面とオンラインのハイブリッを促進する方策を練ることが今後の改善点に挙げられド形式で開催され，105 名の参加者を得て盛会となった。

る。

361

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（１）高頻度で持続的なシナプス伝達をささえるシナプス小胞ナノスケール動態
三木崇史（同志社大学 脳科学研究科）
脳の多様な機能は，それぞれに適した特性を有する

シナプス伝達に必須な過程であると考えられたが，こシナプスにより担われている。平衡感覚や運動学習をのメカニズムについてはほとんど分かっていなかった。

担う小脳は，体の姿勢や動き等の情報を脊髄等を介し今回の研究会では，この小脳苔状線維シナプス前終末て受けとる。この小脳への入力線維である小脳苔状線

での高速小胞動員メカニズムについて，全反射照明蛍

維は時に数百 Hz にも及ぶ高頻度で活動するため，この光イメージング・電気生理・単一粒子追跡法・モデル

ようなシナプスでは伝達物質を高頻度でかつ持続してシミュレーションを用いた最新の研究を，未発表デー

放出させる必要がある。しかし，その仕組みについて

タを中心に紹介した。実験結果から考えられる，高頻は不明な点が多い。最近の研究から私たちは，この小度で持続したシナプス伝達時のシナプス小胞動態・エ

脳苔状線維シナプス前終末において，神経活動時にシキソサイトーシスと細胞骨格の関連性について議論しナプス小胞が膜近傍へ高速に動員されることを明らかた。

にした（Miki et al., 2020）。これは，高頻度で持続した（2）チャネルシナプス：シナプス小胞に依存しない化学神経伝達機構
樽野陽幸 1,2,3（1 京都府立医科大学大学院 医学研究科 細胞生理学，2JST さきがけ，3JST CREST）
神経機能を司る重要な生命機能である神経細胞間の動電位によって開く CALHM1/3 のイオン透過ポアを通情報連絡のしくみは現在，シナプス小胞のエクソサイ

して ATP が求心性味神経へ向けて放出されることが明トーシスによる化学シナプスとギャップジャンクショ

らかとなった。個体レベルでは，CALHM1 や CALHM3ンによる電気シナプスが広く知られる。一方，味覚をを欠損したマウスでは味覚の受容が消失していた。

担う味蕾感覚細胞はシナプス小胞を持たないにもかか

我々は味覚受容を担うこの特殊な神経伝達機構を従来わらずアデノシン３リン酸（ATP）を伝達物質として活の小胞性シナプスに対して「チャネルシナプス」と命

動電位に依存した化学神経伝達を行うが，そのシナプ

名し，第２の化学シナプス様式として提唱している。

ス機構は長らく謎だった。近年，Calcium Homeostasis

最近になり，チャネルシナプスにおける CALHM1/3，

Modulator 1 (CALHM1) と CALHM3 の ヘ テ ロ 多 量 体

ミトコンドリア，神経の厳密な近接配置による固有のCALHM1/3 が発見され，これは速い電位依存性ゲート

シナプス構造が明らかとなるとともに，CALHM チャネ

機構と大きなイオン透過ポアを有する電位依存性 ATPルの３次元構造が決定されて ATP 透過機構の構造基盤チャネルであった。さらに，味蕾細胞は CALHM1/3 チが解明された。チャネルシナプスの構造，機能，生理ャネルを発現しており，味刺激によって惹起される活的役割についての最新知見を紹介する。

（3）動物個体の行動変容に関与するシナプス分子群の神経回路特異的解析
大西泰地，坂本寛和，廣瀬謙造（東京大学大学院 医学系研究科 細胞分子薬理学分野）
環境適応的な行動の変化には中枢神経シナプスの可か，その変化が神経回路特異的に生じるのかは明らか

塑的変化の関与が指摘されている。特に行動の変化にではない。我々は，動物個体に行動変化を生じさせる

伴ってシナプス前部の分子にどの程度変化が生じるのような経験が，どのような神経回路特異的なアクティ

362

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

ブゾーン分子の変化を誘導するのかを解明することをが変化することを見出した。二つ目の研究では，実際目標とし，二つの研究を行った。

に動物個体の行動変化が生じた際に活性化する神経細一つ目の研究では，脳の広い領域でシナプスの可塑

胞間のシナプスのみを特異的に標識する技術の開発を的変化を引きおこすエンリッチメント環境で飼育した行った。行動実験タスク中に活動するプレシナプス細ラットを用いて，海馬における複数の神経回路上の興胞，ポストシナプス細胞それぞれにシナプスに局在す

奮性および抑制性シナプスを評価した。単一シナプスる分子を遺伝学的に発現させることにより，両分子がレベルで分子の定量行うことが可能な免疫組織化学法

共に存在するシナプスを同定した。これらの技術を用と高精細なイメージング法を組み合わせることにより，いることで経験による回路特異的なプレシナプス分子

特定の神経回路のみでアクティブゾーン構成分子の量の変化を検証することが可能となった。

（4）Molecular anatomy of brain synapses from living psychiatric patients
Zacharie Taoufiq and Tomoyuki Takahashi（Cellular and Molecular Synaptic Function Unit, Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University）
Synapses are specialized cellular structures connecting

Proteomics’ (PSP). Our PSP ‘ugly prototype’ could unveil

neurons that are essential to communication within the brain.

proteome alterations in brain synapses from a living patient with

They receive-process-store-control all information that flows

schizophrenia versus his healthy sibling. These include known

within neuronal networks. In fact, alteration of synaptic protein

schizophrenia

expression is often at the root of many brain diseases such asencompass dozens of novel ones.

diseasebiomarkers

and

may

potentially

We are planning to expand the use of PSP to 50 new samples.

Alzheimer’s, autism, ADHD, and schizophrenia. Therefore,

Therefore, we are now organizing a future interdisciplinary

there is a tremendous interest in dissecting their proteome.
Brain research/sampling on living individual is key but

collaboration with data scientists who are using artificial

unethical. However, we have recently developed a noninvasive/

intelligence and machine learning techniques to understand/harmless dissection of brain synapses from living psychiatric

explore our new data. We think this new work will be a gateway

patients, by combining stem cell reprogramming technology andtoward the development of next-gen personalized and precision

our powerful proteomics approach (Taoufiq et al PNAS 2020).

therapies against various brain disorders.

We called this new technology: ‘Personalized Synapse（5）分泌型シナプスオーガナイザー C1q ファミリーが作り上げるシナプスの橋松田恵子（慶應義塾大学 医学部）
神経細胞同士が繋がる場であるシナプスが，どこで，4 や neurexin，あるいはシナプス分子のアンカーである

どういったタイミングで出来上がるか，そのシナプス

Shank 遺伝子の異常が報告されている。このように，多にどのような特異的な性質を持たせるかは，シナプス

くの精神疾患や発達障害は，シナプス形成や機能の異オーガナイザーによって精密に制御され，高度な脳の常である「シナプス病」であると考えられており，特機能に必須である。実際に統合失調症，不安障害，う異的シナプス形成やシナプス機能を制御する分子基盤

つなど，さまざまな精神疾患において，シナプス構造を明らかとすることは，脳機能という生命現象の理解の変化が見出され，自閉症スペクトラム障害の患者ののみならず，病態を理解し治療戦略を編み出すための

一部では，シナプスオーガナイザーである neuroligin3，

根幹となりえるだろう。シナプスオーガナイザーには，363

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

膜タンパク質である接着分子型に加えて，神経細胞や多様性を生じさせ複雑な神経回路網を作り出す分子基

グリア細胞から放出される分泌型シナプスオーガナイ盤となりえることに着目した。

ザーもシナプス間隙で機能している。私たちは，これ本発表では，C1q ファミリー分子を中心とした分泌型

まで分泌性タンパク質である補体 C1q ファミリー分子をシナプスオーガナイザーによるシナプス機能制御機構

中心として，分泌型シナプスオーガナイザーがシナプの理解から明らかとなった，これら分子に内包されるスを制御する機構を明らかとしてきた。その特徴とし強力なシナプス形成領域を応用し，これを基に開発さて，1)シナプスに分泌されたあと，細胞外基質のようにれた，さまざまな神経回路においてシナプス機能を制そのシナプスにとどまり，細胞外からシナプス特異的御する新規シナプスコネクター分子の今後の可能性にな機能を発揮すること。2)シナプスによって特異的な結ついて議論したい。

合パートナー群を持つこと，が挙げられ，シナプスに（6）マウス体性感覚視床における経路依存的なプレシナプス機構の成熟過程
緑川光春（東京女子医科大学･医学部･生理学（神経生理学））
生後発達期での中枢神経系の回路形成過程では，最のシナプスに対して特異的に分子的操作を加え，蛍光初期にシナプスが過剰に形成された後，必要なシナプタンパク質を発現させることによるシナプス前終末かスが強化されていき，不必要なシナプスが除去されてらの直接ホールセルクランプ記録が可能な実験系を構いく。この現象は発達・経験依存的に進行するが，そ築した。これによって強化・除去されるシナプス前部の過程において強化・あるいは除去される対象であるの機能を並列して測定し，発達依存的な変化に加えて前シナプス側の機能がどのように変化するのかはよく

ヒゲ抜去による感覚経験依存的な変化についても系統分かっていなかった。

的・定量的に調べた。

脳の複雑な神経回路の中でこの疑問に応えるために，実験の結果，発達初期に未熟であるシナプス前機

我々はマウス視床のヒゲ体性感覚野（VPm）のシナプ

構は，強化されるヒゲ由来のプレシナプス部においてスに着目した。ここでは，発達初期では単一の VPm ニ

顕著な発達・経験依存的な成熟を示すのに対し，除去ューロンに対してヒゲ由来，それ以外の部位（異所性）

される異所性由来のプレシナプス部においてはほとん

由来共に複数の線維がシナプスを形成している（多重ど成熟しないことが明らかになった。強化されるヒゲ支配）が，成熟した VPm ニューロンは一本のヒゲ由来

由来のプレシナプス部においては生後２週目にまず開線維に支配される（一本支配）（Takeuchi et al., 2012,

口放出可能なシナプス小胞プールのサイズが大きくな

2014, J Neurosci.; Takeuchi et al., 2017, eNeuro）。つまり，り，次いで生後３週目により短い刺激に追随して開口強化されるシナプス（ヒゲ由来）と除去されるシナプ

放出可能な速い成分のシナプス小胞プールの発達が確ス（異所性由来）が既知である。また，マウスがヒゲ認された。この速い成分のシナプス小胞プールの発達を使った探索行動を開始する時期にヒゲを抜去するとは，カルシウムチャネルに密接した開口放出可能なシ多重支配が継続することから，シナプスの選択的強ナプス小胞の割合が増大することによってもたらされ化・除去に感覚経験依存性があることが分かっている

ることが示唆された。また，速い成分のシナプス小胞（Takeuchi et al., 2014, J Neurosci.）。

プールの発達はその変化が生じる時期をまたいでヒゲを抜去すると消失したため，感覚経験依存的に進行す

このシナプスにおいて我々は，マウス遺伝学・ウイることが分かった。

ルス学を併用することによってヒゲ由来・異所性由来364

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（7）大脳皮質一次視覚野へのトップダウン投射を担うシナプスにおける可塑性の解析
石川理子，柚﨑通介（慶應義塾大学･医学部･生理学教室）
大脳皮質の神経細胞は，領野内の神経細胞からシナの発達段階にあるマウスの一次視覚野から切片標本を作

プス入力を受けるとともに，領域外からの神経細胞か製し，V1 の 2/3 層の錐体細胞からホールセル記録を行っらも多くのシナプス入力を受ける。大脳皮質一次視覚

た。RSC-V1 シナプス終末領域を光照射するタイミングと野（V1）の神経細胞は，高次脳領域からのトップダウ

記録細胞に活動電位を発生させる相対的なタイミングをン入力をうけ，この入力が学習により変化することが可変とし，長期増強（LTP, Long term potentiation）や長期数多く報告されている。しかし，トップダウン入力の抑制（LTD, Long term depression）を引き起こせるか，そように領域間をつなぐ長距離結合を担うシナプスの特の誘導条件について検討した。開眼直後の幼弱期のマウ性や可塑性は，切片標本を用いた ex vivo の実験での検証

スにおいて（P16-P19），光照射のタイミングが記録細が困難であったためにほとんど解析されていなかった。

胞の活動電位発生タイミングに先行する場合に LTP が観本研究では，一次視覚野（V1）に強いトップダウン入察された。また，この活動タイミング依存的な LTP は，力を送る Retrosplenial cortex（RSC）に AAV ベクターを用

生後 6 週齢を超えたマウス V1 においても観察された。

い，チャネルロドプシン（ChR2）を RSC に特異的に導トップダウンシナプスにおいて，神経細胞間の伝達効率

入し，RSC シナプス終末を光照射することで，トップダの調整が，年齢に依存せず生じたことから，このシナプ

ウン入力を担うシナプスの生理機能を，急性脳切片を用ス可塑性が成熟マウスにおける視覚学習の神経基盤とないたホールセルパッチクランプ法により検証した。複数る可能性が示唆される。

（8）グリア細胞による活動電位の伝導制御機構の存在
杉尾翔太（名古屋大学大学院 医学系研究科 分子細胞学）
2021 年 11 月 29・30 日に開催されたシナプス研究会に手法を利用した活動電位の伝導評価系を紹介するととて，Oligodendrocytes response to neural activity and regulate

もに，OC が神経回路の活動増減に対して応答し，髄鞘

action potential propagation というタイトルで口演発表をの容態変化を介して活動電位の伝導性を制御することで，させていただいた。近年，中枢神経系において髄鞘をプレニューロンからポストニューロンへと到達する活動

形成するオリゴデンドロサイト（OC）が神経活動の変電位のタイミングが同期化する現象を示した。この結果化に応答して，髄鞘の容態変化を介して神経軸索の伝に基づくと運動学習や記憶といった脳機能発現の過程で導性を修飾することで神経回路活動を時空間的に制御生じる神経回路再編に，OC による活動電位の伝導制御

し，運動学習や記憶といった脳機能の発現に寄与する機構の関与が示唆され，spike timing-dependent plasticity

ことが明らかとなってきている。本発表では，OC を観や神経回路再編と OC による活動電位の伝導制御機構と察対象とした 2 光子生体 Ca2+ イメージングと光遺伝学的の関連について議論を行った。

（9）視覚運動を演算する網膜神経回路におけるシナプス様式
松本彰弘（オーフス大学 DANDRITE 研究所）
わたしたちが受容する視覚世界は多様な視覚特徴を含有の特徴に選択性をもつ 40 タイプ以上の網膜神経節細胞有する。視覚系の感覚器官である網膜では，それぞれ固が，軸索（視神経）を介して情報を並列に脳へと伝送す365生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

いては長年の議論があり，判然とは分かっていない。

る。
身体や頭の動きに伴って視野が動くと，網膜像には

本研究では，電気生理，2 光子イメージング，EM コネ「動き（視覚運動）」が生じるが，視覚的な動きの検出

クトミクス解析，モデルシミュレーションを組み合わせ，は，視覚運動の方向に選択性をもつ方向選択性細胞が担

双極細胞－方向選択性細胞シナプスに視覚運動特徴を計う。方向選択性細胞は，双極細胞から放出されるグルタ

算するための特異な神経結合様式が興奮性経路に存在す

ミン酸，またスターバースト細胞から放出されるアセチることを示した。双極細胞の軸索終末，また方向選択性

ルコリンと GABA を受容する。これまでの研究では，細胞の樹状突起では，アセチルコリンと GABA 作動性シ

GABA 作動性シナプスが空間非対称に形成されることでナプスがそれぞれ局所に回路を形成し，グルタミン酸の方向選択性が生じると考えられてきた。一方で，グルタ放出と受容を修飾していた。さらに特異な神経結合様式

ミン酸やアセチルコリンを介した興奮性経路の寄与につが形成される機構について議論した。

（10）歯状回新生ニューロンは消去課題中の活動により恐怖記憶の消去を促進する
菅谷佑樹（東京大学大学院 医学系研究科 神経生理学分野）
歯状回は，連合記憶の消去学習に重要な役割を果たしたところ，対照群と比較して恐怖記憶の消去学習が阻害ていることが報告されているが，その詳細なメカニズム

されることが明らかとなった。同様に，5 週齢の新生ニはいまだ不明である。哺乳類の歯状回の特徴として，成ューロン特異的抑制性 DREADD 発現マウスに音依存性体におけるニューロン新生が知られている。本研究では，

恐怖条件付けを行い，消去課題の 1 時間前にクロザピン

歯状回の新生ニューロンの活動が恐怖記憶の消去学習に

N オキシドを投与してその活動を阻害すると，対照群と必要であることを報告する。方法として，成体の新生ニ比較して恐怖記憶の消去学習が阻害された。消去学習中

ューロン特異的ジフテリアトキシン受容体発現マウスにの新生ニューロンの活動を Ca2+ イメージングを用いて観音を条件刺激とする恐怖条件付けを行った。コンテクス

察したところ，条件刺激と関連した活動を示すことが明ト暴露によるすくみ行動の出現によって恐怖記憶の獲得らかとなった。この活動は条件付けを行っていないマウを確認した後，ジフテリアトキシンを投与することで 5スの新生ニューロンでは認められなかった。これらの結週齢の新生ニューロンを除去した。このマウスに条件刺果は，新生ニューロンの活動が，恐怖記憶の消去学習に激を繰り返し提示し，恐怖記憶の消去課題を 5 日間行っ必要であることを示している。

（11）報酬の予測や獲得に伴うマウスの顔運動を制御する神経回路機構
山下貴之（藤田医科大学医学部）
マウスの顔運動と脳全体の神経活動には高い相関が

光遺伝学的に当該神経細胞を刺激した。そして，VTA-あり，顔運動は知覚・認知機能に影響を及ぼす。しかDA 細胞への刺激頻度依存的に洞毛および鼻先の特徴的しながら，マウスの顔運動を制御する神経回路メカニな運動が誘発された。さらに，音刺激と VTA-DA 細胞

ズムはよくわかっていない。マウスに報酬関連タスクの刺激を連合させたところ，学習後に音刺激に伴い洞を行わせると，報酬予測や報酬獲得のタイミングで洞毛や鼻先の一過性の運動が誘発された。これらの顔運

毛などの顔面部位に運動が惹起される。そこで，私た動はそれぞれ報酬獲得と報酬予測に伴う表情と考えら

ちは，報酬予測や報酬獲得に伴い発火することが知られる。それぞれの運動の神経メカニズムについて，薬れている腹側被蓋野ドーパミン神経細胞（VTA-DA 細胞）

理学的阻害やシリコンプローブ記録により検討した。

の活性化が顔運動を駆動するのではないかと考えて，その結果，中脳辺縁系ドーパミン経路を起点とし側坐366

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

核 D1 受容体を介する神経回路により報酬獲得に伴う顔ことが示唆された。本研究会では以上の結果について運動が惹起され，D1 受容体を介さない経路により報酬

概説し，顔運動を制御する神経回路についてさらなる予測に伴う顔運動が惹起されること，および大脳皮質

考察を進めた。

一次運動野は両者の回路を統合する出力ノードである（12）シナプス可塑性の時空間解析を可能とする新規光遺伝学的手法
後藤明弘（京都大学大学院 医学研究科 システム神経薬理）
この度，2021 年 11 月 29-30 の間に開催された生理学

せ，光を照射することで，Cofilin を不活化し，LTP を解研究所の「シナプスの理解深化からの神経回路動態の除することに成功した。この技術は 20 分以内に誘導さ再考」研究会に参加し，「シナプス可塑性の時空間解れた LTP のみを光で消去できるため，光によって LTP

析を可能とする新規光遺伝学的手法」という演題名でが誘導された時間を解析することができる。
アデノ随伴ウイルスによって Cofilin-SuperNova を海馬

以下のような内容で口頭発表を行った。
エピソード記憶は海馬で形成された後，皮質で固定に発現させ，学習直後あるいはその後のホームケージ

化される。この記憶固定化の過程において，シナプス内での睡眠中に光を照射したところ，それぞれで記憶

可塑性が重要な役割を担っている。しかし実際に脳のが消去された。また前帯状皮質では学習の翌日の睡眠

どの領域のいつの段階でシナプス可塑性が起きている時に光を照射することで記憶が消去された。以上からかは完全に解明されていない。そこでシナプス可塑性

海馬では学習の直後とその後の睡眠時に LTP が起き，が起きる時間枠を検出するために，光によって LTP を

その翌日の睡眠時には前帯状皮質でさらに LTP が起き消去する新たな光遺伝学的手法を開発した（Goto et al.,

ることを明らかにした。さらに小型顕微鏡によるカル

2021, Science 374, 857–863 ）。

シウムイメージングと組み合わせて神経活動を観察す

アクチン関連分子である cofilin は LTP に伴ってスパることで，海馬細胞活性がシナプス可塑性によって同インに流入し，シナプス後部のスパイン拡大（sLTP，期発火性を獲得していく過程を明らかにした。本研究

structural LTP ） に 重 要 な 役 割 を 担 う 。 し た が っ て ，によって，記憶固定化の初期段階で生じるシナプス可CALI を高効率で起こす光増感たんぱく質 SuperNova と塑性の時空間情報とそれに伴う細胞活性を明らかにし

cofilin を融合し（Cofilin-SuperNova）スパインに発現さた。

（13）Activity-dependent dendrite development of the cerebellar Purkinje cells
Yukari H. Takeo, Michisuke Yuzaki（慶應義塾大学 医学部 生理学）
tree

this iconic dendritic tree morphology is preceded by formationarchitectures. Precise control of dendritic morphology is aof an immature stellate cell shape with numerous shortprerequisite for proper circuit assembly. While studies havedendrites oriented in all directions. The precise transition

elucidated importance of neuronal activity for circuit

processdevelopment, whether and how neuronal activity regulates

morphological change has long been a mystery. Here, using in

dynamic structural changes of developing dendrites remains

vivo two-photon time-lapse imaging, we show that theunclear. To address this question we use the cerebellar Purkinje

developing PCs dynamically retract all but one stellate dendrite.

cells (PCs). PCs have a unique cellular morphology

The remaining dendrites kept growing into the single mature

characterized by a single flat dendritic tree. Establishment ofdendritic tree. Overexpression of Kir2.1 abolished the

Neurons

developcell-typespecific

dendritic

367

and

underlying

mechanism

for

this

drastic

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

retraction of excess dendrites, suggesting that neuronal activity

pruning. Our findings not only reveal the dynamic

is required for developmental dendritic pruning of PCs. Further

morphogenesis of the cell-type specific dendritic tree, but alsostudies indicated that CaMKII signaling in PCs is the key

provide new insights into molecular mechanisms for activity-

molecular mechanism for the activity-dependent dendritic

dependent dendritic development.

（14）大脳皮質出力層の機能的秩序構造とその発生
丸岡久人（東京大学･院医･神経細胞生物学分野）
大脳皮質は多種多様な神経細胞により構成されるが，高次皮質領野からのトップダウン入力が個々の微小カ

皮質機能の根幹となる回路構造の基本的なロジックもラムに収束して同期活動を惹起している可能性が示唆

未だ不明な点が多い。近年，我々は大脳皮質の出力層された。この可能性に取り組むため，我々はトップダである第５層が神経細胞サブタイプ特異的な微小カラウン入力が第一次視覚野の個々の微小カラムに収束しムの繰り返しに構造化されていること，および単一のているのかを検証した。また，単一の微小カラムは大微小カラム内の神経細胞が同期した神経活動と類似の脳発生において異なる放射状グリア細胞から新生した

刺激応答性を示し，微小カラムが機能単位として動作

神経細胞が集合することにより形成されることを以前することを示唆する知見を報告した。微小カラムの同に報告したが，微小カラムの発生機構は不明である。

期活動には感覚刺激に無関係な成分も含まれるため，本発表ではこれら２点について論じる。

（15）非冬眠動物における冬眠様状態の誘導
砂川玄志郎（理化学研究所 生命機能科学研究センター 老化分子生物学研究チーム，
理化学研究所 生命機能科学研究センター 網膜再生医療研究開発プロジェクト）
一部の哺乳類は冬になると自らの基礎代謝を低下さると，マウスの体温・代謝が数日間にわたって低下すせる。この能動的な低代謝・低体温状態を休眠とよび，ることを見出した（Takahashi TM, Nature, 2020）。この

特に数ヶ月に及ぶ休眠を冬眠とよぶ。冬眠中の動物は神経細胞群を Q 神経（Quiescence-inducing neurons : 休眠

正常時と比べて数％まで酸素消費量が低下し，体温も誘導神経）と名付け，Q 神経を興奮させると生じる低代

環境温度に近くなる。通常であればエネルギー不足や謝を QIH (Q neurons-induced hypometabolism) と名付けた。

低温により障害を受ける環境だが，動物は何ら障害をQIH 中のマウスは動き・摂食がほぼなくなり，体温セッ

伴うことなく自発的に元の状態に戻ることができる。

トポイントが低下するため著しい低体温を呈する。行

冬眠の低代謝は“制御された低代謝”であり，疾患に動解析・組織学的解析では QIH の前後で異常はみとめ

よって組織が受けるダメージを回避できる可能性など，られず，QIH は同一個体でくりかえし誘導することがで人間への応用が期待されている。しかし，冬眠応用のきる。本研究によって，非冬眠動物に冬眠様状態を誘実現性の検証はおろか，メカニズムさえもほとんど分導できることが明らかとなった。さらに，マウスといかっていない。冬眠研究を困難にしている理由の一つ

うポピュラーな実験動物にて任意のタイミングで冬眠が，実験動物として任意のタイミングで冬眠を誘導す

様状態を誘導できることは，今後の休眠研究に大きくることができる動物がいないことであった。私たちは，貢献できると考えている。

マウスの視床下部に存在する Qrfp 陽性神経を興奮させ368

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

14．細胞システム理解のためのシグナル応答原理解明の最前線
2021 年 9 月 16 日－9 月 17 日
代表・世話人：松田知己（大阪大学 産業科学研究所）
所内対応者：根本知己（生理学研究所）（１）光スイッチング蛍光タンパク質「Kohinoor2.0」による長時間・高速超解像イメージング○野間涼平 1,2，和沢鉄一 2，宇土周作 1，杉浦一徳 2，鷲尾隆 2，永井健治 1,2（1 大阪大学大学院 工学研究科 生物工学専攻，2 大阪大学 産業科学研究所）（２）超解像顕微鏡を用いた系統的大規模解析による Ca2+ -シナプス小胞カップリングの解明○坂本寛和，廣瀬謙造（東京大学大学院 医学系研究科 細胞分子薬理学）（３）カリウムチャネルの K+/Na+ 選択性分子機構
三田建一郎 1，炭竈享司 1,2，岩本真幸 1,2，○老木成稔 1,4（1 福井大学 医学部 分子生理，2 金沢大学 ナノ生命科学研究所，
3

福井大学 医学部 分子神経科学，4 福井大学 医学部 高エネルギー医学研究センター）（４）骨格筋筋小胞体 Ca2+ 遊離機構の再構成〇村山尚（順天堂大学 医学部薬理学講座）（５）Oxidative stress hot-spots signify a close interplay between tumor buds that undergo partial EMT and neutrophils○植田誉志史，森泰生（京都大学大学院 工学研究科合成･生物化学専攻）（６）カルシウムイオンを切り口とした皮膚上皮細胞の細胞死（角化）メカニズムの解析○村田光麻，椛島健治（京都大学大学院 医学研究科 皮膚科学講座）（７）Tensile status of adherens junctions as a therapeutic target for skin carcinoma〇Oleg Dobrokhotov，曽我部正博，平田宏聡（名古屋大学大学院 医学系研究科 メカノバイオロジーラボ）（８）マウス大脳皮質初代培養における睡眠・覚醒様神経活動の誘導○多月文哉，史蕭逸，上田泰己（東京大学大学院 医学系研究科 システムズ薬理学）（９）概日カルシウムリズムの源流を探る〇榎木亮介 1,2，廣蒼太 1,2，根本知己 1,2（1 自然科学研究機構 生理学研究所，2 自然科学研究機構 生命創成探究センター）（10）新規二光子顕微技術による低侵襲生体イメージング○大友康平 1,2，根本知己 1,2（1 自然科学研究機構 生命創成探究センター 創成研究領域
2

自然科学研究機構 生理学研究所 基礎神経科学領域）（11）微小な音を受容する内耳蝸牛の仕組みと働き
太田

岳 1，張

奇 1，任

書晃 2，◯日比野浩1（1 大阪大学大学院 医学系研究科 薬理学講座統合薬理学，
2

岐阜大学大学院 医学系研究科 生命原理学講座生理学分野）【参加者名】
永井健治（大阪大学），松田知己（大阪大学），酒井村山尚（順天堂大学），（植田誉志史）京都大学，村伸弥（大阪大学），野間涼平（大阪大学），Zhai Le（大田光麻（京都大学），曽我部正博（名古屋大学），平田

阪大学），LU KAI（大阪大学），廣瀬謙造（東京大宏聡（名古屋大学），Dobrokhotov Oleg（名古屋大学），学），坂本寛和（東京大学），老木成稔（福井大学），

上田泰己（東京大学），大出晃士（東京大学），多月文

369

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

哉 （ 東 京 大 学 ） ， 金 谷 啓 之 （ 東 京 大 学 ） ， WEN

光（日本大学），山澤德志子（東京慈恵会医科大学），

ZHIQING（東京大学），石川裕貴（東京大学），根本知中村行宏（東京慈恵会医科大学），林 周宏（慶應義塾

己（生理学研究所），榎木亮介（生理学研究所），大友大学），北澤彩子（慶應義塾大学），大久保洋平（順天

康平（生理学研究所），堤 元佐（生理学研究所），廣堂大学），呉林なごみ（順天堂大学），泉蒼太（生理学研究所），安宅光倫（生理学研究所），中学研究所），浦久保秀俊（生理学研究所），鈴木

田開人（生理学研究所），高橋泰伽（生理学研究所），（大阪大学），柿澤

長澤裕太郎（生理学研究所），日比野

科学技術大学院大学）

任浩（大阪大学），

裕士（生理団

昌（京都大学），高橋智幸（沖縄

書晃（岐阜大学），堀井和広（岐阜大学），飯野正【概要】
細胞はシグナル分子，張力，浸透圧，酸化ストレス，上記目標を達成するために，幅広い研究対象，研究

熱などの様々な形態の情報を外部から受け取り，細胞

手法で細胞シグナル応答の研究を行っている研究者を内での情報伝達・処理を介した応答を通して，細胞機募って，個々の研究領域での研究成果を持ち寄り，異能そしてさらなる細胞間での情報伝播を介した生体機なった視点で互いの研究を掘り下げる議論を行った。

能の制御を実現している。ライブイメージングを中心

新型コロナウイルスの影響に伴い，咋年度に引き続きとした計測技術や in silico での細胞シミュレータを用い

Zoom によるオンラインでの開催となった。分子動態解た解析などの研究手法の進歩に伴い，制御機構解明の析，分子シミュレーション，シグナル動態解析，シグ基礎となる個々の刺激とその応答に関する知見は深まナル動態操作，個体レベルの機能解析，新規光学技術，っている。細胞システム解明のさらなる進展のためになど多様な分野に跨がる 11 名の講演者を迎え，総勢 45は，これらのシグナル応答機構の類似性や違いを考察

名の参加者により活発な討議を行なった。そのうちの 2

してその総体を理解する必要がある。本研究会では，件は大学院生によるもので，発表者の年齢層も幅広い

シグナル応答解明を目指して研究を最前線で進めていものであった。Zoom ブレイクアウトルームを利用してる研究者が，個々の研究対象の垣根を超えて討論をす

参加者同士の交流の機会を設けるように配慮した。互ることにより，技術的な障壁を乗り越える方法を考案

いの研究で直面している問題を解決する糸口やこれまし，測定結果に関する新たな解釈を産み出して当該研でに無い発想が産み出され，シグナル応答原理解明の究分野のさらなる発展の方向性を見出すことを目指し

さらなる発展がもたらされることが期待される研究会

ている。

となった。

（1）光スイッチング蛍光タンパク質「Kohinoor2.0」による長時間・高速超解像イメージング○野間涼平 1,2，和沢鉄一 2，宇土周作 1，杉浦一徳 2，鷲尾隆 2，永井健治 1,2（1 大阪大学大学院 工学研究科 生物工学専攻，2 大阪大学 産業科学研究所）
これまでに開発されていた光スイッチング蛍光タン

い蛍光強度と 1.5 倍速い OFF 遷移速度を示した。また，

パク質 Kohinoor は，405 nm の光照射により ON 状態か

pH 変化に伴う吸収スペクトルの変化の解析から，pH 中

ら OFF 状態へ遷移し，488 nm の光照射により OFF 状態

性付近において，Kohinoor2.0 の発色団のイオン化状態

から ON 状態へ遷移と ON 状態の蛍光励起が起こりピー

存在率が Kohinoor と比べて 2 倍高いことが判明し，蛍光

ク波長 518 nm の蛍光を発する。Kohinoor を用いて光毒強度改善に寄与していると推測された。さらに，性の低い超解像イメージングに成功したものの，蛍光Kohinoor2.0 を用いて COS7 細胞の SPoD-OnSPAN 超解像強度などの光特性が不十分で，高速・長時間超解像イ

イメージングを行ったところ，4 時間に及ぶアクチンフ

メージングが困難であったため，変異体 Kohinoor2.0 がィラメントの動態を捉えることに成功した。さらに，開発された。Kohinoor2.0 は Kohinoor と比べて，2.6 倍高

0.5 秒の時間分解能でミトコンドリアの超解像イメージ

370

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告ングを行い，ミトコンドリアの融合，分裂の高解像観

長時間・高速超解像イメージングによる，細胞小器官察に成功した。以上の研究から，Kohinoor2.0 を用いたや分子の微細な動態のさらなる解明が期待される。

（2）超解像顕微鏡を用いた系統的大規模解析による Ca2+ -シナプス小胞カップリングの解明○坂本寛和，廣瀬謙造（東京大学大学院 医学系研究科 細胞分子薬理学）
神経伝達物質は Ca2+ 依存的なシナプス小胞の開口放合線維シナプス）および二種類の細胞体近傍抑制性シ出を介してシナプス前終末から放出される。興味深いナプス（PV+シナプスと CCK+シナプス）に注目し，電ことに，神経伝達物質の放出確率はシナプスの種類ご

位依存性 Ca2+ チャネル（P/Q 型および N 型）および足場とに大きく異なっており，その機能的な違いは電位依タンパク質群の大規模な超解像顕微鏡計測を行った。

存性 Ca2+ チャネルとシナプス小胞との間の物理的な距

各シナプス種について数千から数万個のシナプスに対離（Ca2+ -シナプス小胞カップリング）の違いに由来す

して系統的定量解析を行った結果，神経伝達物質の放ると考えられている。近年の研究から，シナプス前終出確率が高いシナプスほど，Ca2+ チャネルと一部の足場末に集積する足場タンパク質群（Munc13, RIM, RIM-BP,

タンパク質が物理的に近い位置に配置され，強く結びCAST）が Ca2+-シナプス小胞カップリングを制御していついていることが明らかとなった。このナノレベルのる可能性が指摘されているが，その詳細は不明である。

分子配置特性は，Ca2+ -シナプス小胞カップリングの構本研究では，海馬 CA3 領域に形成される放出確率の異造基盤となっている可能性がある。

なる二種類の興奮性シナプス（苔状線維シナプスと連（3）カリウムチャネルの K+/Na+選択性分子機構
三田建一郎 1，炭竈享司 1,2，岩本真幸 1,2，○老木成稔 1,4（1 福井大学 医学部 分子生理，2 金沢大学 ナノ生命科学研究所，3 福井大学 医学部 分子神経科学，
4福井大学 医学部 高エネルギー医学研究センター）

進化上，最古のチャネルのひとつであるカリウムチがある。「選択性フィルタに K+ が高親和性結合するこャネルは細胞外高 Na+ 条件下で外向きに電流を流し，とが Na+ を排除し，knock-on 機構で K+ イオンが速やか

inside negative な静止膜電位を形成している。カリウムに流れる」という従来の透過選択性に関する描像は，チャネルのイオン選択性において K+（半径 1.3 Å）より

本来ダイナミックであるはずのイオン選択過程を十分も小さな Na+（半径 1.0 Å）をなぜ流さないのか？カリ

に捉えきれているだろうか？「そもそもカリウムチャ

ウムチャネルはそれ以後に出現する他のチャネルよりネルを Na+ が流れるのか」，という課題に挑戦し，電気もはるかに難しい課題を進化の初めに獲得していたこ

生理学的な測定で KcsA カリウムチャネルを流れる単一とになる。カリウムチャネルのイオン選択性機構は 80

チャネル Na+ 電流を測定することに成功した。これと平年以上にわたって研究されてきたが，その過程は紆余行して分子動力学シミュレーションを行い，カリウム

曲折であった。とくにカリウムチャネル結晶構造決定

チャネルを流れる Na+ の特異な透過様式を発見し，イオ

後は美しい結晶構造がその解釈を翻弄してきたきらいン選択性機構を明らかにした。

371

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（4）骨格筋筋小胞体 Ca2+ 遊離機構の再構成〇村山尚（順天堂大学 医学部 薬理学講座）

骨格筋筋小胞体（SR）からの Ca2+ 遊離は 1 型リアノジ行われてきた。その結果，新たな悪性高熱症治療薬としン受容体（RyR1）／Ca2+ 遊離チャネルを介して起こる。

て Compound 1 (Cpd1) の開発に成功した。Cpd1 は既存薬

RyR1 は T 管膜のジヒドロピリジン受容体（DHPR）とののダントロレンに比べて水溶性が高く，半減期が短いこ相互作用による脱分極性 Ca2+ 遊離（DICR）と Ca2+ の結とからより安全な治療薬として使用できる可能性がある。

合により活性化する Ca2+ 誘発性 Ca2+ 遊離（CICR）の２

DICR には RyR1 に加えて DHPR，STAC3，Junctophilin-2

つのモードで開口する。RyR1 の遺伝子変異は RyR1 の活が必要なことが知られている。最近，RyR1 発現 HEK293

性を亢進または抑制することで，悪性高熱症やミオパチ細胞に上記遺伝子を導入することで DICR の再構成に成ー等の筋疾患を引き起こす。これらの筋疾患には有効な功した。この系は定量性が高く DICR 構成因子変異の表

治療薬が少なく，新たな薬物の開発が望まれている。

現型解析に有用であることが示された。本手法により，HEK293 細胞に RyR1 を発現させることで CICR の再構成

DICR の分子機構の解明や特異的作用薬の探索が加速す系を構築し，疾患変異の表現型の解析および薬物開発をることが期待される。

（5）Oxidative stress hot-spots signify a close interplay between tumor buds that undergo partial EMT
and neutrophils○植田誉志史，森泰生（京都大学大学院 工学研究科合成･生物化学専攻）

がんの進展での腫瘍の形成・増殖・転移など様々なは，間葉系の形質に関わる遺伝子発現と c-Myc(MYC)に

ステップにおいて，活性酸素種を介した酸化ストレス制御される遺伝子群の発現が向上していた。H2O2 はのダイナミックな変化が生じることが示唆されている。

MYC の発現上昇を介して部分的な EMT と budding を促

複雑ながんと酸化ストレスの関係性を明らかにするた進すると思われる。一方 MYC の発現上昇は細胞の H2O2

めに，がん細胞の過酸化水素（H2O2 ）曝露量を判別す

産生を増加させたことから，両者には機能的連関がある蛍光プローブを作製し，腫瘍組織における酸化スト

ることが示唆された。さらにこの hot-spot は好中球集積

レスの時空間的な変化を可視化して，その役割を調べの空間的な情報として重要であり，好中球は H2O2 ，た。腫瘍内には局所的な高 H2O2 領域が存在し，原発腫

MYC，EMT の連関を増強した。H2O2 hot-spot は転移を

瘍 か ら 離 れ た 少 数 の が ん 細 胞 の ク ラ ス タ ー （ tumor

促進する場として重要な役割を果たしており，その酸

budding）周辺に多く見られることが分かった。Tumor

化ストレスに対する動的な対抗手段としてがん細胞は

budding は転移の初期過程にあるがん細胞の部分的な上

budding を起こして逃避するのかもしれない。

皮間葉転換（EMT）を反映し，高 H2O2 下の腫瘍細胞で（6）カルシウムイオンを切り口とした皮膚上皮細胞の細胞死（角化）メカニズムの解析○村田光麻，椛島健治（京都大学大学院 医学研究科 皮膚科学講座）
皮膚の水分バリア機能の大半は角層によって担われムの大半は不明である。

る。角層は皮膚上皮細胞が重層化した後，角化と呼ばマウス皮膚の生体イメージングにより，個々の細胞れる細胞死により構築されるが，角化の誘導メカニズが異なるタイミングで，40 分程度，細胞質カルシウム372

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

イオン（Ca2+）濃度を上昇させた後，角化が起こることれた。しかし，既報では皮膚特異的 Stim1 欠損マウスでCa2+ 上昇は，辺縁帯と呼ばれる構は角層の欠損は見られない。また，Trpv3 の siRNA では造を作るために必要と予測されたため，細胞死の誘導

Ca2+ 上昇と角化が強く促進され，特異的な分子の同定ににも関わるとの仮説を立て，①細胞質で増加する Ca2+

至っていない。

が見出された。このの由来，②責任分子，③Ca2+ の制御異常による皮膚疾患③GJB2 の変異による Keratitis-Ichthyosis-Deafness 症候群では，活性の異常に高いヘミチャネルの形成と，角の存否を検討した。
①②ラット由来の皮膚上皮細胞株における角化直前化の促進が知られる。モデルマウスの生体内観察によの Ca2+ 濃度上昇は，培養液への EGTA の添加で強く阻り，細胞質 Ca2+ 濃度の著明な上昇が，角化に先行する害された。高濃度の SKF96365，2-APB による処理，おことを見出した。

よび，Stim1 の siRNA によって Ca2+ 上昇と角化が阻害さ（7）Tensile status of adherens junctions as a therapeutic target for skin carcinoma〇Oleg Dobrokhotov，曽我部正博，平田宏聡（名古屋大学大学院 医学系研究科 メカノバイオロジーラボ）
Cell density-dependent inhibition of proliferation（CIP) is

Importantly, skin homeostasis depends on precise coordination

essential for tissue homeostasis. CIP depends on the formation

between proliferation and differentiation of keratinocytes. At theof the adherens junction（AJ). Forces generated by actomyosinsame time, cancers with less-differentiated phenotypes areat the AJ are indispensable for CIP in normal skin keratinocytes.

generally more aggressive. Indeed, pharmacological activation

However, it remains unclear whether and how the tensile statusof actomyosin contractility not only inhibited proliferation but

of AJs contributes to the malignant proliferation of skin cancer

also promoted epidermal differentiation of keratinocyte carcinoma

cells. Keratinocyte carcinoma cells with high proliferation ability

cells. As both inhibition of proliferation and promotion ofhave reduced actomyosin contractility than normal keratinocytes.

differentiation might positively impact the cancer therapy

In turn, pharmacological activation of actomyosin or application

outcome, it was suggested that the tensile status of AJs might beof sustained planar stretch, which induced tension to AJs,

used as a novel therapeutic target in keratinocyte carcinoma.

inhibited proliferation of keratinocyte carcinoma cells.

（8）マウス大脳皮質初代培養における睡眠・覚醒様神経活動の誘導○多月文哉，史蕭逸，上田泰己（東京大学大学院

医学系研究科システムズ薬理学）

睡眠時と覚醒時に脳は異なる周波数特性の神経活動れている神経伝達物質のカクテル（Ding et al., 2016）をを示す。脳波測定においては，睡眠時の高振幅で低周培地中に投与したところ，同期発火が減少し，低周波波の活動と覚醒時の低振幅で高周波の活動として対比

成分（delta 帯域）が減弱した。一方で，受容体拮抗薬され，これらは皮質の神経細胞の同期性の高低によるが強力に覚醒を誘導する NMDA を培地中に投与したとと考えられてきた。しかしながら，これら睡眠覚醒にころ周期的な同期発火の増加と delta 帯域成分が増強さよる大脳皮質神経細胞の発火パターンがどのように形れることを見出した。また，睡眠を誘導するリン酸化

成されているのかは明らかでない。

酵素であるカルシウムカルモジュリン依存性リン酸化

マウス大脳皮質初代培養を高密度微小電極アレイ上

酵素 2（CaMK2）の活性をウェスタンブロッティングにで培養する系を導入し，安定した神経活動を得ることより推定したところ，NMDA 投与による活性の増強と，に成功した。そこに睡眠覚醒制御に関わることが知ら

カクテル投与による活性の低下が認められた。

373

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

以上より in vitro で 睡眠覚醒様の発火パターンおよび細胞内シグナリングを再現する系を確立した。

（9）概日カルシウムリズムの源流を探る〇榎木亮介 1,2，廣蒼太 1,2，根本知己 1,2（1 自然科学研究機構 生理学研究所，2 自然科学研究機構 生命創成探究センター）
脳深部の視床下部領域にある視交叉上核は，脳の他ている可能性がある。また薬剤の超長期投与する際のの領域や全身の末梢臓器へリズム情報を伝えることで，生理機能への影響は不明であり，概日リズム発振メカ

睡眠覚醒サイクルやホルモン分泌などの約 24 時間の生

ニズムのどこに作用しているのか判別が難しい。一方，

理機能を調節する。細胞〜ネットワークレベルの概日

時計遺伝子 Cry1/2 を欠損する視交叉上核においても概カルシウムリズムが報告されてきたが，その発振メカ

日カルシウムリズムは見いだされることから，生後発ニズムの全容はいまだ明らかではない。これまでに電達や細胞ネットワークレベルでの補償機構も考えられ

位依存性ナトリウムチャネルやカルシウムチャネルのる。概日カルシウムの源流を探る為には，多色イメー阻害薬投与により，概日カルシウムリズムの振幅が減

ジング計測計測による細胞ネットワークレベルや細胞衰することが報告されている。また小胞体リアノジン

内オルガネラレベルの計測が有効であると考えられて受容体の競合的阻害薬を投与した際にもリズム振幅がいる。これまでの概日カルシウムリズムの研究を紹介

減衰する報告がある。しかし，上記の阻害薬のいずれ

し，進行中のミリ秒スケールの神経活動と概日カルシにおいても概日カルシウムリズムの停止には至っていウムリズムの同時計測や，細胞内局所カルシウム計測ないため，その他のイオンチャネルや輸送体が関わっの試みについて紹介した。

（10）新規二光子顕微技術による低侵襲生体イメージング○大友康平 1,2，根本知己 1,2（1 自然科学研究機構 生命創成探究センター 創成研究領域
2

自然科学研究機構 生理学研究所 基礎神経科学領域）

試料を蛍光標識し，顕微可視化する蛍光顕微鏡法は

取得情報量とともに生体が受けるダメージも著しく増

生物学研究における重要なツールとなっている。生体大する。本トレードオフは，時空間的に最低限とした内における静的な微細構造のみならず，動的な形態変光照射，高効率な信号取得，生体試料にストレスを与化や機能をライブ可視化できる点は，本法を用いるメ

えない調製法等により部分的に回避できる。新規的なリットの一つである。二光子顕微鏡法は，近赤外超短光パルス光源，補償光学技術，レーザースキャン方式，

パルスによる可視発色団の二光子励起蛍光の取得を前

生体適合性マテリアル等の技術を援用することで，本提とするため，励起の局所性，深部可視化能の特徴を来の低侵襲性能をできる限り保持したままに，深部可有する。一方で，イメージングにおける性能指標の多視化能の更なる向上，高時空間分解能化が取り組まれ

くは，観察による侵襲性とトレードオフの関係にある。

てきた。開発した顕微鏡システムは既に細胞生物学や近赤外光を用いる二光子顕微鏡法は低侵襲的な観察手

神経科学研究の現場にて活用されつつあり，更なる応法であるとされているものの，条件が精微であるほど，用が期待される。

374

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（11）微小な音を受容する内耳蝸牛の仕組みと働き
太田

岳 1，張

奇 1，任

書晃 2，◯日比野浩 1（1 大阪大学大学院 医学系研究科 薬理学講座統合薬理学
2

岐阜大学大学院 医学系研究科 生命原理学講座生理学分野）

聴覚を司る「内耳蝸牛」では，微小音を受容し，そングは異なる可能性を見出した。加えて，細胞は直流の信号を増幅する。この仕組みの理解を目指して研究的に短縮していた。これらの事象はアクティブ制御機が行われてきた。音は蝸牛に達すると，“感覚上皮帯”

構として，「小さい音振動ほど増幅する」蝸牛の特徴にナノ振動を惹起する。この上皮シート層は，感覚細に関わると推定された。また，蝸牛には，有毛細胞へ胞である有毛細胞を含む。上皮帯の振動により，有毛のイオン流入を加速するため，別の上皮シート層に細胞の感覚毛は屈曲し，体液から陽イオンが流入する。

“生体電池”が備わる。K+ 選択的電極を用いた計測にそして有毛細胞は電気興奮する。この過程により，音より，この電池は，直列に繋がった 2 つの K+ 濃淡電池の機械的な刺激は電気信号へ変換される。有毛細胞はから成ることを見出した。さらに音入力により有毛細興奮すると伸縮する。この動作が微小な上皮帯振動を胞を刺激すると，生体電池の起電力が変化した。以上増幅するが，その詳細は十分に明らかではない。そこ

より，蝸牛は，感覚上皮帯に備わる有毛細胞のアクテで，光干渉を使った振動計測系により，生きた動物のィブ制御機構と生体電池がネットワーク回路を作り，感覚上皮帯を観測した。音刺激により有毛細胞は交流

微小音を効果的に受容していると考えられた。

的に伸縮したが，その頂上部と基底部の動作のタイミ

375

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

15．幼・小児の成長期における脳機能と運動の発達に関する多領域共同研究
2022 年 3 月 2 日－3 月 3 日
代表・世話人：高草木薫（旭川医科大学 脳機能医工研究センター）
所内対応者：南部篤（生理学研究所 生体システム部門）（１）周産期からの身体感覚と社会的認知の発達的関連
明和政子（京都大学）（２）自閉スペクトラムの当事者研究が示唆するもの
熊谷晋一郎（東京大学）（３）新生児の脳機能と生体リズム
岩田欧介（名古屋市立大学）（４）神経発達症に併存する運動障害の理解：レット症候群をモデルとして
高橋悟（旭川医科大学）（５）予測符号化理論に基づく認知発達と発達障害
長井志江（東京大学）（６）発達性協調運動障害の病態理解とハビリテーション介入
信迫悟志（畿央大学）（７）レット症候群の病態メカニズム石田綾（理化学研究所）（８）子どもの可能性を広げるリハビリテーションのために
松田雅弘（順天堂大学）【参加者名】
現地（11 名）高草木薫（旭川医科大学），安木琪，木原諒也（九亨（三重大学），北原エリ子，掛川圭（順天堂大学），安田万里子（川崎医科大学），朴志勲（大州大学），松田雅弘，城井麻美子（順天堂大学），南阪大学），鈴木恒彦（大阪発達総合療育センター），部

宮田麻理子（東京女子医科大学），長井志江，淺間

篤，畑中伸彦，知見聡美，佐野裕美，纐纈大輔（生理学研究所），下田真吾（理化学研究所）

一，濵田裕幸，温

文，太田

順，柳原

大，金

東

敏，四津有人，熊谷晋一郎，阿部勇貴，丸田茂樹，長zoom（50 名）

谷川哲也，山川博司，吉田和憲，湖上碩樹（東京大羽野貴哉（NPO 法人子どもの発達・学習を支援する
リハビリテーション研究所），高橋

学），儀間裕貴，菊地悟, 高橋未来（旭謙（東京都立大学），吉田さちね（東邦大学），木野本誠（民間企業），岩田欧川医科大学），信迫悟志（畿央大学），明和政子（京介，鈴木智子，横井尭子（名古屋市立大学），石田

都大学），古賀洋平（九州大学），加藤荘志（広島大綾，高橋美幸（理化学研究所），江川史朗（理研学），峯BDR），齋藤潤孝，本間涼花（獨協医科大学）

耕太郎（国立成育医療研究センター），實376

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

【概要】
本国における「超高齢者人口の増加」，「労働者人心理学を背景とする研究者が参加・議論することによ口の減少」，そして，「少子化の急速な進行」は，本り，上記の枠組みの構築を目指す。2021 年度の研究会

国の存亡に関わる重要な課題であり，可及的な解決法

では，現地とオンラインにおいて合わせて 50 名を超えの確立と実行が必要である。特に「少子化」が抱えるる参加者によって幼小児の健全な発達をいかに促すか

問題は「生まれてくる子供」の数が少ないという単純について議論が行われた。具体的には臨床現場においな問題として扱うことが出来ない。近年では周産期医て脳性麻痺や発達障害を抱える幼小児と接している医療の進歩によって「低体重児」の出生数が多くなって師や理学療法士，脳の発達やレット症候群に関してきている。低体重児では，高次脳機能や運動機能の障

脳・神経生理学の面から研究を行っている研究者，自害（脳性麻痺や学習障害など）のリスクが増加する。

閉症や脳性麻痺児の当事者研究を行っている医師やリ従って，「このようなハンディキャップを持つ幼小児

ハビリテーションシステムを開発する工学者などが集の適切な発達と成長をサポートし，適切な高次脳機能

まり，相互に意見交換がなされた。特に臨床現場におと運動機能を維持・獲得するための枠組み」を構築す

いて障害を抱える様々な幼小児を診ているリハビリテ

る必要がある。そこで本研究会では，脳神経科学・小ーション医学の研究者とロボット工学を専門とする工児神経学・工学・リハビリテーション医学，精神医学，

学者などによる活発な議論が行われた。

（1）周産期からの身体感覚と社会的認知の発達的関連
明和政子（京都大学）
欧米圏で行われた最新の長期コホート研究は，周産ことや，発達障害，自閉症スペクトラム症のリスクが期の異質な環境経験が発達障害の発症リスクと関連す高いことが示されてきました。周産期は，身体―環境ることを示しています。私たちは，身体性の相互作用において神経回路の形成が顕著に変化する（Embodiment）を軸に，身体感覚，とくに「内受容―時期（感受性期）であります。発達初期の発達原理を

外受容感覚の統合」が認知機能の創発・発達に深く関明らかにし，様々な生体計測装置と従来までの検査方

わると仮定し，周産期からの連続的検証を重ねてきま法を組み合わせることで，発達過程の調査やバイオマ

した。周産期に副交感神経系の機能に弱さがみられたーカの同定を行うことができます。研究会では幼小児

乳児や早期産児が生後 12，18 か月の時点で運動や情動，の社会性を回復しうる，早期からの効果的な発達支援

言語・社会性領域に発達の問題を抱えるリスクが高い

法の開発のための議論が行われました。

（2）自閉スペクトラムの当事者研究が示唆するもの
熊谷晋一郎 （東京大学）
日本の当事者研究，イギリスの参加型研究

伝的記憶〉の統合に力点を置く「依存症自助グループ」（participatory research）やユーザー主導型研究（user-ledに影響を受けている。本講演では，綾屋・熊谷による自research）など，障害のある当事者が，受動的な研究対

閉スペクトラム症の当事者研究の中でも，当事者の視点

象ではなく，自ら研究者として障害のメカニズムや対処をもとに進めた研究で，自閉スペクトラム症の患者が健法を探求する試みが広がっています。なかでも当事者研常者に比べて，自己身体を大きく推定しがちで，他者と究は，〈身体〉の可塑性の限界を羅針盤にして社会の可の近い距離を選考する傾向にあることを明らかにした研塑的変化を目指す「障害者運動」と，対話を通じた〈自究や自分自身の記憶に関する振り返りに関して健常者と377

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告の違いを調べた研究について紹介が行われた。そして，同創造によってインクルーシブな社会環境を構築するこ障害の社会モデルに基づく支援の重要性や当事者との共とに関して考察・議論が行われました。

（3）周産期からの身体感覚と社会的認知の発達的関連
岩田欧介（名古屋市立大学）
脳機能獲得の加速は乳児期後期から顕著になります

新生児早期にも見られる概日リズムなどの生体リズムが，ヒトは母体にいる胎児期から驚くほど多くの外部の発現とその新生児の在胎週数との関係について調べ

信号を処理して学習していることが近年になって知らた研究をはじめとして，新生児にも既にみられる環境

れるようになってきました。プレリミナリな観察を短に適合する機能に関して新しい知見をご紹介するとと絡的に応用した「発達を促すケア」を科学的に刷新す

もに，より複雑な外部刺激と認知機能の関係を解明すべく，私たちの医療チームでは，心理・工学・生理学

るプロジェクトの概要をご覧いただき，多分野の若など多分野の専門家と合同チームを形成し，比較的単手・エキスパートの皆様と議論を重ねられたらと考え

純な外部入力とそれに関連した脳機能獲得過程の関連ています。研究会においては臨床現場における新生児を観察してきました。今回の研究会の機会をいただき，の発達に関して議論が行われました。

（4）神経発達症に併存する運動障害の理解：レット症候群をモデルとして
高橋悟（旭川医科大学）

神経発達症のお子さんは，「ボールを蹴る」「縄跳に関与していることが知られています。私達は，単一びをする」など複数の身体部位を協調させて行う運動

遺伝子 MECP2 の異常によって発症する均一な患者群でが苦手なことが多いです。このような動作が極端に不あるレット症候群を対象にして，その臨床的特徴を理

器用な発達性協調運動症は，小児のおよそ５％でみら解することで発達性協調運動症の病態を理解し，治療れます。また，他の神経発達症との併存が多く，自閉方法の開発に貢献したいと考えております。本研究会

スペクトラム症や注意欠如多動症などの発達特性を有では，臨床現場において観察される神経発達症のお子するお子さんでは，５０％以上の頻度でこのような運さんの症状の診断やその予後改善のための方策につい動障害が併存しています。このような神経発達症の発て工学系の研究者などと活発な議論が行われました。

症要因は，均一ではなく，遺伝要因と環境要因が複雑（5）予測符号化理論に基づく認知発達と発達障害
長井志江（東京大学）
乳・幼児の認知発達はどのような神経基盤に支えら

講演者は，人が得ている感覚信号と脳が生成する予測れているのでしょうか。乳幼児が獲得する社会性やそ信号の誤差，つまり予測誤差を最小化する過程が認知こに内在する個性の発生機序は，まだ未解明な部分が発達を導くと提案してきました。講演者は今までに予非常に多いです。本講演では，脳の統一原理とされる

測符号化に基づく神経回路モデルをヒューマノイドロ

予測符号化理論に基づいた計算論的研究を紹介します。

ボットに実装することで原理を検証する構成論的なア

378

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

プローチによる研究を行ってきました。その結果として，自閉スペクトラム症などの発達障害者の理解と支て学習をとおした予測機能の獲得とその変調が，描画援を目指す取り組みについても紹介し，研究会では参行動や利他的行動の発達とその多様性を生じるという加者と活発な議論が行われました。

ことを示してきました。このような研究成果に基づい（6）発達性協調運動障害の病態理解とハビリテーション介入
信迫悟志（畿央大学）
近年，小児リハビリテーション領域では発達性協調が青年期・成人期にもその協調運動困難が残存すると運動障害（DCD）についての関心が高まっております。

されており，DCD の病態理解と有効なハビリテーショ

DCD とは，微細運動・粗大運動・バランスといった協ン技術の開発は，喫緊の課題となっております。本講

調運動技能の獲得や遂行に著しい低下がみられる神経

演では，我々が実施してきた DCD の病態理解とハビリ

発達障害の一類型であり，他の神経発達障害（ASD，テーション介入に関する研究として，靴ひもを結ぶとADHD，LD）とも頻繁に併存し，学齢期の小児の有病

いった両手の協調動作を苦手とする小児に対して，動率はおよそ 5～6 % とされています。男女比は 2 対 1，4

作の手続きを教示することで動作の改善が見られた例

対 1，ないし 7 対 1 とされており，男児に多いことがわなどを紹介させて頂き，研究会においては運動学習にかっています。そして DCD と診断された児の 50～80 %ついて活発に議論が行われました。

（7）レット症候群の病態メカニズム石田綾（理化学研究所）

脳を構成する神経細胞の成熟過程には，一群の遺伝が多いです。本講演では，原因と疾患の関係か明らか

子発現がダイナミックに変化することが必要であり，になっている単一遺伝子の疾患である Rett 症候群に着目

MeCP2（メチル化 CpG 結合タンパク 2）はこの過程を担し，脳内のネットワークにどのような変化が障害を引う最も重要な分子のひとつであります。正常な脳発達き起こすのかということについて，発達期のマウスモにおける MeCP2 の重要性は，MeCP2 の欠損と過剰が共デルを用いて分子，シナプス，細胞とそれらから発現に重篤な小児神経疾患である Rett 症候群と MECP2 重複される行動を繋ぐ多角的なアプローチにより得られた症候群などを引き起こすことから明確に示されていま研究成果を紹介したいと思います。研究会では今まです。しかし，このような病態が神経回路におけるどのに見出された脳発達の新規メカニズムとレット症候群

ような異常によって生じるのかについては未解明な点の関係性について議論が行われました。

（8）子どもの可能性を広げるリハビリテーションのために
松田雅弘（順天堂大学）「発達障害」には，広義と狭義の意味があり，広義

自閉症スペクトラム障害などの発達障害を指していまとしては子どもの発達に関わる全般的な障害として捉す。広義での発達障害に対するリハビリテーションのえ，脳性麻痺などの疾患も含まれます。狭義としては歴史の中で，子どもの可能性を追及する取り組みが実379

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告践されてきましたが，近年の様々な先端技術の発展とていく形を創造できるかが，子どもの将来の可能性を

科学の進歩によって，子どもの可能性を追及する手法

広げることとなります。それに加えて，街などのコミが増えることが期待されています。子どもはその活動

ュニティ全体が子どもの生き生きとした活動を支えるを通じて，自己の世界を拡張させ，運動を含めた学習

インクルーシブな取り組みを実践していくことの重要を進めていきます。そこに 1 人の支援者として，どのよ

性について講演が行われ，研究会にて活発な議論がな

うな関わりを持ち，家族とその子どもと一緒に協働しされました。

380

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

16．行動の多様性を支える神経基盤とその動作様式の解明
2022 年 1 月 7 日－1 月 8 日（ハイブリッド開催）
代表・世話人：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）
所内対応者：南部篤（生体システム研究部門）（１）報酬履歴に基づく行動制御に関わる黒質緻密部および線条体における領域特異的かつ細胞タイプ特異的な神経活動特性
野々村聡（霊長類研究所）（２）眼球運動を用いた中央実行系の神経機構の解析
澤頭亮（北海道大学）（３）中脳辺縁系による運動制御機構
鈴木迪諒（東京都医学総合研究所）（４）大脳皮質・延髄における体性感覚の階層的情報処理
窪田慎治（国立精神･神経医療研究センター）（５）一過性と持続性の活動モードによって報酬価値をモニターするドーパミンニューロン王

亜偉（筑波大学）（６）運動タスク実行中のマカクザルにおける一次体性感覚野 3a 野の感覚抑制
菊田里美（国立精神･神経医療研究センター）（７）マカクザル内側前頭皮質から扁桃体および側坐核への投射様式の解析
吉野倫太郎（東北大学）（８）VR システムを用いた行動時皮質機能ネットワーク動態の解析
中井信裕（神戸大学）（９）マーモセットの摂餌行動における時系列構造の計算論的解析
三村喬生（量子科学技術研究開発機構）（10）霊長類脳への高効率な導入遺伝子発現と神経細胞特異的な感染を実現するモザイク AAV ベクターの開発
木村慧（霊長類研究所）（11）Somatotopic reorganization of the sensorimotor cortex in Japanese macaques after accidental arm amputation.
Pimpimon Nondhalee（生理学研究所）（12）脊髄損傷サルの一次運動野のニューロンは人工的な皮質脊髄路に集団で適応する
尾原圭（東京都医学総合研究所）【参加者名】
現地参加：松本正幸（筑波大学），王峰明（京都大学霊長類研究所），野々村亜偉（筑波大学），鈴木迪諒（東京都医学総合研究所），尾原

学霊長類研究所），木村

圭

聡（京都大

慧（京都大学霊長類研究（東京都医学総合研究所，新潟大学），春日優佑（理所），橘

化学研究所 CBS），江川史朗（理研 BDR/NCNP），小田中真樹（北海道大学），澤頭林和人（福島県立医科大学），関南本敬史（量子科学技術研究開発機構），吉野倫太郎

和彦（国立精神神吉寿（神戸大学），中井信裕（神戸大学），亮（北海道大学），

経医療研究センター），窪田慎治（国立精神神経医療（東北大学），以下，生理学研究所，南部研究センター），菊田里美（国立精神神経医療研究セ

伸 彦 ， 知 見 聡 美 ， 佐 野 裕 美 ， 纐 纈 大 輔 ， Pimpimon

ンター），高田昌彦（京都大学霊長類研究所），兼子

Nondhalee，竹村浩昌

381

篤，畑中

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

Web 参加：大屋知徹（University of Western Ontario），

小杉亮人（国立精神・神経医療研究センター神経研究中村加枝（関西医科大学），上田康雅（関西医科大所），禰占雅史（筑波大学），西村幸男（東京都医学学），倉岡康治（関西医科大学），安田正治（関西医総合研究所），中山義久（東京都医学総合研究所），

科大学），行天悠一郎（京都大学），伊東

横山

諒（京都

修（東京都医学総合研究所），兼重美希（東京怜（京都大学），齊藤治美（京都大学

都医学総合研究所），中村晋也（東北大学），高橋慧

高等研究院 ASHBi），加藤利佳子（京都大学高等研究

多（東北大学），山田和輝（東北大学），筒井健一郎

院 ASHBi），雨森智子（京都大学高等研究院 ASHBi），（東北大学），羽鳥康裕（東北大学），趙智井上謙一（京都大学霊長類研究所），網田英敏（京都北大学），川村太一（東北大学），Vikas Kumar Tiwari

大学霊長類研究所），Gaoge YAN（京都大学霊長類研究（東北大学），大原慎也（東北大学），長野人士（東所），髙安

北大学），白濵幸弘（東北大学），亀田将史（北海道大学），平山環（京都大学霊長類研究所），鴻池菜保健（東（京都大学霊長類研究所），Oh Jungmin（京都大学霊長大学），岡田研一（北海道大学），安部類研究所），李大学），土田直司（北海道大学），Li Li（北海道大学），

卓玲（京都大学霊長類研究所），大石高生（京都大学霊長類研究所），山中

小山

創（京都大

楓（北海道

佳（量子科学技術研究開発機構），本間涼花

学霊長類研究所），大塚友紀子（京都大学霊長類研究（獨協医科大学），齋藤潤孝（獨協医科大学），以下，所），岩沖晴彦（京都大学霊長類研究所），武井智彦

生理学研究所，磯田昌岐，郷田直一，上原一将，二宮（玉川大学脳科学研究所），加藤荘志（広島大学），

太平

【概要】
げっ歯類を対象とした神経回路研究が世界中で，大本研究会では，このような問題意識を共有する研究変な勢いで進んでいる。光･化学遺伝学やイメージング者が集まり，お互いの研究発表，情報交換を行うこと

技術など新しい実験技術が次々と開発され，それを用により，システム神経科学の未来を議論，展望した。

いた巧みな実験によって，私達の脳神経回路に対する昨年度に引き続き，今年度も若手中堅研究者に最新の理解は，従来にない解像度で深化しつつある。しかし，発表を依頼し，活発な議論がなされた。また本年度のげっ歯類は一つのモデル動物種に過ぎない。神経科学

新たな試みとして，発表時間の短い発表枠を設定し，の究極の目標がヒトの精神機能の理解にあるとすれば，

特に学生や新規研究を始めたばかりの研究者にも発表

げっ歯類の脳を理解するだけで満足してはいけないはの機会を与え，多くの研究者から今後の研究展開へのずである。今後，霊長類などよりヒトに近い動物種をインプットが得られたと好評であった。

対象とした神経回路や神経機能の研究の重要性が加速

本研究会は COVID-19 の感染状況を考え，人数を制限

度的に増加してゆく時代になると確信している。時とした現地開催と Web 開催とのハイブリッド開催とした。

してげっ歯類を対象とした研究にはない困難が伴うが，過去 2 年間のオンライン開催経験の蓄積により，難なく

やはり私達は巨大で複雑なヒト・霊長類の脳神経に立終了することができた。

ち向かわなくてはならない。

382

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

17．人工知能技術と科学の協調と展開
2021 年 7 月 16 日－7 月 17 日
代表・世話人：吉村奈津江（東京工業大学･科学技術創成研究院）
世話人：上原一将（生理学研究所･神経ダイナミクス研究部門）
所内対応者：北城圭一（生理学研究所･神経ダイナミクス研究部門）（１）高次視覚野の計算理論：顔認識系から一般物体表象へ
細谷晴夫（国際電気通信基礎技術研究所）（２）深層ニューラルネットワークモデル・脳磁場計測・超高磁場 MRI 計測の融合による認識行動ダイナミ
クスの高時空間分解能解析の試み
宮脇陽一（電気通信大学大学院 情報理工学研究科）（３）脳 AI 融合の医学
栁澤琢史（大阪大学 高等共創研究院）（４）計算論的精神医学：精神医学における人工知能技術の役割と展望
山下祐一（国立精神･神経医療研究センター 神経研究所）（５）人工知能技術を用いた演奏家の技能や疾患の理解の深化
古屋晋一（ソニーコンピュータサイエンス研究所）（６）ヒューマノイドロボットの階層的な運動制御
森本淳（京都大学 情報学研究科／国際電気通信基礎技術研究所）（７）高速視覚を用いたロボット制御に基づくダイナミックインタラクション
山川雄司（東京大学大学院 情報学環）（８）ロボット聴覚・音環境理解研究とその展開
中臺一博（ホンダ･リサーチ･インスティチュート･ジャパン／東京工業大学）（９）構成論的発達科学：脳の一般原理に基づく認知発達と発達障害
長井志江（東京大学 国際高等研究所）【参加者名】
理学研究所），本多結城子（生理学研究所），中田大

長井志江（東京大学），柳澤琢史（大阪大学高等共創研究院），森本貴（奈良女子大学），植松明子（生理学研究所），芝淳（㈱国際電気通信基礎技術研究所），古屋晋一（ソニーコンピュータサイエンス研究崎所），山下祐一（国立精神･神経医療研究センター），

髙橋陽香（花王㈱），緒方洋輔（花王㈱），福見稔

細谷晴夫（国際電気通信基礎技術研究所），山川雄司（徳島大学大学院）大西章也（香川高等専門学校），（東京大学大学院），中臺一博（HRI-JP／東京工業大

常盤達司（広島市立大学大学院），板橋貴史（昭和大学工学院），宮脇陽一（電気通信大学大学院），宮田

学発達障害医療研究所），西田知史（情報通信研究機

なつき（産業技術総合研究所），渡辺英治（基礎生物

構 未来 ICT 研究所），小濱

学 研 究 所 ） ， 下 田 真 吾 （ 理 化 学 研 究 所 ） ， Junichi

誠（有限責任監査法人トーマツ デロイトアナリティク

Chikazoe（㈱アラヤ），上原一将（生理学研究所），横ス），馬場孝之（富士通㈱），青柳富誌生（京都大

山

学），酒井

寛（生理学研究所），北城圭一（生理学研究所），

学（奈良女子大学），高橋泰伽（生理学研究所），

剛（近畿大学），福島宏（筑波大学），田中琢真（滋賀大学），淳（生理学研究所），後藤優仁（生理学研究

ITARU KITAYAMA（九州工業大学），鈴木隆文（情報所），吉村奈津江（東京工業大学），小栗康子（北里通信研究機構脳情報通信融合研究センター），菊池眞大学），岡崎由香（生理学研究所），浦久保秀俊（生之（東京工科大学），平田

萩原

383

豊（中部大学），吉本潤生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告一郎（奈良先端科学技術大学院大学），篠崎隆志（情水口暢章（立命館大学），岡田征剛（東京大学大学

報通信研究機構 未来 ICT 研究センター），堺院），小池康晴（東京工業大学），梅原

浩之

潤（情報通

（豊田中央研究所），竹内雄一（大阪市立大学大学

信研究機構脳情報通信融合研究センター），吉田尚人

院），小磯堅秀（電気通信大学大学院），平井碩（東京大学），Pan Pengcheng（東京大学），金子文成（近畿大学大学院），丸山裕恒（東京工業大学），青（慶應義塾大学），臼井信男（東京工業大学科学技術

木隆太（東京都立大学），山根千佳（山口大学大学

創成研究院），武井裕樹（日本大学大学院），杉野広院），間島慶（量子科学技術研究開発機構 量子生命

尭（慶應義塾大学大学院），本間咲希（慶應義塾大科学研究所），浅井義之（山口大学大学院），内田裕

学），小杉亮人（国立精神･神経医療研究センター），輝（東京医科歯科大学），山田将太郎（京都産業大

髙橋直樹（生理学研究所），青山千紗（大阪大学大学学），末松尚史（京都産業大学），森下克幸（日本大院），可部泰生（東京大学大学院），兵藤仁紀（一学大学院），竹村浩昌（情報通信研究機構未来 ICT 研究般），戸松彩花（生理学研究所），揚妻正和（生理学所脳情報通信融合研究センター），田上慶治（工学院研究所），纐纈大輔（生理学研究所），大野伸彦（自大学）， 河田ケルシ（電気通信大学大学院），大脇崇

治医科大学），小松英彦（基礎生物学研究所），横井史（豊田中央研究所），カトウシンヤ（日本大学大学

功（生理学研究所），西嶋

院），木村聡貴（NTT コミュニケーション科学基礎研

PHAM QUANG TRUNG（生理学研究所），LI JIARUI究所），宮崎崇史（ヤフー㈱），竹下和良（藤井病（The University of Tokyo IRCN），田村秀希（豊橋技術院），立本将士（東京湾岸リハビリテーション病院），

科学大学），土元翔平（生理学研究所），谷松井（追手門学院大学），倉敷秀明（慶應義塾大学）

崇（筑波大学），高田直樹（㈱知能情報システム），坂本嵩（慶應義塾大学），鹿内友美（理研），

櫻（生理学研究所），

恵介

Masako Sakai（㈱アイシン），座間拓郎（理研），森

近藤祐介（共和薬品工業㈱），有働立太（共和薬品工理也（津山工業高等専門学校），野澤孝之（東京工業業），江川史朗（理研），岩間清太朗（慶應義塾大学大学），塚根良太（山口大学），相川千尋（玉川大大学院），南部功夫（長岡技術科学大学），森重真純学），渡邊紀文（武蔵野大学），小松秀俊（共和薬品（慶應義塾大学），深山工業㈱），関理（情報通信研究機構 脳情和彦（NCNP）

報通信融合研究センター），福田雅之（jcho 北海道病院）【概要】
近年，人工知能（AI）の普及により様々な分野で AIを深める場はそう多くありません。AI 技術のさらなる技術を用いたシステムやサービスが普及し，我々の社発展や新たな価値の創生にはこのような分野越境によ

会生活の中に浸透しつつあります。研究においても AIる議論が必要であると考え研究会を企画しました。研

技術が組み込まれ，既存の手法では見過ごされてきた究会では様々な領域で AI 技術を用いて研究に取り組ん

重要な情報が可視化できるようになり，科学と AI 技術

でいる研究者の方々をお迎えし，多角的視点から AI 技の調和が基礎・応用研究分野において革新をもたらし

術と科学の協調と展開について議論を進めます。また，ています。しかしながら，現在，広い研究分野で AI 技

本研究会を通して将来の連携につながる交流の場を構術が用いられているにも関わらず，分野越境し，議論築します。

（1）高次視覚野の計算理論：顔認識系から一般物体表象へ
細谷晴夫（国際電気通信基礎技術研究所）
霊長類の高次視覚野が複雑物体を表現していること

ゴリに対応したモジュールがあることが明らかになり，

はよく知られているが，その計算原理はまだ謎に包ま

特に顔カテゴリに関しては様々な詳細な応答特性が報れている。しかし，近年の研究から，様々な物体カテ

告されている。これを足掛かりに，一般物体表象のメ

384

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

カニズムを解明できることが期待されているが，その究などについて説明する。後半では，これらの計算論ために重要な役割を担うのが計算理論である。本講演から着想した，一般物体表象の人工知能モデル研究をの前半では，顔認識系の計算モデルを探求した我々の紹介する。すなわち，モジュール化された不変特徴系

計算神経科学研究を紹介する。すなわち，同系には従という高次視覚野の特性に着目し，これを取り入れた

来型の畳み込みニューラルネットでは説明できない性

新しい深層生成学習モデル CIGMO（Categorical Invariant

質があることを示し，それを打開するために提案したGenerative MOdel）を提案し，この情報表現戦略が，ワ混合スパース符号化モデルと，そしてその理論予測を

ンショット学習など様々な下流タスクの性能を向上さ実験検証するために進めている Freiwald ラボとの共同研せることのできる，高い効率性を実現することを示す。

（2）深層ニューラルネットワークモデル・脳磁場計測・超高磁場 MRI 計測の融合による認識行動ダイナミクスの高時空間分解能解析の試み
宮脇陽一（電気通信大学大学院 情報理工学研究科）
私たちを取りまく実世界環境は，多種多様な物体のューラルネットワーク（DNN）を活用して階層的な画集合でできている。こうした複雑な環境下でヒトは何像特徴量と視線移動との関係を解析し，さらに DNN でに視線を先に向け，何を先に認識しているのだろうか。

合成した抽象的だが階層的な特徴量をもつ画像刺激を視覚的認識の時間的差別化はヒトの生存や社会行動に用いた実験を実施することで，高次画像特徴量への時大きな影響を与える基盤であり，その解明はヒトの動空間的誘目性を見出した。後者においては，構造化モ

的認識過程における情報価値を再定義するうえでも重デルを用いた脳磁場信号源の推定や超高磁場 MRI 信号

要である。こうした問いに挑戦するため，我々の研究の超高速デコーディングにより，脳活動信号からの高グループではいわゆる人工知能技術として分類される

時空間分解能での情報抽出への技術基盤が構築されつ技術要素を用いて，ヒトの視線が向く先の特徴（画像つある。本発表では，こうした取り組みを行動実験な特徴）を定量化するとともに，その際の脳活動を高時

らびに脳活動計測実験への人工知能技術の応用の一例

空間分解能で計測・解析するための技術開発に現在取として紹介しつつ，新技術による神経科学の地平の開り組んでいる。前者においては，具体的には，深層ニ拓の可能性について議論できれば幸いである。

（3）脳 AI 融合の医学
栁澤琢史（大阪大学 高等共創研究院，大阪大学大学院 医学系研究科 脳神経外科）
脳信号から様々な知覚認知内容や運動状態などを AI

し，脳情報解読に基づいたフィードバックによる脳 AI

によって推定する脳情報解読技術（Neural Decoding）に融合が，脳へどのような影響を生じるかは明らかでなよって，脳とコンピュータを直接つなぐ Brain-Computer

い。我々は，幻肢痛患者が BCI を使い，幻肢のイメージ

Interface（BCI）が実現した。また，体内埋め込み型脳やロボットを操作することで痛みを治療できることを信号計測技術が実用化され，脳の電気刺激と組み合わ示したが，AI の選択によっては逆に，痛みが増えるこされることで，AI が推定した脳情報に応じて脳活動をとも見出した。脳 AI 融合を医療として用いるには，脳制御する Brain-chip が，失った脳機能の補填や機能拡張への影響を予測し制御することが期待される。本講演として期待されている。既に，てんかんやパーキンソでは，脳 AI 融合の医学としての可能性と懸念点についン病の治療として，脳波を自動解析し適切な電気刺激て議論する。

を脳へ行う閉回路型脳刺激療法が行われている。しか385

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（4）計算論的精神医学：精神医学における人工知能技術の役割と展望
山下祐一（国立研究開発法人 国立精神･神経医療研究センター神経研究所 疾病研究第七部）
人工知能（AI）技術を含む，数理・データ科学を用とよばれるタイプの研究が盛んに試みられている。一いた精神医学研究は，「計算論的精神医学」と総称さ方，AI は脳情報処理様式のモデル化に由来するというれ，近年活発な研究領域を形成するようになっている。

観点から，データの解析ツールとして利用するのみな

計算論的精神医学は，精神障害に関する生物学的知見らず，精神・神経疾患における脳の病態を理解するたが多数蓄積されているにもかかわらず，それがいかにめの特異的な貢献が期待される。このような観点から，して行動・症状レベルの異常に至るのかがほとんど明脳の情報処理課程を，ある種の“計算”ととらえて数らかになっていない，という精神医学が直面する問題

式を用いてモデル化し，精神障害をこの計算プロセスを解決する上で，強力な研究方略を提供することが期の変調として理解しようとするタイプの研究も試みら待されている。例えば，遺伝子・分子，神経・生理，

れ，「理論駆動型」アプローチとよばれている。本講

行動・症状の各水準の“ビッグデータ”に対して，数

演では，これらの計算論的精神医学の研究状況を概観

理・データ科学の手法を適用することで，これまで明するとともに，演者自身の取り組みも含めて最新の動らかにできなかったデータの中の隠された規則性・関向について紹介する。

係を見つけ出そうとする「データ駆動型」アプローチ（5）人工知能技術を用いた演奏家の技能や疾患の理解の深化
古屋晋一（ソニーコンピュータサイエンス研究所）
深層学習をはじめとする近年の人工知能技術の進歩背景に潜むメカニズムを明らかにするために，人工知に伴い，様々なセンサから得られたマルチモーダルな能技術がどのような役割を果たし得るかについて，カ

時系列情報から，従来は容易に同定することが困難で

メラ画像，音響信号，脳イメージングデータといったあったスキルや疾患に関する情報を高精度に抽出する

異なるモダリティのセンサ情報を用いた近年の研究成ことが可能になりつつある。さらに，これらスキルや果について紹介する。また，これらの技術が今後の教疾患に伴う症状の個人差を説明する要因を同定するた育に及ぼし得る影響や，ユーザーが配慮すべきプライ

めにも，人工知能技術は有力なツールとして役立ってバシーの問題についても論じる。さらに，演奏家の熟いる。本講演は，特に演奏家の高度な身体運動スキル

達やリハビリテーションを促進する手段としての人工や，過度な練習に伴い発症する不随意動作を描写し，知能技術の潜在的な可能性について議論を行う。

（6）ヒューマノイドロボットの階層的な運動制御
森本

淳（京都大学 情報学研究科，国際電気通信基礎技術研究所 脳情報通信総合研究所）

ロボットが経験したデータから行動則を獲得するたットがある動作を行ったときに，つぎにどのような状

め機械学習の枠組みにおいては，実際に実環境におい態になっているか，ということを予測するシミュレーて行動してみなければそのつぎの状況に関する情報がションモデルを用いることが検討されてきています。

得られないということが問題となります。そこでロボ

モデルはロボットの設計図などの事前知識に基づいてットが運動学習を行う場合に，ある状況においてロボ得られる場合や，教師付き学習の方法でデータから獲386

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告得することも可能です。特に，このシミュレーション

タイム性が問題となります。ここでは，この実時間性モデルとロボットのセンサ情報を融合的にリアルタイを達成するための階層的な制御システムの有用性につム処理することで動作生成を行うアプローチが注目をいて議論したいと思います。

集めています。実ロボットを制御する場合このリアル（7）高速視覚を用いたロボット制御に基づくダイナミックインタラクション
山川雄司（東京大学大学院 情報学環）
本研究では，高速画像処理技術を駆使することによ

100 % じゃんけんロボットを始めとする人間とロボット

り，1 kHz での実時間視覚フィードバックを可能にし，との協調動作を紹介する。柔軟物の高速かつ動的な操ロボット制御に活用することにより，視覚情報に基づりに関しては，操りの高速化を可能にするコンセプト

く高速なロボット制御を実現している。本講演では，を説明するともに，柔軟紐の片手結び操作，柔軟紐の基盤技術である高速画像処理について概説するととも

高速結び操作，布の動的折りたたみ操作等を実現タスに，開発してきた高速ロボットおよびロボットシステ

クとして紹介する。人間とロボットとの協調動作に関ム構成を紹介する。また，デモビデオを通して，そのしては，高速・高精度・低遅延を特徴として，手の運

高速ロボット制御に基づく実世界とのダイナミックイ

動を認識した上でのテレマニピュレーション，人間のンタラクションを紹介する。具体的には，時々刻々形

操作に協働した形での物体操作，手先運動機能を高機状が変化する柔軟物の高速かつ動的な操りや，勝率能化させる支援技術等を紹介する。

（8）ロボット聴覚・音環境理解研究とその展開
中臺一博（ホンダ･リサーチ･インスティチュート･ジャパン，東京工業大学 工学院 システム制御系中臺研究室）
ロボット聴覚は，それまで数値シミュレーション主降，継続的に毎年 10,000 件以上，ダウンロードされて体で行われてきた音環境理解研究を実環境・実時間処いる。基本的なロボット聴覚技術がある程度利用可能

理へ拡張し，「ロボットの耳」の構築をめざす，人工になってきたこともあり，近年は，レスキューロボッ

知能，信号処理，ロボティクスにまたがる日本発の研トや生態学など，さまざまな分野への展開研究も行わ究領域として，2000 年に提案され，研究が進められてれている。一方で，使いやすい技術・実用化という観きた。人や動物の聴覚にヒントを得た両耳聴処理，信点では，課題もあり，課題を解決するための基礎研究

号処理ベースのマイクロホンアレイ処理，近年では，も継続的に進められている。こうした状況下で，近年深層学習との融合研究などが盛んに行われている。音著しい進展を見せている人工知能技術への期待は大き

源定位，音源分離，音声認識技術を始めとした，これ

く，ロボット聴覚研究でも積極的に用いられている。

までのロボット聴覚の成果はロボット聴覚オープンソ

本講演では，ロボット聴覚の概要，これまでの進展，ースソフトウェア HARK として 2008 年に公開され， 以

また今後の展開について紹介する。

387

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（9）脳の一般原理に基づく認知発達と発達障害
長井志江（東京大学ニューロインテリジェンス国際研究機構）
人は生後の感覚運動経験を通して，自己認知や目標る機械であり，環境や身体からの感覚信号と，脳の内指向動作などの自己に関する能力から，他者意図の推部モデルに基づいて予測した感覚信号の誤差，つまり定や協調といった社会的能力までも獲得する。また，予測誤差を最小化するように知覚や運動を生成するとその発達過程は個人ごとに多様であり，特に，自閉ス

考えられている。本講演では，予測符号化に基づく神ペクトラム症などの発達障害は，定型発達とは異なる

経回路モデルを用いて，ロボットが環境との相互作用軌跡を示す。では，これらの発達の背後にはどのようを通して，どのようにどこまでの認知機能を獲得できな認知神経基盤が存在するのであろうか。特に，認知るのか，また予測情報処理の変調に対応するモデル変発達における「時間的連続性」と「空間的多様性」を

数の変動が，認知発達にどのような影響を与えるのか

同時に説明しうる原理は存在するのであろうか。

を検証した実験を紹介する。そして，これらの実験結

長井は，脳の一般原理である「予測情報処理」理論

果を踏まえて，人工知能技術を用いた人の認知機能のに基づいて，連続的で多様な認知発達が統一的に説明

原理解明，そして，その知見を応用した汎用人工知能できると提案してきた。本理論によると，脳は予測すの設計の可能性について議論する。

388

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

18．力学系の視点からの脳・神経回路の理解
2021 年 12 月 3 日－12 月 4 日
代表・世話人：北野勝則（立命館大学）
世話人：岡崎由香（生理学研究所･神経ダイナミクス研究部門）
所内対応者：北城圭一（生理学研究所･神経ダイナミクス研究部門）（１）力学系としての意思決定過程
濱口航介（京都大学）（２）構成要素が入れ替わり続けるネットワークの頑健性について島田尚（東京大学）（３）神経回路ダイナミクスと変分ベイズ推論の数学的等価性と今後の展開
磯村拓哉（理化学研究所）（４）脳を物理リザバーとして考える高橋宏知（東京大学）（５）データ駆動型力学系を用いた自発運動の個性検出
多賀厳太郎（東京大学）（６）統計神経力学による深層学習の解析
唐木田亮（産業技術総合研究所）（７）腸内細菌に見られる法則性と時系列ダイナミクス
高安伶奈（東京大学）【参加者名】
吹野美和（パナソニック㈱），栗川知己（関西医科（京都大学），高須正太郎（京都大学），諸隈誠一大学），荒井貴光（京都大学），濱田智明（工学院大（九州大学），脇坂貴大（熊本大学大学院），佐藤直学），萩原淳（生理学研究所），藤平

遼（東京大学行（公立はこだて未来大学），藤田一寿（公立小松大裕（福岡工業大学），武田祐輔（理学），竹川高志（工学院大学），高橋春輝（工学院大化学研究所），濱口航介（京都大学大学院），唐木田

学大学院），中西大斗（広島大学）加藤荘志（広島大亮（産業技術総合研究所），島田

学大学院），峯大学院），山口尚（東京大学），耕太郎（国立成育医療研究センタ高安伶奈（東京大学），高橋宏知（東京大学），多賀ー），山下祐一（国立精神・神経医療研究センター），

厳太郎（東京大学），磯村拓哉（理化学研究所），髙

松本有央（産業技術総合研究所），井上

橋直樹（生理学研究所），岡崎由香（生理学研究所），

術総合研究所），中村大樹（産業技術総合研究所），

鈴木万穂子（生理学研究所），横山寛（生理学研究田中琢真（滋賀大学），矢野望夢（鹿児島大学院），所），上原一将（生理学研究所），北城圭一（生理学中井信裕（神戸大学），小松英彦（生理学研究所），

研究所），後藤優仁（生理学研究所），安藤正彦（㈱Pham Quang Trung（生理学研究所），高橋泰伽（生理学

日 立 製 作 所 ） ， Hiroaki Inayoshi （ AIST ） ， Tomoki

研究所），上田恭平（静岡大学），栗原勇人（早稲田Tokuda（ATR），本間俊光（Yamagata1），宮崎崇史

大学），梛木功介（早稲田大学），長井隆行（大阪大（ヤフー㈱），渡辺辰矢（茨城大学），斎藤陽平（茨学），中野ヒナ（大阪府立大学），末谷大道（大分大城大学），三浦佳二（関西学院大学），伊藤浩之（京学理工学部），手塚太郎（筑波大学），塚田啓道（中都産業大学），中牟田旭（京都大学），青柳富誌生部大学），津田一郎（中部大学創発学術院），韮澤（京都大学），寺前順之介（京都大学），落合美佳子

駿（電気通信大学），川端政則（東京医科歯科大学），（京都大学），青木俊太郎（京都大学），山本昌治

名村憲尚（東京工業大学），太田桂輔（東京大学），

389

公（産業技

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

合原一幸（東京大学），関澤太樹（東京大学），近藤俊（北海道大学），土田直司（北海道大学），島崎秀

勇人（東京大学大学院），新屋裕太（東京大学大学

昭（北海道大学人間知･脳･AI 研究教育センター），竹院），渡辺昌英（東京都立小児綜合医療センター），

内雄一（北海道大学大学院），平井真洋（名古屋大儀間裕貴（東京都立大学），松下優貴（大総合文化），学），森岡博史（理化学研究所），小野島隆之（理化堀尾喜彦（東北大学），高木拓明（奈良県立医科大学研究所），桝谷壮太（立命館大学），蝦名晟弥（立学），日永田智絵（奈良先端科学技術大学院大学），命館大学），北野勝則（立命館大学），竹原晃多（立勝木厚成（日本大学），宇佐見雄（日本大学），大橋命館大学），坪一徳（日本大学），齊藤

健（日本大学理工学部），

子科学技術研究開発機構），齋藤潤孝（獨協医科大学

植松明子（生理学研究所），上田肇一（富山大学），

埼玉医療センター），梅原広明（国立研究開発法人情

西村治彦（兵庫県立大学），蓮井成仁（宝塚リハビリ

報通信研究機構），中川正基（大阪大学）

泰宏（立命館大学），間島慶（量テーション病院），飯塚博幸（北海道大学），吉田正【概要】
単一ニューロンやシナプスなどのミクロなスケール

目が集まりつつあり，ネットワーク結合力学系としてから全脳レベルの大域的回路に至るあらゆる階層におの脳神経ダイナミクスそのもの，および，脳機能において観測することができる非線形力学的な特性は，脳けるその機能的意義の理解を得ることが必要であるとが実現する様々な機能を実現するメカニズムと密接な期待されている。本研究会では，このような特性に着関係があると明らかにされるようになってきた。

目した実験的研究，データ解析，理論モデルなどの関連した研究の活発な議論の場となることを期待する。

また最近では，こうした動的特性が，各階層内だけ
でなく，階層を跨って相互に作用していることにも注（1）力学系としての意思決定過程 Decision Making Process as a Dynamical System
濱口航介（京都大学大学院 医学系研究科 生体情報科学講座）
意思決定とは，より報酬が得られる，あるいは苦痛

行動準備か，行動に伴う報酬期待（行動価値）を表現を避けられる行動を選ぶための，一連の計算である。

するかは重要な問題である。もし準備活動が，報酬の合目的な動物が意思決定を行うとき，意思決定の計算有無によらず将来の行動を表現するなら，その神経活は脳内のどのような力学系（神経回路）で実装されて動は運動を表現し，意思決定の機構は観測領域の上流いるのだろう。近年，弁別課題を行うマウスの前頭皮にあると期待できる。一方でもし，報酬の有無や多寡

質では，刺激の提示後から行動開始まで待機時間（数に応じて準備活動が変化するなら，その神経活動は行秒）の間に，将来の行動を表現する自発神経活動（準動価値を表現し，観測領域が“行動選択”（意思決定備活動）が現れる事，準備活動は外乱に対する頑健性の最終段階）に関わる回路を構成する可能性がある。

から双安定なアトラクタダイナミクスを持つ事が報告

実際に，前頭皮質が持つような多安定性は，行動価値されている（1, 2）。例えば，光遺伝学を用いて片側のに応じて行動を確率的に選択する行動選択を力学系と前頭皮質の準備活動を光抑制すると，光抑制の解除後して実装できる。しかしマウス前頭皮質の準備活動が，すぐ（数百ミリ秒）に神経活動が回復し，正しい行動

行動準備と行動価値のどちらを表現するのかは，使わを選択できる。しかし両側の前頭皮質を抑制すると，れた課題の構造上，わからなかった。

行動選択はランダムになる事から，左右の前頭皮質が前頭皮質の準備活動が行動価値を表すかどうか調べ

それぞれ双安定に自発活動を維持し，将来取るべき行

るため，我々は，報酬確率が定期的に変化する意思決動を記憶する事が明らかになっている。

定課題をマウスに行わせた。二光子顕微鏡によるカル
シウムイメージング法を用いて，前頭皮質の神経活動

さて，この前頭皮質の双安定な神経活動が，単なる390

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告を計測したところ，その準備活動は主に行動価値を表

1. N. Li, K. Daie, K. Svoboda, S. Druckmann, Robust neuronal

現する事が明らかになった。また光遺伝学による光抑dynamics in premotor cortex during motor planning. Nature

制を用いて，双安定性の強さが行動価値に応じて変化

532, 459-464（2016).

する事を明らかにした。これらの結果は，マウス前頭2. H. K. Inagaki, L. Fontolan, S. Romani, K. Svoboda, Discrete

皮質の多安定な回路が行動選択を実装する力学系であ

attractor dynamics underlies persistent activity in the frontal

るのを示唆している。

cortex. Nature 566, 212-217（2019).

（2）構成要素が入れ替わり続けるネットワークの頑健性について島田尚（東京大学大学院 工学系研究科）

現実に目にしている複雑で大規模なシステムが崩壊

メターである新要素あたりに与える相互作用の数がほしてしまうことなく存続できているのは何故か，といどよい場合に限り系は複雑なネットワークへと発展でうのは生体システムや生態系などの広汎な系に関連のきる（複雑化相，頑健相）。一方で相互作用数が少なある重要な問題である。生態系を主な対象として行わすぎる領域と多すぎる領域では系の大きさは有限の大れて来た微分方程式系の線型安定性や大域安定性にもきさに留まる（有限相，脆弱相）。

とづいた議論，自己組織的臨界性，複雑ネットワーク

本発表では，理論模型の平均場近似的解析から分か

における構造と脆弱性の関係の研究など，多くの研究

るこの転移の機構について説明し，また，模型から得がなされてきた。

られる適度に疎な相互作用構造や，構成要素の寿命分

講演者らは近年，系の内部ダイナミクスと構成要素

布などが現実の系で普遍的に観測されている特徴と符の導入・除去（絶滅）のプロセスを出来うる限り簡略合することについて紹介する。さらに，相互作用に双化した数理模型を提案し，その解析から従来知られて方向性を導入した場合など，現実の系とのより緊密ないたものとは異なる頑健性／脆弱性転移の機構を見出対応を目指した取り組みについても紹介したい。

した。この枠組みにおいては，理論模型の唯一のパラ（3）神経回路ダイナミクスと変分ベイズ推論の数学的等価性と今後の展開
磯村拓哉（理化学研究所 脳神経科学研究センター）
知能という言葉の定義は曖昧だが，多くの動物が持

準的な神経回路モデルが，推論，予測，行動制御，行つ知能に共通点があるとすれば感覚入力に基づいて自動計画などの適応的行動をベイズ最適な方法で実行で身の行動を環境に適応させる能力だろう。近年注目さきることを紹介する。後半では，適応的行動に限らなれている自由エネルギー原理によると，脳は感覚入力

い，より一般的な知能を変分ベイズ推論で形式的に表のサプライズを最小化することで能動的な推論を行いす展望について紹介し，理論的アプローチが知能の特環境に適応しているらしい。問題は一体脳内のどこで性にどこまで迫ることができそうかという未だ答えのそれが行われているかである。ミクロに見ると，標準ない話題について議論したい。洞察や創造性は，もし的な神経細胞やシナプスのダイナミクスは微分方程式

かすると一般的なコスト関数の大域解探索問題としてで記述可能であり，潜在的なコスト関数の勾配に従っ解釈できるかもしれない。はたしてこの方針は人間のていると考えられる。実は任意のコスト関数を最小化

知能を特徴付けるとされる意識や心の理論などにも迫するダイナミクスは潜在的に変分ベイズ推論を実行しることができるだろうか？

ているとみなすことができる。この考えに基づき，標391

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（4）脳を物理リザバーとして考える The Brain as a Physical Reservoir
高橋宏知（東京大学大学院 情報理工学系研究科）
vivo）をリザバーとみなし，外部刺激に対する応答の再リザバー計算は，大規模なリカレント・ニューラル

現性に基づいて，IPC を推定した。

ネットワークの学習手法として，また脳のモデルとして注目されている。リザバー計算では，ネットワーク

ベルヌーイ分布や一様分布に従う刺激に対する神経の最適化ではなく，ネットワークの非線形なダイナミ応答から IPC を推定した。その結果，in vitro 系でも inクスを計算資源として利用することを考える。また，

vivo 系でも，実験試料に記憶されている情報は，主に過ニューラルネットワークの代わりに，任意の物理現象

去の入力値（1 次 IPC）と入力値同士の積（2 次 IPC）かや力学系を計算資源として利用できるが，このようなら構成されることがわかった。刺激に関する過去の記計算資源を物理リザバーと呼ぶ．本研究では，脳その憶は，in vitro 系では 200 ms – 400 ms，in vivo 系では数秒ものを物理リザバーとみなし，計算資源として定量化

程度，それぞれ維持されていることがわかった。さらすることを考えた。力学系（リザバー）が過去の入力に実験試料を用いて，シフトレジスタやブール計算ををどのように加工・保持しているかを示し，その情報試みたところ，各タスクでの演算性能は IPC で網羅的に処理を定量的に評価する指標として，情報処理容量評価できた。このように，脳は物理リザバーとして定（Information processing capacity; IPC）が用いられる。神

量化できる可能性を示した。

経細胞の分散培養系（in vitro) やげっ歯類の感覚野（in（5）データ駆動型力学系を用いた自発運動の個性検出
多賀厳太郎（東京大学大学院 教育学研究科）
胎児期に，脳は，感覚刺激を受け取る前から自発活

ここでは，３ヶ月児の自発運動の時系列データから動を生成し，活動依存的に形態を形成し，ネットワー

力学系を推定し，個性を検出する試みを紹介する。時クを組織化する。人生最初に出現する行動は，自発運

間遅れ座標系による埋め込みを用いて再構成した力学

動である。出生後，自発的な脳の活動や身体運動は，系に，外部入力を与えた時の時間発展を近似的に求め環境との相互作用を促し，適応的な行動や認知の獲得

るアルゴリズムを作った。データを前半と後半に２分に不可欠である。

割し，個人認証を試みた。前半の力学系から後半の力

脳活動や運動生成の理解に，力学系モデルの構築は学系へ外部入力を総当たりで与え，入力に最も同期し有効である（Taga, Biol Cybern 2021）。ただ，ヘテロなた出力を生じたものを，同一児のデータとした。58 人

要素からなる多自由度系のモデルを発見的に構築するのデータで，8 割以上の個人認証が可能であった。

ことは容易ではない。非侵襲で大量の時系列データか

この結果は，乳児の自発運動に個性的なダイナミク

ら，データ駆動で元の力学系を推定する方法の開発がスがあることを示唆している。また，本研究が，自己望まれる。特に，ジェネリックな特徴抽出だけでなく，同一性の維持，学習のための力学系の更新等の理解に

それぞれの個性を扱う枠組みが必要である。

寄与する可能性を議論する。

392

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（6）統計神経力学による深層学習の解析
唐木田亮（産総研･人工知能研究センター）

統計神経力学はランダムな結合を持つニューラルネ

(NTK) regime として知られる。本講演ではこのような統ットワークモデルを体系的に解析する理論の枠組みで計神経力学的解析が深層学習に与えた知見を簡単に概あり，脳神経回路や人工神経回路の研究に様々な知見観したあと, NTK regime における解析の例として，継続を与えてきた。統計力学の文脈では平均場理論とも呼学習における知識転移と忘却の解析を紹介する。ある

ばれている。特に近年は，深層学習における最適化のニューラルネットワークが異なる複数のタスクを継続初期値としてランダム結合が使われることから，訓練的に学習するとき，予測性能はタスクの類似度に依存しやすいネットワークの構造，学習率やパイパーパラ

することを示す。具体的には, 負から正の知識転移へのメータの設定に理論的な知見を与えている。訓練が進切り替わりや，避けるのが困難な破滅的忘却の存在をむほど結合は一般にはランダムから遠ざかるが，パラ明らかにする。さらに, 予測性能はタスク間の訓練サン

メータが十分にランダムに近い状況でも学習を完了さ

プル数のバランスにも大きく依存し，学習曲線は非線せられる設定は存在し，これは Neural Tangent Kernel

形な増減を起こすことを明らかにする。

（7）腸内細菌に見られる法則性と時系列ダイナミクス
高安伶奈（東京大学大学院 医学系研究科）
近年，ヒトの様々な機能と腸内細菌叢との関係が明関係を示した。一方，一過性の種は，Bacteroidetes と同らかになってきている。異なるコホートにおけるマイ様に最も豊富な分類群の一つである Firmicutes 門に属す

クロバイオームの違いから，疾患や免疫，あるいは脳るものが多かった。種の存在量の分布は，少年期には機能に関わるマイクロバイオームの変容パターンが明

低い指数，成人期には高い指数，老年期には再び低いらかになってきた一方で，腸内マイクロバイオームの指数を持つ，べき乗則分布に近似した fat-tail 型の分布を生態系における共通原理を探った研究はまだ少ない。

示した。腸内細菌叢の変化の速度は，幼少期に最も速我々は，同一親の SPF マウスの子孫 7 匹から，平均 4.3

く，老年期に最も遅くなった。このようなマウスの腸日の間隔で糞便サンプルを縦断的に採取した。培養に内細菌叢の時間的変化に見られる共通の特徴は，腸内依存しない 16S rRNA 遺伝子配列解析により，加齢に伴細菌叢の成熟に共通のメカニズムがあることを示唆しいマウスの形質が多様化していくのに伴って腸内細菌ている。腸内生態系の法則を探ることは，腸内細菌の叢が変容することが明らかになった。腸内細菌種の観特徴を再現するミクロな数理モデルの構築につながる。

察頻度は，すべてのマウスで共通して二峰性の分布を

本講演ではさらに，ヒト・マウスの腸内細菌と脳・神経に関わる最新のトピックを紹介する。

示した。同一個体で生涯にわたって存続する種の多く
は Bacteroides 門に属しており，マウスの寿命と強い相関393

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

19．脳神経倫理研究会
2022 年 1 月 27 日
代表・世話人：中澤栄輔（東京大学医学部）
所内対応者：定藤規弘（生理学研究所）（１）現代日本における Neuroethics
中澤栄輔（東京大学）（２）ワークショップ「日本の Neuroethics の今後の展開」
定藤規弘，丸山めぐみ，Nargis Akter（生理学研究所）
福士珠美（日本医療研究開発機構）
荒木敏之，有江文栄（国立精神･神経研究センター）
立花幸司（熊本大学），植原亮（関西大学），中澤栄輔（東京大学）【参加者名】
中澤栄輔（東京大学），定籐規弘（生理学研究所），ー），有江文栄（国立精神･神経研究センター），

丸山めぐみ（生理学研究所），福士珠美（日本医療研Nargis Akter（生理学研究所），植原

究開発機構），荒木敏之（国立精神･神経研究センタ

立花幸司（熊本大学）

亮（関西大学），【概要】
脳神経科学・技術の発展に伴い，それによってもた

の現在と今後の展開が議論された。まず，「現代日本らされる人間，社会の変容を評価する営みとして脳神における Neuroethics」と題して中澤栄輔（東京大学）

経倫理は欧米を中心に 2000 年代のはじめに勃興した。

2020 年代における日本の Neuroethics の現状と課題を整2008 年には，International Neuroethics Society が米国の研理した。そこでは，Neuroethics という領域の定義と方法究者を中心に結成され，脳神経倫理学という学際的学論，精神疾患の神経科学的説明の社会的・人間的影響，

問分野が形成されている。日本においても脳神経倫理

試料やデータを用いた研究の倫理，神経システムの道に関する萌芽的な取り組みは散見される。しかしなが徳的重要性，介入の倫理，脳科学技術の産業応用・社

ら，これまで，日本においては学会組織の枠組みを超会といったトピックスについて，それぞれ問題の概要，

えた分野横断型の学知の集合と蓄積がなされることが短期的な課題，中長期的な課題について議論を行った。

なかった。

その後，ワークショップ「日本の Neuroethics の今後のこうした状況を踏まえ，脳神経倫理研究会は日本に展開」として，日本の Neuroethics を今後，発展させる

おける脳神経倫理学のプラットフォームとなるべく，べく，本研究会の今後の展開についてディスカッショ

研究者の自発的取り組みとして結成されたものである。

ンを実施した。

研究会では，前年に引き続いて，日本おける Neuroethics（1）現代日本における Neuroethics
中澤栄輔（東京大学）
neuroethics とは，脳神経科学が人間・社会に対して与

人間や社会にもたらす影響は大きい。脳科学研究の推える影響についての学である。近年の脳科学・技術の進のためには，脳科学研究のもたらす影響の予測，そ発展は速度を増しており，脳科学研究が個体としてのの影響に関する価値判断，並びにその影響に関する社

394

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

会的合意が必要となる。脳科学研究の目標，方法論，とりわけ喫緊のテーマとしては，ブレインバンクの社

社会的合意について俯瞰的に解析する学問領域が会的受容性に関する研究，遺伝子改変マーモセットを

neuroethics である。現代日本における neuroethics には，用いた脳科学研究に関する日本国内での合意形成など

精神疾患の神経科学的説明の社会的・人間的影響，試を挙げることができる。これらを俯瞰的に議論の俎上料やデータを用いた研究の倫理，神経システムの道徳にあげるため，Neuroethics のシステマティック・レビュ

的重要性，介入の倫理，脳科学技術の産業応用・社会，ーの方法論を確立することもまた，研究領域として要以上の課題領域が研究対象となりうる。それぞれに短請される。

期的課題，中長期的課題を挙げることが可能であり，（2）ワークショップ「日本の Neuroethics の今後の展開」
定藤規弘，丸山めぐみ，Nargis Akter（生理学研究所）
福士珠美（日本医療研究開発機構）
荒木敏之，有江文栄（国立精神･神経研究センター）
立花幸司（熊本大学），植原
日本の Neuroscience は近年，長足の進歩を見せている。

亮（関西大学），中澤栄輔（東京大学）

た上で，脳神経科学と人間，社会との関連を俯瞰的にその一方で，人文学的領域である Neuroethics はいまだ検討する研究組織の創生が望まれる。具体的には，学発展途上の研究領域であると言わざるを得ない。国際術集会やシンポジウムなどを通じ，脳科学研究者と関的な研究組織としては International Neuroethics Society が心を共有しうるテーマについて広範な議論を興すこと組織されて，毎年アメリカで総会を開催しているが，が，まず第一歩として考えられる。脳神経倫理研究会

日本にはいまだそうしたボトムアップ型の研究組織は

は，そうした日本における Neuroethics 研究をリードす存在していない。そこで，日本の脳神経科学の研究のるべく，継続的に研究会を開催し，議論を深め，将来

実情と展望，さらには日本の社会的文脈を考慮に入れ構想を行っていくべきである。

395

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

20．脳・環境・臓器間ネットワークと社会性
2021 年 11 月 25 日－11 月 26 日
代表・世話人：松田哲也（玉川大学脳科学研究所・教授）
所内対応者：定藤規弘（自然科学研究機構生理学研究所・教授）（１）腸内細菌と認知機能の相関から展望する認知症予防
佐治直樹（国立長寿医療研究センターもの忘れセンター（２）体力・肥満と認知機能石原暢（神戸大学大学院人間発達環境学研究科）（３）腸内細菌叢の構造と機能の多様性
中山二郎（九州大学大学院農学研究院）（４）実験動物において迷走神経が情動に与える影響の解析
佐々木拓哉（東北大学大学院薬学研究科）（５）心理社会的ストレス・腸内環境と過敏性腸症候群
福土審（東北大学大学院医学系研究科心療内科学）（６）感情認識と心拍知覚
寺澤悠理（慶應義塾大学文学部心理学専攻 ）（７）腸内細菌と腸脳相関
須藤信行（九州大学大学院医学研究院）【参加者名】
福永雅喜（生理学研究所）渡邊和（生理学研究所）鈴木友美子（名古屋大学）子安ひ塁（東京医科歯科大認知

かり（麻布大学介在動物学研究室）金井貴夫（東京医

行動発達機構研究部門）桜井良太（東京都健康長寿医科歯科大学大学院博士課程（精神行動科学専攻））宍

療センター）上田江里子（京都大学教育学研究科明和

倉由真（麻布大学介在動物学研究室）小川昭利（順天研究室）竹村浩昌（生理学研究所）横山寛（生理学堂大学医学部生理学第一講座）藤原秀朗（京都大学教研究所・システム脳科学研究領域･神経ダイナミクス研

育学研究科明和研究室）小山佑奈（東京医科歯科大学

究部門）大平英樹（名古屋大学大学院情報学研究科心

国際健康推進医学分野）栗原実紗（名古屋大学 大平研

理･認知科学専攻）松永倫子（京都大学教育学研究科明究室）成戸洋介（ユニ・チャーム㈱ 共生社会研究所）

和研究室）阪口幸駿（同志社大学研究開発推進機構）

藤崎健二（慶應義塾大学理工学部システムデザイン工

仁科国之（大阪大学大学院人間科学研究科）鹿内友美

学科満倉研究室）齋藤潤孝（獨協医科大学埼玉医療セ（理研 CBS 脳リズム情報処理連携ユニット）前岡

ンター）北地学 医歯学総合研究科）植松明子（生理学研究所

浩雄（総合東京病院 リハビリテーション（畿央大学健康科学部理学療法学科）松本有紀子（東科）守田知代（情報通信研究機構）小林佳世子（南山京医科歯科大学

大学経済学部）伊津野

精神科）森口佑介（京都大学）小林巧（自然科学研究機構 生理学

盾（成蹊大学文学部現代社会学科）松永昌宏（愛知医研究所 システム脳科学研究領域）黒田裕太（北翔大学

科大学医学部）上村 いつか（理化学研究所 生命医科学

スポーツ教育学科）高岸治人（玉川大学脳科学研究所）

研究センター マイクロバイオーム研究チーム）永澤美李保（麻布大学獣医学部介在動物学研究室）三國史佳

秋露（玉川大学脳科学研究所高岸研究室）橋口真帆（麻布大学伴侶動物学研究室）高木佐保（麻布大学）（生理学研究所 心理生理研究部門）Yang Li（名古屋大上原一将（生理学研究所 神経ダイナミクス研究部門）

学）南條啓孝（生理学研究所/心理生理学研究部門）金小笠原香苗（生理学研究所 心理生理研究部門）揚妻正城卓司（玉川大学脳科学研究所）山中396

述氷（玉川大学脳科学研究所

高岸研究室）寿航（順天堂大生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

学スポーツ健康科学部生理学研究室）佐々木章宏（理学薬学部斎藤研究室）山本哲也（生理学研究所 心理生

化学研究所 生命機能科学研究センター 健康・病態科学

理学研究部門）平林直樹（九州大学伊都診療所）田村研究チーム）野崎優樹（甲南大学文学部人間科学科）

秀希（豊橋技術科学大学情報･知能工学系認知神経工学

鈴木裕哉（芝浦工業大学大学院理工学研究科 北川研究研究室）近添淳一（生理学研究所･生体機能情報解析室）

室）菅文美（ユニ･チャーム㈱，名古屋大学大学院情田中大貴（玉川大学脳科学研究所）小池耕彦（生理学

報学研究科大平研究室）山口修平（理化学研究所）森研究所心理生理学研究部門）梶原隆真（京都大学大学

本陽子（生命倫理カフェ･ねりま）松井久典（京都第一院教育学研究科明和研究室）河合英理子（理化学研究

赤十字病院）酒井 雅子（㈱アイシン）姫野友紀子（立所）中村月香（国立精神・神経医療研究センター神経命館大学）南研究所微細構造研究部）石原哲人（立命館大学）中田大貴（奈良女暢（神戸大学大学院人子大学）中村啓信（東京医科歯科大学大学院医歯学総間発達環境学研究科）佐々木拓哉（東北大学大学院薬合研究科精神行動医科学分野）諸隈誠一（九州大学大学研究科）佐治直樹（国立長寿医療研究センターもの学院医学研究院 保健学部門）山田大輔（東京理科大学）

忘れセンター）須藤信行（九州大学）寺澤悠理（慶應吉岡

義塾大学文学部心理学専攻）中山二郎（九州大学大学

歩（生理学研究所 心理生理）富田健太（名古屋大学大学院 大平研究室）林

院農学研究院）福土

寛治（個人）高橋陽香

審（東北大学大学院医学系研究（花王㈱）石田裕司（京セラ㈱）深田吉則（関西大学

科心療内科学）菊水健史（麻布大学）髙橋英彦（東京文学部 総合人文学科 心理学専修 石津ゼミ）神田真治

医科歯科大学）明和政子（京都大学）定藤規弘（生理（神協産業㈱）岡崎由香（NIPS 神経ダイナミクス研究学研究所部門）土元翔平（生理学研究所心理生理学研究部門）

脳科学研究所）片桐さやか（東京医科歯科大学大学院萩原

医歯学総合研究科）伊藤嘉邦（生理学研究所 心理生理

淳（生理学研究所，神経ダイナミクス研究部門）

心理生理学研究部門）松田哲也（玉川大学上原優子（生理学研究所 生体機能調節研究領域 生殖･内学部門）木村玲子（生理学研究所 心理生理学研究部門）

分泌系発達機構研究部門）近藤邦生（生理学研究所 生

岩瀬

殖･内分泌系発達機構研究部門）鬼頭文子（東京理科大竹中邦子（自然科学研究機構生理学研究所定藤研究室）

恵（自然科学研究機構生理学研究所定藤研究室）【概要】
これまでの脳研究は，主に臓器別に研究が行われて内細菌叢とストレスとの関連，腸と認知症，脳と免疫いたため，臓器内の機能の理解にとどまっていた。近の関係性も明らかになりつつある。そこで，本研究会

年，個別の臓器に焦点を当てた研究から，生体を１つでは，社会性を生体システムから理解することを目指の恒常性維持機構ととらえ，システムとして解明を目し，脳・環境・臓器間ネットワークと社会性について指す研究が進んでいる。社会性は，生体内環境と外環７名のこの分野で活躍されている研究者による講演を境がそれぞれ相互作用し社会性を形成しており，生物通じて最新の知見をえるとともに相互ディスカッショがもつ知覚，認知，記憶，学習といった機能を用いてンを行った。今年度については，COVID-19 感染拡大の個が社会を理解しつつ，自分が所属している集団の環

ため，オンラインでの開催となったが，遠方からの参境を把握し，社会的な判断を行っていると考えられて加や参加できる講演のみの参加というオンラインでのいる。また，身体内環境も社会性に関与しており，腸メリットを活かせた運営を行うことができた。

（1）腸内細菌と認知機能の相関から展望する認知症予防
佐治直樹（国立研究開発法人 国立長寿医療研究センター もの忘れセンター）
腸内細菌と認知症についての研究が注目されている。

が見えるようになったことによる。動物モデルやヒト

その背景は，次世代シーケンサを用いた腸内細菌の解を対象にした臨床研究から腸内細菌と認知症との関連

析法が開発され，「これまで見えなかった腸内細菌像」が示唆され，腸脳相関が徐々に解明されてきた。演者397

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

らも，病院もの忘れ外来を受診した患者さんを対象に食事）は心臓病や認知症の予防効果があるが，これら腸内細菌と認知機能についての臨床研究を実施していと同様に，日本型食生活（日本食）も認知症を予防する。これまでの研究結果から，①既知の危険因子とはる可能性が示唆された。腸内細菌は認知症の危険因子

独立して腸内細菌は認知症と関係する，②軽度認知障の可能性があり，食品を介した腸内細菌叢の改善が新害の時期から腸内細菌が変化する，③腸内細菌の代謝

しい認知症予防法として検討されている。高齢化社会

産物も認知機能と関連する，④大脳白質病変は腸内細においては，認知症の予防と対策が期待されている。

菌と関連する，などの興味深い結果が判明した。大脳認知症の発症には，様々な機序が関与するが，腸内細白質病変は，高齢者によく見られる脳 MRI 異常所見で菌や代謝産物，食品なども影響する。中高年におけるあり，加齢や高血圧が主な病因である。腸内細菌やそ軽微なもの忘れの段階で生活習慣や食事内容を見直すの代謝産物が大脳白質病変に関連するという知見は，ことで腸内細菌叢が改善し，認知症の予防に寄与する「脳の加齢性変化」を考察するにあたり新しい視点で可能性がある。腸内細菌叢を改善する視点から，既存ある。また，⑤生活習慣病の有無により腸内細菌叢もの食品以外にも新規の機能性食品が開発されるかもし

変化し，⑥食事内容が腸内細菌の代謝産物や認知症にれない。腸脳相関には未解明な部分もあるが，今後のも 関 連 す る こ と も 判 明 し た 。 地 中 海 食 や DASH 食研究展開が期待される。

（Dietary Approaches to Stop Hypertension：高血圧を防ぐ（2）体力・肥満と認知機能石原暢（神戸大学大学院 人間発達環境学研究科 人間発達専攻）

高度な経済成長に伴い，身体的に不活動なライフス

る脳構造・機能を詳しく調べる研究を進めている。本

タイルが蔓延している。 身体不活動は体力低下や肥満発表では， 成人を対象に，体力・肥満と認知課題遂行

リスクの増加をもたらし，心血管疾患，二型糖尿 病な中の脳活動，大脳皮質構造（皮質厚， 髄鞘化，神経突どの疾病リスクを増加させることは周知の事実であろ

起密度・方向散乱），構造的・機能的脳内ネットワー

う。過去 20 年の研究 から，低体力と肥満が様々な認知

クの関係を 調べた研究成果を報告する。また，子ども機能の低下とも関わることが示されてきた。 一方，そにおいても例外ではなく，低体力と 肥満は認知機能やれらの関係の背景にある脳の構造・機能については不学力の低下と関わることが示されている。本発表では，明な点が多い。 そこで我々は，核磁気共鳴画像法を用

子ど もの身体活動および肥満と大脳皮質構造の関係をい，体力・肥満と認知機能の関係および その背景にあ

縦断的に調べた最近の研究成 果についても紹介する。

（3）腸内細菌叢の構造と機能の多様性
中山二郎（九州大学大学院 農学研究院 生命機能科学部門）
研究概要：我々は，アジア人の腸内細菌叢を調査す

ス属とは共存する傾向にあり，つまりアジアでは，プる共同研究グループ Asian Microbiome Project を設立し，レボテラ型（P タイプ）と，ビフィズス菌－バクテロイ

老若男女，また各種疾病患者の腸内細菌叢を調査してデス型（BB タイプ）の２つに大きく分かれることが示いる。アジア人は，西欧諸国に比較するとビフィズスされた。興味深いことに P タイプは東南アジアやモンゴ菌が多い傾向にあり，クラスタリングでも，ビフィズ

ル等の農村地域の人々に多く，BB タイプは，中国，台ス菌の多いタイプが，プレボテラ属の多いタイプに対湾，日本の各都市や，タイ，フィリピン，モンゴルで峙して存在する。一方，ビフィズス菌はバクテロイデ

は都市部に住む人々に多いことが示され，生活様式の398

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

現代化，特に食の高脂質化に従い，P タイプから BB タ

そして，さらに興味深いことに，抗糖尿病薬であるメ

イプへのシフトが起きていることが示された。そして，ト フ ォ ル ミ ン の 摂 取 者 は B. fragilis の 減 少 と と も に

さらに興味深いことに P タイプから BB タイプへのシフ

TUDCA と GUDCA が回復していた。日本人の調査では，

トが現在進行形で起きている発展途上国においては，P

日本人の腸内細菌叢は大きく７つのタイプに分けられタイプに比べ BB タイプの保有者の方が 2 型糖尿病など傾向にあることが示された。興味深いことに，高脂質の生活習慣病の高いリスクに晒されていることが示さ摂取群に見られるタイプと高アルコール摂取群に見られた。以上のような細菌組成に加えて，代謝物にも注れるタイプの細菌叢では，他のタイプでは二次胆汁酸

目して研究を進めている。インドネシアの 2 型糖尿病患

主体の組成であるのに対し，一次胆汁酸の多い組成を者は，バクテロイデス属の中でも胆汁酸の脱抱合活性示した。二次胆汁酸が血糖値や血中脂質の制御に重要の強い Bacteroides fragilis を多く有していて，FXR のアな働きを有することも報告されており，腸内細菌によンタゴニストとして血糖値制御に重要な働きをする抱る胆汁酸代謝の重要性が示唆された。

合型胆汁酸である TUDCA や GUDCA が枯渇していた。

（4）実験動物において迷走神経が情動に与える影響の解析
佐々木拓哉（東北大学大学院 薬学研究科 薬理学分野）
脳は，末梢臓器の生理状態の感覚（内受容感覚）を

脳活動パターンや周期をもった臓器活動を検出するこ

受容し，それに基づいて身体の恒常性を維持し，感情とが可能となった。また，特定の迷走神経サブタイプ

や意思決定など脳の高次機能も変化する。内受容感覚

のみに光感受性分子を発現させたバイジェニックマウの伝達に重要な役割を担う組織が，迷走神経である。

スを作製し，求心性迷走神経，遠心性迷走神経を選択

迷走神経は，遠心性よりも求心性神経のほうが大多数

的に光操作することを可能とした。このような実験技占めており，緻密かつ複雑に各臓器を支配する神経回術を用いて，迷走神経活動が脳の精神機能にどのよう路網を形成しているが，その生理的実態や意義はほぼな影響を及ぼすか調べたところ，特定の情動行動や社

未解明であった。近年になり，迷走神経の電気刺激が会性行動時には，迷走神経の活動頻度が増大し，特に抵抗性鬱病の治療に著効を示すことや，逆に腸内の環前頭前皮質や扁桃体の脳波パワー変動と強く相関する

境が悪化すると迷走神経を介して精神疾患のリスクがことが明らかにした。現在，我々は迷走神経に関する高まる等，迷走神経を介した内受容感覚と脳活動の関知見の共通原理を見出することを目指している。その連が報告されている。しかし詳細な生理機構は明らかために，迷走神経を介して脳に伝達された多次元的なではない。我々はマウスにおいて，迷走神経を調べる

内受容感覚情報が，どのように脳に予測誤差を生み出ための実験手法を確立し，その生理的意義の解明に取し，各臓器の活動を制御するか検証している。本発表

り組んでいる。最近我々は，脳の電気生理計測に加えでは，この理論を支持するいくつかの実験データを紹て，カフ型電極を用いた迷走神経計測を統合する技術介しつつ，今後の研究の展望についても議論する。

を開発した。これにより，迷走神経の活動と相関する

399

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（5）心理社会的ストレス・腸内環境と過敏性腸症候群
福土審（東北大学大学院 医学系研究科 心療内科学）

過敏性腸症候群（irritable bowel syndrome: IBS）とは，感覚信号は脊髄神経の感覚 neuron が受容し，発火する

腹痛が便通異常と関連し合いながら持続するため，罹と脊髄後根から脊髄後角 lamina I neuron に信号を伝える。

患者の quality of life が著しく低下する疾患である。IBS

その軸索は対側の脊髄視床路，脊髄網様体路を視床，においては，血液検査や大腸内視鏡検査によっては症あるいは傍小脳脚核まで上行する。視床から，島，前状の原因となる癌も潰瘍性病変も検出されない。IBS は

帯状回，前頭前野に，あるいは，傍小脳脚核から扁桃

心理社会的ストレスによって症状が発症もしくは増悪

体中心核，視床下部に信号が投射され，刺激強度が高する心身症としての側面を持つ。その病態生理学を追い場合か，感覚閾値が低ければ内臓痛覚を起こす。こ求することで，ストレスが人間の生体に負荷された時れらの中枢の賦活は交感神経ならびに副交感神経の遠の脳腸相関（brain-gut interactions）の概念化を皮切りに，

心路と視床下部-下垂体-副腎皮質系の活性化を介して全消化管内腔のシグナルが如何に脳機能に影響するか，身に影響する。中枢の賦活はまた，中心灰白質の下行

腸内細菌の影響，粘膜透過性亢進，粘膜微小炎症など

性痛覚抑制系を賦活し，内臓知覚を抑制する。脳機能が次々に明らかになって来た。これらが短鎖脂肪酸や画像検査により，大腸伸展刺激時のヒト消化管知覚の神経伝達を介して脳機能に影響する根拠が蓄積しつつ脳内プロセシングと神経伝達が明らかになりつつある。

ある。IBS は類縁疾患の機能性ディスペプシアや食道障

大腸伸展刺激時の局所脳血流量の変化を見ると，健常

害との重複によって重症化するだけでなく，うつ病，者で見られる視床，島，前帯状回，扁桃体，前頭前野不安症の原因にも結果にもなり，片頭痛，顎関節症，の賦活が，IBS 患者ではさらに亢進している。これらの

気管支喘息，線維筋痛症，慢性疲労症候群，慢性骨盤

脳内の責任部位を繋ぐネットワークの感作が IBS 患者に痛，間質性膀胱炎，月経前症候群に高率に合併する。

見られる内臓知覚過敏の重要な原因と考えられる。こまた，認知症やパーキンソン病のリスクが高い。即ち，れらの脳機能の変化は IBS に高頻度に併存するうつ，不IBS を解決すれば，これらの全ての問題も軽減あるいは安の源流を構成する。IBS の病態解明は脳腸相関だけで解決できる可能性がある。IBS とは，中枢神経系と消化なく，脳・環境・臓器間ネットワークと社会性の関連

管の機能的関連の全てを総称する脳腸相関が病態の中がいかに人間の健康と病的状態に関与するかに直結し心を占める病的状態である，と言える。消化管からのており，今後ますます重要になるであろう。

（6）感情認識と心拍知覚
寺澤悠理（慶應義塾大学 文学部 心理学専攻）
本演題では，身体の状態とその解釈を結ぶ存在としやその解釈，他人の表情など）を統合することが主観ての内受容感覚の感情認識における機能を，認知神経的感情の基本システムであるという仮説のもと研究を科学や心理学の観点から検討する。内受容感覚とは，行ってきた。その過程で，内受容感覚には，純粋な求身体内部の状態の変化に伴う感覚を意味し，主観的感

心性の感覚としての側面と，その感覚をどのように認情と深い関連性を持つことが指摘されている。その一識するのかという評価の側面があることに気付かされ方で，数々の臓器や体液由来の環境の変化がこの感覚た。これらの内受容感覚の特徴の異常がパニック障害，に影響を及ぼしており，その生起機序と感情との関連

鬱，不安障害，摂食障害といった種々の心理的な問題性については未だ明らかでない点も多い。演者はこれと関連していることは，身体状態とそれに基づく主観まで，内受容感覚と環境情報（状況に関する文脈情報

的感情状態の適切な結びつきにおいて内受容感覚が重400

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第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

要な機能を担っていることを示唆しているであろう。

や身体内外の情報に注意をむけている時の心拍誘発電上述のような枠組みに則り，本演題では，特に心拍知位を分析し，個人の感情認識の特性と合わせて考察す

覚を検出するための敏感さや，心拍の処理と関連が指ることで，本研究会のテーマである脳・環境・臓器間摘 さ れ て い る 心 拍 誘 発 電 位 位 （ Heartbeat-evokedのネットワークと社会性に関する一つの視点を提供しPotential：HEP）と，感情認識の諸相の関係性についてたい。

お話をしたい。感情を喚起する画像を観察している時（7）腸内細菌と腸脳相関
須藤信行（九州大学大学院 医学研究院 心身医学）
腸内常在菌は，宿主の様々な生理機能の発現に深くマウスと比較しストレス反応性が亢進していたが，遺関与しているが，脳の機能や発達に関与しているかに

伝子変異株 ΔTir（translocated intimin receptor を欠損した

ついては不明であった。2004 年，我々のグループは，

病原性大腸菌)単一細菌マウスでは反応性の亢進は認め

腸内細菌がストレス応答を構成する視床下部－下垂体られなかった。さらに最近，腸内細菌による影響はス－副腎軸反応の発達に関わっていることを世界で初め

トレス反応に留まらず行動特性にも及ぶことが演者をて明らかにした。すなわち無菌（germfree: GF）マウス

含む複数の研究グループによって明らかにされた。事は通常の SPF マウスと比較し，拘束ストレスに対する血実，ビー玉埋没行動とオープンフィールド法を用いた

中 ACTH およびコルチコステロンの上昇反応が有意に亢

我々の検討では，GF マウスは，通常の SPF マウスの腸進していた。人口菌叢マウスを用いた検討では，内細菌で再構成された人工菌叢マウスと比較し，多動Bacteroides vulgatus 単一細菌マウスのストレス負荷によで不安レベルも高かった。以上の結果は，腸内細菌はる ACTH, corticosterone 上昇反応は GF マウスと同一であ宿主のストレス応答や行動特性を規定する重要な因子

ったが，Bifidobacterium infantis 単一細菌マウスでは，であることを示している。本講演では，我々の動物実

SPF マウスと同程度まで反応性が減じていた。一方，ウ験の結果に基づき，‟腸内細菌－腸－脳相関”と呼ばれるサギ由来の病原性大腸菌株の単一細菌マウスでは，GF研究領域の発展について述べたい。

401

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第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

21．大脳皮質を中心とした神経回路：構造と機能，その作動原理
2021 年 12 月 2 日－12 月 3 日
代表・世話人：田中康裕（玉川大学脳科学研究所）
所内対応者：窪田芳之（生理学研究所脳機能計測･支援センター）（１）海馬から海馬外への経路選択的な空間情報の送出
北西卓磨（大阪市立大学大学院医学研究科）（２）視覚弁別課題におけるマウスの行動戦略及び，関連した視覚野の活動
吉田盛史（東京大学大学院医学系研究科）（３）マーモセット前頭前皮質のプロジェクトーム解析
渡我部昭哉（理化学研究所脳神経科学研究センター）（４）知覚意思決定における大脳皮質の一次感覚野の情報表現と発信
船水章大（東京大学定量生命科学研究所）（５）標準リカレントネットワークモデルでつなぐ皮質回路の構造・機能・作動原理
島崎秀昭（北海道大学人間知・脳・AI 研究教育センター）【参加者名】
仙 波 和 惠 （ Dalhousie University ） ， 萩 原 賢 太ー），日置寛之･小林朋世（順天堂大学），山下晶子･（Friecrich Mieschar Institute），石原義久（ベルリン･シ

大橋一徳（日本大学），侯ャリテ医科大学），島崎秀昭･藤山文乃･苅部冬紀･平井

大輔･長坂和明（新潟医療福祉大学），江崎博仁（金沢康治･石原大学），中川直樹（国立遺伝学研究所），小坂田文隆･憲･角野風子･土田直司（北海道大学），福田雅之（JCHO 北海道病院），篠崎

旭濱（新潟大学），佐藤

竹田育子･竹内遼介･佐藤彰典･山口真広（名古屋大学），淳（札幌医科大学），松本有央（産業技術総合研究所），渡我部昭哉･

田中琢真（滋賀大学），高須正太郎･小椋星哉（京都大村山正宜･鳥越万紀夫･齋藤喜仁･大迫優真（理化学研究学），木村所脳神経科学研究センター），津田佐知子（埼玉大谷隅勇太（同志社大学），坪学），齋藤潤孝･本間涼花（獨協医科大学埼玉医療セン

水関健司･北西卓磨･松本英之（大阪市立大学），古田

ター），森田賢治･飯野祐介･近藤将史･吉田盛史･船水貴寛･小山内実･畠中由美子･田村篤史（大阪大学），中章大･西尾奈々･木村梨絵･橋本昂之･佐藤由宇･吉本遼

井信裕･味岡雄大（神戸大学），永瀬麻子（鳥取大学），平･吉本愛梨（東京大学），田中康裕･酒井加藤荘志（広島大学），今井行･小口峰樹･川口泰雄･任裕･鮫島和慧（京都大学霊長類研究所），廣川純也･泰宏（立命館大学），

猛（九州大学），山本雅裕（㈱東芝），酒井雅子（㈱アイシン），小松英彦･

翔壎･杉本翔哉（玉川大学

脳科学研究所），森島美絵子（東京慈恵会医科大学），

榎木亮介･揚妻正和･米田泰輔･植松明子･上原一将･山本

植田禎史（東京女子医科大学），川端政則（東京医科

真理子･二宮太平･中田開人･呉歯科大学），小笠原太郎･安宅光倫･高橋泰伽･窪田芳之･浦久保秀俊･孫

宗田卓史･小林

淳･倉敷秀明（慶應義塾大学），

嘉豪･廣蒼太･長澤裕在隣（生理学研究所）

般（国立精神･神経医療研究センタ【概要】
実験技術の著しい発達により，行動中の動物を用いを踏まえ，本研究会では大脳皮質を中心とする神経回て多数の神経細胞の活動を同時に捉え解析できるよう路の構造と機能について最新の知見を検討し，さらにになり，また，神経細胞の形態についても，細かな神理論的洞察を加え，作動原理の解明に迫ることを目的

経側枝分布のデータを効率よく取得することが可能ととしている。本年度は，形態学・生理学・データ解なっている。一方で，人工知能研究の急展開により，

析・計算理論までをカバーできる 5 人の新進気鋭の研究

知性そのものへの洞察が深まる可能性もある。これら者に，各々の最新の研究結果と将来の展望を発表して402

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告いただいた。第 1 日目，北西卓磨先生（大阪市立大学大研究教育センター）が，これまで積み重ねてきたリカ

学院医学研究科）が海馬台からの情報転送の容態につレントネットワークの理論を概説し，その最先端にあいての研究を発表し，次いで，吉田盛史先生（東京大る状態空間イジングモデルについても紹介した。コロ

学大学院医学系研究科）がマウスでの視覚弁別に関すナ禍ではあったが，ハイブリッド開催とし，全国からる研究を発表した。渡我部昭哉先生（理化学研究所脳多くの方に参加していただくことができた。また，質神経科学研究センター）はマーモセット前頭前野のメ問も現地参加者に限らず，リモートでの参加者からもゾスコピックなコネクトミクス研究について発表した。

活発な質問があり，各々の 1 時間の枠を超えて建設的か

第 2 日目，米国より戻られた船水章大先生（東京大学定つ徹底した討論を行った。大学院生などの若手も多く

量生命科学研究所）が，マウスを用いた知覚意思決定の議論に参加し，参加者は研究のスタンスや立場を問の実験とモデリングによる研究を発表した。最後に理わず，発想を養うよい機会になったと思われる。

論家として島崎秀昭先生（北海道大学人間知・脳・AI（1）海馬から海馬外への経路選択的な空間情報の送出
北西卓磨（大阪市立大学大学院医学研究科・科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業さきがけ）「いま自分がどこにいて，どこへ向かっているか？」

個々の海馬台神経細胞の投射先領域を同定した。そのという空間認識は，動物の生存に重要な脳機能である。

結果，海馬台は，海馬に比べてノイズに強い頑強な情

海馬には，動物のいる場所・移動スピード・道順など

報表現を持つことを見出した。さらに，移動スピード

空間ナビゲーションに関連した情報を持つ神経細胞がと道順の情報はそれぞれ帯状皮質と側坐核に選択的に存在する。これらの細胞の発する情報は，海馬から下伝達され，場所の情報は側坐核・視床・乳頭体・帯状流の脳領域群へと分配・伝達されることで，ナビゲー

皮質の 4 領域に均等に分配されることを明らかにした。

ション行動を支えると考えられるが，具体的にどのよ

こうした結果から，海馬台は，海馬から下流領域群へ

うに分配されるかは不明だった。私たちは最近，海馬の情報の分配をになう鍵となる脳領域であると考えらから海馬台を経て 4 箇所の下流領域へと分配される空間れる。

情報の流れを明らかにした。ラットの海馬 CA1 野と海Kitanishi, Umaba, Mizuseki. Robust information routing by

馬台から，256 チャネルのシリコンプローブによる神経

dorsal subiculum neurons. Science Advances, 2021.

活動計測をおこない，さらに，多点の光遺伝学により（2）視覚弁別課題におけるマウスの行動戦略及び，関連した視覚野の活動
吉田盛史（東京大学大学院医学系研究科）
斎藤久美子（東京大学大学院医学系研究科・沖縄科学技術大学院大学神経回路ユニット）
大木研一（東京大学大学院医学系研究科）
動物は，視覚弁別に際し，しばしば物体の全体ではると考えられるが，その神経基盤に関しては不明な点なく部分の情報，例えば局所的な明るさや部分の形をが多い。そこで，我々はマウスに視覚弁別課題を訓練

手掛かりとする。また，ヒトでも物体識別が難しい条させ，その視覚弁別の戦略および視覚野の神経活動を件下では部分の情報を頼りにする。このような部分を調べた。
マウスに単純な図形を弁別させる go/no-go 型弁別課題

手掛かりとする視覚弁別は特定の条件下では有用であ403

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告を訓練させた。学習後，マウスが図形の全体あるいは部を表現する領域に対応していた。また，この領域を部分を使って課題を解いているのかを調べると，主に含む視覚野の活動パターンからマウスの視覚刺激へのgo 刺激の一部を手掛かりとしていた。広域一光子 Ca2+

行動を予測することができた。以上より，マウスは視イメージングにより課題中の視覚野の活動を記録する

覚野の go・nogo 刺激間の応答差が顕著な領域の活動をと，go 及び nogo 刺激への応答パターンは空間的に重な行動へと結びつけて課題を遂行していることが示唆さっていたが，一部の領域で go 刺激に対する応答が nogo

れた。現在，上記の行動や神経活動への前頭葉の寄与

刺激に対する応答に比べ大きく，この領域は，レチノを検討しており，その結果についても議論した。

トピー上で，マウスが手掛かりとしていた go 刺激の一（3）マーモセット前頭前皮質のプロジェクトーム解析
渡我部昭哉（理化学研究所脳神経科学研究センター）
前頭前皮質（PFC）は，情動行動，社会行動，行動プ

つは，サブミリメートルサイズの狭い領域に軸索終末ランニング，注意，ワーキングメモリーなどのさまざが集中する焦点型で，カラム状投射はこのタイプに相まな高次脳機能に関わる連合皮質である。我々のグル当する。もう１つは，スパースだが広い領域に広がるープは，霊長類のモデルとしてマーモセットを使用し，拡散型である。PFC の各点からの投射は両者の混合と考PFC のプロジェクトーム解析を行なってきた。具体的にえられ，それぞれ注入部位の座標に基づく定量的なモは，順行性 AAV トレーサーを PFC のさまざまな領野にデルによって説明することができた。機能的には，焦注入し，２光子連続トモグラフィーによる精密な 3D 解

点型が局所的で高効率な神経伝達を担うのに対し，拡析により，脳全体への投射パターンをマッピングして散型は広い領域の神経活動が同期した時に有効になるいる。霊長類 PFC からは，特徴的なカラム状の皮質間結合ではないかと考えている。このような２種類の投投射が存在していることが 1970 年代から知られている

射は，霊長類で顕著に発達したものであり，このようが，その詳細はよくわかっていない。今回我々は，PFCな様式の発達こそが，拡大した皮質において効率的な投射を２つのタイプに分けて考えることで，複雑な PFC

神経伝達を可能にした要因なのかもしれない。

投射パターンを定量的に記述することに成功した。１（4）知覚意思決定における大脳皮質の一次感覚野の情報表現と発信
船水章大（東京大学定量生命科学研究所）
大脳新皮質の一次聴覚野の音への反応は，音の提示

状況として，左右スパウトの報酬量，または，周波数確率，音に連合した報酬，注意，課題時，受動時とい音の提示確率を操作した。この課題時に聴覚野の神経った様々な状況で変化する。変化した音表現（encoding）

活動を二光子顕微鏡で多細胞同時計測した。

から行動を決定するためには，聴覚野の下流の領野が，もう一つの研究では，マウスの選択行動の最適性を聴覚野から音情報を読み取る（decoding）必要がある。

検証する音周波数弁別課題を構築し，選択行動を信号

本研究は，聴覚野における音の表現と読取りの関係を検出理論で解析した（Funamizu, iScience, 2021）。この調べるために，頭部を固定したマウスで，音周波数弁

課題は，i) 長さの異なる音刺激をマウスに提示した，ii)

別課題を実施した（Marbach and Zador, bioRxiv, 2016 に

左右スパウトの報酬量をバイアスさせた。長音に比べ基づく）。弁別課題でマウスは，音周波数の高・低にて短音では，課題正解率の低下と，報酬量による選択

応じて，左・右スパウトを選択し，報酬の水を得た。

行動のバイアスが見られた。ただし，マウスの選択行

404

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

動は，最適なベイズ推定ではなく，単純な強化学習に

電気生理学的に計測中である。

適合した。現在，この課題時の聴覚野の神経活動を，（5）標準リカレントネットワークモデルでつなぐ皮質回路の構造・機能・作動原理
島崎秀昭（北海道大学人間知･脳･AI 研究教育センター）
本講演では標準的なリカレントネットワークである

いたイジングモデルよる動的な集団活動の解析環境を

イジングモデル/ボルツマンマシンを用いて，皮質の回紹介した。そして，これらの手法を用いたデータ解析

路構造と機能，そして作動原理を検証する研究の現状に基づき，推定された活動の相関構造から皮質の回路と将来展望を紹介した。イジングモデルはイベントに構造を同定する研究を紹介した。次に，ネットワーク

よって相互作用する非線形素子からなるコンパクトなの計算論的な機能を明らかにする研究として，神経細リカレントニューラルネットワークモデルで，統計胞集団が有する外界の生成モデルをイジングモデルの学・統計物理学・機械学習における標準的なモデルと枠組みで構成し，リカレントネットワークの神経応答して広く使用されている。このモデルで神経活動を記のダイナミクスをベイズ推論における認識のダイナミ

述し解析することで，個々の要素に立脚した神経系のクスとして記述する研究を紹介した。最後に，状態空

巨視的な挙動を明らかにできるだけでなく，神経系の間−イジングモデルによって神経細胞集団の外界への適計算を機械による計算と同じ枠組みで記述し，統一的応・学習のダイナミクスを可視化し，イジング型生成に理解することが容易になる。本講演では，覚醒・行

モデルの理論的な学習ダイナミクスと比較することで，動下で記録された変動する神経活動を解析するために，脳の学習と認識の作動原理をデータから検証する取り我々が 10 年以上に渡って開発してきた状態空間法を用組みを紹介した。

405

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

22．記憶・学習の多角的理解に向けたアプローチ
2021 年 9 月 16 日
代表：林
所内対応者：鳴島悠（京都大学）

円（生理学研究所･生体恒常性発達研究部門）（１）Cell-type, circuits, and anatomical organization in medial entorhinal cortex for learning and memory
北村貴司（UT Southwestern Medical Center）（２）成体海馬で新生するニューロンが記憶を固定化するメカニズム
坂口昌徳（筑波大学国際統合睡眠医科学研究機構（WPI-IIIS）（３）幼若期逆境体験がもたらす前頭前野神経回路とグリア動態の変化
山室和彦（奈良県立医科大学精神医学講座）（４）グリア細胞からのグルタミン酸小胞開口放出が嫌悪性連合学習における嫌悪情報を伝達する。
宮下知之（東京都医学総合研究所学習記憶プロジェクト）（５）レム睡眠の操作が可能なマウスを用いた睡眠の質が記憶に及ぼす影響の解析
林悠（京都大学大学院医学研究科・

筑波大学国際統合睡眠医科学研究機構（WPI-IIIS））（６）段階的なシナプス可塑性による記憶の固定化
後藤明弘（京都大学医学研究科システム神経薬理）（７）多様な記憶の形成・固定化・読み出しメカニズム
市之瀬敏晴（東北大学学際科学フロンティア研究所）（８）運動記憶を支えるカイニン酸型グルタミン酸受容体の新規活動様式
掛川

渉（慶應義塾大学医学部生理学教室）（９）視覚学習の促進と定着におけるノンレム睡眠とレム睡眠の相補的な役割
玉置應子（理化学研究所･開拓研究本部，理化学研究所･脳神経科学研究センター）（10）線虫の味覚における記憶学習を制御する分子機構
富岡征大（東京大学大学院理学系研究科）（11）海馬におけるアンサンブル反響活動による連合記憶の制御
野本真順，井ノ口馨（富山大学学術研究部医学系 生化学講座，富山大学アイドリング脳科学研究センター（RCIBS)）（12）神経活動パターン依存的な嗅覚回路の形成機構
竹内春樹（東京大学大学院薬学系研究科）（13）予測依存的な感覚情報処理の調節
古舘昌平（Sainsbury Wellcome Centre for Neural Circuits and Behaviour – UCL）
【参加者名】
林

波大学国際統合睡眠医科学研究機構），石川理絵（東京

悠（京都大学），玉置應子（国立研究開発法人理化学研究所），井ノ口馨（富山大学学術研究部医学系），

大学大学院農学生命科学研究科応用生命化学専攻），

竹内春樹（東京大学大学院薬学系研究科），野本真順

TakashiKitamura（University of Texas Southwestern Medical（富山大学学術研究部医学系生化学講座），ボーグ ジェCenter），奥野浩行（鹿児島大学），掛川ームス（東京大学農学生命科学研究科），坂口昌徳（筑塾大学医学部生理学教室），鈴木陽子（筑波大学国際統

406

渉（慶應義

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

合睡眠医科学研究機構），松尾直毅（九州大学大学院理所），高橋泰伽（生理学研究所バイオフォトニクス研究

学研究院），Yasunori Hayashi（Kyoto University Graduate部門），竹本研（三重大学大学院医学系研究科生化学），

School of Medicine），安垣進之助（筑波大学大学院人間

設樂久志（三重大学大学院医学系研究科生化学講座），

総合科学研究科生命システム医学専攻／国際統合睡眠医

實木

科学研究機構（WPI-IIIS）），市之瀬敏晴（東北大学学

機構生理学研究所），植田大海（生理学研究所），金際科学フロンティア研究所），八代

叢芸（生理学研究所生体恒常性発達研究部門），榎木亮

海（筑波大学国際

亨（三重大学医学部），堀内浩（自然科学研究

統合睡眠医科学研究機構），春日優佑（理化学研究所脳介（生理学研究所/生命創成探究センター），野村洋

神経科学研究センター），疋田貴俊（大阪大学蛋白質研（名古屋市立大学），清水目究所），Chen, Chung-Kuan（筑波大学国際統合睡眠医科

大学院医学研究科認知機能病態学寄附講座），平野匡佑

学研究機構），人羅（今村）菜津子（熊本大学大学院生（名古屋市立大学大学院医学研究科認知機能病態学），

命科学研究部），小山元暉（九州大学理学部生物学科行鈴木章円（富山大学），浅井裕貴（富山大学），竹内春

動神経科学研究室），喜田 聡（東京大学大学院農学生

樹（東京大学），Hongyang Wu（Tohoku University），

命科学研究科），齊藤

実（東京都医学総合研究所），

Haiyan Wang（富山大学），鍋倉淳一（生理学研究所），

後藤明弘（京都大学医学研究科システム神経薬理），富山肩葉子（生理学研究所），貝田千太郎（名古屋市立大岡征大（東京大学大学院理学系研究科），山室和彦（奈学医学部医学科），大川宜昭（獨協医科大学先端医科学

良県立医科大学精神医学講座），中井彩加（筑波大学国研究センター認知･記憶研究部門），遠山 卓（東京慈恵際統合睡眠医科学研究機構），小林曉吾（九州大学），

会医科大学臨床医学研究所），Javan Lee Tze Han（富山大永嶋

宇（東京慈恵会医科大学），篠田 陽（東京薬科学），米田泰輔（生理学研究所），Kenji Mizuseki（Osaka大学），新田淳美（国立大学法人富山大学），揚妻正和City University），白坂みさの（早稲田大学），宮下知之（生理学研究所），渡部文子（東京慈恵会医科大学），（東京都医学総合研究所学習・記憶プロジェクト），鳴岡村

響（筑波大学ヒューマニクス学位プログラム），島岩城

拓（国立研究開発法人科学技術振興機構），萩原昌平（Sainsbury Wellcome Centre - UCL），諸隈誠一（九賢太（Friedrich Miescher Institute），山田大輔（東京理科州大学），南 雅文（北海道大学薬学研究院薬理学研究

大学薬学部），伊澤俊太郎（マックスプランク代謝研究室），浅岡由衣（京都大学霊長類研究所）

倫太郎（名古屋市立大学

円（生理学研究所生体恒常性発達研究部門），古舘【概要】
記憶は多くの生物が生存していく上で欠かせない生

ジョウバエ・マウス・ラット・ヒトなど多様な動物種

命機能であり，動物のみならず単細胞生物でさえ，記を対象として，胎児期や幼児期，成体期から高齢期，憶機能をもっている。記憶には様々な種類が存在し，さらには認知症モデル等，様々なライフステージや状

シナプス伝達の機能的変化による「短期記憶」やシナ態に注目した研究についての最新の成果の発表がなさ

プスの構造的変化による「長期記憶」のように保持時れた。オンラインでの開催であったものの，多くの研間に基づいて分類されたり，意識して経験した記憶で究者が質疑応答時間のみならずブレイクアウトルーム

ある「陳述記憶」や無意識のうちに積み上がる「非陳なども活用し，シニア・ジュニア関係なく忌憚のない述記憶」のように内容に基づいて分類されたりする。

議論を行われた。また，オンラインであることを逆手

また，記憶は，加齢，運動，睡眠，生活習慣など他のにとって海外で活躍する研究者も多く交えて交流する生命現象にも密接に関係する。一方で，包含する範囲

ことができた。本研究会を通じて記憶研究に取り組んが多岐にわたるため，記憶研究者が一堂に会する機会

でいる研究者が互いにじっくり耳を傾け，重要問題にが少ない。そこで本研究会は，記憶・学習の解明を目ついての共通認識や研究手法および情報をシェアし，指した研究者が集まり，お互いの最先端の情報を共さらには様々な実験パラダイムの意義や特色を浸透さ

有・補完することを目的として開催した。記憶研究のせることができ，この分野の持続した成長と若手研究第一線で活躍する研究者たちによって，線虫・ショウ者の育成につながったものと期待される。

407

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（1）Cell-type, circuits, and anatomical organization in medial entorhinal cortex for learning and memory
Takashi Kitamura（University of Texas Southwestern Medical Center）
Topographical maps have been observed in many sensory

cells are clustered into patches arranged in a hexagonal gridand motor systems in the brain. Anatomical arrangement ofand are surrounded by Reelin+ cells in MECII. Furthermore, aneurons including their location and neural connectivity

recent study showed that topographical modules of grid cell

facilitates differential property of the variable computed in theactivity are localized surrounded by CalB+ cell clusters inneural network as circuit function. Entorhinal cortical-

MEC. Since the majority of CalB+ cells locally connect within

hippocampal (EC-HPC) networks represent spatiotemporal

EC and neural activity of CalB+ cells regulate grid cells

cognitive variables including space, time and frequency that

activity of Reelin+ cells in MECII, it has been speculated a pre-are crucial for learning and memory. A unique topographicalwiring model to generate topographical modules of grid cell

representation for space is recently found in the concerted

activity controlled by local network connection of CalB+ cell

activity of grid cells that fire at multiple locations with a regularclusters in MEC. However, due to the lack of molecularhexagonal structure in medial EC (MEC). Each modulemechanisms about how CalB+ cells form the cell clusters incontains grid cells with similar firing property. However,

MEC, it remains unknown whether anatomical cell clusters

neural mechanisms about how MEC generates topographicalmay facilitate grid cell modules. In my talk, I present themodules of grid cell activity remains unknown.

molecular mechanisms for the formation of anatomical cell

We have previously demonstrated that the layer II of MEC

clusters in CalB+ cells and then examine the role of the CalB+(MECII) contains anatomical cell clusters. MECII contains twocell clusters on the topographical modules of grid cell activity

types of excitatory neurons, Reelin+ and CalB+ cells. CalB+

in MEC.

（2）成体海馬で新生するニューロンが記憶を固定化するメカニズム
坂口昌徳（筑波大学国際統合睡眠医科学研究機構 (WPI-IIIS) ）PTSD は恐怖記憶処理の異常がその本態と考えられて

で あ る （ Vergara et al., Front Cell Neurosci 14:594401,

いる。とくにその悪夢などの睡眠関連症状に関連して，

2020）。われわれは，世界で初めて睡眠中の新生ニュ

レム睡眠中の恐怖記憶処理の破綻が病態へ関与するこーロンのライブイメージに成功し（Carrier-Ruiz et al.,とが指摘されている。われわれはレム睡眠中に海馬のSTAR Protocols 2:100328, 2021），その恐怖記憶固定化に歯状回で新生するニューロンの活動が恐怖記憶の固定おける集団レベルの活動の動態を明らかにした化 に 必 要 で あ る こ と を 示 し た （ Kumar et al., Neuron（Vergara et al., IJMS 22:2874, 2021）。本研究は，ごくわ

107:552, 2020）。哺乳類の海馬は，大人になってもニュずかに新生するニューロンの絶妙なタイミングでの活ーロンが新生するという，他の脳部位とは異なる細胞動が恐怖記憶の固定化に必要であり，そのメカニズム

可塑性を示す。新生ニューロンは，その数の少なさとの解明が PTSD の病態の理解に貢献できることを示唆す

活動のまばらさにもかかわらず恐怖記憶固定化に重要

る。

408

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（3）幼若期逆境体験がもたらす前頭前野神経回路とグリア動態の変化
山室和彦（奈良県立医科大学精神医学講座
COVID-19 が瞬く間に世界へ流行が広がり，多くの国にした。本研究では，mPFC 錐体細胞（L5/6）から投射

で感染の抑制を目的とした渡航制限や外出制限行ってされ，社会行動に関連のある皮質下領域として，視床おり，孤独はメンタルヘルスへの深刻な脅威としてま室傍核（PVT）が一つの候補であることを明らかにし，すます認識されるようになっている。マウスにおいて同領域が側坐核や扁桃体などのさまざまな報酬関連領

離乳直後の 2 週間（生後 21 から 35 日）の幼若期社会的域に投射していることを考えると，mPFC→PVT 神経回

孤立（jSI）は，成体期の社会行動の低下につながるこ路は脳ネットワークの制御に影響しているといえる。

とが知られており，社会行動の確立に敏感な時期であまた，成体期での適切な社会行動のために，幼若期社ることを示唆している。齧歯類だけでなくヒトでの多会的経験を必要とする神経回路（mPFC→PVT）を同定

くの研究で，内側前頭前野（mPFC）が社会行動を調節した。

する脳ネットワークの重要な領域であるとされている。

本講演では mPFC→PVT 神経回路の機能的および行動

過去の研究では，mPFC の皮質下に投射する L5/6 の錐体的役割だけでなく幼若期の社会経験におけるグリア動細胞は幼若期の社会孤立に対して脆弱であり，jSI では態の変化についても述べる。

成体期の錐体細胞の活動が減弱していることを明らか（4）グリア細胞からのグルタミン酸小胞開口放出が嫌悪性連合学習における嫌悪情報を伝達する。
宮下知之（東京都医学総合研究所 学習記憶プロジェクト）
ショウジョウバエの匂い嫌悪学習では条件刺激（CS）

クにより NR を介した Ca2+ 応答が MB で見られず，匂いの匂い情報と，無条件刺激（US）の電気ショック情報

CS 入力と同期させると Mg2+ ブロックが解除され，USが記憶中枢キノコ体で連合し，嫌悪性匂い記憶が形成呈示に対して NR を介した Ca2+ 応答が起こることが分かされる。

った。一方 US 呈示応じた DA 放出は ENG から放出された Glu がカイニン酸受容体（KAR）を介して誘導してい我 々 は 新 規 の グ ル タ ミ ン 酸 （ Glu ） 小 胞 輸 送 体
DVGLUT2 がショウジョウバエの匂い記憶中枢キノコ体

ることが分かった。

（MB）に接するグリア細胞 Ensheathing glia（ENG)で特

我々の結果から，広範な神経細胞への感覚情報の伝異的に発現していることを見出し，ENG が US ショック達というグリア細胞の新たな機能と共に，MB では CS

呈示に応じて MB と，MB に投射するドーパミン作動性が入力した MB 神経細胞への選択的な US 情報入力が NR

神経細胞（DAN）へ Glu を小胞開口放出していることをによりゲーティングされること，これまで DAN が一括見出した。

して行うと考えられてきた記憶中枢への US 情報の伝達

US により ENG から放出された Glu は MB の NMDA
受容体（NR）に結合するが，US のみではと学習強化がそれぞれ別の機構であることを示唆され

Mg2+ ブロッた。

409

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（5）レム睡眠の操作が可能なマウスを用いた睡眠の質が記憶に及ぼす影響の解析
林悠（京都大学大学院医学研究科･筑波大学国際統合睡眠医科学研究機構 (WPI-IIIS) ）ヒトの睡眠は，一晩の間に 2 種類のステージ，ノンレ

導する効果があることが明らかとなった。さらに最近

ム睡眠とレム睡眠を行き来する。レム睡眠は睡眠全体

では，レム睡眠を長期的に増加・抑制できるマウスをの 15 % 程度にしか満たないが，この間，寝ているにも開発することにも成功した。レム睡眠が長期的に減少

関わらず脳は活発に活動し，鮮明な夢が生み出される。

したマウスでは，様々な記憶学習課題の成績が低下しこのような独特な生理状態が何のためにあるかは，脳ていることが判明した。現在，レム睡眠の異常が記憶科学の大きな謎であった。私たちはレム睡眠の役割の学習に重要な大脳皮質や海馬にもたらす影響を細胞レ解明を目指し，レム睡眠を任意のタイミングで人為的

ベル・分子レベルで解析しており，最新の成果に基づに遮断・誘導できる遺伝子組換えマウスを世界で初めいてレム睡眠の記憶学習における役割について議論して開発した。そのマウスを詳しく調べた結果，レム睡たい。

眠には徐波と呼ばれる記憶の定着を促す神経活動を誘（6）段階的なシナプス可塑性による記憶の固定化
後藤明弘（京都大学医学研究科システム神経薬理）エピソード記憶は海馬で形成された後，皮質で固定きることを見出した。カルシウムイメージングを用い化される。この記憶固定化の過程において，シナプスてそれぞれのシナプス可塑性を消去した後の細胞活性

可塑性が重要な役割を担っている。しかし実際に脳のを観察すると，オンラインのシナプス可塑性によってどの領域のいつの段階でシナプス可塑性が起きている

学習した空間への細胞活性の特異性が上昇し，その後かは完全に解明されていない。そこで我々は新たな光オフラインのシナプス可塑性によってそれらの細胞活操作技術を開発し，シナプス長期増強（LTP）を特異的性が同期生を獲得することが明らかとなった。海馬でに 20 分の時間枠で消去する技術を開発した。この技術のこれらのシナプス可塑性は学習当日に起きるが，さを用いることで，学習後に海馬で異なる段階のシナプ

らに前帯状皮質では学習 1 日後の睡眠中にシナプス可塑

ス可塑性が起きていることを明らかにした。まず学習性が誘導されていることを明らかにした。以上のよう

直後，オンラインでシナプス可塑性が起こり，その後に，本研究は記憶固定化におけるシナプス可塑性の局の睡眠中にさらにオフラインでのシナプス可塑性が起

在，時間枠と役割を細胞レベルで明らかにした。

（7）多様な記憶の形成・固定化・読み出しメカニズム
市之瀬敏晴（東北大学学際科学フロンティア研究所）
ショウジョウバエは，匂い刺激と電気ショック罰をらはキノコ体から出力する約 20 種類の神経細胞種を個連合することによって忌避記憶を，砂糖報酬と連合す

別に阻害することにより，忌避記憶と報酬記憶はキノ

ることによって報酬記憶を形成する。忌避記憶は匂い

コ体の特定の領域に形成され，読み出されることを見

刺激からの逃避，報酬記憶は匂いへの誘引と，それぞ出した。それぞれの領域を構成する神経回路構造を比れ相反する行動を引き起こすが，この記憶はどちらも，

較することにより，特に報酬記憶について，特徴的なキノコ体という単一の神経構造体に形成される。演者

神経回路構造が見られることが明らかになった410

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（Ichinose et al., 2021, Curr Biol）。さらに最近では，タを開発し，神経活動の前後で比較した。本会議では記ンパク質合成依存的な記憶固定の分子メカニズムの解憶の形成・固定化・読み出しメカニズムについて，神明に取り組んでいる。この目的のため，脳の特定細胞

経回路と遺伝子発現の両面から議論したい。

でタンパク質翻訳をゲノムワイドにモニターする手法（8）運動記憶を支えるカイニン酸型グルタミン酸受容体の新規活動様式
掛川

渉（慶應義塾大学医学部生理学教室）

イオンチャネル型グルタミン酸受容体メンバーであ

おいて，KA-R がシナプス後受容体として働いているこるカイニン酸受容体（kainate receptor; KA-R）は，共役とを見出した。また興味深いことに，KA-R の１サブユ

するチャネルを介して細胞の興奮性やシナプス伝達を

ニットを欠く KA-R KO マウスは，CF シナプス上の KA-

調節する重要な膜タンパク質である。近年，KA-R はチ

R 消失に伴って重篤な小脳運動記憶障害を呈した。不思ャネルとしてのみならず，細胞内の C 末端領域を介して

議 な こ と に ， CF シ ナ プ ス で 生 じ る シ ナ プ ス 後 電 流

シグナル伝達系を駆動させる，いわゆる「非チャネル（excitatory postsynaptic current; EPSC）のうち，KA-R 由活動」を伴うユニークな受容体として注目されている。

来の EPSC 成分は 5%にも満たない。そのため，CF シナ

しかし，KA-R を標的とした従来の手法では，同受容体プス上の KA-R はチャネル活動とは異なる様式を介しのチャネル活動と非チャネル活動とを明確に切り分けて小脳回路機能を制御している可能性が示唆される。

ることが困難であったため，KA-R による非チャネル活

この可能性を検証するために，私たちは KA-R KO マウ

動の機能的意義については，今も尚，不明な点が多い。

スの病的表現型を分子・細胞－回路－個体レベルの各

私たちはごく最近，小脳運動記憶の教師信号として階層にわたって詳細に解析した結果，小脳運動記憶を支える KA-R の新しい活動様式を解明した。

働く延髄下オリーブ核細胞軸索登上線維（climbing fiber;
CF）－プルキンエ細胞シナプス（CF シナプス）入力に（9）視覚学習の促進と定着におけるノンレム睡眠とレム睡眠の相補的な役割
玉置應子（理化学研究所･開拓研究本部理化学研究所･脳神経科学研究センター）
学習におけるノンレム睡眠とレム睡眠は未だ明らかを実施し，睡眠による学習の促進と定着の度合いを調ではない。視覚学習では，ノンレム睡眠が学習の促進

べた。その結果，ノンレム睡眠を含む睡眠後には学習（ offline gains ） に 関 連 し ， レ ム 睡 眠 は 学 習 の 定 着は促進した。しかしノンレム睡眠のみの（レム睡眠を（stabilization）を促し新しい学習からの干渉を抑制する

含まない）睡眠後には，学習は定着しなかった。EI バ可能性が示唆されている。これらのことから，視覚学

ランスはノンレム睡眠時に増加しレム睡眠時に低下し習の促進と定着には，ノンレム睡眠とレム睡眠におけた。ノンレム睡眠時の EI バランスは学習促進と相関し，る相反する可塑性の変動が関係する可能性がある。本

レム睡眠時の EI バランスは学習定着と相関した。ノン研究では，この仮説を検証するため，睡眠中のヒト被レム睡眠時には，可塑性が高まることで学習が促進さ

験者の視覚皮質から非侵襲的に神経伝達物質の濃度をれ，レム睡眠時には，ノンレム睡眠時に上がった可塑計測した。グルタミン酸と γ アミノ酪酸の濃度の比をと性を下げることで学習が固定される可能性が示唆されり，睡眠時の脳の興奮抑制（EI）バランス変動を求めた。

た。ノンレム睡眠とレム睡眠は，視覚学習において，

EI バランス変動は，視覚学習の可塑性と相関すること相反する神経化学的プロセスに基づき，相補的な役割が知られている。睡眠の前後で 2 種類の視覚学習の訓練を果たす可能性がある。

411

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（10）線虫の味覚における記憶学習を制御する分子機構富岡

征大（東京大学大学院理学系研究科）

線虫 C. elegans は化学物質と餌の有無を関連付けて記

食塩の濃度から忌避する学習行動を示す。味覚忌避学

憶し，餌探索の為の学習行動を示す。例えば，摂食時習と呼ぶこの現象には，ASER 味覚神経で働くインスリ

Na+ に対する

ン様シグナル伝達が重要な働きをする。線虫のインス誘引行動が強まる。Na+ は主に ASEL 味覚神経で受容さリン受容体ホモログは選択的スプライシングにより 2 種

れるが，ASEL 神経ではグルコース（Glc）も受容されのアイソフォーム（DAF-2a 及び DAF-2c）が作られ，こることがわかった。摂食時に Glc を与えると Glc に対す

れらは ASER 神経の細胞体と軸索に異なる局在を示す。

る誘引行動が強まるが，Na+ 走性に対しては寧ろ誘引応

主に細胞体に局在する DAF-2a は遺伝子発現制御により答を低下させるように作用した。この現象は，味覚感

飢餓の情報伝達に関わる。一方，DAF-2c アイソフォー

覚入力を ASEL 神経のみに限局させた線虫を用いてもみ

ムは軸索へと輸送され，シナプス伝達を介して学習行られた。従って，Glc と Na+ は ASEL 神経を介して異な動を制御することが示唆されている。現在，DAF-2c 経る物質として記憶され，摂食時に経験した化学物質組

路が学習時にシナプス伝達を調節する分子機構を，リ成に近い領域に線虫は移動する学習を示すと考えられ

ン酸化プロテオーム解析などを用いて明らかにしようる。現在，この現象を制御する分子機構の解析を行っとしている。

にナトリウムイオン（Na+）を感知するとている。一方，飢餓状態の線虫は，飢餓時に経験した（11）海馬におけるアンサンブル反響活動による連合記憶の制御
野本真順，井ノ口馨（富山大学 学術研究部 医学系 生化学講座，富山大学 アイドリング脳科学研究センター (RCIBS) ）一般的には，海馬は場所（文脈: context）を条件刺激答する CA1 のアンサンブルにおける学習中の反響活動（CS）とした恐怖文脈条件づけ記憶（contextual fearとアンサンブル間の同期活動の顕著な低下を示した。

memory）には重要であるが，音や光（cue）を CS とし

さらに，この反響活動は CS が単独提示された場合でもた恐怖手がかり条件づけ記憶（cued fear memory）にはCA3 NMDA 受容体依存的に生じた。また，学習時の反重要でないとされている。一方，健忘症患者の研究よ

響活動が生じるタイミングで CA3 活性を光抑制するとり，cued fear memory の CS-US 間の叙述的連合には海馬，

cued fear memory の想起障害が生じた。

反射的連合には扁桃体がそれぞれ重要であり，CS-US 情

我々の発見は，海馬における CA3 依存的アンサンブ

報が海馬と扁桃体で二重処理されることが示唆されて

ル反響活動が cued fear memory の制御に重要であり，海いる。しかし，海馬が cued fear memory を制御する仕組

馬はエピソード記憶制御における従来の見解よりも，みは不明なままである。

一般的に機能することを示唆するとともに，反響ネッ

CA3 NMDA 受容体欠損マウスは，cued fear memory のトワーク仮説を支持している。

想起障害と学習時の CS，US，および想起時の CS に応

412

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（12）神経活動パターン依存的な嗅覚回路の形成機構
竹内春樹（東京大学大学院薬学系研究科）
高等動物の神経回路は，遺伝的プログラムに加えて，シナプス結合の可塑的な変化を前提としている。しか臨界期に生じる神経活動に依存した回路の精緻化を経し，嗅覚系における神経活動依存的な糸球体形成機構て完成される。「三つ子の魂百まで」という格言にあはシナプス形成前に起こる現象であり，シナプス後細るように，発達期における神経細胞の適切な活動とそ胞が欠損した場合でも観察される。従って，嗅覚系のれに伴う回路の成熟は，その後の我々の高度な行動・回路形成機構には既存のモデルが適用出来ず，異なる機能発現に極めて重要な役割を果たす。この活動に依機構が存在すると考えられる。ここでは，光遺伝学に存した回路形成を説明するモデルとしてヘブ則が知らよる神経活動の記録と操作を通じて明らかになった嗅れているが，これはシナプス前細胞と後細胞との同期

覚系における神経活動依存的な回路形成の機構を紹介的活動（“Neurons that fire together wire together.”）に伴うする。

（13）予測依存的な感覚情報処理の調節
古舘昌平（Sainsbury Wellcome Centre for Neural Circuits and Behaviour – UCL）
我々は，感覚器が毎瞬受容する膨大な入力を脳で処いて，大脳新皮質一次視覚野の神経活動が予測依存的

理し，周辺の状況や自らの状態を把握する。この際，にどう変化するかを，Ca2+ イメージングにより検討し感覚入力は逐一内的モデル，所謂『予測』と照合され，た。その結果，ⅰ）視覚刺激が予測と反する場合，提その一致度によって，感覚入力の情報処理が瞬時に調示された視覚刺激に対して高い選択性を示す一部の細節されると考えられている。このような能動的で柔軟胞の神経活動が，極めて強く促進された。つまり，刺な過程により，予期せぬ（即ち個体にとって新奇の情

激の視覚的特徴が，まさに鮮明に脳内表象されること

報を含む有益な）感覚入力を検出し重点的に処理するが分かった。更に ⅱ）この選択的な促進は，大脳新皮ことが可能になる。しかしながら Ⅰ）感覚情報処理の質の vasoactive intestinal peptide (VIP) 陽性抑制性神経細予測依存的な調節とは，そもそも具体的にどのような胞と，高次視床核 pulvinar の協調的な働きを介して実行

神経活動の変化なのか？また Ⅱ）それは如何なる回路されることが分かった。以上，本研究より，予測に基メカニズムによって実行されるのか？は不明であった。

づき感覚情報処理が柔軟に調節される仕組みの一端が，本研究では，virtual reality 空間で行動するマウスにお初めて明らかになった。

413

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

23．運動・行動から紐解く脳神経回路発達メカニズムの異分野融合研究による解明
2021 年 9 月 12 日－9 月 13 日
代表・世話人：諸隈誠一（九州大学大学院 医学研究院 保健学部門）
所内対応者：鳴島円（生理学研究所･生体恒常性発達研究部門）（１）ヒト胎児の行動と発達
諸隈誠一（九州大学大学院 医学研究院 保健学部門）（２）種を超えて保存される初期胎動性活動について
荒田晶子（兵庫医科大学 生理学 生体機能門）（３）生物的運動の発達：胚の自発運動はヒヨコのふ化後の社会的選好性の発達にとって必要でも十分でもない松島俊也（北海道大学 理学研究院 生物科学）（４）大脳サブプレートと運動発達
多賀厳太郎（東京大学大学院 教育学研究科）（５）サブプレートニューロンの大脳新皮質形成における役割
丸山千秋（東京都医学総合研究所 脳神経回路形成プロジェクト）（６）発達初期の自発運動が引き起こす神経活動とその役割
金沢星慶（東京大学大学院 情報理工学系研究科 知能機械情報学専攻）（７）ホログラフィック顕微鏡による脳神経回路の操作および生物応用
和氣弘明（名古屋大学大学院 医学系研究科 分子細胞学）（８）オレキシン神経活動によるレム睡眠と脱力発作の調節
山中章弘（名古屋大学 環境医学研究所）（９）情動-自律応答連関の解明を目指す自由行動マウス実験系の開発
山下哲（鹿児島大学大学院 医歯学総合研究科 統合分子生理学）（10）脳機能発現において迷走神経が伝達する内受容感覚の意義の考察
佐々木拓哉（東北大学大学院 薬学研究科）（11）予期抑制に関わる視床-皮質回路
村山正宜（理化学研究所 脳神経科学研究センター）【参加者名】
学研究機構生理学研究所），金

諸隈誠一（九州大学），松澤奈々（クリフム出生前診

叢芸（生理学研究所生

断クリニック），松島俊也（北海道大学･理学研究院･生

体恒常性発達研究部門），高橋泰伽（生理学研究所バイ

物科学部門），夫

律子（クリフム出生前診断クリニッ

オフォトニクス研究部門），榎木亮介（生理学研究所/生ク），佐々木拓哉（東北大学大学院薬学研究科），多賀

命創成探究センター），竹田育子（名古屋大学大学院医

厳太郎（東京大学大学院教育学研究科），山下

学系研究科分子細胞学），儀間裕貴（東京都立大学），

哲（鹿児島大学大学院医歯学総合研究科統合分子生理学分野），

上之薗知邑（鹿児島大学），宮本英城（愛徳医療福祉セ

山中章弘（名古屋大学環境医学研究所），金沢星慶（東ンター），花嶋かりな（早稲田大学），鈴木菜穂（徳島京大学情報理工学系研究科），中原一成（九州大学大学

大学大学院創成科学研究科），鍋倉淳一（生理学研究

院医学研究院生殖病態生理学），菊地君与（九州大学），所），廣和氣弘明（名古屋大学大学院医学研究科），杉田祐輔

大学），小倉有紀子（東京大学情報理工学系研究科），（東京理科大学），出水小春（東京大学），吉村由美子

米田泰輔（生理学研究所），荒田晶子（兵庫医科大学生（自然科学研究機構生理学研究所），堀内

理学･生体機能部門），北城圭一（生理学研究所神経ダイ

浩（自然科

414

蒼太（生理学研究所），白坂みさの（早稲田生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

ナミクス研究部門），畑中伸彦（生理学研究所），村山（生理学研究所生体恒常性発達研究部門），守屋敬子

正宜（理化学研究所脳神経科学研究チーム），二宮太平（（公財）東京都医学総合研究所），阿知波ひとみ（東（生理学研究所），丸山千秋（公益財団法人東京都医学京都医学総合研究所），宋総合研究所），纐纈大輔（生理学研究所），鳴島

所），和田京介（東京都医学総合研究所）

円祥赫（東京都医学総合研究【概要】
胎児は妊娠初期より活発に運動する。また，感覚器障害，感覚の特殊さ（感覚過敏・鈍麻），糖代謝などのなかで触覚が妊娠初期より機能開始し，妊娠中期まの内分泌・代謝の問題，消化管の機能異常，筋骨格のでは主たる感覚器である。すなわち胎児期に得られる異常，前庭機能異常，協調運動の障害（不器用さな

多くの環境フィードバックは，胎児の自発運動によっど），意識・無意識の切り替えの問題（嚥下障害など）て子宮壁や自身の体を触ることから得られる触覚情報等が知られている。しかしながら，これら多様な症状である。また，胎児は，睡眠の多くをレム睡眠が占め，の包括的な理解は進んでいない。

生後３か月までは成人と異なりレム睡眠中に体を動か一方，胎児発育不全は NDD のリスク因子であることす。以上は，胎児・新生児期に運動が果たす役割が大が疫学的に示されている。胎児発育不全は，自発運動

きいことの傍証と考えられる。

が減少し，全身性の運動のみではなく，呼吸運動や心拍パターンも変化することが知られている。しかしな

胎児が運動しながら発達する意義は，自発運動によがら，NDD に至る過程は示されていない。

って得られる体性感覚，循環，呼吸，代謝系の変化を入力し，経験依存の調整を行うことにあると推察され以上の問題を解決するために，本研究会では生理学る。しかしながら，胎児期の運動の役割については解等の基礎研究，臨床医学，シミュレーションや数理科

明が進んでいない。

学の研究者が共同して，運動が発達初期の神経回路形

ところで，自閉スペクトラム症を含む神経発達障害

成に果たす役割を明らかにするとともに，環境要因な（NDD; neurodevelopmental disorders）の合併症は多様で，どの発達に影響を与える因子に対する予防策を検討す

心拍のゆらぎの低下など自律神経系の問題，睡眠覚醒

ることを目的とする。

（1）ヒト胎児の行動と発達
諸隈誠一（九州大学大学院 医学研究院 保健学部門）
ヒト胎児の全身運動は妊娠 7 週よりはじまり，眼球運による帝王切開分娩の増加が問題視されている。

動は妊娠 14 週頃に観察可能となる。はじめは頻度が少近年増加している発達障害では，レム/ノンレム睡眠なく散発的であるが，妊娠の進行に従い次第に頻度がの異常が指摘されており，レム睡眠中の眼球運動の低増加するとともに，周期性がみられるようになる。眼下（レム活動性の低下）とノンレム睡眠の短縮が知ら

球運動が頻発する「眼球運動期」と，逆に眼球運動がれている。また，心拍ゆらぎの低下，刺激に対する反みられない「無眼球運動期」が交互に出現するように応性の亢進も指摘されている。

なるのは妊娠 29-31 週頃である。眼球運動期・無眼球運

レム/ノンレム睡眠の起源は胎児期にあり，胎児機能不全の偽陽性例は分娩ストレスに対して過剰に反応し動期はレム/ノンレム睡眠の原形と言われている。

ていると仮定すると，発達障害にみられる問題は，すまた，産婦人科の臨床現場では，胎児の健常性を胎でに胎児期にはじまっている可能性がある。

児心拍数パターンにより評価している。胎児心拍数パターンが異常の場合は，低酸素，酸血症を呈している

以上の内容をふまえ，胎児期の行動と生後の発達と場合が多いとされる。しかしながら，実際に異常を認の関連について，ヒトの疫学研究，観察研究の結果をめ，胎児機能不全と診断された場合においても，出生紹介する。

後は元気である症例，すなわち偽陽性が多く，偽陽性415

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（2）種を超えて保存される初期胎動性活動について
荒田晶子（兵庫医科大学 生理学･生体機能部門）
胎動は，胎児の発育と生存率に大きな影響を及ぼし，前半部，後半部に分けて抑制し，孵化したゼブラフィ

感染症による胎動異常は，発達障害や自閉症リスクのッシュの尾を刺激し，水泳速度を観察した。後半 3 時間増大が示唆されている。ヒト胎動は，妊娠初期には全のコイリング抑制グループは他と比べて著しく遅い水身運動が発現し，その後，反射運動が発現すると言わ泳速度を示し，コイリング抑制されたゼブラフィッシれている。我々は，15〜21 日齢のラット胎児において，

ュは，刺激に対する反応が低く，寿命が短くなった。

初期に全身運動，続けて反射運動という２種類の胎動

ゼブラフィッシュでは，コイリング抑制により発達中が発現すること，炎症性物質 poly:IC により異常な胎動の運動機能と刺激の反応（感覚反応）の両方が悪化すが出現し，胎動が変化することを見出している。さらることが示唆された。これらの結果は，胎動が発達にに，ゼブラフィッシュにも，ヒトや齧歯類の胎動に似おいて重要な役割を果たす事を示唆する。初期胎動はたコイリングと呼ばれる初期運動が存在し，このコイ種を超えて保存されており，胎動を指標とした研究は，リングを抑制した時の行動を解析した。コイリングの神経回路の発達や発達障害を解明する重要なツールと開始は排卵後 16〜18 時間で持続時間は 6 時間であるのなりうる。

で，このコイリングステージを麻酔薬 MS-222 で全期間，（3）生物的運動の発達：胚の自発運動はヒヨコのふ化後の社会的選好性の発達にとって必要でも十分でもない
松島俊也（北海道大学･理学研究院･生物科学）
孵卵開始から約 10 日でニワトリの胚は殻の中で活発

ケタミン投与も自発運動を抑制したが，逆に BM 選好性

な自発運動を始める。21 日目で孵化したヒヨコは，生を阻害し記憶形成は正常だった。MK801 投与は自発運

物的運動（Biological Motion，BM）を備える視覚対象に動を抑制したが BM 選好性も記憶形成も共に阻害しなか

選好性を示す（Vallortigara et al. 2005）。しかしこの選った。よって胚の自発運動は NMDA 受容体に依存する好性は弱く，孵化後の非特異的な刷り込みを経て強化が，BM 選好性にも刷り込みにも関わらない。

される（Miura et al. 2012）。強化された BM 選好性はヒツボクラリンによって E14 胚を不動化したところ，雛ヨコの視覚的注意を水路化（canalisation）し，母鳥などの BM 選好性を抑制したが記憶形成は損なわれなかった。

の動物へ刷り込み対象を絞り込む（Miura et al. 2016,

しかし同様に選択的な BM 選好性の抑制は，bicuculline，

2020）。ヒトでも近年 ASD の家族性リスクを持つ新生

nipecotic acid さらに bumetanide の E14 投与でも生じた。

児の BM 選好性は低いことが報告された（Di Giorgio et

初期視覚系の nAChR-NKCC1-GABAAR のカスケードのal. 2015）。本研究では ASD のモデル動物としてヒヨコ関与が示唆される。
本研究は科研費（国際共同研究強化 B，19KK0211）に着目し，発生後期（14 日齢以後）の BM 選好性の発生

により，Giorgio Vallortigara（トレント大学 CIMeC）お機構を調べた。
E14 の VPA 投与は自発運動を抑制し，孵化後の雛はよび本間光一（帝京大学薬学部）との共同研究として

正常な BM 選好性を示したものの記憶形成は抑えられた。

416

実施した。

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（4）大脳サブプレートと運動発達
多賀厳太郎（東京大学大学院 教育学研究科）
ヒトで最初に出現する運動は，受胎後 8 週ごろから生には密接な関係があるという仮説を提示する。その手じる自発運動である。自発運動は，出生後も頻繁に観がかりとして，cine MRI による胎動の計測，乳児の自発察されるが，生後３ヶ月ごろから意図的な運動が出現

運動や環境との相互作用による意図的運動の出現に関するのにともなって消失していく。一方，ヒトの大脳わる運動・行動計測とモデル研究，胎児期の脳の構造における最初の自発活動は，サブプレートで生成され形成やネットワーク形成，早産児や乳児の脳波・脳イる。サブプレートは，皮質の発達や視床皮質経路の形

メージング研究等を紹介する。サブプレートにおける成に関わったのち，胎児期後半から乳児期初期にかけ

自発活動と大域的なネットワーク形成が，自発活動にて縮退していく。このように，自発運動とサブプレー

基づく環境への働きかけの志向性を表出し，環境の知

トの自発活動は，ともに胎児期の主要な活動であり，覚や行動の意図を生成する大脳皮質の発達の基盤を与

乳児期に消失していくという興味深い共通点を持ってえるメカニズムを議論する。

いる。ここではさらに，自発運動とサブプレートの間（5）サブプレートニューロンの大脳新皮質形成における役割
丸山千秋（東京都医学総合研究所･脳神経回路形成プロジェクト）
胎児期の脳発達過程では，限られた時間内に膨大数て SpN は胎児脳発達期から成体脳機能に至るまで，のニューロンが正確に配置され，効率よく 6 層構造が形様々な役割をこなしているが，そのサブタイプの詳細成される。その際，移動モード変換の促進にサブプレは不明なままである。そこで，我々はサブタイプごと

ートニューロン（SpN）の神経活動が重要な働きをしての役割分担や発生起源，細胞死の起こりやすさの違いいることを我々はこれまでに見出してきた。SpN は大脳等を明らかにする目的で，SpN のシングルセル解析，及皮質で最初期に誕生し，成熟するニューロンで，生後び，胎児期の異なる発生ステージにおける空間的トラはその大部分が細胞死により消失することが知られてンスクリプトーム解析を行なった。両データから，発いる。

現場所の情報も合わせて胎生期 SpN の新規マーカー候また，生後残存する SpN の数が多いことと自閉症，補を同定した。本研究は将来的に，SpN の細胞死を抑制

統合失調症発症との間に相関があるとの報告もある。

した場合に，神経活動や回路形成にどのような影響がさらには生後も残存する SpN は睡眠や意識レベルの制

あるかについて解析し，精神疾患と SpN の関連性を考御に関与している可能性も示唆されている。したがっ察する上で有用な情報となり得る。

（6）発達初期の自発運動が引き起こす神経活動とその役割
金沢星慶（東京大学大学院 情報理工学系研究科 知能機械情報学専攻）
発達期の脳・脊髄神経系にみられる時間的・空間的を特徴とする一方で，感覚入力をはじめとする外界かパターンを持った自発発火は，神経回路形成に重要ならの刺激によって活動パターンや回路形成が大きく変役割を担っていることが知られている．この神経細胞容する特徴を持つことから，環境適応に繋がる自己調の自発発火は外部入力を遮断した場合でも生じること

整が行われていると考えられている．そのような神経417

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

細胞の自発活動に関する知見が主に神経生理学的研究

動によって生じる神経活動がどのような形で発達に寄によって明らかになると同時に，発達初期の自発運動

与するのか？を議論するため，主に筋骨格系の固有感時に生じる神経活動に関する報告も増えてきている．

覚入力および骨格筋活動出力に注目し，①脳-身体-環境

自発運動時に生じる神経活動は運動出力を生成するだの統合的シミュレーション，②実際の新生児・乳児にけでなく，運動で生じた感覚入力をも生成することか生じている感覚-運動入出力の推定，③シミュレーショ

ら，身体的特徴や環境との相互作用を反映した感覚運

ンと実データの融合について紹介する．

動情報構造を形作ると考えられる．ここでは，自発運（7）ホログラフィック顕微鏡による脳神経回路の操作および生物応用
和氣弘明（名古屋大学大学院 医学系研究科 分子細胞学）
学習・記憶・情動などの高次脳機能は複数の脳領域

ス・血液脳関門に対する生理的・病理的制御機構につにおける個々の神経細胞が時空間的に整然とした活動

いて明らかにし，これらの神経回路活動に対する寄与を奏で，叙述的な神経細胞集団活動（＝神経回路活動）を抽出してきた。さらに，このような神経・グリア回を創出することで効率的に発現する。私たちはこれま

路活動を再生するために新しくホログラフィック顕微

で，生体イメージングを用いて，高次脳機能に必要と鏡構築し，研究を進めている。今回はこのような光技される神経・グリア細胞の構造・機能を可視化し研究術を用いた最新の知見について議論したい。

を行ってきた。その中で例えば，グリア細胞のシナプ（8）オレキシン神経活動によるレム睡眠と脱力発作の調節
山中章弘（名古屋大学 環境医学研究所）
睡眠障害「ナルコレプシー」は，日中の耐えがたい

デルマウス（Orexin-Flippase マウス）において，オレキ

眠気，情動脱力発作を特徴としており，視床下部のオシンを産生しないオレキシン神経の活動をカルシウム

レキシン神経が，免疫細胞に攻撃されて特異的に脱落

イメージングで記録するために，カルシウムインジケ

することによって発症する。情動脱力発作は，嬉しい，ーターの GCaMP6 をアデノ随伴ウイルスベクターを用笑うなどポジティブな感情によって発動し，抗重力筋

いてオレキシン神経に発現させ，情動脱力発作時の神が脱力して姿勢を維持出来なくなる症状である。オレ

経活動を記録したところ，情動脱力発作時に活動が低キシンを欠損させた，ナルコレプシーモデルマウスに下することを見いだした。これは，情動脱力発作時に，おいても，情動脱力発作が観察されるが，チョコレー

オレキシン神経が強い抑制性入力を受けることを示し

トをマウスに与えることで，情動脱力発作の回数が増ている。そこで，狂犬病ウイルスベクターを用いたオ

加することが報告されているなど，マウスにおいてもレキシン神経に入力する神経の解析によって，一次入

恐らく喜びの感情によって情動脱力発作が引き起こさ

力神経を解析することによって，脱力発作の発動に関れている。そこで，独自に作成したナルコレプシーモ

わる神経回路の同定とその動作原理の解明に繋げる。

418

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（9）情動-自律応答連関の解明を目指す自由行動マウス実験系の開発
山下哲（鹿児島大学大学院 医歯学総合研究科･統合分子生理学）

情動に変化が生じると，それに応じた生理反応とし増加していることが明らかとなった。また恐怖条件付て心拍数・血圧の変化，瞳孔反応など情動性自律反応

け実験により，嫌悪刺激の記憶はオレキシン神経を活とよばれる現象が引き起こされる。特に恐怖やストレ

性化し，その直後に心拍数も増加させることがわかっスなど嫌悪情動が生じた際の心拍数上昇などを伴う防た。これらの結果は，オレキシン神経が嫌悪情動と自衛反応（闘争・逃走反応）には，視床下部オレキシン

律神経系の防御反応を結びつける重要な要素である可神経系が重要な役割を果たしていることが知られてい能性を示唆している。では逆に，自律神経活動は情動る。我々はファイバーフォトメトリーシステムを用いへ直接影響を与えているのだろうか。これを調べるたて，マウスのオレキシン神経活動と心拍数を自由行動

めに現在我々は新たな実験系の開発を行っている。本下において同時記録することで，この役割を詳しく検

発表では，上記の神経活動記録技術やチャネルロドプ

証した。嫌悪情動変化に伴う自律神経反応とオレキシ

シンによる光操作技術を駆使した，情動と自律神経活

ン神経活動の時間的な関係性について解析した結果，動の相互関係を明らかにするための in vivo 実験系につ心拍数が上昇する直前にオレキシン神経活動が急激にいて紹介したい。

（10）脳機能発現において迷走神経が伝達する内受容感覚の意義の考察
佐々木拓哉（東北大学大学院 薬学研究科）
脳は，内臓の生理状態の感覚（内受容感覚）を常にに対して重要な影響を及ぼすことを示唆しているが，モニターし，恒常性維持や高次な情報処理を司る。こ

その詳細な生理機構は未解明である。最近，我々は脳の感覚に重要な役割を担うのが，迷走神経である。迷の神経活動に加えて，迷走神経や末梢臓器の生体電気走神経と言うと，遠心性の副交感神経ばかりが注目さ信号を網羅的に計測する方法を開発しており，このよ

れてきたが，実際には求心性の神経のほうが，迷走神

うな生理学的課題に少しずつアプローチできるように

経全体の 75-90 % を占めており，緻密かつ複雑な神経回なってきた。本発表では迷走神経活動が，前頭前皮質路網を形成して，各臓器を支配している。近年では，や扁桃体などの情動回路の神経活動リズムに及ぼす影

迷走神経刺激が，抵抗性鬱病の治療に著効を示すこと

響や，精神疾患モデルにおける変容，治療の可能性にや，腸内の環境悪化が情動制御障害を誘発することな

ついて最近のデータを提示する。さらにこのような知ど，迷走神経と脳機能の関連が報告されている。これ

見が，迷走神経が担う内受容感覚の共通原理によって，

らの報告は，迷走神経を介した内受容感覚が，脳活動どのように説明されるか議論する。

（11）予期抑制に関わる視床-皮質回路
村山正宜（理化学研究所 脳神経科学研究センター）
Statistical predictability of a stimulus sequence leads tocortical representations by suppressing stimulus-evoked neurallearned expectations and facilitates the subsequent sensory

activity. This phenomenon, termed "expectation suppression",processing of the predicted inputs. Previous experimental andcan be distinguished from repetition-suppression and adaptation

theoretical studies have suggested that expectation sharpens

effects based on its temporal properties. Expectation suppression419

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

is considered to be an experimental signature of predictive

unpredictable （ i.e., stimulation with random intervals). In

coding. Although expectation suppression has been reported incontrast, evoked activities in the ventral posterolateral nucleus

multiple cortical regions across species ranging from mice to（VPL), the primary sensory thalamus, were the same for bothhumans, its underlying circuit mechanisms have not yet been

predictable and unpredictable sensory stimuli. Optogenetic

elucidated. Here, we explored the neural circuits underlying

inactivation of terminals from the non-primary thalamus in fpS1

expectation suppression of tactile responses in the forepaw

attenuated expectation-based cortical suppression. Based on

primary somatosensory cortex （ fpS1) of mice. Statisticallythese findings, we hypothesize that cortical expectation

predictable stimuli（i.e., repetitive stimulation to a forepaw with

suppression is mediated by increased activity of cortical

fixed intervals) lead to suppression of sensory responses in fpS1.

inhibitory neurons driven by inputs from non-primary thalamus

We identified a non-primary thalamus whose axons projected to

evoked by stimuli. We discuss these findings as well as

superficial layers of fpS1. Activity in this area of the thalamus

additional details of circuit mechanisms for expectation

was facilitated by the predictable stimulus, but not by

suppression in the cortex.

420

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

24．多様な視点から情動を捉え直す
2020 年 9 月 15 日
代表・世話人：南雅文（北海道大学大学院 薬学研究院 薬理学研究室）

所内対応者：揚妻正和（生理学研究所 生体恒常性発達研究部門）（１）ストレスによる不安関連行動を制御する新たな神経回路
笠井淳司（大阪大学大学院 薬学研究科）（２）迷走神経を介した内受容感覚の情動への影響
佐々木拓哉（東北大学大学院薬学研究科）（３）恐怖記憶を支える海馬・扁桃体・前頭前野のセル・アセンブリ同期活動
水関健司（大阪市立大学大学院 医学研究科）（４）側坐核における報酬・忌避の神経機構
疋田貴俊（大阪大学 蛋白質研究所）（５）物質依存に対する Key 分子の発見
新田淳美（富山大学 薬学・和漢系）（６）行動依存症の情動機能の特徴
後藤幸織（京都大学 霊長類研究所）（７）多様な快情動とそのメカニズム池田和隆（東京都医学総合研究所）（８）ケタミンの即効性抗うつ作用を担う神経回路基盤
篠原亮太（神戸大学大学院 医学研究科）（９）仔マウスへの行動選択に影響する内側視索前野への入力シナプスの解析
天野大樹（北海道大学大学院 薬学研究院）（10）攻撃性の個体差に免疫系が及ぼす影響高橋阿貴（筑波大学 人間系）
（11）The Fear Circuit Revisited: Contributions of the amygdala-midbrain di-synaptic pathway to conditioned fear.
温故知新 ~古くて新しい恐怖回路~
萩原賢太（Friedrich Miescher Institute / University of Basel）【参加者名】
南

萩原賢太（Friedrich Miescher Institute），天野大樹（北雅文（北海道大学大学院薬学研究院薬理学研究室），篠田

海道大学大学院薬学研究院），古屋敷智之（神戸大学

陽（東京薬科大学），南井まり佳（東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻），岩田

大学院医学研究科），松尾直毅（九州大学大学院理学萌（名古屋大学創薬科学研究科細胞薬効解析学研究室），

研究院），新田淳美（国立大学法人富山大学学術研究揚妻正和（生理学研究所），池田和隆（公益財団法人

部薬学･和漢系･薬物治療学研究室），春日優佑（理化

東京都医学総合研究所），篠原亮太（神戸大学大学院学研究所脳神経科学研究センター），疋田貴俊（大阪

医学研究科薬理学分野），佐々木拓哉（東北大学大学

大学蛋白質研究所），泉尾直孝（富山大学学術研究部

院薬学研究科），笠井淳司（大阪大学大学院薬学研究

薬学･和漢系薬物治療学），人羅（今村）菜津子（熊本科），勢力

大学大学院生命科学研究部），齊藤

薫（大阪大学薬学研究科），水関健司

実（東京都医学（大阪市立大学大学院医学研究科），後藤幸織（京都総合研究所），中井彩加（国際統合睡眠医科学研究機

大学霊長類研究所），高橋阿貴（筑波大学人間系），構），小林曉吾（九州大学），岩城

421

拓（JST），林生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

悠（国立大学法人京都大学），渡部文子（東京慈恵会

倉淳一（生理学研究所），上原優子（生理学研究所 生

医科大学），野村憲吾（京都府立医科大学細胞生理

殖･内分泌系発達機構研究部門），吉村由美子（自然科学），山田大輔（東京理科大学薬学部），村田裕夢

学研究機構生理学研究所），三島（名古屋大学大学院医学系研究科），上田修平（名古院医学研究科薬理学分野），谷口将之（神戸大学大学

屋大学環境医学研究所），高橋泰伽（生理学研究所バ

院医学研究科薬理学分野），永井裕崇（神戸大学），

イオフォトニクス研究部門），鳥越万紀夫（国立研究荒巻知子（大阪市立大学医学部神経生理学），山肩葉開発法人理化学研究所脳神経科学研究センター意思決子（自然科学研究機構生理学研究所），佐野裕美（生定回路動態研究チーム），遠山卓（東京慈恵会医科理学研究所･生体システム研究部門），小澤貴明（大阪大学），設樂久志（三重大学大学院医学系研究科生化

大学蛋白質研究所），日永田智絵（奈良先端科学技術学講座），實木

大学院大学），本岡弓佳（神戸大学大学院医学系研究

亨（三重大学医学部），中島健一朗（生理学研究所），堀内

零（神戸大学大学

科薬理学分野），苅郷友美（カルフォルニア工科大

浩（自然科学研究機構生理学研究所），榎木亮介（生理学研究所/生命創成探究セ学），鳴島ンター），浅岡由衣（京都大学霊長類研究所），竹田門），諸隈誠一（九州大学），宮下知之（東京都医学

育子（名古屋大学大学院医学系研究科分子細胞学），

総合研究所学習記憶プロジェクト），八代

金大学国際統合睡眠医科学研究機構）

叢芸（生理学研究所），植田大海（生理学研究

円（生理学研究所生体恒常性発達研究部

海（筑波所），竹本さやか（名古屋大学環境医学研究所），鍋【概要】
脳科学，医学・生物学，心理学などの多様な領域の性（易怒性）や，薬物依存，インターネットやゲーム研究者が，「情動」という視点から各自の研究を見直などに対する行動嗜癖などに関する研究も加えた，幅し，研究成果発表と討論を行うことにより，「情動と広い研究テーマに関して，そのメカニズムに関する最は何か」という問いに対して新しい考え方を提起し，新の研究成果 11 件が発表され，いずれの発表において情動研究の新しい方向性を探ることを目的として研究も活発な質疑応答・討論がなされた。それにより，情会「多様な視点から情動を捉え直す」を企画・開催し動を多様な視点から捉え直し，その作動原理の理解をた。不安，恐怖，嫌悪，抑うつなどの情動・気分に関深めることができた。

する研究だけでなく，侵入者や仔マウスに対する攻撃（1）ストレスによる不安関連行動を制御する新たな神経回路
笠井淳司（大阪大学大学院 薬学研究科）
精神的なストレスは，不安亢進など負の情動の変化

前障には両側の扁桃体基底外側核のストレス応答性神を引き起こす。このストレスによる不安関連行動の制経細胞からの入力が多いこと，扁桃体基底外側核―前御メカニズムを明らかにするため，講演者らは，精神障回路を特異的に光遺伝学的に活性化させると不安関的なストレス負荷マウスの脳全体の活性化神経細胞の連行動が惹起されることも示した。さらに，行動試験

マッピングと機械学習を組み合わせた仮説フリーな解中のマウス前障のカルシウムイメージングを実施し，析を行った。その結果，微小な神経核である前障がス

不安関連行動の直後に一部の特定の前障神経細胞の活

トレス負荷脳の特徴であることを見出し，ストレスに動が亢進することを見出した。本講演では，不安関連応答する細胞集団の特異的な活動操作によりストレス

行動に関わる前障の神経活動についての最新の知見が後の不安応答に前障の神経細胞が重要であることを明紹介され，情動制御の神経メカニズムについて議論がらかにした。また，逆行性ウイルスベクターによる脳なされた。

全体のストレス応答性神経細胞の分布解析を実施し，

422

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（2）迷走神経を介した内受容感覚の情動への影響
佐々木拓哉（東北大学大学院 薬学研究科）
求心性の迷走神経は，迷走神経全体の 75－90%を占め，を確立し，迷走神経活動が脳活動にどのような影響を各臓器からの局所情報（内受容感覚）を脳の選択的領及ぼすか調べてきた。その結果，情動行動や社会性行域へ高速に伝達する。近年，様々な研究分野において，

動時に迷走神経の活動頻度が一過的に増大し，特に前迷走神経と情動の関連が報告されつつある。例えば，

頭前皮質や扁桃体の脳波の特定周波数帯のパワー変動

迷走神経の電気刺激が，抵抗性うつ病などの治療に著と強く相関することが示された。こうした正常な生理効を示すことや，迷走神経障害や腸内環境の悪化が，活動は，社会的敗北ストレスの負荷により変化した。

不安など情動制御障害を誘発する等の知見が挙げられこれらの知見は，迷走神経を介した内受容感覚が情動る。これらの報告は，末梢由来の迷走神経を介した情を司る脳活動に重要な影響を及ぼすことを示唆してい報伝達が，脳活動に対して重要な影響を及ぼすことをる。本講演では，これらの研究成果発表に対する質疑示唆するが，その詳細な生理機構は未解明である。講応答に加え，今後どのような研究手法が必要か，また，演者らは，マウスの多数の脳領域，呼吸リズム，迷走

得られた実験的知見をどのような統合的な理論で捉え神経の活動電位に加え，心電図や筋電図を同時に計測ればよいかについて議論がなされた。

する技術，求心性迷走神経を選択的に光操作する技術（3）恐怖記憶を支える海馬・扁桃体・前頭前野のセル・アセンブリ同期活動
水関健司（大阪市立大学大学院 医学研究科）
恐怖記憶の形成と消去には，海馬・扁桃体・前頭前

データを数理的に解析し，恐怖記憶の獲得・固定・想野などの領域の神経細胞の集団（セル・アセンブリ）

起・消去の基盤となるセル・アセンブリの時間的・空の活動が関わることが明らかとなってきた。各脳領域

間的ダイナミクスを明らかにすることを目指している。

のセル・アセンブリは単独で働くのではなく，領域横

これまでの研究成果で，恐怖条件付け学習後の睡眠時

断的に相互作用をして記憶という現象を生み出していに海馬のリップル波，扁桃体の高周波数オシレーショ

ると考えられる。しかし，セル・アセンブリが領域をンに伴って，海馬―前頭前野，扁桃体―前頭前野の間

またいでどのように相互作用して恐怖記憶の獲得・固でセル・アセンブリが同期活動していることが示唆さ

定・想起・消去の一連の過程に関わるのかはよく分かれている。本講演では，セル・アセンブリ同時活動のっていない。講演者らは，多脳領域同時・大規模電気際に海馬から前頭前野，扁桃体から前頭前野へ情報が生理学計測を使って，恐怖記憶の形成前から消去後ま伝達されて記憶が固定されるという仮説が紹介され，で連続して，海馬・扁桃体・前頭前野からそれぞれ約

質疑応答と議論がなされた。

100 個の神経細胞の活動を記録した。こうして得られた（4）側坐核における報酬・忌避の神経機構
疋田貴俊，マクファーソン トム，西岡忠昭（大阪大学 蛋白質研究所）
ヒトや動物は周囲の情報をもとに報酬・忌避行動をの直接路を構成する D1 ドーパミン受容体発現神経細胞選択する。これまでに特定神経回路操作により側坐核が報酬行動に，間接路を構成する D2 ドーパミン受容体423

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

発現神経細胞が忌避行動に重要であることが示されてれを予測させる音刺激あるいはエアパフとそれを予測いる。しかしながら，最近の報告でより複雑な神経回させる音刺激に対する神経活動に関する計測データ，

路機構が明らかになってきており，詳細な機能解析がさらに，報酬と結びつかない選択肢を回避する戦略を必要である。講演者らは，側坐核の D1/D2 ドーパミン受要する報酬学習課題における側坐核の一細胞レベルの容体発現神経細胞のそれぞれに特異的にカルシウムイ

神経活動の計測データが示され，側坐核における報ンジケーターを発現させ，脳内顕微鏡により一細胞レ

酬・忌避の神経機構について議論がなされた。

ベルの神経活動記録を行った。本講演では，報酬とそ（5）物質依存に対する Key 分子の発見
新田淳美（富山大学 薬学･和漢系）
覚醒剤依存の形成メカニズムには不明のことが多い。

あることも見出し，マウスおよび患者において，これら

そのため，物質依存が精神疾病の 1 つと考えられるよう分子の生理機能との関連を明らかにしてきている。さらになってからも，明確な予防・治療の手段がないままでに，興味深いことには，これらの分子は，物質依存に対ある。講演者らは，今までに想定されていなかった治療して関与しているだけでなく，他の精神疾患とも関連しターゲットを探索し，マウスへの覚醒剤連続投与によっており，遺伝子操作を行うことで，うつ病や統合失調症て，脳で発現量が増大する新規分子 Shati/Nat8l，Piccoloのモデルマウスとしての有用性がある。本講演では，物および TMEM168 を見出している。これら分子は，ドパ質依存の治療ターゲットだけでなく，他の精神疾患の発ミン遊離やトランスポーターを制御し，覚醒剤の嗜好性症にも関与している可能性のあるこれら分子についてのを変化させること，また，依存様疾患の患者では，研究成果が報告され，“依存”を切り口とした精神疾

Piccolo の一遺伝子多型があること，覚醒剤乱用患者では，患・情動障害の研究について議論がなされた。

SHATI/NAT8L の遺伝子の特定部位での修飾率に変化が（6）行動依存症の情動機能の特徴
後藤幸織（京都大学 霊長類研究所）
行動依存症は，不利益な結果になるにも関わらず，

く，また，他者による客観的な評価と血中ストレスホ

特定の行動を衝動的かつ強迫的に繰り返す障害と定義

ルモン計測による評価とも一致した。攻撃性に関するされる。近年，スマートフォンやインターネットなど調査では，行動依存症患者は自己の攻撃性を健常者よ

新しいテクノロジーに対する依存などで脚光を浴びてりも高く評価する一方，心理課題を用いた黙示的な攻いるが，その概念は新しいものであり，十分な知見は撃性の評価ならびに血中テストステロン計測による評得られていない。事実，精神疾患診断マニュアルでは，価では健常者と変わらなかった。窃盗症及び性嗜好障

行動依存症とみなされているものの多くは，衝動制御

害などの行動依存症では，負の情動に関しては，薬物障害として依存症とは別のカテゴリーに分類されてい依存やギャンブル依存と共通して高いことが示唆され，る。講演者らは，行動依存症であると一般的に考えら一方，攻撃性に関しては，薬物・行動依存症の先行研れているが，先行研究の乏しい窃盗症及び性嗜好障害

究とは異なり，攻撃性そのものの高まりは見られず，を持つ行動依存症患者を対象に，情動機能を調査した。

自己認識の困難が関わっていることが示唆されるとの行動依存症患者では，質問紙を用いた自己評価による報告があり，質疑応答と討論がなされた。

負の情動（不安，うつ，ストレス）は健常者よりも高424

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（7）多様な快情動とそのメカニズム池田和隆（東京都医学総合研究所）
食欲，睡眠欲，性欲など欲求が満たされて快情動がの両者を含む概念がアディクションである。アルコー

発現することもあれば，ギャンブルや飲酒などで発現

ル依存や覚醒剤依存などの物質依存が深刻なことはもすることもあり，快情動は様々な場面で感じられる。

ちろんのこと，スマートフォンの普及などによりゲー

また，興奮するような快情動もあれば，ゆったりと満ムにはまる人が増えるなど，行動嗜癖も医学的にも社足感を覚える快情動もある。さらに，快情動を感じる

会的にも大きな問題となっており，世界保健機関の疾ために日々努力して幸せな人生を送る人もいれば，快病分類である ICD-11 ではゲーム障害が新たな疾患とな情動を求めて生活が破綻して依存症となる人もいる。

った。本講演では，アディクションの多様性が紹介さ

世界保健機関の定義によると，英語での Dependence はれ，物質依存と行動嗜癖のメカニズムの類似点と相違物質によって引き起こされる現象と限定されているの点などについて，モデル動物解析結果を中心に話題提で，ギャンブルやゲームなどにはまることは Behavioral

供がなされ，質疑応答と議論がなされた。

addiction（行動嗜癖）と呼ばれる。物質依存と行動嗜癖（8）ケタミンの即効性抗うつ作用を担う神経回路基盤
篠原亮太（神戸大学大学院 医学研究科）
うつ病（大うつ病性障害）は，抑うつ気分，興味の度）な抗うつ効果を示す。げっ歯類では，低用量ケタ

喪失，認知機能低下などの症状を特徴とし，全世界で 3

ミンは内側前頭前皮質でグルタミン酸やドパミンを増

億人を超える人々が罹患している。現在の標準的に使加させ，興奮性シナプスの密度と機能を増強する。講用されている抗うつ薬は，治療効果発現までに数週間

演者らは，マウスで光遺伝学と化学遺伝学を用い，内から数ヶ月を要する。さらに，患者の約 3 分の 1 は数種

側前頭前皮質のドパミン D1 受容体発現神経細胞の活性類の抗うつ薬を使っても効果が得られない治療抵抗性化がケタミンの抗うつ作用に必須であることを示した。

のうつ病である。これら治療効果のタイムラグと有効

さらに，抗うつ作用における内側前頭前皮質ドパミン性の限界は，希死念慮のある患者では特に深刻であり，

D1 受容体発現神経細胞の標的脳領域として扁桃体基底

即効性のある抗うつ薬の開発が望まれている。ケタミ

外側核と分界条床核の役割を見出した。講演では，即ンは NMDA 受容体拮抗薬であり，長らく静脈麻酔薬と効性抗うつ薬の神経回路レベルでの作用を中心に講演して使用されてきた。一方で，麻酔用量に満たない低者らの最新の知見が紹介され，質疑応答と議論がなさ

用量ケタミンの単回投与が，治療抵抗性のうつ病患者れた。

において，迅速（投与後数時間）かつ持続的（1 週間程（9）仔マウスへの行動選択に影響する内側視索前野への入力シナプスの解析
天野大樹（北海道大学大学院 薬学研究院）
性成熟後の雄マウスは仔マウスに対して喰殺と呼ばはほとんどの雄マウスが巣への連れ戻しなどの養育行

れる攻撃行動を示すが，性行動および妊娠雌との同居動を示す。このような行動選択の変化が起こるメカニを経験することで次第に攻撃割合は低下し，出産後にズムについては不明な点が多い。内側視索前野は養育425

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

行動に対して中心的な役割を果たしているが，どのよ

制バランスが交尾経験後のマウスでは興奮側へとシフ

うに内側視索前野が機能制御され，行動選択につながトしていた。また交尾未経験雄マウスの内側扁桃体後っているのか明らかでない。本講演では，主に GABA

背部－内側視索前野経路を光遺伝学的手法により抑制

作動性投射を内側視索前野に送る内側扁桃体後背部にした状態で仔マウスを暴露すると，攻撃行動は低下す

ついての研究成果が紹介された。交尾未経験および交る傾向がみられた。内側扁桃体後背部－内側視索前野

尾経験を持つマウスの内側扁桃体後背部に光感受性イ

経路のシナプスは父親になる過程で子供に対する行動

オンチャネルを発現させ，内側視索前野細胞からパッ変化をもたらす重要な機能を担っている可能性が示さ

チクランプ記録を行った。青色光照射によって興奮れ，質疑応答と議論がなされた。

性・抑制性両方のシナプス電流が現れたが，興奮・抑（10）攻撃性の個体差に免疫系が及ぼす影響高橋阿貴（筑波大学 人間系）
近年，精神疾患と免疫系の関係が徐々に明らかになに対して全く攻撃行動を示さない（非攻撃個体）。血

ってきており，統合失調症，うつ病など様々な精神疾中のサイトカイン濃度を調べたところ，攻撃個体も非患において免疫系の異常が報告されている。様々な精攻撃個体もともに，攻撃的出会い場面で複数のサイト

神疾患の周辺症状の 1 つに攻撃性（易怒性）があり，炎カインで上昇が見られた。一方，脳内のインターロイ

症性サイトカインの血中レベルは，攻撃性との相関がキン 1β（IL-1β）量については，背側縫線核（DRN）に報告されている。しかしながら，免疫系がどのようにおいて特異的に，IL-1β 量が非攻撃個体では攻撃個体よ

神経系に作用し，攻撃行動に影響を与えるかは，ほとりも多かった。この DRN の IL-1β はミクログリアに由んど分かっていない。講演者らは，免疫系と攻撃行動来し，セロトニンニューロンの活動を変化させることの関係とその作用メカニズムを，雄マウスの攻撃行動

で攻撃行動に影響を与えることが示された。講演では，の個体差に着目して解析を行っている。雄マウスはな

これらの実験からみえてきた，攻撃行動における免疫

わばり性の動物であるため，別の雄が侵入してきたと系と神経系のクロストークについて紹介がなされ，質きに攻撃により追い払おうとする（攻撃個体）。しか疑応答と議論がなされた。

し，攻撃性には個体差が存在し，一部の個体は侵入者（11）The Fear Circuit Revisited: Contributions of the amygdala-midbrain di-synaptic pathway toconditioned fear. 温故知新 ~古くて新しい恐怖回路~
萩原賢太（Friedrich Miescher Institute / University of Basel）
恐怖学習には扁桃体亜核である扁桃体基底外側核

演者らは，改変狂犬病ウィルスを用いた経路特異的な（BLA）および扁桃体中心核（CeA）が必要であり，防神経操作および計測技術を確立し，Di-synaptic Activity

御行動の表出には中脳水道周囲灰白質（PAG), とりわけRecording und Manipulation (DARuMA) 法と名付けた。こ腹外側 PAG（vlPAG）が重要であることがこれまでの研の達磨メソッドを適応することにより，後外側 BLA

究で明らかにされてきた。解剖学的な結合を元に(BLAp) に空間的に局在するごく一部の BLA 細胞が細胞

BLA→CeA→vlPAG という情報の流れがキーであること

種特異的に CeA を介して vlPAG に入力を供給しており，が長年示唆されてきたが，実際に経路自体の重要性を

この細胞集団の活動が恐怖学習に必要であること，ま実験的に示すことは技術的制約により難しかった。講た，学習依存的な特異的活動変化を示すことが明らか

426

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告となった。ヘテロな細胞集団を含む脳領域のキャラク

リッチなターゲットを持つ脳領域の精査に，直接の投タライズには投射細胞の投射先を限定した解析が重要

射先のみならず 2 シナプス先の下流を考慮することが重であることがこれまで示されてきたが，本講演では，

要であることが報告され，質疑応答と議論がなされた。

427

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

25．極限環境適応
2021 年 11 月 11 日－11 月 12 日
代表・世話人：金尚宏（名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所）

所内対応者：榎木亮介（生理学研究所/生命創成探究センター バイオフォトニクス）（１）能動的低代謝による極限環境適応：マウスを用いた休眠研究
砂川玄志郎（理化学研究所 生命機能科学研究センター）（２）体内時計の温度特性を担う祖先的な低温応答シグナル金

尚宏（名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所）（３）植物の長距離・高速情報伝達を視る
豊田正嗣（埼玉大学大学院 理工学研究科）（４）ターコイズキリフィッシュの発生休眠機構の解明
荻沼政之（大阪大学 微生物病研究所）（５）極限環境生物クマムシはどのようにして生と死のはざまを生きるか
荒川和晴（慶應義塾大学 先端生命科学研究所）（６）海底アーキアの生き方から考える私たち真核生物の成り立ち
井町寛之（海洋研究開発機構 超先鋭研究開発部門）（７）動物集団による状態転移と高分解能ライトフィールド顕微鏡開発
杉拓磨（広島大学大学院 統合生命科学研究科）（８）女王アリの長期間にわたる精子貯蔵メカニズムの解明に向けて
後藤彩子（甲南大学 理工学部）（９）季節や月のリズムと動物の環境適応戦略
吉村崇（名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所）（10）冬眠する哺乳類が示す低温耐性
山口良文（北海道大学 低温科学研究所）（11）極低温環境における概日時計中枢のリズム発振榎木亮介（生理学研究所／生命創成探究センター）【参加者名】
井上智好（京都工芸繊維大学），廣佐々木陸（大阪大学），山下蒼太（生命創成

映（基礎生物学研究

探究センター／生理学研究所），高橋泰伽（生命創成所），増田雄一朗（東京大学），長澤裕太郎（生理学

探究センター／生理学研究所），上原一将（生理学研研究所），青木一洋（基礎生物学研究所），四宮究所），長野凌（名古屋大学），山口大輝（名古屋（基礎生物学研究所），丸山迪代（名古屋大学），今大学），宮入栞（名古屋大学），中山友哉（名古屋

村隆輝（熊本高等専門学校），王愛

幸慈（名古屋大大学），池内明香（広島大学），小林耕平（名古屋大学），片田祐真（名古屋大学），榎木亮介（生命創成学），伊藤彰啓（名古屋大学），祖田祐希（名古屋大

探究センター/生理学研究所），任亮（名古屋大学），学），依田真一（基礎生物学研究所），杉渡我部ゆき（生理学研究所），田中冴（生命創成探拓磨（広島大学），東島眞一（基礎生物学研究所），中川颯也究センター），加藤（宮崎大学），西田萌那（大阪大学），龝枝佑紀（大光佑（名古屋大学），蓑田裕美（国立科学博物館認定阪大学），谷本勝一（分子科学研究所），Du Qian（大サイエンスコミュニケータ・アソシエーション），松阪大学微生物病研究所），張田直樹（基礎生物学研究所），谷川未来（名古屋大菁圃（生理学研究所），

428

愛（基礎生物学研究所），松浦

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告学），山肩葉子（生理学研究所），藤原正幸（ヤンマ（生命創成探究センター／生理学研究所），中田開人

ーホールディングス㈱），加塩麻紀子（生理学研究（生命創成探究センター／生理学研究所），北村美帆所），尾納隆大（基礎生物学研究所），山口良文（北（名古屋大学大学院），堤

海道大学），中川哲（北海道大学），石本太我（北ター／生理学研究所），小野宏晃（理化学研究所），

海道大学），平野楓佳（名古屋大学），山内彩加林

荒川和晴（慶應義塾大学），井町寛之（国立研究開発（北海道大学），中嶋悠一朗（東京大学），山﨑匡太

法人海洋研究開発機構），荻沼政之（大阪大学），後郎（鳥取大学），根本知己（生命創成探究センター／

藤彩子（甲南大学），金生理学研究所），杉浦健太（群馬大学），村田和義

玄志郎（理化学研究所），豊田正嗣（埼玉大学大学（生命創成探究センター／生理学研究所），石井宏和院），吉村

元佐（生命創成探究セン

尚宏（名古屋大学），砂川崇（名古屋大学），前多裕介（九州大学）

【概要】
開催した。

地球上に生命が誕生して以来，生命はダイナミックな環境変動に適応して進化を遂げ， 幾度の氷河期や気候変第一回目となる本研究会は，2021 年 11 月 11 日〜12 日

動などの極限環境をも乗り越えてきた。 例えば生命は昼の日程でオンラインと岡崎（山手９F セミナー室 B）の夜の明暗や温度の変化，年間を通して起きる季節変動な

ハイブリッドで開催した。計 70 名超の参加登録があり，ど，環境変化を予期して行動する生物時計の仕組みを獲ハイブリッド会場には 10 名の参加があった。参加者から得し，さらに寒冷や飢餓のような生命の存続が脅かされ非常に多くの質疑応答があり，特に学生からの積極的なるような極限環境では，休眠や冬眠にみられるような能参加により活発な研究会となった。研究会では，哺乳類，

動的に低体温や低代謝状態を発動して危機を乗り切る。

魚類，昆虫，線虫，微生物など，多種の生物種における本研究会では，生命の極限環境への適応戦略に焦点を環境適応機構に関する講演があった。所内はもとより全当て，冬眠・休眠・生物時計・体温調節・ホルモン分

国を見渡しても同様の趣旨の研究会はなく，来年度から泌・代謝・睡眠覚醒などの恒常性メカニズムから，極限も継続して開催して，新分野創設や共同研究の発展へと環境への適応メカニズムについて議論することを目的に繋げて行きたい。

（1）能動的低代謝による極限環境適応：マウスを用いた休眠研究〇砂川玄志郎 1,2（1 理化学研究所 生命機能科学研究センター 老化分子生物学研究チーム，
2 理化学研究所 生命機能科学研究センター 網膜再生医療研究開発プロジェクト）

一部の哺乳類は冬になると自らの基礎代謝を低下さとができる動物がいないことであった。私たちは，マせる。この能動的な低代謝・低体温状態を休眠とよび，

ウスの脳（視床下部）の一部に存在する神経細胞群を

特に数ヶ月に及ぶ休眠を冬眠とよぶ。冬眠中の動物は興奮させると，マウスの体温・代謝が数日間にわたっ

正常時と比べて数％まで酸素消費量が低下し，体温もて著しく低下することを発見した（Takahashi TM, Nature,

環境温度に近くなるが，このような極限環境に置いて2020）。この神経細胞群を Q 神経（Quiescence-inducing

も何ら組織障害を伴うことなく自発的に元の状態に戻neurons : 休眠誘導神経）と名付け，Q 神経を刺激するこることができる。冬眠の持つ極限環境適応は“制御さと に よ り 生 じ る 低 代 謝 を QIH （ Q neurons induced

れた低代謝”であり，疾患によって組織が受けるダメ

hypometabolism）と名付けた。QIH 中のマウスは動き・ージを回避できる可能性など，人間への応用が期待さ

摂食がほぼなくなり，体温セットポイントが低下するれている。しかし，冬眠のメカニズムはほとんど分かため著しい低体温を呈する。行動解析・組織学的解析っていない。冬眠研究を困難にしている理由の一つが，では QIH の前後で異常が見らなかった。また，QIH は同

実験動物として任意のタイミングで冬眠を誘導するこ一個体でくりかえし誘導することができる。本研究に429

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

よって，非冬眠動物に冬眠様状態を誘導できることがら，休眠研究に大きく寄与できると考えている。本研

明らかとなり，マウスというポピュラーな実験動物に究会では，人類が冬眠できる可能性など，今後の展望て任意のタイミングで冬眠様状態を誘導できることかについて議論した。

（2）体内時計の温度特性を担う祖先的な低温応答シグナル〇金

尚宏 1,2，王幸慈 1,2,3，岩本隆宏 4，吉村

崇 1,2，深田吉孝 5（1 名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所（ItbM），2 名古屋大学大学院 生命農学研究科
3 東京大学大学院 理学系研究科，4 福岡大学 医学部，5 東京大学大学院 医学系研究科）

約 一 日 の 生 物 リ ズ ム で あ る 概 日 リ ズ ム （ circadian

しかし，転写や翻訳などの生化学反応は，温度が 10 度上rhythm）は概日時計に駆動されており，動物では睡眠・がると反応速度は 2-3 倍になる。そこで私たちは，概日

覚醒リズム，アカパンカビでは胞子形成リズム，植物

リズムを温度補償するためには，温度変化に応じて転写

では葉の開閉運動リズム，シアノバクテリアでは光合ループの振動速度を調整する反応が必要であろうと考え

成の活性リズムがよく知られている。概日リズムが多た。哺乳類の培養細胞を用いて低分子化合物による探索

様な生物種に観察されることは，地球上の生物にとっを行ったところ，概日リズムの温度補償性には，て一日の環境変化の予測が非常に重要であることを示

Na+/Ca2+ 交換輸送体（NCX）による温度応答性の細胞内している。概日時計は特徴的な温度特性・温度補償性

Ca2+ シグナリングが重要であることが分かった。詳細なを有し，様々な環境温度において，ほぼ一定の周期を解析から，NCX は温度低下に伴って Ca2+/カルモジュリ

刻み続ける。

ン依存性タンパク質キナーゼ II（CaMKII）を活性化する

真核生物における概日リズムの生成は時計遺伝子によことで，転写フィードバックループの振動速度の低下をる転写・翻訳フィードバックループで説明されてきた。

補償（加速）することが分かった。

（3）植物の長距離・高速情報伝達を視る〇豊田正嗣 1,2,3（1 埼玉大学大学院 理工学研究科
2 Suntory Rising Stars Encouragement Program in Life Sciences (SunRiSE), Suntory
3 Department of Botany, University of Wisconsin-Madison）

細胞内のカルシウムイオン（Ca2+）は，動植物を問わを用いて，モデル植物であるシロイヌナズナが害虫にず，多くの生物種においてセカンドメッセンジャーと捕食された時や，物理的に傷つけられた時に起こる長して働いており，その細胞内濃度変化（Ca シグナル）

距離・高速 Ca2+ シグナルの可視化に成功した。タバコ

は，神経伝達物質の放出や筋収縮，内分泌などの様々などの他の植物種を用いた研究の結果，Ca2+ シグナルは，な生理学的反応に利用されている。植物においても，傷害や接触などの機械刺激を感知するプロセス，すな

Ca2+ シグナルは様々な環境応答に関与しており，乾燥やわちストレス応答の初期段階において，普遍的かつ中低温，塩害のような非生物学的ストレスや，病原菌や心的な役割を果たしていることが見えてきた。

2+

これまで我々の Ca2+ シグナルの研究では，刺激直後害虫などの生物学的ストレスの感知から応答を制御しの秒オーダーで発生する初期応答に着目してきたが，ていると考えられている。
Ca2+ セ

概日リズムのような時間オーダーの反応も存在するのンサーである GCaMP および広視野蛍光顕微鏡システム

ではないかと考えられてきた。現在，このようなゆっ我々は，高感度かつ高輝度な蛍光タンパク質430

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

くりとした植物の Ca2+ シグナルをイメージングするた化するための長時間・定量的 Ca2+ イメージングシステ

めの多波長・広視野蛍光顕微鏡を構築している。本研

ムについても紹介した。

究会では，植物の成長に連動した

Ca2+ シグナルを可視（4）プログラムされた細胞内酸性化（Programmed Cell Acidification）：
多細胞生物の細胞を保存，維持する新規生命現象？
〇荻沼政之，西田萌那，石谷太（大阪大学 微生物病研究所）
生物の生命活動は一生を通じて，時間の流れに沿っ

我々はキリフィッシュの休眠現象を解く鍵は細胞内て不可逆的に進行する。一方で，一部の生物では生命

代謝制御にあると考え，様々な代謝経路を可視化する

活動の時間の流れを一時的に休止する現象「休眠」がレポーターキリフィッシュを作製し，休眠時の代謝状観察される。ターコイズキリフィッシュはアフリカ原態を可視化解析した。その結果，休眠時には胚の細胞産の卵生メダカであり，短い雨季に一時的に現れる池内 pH が大きく酸性化することを発見し，さらに胚の細に生息する。このような特殊な環境下に適応するため

胞内 pH を人為的に酸性化させると，休眠に似た状態をに，キリフィッシュは胚発生途中で休眠状態に移行し，誘導できることも分かった。つまり，休眠に伴う胚の乾季の６ヶ月もの長期間，状態を安定に維持し，翌年自発的な細胞内酸性化が細胞内の化学環境を改変し休の雨季に正常に胚発生を再開することができる。驚く

眠に必要な分子機構を制御する可能性を見いだした。

べき事にこのような休眠を介したとしても，寿命など

本研究会ではこのような多細胞生物における新しい生

その後の生命活動には全く影響を与えない事が分かっ

命現象であるプログラムされた細胞内酸性化ており，キリフィッシュの休眠は究極の生体保存機構（Programmed Cellular Acidification）を紹介し，それをといえる。しかしながら，その分子機構はほとんど明介した休眠制御メカニズムについて議論した。

らかになっていない。

（5）極限環境生物クマムシはどのようにして生と死のはざまを生きるか〇荒川和晴 1,2,3,4（1 慶應義塾大学 先端生命科学研究所 生理学研究所，2 慶應義塾大学 環境情報学部
3 慶應義塾大学大学院 政策･メディア研究科，4 自然科学研究機構 生命創成探究センター）

生物と非生物の違いとは何だろう。生命「動態」はて速やかに生命活動を再開することができる。よって，

いつ，どのように自己組織化して，どこが境界線なの

クマムシの乾眠は「生」と「死」のはざまの第三の生か。この問いに答えるためには，可逆的に「生」と命状態であると言える。水は全ての生物にとって必須「死」を行き来できる対象を観察する必要がある。そであり，体内の水分を完全に失うことは通常「死」をこでクマムシである。クマムシは体長 1mm 以下の微少意味する。生物は動き続けることを前提としているシ動物で，私たちの身近な環境でも比較的簡単に見つけ

ステムで，通常代謝の停止も「死」を意味する。よっることができるが，その多くは完全に脱水し，生命活て，クマムシの乾眠はよって生物学における未踏のフ動を完全に停止することができる。この「乾眠」と呼ロンティアであり，生物学を問いただす絶好の材料でばれる状況では，宇宙真空への暴露をはじめ，さまざある。このようなクマムシの乾眠について，これまで

まな極限環境に耐えることができ，さらに給水によっに明らかとなってきた知見を紹介した。

431

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（6）海底アーキアの生き方から考える私たち真核生物の成り立ち〇井町寛之（海洋研究開発機構 超先鋭研究開発部門）
最初の真核生物細胞は，原核生物であるアーキア

たアーキアは酸素の存在という“極限環境”に適応す（古細菌）が同じく原核生物であるバクテリア（真正るため，酸素呼吸ができるミトコンドリアの祖先バク細菌）を細胞内に取り込み，共生することで誕生したテリアと共生することで酸素を解毒するという，原核とされている。この異種生物の共生とその一体化，す生物としては革新的な生存戦略をとった生物であった

なわち真核生物の誕生の最大のきっかけとなったのは，と思われる（通常の原核生物であれば環境の変化に適

約 27 億年前に起きた大酸化イベント光合成をするバク

応するために自身で酸素呼吸能を獲得して進化する）。

テリアの登場による酸素の放出とされている。それま本研究会では，真核生物の誕生に関係するとされるアでの地球には酸素は無く，無酸素環境下で生きていた

スガルドアーキアの世界初の培養株について紹介し，生物にとって反応性の高い酸素は猛毒であった。多く

培養株から見えてきたことや最近考えていることにつの原核生物が死滅していく中で，私たちの祖先となっいて紹介した。

（7）動物集団による状態転移と高分解能ライトフィールド顕微鏡開発〇杉拓磨 1，前岡遥花 1，執行航希 1，臼杵

深2

（1 広島大学大学院 統合生命科学研究科，2 静岡大学 電子工学研究所）
動物は集団を形成することにより，単独のときには経回路が刺激に過敏な「臨界状態」になっている可能見られない機能を創発し，極限環境に適応しようとす性が予想される。しかし，既存の共焦点顕微鏡などにる。我々は過去に線虫 C. elegans の耐性幼虫が乾燥へのよる神経回路の計測では空間スキャンして撮影する必耐性を高めるため，集団で秩序だった行動をすること要があるため，行動中の神経回路動態を高速に撮影すを発見した（Nature Commun, 2019）。最近，この実験る新たな技術が必要と考えた。そこで我々は三次元空系をさらに観察していると，運動を停止した全線虫が間をスキャンレスにシングルショット撮影可能なライ

無秩序に運動を再開するのではなく，１個体からの刺トフィールド技術に着目し，その汎用化を妨げていた激をきっかけに一斉に同期して運動状態に転じる現象

低解像度の問題を解決する画期的な技術の開発に成功を見出した。

した。これにより，自由行動する C. elegans の神経回路

この集団が静から動へ状態転移するメカニズムにつをシングルショットでナノ分解能撮影することを可能

いて，現在，神経科学と物理学の両側面から研究してにした。本研究会では，生物学的な集団行動とその解いる。特に神経科学的には集団を形成することで，神析のための光工学的な技術の両方について議論した。

（8）女王アリの長期間にわたる精子貯蔵メカニズムの解明に向けて〇後藤彩子（甲南大学 理工学部 生物学科）
女王アリは羽化後まもない時期にしか交尾をせず，寿命が続く限り貯蔵し，産卵時に必要な数の精子のみ

その時に受け取った精子を精子貯蔵器官「受精嚢」にを取り出し受精させている。女王アリは他昆虫と比較432

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

して極めて長寿であることが知られており，多くの種低下するため，女王アリの精子貯蔵能力は極めて特殊で 10 年以上，記録では 29 年生存する種も報告されていであるが，その仕組みは不明である。

る。これはつまり，女王アリは巨大コロニーメンバー

私は，女王アリの長期間の精子貯蔵メカニズムを明を生産するだけの大量の精子を常温で長期間生存させらかにすることを最終目標に，精子を直接保護していているということである。通常，動物のオスの精子はる受精嚢の機能に着目した。本研究会では，これまで

射出後，数時間から数日で著しく劣化し，受精能力もに明らかになったことや今後の展開を紹介した。

（9）季節や月のリズムと動物の環境適応戦略
〇吉村

崇 1,2

（1 名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所（WPI-ItbM）
2 名古屋大学大学院 生目農学研究科）

生命は誕生以来，一日，一月，一年など，太陽，地どのモデル動物が大きく貢献してきたが，これらの動球，月の天体運動がもたらす環境変動にさらされてき物は明瞭な季節応答を示さないため，約１年のリズムた。生物はこれら繰り返し訪れる周期的な環境変動に，を刻む「概年時計」や季節適応機構の解明に最適なモ

より良く適応するために，進化の過程で様々な周期のデルとはいえない。そこで我々は明瞭な季節応答を示

体内時計を獲得してきた。このうち，約１日のリズム

す「非モデル動物」に着目することで，脊椎動物の季を刻む概日時計については，過去数十年の研究で大幅

節適応機構について研究してきた。

に理解が進んだが，月単位，年単位など，１日よりも本研究会ではメダカやアカゲザルをモデルとした脊長い周期を刻む「インフラディアンリズム」の分子機

椎動物の季節適応戦略について紹介するとともに，最構は未だ未解明である。

近取り組んでいるクサフグの半月周リズムに関する取り組みについて紹介した。

概日リズムの研究ではショウジョウバエ，マウスな（10）冬眠する哺乳類が示す低温耐性〇山口良文（北海道大学 低温科学研究所 冬眠代謝生理発達分野）
哺乳類の冬眠は，低代謝と低体温により食料の枯渇

シリアンハムスターを飼育する餌を変えると消失した。

する厳しい寒冷環境を乗り切る生存戦略である。冬眠

この初代培養肝細胞の低温誘導性細胞死は，ネクローシする哺乳類（以後，冬眠哺乳類）が耐えることの出来ス様の形態，活性酸素の生成，脂質過酸化，それに鉄イる長期間の低体温は，冬眠しないヒトやマウス・ラッ

オン要求性と，制御された細胞死フェロプトーシスの特トなどの非冬眠哺乳類にとっては致死的である。しか徴を満たしていた。そこでシリアンハムスターとマウス

し，こうした低温耐性の違いを生み出す仕組みは未解の肝細胞の膜リン脂質組成を比較したところ，予想に反明である。

してマウス肝細胞の方が高度多価不飽和脂肪酸を多く含

低温耐性の違いは細胞レベルでも観察される。私たち有しており，脂質過酸化に脆弱な可能性が示唆された。

は，マウス由来の初代培養肝細胞は低温誘導性細胞死を検討の結果，シリアンハムスターは，食餌由来のビタミ生じるのに対し，冬眠哺乳類シリアンハムスター由来のン E である α-Tocopherol を肝臓や血中に高濃度で含有す細胞は長期間生存可能な低温耐性を有することを見出しることで，脂質過酸化を防止し肝細胞の低温耐性を発た。驚いたことに，この初代培養肝細胞の低温耐性は，揮していることが明らかになった。興味深いことに，

433

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

冬眠中の個体では血中 α-Tocopherol 濃度が上昇しており，

アンハムスターの低温耐性の差異には，食餌由来の α-

冬眠と連関して α-Tocopherol 濃度を制御する何らかの機

Tocopherol 利用能の差異が寄与することを示唆する。

構の存在が示唆された。以上の結果は，マウスとシリ（11）極低温環境における概日時計中枢のリズム発振〇榎木亮介 1,2，根本知己 1,2（1 生理学研究所 バイオフォトニクス研究部門,
2.生命創成探究センター バイオフォトニクス研究グループ）

哺乳類の冬眠中の深部体温は外気温程度まで低下する。さらに概日時計は何千もの遺伝子のリズムを生みるものの，動物種によっては深部体温や酸素消費など出していることから，冬眠時の概日時計の挙動を理解の生理機能に概日リズムが見いだされることから，概する上で，「時計機能を評価する本質的なリズム指標

日時計中枢である視交叉上核は低温でもリズムを継続は何か？」が長らく議論となっていた。我々はこれますることが推察された。しかしながら，時計遺伝子ので確立した概日時計の長期光イメージング法を駆使し，転写振動の有無に対しては研究室ごとに見解が分かれ

低温環境下における視交叉上核組織の光イメージングており，長年議論が続いている。従来の解析法では時計測を行った。様々な温度環境下での転写振動と細胞間点ごとに異なった個体を用いて解析しており，リズ

内 Ca2＋ 動態を計測した結果を報告した。

ム解析の精度を著しく低下させる問題が指摘されてい434

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

26．スポーツからみる日常と非日常の神経生理学
2022 年 3 月 28 日
代表・世話人：宮崎真（静岡大学･学術院情報学領域）

所内対応者：戸松彩花（認知行動発達機構研究部門）（１）日常動作の出現
多賀厳太郎（東京大学大学院･教育学研究科）（２）感覚運動制御系に働きかける非言語的な歩容改善支援システム
平島雅也（未来 ICT 研究所･脳情報通信融合研究センター）（３）アスリートの機能不全を動作から読み解く
廣瀬統一（早稲田大学･スポーツ科学学術院）（４）リアルスポーツと e スポーツからみる知覚認知スキル
加藤貴昭（慶応義塾大学･環境情報学部）（５）無意識的な同調と調整
渡邊克己（早稲田大学･理工学術院）（６）パラアスリートにみる脳の可塑性
中澤公孝（東京大学大学院･総合文化研究科）【参加者名】
多賀厳太郎（東京大学大学院･教育学研究科），平島ー），大島惇史（同志社大学大学院スポーツ健康科学

雅也（未来 ICT 研究所･脳情報通信融合研究センター），研究科），藤尾公哉（国立障害者リハビリテーション

廣瀬統一（早稲田大学･スポーツ科学学術院），加藤貴

センター研究所運動機能系障害研究部），四津有人昭（慶応義塾大学･環境情報学部），渡邊克己（早稲田（東京大学大学院工学系研究科），上林清孝（同志社

大学･理工学術院），中澤公孝（東京大学大学院･総合

大学スポーツ健康科学部），青山敏之（茨城県立医療文化研究科），梅原潤（情報通信研究機構･脳情報通大学理学療法学科），吉田純一朗（国立精神神経医療

信融合研究センター），岡田征剛（東京大学大学院教研究センター･身体リハビリテーション部），木下昭二

育学研究科），ハギオ ショウタ（京都大学大学院人間･（ミズノ㈱･グローバルイクイップメントプロダクト

環境学研究科），平田恵介（東京家政大学健康科学部），郷原皓彦（立命館大学 BKC 社系研究機構），森部），中川剣人（早稲田大学スポーツ科学学術院），

将輝（慶應義塾大学環境情報学部），櫻木麻衣（慶應武井智彦（玉川大学脳科学研究所），久代恵介（京都義塾大学文学部），栗原勇人（早稲田大学大学院人間大学大学院人間･環境学研究科），金東敏（東京大科学研究科），板口典弘（慶應義塾大学文学部），正学･情報理工学系研究科），吉田暁人（東京大学･情報木宏明（早稲田大学･スポーツ科学学術院），松橋拓努

理工学系研究科），ジョン インヒョク（早稲田大学大（帝京大学･先端総合研究機構），水野寛太（早稲田大学院･スポーツ科学研究科），横山慶子（名古屋大学総学スポーツ科学研究科），北村美穂（㈱イデアラボ），

合保健体育科学センター），林勇樹（追手門学院大花田恵介（大阪府立大学），廣瀬智士（追手門学院大学･社会学部），伊藤直樹（伊藤歯科医院／北海道大学

学心理学部），沖塩尚孝（蘇生会総合病院），江川史病院），桐本朗（理研 BDR 形態進化研究チーム），内野すみ江（聖光（広島大学大学院･医系科学研究科），

石川慶一（東京大学大学院･総合文化研究科），丹羽雅

徳大学･音楽学部），北地雄（総合東京病院･リハビ

之（東京都教育庁学校教育部特別支援教室），高橋泰

リテーション科），綾瀬泉（慶應義塾大学政策･メデ伽（生理学研究所バイオフォトニクス研究部門），西ィア研究科），山田千晴（早稲田大学･総合人文科学研

島和俊（生理学研究所･動物資源共同利用研究センタ究センター），則武

435

厚（生理学研究所･認知行動発達生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

機構研究部門），門馬

研究会報告

産業大学現代社会学部），久保田博（杏林大学保健学部），岡潤（独立行政法人田和樹（日本大学大学院理工学研究科），山本健太郎

日本スポーツ振興センター 国立スポーツ科学センタ（九州大学），山崎稜一郎（慶應義塾大学大学院･政ー），下田代 祐輔（広島大学大学院人間社会科学研究

策･メディア研究科），金沢星慶（東京大学情報理工学科），桐山良太（名古屋大学･情報学部），髙梨泰彦系研究科），奥内蒼馬（京都大学総合人間学部），植（京都産業大学現代社会学部），劉松明子（生理学研究所･認知行動発達機構研究部門），

総合科学研究科），横山

植松

弓（産

脳機能再建プロジェクト），新屋裕太（東京大学大学

業技術総合研究所･人間情報インタラクション研究部

院教育学研究科），Jeong inhyeok（早稲田大学大学院ス門），鵜野裕基（大阪大学大学院医学系研究科），志ポーツ科学研究科），青山千紗（大阪大学医学系研究

水弘典（北里大学薬学部），田中観自（九州大学･基幹科），小島教育院），ワカツキ ツバサ（中京大学スポーツ科学

Group, Korea Brain Research Institute），秋澤健介（特別部），吉田

養護老人ホームふじあざみ），中川裕美（東北福祉大

梓（追手門学院大学社会学部），村田聡（自営業），須崎在（慶応義塾大学），

凌駿（広島大学･

修（東京都医学総合研究所･

哲 （ Sensory and Motor Systems Research

小笠原一生（大阪大学大学院医学系研究科），ミネ コ

学総合福祉学部），山崎雄大（筑波大学），渡邉観世ウタロウ（国立成育医療研究センター），中野英樹

子（国際医療福祉大学･保健医療学部），阪場みく，ノ（京都橘大学大学院健康科学研究科），コガ ユキコ

ガミ ノブコ（兵庫教育大学大学院），白川和希（釧路（大阪大学大学院医学系研究科），小池短期大学），政二

誠（マイク

慶（Toronto Rehabilitation Institute），

ロ特許事務所），児玉謙太郎（東京都立大学･大学教育

木村岳裕（金沢大学･国際基幹教育院），酒井美園（東センター），大須理英子（早稲田大学･人間科学学術

京国際大学），米満文哉（広島大学大学院･人間社会科院），古川大晃（東京大学大学院総合文化研究科），

学研究科），松木田健斗（早稲田大学･人間科学研究後藤科），太田一岳（東京大学･教養学部），河野友勝（北拓，後藤卓（慶應義塾大学･文学部），鈴木貴子（埼玉県立大学･作業療法学科），鈴木

海道大学理学院），佐藤恭子，志牟田美佐（東京慈恵

誠（東京家政大学･健康科学部），小川健二（北海道大学），後藤会医科大学），藤平太一（筑波大学大学院ニューロサイエンス学位プログ科），大塚昭兵（新幹線メンテナンス東海㈱），高橋

ラム），関根和生（早稲田大学人間科学学術院），水睦（日本歯科大学新潟生命歯学部），井出拓見（中京口暢章（立命館大学･総合科学技術研究機構），えそ谷

大学大学院スポーツ科学研究科），橋口侑史（森口クリニック），永田裕美（香川大学大学

立総合医療センター），小笠原香苗（生理学研究所･心院），西薗良太（NTT コミュニケーション科学基礎研

理生理研究部門），崎田嘉寛（北海道大学･大学院教育究所），松岡隆浩，小野健太郎（広島大学脳･こころ･学研究院），並木隆浩（北海道大学大学院保健科学

感性科学研究センター），山川瑠也（新倉敷メディカ院），本多康宏（中京大学スポーツ科学研究科），染ルスクエア），福田谷

森（慶應義塾大学･ 基礎理工学研

遼（東京大学大学院･教育学研究

伸（和泉市

晋（ナックイメージテクノロジー），金子隆生

究科），福原和伸（東京都立大学･人間健康科学研究（山形県立こころの医療センター），片寄正樹（札幌科），丸山真幸（筑波大学附属久里浜特別支援学校），

医科大学･保健医療学部），宮原克典（北海道大学人間

田島賢次（デイサービスいろり），アヅマ カズミ（東知･脳･AI 研究教育センター），松島俊也（北海道大学

京大学大学院総合文化研究科），中村まみ（徳島大学･理学研究院），谷口圭吾（札幌医科大学保健医療学

医科学教育部医科学専攻），居相良介（筑波大学大学部），坂本将基（熊本大学･大学院教育学研究科），岩院），伊藤南奈美（大山リハビリテーション病院），

下大悟（追手門学院大学心理学部），奥野日向汰（北中村直人（読売新聞東京本社･編集局科学部），小島芹

海道大学･医学部保健学科），中本浩揮（鹿屋体育大学

香（くまもと成仁病院），佐藤晋也（船橋整形外科ク

体育学部），松川智哉（追手門学院大学心理学部），

リニック），比嘉なつみ（熊本大学薬学部），木島章

三摩朋弘（慶應義塾大学環境情報学部），小笠原佑衣

文（山梨大学），本田一暁（慶應義塾大学政策･メディ（大阪体育大学大学院スポーツ科学研究科），田中美ア研究科/NTT コミュニケーション科学基礎研究所），

吏（武庫川女子大学･健康･スポーツ科学部），髙見采

高尾沙希（ヨーク大学･心理学部），加藤えみか（京都加（大阪大学大学院･生命機能研究科），米田

436

貢（金

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

沢大学･医薬保健研究域），田中佑真（静岡大学），

究科），阿部香苗（北海道大学環境健康科学研究教育

Kevin Widjaja（静岡大学自然科学系教育部），加瀬川智センター），岡田裕斗（㈱CyberneX），小林明美（日皓（静岡大学情報学部），今井里穂（静岡大学情報学

本電信電話㈱･NTT コミュニケーション科学基礎研究部），夏目柊（静岡大学大学院･総合科学技術研究所），柚木孝敬（北海道大学大学院教育学研究院），

科），嶋田直樹（静岡大学情報学部），田渕規之（ミ

彦坂幹斗（中京大学大学院），北城圭一（生理学研究

ズノ㈱），福士珠美（東京通信大学），大内田

裕

所･神経ダイナミクス研究部門），内山仁志（島根県立（大阪教育大学･特別支援教育部門），吉川昌則（青森大学･人間文化学部），安藤瑠称（静岡大学総合科学技

大学総合経営学部），長谷川弓子（岩手大学人文社会術研究科），牧野勇登（東京大学教育学研究科），伊科学部），佐良土晟（早稲田大学理工学術院），伊藤佳奈実（広島大学･医系科学研究科），佐田静香（慶藤直樹（伊藤歯科医院），武田美咲（東京工業高等専

應義塾大学大学院），喜田安哲（恵泉女学園大学･人間門学校），西薗良太（日本電信電話㈱･コミュニケーシ社会学部），人見利玖（静岡大学情報学部），桜井伸ョン科学基礎研究所），吉岡大貴（静岡大学創造科学

二（中京大学スポーツ科学部），岡本拓弥（魚谷眼科

技術大学院），山脇ユミ（静岡大学･情報学部），小嶋医院），脇口恭生（神奈川県立こども医療センター発

岳（筑波大学），藤永

達支援部），山崎稜一郎（慶應義塾大学大学院政策･メ

拓（静岡大学大学院 総合科学

技術研究科），朝日南々香，西村陽平（静岡大学情報ディア研究科），山田陽平（愛知学泉大学家政学部），学部），梶原聖矢，堀之内峻之（広島大学大学院医系

松田直祥（北海道大学教育学院），福井隆雄（東京都

科学研究科），青木信裕（札幌医科大学保健医療学

立大学･システムデザイン学部），会津直樹（藤田医科部），齋藤琢矢（筑波大学大学院），赤阪夢久（静岡大学･リハビリテーション学科），佐々木悠介（北海道大学情報学部），長雄

大学教育学部），山中希（筑波大学人間総合科学研

究群体育学学位プログラム），中村
学院･総合文化研究科），横山航（順天堂大学･スポーツ健康科学部），田中みのり（北海道大学医学部），國部雅統（東京大学大

大（筑波大学），三枝祐（札幌医科大学大学

巧（山形大学･地域教育文化学院），村上由佳（医療法人社団蔵王会･精神科病院），部），小川景子（広島大学大学院総合科学研究科），

菊地豊（脳血管研究所附属美原記念病院），女川亮

東川拓治（㈱ナックイメージテクノロジー），豊田平司（早稲田大学･理工学術院），吉江路子（産業技術総介（医療法人社団永生会），石井清一（㈱ナックイメ

合研究所情報･人間工学領域），梅野和也（静岡大学創ージテクノロジー），村上宏樹（中京大学），藤井進

造科学技術大学院），平井宏明（大阪大学･基礎工学研也（慶應義塾大学）【概要】
スポーツとは，運動技能の粋を極める試みであると二部は Extraordinary Performance と題して，④加藤先生

言え，運動技能を極めることは様々な生理機能の変による野球や剣道，サッカー，e スポーツなどの多彩な化・改善・高度化と密接に関わる。本研究会では，日一流選手が視覚的な情報を得る際に共通する特徴に関常的な動作の発現からトップアスリートの卓越した動する話題をベースにトップアスリートの能力の解析方

作制御に至るまでを取り扱う多面的な研究を網羅する法に関して議論し，⑤渡辺先生より対人・社会的な環ことを主眼に話題提供者を選び，御登壇いただいた。

境が運動パフォーマンスに及ぼす影響をどのように測研究会は完全オンラインにて二部制で行い，第一部は定し評価するかが提案され，そして⑥中澤先生によりDaily Movement と題して，①多賀先生による新生児の運一流パラスポーツ選手の脳活動計測から判明した，ダ動発現メカニズムの探索から話題をスタートし，②平

イナミックな神経可塑性と高度なパフォーマンスとの島先生による歩行動作への implicit な働きかけによる動関連性が示された。すべての話題提供者の内容とキー作改善に関する話題，そして③広瀬先生による女子サワードが互いにリンクし，全体としてまとまりのあるッカー日本代表のコーチングにおいて研究的な視点を構成であった。事後の参加者アンケートにおいても，どのように取り入れ，より望ましい動作を導いていく

話題内容の豊富さと構成の良さに高い満足度が示されかといった包括的な話題へと発展していただいた。第た。また，第一部と第二部の間にポスター発表を設け437

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告たところ，計 23 題の発表があり，オンラインながら多ことで，研究会全体が活気付き，講演に対する活発なくの聴衆が参加した。若い人向けの発表の場を設けた

質問などに結びついたと考えられる。

438

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告27．新たなステージへと高度化するクライオ電子顕微鏡解析
2021 年 11 月 16 日
代表・世話人：岩崎憲治（筑波大学）
所内対応者：村田和義（生理学研究所）（１）氷包埋試料作製の新手法
加藤貴之（大阪大蛋白研）（２）電顕運用の効率化 〜多種類のサンプルを処理するために〜
江原晴彦（理研 BDR）
（３）高速，高効率データ収集のための自動データ取得ソフトウエア
重松秀樹 （理研播磨）（４）高オンザフライ解析を運用してわかった 3 つのこと
牧野文信（大阪大生命機能／日本電子）（５）電高分解能構造決定のためのデータ解析支援
守屋俊夫（高エネ研）（６）クライオ電子顕微鏡の創薬応用に向けた利用と期待値
平泉将浩 （田辺三菱製薬／東京大学）【参加者名】
講演者を含め

２４４名【概要】
クライオ電子顕微鏡の導入は海外では急速な勢いで高く，関心の高さを表していた。高度な感染症研究施進み，自動化を含む高度化が日々進んでいる。クライ

設へのクライオ電顕の導入，施設としての運営の工夫，

オ電顕への要請はその進展をはるかに超える勢いで日普及がまだ始まったばかりの Cold field Emission beam をを追って強くなっている。それは新型コロナウイルス

利用するための工夫とその成果は，クライオ電子顕微の驚異に対するクライオ電顕の成果も間違いなくある。

鏡の適用範囲の拡大，これまで考えられなかった高分

そのような中で，2000 年度から継続してきたこの研究

解能解析の汎用化に向けた開発を知ることとなった。

会を果たす役割を改めて考え，三演題を選定し，オンコロナ禍で研究会，学会等主たる情報交換のできる場

ライン開催によって広く聴衆を集めることとなった。

が中止，延期等で減少している中での開催は非常に意

当該研究所のウイルスに対する成果，そして，新施設

義があったと評価する。このように本研究会は環境のの構築，最先端のハードウェア・ソフトウェアの開発

如何にかかわらず，継続をすることで，ますますそのとその成果の三つを各演者に講演して頂いた。リモー意義と期待を得ていることは明らかである。

ト開催でも会でのアクティビティは昨年度よりむしろ（1）氷包埋試料作製の新手法
加藤貴之（大阪大学蛋白研究所）
With the adoption of direct electron detection cameras, theimproved and is now becoming a mainstream tool for structural

resolution of cryo-electron microscopy has dramaticallyanalysis. Currently, by the automatic image acquisition439

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

software and advanced image analysis programs with simple

VirtoJet (CryoSol) (Fig 1) employs a pen-printing techniqueusage, even users who are not familiar with electronthat uses a very small stylus to print a solution sample onto acryomicroscopy are able to take beautiful images and perform

grid without blotting with filter paper, allowing for highhigh-resolution analysis. Especially the single particle Cryo-

reproducibility and control of ice thickness. Unfortunately, theEM is already an existing technique. So we can say that theengineers were not able to come to Japan due to the COVID-

single particle analysis with cryo-EM is already a mature

19, which delayed its launch. In this presentation, I would like

technique. On the other hand, the method of preparing ice-

to introduce the evaluation we did in a small amount of time.

embedded samples has made little progress since Jacques

However, even if such devices are used to create sufficiently

Dubochet developed it about 40 years ago, and is the next area

thin ice for high resolution structural analysis, we may facefor improvement. Normally, we use a plunger such as the

problems such as denaturation of proteins at the air-water

Vitrobot (Thermo Fisher Scientific) or EM-GP (Leica) tointerface and preferred orientation. Namba Lab at the Graduate

prepare the ice-embedded samples. In this device, the solution

School of Frontier Biosciences and Inoue Lab at the Graduate

sample is manually placed on a grid, excess solution is blotted

School of Pharmaceutical Sciences, Osaka University, are

off with a filter paper, and the sample is quickly frozen bytrying to solve these problems by using a unique oxidation

plunging it in liquid ethane to produce an ice-embedded sample.

technique to covalently bond proteins to the graphene surface.

Although this method is used by cryoEM users all over the

In this presentation, the results of the new graphene grid,world, it is difficult to control the thickness of the ice and poor

named "EG-grid" (Fig 2), will also be presented.

reproducibility is often a problem. The recently developed（2）電顕運用の効率化 ～多種類のサンプルを処理するために～
江原晴彦（理研 BDR クライオ電子顕微鏡維持管理･共用促進チーム）
クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子データセットのうとしたとき等に，障壁となりやすい。これらの問題

収集は近年目覚ましい進歩を遂げており，ハードウェを軽減するため，我々は，複数グリッドからの連続自ア，ソフトウェアの両面から，自動連続測定のハイス

動測定を整備，活用することによって，多種類のグリ

ループット化が進んでいる。しかし，現実の構造解析

ッドから少しずつデータを取る，といった実験を日常においては，サンプル調製やグリッド作成における的に行うようになっており，本研究会では，それらの様々な困難を乗り越える必要があり，その過程におい取り組みについて説明したい。また，電顕の進歩に伴て，クライオグリッドの頻繁なチェックやスクリーニ

い，（良好なグリッドが存在するという条件では）研

ング測定が要求される。スクリーニングは手間や時間究における律速が，データ測定から，解析や IT インフ

を要することが多く，研究の律速となりがちである。

ラ面に移行しつつあると感じており，それらについて

また，成功するかどうか先が見えない場合も多く，例も簡単に議論したい。

えば，新しい研究テーマ，新しいサンプルに取り組も（3）高速，高効率データ収集のための自動データ取得ソフトウエア
重松秀樹（理化学研究所 放射光科学研究センター）
クライオ電子顕微鏡が構造解析の手法として注目さしている施設が増えている。大型放射光施設 SPring-8 でれ，日本国内でもクライオ電子顕微鏡を外部共用に供も，2021 年 9 月よりクライオ電子顕微鏡をタンパク質結440

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

晶構造解析ビームラインの付帯設備として外部共用をる Leginon，SerialEM などが代表的な自動データ取得ソ開始している。クライオ電子顕微鏡単粒子解析は，S/N

フトウエアである。電子顕微鏡メーカー製ソフトは，の悪いデータを画像解析により平均化する必要がある

GUI を多用したユーザーフレンドリーため，大量のデータを取得する必要がある。S/N の良いなインターフェースが特徴であるが，その一方で，単電子検出を実現する検出器においては，データの読問題なく装置制御が行われるような仕組みのため，動み出し速度の向上が実現されており，データ取得のス

作が遅いと感じられることが多い。アカデミアで開発

ループットが向上している。さらに，データ取得時にされたソフトは，多機能で最新の技術の搭載が早いも物理的に試料ステージを動かす頻度を減らし，光学的のの，操作が複雑で自動データ取得を問題なく実行すに視野を移動してスループットを向上させる画像取得

るためには習熟が必要である。本講演では，最新の自方法が取り入れられることで，高速，高効率なデータ

動データ取得ソフトウエアの特徴と機能について紹介収集が実現してきている。Thermofisher Scientific 社製する。

EPU，日本電子製 JADAS，アカデミアで開発されてい（4）高オンザフライ解析を運用してわかった 3 つのこと
牧野⽂信（大阪大学大学院 生命機能研究科／日本電子㈱）In single particle image analysis of cryo-electron

Second: In many cases, we tend to continue data collection

microscopy, remarkable improvement in the throughput of data

regardless of the results of on-the-fly analysis. Ideally, only acollection more than 10,000 images per day has been achieve.

few hundred images to determine whether or not the specimen

What has driven this is the evolution of cameras and thegrid is sufficiently high quality for 3D reconstruction at highimprovement of data collection methods in the TEM hardware

resolution. These results will be used to make decisions about

since around 2019. While the throughput is improved, the next

sample exchange. However, the results may vary depending onbottleneck is shifting to data analysis. Therefore, many

the pickup program and the method of image analysis used. As

laboratories are adopting on-the-fly real-time data analysis

a result the data collection is continued in many cases.

tools as a solution to accelerate the data analysis. Today, I will

Third: The on-the-fly system makes the human even busier. If

describe three things that we have learned from using JEOL

the data analysis is done by the on-thefly system, we see the

CRYO ARM 300 and the on-the-fly system installed at Osaka

results in a few hours, so we often stay there and wait for the

University over 10th months.

results to come out because we may want to change the data

First: The on-the-fly system is essential for efficiently runningcollection method or sample grid conditions depending on thethe cryoTEM because it allows us to examine preferred

results. For this reason, it is difficult to leave, and we tend toorientation and potential for 3D reconstruction, which we could

stay because of our curiousity. I also show a comparison of

not tell by screening only a few images, and to immediately

results by using three diffent applications (RELION,

make the next plan with our client users. In addition, it saves

cryoSPARC, and Warp).

time of data analysis.

441

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（5）高分解能構造決定のためのデータ解析支援
守屋俊夫（高エネルギー加速器研究機構）
近年，国内でも最新鋭クライオ電顕の導入やデータ組んでいる。現在，On-the-fly の前処理を介して，IoT 化

測定の効率化と自動化が進み，急速に単粒子解析の利のハブとして無尽蔵の計算資源を提供するパブリック用が広まっているが，短期間で取得される膨大なデー

クラウドへ自動でデータを転送し，そこで全ての解析

タを処理する計算資源の確保が喫緊の課題になってい計算を行うことで，その工程の全てを一元的にモニタる。同時に律速となったデータ解析の効率化と自動化

ーできる仕組み作りを行っている。本発表では，我々を進めることも求められている。そこで我々は，測定のこれまで行った GoToCloud 環境の構築，ベンチマー

から高分解能構造の決定をシームレスにつなぐために，

クテスト，Streptavidin (EMPIAR-10641) の < 2.0 Å 分解能

クライオ電顕，測定者，解析計算機，解析者を繋ぐ構

構造決定から得られた知見，そして今後の展望を紹介

造解析現場の IoT 化である GoToCloud 環境の構築に取りする。

（6）クライオ電子顕微鏡の創薬応用に向けた利用と期待値
平泉将浩（田辺三菱製薬㈱･創薬本部／東京大学大学院･理学系研究科･生物科学専攻）
クライオ電子顕微鏡（Cryo-EM）を用いた単粒子構造上した新型直接検出器の特性を生かし解明した P4-

解析では，精製試料を凍結した状態で電子顕微鏡観察

ATPase の動的な脂質輸送サイクルについて紹介するにより様々な向きの粒子像を取得し，計算機上で 3 次元

（M. Hiraizumi et al., Science, 2019）。

像を再構成することで分子の内部まで構造解析が可能

2 つ目に，分子量が 100 kDa より小さい標的の Cryo-である。近年の電子直接検出器の登場によって，これEM による単粒子構造解析について紹介する。分子量がまで困難であった巨大膜タンパク質や超複合体の構造

小さい場合，非晶質の氷に包埋された際のコントラス

を 2～4 Å の高分解能で決定する手法として広く用いら

トが弱いため，単粒子再構成・高分解能での構造解析れるようになってきている。単粒子構造解析では，X 線に課題があるが，最近，我々はグリッド調製を工夫す

結晶構造解析と異なり結晶化の必要がないことから，ることで分子量が 4 量体で 52.8 kDa の streptavidin を分解

結晶パッキングなどの影響を受けない Native な状態に近能 1.93 Å での単粒子構造解析に達成した（M. Hiraizumi,

い構造を捉えることが可能である。また，最近登場しPSSJ Archives, 2021）。最後に，上記の知見と合わせてた新型検出器である Falcon4 や K3 カメラは高速読み出

Cryo-EM を用いた創薬応用の可能性について，論文で報し・高 DQE の性能を有し，イメージシフトによる撮影

告されている創薬標的を例に発表していくことで考え法と併用することで従来よりも高い速度での撮影が可ていきたい。

能となった。本発表では初めにこの撮像能が大幅に向442

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

28．情動の脳科学的理解に基づく人文系学問の再構築
2021 年 11 月 5 日－11 月 6 日
代表・世話人：持橋大地（統計数理研究所）
所内対応者：近添淳一（生理学研究所 システム脳科学研究領域）（１）個人の美的嗜好を模倣する機械
近添淳一（㈱アラヤ･脳事業研究開発室）（２）脳機能操作による情動処理の理解
南本敬史（量子科学技術研究開発機構）（３）認知・脳情報処理による人間らしい言語処理モデルの開発
大関洋平（東京大学）（４）深層学習を援用した脳内情報解読への取り組み
小林一郎（お茶の水女子大学）（５）比喩に関わる認知機構の解明
内海彰（電気通信大学）（６）確率的潜在意味スケーリング
持橋大地（統計数理研究所）（７）パネルディスカッション「情動の可視化技術が人文系学問をどう変えるのか，あるいはどのような技術が人文系にブレークスルーをもたらすのか」
司会：持橋，近添（８）脳機能研究から美学的概念を考える
石津智大（関西大学）（９）脳の統計学習に基づく音楽の芸術的感性と創造性の理解
大黒達也（東京大学 国際高等研究所 ニューロインテリジェンス国際研究機構）（10）未来への期待の効用を反映する脳機構：神経科学は行動経済学に貢献できるのか？」
地村弘二（慶應義塾大学）（11）行動経済学における動学的意思決定の実証萱場

豊（東京大学）（12）メカニズムが不明ないくつかの経済学実証研究の結果
渡辺安虎（東京大学）【参加者名】
持橋大地（統計数理研究所･准教授），渡辺安虎（東場

豊（東京大学･講師），大黒達也（東京大学国際高京大学・教授），石津智大（関西大学･准教授），南本等研究所ニューロインテリジェンス国際研究機構･特任

敬史（量子科学技術研究開発機構･グループリーダー），助教），内海地村弘二（慶應義塾大学･准教授），小林一郎（お茶の（自然科学研究機構生理学研究所･准教授／㈱アラヤ 脳

水女子大学･教授），大関洋平（東京大学･講師），萱

事業研究開発室･チームリーダー）

彰（電気通信大学･教授），近添淳一【概要】
2021 年 11 月 5 日（金）～6 日（土），生理研研究会

近年では，機能的 MRI の発展と統計モデルの高度化に「情動の脳科学的理解に基づく人文系学問の再構築」

より，脳活動から潜在的な情動状態を推定することがシンポジウムを生理研会場，及び Zoom にて開催した。

可能となりつつあり，このような技術を積極的に活用

443

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告することにより，人文系・社会系学問が今後どのようした。情動や「美」は，生物が個体あるいは集団維持に発展していくことができるかを，本研究会で幅広くのために有利な形質として発展してきたと考えられる議論した。オンライン参加も含め，172 人の多数の参加

ことから，そのモデル化は脳科学だけでは不充分であ登録があり，盛会となった。

り，行動経済学および自然言語処理の技術と，美学の二日間に分けて行われた本シンポジウムは，科学研立場からの検討を欠かすことができない。パネルセッ

究費・学術変革領域 (B) に 2021 年秋に採択された同名ションも行い，大変有意義な議論となった。発表動画の研究プロジェクトのキックオフを兼ねており，メンはパネルセッションを除き，科研費プロジェクトのホ

バーの専門性も多岐にわたることから，シンポジウム

ームページで公開しており，一般の興味ある聴衆（会では本プロジェクトに関係すると考えられる各メンバ

社員も多く含まれる）に資することとした。シンポジーの研究紹介を行い，地固めを行うこととした。脳計

ウム開催にあたり，生理学研究所からは多くの支援を測をベースとして，言語学・経済学・美学の立場から受けた。この場を借りて，感謝申し上げたい。

情動の問題にどのようにアプローチできるのかを議論（1）個人の美的嗜好を模倣する機械
近添淳一（㈱アラヤ･脳事業研究開発室／生理学研究所･生体機能情報解析室）
人工知能と生体脳の類似と相違は，神経科学研究と能と，音楽を評価する人工知能を作成し，これらの内

人工知能研究を融合させる上で，欠くことのできない，

部的情報表現と，生体脳での情報表現の対応を調べた

重要なトピックとなっている。今までのところ，この研究を紹介する。これらの研究において発見した，生ような議論は，主に画像認識研究においてなされるの

体脳の基本的な情報処理構造と人工知能の情報処理構

みで，情動を対象とした研究においてなされることは造の類似性から，情動をもつ人工知能の作成可能性やなかった。本セッションでは，油絵を評価する人工知

その意義などについて，広く議論したい。

（2）脳機能操作による情動処理の理解
南本敬史（量子科学技術研究開発機構･脳機能イメージング研究部･システム神経回路研究グループ）
仕事や勉強，スポーツなど，日常の多くの行動を支

アルゴリズムを導出し，脳内の処理プロセスのモデル

え，その結果を大きく左右するモチベーション（ = 意を提案してきた。さらにサルの脳機能を薬理学的・化

欲・やる気）は，古くから心理学における主要テーマ

学遺伝学的に操作した際の行動変容をモデルと照らしの一つであるとともに，経済学，医学，教育，経営な合わせて解析することで，意欲制御に関わる脳神経回

ど様々な分野で取り上げられてきた。神経科学の分野

路と分子の関与について明らかにしてきた。講演では，においても脳内でのモチベーションの仕組みについて

不安やムードなどに関わることが知られている脳内伝研究され，その制御の鍵を握るドーパミンなどの脳内達物質であるセロトニンを操作した際の意欲行動に及物質や神経回路について理解が進んでいる。私たちはぼす影響について調べた研究を紹介し，（脳情動情報

ヒトと近縁で発達した脳をもつサルをモデルとして，の解読に加えて）脳情報の操作というアプローチによ

報酬を獲得するための行動の意欲レベルについて期待るモデルの因果性検証の可能性など，脳科学や動物実

報酬量や報酬を欲する内的状態を説明変数とする計算

験に接続する意義などについて議論したい。

444

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告（3）認知・脳情報処理による人間らしい言語処理モデルの開発
大関洋平（東京大学大学院 総合文化研究科 言語情報科学専攻／理化学研究所 革新知能統合研究センター）
本研究では，自然知能研究としての言語の認知・脳される人間の言語処理と，記号的生成モデルと深層ニ

科学と人工知能研究としての自然言語処理を融合するューラルネットワークで実装される機械の言語処理をことで，認知・脳情報処理に学んだ，人間らしい言語

対照する過程で，言語処理のリバースエンジニアリン処理モデルを開発することを目的とします。具体的にグを目指します。

は，クラウドソーシングと脳機能イメージングで計測（4）深層学習を援用した脳内情報解読への取り組み
小林一郎（お茶の水女子大学 基幹研究院 自然科学系）
ヒト大脳皮質の階層情報表現と深層学習の階層情報

号化の深層学習モデルである PredNet を用いた予測画像

表現に相同性が認められ，大脳皮質の動作原理を知る

生成モデルの中間層に現れる特徴表現と動画視聴時の手がかりとして深層学習の有効性が指摘されて以来，

脳活動データの相関性を定量的に評価し，脳活動デー

深層学習を作業モデルとしてヒト脳の情報処理機構をタから予測画像を生成する試み，および，視覚や言語解明する多くの研究が進められている。本発表では，などのモダリティを処理する深層学習モデルによって画像に対するキャプション生成における深層学習モデ抽出した特徴量からの脳内状態推定に対してモダリテルを援用することにより，視覚刺激下の脳活動状態を

ィ間の差異などの調査に関する取り組み，等について

自然言語で表現する脳内情報解読手法の紹介，予測符

紹介する。

（5）比喩に関わる認知機構の解明
内海彰（電気通信大学大学院 情報理工学研究科 情報学専攻）

比喩はあるものごと（被喩辞）を別のものごと（喩かさの指標であるエントロピーに基づく解釈多様性の辞）で喩える表現であり，ものごとを明瞭にわかりや間に正の相関，また解釈多様性と詩的度の間にも正のすく説明したり，詩的な情感を喚起するために用いら相関が成立した（Utsumi, 2005; 2006）。一方，理解しにれる。本講演では，後者の目的である詩的効果の喚起

くい比喩の場合には，そもそも多様な解釈が生成できに関わる比喩の認知過程を中心に，計算論的手法によないためにこのメカニズムは作動せず，その詩的度はる比喩理解過程の解明や，その基盤となる単語ベクト

比喩表現そのものの感情価が影響することもわかった。

ル（単語埋め込み）に関する発表者の研究を紹介する。

では，多様な解釈を生み出すような比喩理解はどの最初に，「言語表現上のずれを解消するような，豊ような認知過程で行われるのだろうか。比喩理解にはかで多様な解釈を行うことで詩的効果が生じる」といカテゴリ化と対比の二種類の異なる処理が使い分けらう「ずれの解消」モデルが，比喩の詩的情感を喚起すれていると言われている。そこで，カテゴリ化が多様るメカニズムであるという仮説を検証する。「怒りはな解釈を生み出すメカニズムであるとの仮説を立て，海だ」という形式の名詞比喩 40 個を対象とした心理実

その妥当性を心理実験と意味空間モデル（単語ベクト

験の結果，理解しやすい比喩の場合には，ずれの程度

ル）に基づく計算モデリングの両面から検討した。その指標である被喩辞・喩辞間の非類似度と，解釈の豊の結果，いずれの検証においても，解釈多様性の高さ

445

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告によってカテゴリ化と対比の使い分けが予測可能であによる概念ベクトル表現（Binder et al., 2016）をニューることと，喩辞の慣習性（Bowdle & Gentner, 2006）もそラルネットワークで予測する実験を行った。その結果，の使い分けに関与することが明らかになった（Utsumi,

社会性や認知に関する属性は高い精度で予測可能で，2007; 2011）。

感情に関する属性がそれに続き，五感や時空間に関す

次に，上記の研究で計算モデルとして用いられている 属 性 は 相 対 的 に 低 い 予 測 精 度 と な っ た （ Utsumi,

るコーパスからの学習に基づく単語ベクトルに，そも2020）。これらの内在する情報をより強調するように

そもどのような知識が内在しているかを調べるために，

単語ベクトルを精緻化することで，比喩理解の計算モ

単語ベクトルから神経基盤が知られている 65 個の属性

デリングへの応用が期待できる。

（6）確率的潜在意味スケーリング
持橋大地（統計数理研究所 数理･推論研究系）
本講演では，テキストをある極性について連続的に方法を確率的にとらえ，心理統計学における項目反応

測ることのできる，確率的潜在意味スケーリング

理論（IRT）を用いて学習を行うことで，理論的に見通（PLSS）についての講演者の最近の研究を紹介する。

しの良い定式化と，より精密な測定が得られることをテキストを単に分類するだけでなく，特定の潜在的な示す。本研究は，項目反応理論の一般テキストへの拡軸に沿って連続的に測定することは，本研究計画にと張と考えることができ，現代的なニューラル単語ベクっても有益な基盤的技術だと考えられる。

トルを使用することで，よりロバストな推定が可能となる。

このために政治学方法論の分野において開発されてきた LSS（潜在意味スケーリング，渡辺 2015,2020）の（8）脳機能研究から美学的概念を考える
石津智大（関西大学 文学部 心理学専修／京都大学 オープンイノベーション機構）
神経美学とは，実験心理学研究，脳機能研究，そしな感情価をともなう美的感性について，基礎的研究とて人文学的研究からなる学際領域である。芸術知覚と心理的効果に基づいた応用可能性についてお話する。

感性判断に関する脳機能の検討から始まった当分野にこれらの研究をとおして，人文学的・美学的概念を，ついて，これまでの成果を簡単に概観する。続いて，脳機能研究を利用し議論する試みを紹介する。

崇高・畏怖畏敬や美的悲哀といった，特にネガティブ（9）脳の統計学習に基づく音楽の芸術的感性と創造性の理解
大黒達也（東京大学 国際高等研究所 ニューロインテリジェンス国際研究機構）
脳には，統計学習という意図や意識に関わらず行わを予測することである。ヒトは環境や発達に応じて，れる潜在学習システムがある。統計学習の基本メカニ

統計学習を通して脳内の確率分布とその不確実性を逐

ズムは，音楽や言語などの系列情報の統計的確率と不一更新することで，文化や時代に適合した知識や感性

確実性を計算し，その確率分布に基づいて将来の情報を獲得している。近年の研究により，聴覚統計学習は446

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

音楽的創造性にも強く寄与していることが示されていから現代を通してどのように音楽創造性が変化してきる（Wiggins, 2019; Daikoku et al., 2021）。本研究は計算

たか，そして今後どのような音楽が創造されるのかを論的手法と神経科学的手法を用いて，脳の統計学習か

シミュレーションによって推定する。一連の神経科

らどのようにして音楽創造性が生まれるのかを理解す

学・計算論研究を通して，音楽学の人文社会系学問分る。また，神経科学的知見に基づく「階層的統計学習」

野に，脳の統計学習の観点から議論していくことで，の計算モデルによって，音楽的感性の個性と創造性を

音楽学のさらなる発展と強化を目指す。

可視化するシステムを開発する。それを用いて，中世（10）未来への期待の効用を反映する脳機構：神経科学は行動経済学に貢献できるのか？
地村弘二（慶應義塾大学 理工学部 生命情報学科）
効用は，行動経済学では選択行動によって測定され，延時間では，予期効用を反映する信号が前頭前野で観神経科学的研究によって神経活動に反映されているこ察され，長期間の報酬獲得を最大化するような自己制とが示されてきた。それでは，選択行動で測定するこ御が強い被験者ほど大きかった。この信号は，将来のとが難しい効用を定義し，神経活動として調べること

報酬獲得が未知の状態でも観察され，自己制御選択のに科学的な意味はあるだろうか？予期効用理論形成にも関わっていることがわかった。予期効用は，（anticipatory utility; Loewenstein 1987）は望ましい将来

採餌行動における選択傾向で行動的に確かめられ，報を待つこと自体に効用があるという考え方であり，

酬遅延時間における脳活動は，採餌行動の戦略に関わ「待つことの楽しみ」を反映するとされている。しかっていることがわかった。以上の結果は，予期効用がし，待ち続けているときに効用がどのように変化する

反映するような脳活動の存在を示し，報酬選択行動にのかを行動から測定することは容易ではない。そこでおける自己制御や行動戦略に関係していることを示唆

私たちの研究では，ヒトが遅延する報酬を待っている

している。そして，行動経済学における効用理論に神ときの脳活動を測定し，脳活動の時間変化を予期効用

経科学的研究が貢献できることを例示している。

理論に基づいてモデル化した。異時的選択における遅（11）行動経済学における動学的意思決定の実証萱場

豊（東京大学大学院 経済学研究科）

発表者がこれまで行ってきた行動経済学の研究で，よく用いられる実験パラダイムである Two-armed Bandit① 目の動きのデータを，状態変数のノイズ付き変数とTask において，当たりの出やすいスロットマシーンがすることで動学的意思決定を推定したプロジェクト，

経時的に変化する Probabilistic Reversal Task と呼ばれる② 繰り返しゲーム，特に，imperfect monitoring と呼ばれ実験課題を利用し，スロットマシーンの選択とその結る，相手の取った行動が不完全にしか観察できない状果に応じて，どちらのスロットマシーンが良いもので況において，仕返し戦略における仕返しの強度を明らあると考える信念がどのように更新されていくのかをかにしたプロジェクト，及び③ E-learning のデータを用推定した。その際に，被験者の目の動きを計測し，そいて，宿題に取り組む高校生の，その進捗に見られたれを状態変数のノイズ付き変数として利用して，説明先送り行動を明らかにしたプロジェクト，の３つを紹力の高いモデルを構築することに成功した。
二つ目のプロジェクトにおいては，いわゆる囚人の介する。

ジレンマと呼ばれる代表的なゲームを繰り返して行う

一つ目のプロジェクトは，心理学や認知神経科学で447

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

研究会報告

場合において，相手が裏切る行動を取ったというシグ

三つ目のプロジェクトにおいては，E-learning の学習

ナルが観察された場合に，用いられる戦略がどのようログが持つ，宿題の進捗を日次ベースで仔細に記録すなものであるのかについて幅広いクラスを網羅して推ることができる性質を利用し，ある高校において出さ

定し，generous-TFT が多いことを明らかにした。さらにれた冬休みの課題における進捗の記録を解析したとこ

g-TFT の性質を利用して，その仕返しの強度を明らかに

ろ，大部分が最後の３日に集中するという，極端な先したところ，均衡戦略とは一定の乖離が見られること

送り行動が明らかになり，高校性の宿題の進捗におけを明らかにした。

るセルフ・コントロール能力の一端を明らかにした。

（12）メカニズムが不明ないくつかの経済学実証研究の結果
渡辺安虎（東京大学大学院 経済学研究科）

発表者がこれまで行ってきた経済学の実証研究のう

関する質問を含むパネルデータからリスク選好の変化

ち，個人の意思決定や選好について結果が得られたもを分析したところ，震度 4 以上の地域の在住者について，ののうち，その詳細なメカニズムがわからないものに

女性には変化はないものの，男性についてはよりリス

ついて 3 つの研究を紹介する。

ク愛好的になることが見いだされた。しかしながら，どのようなメカニズムでこのような男女差が生ずるか

一つ目の研究はタイムプレッシャーのある状況下でについては不明である。

の，商品選択に商品オススメが及ぼす影響について分析したものである。この研究では，タイムプレッシャ

三つ目の研究はなぜ（自分の一票が結果に及ぼす確ー下ではおすすめの効果が弱まることをフィールド実

率は限りなくゼロに近い）大きな選挙で投票をするの験で示したうえで，その影響の程度を消費者の Attention

か，だれがより投票するのかについての分析である。

がタイムプレッシャーに影響されると仮定したモデル

政治経済学で長年議論されているも関わらず未だにコを推定し，反実仮想分析を行った。しかし，Attention 自ンセンサスのないこの問いについて，この研究では集体が観察されているわけではなく，メカニズムをあく計された投票データから主観的な確率評価と投票コスまで仮定した分析である。

トの役割について一定の関係を示したものである。し二つ目の研究はリスク選好が自然災害のショックにかし，この主観的な確率評価や投票の負のコスト（社よりどのように変化を受けるかを分析したものである。

会的役割の達成からの効用等）がどのように形成され東日本大震災前，直後，6 年後の時点でのリスク選好にているのかは不明である。

448

各種シンポジウム

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第 43 巻（Dec,2022）

各種シンポジウム

第 51 回

生理研国際シンポジウム

The 51st NIPS International Symposium“Frontiers in Epithelial Cell Biology”

第 51 回生理研国際シンポジウム “Frontiers in Epithelial Cell Biology” を 2021 年 12 月 6 – 8 日にオンラインで開催した。本シンポジウムは，様々な器官の構築と生理機能に中心的な役割を果たす上皮の重要性に着目し，様々な切り口で進められている最先端の上皮細胞研究の知見を集めて議論して新しいアイデアを創出することを目指して，古瀬幹夫教授を中心に細胞構造研究部門のスタッフが共同で企画した。海外講演者 8 名（女性 2 名），国内講演者 13 名（女性 4 名）による招待講演と，海外 7 題を含む 32 題のポスター発表があり，ポスターの中からも優れた 5 題を講演にピックアップした。上皮細胞生物学の中でも，細胞極性，細胞間接着，上皮バリアと輸送，上皮恒常性，形態形成，メ
カノバイオロジー，上皮関連疾患に焦点をあてた結果，各トピックできわめてレベルの高い研究成果が紹介され，講演ごとに示唆に富む議論が交わされた。特に，従来の細胞生物学的手法に加え，メカノバイオロジー，超解像イメージ
ング，精緻なライブイメージングと画像解析，数理モデリングが研究分野の最先端を牽引していること浮き彫りとなったことは印象的であった。参加登録者 154 名のうち 46 名が海外からの参加であり（シンガポール 10，アメリカ 9，
オーストラリア 6，フランス・ドイツ各 5，イギリス 3，スイス・インド各 2，メキシコ・カナダ・ポルトガル・チリ各1），本格的な国際学術集会となったことはオンライン開催ならではと言える。懇親会が開催できなかったことが惜しまれるが，講演の質疑応答は PC 画面上で顔を突き合わせて行い，ヴァーチャル会議室を使ったポスター発表でも研究者同士が直接会話して議論する時間を十分に確保することにより，研究者間の交流に配慮した。一方，時差への対応
として，ポスター会場は 24 時間閲覧可能とし，参加登録者に限り，講演の録画を期間限定で配信した。

The 51st NIPS International Symposium "Frontiers in Epithelial Cell Biology" was held online December 6 - 8,
2021, focusing on the epithelium, which plays a central role in the architecture and physiological functions of variousorgans. The symposium was organized by Professor Mikio Furuse and the staff of the Division of Cell Structure. It
aimed to generate new ideas by gathering and discussing knowledge from cutting-edge research from various aspects
in epithelial cell biology. There were 32 invited lectures by 8 overseas speakers (2 women) and 13 domestic speakers(4 women), and 32 poster presentations, including 7 from overseas. In addition, 5 excellent posters were selected togive talks. Within epithelial cell biology, the symposium selected topics including cell polarity, intercellular adhesion,
epithelial barriers and trafficking, epithelial homeostasis, morphogenesis, mechanobiology, and epithelial-relateddiseases. As a result, a high level of research results were presented in each topic, and thought-provoking discussions
were exchanged at each lecture. It was impressive to see that mechanobiology, super-resolution microscopy,
sophisticated live imaging, and mathematical modeling, in addition to conventional cell biological methods, are driving
the state-of-the-art of the research field. Of the 154 registered participants, 46 were from overseas (Singapore 10, U.S.A.
9, Australia 6, France 5, Germany 5, U.K. 3, Switzerland 2, India 2, Mexico, Canada, Portugal and Chile 1 each),making it a full-fledged international scientific meeting, thanks to online. To facilitate interaction among participants,
the Q&A sessions of the talks were conducted face to face on the PC screen. Even in the poster presentations, sufficient
time was reserved for direct conversation and discussion in a virtual meeting space. To cope with time differences, theposter room was open 24 hours a day, and recordings of presentations were made available to registered participants.

451

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

各種シンポジウム

The 51st NIPS International Symposium

Frontiers in
Epithelial Cell Biology
December 6-8, 2021

Program
Time: JST: UTC+9:00

December 6th, Monday (Day 1)
10:45

Opening remarks by Junichi Nabekura (Director General, NIPS, Japan)

10:50

Introduction by Mikio Furuse (Organizer, NIPS, Japan)

Session 1
Chair: Ann Miller
11:00

S1-1
Mechanotransduction at adherens junctions: its role in epithelial homeostasis
Alpha Yap (University of Queensland, Australia)

11:35

S1-2
Mechanisms of paracellular sealing at tricellular contacts in vertebrate epithelial cells
Mikio Furuse (NIPS, Japan)

12:10

S1-3
Dissecting molecular and physical mechanisms underlying cell rearrangement
Kaoru Sugimura (University of Tokyo, Japan)

12:45

S1-4 (P15)
Tiling mechanisms of the compound eye through geometrical tessellation
Makoto Sato (Kanazawa University, Japan)
13:00-14:00

14:00

Break

Poster session (Gather)

Session 2
Chair: Alpha Yap
15:30

S2-1 (P22)
Autophagy suppression by TORC1 maintains epithelial plasma membrane integrity
Parisa Kakanj (University of Cologne, Germany)

15:45

S2-2
Adjusting Tension sensitivity of -catenin for epithelial morphogenesis
Shigenobu Yonemura (Tokushima University, Japan)452

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

各種シンポジウム

16:20

S2-3
Roles of membrane lipids in tight junction formation
Junichi Ikenouchi (Kyushu University, Japan)

16:55

S2-4
The supra-molecular structure of the apical junctional complex in MDCK cysts
Alf Honigmann (MPI-CBG, Germany)

December 7th, Tuesday (Day 2)
Session 3
Chair: Alexander Ludwig
11:00

S3-1
The tight-junction apical complex: A new point of view that increases our understanding ofepithelial barriers and biological systems
Sachiko Tsukita (Teikyo University, Japan)

11:35

S3-2
Maintenance and remodeling of epithelial cell-cell junctions during cell shape changes
Ann Miller (University of Michigan, USA)

12:10

S3-3
The epidermal tight junction barrier maintaining homeostasis of the skin
Akiharu Kubo (Kobe University, Japan)

12:45

S3-4 (P14)
Anti-inflammatory peptides promote tissue-repair by reinforcing epithelial barrier
Yukako Oda (Kyoto University, Japan)

13:00-14:00

14:00

Break

Poster session (Gather)

Session 4
Chair: Tatsushi Igaki
15:30

S4-1
Decoding the spatial pattern of apoptosis-induced compensatory proliferation
Yusuke Toyama (Mechanobiology Institute, Singapore)

16:05

S4-2
Mechanochemical feedback control in collective epithelial migration
Tsuyoshi Hirashima (Kyoto University, Japan)

16:40

S4-3 (P25)Collective ERK/Akt activity waves orchestrate epithelial homeostasis by driving apoptosis-induced
survival
Paolo Armando Gagliardi (University of Bern, Switzerland)

16:55

S4-4
Engineering Morphogenesis with Optogenetics
Stefano DeRenzis (EMBL Heidelberg, Germany)453

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

各種シンポジウム

December 8th, Wednesday (Day 3)
Session 5
Chair: Shigenobu Yonemura
11:00

S5-1 (P19)
Dynamic yet strong: sliding anchors as novel organizers of the cell cortex
Elgin Korkmazhan (Stanford University, USA)

11:15

S5-2
Mechanisms of polarized exosome release from epithelial cells
Mitsunori Fukuda (Tohoku University, Japan)

11:50

S5-3
Organisation and spatio-temporal control of the Crumbs-associated polarity network in mammalianepithelial cells
Alexander Ludwig (Nanyang Technological University, Singapore)

12:25

S5-4
Roles of Rabs and SNAREs in epithelial cell polarity in vivo
Akihiro Harada (Osaka University, Japan)
13:00-14:00

Break

Session 6
Chair: Kaoru Sugimura
14:00
14:35

15:10

S6-1
Mechanical perspective of collective cell movement in epithelial morphogenesis
Erina Kuranaga (Tohoku University, Japan)
S6-2
Genetic dissection of cell competition: how to eliminate unfit neighbors in the epithelium
Tatsushi Igaki (Kyoto University, Japan)
S6-3
Epithelial cell clusters undergo a new mode of collective migration
Fanny Jaulin (Gustave Roussy, France)
15:45 – 16:15

Break

Session 7
Chair: Junichi Ikenouchi
16:15

S7-1
New insights on the role of claudin-10 in renal tubular transport function
Markus Bleich (Kiel University, Germany)

16:50

S7-2
Induction of 3D bladder epithelial organoids using the support of splanchnic mesoderm
Minoru Takasato (RIKEN BDR, Japan)

17:25

S7-3
Renal microenvironments regulating renal injury, inflammation and fibrosis
Motoko Yanagita (Kyoto University, Japan)

18:00

Concluding remarks by Alpha Yap (University of Queensland, Australia)454

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

各種シンポジウム

Poster Program
P01
Optogenetic relaxation of actomyosin contractility uncovers mechanistic roles of cortical tension during
cytokinesis
Kei Yamamoto (NIBB, Japan)
P02
Image-based statistical inference of mechanical parameters governing epithelial morphogenesis
Goshi Ogita (Kyoto University, Japan)
P03
Occludin and tricellulin regulate the complexity of tight junction strand network and epithelial barrier function
Tomohito Higashi (Fukushima Medical University, Japan)
P04
Characterisation of Pals1 dynamics during epithelial polarity development
Eleanor Martin (Nanyang Technological University, Singapore)
P05
The effect of claudin-15 deletion on paracellular Na+ transport in the cecum and large intestine
Wendy Hempstock (University of Shizuoka, Japan)
P06
Protective effects of flavonoids against weak UVB-induced barrier dysfunction via suppressing nitric oxide
production and mislocalization of claudin-1 in HaCaT cells
Yuta Yoshino (Gifu Pharmaceutical University, Japan)
P07
Functional rescue for disease-associated CFTR-mutations frequently found in Japanese CF patients by the
CFTR correctors for Caucasian mutants
Yoshiro Sohma (International University of Health and Welfare, Japan)
P08
The role of the paracellular barrier in stem cell homeostasis in the Drosophila gut
Yasushi Izumi (NIPS, Japan)
P09
Keratin intermediate filaments in mechanotransduction of keratinocytes and the pathophysiology of
epidermolysis bullosa simplex
Sachiko Fujiwara (NIPS, Japan)
P10
The roles of claudins and JAM-A in providing tight junction-dependent mechanical resistanceThanh Phuong Nguyen (NIPS, Japan)
P11
Roles of the cytoskeleton in the accumulation of cholesterol at tight junction regions
Kenta Shigetomi (Kyushu University, Japan)
P12
Tricellulin plays an essential role for the barrier function at tricellular junctions by interacting withactomyosin
Yuma Cho (Kyushu University, Japan)
P13
Roles of Homer family proteins in the formation of circumferential actin ring in epithelial cells
Ryoya Fujinaga (Kyushu University, Japan)
P14 (S3-4)
Anti-inflammatory peptides promote tissue-repair by reinforcing epithelial barrier
Yukako Oda (Kyoto University, Japan)455

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

各種シンポジウム

P15 (S1-4)
Tiling mechanisms of the compound eye through geometrical tessellation
Makoto Sato (Kanazawa University, Japan)
P16
Study on the expression of Angiotensin converting enzyme 2, ACE2 in the primary culture of human nasal
and bronchial epithelial cells
Kasane Yasuoka (Ritsumeikan University, Japan)
P17
De-wetting of cortical myosin-II facilitates the reconnection of junctions during cell rearrangement
Keisuke Ikawa (University of Tokyo, Japan)
P18
TBA
Tara Finegan (Syracuse University, USA)P19 (S5-1)
Dynamic yet strong: sliding anchors as novel organizers of the cell cortex
Elgin Korkmazhan (Stanford University, USA)
P20
Epithelial adhesions modulate apical domain contraction to drive cell shape change
Kenji Matsuzawa (Kyushu University, Japan)
P21
Roles of Ezrin in regulation of ciliary beating in airway ciliary cell
Kotoku Kawaguchi (Ritsumeikan University, Japan)
P22 (S2-1)
Autophagy suppression by TORC1 maintains epithelial plasma membrane integrity
Parisa Kakanj (University of Cologne, Germany)
P23
Linking epithelial morphogenesis and oncogenic PI3K/Akt signaling
Agne Frismantiene (University of Bern, Switzerland)P24
A unique mode of functional cell death in stratum granulosum cells, corneoptosis
Takeshi Matsui (Tokyo University of Technology)
P25 (S4-3)
Collective ERK/Akt activity waves orchestrate epithelial homeostasis by driving apoptosis-induced survival
Paolo Armando Gagliardi (University of Bern, Switzerland)
P26
Competitive elimination of tight junction deficient cells regulate epithelial barrier homeostasis
Tetsuhisa Otani (NIPS, Japan)
P27
Epithelial tissue compression is mediated by a novel lateral non canonical E-Cadherin associated basal supracellular acto-myosin cortex in Drosophila pupal trachea
Rojalin Pradhan (National Institute of Science Education and Research, HBNI, India)
P28
Remodeling of the luminal epithelium of the uterus during implantation of mouse embryos
Jun Sakurai (NIBB, Japan)
P29
mTORC2 suppresses cell death induced by hypoosmotic stress by promoting sphingomyelin transport
Yumiko Ono (Kyushu University, Japan)
P30
Defects in Tricellular Junction Triggers Tumor-Suppressive Cell Competition
Haolin Xie (Kyoto University, Japan)456

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

各種シンポジウム

P31
Research on the regulatory factor related to differentiation of multiciliated ependymal cells
Takuya Hirao (Ritsumeikan University, Japan)
P32
Transcriptional profiles along cell programming into corneal epithelial differentiation
Maria-Teresa Ortiz-Melo (Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Mexico)457

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

トレーニングコース

第 32 回生理科学実験技術トレーニングコース
2021 年 8 月 2 日－8 月 6 日
担当：箕越靖彦（生殖･内分泌系発達機構研究部門）【概要】
生理科学実験技術トレーニングコースは，今年で 32 回目を迎え，8 月 2 日（月）より 8 月 6 日（金）までの 5 日間，生理学研究所の明大寺•山手両キャンパスで開催された（担当：箕越靖彦）。生理学研究所は，分子・細胞レベルから
個体行動レベルまでの各階層にわたる研究の専門性を有し，また大型共同利用機器を保有している。これらの利点を生かして，生理科学•神経科学に関する多様な実験技術を普及させ，それらを使った研究レベルを向上させることが，このコースの目的である。昨年度は，新型コロナウイルス感染症のため開催をやむなく中止した。本年度は，感染症予防のため，一部コースをオンライン開催したほか，現地開催コースも受け入れ人数を縮小して実施した。また，例
年初日に実施している動物実験教育訓練をオンラインで事前に行うなどの対策を行った。下記 19 コースの募集を行ったところ 135 名の応募があった。118 名が採択され，7 月に発出された緊急事態宣言のため宣言該当地域の 18 名の受講をお断りしたものの，98 名が下記のコースを受講された。受講者の約 7 割が大学院生・学部学生で，他は大学や企業の研究者であった。本トレーニングコースは，日本生理学会の共催として実施した。実習指導には生理研の職員を中心として，他大学からの講師も含めて，約 80 人の研究者があたった。
【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.

パッチクランプ法を用いた温度感受性 TRP チャネル解析

3.

スライスパッチクランプ法を用いた神経活動・シナプス・回路解析

4.

培養細胞と組織凍結切片の蛍光免疫染色法

5.

クライオ電子顕微鏡によるタンパク質の単粒子構造解析

6.

海馬神経初代培養法とシナプス超解像観察

7.

2 光子顕微鏡による細胞内分子活性化の FRET イメージング

8.

2 光子励起顕微鏡を用いた生体イメージング法

9.

生体蛍光イメージングの原理から先端まで

10.

In vivo ４次元心循環機能計測と心筋細胞の機能評価

11.

ウイルスベクターの作製と導入遺伝子の発現観察

12.

ゲノム編集技術による遺伝子改変動物作製のための発生工学技術

13.

マウスの基本的実験手技と学習・記憶行動解析入門

14.

脳特定部位内への薬物微量注入法と摂食行動解析入門

15.

覚醒下実験動物からの神経活動記録法入門

16.

霊長類を対象とした神経生理学的・神経解剖学的実験入門

17.

SPM を用いたヒト脳の fMRI データ解析入門

18.

脳波ダイナミクスのデータ解析入門

19.

生体アンプ回路工作と機械工作入門（オンライン開催）（オンライン開催)

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。

https://www.nips.ac.jp/training/2021/courses.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。下記 URL にアンケートの集計結果を示す。

https://www.nips.ac.jp/training/2021/questionnaire/TC2021Q.pdf

461

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

セミナー報告セミナー報告1. 岡崎におけるクライオ電子顕微鏡導入計画
村田和義（生理学研究所

生体分子構造研究部門）(2020.4.2)

4 月から発足しました生体分子構造研究部門では，主イエンドのクライオ電顕の導入が予定されています。本にクライオ電子顕微鏡法（以降，クライオ電顕）を用いセミナーでは，現在，生理研に設置されている 200kV のた生体分子，特にタンパク質の構造解析を行います。こクライオ電顕とこれから導入される 300kV クライオ電

れは 2017 年にノーベル化学賞のテーマにも選ばれた方顕では何が異なるのか，これらを組み合わせることでど法で，試料の結晶化や同位体ラベルなどを行わずに，タのような解析ができるか，今後どのような研究が展開さ

ンパク質の構造決定が行える画期的な構造解析手法でれるか，などをこれまでの成果を踏まえて紹介したいとす。岡崎でも今年度，タンパク質の構造決定が可能なハ思います。

2. マカクザルへのオプトジェネティクスの応用〜オプトジェネティクスを利用したマカクザル上肢の運動誘発〜
佐野裕美（生理学研究所

生体システム研究部門）(2021.6.25)

マカクザルを用いた研究においてもウイルスベク

おいてもオプトジェネティクスを有効なツールとしてターを利用した遺伝子導入が普及してきており，光遺伝

利用していくため，マカクザルの大脳皮質運動野に学や化学遺伝学が利用されている。しかし，マカクザル

channelrhodopsin-2 を発現させ，光刺激により神経活動のの大脳皮質運動野において，オプトジェネティクスを利

興奮だけでなく上肢の運動を誘発しようと試みた。

用して光刺激で神経活動の興奮あるいは抑制には成功

今回のセミナーでは，大脳皮質運動野への光刺激によした報告があるものの，げっ歯類を用いた研究で報告さるマカクザルの上肢の運動の誘発の成功例について紹れているような上肢の運動の誘発には成功例の報告が介する。更に，特定の神経経路に遺伝子導入するために無かった。そこで，私たちはマカクザルを用いた研究に開発した逆行性の遺伝子導入法についても紹介する。

3. 感覚免疫学
丸山健太（生理研特別協力研究員・昭和大学医学部講師）(2021.8.10)
侵害刺激によって活性化される神経や受容体は皮膚・は殆ど研究されてこなかった。そこで我々は，上皮にお腸をはじめとする上皮に分布することで痛みを感知し，ける感覚系と免疫系のクロストークを理解するための生体防御の一翼を担っている。一方，病原体を認識して研究に着手した。その結果，皮膚の真菌感染によって生排除することを目的とする免疫系は上皮において発達じる炎症と骨破壊が痛覚神経によって抑制されているしているため，上皮を場とする免疫反応は感覚系に影響ことを見出した。また，痛覚神経とケラチノサイトの双を与えうる。しかし，感覚系と免疫系の研究は古来より方に真菌受容体が発現し，これらが協調しながら真菌感

独立した分野として発展を遂げており，両者の相互作用

染随伴疼痛を発生させている分子機構の全貌を解明し465

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

セミナー報告たほか，腸上皮に発現する機械刺激受容体が腸内細菌由ことを示しており，生理学と免疫学を融合させた「感覚来のリボ核酸を認識することで，腸炎や骨代謝を制御し免疫学」ともいうべき学際領域の提唱に至っている。本ている一面を明らかにしてきた。一連の成果は上皮にお講演では，生体の表面を場とする感覚免疫系の研究をつける感覚系と免疫系が多彩な分子を共有しながら互い

うじて新たな鎮痛薬・免疫調節医薬の創発を目指す我々に相互作用することで全身の生理機能を調節しているの試みを紹介したい。

4. ①ネガティブ情動の美的範疇について②舌でナトリウムを感知する化学感覚細胞とその仕組み①石津②野村

智大（関西大学文学部心理学科）

憲吾（京都府立医科大学

大学院医学系研究科

細胞生理学）(2021.8.20)

要旨無し

5. 抗てんかん作用を発揮する LGI1-ADAM22 複合体の量的制御機構の解明
横井紀彦（生理学研究所

生体膜研究部門）(2021.8.20)

多くの遺伝性疾患においては，標的蛋白質の量や機能誘引することを報告してきた。今回，LGI1-ADAM22 のがある閾値を下回ると，臨床症状が出現する。したがっ量を制御する分子機構として，ADAM22 のリン酸化依存て，疾患蛋白質の発現量と症状出現との関連性を定量的的な蛋白質間相互作用を新たに見出した。さらに，LGI1-に明らかにし，その蛋白質の発現制御機構を解明するこ

ADAM22 を様々な量で発現するマウス系統群を作製すとは，疾患治療において重要となる。本研究室では，てることで，この複合体がてんかん発症を抑える必要量をんかん原因遺伝子産物である，神経分泌蛋白質 LGI1 と明らかにした。以上の結果をもとに，ADAM22 のリン酸

膜蛋白質 ADAM22 がシナプスにおいて複合体を形成す化機構を利用することによる，てんかんの新たな治療法

ること，そして，変異による複合体の減少がてんかんをを提案し，議論したい。

6. 遠隔炎症ゲートウェイ反射とストレスゲートウェイ反射による病態制御
長谷部理絵（北海道大学遺伝子病制御研究所・講師）(2021.8.24)
ゲートウェイ反射（以下，G 反射）は組織特異的な炎シグナルが，感覚神経-脊髄介在神経-感覚神経回路を介症病態を制御する神経回路である。私たちはこれまでにして，原発とは離れた部位で炎症反応を誘導する。この重力，痛み，ストレス，電気刺激，光刺激により誘導さ遠隔炎症 G 反射では，ATP が神経伝達物質かつ炎症増悪

れる G 反射を報告している。本講演では，新たに発見し因子として作用し，Nav1.8＋感覚神経と脊髄のプロエンた「遠隔炎症 G 反射」と 2017 年に発見された「ストレケファリン陽性デコリン陽性介在神経から構成される

ス G 反射」について紹介する。遠隔炎症 G 反射は，関節神経回路が重要であった。また，ストレス G 反射では，

リウマチ，乾癬，間質性肺炎などで左右対称性に遠隔部

それ自体では何ら病態を誘導しない軽度のストレスで位に生じる炎症病態の分子機構であり，炎症局所の ATPも，血中に一定数のミエリン抗原を認識する自己反応性466

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

セミナー報告CD4+T 細胞が存在すると，視床下部室傍核交感神経が活

上部消化管炎症，心臓の機能不全，突然死が誘導される。

性化し，神経終末でノルアドレナリンが放出され，特定G 反射に関連する神経回路の活性化，経路を解明し，G血管周囲で微小炎症が誘導される。ここでも炎症により反射の人為的な制御によるヒト炎症性疾患の予防・治療

産生される ATP により視床下部背内側核・前核が活性化法を開発したい。

し，迷走神経背側運動核の活性化，副交感神経を介して

7. ウサギの初期胚と多能性幹細胞を用いた生殖系列への運命決定過程の追跡小林俊寛（行動・代謝分子解析センター遺伝子改変動物作製室）(2021.9.29)
たった 1 つの細胞である受精卵は，分裂とそれに伴う外の動物種では，そのメカニズムにも大きな違いがある

様々な細胞への運命決定を繰り返し私たちの身体を作ことが判ってきた。一方で，大型動物や非ヒト霊長類なり上げる。生殖系列への運命決定はその過程の中でも最どヒトに近い動物の発生学的な解析は実験動物ほど容も早く起こるイベントの一つで，次世代に遺伝情報をつ易ではない。そこで私たちは，実験動物の中でもヒトになぐ唯一の細胞である生殖細胞か，その他すべての体細近い初期胚の構造をとるウサギに着目した。本セミナー

胞かを選択する岐路ともいえる。哺乳類ではこれまでにでは，これまでの研究背景と共に，私たちが進めてきた

遺伝子改変の簡便性からマウスを用いてそのメカニズ

ウサギの初期胚と多能性幹細胞を使った研究を紹介しムの解明が進められてきたが，最近になって発生初期のたい。

構造が異なるマウス含む齧歯類と，ヒトを含む齧歯類以8. ゲートウェイ反射を制御する神経回路解析とニューロモデュレーション医療への応用
山﨑剛士（北海道大学遺伝子病制御研究所・特任講師）(2021.10.8)「ゲートウェイ反射」では，特定の神経回路が活性化すが形成されてミエリンを認識する自己反応性 T 細胞が脊ることで特定の血管部位に自己反応性 T 細胞の血液中か髄に侵入し，微小炎症が誘導される。また，2017 年に報ら組織への侵入口である「血管ゲート」が形成され，組告された「ストレスゲートウェイ反射」では，ストレス

織特異的な慢性炎症病態が進行する。現在までに，重力・刺激により視床下部室傍核交感神経が活性化し，神経終電気・痛み・光・ストレス・炎症の 6 つの刺激によるゲー

末でノルアドレナリンが放出され，脳の特定血管周囲でトウェイ反射が報告されている。2012 年に報告された

血管ゲートが形成される。ここでも血中のミエリンを認「重力ゲートウェイ反射」では，マウスの後肢最大の抗重識する自己反応性 T 細胞の浸潤によって微小炎症が誘発力筋であるヒラメ筋が重力刺激を受けることにより，第され，産生される ATP により視床下部背内側核・前核が5 腰椎レベルの後根神経節（L5 DRG）から投射する感覚活性化し，迷走神経背側運動核の上部消化管に分布する神経が活性化し，続いて L5 交感神経節神経細胞が活性

副交感神経の過剰な活性化から上部消化管炎症，心臓の化する。その結果，L5 背側血管周囲に分布する交感神経機能不全，突然死が誘導される。本講演では，これら 2

終末よりノルエピネフリンが分泌され，同部位の血管内つのゲートウェイ反射を中心に，血管ゲート形成及び病

皮細胞で NFkB が増幅・過剰となり，ケモカイン産生，態発現を制御する神経回路，これを標的としたニューロ

タイトジャンクション分子の発現低下から血管ゲート

モデュレーション医療の可能性について紹介する。

467

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

セミナー報告9. 時を刻む脳榎木亮介（生理学研究所

バイオフォトニクス研究部門）(2021.10.28)

私たち哺乳類では，ストップウォッチで計測する様な

約 24 時間の生理機能を調節する。視交叉上核は約２万秒単位の早いスケールの時間感覚から，一生（寿命）と個の神経細胞とそれを取り巻くグリア細胞から構成さいう二度と繰り返されない時間まで，実に様々な時間ス

れ，組織としての安定性や頑強性は多数の細胞の相互作

ケールの生物時計が存在している。私たちの全身の細胞用により生み出されると考えられている。

は時計機能を有しており，生理機能に周期的なリズムを

私はこれまで，日から週単位の長期間で撮像する為のもたらし，時刻や季節の認識や時間感覚にも重要な役割

蛍光イメージング計測法を確立し，視交叉上核の概日リを持っている。

ズム発振メカニズムの解析を行ってきた。本ランチセミ

哺乳類の約 24 時間の概日リズムの中枢は，脳深部のナーでは，概日リズムの可視化の研究の試みに加え，岡視床下部領域にある視交叉上核に局在し，脳の他の領域

崎に着任してから開始した冬眠研究のプロジェクトにや全身の末梢臓器へリズム情報を伝えることで，全身のついても紹介したい。

10. 海馬台（subiculum）の形態と機能
石原義久（シャリテ医科大学

統合神経解剖学分野Imre Vida 研究室：ドイツ・ベルリン）(2021.11.8)

海馬台（subiculum）は海馬体の主要な出力部に当たり，

結果，NOS, PCP4, VGluT2, ZnT3 などの chemical marker

記憶形成にとって重要であるとともに，病理学的にもアの分布の違いから，背側海馬台と腹側海馬台の内部構造

ルツハイマー病や癲癇との関りも深い脳部位です。しかが大きく異なっていることを見出しましたので，紹介ししながら，その細胞構築は，同じ海馬体の歯状回やアンます。さらに，現在の所属先のドイツ，シャリテ医科大

モン角と比べると不明な部分が多く，生理学的研究の妨学の Vida 教授研究室で実施したパッチクランプ記録法

げとなってきました。そこで私はこれまで免疫組織化学による海馬台の単一神経細胞染色像の形態観察結果に的手法および注入実験を用いて海馬台の詳細な領域区

ついても紹介致します。

分および神経結合について解析を進めてきました。その11. 運動学習時における大脳皮質の神経回路選択的リモデリング孫在隣（生理学研究所・脳機能計測・支援センター 電子顕微鏡室）(2021.11.8)大脳皮質は多様な情報処理を行うが，それを可能とす応すべく，その神経回路は接続を変化（リモデリング）

る根幹となるのは，多様なニューロンの織りなす複雑なさせている。学習の際にどの神経回路がリモデリングを神経回路である。これまでも神経解剖学者らが脳の神経起こしているのかを観察することで，その配線の機能的

回路地図の作成に努めてきており，現代においても詳細意義が明らかになると考えられる。

な神経回路地図の作成が進んでいる。この神経回路地図

私は現在，運動学習中の大脳皮質運動野神経回路のリは脳の構造基盤として重要であるものの，その中にあるモデリングを観察している。大脳皮質には皮質内での神

配線の 1 つ 1 つがどのような機能に貢献しているのかま

経回路と，皮質下との連絡が複雑に絡み合っているが，では不明である。特に，動物は成体となっても環境に適それらの神経回路が運動学習中にどのように変化して468

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

セミナー報告いるのかについては不明である。大脳皮質運動野には，を作成して post-hoc 免疫組織化学や光学顕微鏡・電子顕

特に高次運動皮質などからの皮質-皮質間連絡（cortico-

微鏡相関解析 （ correlated light and electron microscopy,

cortical, CC）と，運動性視床核を経由した皮質下からのCLEM）を行い，そのシナプス前終末の形態・由来を同入力（thalamo-cortical, TC）が存在する。それらは運動野定した。それにより，トップダウン性の CC 入力と皮質

錐体細胞の樹状突起にある棘突起（スパイン）にシナプ

下からの TC 入力を受けるスパインはそれぞれ異なる動スを形成する。このシナプスは学習中に出現・消失を起態を示すことが判明した。

こすことが知られており，神経回路が接続変化を起こし

本セミナーでは，このようなアプローチによって明らていることを示唆している。運動学習中のスパイン動態かになった神経回路選択的リモデリングを元に，神経回を生体 2 光子イメージングにて観察した後，固定脳標本

路地図の配線が持つ機能的意義を考察したい。

12. アストロサイト GPCR シグナリングの行動神経学的意義
長井淳（理研 CBS・チームリーダー）(2021.11.21)

This seminar will report the latest insights on astrocyte

astrocyte Gq-GPCR signaling in vivo3. Taken together, oursignaling in the adult neural circuits, by using multiple

findings show that signaling from astrocytes to neurons is

integrated

imaging,

sufficient per se to alter synapses, circuits and behavior. We

electrophysiology, opto/pharmaco-genetics, mouse behavioral

also provide new tools to study such astrocyte-neuron

tests, RNA-seq and new astrocyte manipulation tools that we

dynamics.

recently developed. First, I will describe mechanisms of bi-

References:directional neuron-astrocyte communications in the striatum

1. Nagai J et al., Hyperactivity with disrupted attention bythat lead to hyperactivity and disrupted attention via a

activation of an astrocyte synaptogenic cue. Cell 2019synaptogenic cue1. Second, I will present how astrocytes

2. Yu X and Nagai J et al., Context-specific striatal astrocyte

respond to distinct perturbations and how we can use themolecular responses are phenotypically exploitable. Neuron

molecular signaling information for phenotypic benefits in2020

approaches,

includingcalcium

neurodegenerative disease mouse models, e.g. Huntington’s

3. Nagai J et al., Specific and behaviorally consequential

disease2. Third, I will report a validation work for a new

astrocyte Gq GPCR signaling attenuation in vivo with ibARK.

effective, specific and consequential attenuation tool of

Neuron 2021

13. 橋渡し研究を目指したげっ歯類の MRI 脳機能計測
釣木澤 朋和（産業技術総合研究所 人間情報インタラクション研究部門）(2021.11.16)
近年の高磁場 MRI の発展により，ヒトだけでなくサル

酔 MRI プロトコルを確立することで，より直接的にヒト

やげっ歯類でも高分解能での fMRI 計測が可能となり，―動物間での脳機能の比較を可能にした。さらに，従来MRI を横串とした橋渡し研究が期待される。しかし，多の BOLD fMRI 以外にも神経活動やアストロサイト活動

くの小動物 MRI 研究では撮像時の動きやストレスを抑をより直接的に計測できないか，新規計測法の開発を制するために麻酔を用いているため，覚醒下のヒト fMRI行っている。

研究との比較が難しい。そこで，げっ歯類における無麻469

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

セミナー報告14. Development of the infant sensory-motor cortex during early days of human life
Vaidehi Natu（Department of Psychology, Stanford University, USA）
(2021.11.16)
Development of cortical tissue during infancy is critical for

Comparison of postnatal to prenatal transcriptomic gene

the emergence of typical brain functions in cortex. However,expression data reveals that myelination and synaptic

how cortical microstructure develops during infancy remains

processes are dominant contributors to this postnatal

unknown. We measured the longitudinal development of

microstructural tissue growth. Importantly, our findings

cortex from newborns to six-months-old infants using

propose a hypothesis that cortical myelination is a key factor inquantitative imaging of cortical microstructure. Our findings

cortical development during early infancy, which has

show that infants’ cortex undergoes profound microstructural

important implications for diagnosis of neurodevelopmental

tissue growth during the first six months of human life.

disorders and delays in infants.

15. 光操作と蛍光イメージングでひも解く海馬シナプスの動作原理
村越秀治（生理学研究所

脳機能計測・支援センター）(2021.12.15)

近年，光受容タンパク質を利用してタンパク質活性をトライ＆エラーや経験が必要で難易度が高いため進ん

光操作することにより細胞活動を操作することが可能でいなかった。最近私達は，植物の光受容タンパク質でになった（光遺伝学）。しかしながら，現在までに様々ある Phototropin 1 の光受容部位を Ca2+/カルモジュリン

な光操作ツールが開発され神経科学の分野で広く使用

依存性プロテインキナーゼ II（CaMKII）と遺伝子工学的されているものの，まだまだ発展の余地がある。例えば，に融合することで，470 nm 付近の青色光あるいは近赤外

神経細胞上では個々のシナプスは独立して動作するた（700–950 nm）の 2 光子励起によって活性化する光応答

め，単一シナプスレベルの光操作を可能にすることは神性 CaMKII（photoactivatable CaMKII: paCaMKII）の開発

経細胞の動作機構や記憶の研究にとって極めて重要なに成功した。

課題であった。しかしながらこれまで，神経細胞レベル

昼食セミナーでは，paCaMKII の紹介（Shibata et al.

（数十 µm）で光操作が可能なオプトジェネティクスツーNature Communications 2021）と共に paCaMKII のシナプ

ルの開発は進んでいたものの，シナプスのような微小領

ス可塑性研究への応用（Ueda et al. Cell Reports, accepted）

域（1 µm 以下）を操作するためのツール開発は，多くのについても紹介したい。

16. 先端光技術を駆使した細胞内ダイナミクスの可視化限界の拡張と応用
石井宏和（生理学研究所

バイオフォトニクス研究部門）(2021.12.23)

個体発生や脳機能といった生命機能の分子基盤を理方を生細胞内で観察できる蛍光偏光顕微鏡の生物応用，解するには，細胞内における分子やオルガネラ，細胞骨さらには生体深部「ナノ」イメージングを目指した二光格などの時空間ダイナミクスをありのままに，高解像度

子顕微鏡の超解像化と今後の可能性について紹介し，議で可視化することが重要である。本セミナーでは，講演論したい。

者がこれまでに取り組んできた生体分子の向きや並び470

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

セミナー報告17. 末梢 B 細胞運命決定機序
黒﨑知博（大阪大学ＷＰＩ免疫フロンティア研究センター・大阪大学感染症総合教育拠点・
理化学研究所統合生命医科学研究センター）(2022.1.28)

抗体の多様性形成に関する分子的研究の目覚ましい応が誘導され，その中で，突現変異（SHM）により，２進展に比べて，末梢 B 細胞が抗原刺激を受けて，どのよ

度目の多様性創出が生じ，affinity maturation が生じる。

うな機序で，プラズマ細胞・メモリーB 細胞へと分化す

それと同時に GC B 細胞からメモリーB 細胞及び長期生るのか，又，T 細胞のように機能的に異なるサブセット

存プラズマ細胞という，液性免疫記憶を支える２つの細が形成されるのかどうか，このような問題の解決は残念

胞コンパートメントが生成されてくる。最近，この複雑ながらあまり進んできたとは言えない状況であった。抗な GC 反応中に生じる細胞運命決定機構が明らかにされ体の多様性は，先ず，骨髄で生じる遺伝子再編成によっつつある。この点に的を絞り，最近の私たちの研究成果てもたらされるわけであるが，T 細胞とは異なり，B 細を中心に，どこまでわかりつつあるのか，又将来どのよ胞の場合，再度，末梢で抗原によって，胚中心（GC）反

うな課題が重要になるのかを議論していきたい。

18. 味覚と栄養の神経科学
中島健一朗（生理学研究所

生殖・内分泌系発達機構研究部門）(2022.2.8)

摂食はヒトを含め動物が生きていくために最も重要併せ持つという特徴がある。一方，これら様々な情報をな行動の 1 つである。しかし，近年，世界規模で過食が脳が感知する仕組みについては最近までよくわかって肥満や糖尿病を引き起こす要因として大きな問題といなかった。また，食欲を制御する神経ネットワークのなっている。また，日本など先進国では過食に加え，老研究はめざましく進んでいるものの，味や食物の好みを化に伴う食欲不振や若年性の摂食障害も顕在化してお決める脳内メカニズムについては未だ不明な点が多い

り，食と健康の関係は基礎研究のみならず社会的にも注ままとなっている。昼食セミナーではこれらの話題につ目されている。

いて筆者らの研究を中心に紹介したい。

食物は味や匂いなどの感覚成分と栄養成分の両方を

19. HCP パイプラインによる fMRI データの前処理：既存の前処理との違いに焦点を絞って山本哲也（生理学研究所

システム脳科学研究領域 心理生理学研究部門）(2022.2.14)

HCP パイプラインは，Washington University in St. Louis

括的に適用できる。研究の本質ではない前処理についてを中心とした Human Connectome Project (HCP) が開発・十分な知識を有さない研究者が，正しく前処理を行うた

提供するヒト MRI データの統合解析プラットフォーム

めに多大な労力を割かずに済む点でも非常に有益であである。この中で大きな比重を占める fMRI データの前る。一方，決められた撮像プロトコルで取得したデータ処理パイプラインは，近年のマルチバンド撮像技術の展をパイプラインに流し込みさえすれば，高度な前処理を開による高解像化や撮像高速化の結果，代償として生じ遂行できてしまうため，高度な前処理工程がブラックる画像歪みや時系列データの SN 比低下等，多くの問題ボックス化し，基本的な理解すらままならなくなる問題への対処の必要性から複雑化する前処理を容易かつ包も孕んでいる。そこで，本セミナーでは，fMRI データ解471

生理学研究所年報

第 43 巻（Dec,2022）

セミナー報告析に広く用いられている FreeSurfer や SPM との違いをGlasser MF, Coalson TS, Robinson EC et al. A multi-modal

中心に，HCP の構造画像処理と fMRI データ前処理の 2

parcellation of human cerebral cortex. Nature. 2016 Aug

つのパイプラインについて，その特色を解説する。

11;536(7615):171-178. doi: 10.1038/nature18933.
※2 つ目の論文については，本セミナーで関係するのは

参考文献

Supplementary Methods の部分のみ

Glasser MF, Sotiropoulos SN, Wilson JA et al. The minimal(https://static-content.springer.com/esm/art%3A10.1038%2

preprocessing pipelines for the Human Connectome Project.
Neuroimage. 2013 Oct 15;80:105-24.

Fnature18933/MediaObjects/41586_2016_BFnature18933_

doi: 10.1016/j.neuroimage.2013.04.127.

MOESM328_ESM.pdf)

20. マーモセット前頭前野における"population connectivity"の重要性について
渡我部昭哉（理研 CBS）
(2022.3.4)
The expansion of the prefrontal cortex (PFC) is a hallmark

projections are sparse but spread over a wide area. Theof primate brain evolution. Whereas the increase in the number

projection from each point of the PFC is thought to be aof neurons leads to the formation of more complex neural

mixture of both and can be explained by a topographic model

circuits, the burden of wiring costs becomes more severe. Herebased on the injection coordinate. Functionally, these two types

we propose a model of "population connectivity" that mayof projections involve different populations of neurons with

explain the neural architecture of the enlarged cortex. In our

differential effects. The focal type is responsible for localizedgroup, we use marmosets as a primate model for a projectome

and highly efficient neurotransmission, while the spread typeanalysis of the PFC. In this study, we have succeeded inwould be effective only when neural activity is widespread andquantitatively describing the complex projection patterns of thesynchronized. Comparison with mouse data suggests that the

PFC by classifying them into two types: one is the focal type,refinement of the population connectivity may have been an

in which axon terminals are concentrated in a narrow region ofimportant factor in enabling efficient neurotransmission in thea submillimeter scale, and the other is the spread type, in which

enlarged primate cortex.

21. THIK-1 チャネル活性化に関する分子基盤
石井宏和（生理学研究所

バイオフォトニクス研究部門）(2022.3.11)

HIK-1 チャネルは 4 つの膜貫通部位と 2 つのポア領域

ること，microglia に発現し重要な役割を果たすことが報を有し，２量体を形成してカリウムチャネルとして機能告された。我々は，Gi/o 共役型受容体に加え Gq 共役型する。麻酔薬であるハロタンにより抑制され，アラキド受容体が THIK-1 チャネルを活性化することを見出し，ン酸により活性化されるという特長以外，チャネルの制

さらに，光架橋アミノ酸を用いてチャネル活性化に関わ御分子や生理的役割などは長らく不明であった。近年，る第 4 膜貫通部位のアミノ酸残基を同定した。これらの

THIK-1 チャネルが Gi/o 共役型受容体により活性化され新知見について紹介したい。

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第 43 巻（Dec,2022）

大学院特別講義

大学院特別講義1.

第 242 回（2021.5.19）※WEB 配信
演者：システム脳科学研究領域

認知行動発達機構研究部門

磯田昌岐

教授

演題：社会的脳機能の生理学的理解

2.

第 243 回（2021.6.2）※WEB 配信
演者：生体機能調節研究領域

心循環シグナル研究部門

西田基宏

教授

演題：自律神経系を介した心循環機能調節

3.

第 244 回（2021.7.7）※WEB 配信
演者：脳機能計測・支援センター

多光子顕微鏡室

村越秀治

准教授

演題：シナプス可塑性の分子イメージング

4.

第 245 回（2021.8.4）※WEB 配信
演者：基盤神経科学研究領域

バイオフォトニクス研究部門

榎木亮介

准教授

演題：生物時計と脳：生命が時を刻む仕組み

5.

第 246 回（2021.10.13）※WEB 配信
演者：システム脳科学研究領域

生体システム研究部門

南部

篤

教授

演題：大脳基底核の機能とその異常

6.

第 247 回（2021.11.17）※WEB 配信
演者：生体機能調節研究領域

心循環シグナル研究部門

西村明幸

特任准教授

演題：ミトコンドリア品質管理から読み解く心血管機能調節7.

第 248 回（2021.12.8）※WEB 配信
演者：行動・代謝分子解析センター

遺伝子改変動物作製室

平林真澄

演題：発生工学技術アラカルト

8.

第 249 回（2022.1.26）※WEB 配信
演者：分子細胞生理研究領域

生体膜研究部門深田正紀

演題：パルミトイル化サイクルによるシナプス機能制御

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教授

准教授

生理学研究所年報
発
行
編 集 者
発 行 者

2022 年 12 月 22 日
深 田 正 紀自然科学研究機構生理〒444-8585

編集協力

第４３巻

学

研

究

所

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電話〈0564〉55-7700
FAX〈0564〉52-7913
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Reveur 101
電話〈03〉3988-5656

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