はじめに生理学研究所年報第 41 巻をここに刊行し、2019（平成 31）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。2019 年度におきましても、コミュニティ研究者の皆様のご協力と、所員一同の努力によって、多数（166 件；法人化以前の約２倍）の共同研究・共同利用実験を行い、成果をあげたと思います。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。

2020 年 10 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（2019 年度）......................................................................... ⅰ
研究活動報告目次 .................................................................................. 3
分子細胞生理研究領域 ................................................................... 10
生体機能調節研究領域 ................................................................... 18
基盤神経科学研究領域 ................................................................... 25
システム脳科学研究領域 ................................................................. 34
個 別 研 究 ............................................................................ 52
研究連携センター ....................................................................... 56
脳機能計測・支援センター ............................................................... 59
行動・代謝分子解析センター .............................................................. 63
動物資源共同利用研究センター ............................................................ 67
技 術 課 ............................................................................ 71
研究発表
ａ．発 表 論 文 ........................................................................ 85
ｂ．学 会 発 表 ....................................................................... 101
一般共同研究報告 ......................................................................... 133
計画共同研究報告 ........................................................................ 161
超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告 ........................................................ 205
生体機能イメージング共同利用実験報告 .................................................... 213
研究会報告 .............................................................................. 241
国際研究集会 ............................................................................ 407
各種シンポジウム
2019(令和元)年度生理研国際シンポジウム ................................................... 437

トレーニングコース
第 30 回生理科学実験技術トレーニングコース ................................................. 445

セミナー報告 ............................................................................. 449
大学院特別講義 ........................................................................... 463

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

職員

職員（2019年度）
所

長

鍋

倉

淳

細胞生理研究部門

一（2019.4.1～）

教【分子細胞生理研究領域】

准神経機能素子研究部門

助

教

授

富

永

真

琴

授

曽我部

隆

彰

教

齋

藤

茂

授

久

保

義

弘

特任助教

DEROUICHE, Sandra

授

立

山

充

博

研

MD. RAFIQUL, Islam（～2020.3.31）

教

下

村

拓

史

〃

齋

特任助教

陳

以

珊

〃

李

〃

水

教
准

教

助

NIPS リサーチフェロー ANDRIANI, Rizki Tsari（2019.10.1～）

究

員

藤

藤

くれあ
天

邦（～2020.3.31）

拓人（2019.4.1～）

暁娜（2019.10.1～）〃

馮

ANDRIANI, Rizki Tsari（～2019.9.30）

特任研究員

岡

田

俊

昭
（2019.4.1～2019.8.31）

〃

平

〃

LIU, Chang

日本学術振興会特別研究員
宇治澤知代（2019.4.1～）

内

特別共同利用研究員 笹沙知子（2019.8.1～）

大学院生

技術支援員

澤

藤

輝

一

知津江

生体膜研究部門

島

大学院生

馮

暁

娜（～2019.9.30）

香

梅

授

深

田

正

紀

〃

邓

授

深

田

優

子

〃

NGUYEN, Thi Hong Dung

教

横

井

紀

彦

〃

DEVECI, Aykut（～2019.10.1）

特任助教

宮

崎

裕

理（2019.4.1～）〃

LEI, Jing（～2019.10.1）

総研大生

江

川

孝

彦（2019.4.1～）

技術支援員

福

岡

慶

子

技術支援員

鈴

木

由

美

〃

重

本

久

実（～2019.5.31）

〃

渡

邊

聖

愛

〃

橋

本

照

美

〃

古

川

佐千子

〃

岡

田

俊

昭（2019.9.1～）

〃

原

事務支援員

伊

藤

嘉

美

教
准

教

助

早

苗（2020.3.1～）

神経発達・再生機構研究部門
客員教授

澤

本

和

心循環シグナル研究部門
延【生体機能調節研究領域】

授

西

田

基

宏

助

教

冨

田

拓

郎（～2019.4.30）

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 弘細胞構造研究部門
教

教

幹

夫

大学院生

小

田

紗矢香

裕

士

〃

下

田

翔

谷

哲

久

技術支援員

藤

森

仁

美

原

太

一（～2020.3.31）

事務支援員

中

西

綾

乃（～2020.3.31）

授

古

授

泉

教

大

特任助教

菅

大学院生

NGUYEN, Thanh Phong

生殖・内分泌系発達機構研究部門

技術支援員

渡

邊

美

香

教

〃

古

瀬

京

子

准

〃

今

井

篤

子（～2019.7.31）

助

〃

服

部

宣

子（～2019.7.31）

准

教

助

瀬

授

箕

越

靖

授

中

島

健一朗

教

近

藤

邦

生

特任助教

菊

地

晶

裕

教

NIPS リサーチフェロー 傳i

彦欧（2019.4.7～）

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

職員

特任研究員

CHEUNG, Dennis Lawrence（2019.11.1～）

RASHID, Misbah

特別訪問研究員

中村

RATTANAJEARAKUL, Nawarat（2019.10.1～）

特別共同利用研究員 佐

藤

大学院生

春

若

航一路（～2020.3.31）

技術支援員

林

技術支援員

大

場

多津子

〃

佐

藤

香

〃

市

橋

結

貴

〃

藤

原

香菜子（～2019.8.31）

〃

石

田

順

子

〃

乙

部

晶

〃

小

林

知

子

事務支援員

小

林

文

絵

〃

永

田

みづほ

特別協力研究員

堀

尾

修

平

特別訪問研究員田中

義将（～2019.9.30）

大学院生
〃

めぐみ
織

代（2019.12.2～）

超微形態研究部門
客員教授

大

野

伸

彦（2019.4.1～）

佳代（～2020.3.31）
彩視覚情報処理研究部門【基盤神経科学研究領域】

教

授

吉

村

由美子

大脳神経回路論研究部門

助

教

石

川

理

子（～2019.5.31）

健

二

教
准

教

助

〃

林

之

特任助教

木

村

梨

絵

岳

〃

米

田

泰

輔

大学院生

山

本

真理子

〃

唐

木

智

充

嘉

豪

授

川

口

泰

雄（～2020.3.31）

授

窪

田

芳

教

大

塚

森

島

〃

美絵子（～2020.3.31）

NIPS リサーチフェロー AGAHARI, Fransiscus Adrian（～2020.3.31）
研

究

員

〃

〃

呉

ALSAYED, Alsayed Abdelhamid
Mohamed（～2019.6.30）

技術支援員

石

神

久美子

〃

大

村

幸

恵

AHMED, Mohammed Youssef Saleh（2019.9.16～2020.2.29）

事務支援員

比

賀

昌

子

バイオフォトニクス研究部門

日本学術振興会特別研究員
孫在隣（～2020.3.31）

大学院生

任

翔

壎（～2020.3.31）

技術支援員

犬

〃

北

〃

兵

藤

智栄美

〃

渡

邉

晴

子

〃

江

川

尚

美

〃

市

川

裕

美

淳

一

塚

教

根

本

知

己（2019.10.1～）

授

榎

木

亮

介（2019.9.1～）

教

大

友

康

平（2019.12.1～）

特任助教

堤

元

佐（2019.10.1～）

〃

石

井

宏

和（2019.10.1～）

特別共同利用研究員 山口和志（2019.11.1～）

准

子

〃

安

宅

光

倫（2019.11.1～）

〃

高

橋

泰

伽（2019.11.1～）

〃

廣

蒼

太（2019.11.1～）

〃

中

田

開

人（2019.11.1～）

技術支援員

土

屋

加

奈（2019.11.1～）

生体恒常性発達研究部門
教授（併任） 鍋

倉

授

鳴

島

特任准教授

揚

妻

助

教

江

藤

圭（～2020.3.31）

特任助教

堀

内

浩

研

竹

田

准

教

究
〃

員

円
正

育

和

教

助

小百合
啓

授

【システム脳科学研究領域】
認知行動発達機構研究部門
教子（～2020.3.31）

CHEUNG, Dennis Lawrence（～2019.10.31）

授

磯

特任准教授

郷

〃

戸
吉

助

ii

教

田

昌

岐

康

広

松

彩

花

田

正

俊（～2019.12.31）

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

職員

平

特任助教

菅

原

厚

〃

中

川

恵

理

明

子

〃

山

本

哲

也（2019.10.1～）

居

桂

陽

NIPS リサーチフェロー 濱

野

友

希

柴

田

あゆみ

研

山

本

哲

也（～2019.9.30）

〃

山

西

ユ

ミ

〃

宮

田

紘

平（～2019.8.31）

技術支援員

高

田

和

子

大学院生

吉

本

隆

明

〃

城

地

智

子

〃

丸

山

修

紀

〃

南

條

啓

孝

篤

〃

小

山

雄太郎

助

教

二

宮

則

武

NIPS リサーチフェロー 植

松

大学院生

新

特任専門員

〃

太

生体システム研究部門

究員

翔（～2019.9.30）

教

授

南

部

助

教

畑

中

伸

彦

特任専門員

木

村

玲

子

〃

知

見

聡

美

技術支援員

竹

中

邦

子

〃

佐

野

裕

美

〃

岩

瀬

恵

NIPS リサーチフェロー DWI WAHYU, Indriani
研

究

員

纐

纈

大

輔

【個 別 研 究】

拓

個別研究（大橋研究室）

〃

長谷川

〃

西

真
（2019.4.1～2020.3.31）

助〃

WONGMASSANG, Woranan（2019.10.1～）

助〃

POLYAKOVA, Zlata（2019.10.1～）

條

琢

田

里

WONGMASSANG, Woranan（～2019.9.30）〃

POLYAKOVA, Zlata（～2019.9.30）〃

NONDHALEE, Pimpimon

技術支援員

磯

谷

ひとみ

〃

粟

村

香奈子

〃

鈴

木

規

子

〃

宮

本

香

奈

授

北

城

圭

一

助

教

上

原

一

将（2019.5.1～）

〃

岡

崎

由

香（2019.7.1～）

特任助教

横

山

技術支援員

佐

藤

授

定

規

准

授

福

永

雅

喜

教

小

池

耕

彦

郷

田

直

一（2019.4.1～）

〃

毛

山

佐

センター長（併任） 久利

達磨（～2020.3.31）

肩

葉

子

竹

伸一郎

保

義

弘

西

尾

亜希子（2019.4.1～）

客員教授

狩

野

方

伸

〃

高

田

昌

彦

特任准教授（併任） 丸

山めぐみ

共同利用研究推進室
特任助教（併任）

学術研究支援室

特任専門員

林

愛

事務支援員

土

井

優

授（併任） 南部

篤

NBR事業推進室
教

流動連携研究室

弘

LE BIHAN, Denis

助

教

事務支援員
藤

人

【研究連携センター】

子（2019.6.16～）

客員教授
教

教

助

心理生理学研究部門
教正

個別研究（佐竹研究室）

寛（2019.8.1～）
明教

助

神経ダイナミクス研究部門
教

橋

個別研究（山肩研究室）

美（2019.4.1～）

大学院生

大

個別研究（毛利研究室）

日本学術振興会特別研究員
菊教

国際連携研究室

iii

岡

本

友

紀

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

職員【脳機能計測・支援センター】【行動・代謝分子解析センター】

センター長（併任） 磯センター長（併任） 富田昌

岐（2019.4.1～）

形態情報解析室

永真琴（2019.4.1～）

ウイルスベクター開発室

准

教

授

村

田

和

義

教授（併任）

南

部

研

究

員

富

田

雅

人（～2020.3.31）

准

授

小

林

憲

太

〃

香

山

容

子

技術支援員

影

山

梨

衣

〃

向中野

信

一

遺伝子改変動物作製室〃

BURTON-SMITH, Ray（2019.4.1～）

准

大学院生

角

田

助

〃

千

原

あかね（2019.4.1～）

研

〃

渡

邊

凌

人（2019.4.1～）

特別共同利用研究員 長 江 麻佑子（2019.4.1～）

技術支援員

山

田

幸

子

〃

加

藤

三津子（～2019.8.31）

事務支援員

河

口

美

潤

教

教

究

授

平

林

真

澄

教

小

林

俊

寛

員

及

川

真

実（2019.4.1～）

〃

岩

月

研

祐（2019.8.1～）

技術支援員

山

内

恵

子

〃

橋

本

〃

吉

田

史

香

授（併任） 箕

越

靖

彦

江

多光子顕微鏡室
授

村

越

秀

治

代謝生理解析室

博士研究員

柴

田

明

裕

教

技術支援員

恩

田

麻

紀

〃

佐

藤

愛

子

准

教

准

恵（～2019.11.30）【情報処理発信センター】

電子顕微鏡室教

篤センター長（併任） 深

田

正

紀

永

真

琴

アーカイブ室授（併任） 古

瀬

幹

夫

教

授（併任） 村

田

和

義

〃

（併任） 窪田芳

之

医学生理学教育開発室

到

宖

教

特任助教

宋

技術支援員

松

本

真

実
（2019.8.1～2020.3.31）

ネットワーク管理室

〃

今

井

篤

子（2019.8.1～）【安全衛生管理室】

〃

服

部

宣

子（2019.8.1～）

教授（併任） 定

藤

規

弘

添

淳

一

授（併任） 富授（併任） 川口泰

生体機能情報解析室
教
准

教

授

近

研

究

員

PHAM, Quang Trung雄（2019.4.1～2020.3.31）【研究力強化戦略室】
教

紀授（併任） 南部

篤（2019.4.1～）〃（併任） 久

保

義

弘

技術支援員

丹

羽

開

〃

石

崎

龍之介（～2019.8.30）〃（併任） 深

田

正

紀

〃

加

藤

征

広（～2020.3.18）〃（併任） 箕

越

靖

彦

〃

畔

栁

伊

吹（2019.5.16～）

授（併任） 吉

村

由美子

〃

松

倉

柊

平
（2019.7.1～2019.9.15）

特任教授

浦

野

徹

特任准教授

丸

山

めぐみ

〃

石

黒

太

志（2019.8.1～）

特任助教

西

尾

亜希子（2019.4.1～）

〃

西

山

翔

太（2019.9.1～）

特任専門員

内

山

千保美

〃

成

田

泰

基（2019.9.1～）

〃

岡

安

友

美

事務支援員

安

井

亜

紀

教

iv

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

事務支援員

太

田

職員

美穂子（2019.4.1～）

主

任

石

原

博

係

員

加

納

雄一朗（2019.4.1～）

平

山

祐

【動物資源共同利用研究センター】
センター長（併任） 箕越

特 任 教 授（併任） 浦

野

助

靖

振

〃

美

哉（2020.3.1～）

彦

基盤神経科学研究領域 技術係

徹

係

長

山

口

吉

主

任

髙

木

登

教

王

技術支援員

水

野

みどり

システム脳科学研究領域 技術係

〃

松

永

ゆう子

係

長

佐

藤

茂

基（2019.4.1～）

〃

不

退

久

恵

主

任

髙

橋

直

樹

〃

岩

瀬

悦

子

研究施設技術班

〃

小

林

明

子

班

吉

村

伸

明

〃

浦

川

裕

乃

研究連携 技術係

〃

本

多

千

佳

係

吉

友

美

樹

事務支援員

水

谷

絵里子（～2019.5.31）

脳機能計測･支援 技術係

〃

重

本

久

係

長

伊

藤

嘉

邦

主

任

山

田

美（2019.7.1～）

長

長

正

浩

元

【動物実験コーディネータ室】

情報処理･発信

研

到

主

任

村

田

安

琴（～2019.6.30）

係

員

稲

垣

茉利子（2019.4.1～）

究

員

山

根

事務支援員

内

藤

真

〃

松

倉

さゆり（2019.11.5～）

技術係
永

動物実験 技術係【生命創成探究センター】（生理学研究所関連）

係

長

廣

江

猛

主

任

窪

田

美津子

係

員

神

谷

絵

山

中

創成研究領域〃美緑

行動･代謝分子解析 技術係

温度生物学研究グループ
細胞生理研究部門（兼務）

係

長

齊

藤

（ i 頁の細胞生理研究部門を参照）

主

任

三

寳

誠

田

治（2019.4.1～）

心循環ダイナミズム創発研究グループ

久美子（～2019.9.30）

研究基盤 技術係

心循環シグナル研究部門（兼務）

係

長

永

（ i 頁の心循環シグナル研究部門を参照）

主

任

森

将

浩

研究力強化戦略室

【技

術

課

長

課】
大河原

浩

研究領域技術班課長補佐（班長）

特任専門員

内

山

千保美

特任専門員

岡

安

友

美

技術支援員・事務支援員
戸

川

森

雄

分子細胞生理研究系 技術係

技術支援員

粟

村

香奈子

〃

石

神

久美子

係

長

佐

治

俊

幸

〃

磯

谷

ひとみ

主

任

山

本

友

美

〃

市

川

修

係

員

稲

橋

宏

樹

〃

犬

塚

小百合

〃

岩

瀬

悦

生体機能調節研究領域 技術係

〃

岩

瀬

係

〃

浦

川

長

福

田

直

美（2019.4.1～）

v

子
恵

裕

乃

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

職員

技術支援員

松

永

ゆう子

多津子

〃

水

野

みどり

原

正

〃

山

田

幸

子

加

藤

三津子（～2019.9.30）

〃

渡

邊

美

香

〃

小

林

明

子

事務支援員

小

澤

祐

子

〃

佐

藤

明

子（2019.6.16～）

〃

小

林

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城

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子

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〃

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美

〃

佐

藤

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子（～2019.6.15）

〃

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奈（2019.11.1～）

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実（2019.7.1～）

〃

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藤

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〃

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子（～2019.4.30）

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

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 ·············································································· 10
概 要
ATP 受容体チャネル P2X2 の膜電位と ATP に依存する構造変化の光学的手法による検出（Rizki Tsari Andriani，久保義弘）
2 ポア型カリウムチャネル THIK-2 の G タンパク質共役型受容体による活性化（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，久保義弘）
非鎮静性抗ヒスタミン薬による GIRK チャネルの活性阻害機構の解明（陳 以珊（I-ShanChen），劉 暢（ChangLiu），立山充博，久保義弘，Izhar Karbat，Eitan Reuveny，上杉志成）
Voltage Clamp Fluorometry 法を用いた Two-pore Na+ channel 3（TPC3）の膜電位依存性制御機構の解析（平澤輝一，下村拓史，久保義弘）
多機能タンパク質 Sigma-1 受容体の，イオンチャネルに対する作用の解析（劉 暢（ChangLiu），陳 以珊（I-ShanChen），山本友美，久保義弘，Ruth Murrell-Lagnado）

生体膜研究部門 ···················································································· 13
概 要ADAM22 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）
ADAM22 と PSD-95 の結合の生理的意義の解明（深田優子，平野瑶子，稲橋宏樹，深田正紀）
LGI ファミリー蛋白質の生化学的な機能分類（宮崎裕理，深田優子，深田正紀）
PSD-95 の脱パルミトイル化酵素 ABHD17 の性状解析（江川孝彦，宮﨑裕理，深田優子，深田正紀）
HIV-1 の感染受容体 CCR5 のパルミトイル化修飾/阻害機構の解明（Franck Perez，深田優子，深田正紀）
Peroxiredoxin-5 の脱パルミトイル化酵素，ABHD10 の同定（Bryan C Dickinson，深田優子，深田正紀）
DKK1 受容体 CKAP4 と LRP6 のパルミトイル化による局在制御機構の解明（菊池 章，深田優子，深田正紀）
自己免疫性辺縁系脳炎の患者に由来する抗 LGI1 モノクローナル抗体の評価（Harald Prüss，深田優子，深田正紀）

神経発達・再生機構研究部門 ········································································ 16
概 要
成体脳内における新生ニューロンの高速移動を制御する超微細構造の解析（松本真実，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 ·················································································· 18
概 要上皮バリアの構築機構の解析（大谷哲久，古瀬幹夫）

3

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告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）
ショウジョウバエ腸管の恒常性における上皮細胞間隙バリアの役割（泉 裕士，古瀬幹夫）
神経組織におけるトリセルラータイトジャンクションの役割（菅原太一，加納雄一朗，古瀬幹夫，三寳 誠，後藤哲平，平林真澄）

細胞生理研究部門 ·················································································· 19
概 要
生息環境と連動した温度センサー分子の機能変化の解明（齋藤 茂，富永真琴）
熱帯の蚊と温帯の蚊の TRPA1 の遺伝子クローニングと機能解析（Tianbang Li，齋藤くれあ，齋藤 茂，富永真琴）
新規 TRPM3 バリアントの同定と機能解析（福田直美，富永真琴）

心循環シグナル研究部門 ············································································ 21
概 要
微量の環境化学物質曝露によるミトコンドリア過剰分裂と心疾患リスク増加の分子機構（西村明幸，下田 翔，田中智弘，西田基宏）
イブジラストによる TRPC3-Nox2 複合体形成阻害を介した筋萎縮抑制（冨田拓郎，田中智弘，西田基宏，西山和宏）
栄養飢餓による心筋萎縮の分子メカニズム（田中智弘，小田紗矢香，西田基宏，Suhaini Sudi，Caroline Sunggip）
TRPC6 チャネルによる平滑筋細胞の表現型調節機構（冨田拓郎，西田基宏）

生殖・内分泌系発達機構研究部門 ···································································· 23
概 要
甘味およびそれに伴う心地よさを選択的に伝える神経細胞の同定（傅 欧，近藤邦生，箕越靖彦，中島健一朗，岩井優，三坂

空腹に伴い味覚を調節する神経ネットワークの発見（傅 欧，箕越靖彦，中島健一朗，石川理子，吉村由美子，岩井東原和成，三坂 巧）

巧）
優，成川真隆，石井健太郎，村田健，

超微形態研究部門 ·················································································· 24
概 要
細胞小器官の動態の制御メカニズムとその役割（大野伸彦）
髄鞘形成・機能・疾患の構造化と制御（大野伸彦）

基盤神経科学研究領域
大脳神経回路論研究部門 ············································································ 25
概 要
ラットの前頭皮質における視床前腹側核（VA）由来神経終末のシナプスターゲット構造（窪田芳之，畑田小百合，江川尚美，北 啓子，市川裕美，孫 在隣，川口泰雄，倉本恵梨子）
皮質運動野におけるオシレーション活動（大塚 岳，川口泰雄）
前頭皮質のソマトスタチン細胞への興奮性入力様式（森島美絵子，川口泰雄）
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）
前頭皮質 5 層錐体細胞の 1 層投射多様性（任 翔壎，森島美絵子，川口泰雄）

4

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告生体恒常性発達研究部門 ············································································ 27
概 要
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（春若航一郎，堀内 浩、揚妻正和，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，金 善光，江藤 圭，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ー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 ·············································································· 28
概 要
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）
視知覚・運動連関に関する一次視覚野の神経活動（木村梨絵，吉村由美子）
視覚皮質における細胞タイプ特異的な神経回路形成のダイナミクス（米田泰輔，吉村由美子）

バイオフォトニクス研究部門 ········································································ 30
概 要
概日リズム中枢を司る神経回路の光イメージング解析（榎木亮介，廣 蒼太，根本知己，金小林憲太）

尚宏，深田吉孝，本間研一，本間さと，江川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，石井宏和，堤 元佐，榎木亮介，根本知己，村田中村咲耶，泉 正範，上原亮太，木村 暁，木村幸太郎，中山博史）

潔，繁富（栗林）香織，隆，長谷部光泰，

生体組織表面形状と屈折率差の補正による二光子顕微鏡の深部可視化能向上（山口和志，大友康平，堤 元佐，根本知己，小澤祐市，佐藤俊一，猪瀬朋子，雲林院宏，山本 啓，青木一洋）
高分子超薄膜の蛍光バイオイメージング応用（髙橋泰伽，大友康平，石井宏和，根本知己，揚妻正和，鍋倉淳一，張U. Valentin Nägerl）
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，根本知己，喬宏，岡村陽介，川上良介，Stéphane Bancelin，琳，有澤光弘，鈴木健之）

画像解析による新規超解像顕微鏡法 SRRF の適用条件検証（堤 元佐，根本知己）
細胞質分裂を促進する新規カタニン係留機構の解明（堤 元佐，大友康平，根本知己，佐々木武馬，小田祥久，村田隆，長谷部光泰）

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，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
橋本信幸）

誠，

システム脳科学研究領域
認知行動発達機構研究部門 ·········································································· 34
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形成の神経基盤解明（戸松彩花）
マカクザルを用いた半側空間無視動物モデルの確立（吉田正俊，福永雅喜）
統合失調症患者の静止画自由視時の視線計測データのサリエンシー計算論モデルによる解析（吉田正俊，三浦健一郎，橋本亮太）

5

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告マーモセットの静止画自由視時の視線データの計測と脳活動の計測（吉田正俊，小松三佐子，山森哲雄，兼子峰明，岡野栄之）
社会的コンテキストにおける動作情報処理の神経機構（二宮太平，則武 厚，磯田昌岐）
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）
素材の多感覚的知覚の獲得に関与する神経機構（横井 功）
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，則武 厚，磯田昌岐）

生体システム研究部門 ·············································································· 38
概 要
大脳基底核における上肢運動ストップ課題遂行中の活動調節（Zlata Polyakova，畑中伸彦，南部 篤）喪失四肢の脳内表現（Pimpimon Nondhalee，畑中伸彦，南部篤）

大脳皮質から小脳への運動情報伝達機構（知見聡美，Waranan Wongmassang，南部篤）

光遺伝学によるサル一次運動野の活性化（佐野裕美，知見聡美，小林憲太，深田優子，深田正紀，南部篤，渡邊秀典，虫明

元）

大脳皮質から線条体への 2 種類の入力経路の解明（佐野裕美，小林憲太，南部 篤，加藤成樹，小林和人）
ジストニア様症状を示す変異マウスの病態生理学的解析（佐野裕美，知見聡美，南部 篤，吉岡望，竹林浩秀，堀江正男）

ゾニサミドが L-DOPA 誘発性ジスキネジアに与える影響の解析（佐野裕美，南部 篤）
L-DOPA 誘発性ジスキネジアの病態生理学的解析（Dwi Wahyu Indriani，佐野裕美，知見聡美，長谷川

拓，南部

篤）

マーモセット前頭皮質の神経生理学的マッピング（纐纈大輔，南部 篤）
視床下核による運動制御：マカクザル視床下核の化学遺伝学的抑制による運動異常（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 ·········································································· 42
概 要
TMS-EEG 同時計測による視覚的注意のゲーティングダイナミクスの解明（岡崎由香，水野佑治，北城圭一）
反復 TMS-EEG 同時計測による脳波引き込みダイナミクスの解明（岡崎由香，中川佑美，水野佑治，花川 隆，北城圭一）
両手協調運動と大脳半球間の相互作用（上原一将，北城圭一）
てんかん発作の階層的神経ダイナミクスと情報流（横山 寛，松本理器，北野勝則，青柳富誌生，松橋眞生，菊池隆幸，國枝武治，池田昭夫，北城圭一）
線形時系列モデルのベイズ的逐次パラメタ推定による脳機能ネットワークの時系列推定（横山 寛，北城圭一）
映像酔いと脳波ダイナミクスに関する研究（Yue Wei，岡崎由香， Richard H. Y. So，Winnie C. W. Chu，北城圭一）
情報理論的アプローチによる TMS-EEG データの有向情報流の検出（Song Ye，北城圭一，北野勝則）

心理生理学研究部門 ················································································ 45
概 要
7 テスラ MR による高度脳計測基盤技術の開発（福永雅喜，定藤規弘，楊 家家，于英花，Laurentius Huber）

精神神経疾患の多施設横断的脳 MRI 研究（福永雅喜，越山太輔，岡田直大，根本清貴，Paul M. Thompson，橋本亮太）

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告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，中川恵理，角谷基文，定藤規弘）
共同注意から共感へ：Dual MRI を用いた研究（小池耕彦，田邊宏樹，中川恵理，角谷基文，定藤規弘）
視覚的特徴共有の神経基盤：Dual MRI を用いた研究（小池耕彦，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用 MRI 解析環境の開発（郷田直一，福永雅喜，定藤規弘）
腹側中脳の運動準備活動と運動出力との関連性（菅原 翔，中山義久，山本哲也，濱野友希，福永雅喜，定藤規弘，西村幸男）
最新ヒト脳機能マップとレガシーMRI データを結び付けるツールの構築に向けて（山本哲也，福永雅喜，定藤規弘）
相互模倣に関わる神経基盤（宮田紘平，小池耕彦，中川恵理，原田宗子，角谷基文，山本哲也，定藤規弘）
聴覚運動協調における予測能力に関わる神経基盤（宮田紘平，山本哲也，小池耕彦，菅原翔，福永雅喜，定藤規弘）

自己と他者の視点からの感情的状況想起に関わる神経基盤（宮田紘平，大星有美，小池耕彦，定藤規弘）
両手を使った手指系列運動学習の検討: 7 テスラ fMRI
（濱野友希，菅原 翔，福永雅喜，定藤規弘）
前頭眼窩皮質で表象される味覚体験（吉本隆明，岡崎俊太郎，角谷基文，高橋晴香，中川恵理，小池耕彦，北田中田正範，矢田俊彦，近添淳一，定藤規弘）

亮，岡本士毅，小坂浩隆，

7 テスラ MRI を用いたヒト脳内神経伝達物質の反復計測法の確立（丸山修紀，福永雅喜，定藤規弘）
社会的意思決定における 2HBT1 効果（南條啓孝，小池耕彦，宮田紘平，定藤規弘）
機能的自己符号化器による fMRI データからの認知機能の潜在ダイナミクス抽出（小山雄太郎，加藤征広，平山淳一郎，地村弘二，近添淳一，定藤規弘）

個別研究
個別研究（大橋研究室） ············································································ 52
概 要
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）

個別研究（毛利研究室） ············································································ 52
概 要
イトマキヒトデ卵母細胞の卵成熟時の膜電流変化と Ca 遊離機構の発達の研究（毛利達磨，経塚敬一郎）
エダアシクラゲの受精時電位変化と細胞内 Ca 変化（毛利達磨，出口竜一）
メダカ卵受精時の細胞内 Ca 変化の測定（毛利達磨，春見達郎）

個別研究（山肩研究室） ············································································ 54
概 要
加齢と海馬依存性記憶，カルモジュリンキナーゼ II 活性（山肩葉子，柳川右千夫，井本敬二）

個別研究（佐竹研究室） ············································································ 54
概 要エタノールの EAAT 機能亢進作用：分子的基盤の検討（佐竹伸一郎）7

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告AHC/FHM2 病態モデル Atp1a2+/-の扁桃体における抑制性シナプス伝達の増強（佐竹伸一郎，池田啓子，川上 潔）

研究連携センター･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 56
概 要

共同利用研究推進室 ················································································ 56
概 要

学術研究支援室 ···················································································· 57
概 要

NBR 事業推進室 ··················································································· 57
概 要

脳機能計測・支援センター
形態情報解析室 ···················································································· 59
概 要
新規巨大ウイルス「メドゥーサウイルス」の構造をクライオ電子顕微鏡で解析（ソンチホン，香山容子，村田和義，武村政春，望月智弘，緒方博之）
光化学系 II-集光装置超複合体の立体構造を決定（ソンチホン，村田和義，渡邉顕正，皆川

純，柳

振峰）

多光子顕微鏡室 ···················································································· 60
概 要
光応答性 CaMKII 分子の開発とシナプス可塑性研究への応用（柴田明裕，江藤 圭，恩田麻紀，佐藤愛子，大場多津子，鍋倉淳一，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）
分子間相互作用検出のための色素蛍光タンパク質の開発（村越秀治，堀内 浩，小杉貴洋，恩田麻紀，佐藤愛子，古賀信康，鍋倉淳一）

生体機能情報解析室 ················································································ 61
概 要
人工知能と神経基盤の相互参照アプローチによる視覚－価値変換機構の解明（吉本隆明，丹羽開紀，高橋春香，内山隆太郎，定藤規弘，近添淳一）
局所脳活動からの全脳活動の解読（Balbir Singh，平山淳一郎，地村弘二，山本哲也，定藤規弘，近添淳一）
Tracing the representational architecture of subjective valuation with fMRI-neural network correspondence mapping（Trung Quang Pham，Takaaki Yoshimoto，Haruki Niwa，Haruka Takahashi，Ryutaro Uchiyama，Adam K Anderson，
Norihito Sadato and Junichi Chikazoe）

行動・代謝分子解析センター
ウィルスベクター開発室 ············································································ 63
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）
線条体-黒質投射ニューロンによる運動調節機構の分子メカニズム解析（小林憲太，佐野裕美，黒田啓介，貝淵弘三，南部 篤）

遺伝子改変動物作製室 ·············································································· 64
概 要8生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告Prdm14-H2BVeunus ノックインラットを用いた始原生殖細胞の発生動態の解析（小林俊寛，平林真澄）

代謝生理解析室 ···················································································· 64
概 要Thermal gradient ring を用いた温度感受性 TRP チャネル欠損マウスの温度依存性行動の解析（笹島沙知子，宇治澤知代，富永真琴）
プリン作動性 P2Y6 受容体による心循環機能制御（津田 誠，齊藤秀俊， Caroline Sunggip，下田翔，西村明幸，田中智弘，西田基宏）

糖尿病では WWP1/KLF15 経路を介して骨格筋量が減少する（平田 悠，野村和弘，岡田裕子，細岡哲也，小川 渉，小林憲太，今村道博，武田伸一，箕越靖彦，岡本士毅）
ジストニア様症状マウスの筋電図解析（佐野裕美，知見聡美，南部篤，吉岡望，竹林浩秀，堀江正男）

動物資源共同利用研究センター ･････････････････････････････････････････････････････････････････････67
概 要
管理運営
研 究
教 育
社会貢献

技術課 ･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････71
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（旧統合生理研究部門）（永田 治，髙橋直樹）(2) 磁気共鳴装置（心理生理学研究部門）（伊藤嘉邦，岩瀬 恵）②脳機能計測･支援センター(1) 形態情報解析室（山田元，山田幸子）(2) 電子顕微鏡室（生理研・基生研共通施設）（山田 元，小原正裕）(3) 機器研究試作室（生理研・基生研共通施設）（佐治俊幸）③情報処理･発信センター(1) ネットワーク管理室（吉村伸明，村田安永，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，山中緑）

9生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

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を進め，卵母細胞，HEK293T 細胞等の遺伝子発現系にお白は，神経細胞の興奮性とその調節に重要な役割を果た

ける機能発現の再構成を行った。また，2 電極膜電位固し，脳機能を支えている。本研究部門では，これらの神定法，パッチクランプ等の電気生理学的手法，細胞内 Ca2+

経機能素子を対象として，生物物理学的興味から「そのイメージング・全反射照明下での FRET 計測・蛍光非天

精妙な分子機能のメカニズムと動的構造機能連関につ然アミノ酸を用いた膜電位固定下蛍光変化測定等の光いての研究」に取り組み，また，神経科学的興味から「各生理学的手法により，その分子機能調節と構造機能連関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解析を行った。また，生理研内外の研究室との共同研ための個体・スライスレベルでの研究」を進めている。

究により，遺伝子改変マウスの作成と行動解析，免疫組

今年度，これまでに引き続き，神経機能素子の変異体

織化学的解析，赤外分光による膜タンパク質の構造変化

やキメラ分子の作成，タンデムリピートコンストラクトの解析等も行っている。以下に，今年度実施した研究課の高効率作成，tag の付加，非天然蛍光アミノ酸の導入等

題とその内容の要約を記す。

ATP 受容体チャネル P2X2 の膜電位と ATP に依存する構造変化の光学的手法による検出
Rizki Tsari Andriani，久保義弘
ATP 受容体チャネル P2X2 は，典型的な膜電位センサ

構造解析の結果から，第 1 膜貫通部位の Phe44 が，ATPードメインが存在しないにも関わらず，膜電位依存的ゲ投与に伴って，Ala337 近傍に swing in することが明らか

ーティングを示す。本研究では，膜電位と ATP に依存すになっている。Ala337 および Phe44 を種々のアミノ酸残る動的構造変化を蛍光強度の変化として捉えることを基に置き換えた変異体の解析結果から，両者の相互作用目指した。蛍光非天然アミノ酸（Anap）を P2X2 中に取が活性化構造の安定化に重要であることが示された。以り込ませる手法を用いることにより，特異的に，高効率上の結果から，ATP 存在下での，強い局所電場内に位置に，かつ膜貫通部位や細胞内領域等も含め P2X2 中の 96

する Ala337 と Phe44 の相互作用が，膜電位依存的ゲー

カ所に，一つに一つずつ蛍光ラベルを導入し，網羅的解

ティングの分子基盤である可能性が示唆された。今後の析を行った。多くの箇所で ATP 依存性の蛍光強度の変化

方向性として，得られた Anap 変異体をさらに利用し，上が観察されたが，膜電位依存性の蛍光強度の変化は第 2記で提案した P2X2 受容体の複雑な膜電位依存的ゲーテ

膜貫通部位に位置する Ala337 もしくは Ile341 に Anap を

ィングを開始する重要な残基ペアとしての Phe44 と導入した変異体のみで観察された。

Ala337 に焦点を当てた解析を行う。Tm (transient metal ion)

Ala337Anap，Ile341Anap の示した膜電位変化に伴う蛍FRET と呼ばれる手法は，Anap を蛍光のドナー，金属イ

光強度の変化は迅速で，かつ，リニアな膜電位依存性をオンをアクセプターとして，イオンチャネルの動的構造示した。この変化は，P2X2 タンパク質の膜電位依存的構変化を解析するものである。 現在，システイン残基に結造変化というより，Ala337 近傍に局所的に強い電場が集合する Cu2+-TETAC をアクセプターとし て利用する

中していて，その膜電位そのものに従う蛍光強度変化，TmFRET 実験に適する変異体候補を同定するためのスクすなわち Anap の electrochromic effect による蛍光変化がリーニングを進めている。

観察されたものと推察された。

10

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

2 ポア型カリウムチャネル THIK-2 の G タンパク質共役型受容体による活性化
立山充博，久保義弘
THIK-2 は 4 つの膜貫通部位と 2 つのポア領域を有す

録されなかった。そこで，リテンションシグナルを有するカリウムチャネルであり，相同性の高い THIK-1 と同る細胞内 N 末端を削除したコンストラクト（ΔN-THIK-

一グループに分類されている。我々は，THIK-1 が G タ2）を用いたところ，背景電流より有意に大きい電流がみ

ンパク質共役型受容体（GPCR）である Gi/o 共役型受容られた。ΔN-THIK-2 を Gi/o 共役型受容体 mGlu2 と共発体により活性化することを報告し，さらに，Gq 共役型受現させると，受容体活性化によりカリウム電流は有意に容体によっても活性化されることを見出した。THIK-1 と増加し，この増加作用は Gi/o 阻害剤である百日咳毒素にの相同性の高さにより，THIK-2 も GPCR による活性化

より阻害された。また，Gq 共役型 M1R との共発現細胞を受ける可能性が考えられた。この点を検討するために，でも，ΔN-THIK-2 電流は M1R 刺激により増加し，この

THIK-2 と GPCR を CHO 細胞に共発現させ，全細胞パッ増加作用はホスホリパーゼ阻害剤 U73122 により消失しチクランプ法により電流を記録した。THIK-2 は細胞膜発た。これらの結果により，THIK-2 および THIK-1 が GPCR

現および基礎活性が低いことが知られており，実際，野により機能制御を受けることが明らかとなった。

生型 THIK-2 発現細胞では背景電流より大きな電流は記

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，久保義弘
Two-pore Na+ channel (TPC) は，膜電位依存性カチオン

システイン変異体に対し Cd2+を添加したところ，D511C

チャネルファミリーに共通する基本単位を同一分子中

変異体の電位依存性はさらなるシフトを示し，その程度に 2 つ有する（ドメイン I，II）という，特徴的な分子構は他のシステイン変異体と比べて有意に大きなもので造を持つ。この TPC ファミリーに属する TPC3 を研究対あった。システインは，近接した位置にある負電荷を持象として機能解析を行った。TPC3 のドメイン II におい

つアミノ酸残基とともに Cd2+の結合領域を形成するので，て，膜電位センサーの実体である S4 ヘリックスのアミ

この結果は TPC3 に内在するいずれかの負電荷を持つ残ノ酸配列は，疎水性の高い膜貫通領域であるにも関わら基と Asp511 が極めて近接していること，特に閉状態でず負電荷（Asp511）を持つなど，一般的な膜電位依存性

近接することを示している。また，Asp511 以外の残基へカチオンチャネルにはあまり見られない特徴を有する。

のシステイン導入によっても正あるいは負電位側へのドメイン II の S4 の細胞外側のアミノ酸残基をそれぞれ

膜電位依存性のシフトが観察されたが，このシステイン

システインに変異させ，膜電位依存性への影響を調べた

導入位置とシフトの関係性は，膜電位依存性カチオンチ

ところ，この Asp511 を変化させたときに顕著に膜電位

ャネルのモデルである Shaker K+チャネルでの同様の研依存性が正電位側のシフトする，すなわちチャネルが開究結果とは大きく異なるものであった。以上の結果は，きにくくなることが分かった。この結果は，膜電位感知

TPC3 の膜電位依存的活性化メカニズムのユニークさをにおける Asp511 の重要性を示唆する。さらに，一連の示唆するものである。

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

非鎮静性抗ヒスタミン薬による GIRK チャネルの活性阻害機構の解明
陳以珊（I-Shan Chen），劉 暢（Chang Liu），立山充博，久保義弘

Izhar Karbat，Eitan Reuveny（Department of Biomolecular Sciences, Weizmann Institute of Science）
上杉志成（京都大学化学研究所ケミカルバイオロジー･京都大学 iCeMS）
G タンパク質依存性カリウム（GIRK）チャネルは神経

GIRK1 のポア領域の Pore helix の中央部，イオン選択性

興奮性・心拍・膵島ホルモン分泌の調節において重要なフィルターの背後に位置する Phe137 がこの薬による活分子である。我々はこれまでに，GIRK チャネルの活性性阻害作用に重要であることが明らかとなった。さらに，に影響する複数の小分子を見出した。その中のひとつは，

GIRK1 の Phe137 に対応する GIRK2 の Ser148 の変異体

非鎮静性抗ヒスタミン薬 Terfenadine (TER) である。TERを用いた解析を行った結果，この位置のアミノ酸残基のは hERG チャネルの活性を阻害し，不整脈を誘発する可側鎖の大きさが阻害作用の効果を決めることを突き止能性があることが報告されているが，TER による GIRKめた。また，GIRK1 の Phe137 は，イオン選択性や膜電チャネルの影響に関する報告は未だない。本研究では，

位依存的活性化にも寄与すること，TER の結合と PIP2 の電気生理実験及び分子ドッキング法を用いて，非鎮静性

結合には競合が見られることが明らかになった。

抗ヒスタミン薬による GIRK チャネル活性の変化とその我々はさらに Pore helix の役割について解析を行った。

制御作用の鍵を握る部域の解析を行った。その結果，TER

その結果，Pore helix に位置する複数のアミノ酸残基かイを含む複数の非鎮静性抗ヒスタミン薬が GIRK チャネル

オン選択性と膜電位依存的活性化に寄与することが明（特に GIRK1）の電流を阻害することが明らかとなった。

らかとなった。現在，Pore helix 領域とその近辺領域の変ドッキングシミュレーション及び変異体を用いた電気異体を用い，Pore 領域の構造変化と新規制御機構の解明

生理学的解析により TER 作用部位の同定を試みた結果，に関する実験を行っている。

Voltage Clamp Fluorometry 法を用いた Two-pore Na+ channel 3（TPC3）の膜電位依存性制御機構の解析
平澤輝一，下村拓史，久保義弘
膜電位依存性カチオンチャネルは 4 番目の膜貫通ヘリ験を行った。VCF では 2nd S4 の C 末端領域(Ser527) を蛍ックス（S4）に複数の正の荷電残基を有しており，これ

光ラベルした TPC3 を解析した。これにより TPC3 電流により膜電位変化に応じた S4 の構造変化が可能になる。

と，2nd S4 の構造変化に由来する蛍光強度変化を同時に

Two-pore Na+ channel (TPC) 3 はサブユニット内に 2 つの捉えた。まず PI 存在下で VCF を行うと，膜電位変化にnd

異なる S4 を持つが，主に 2 番目の S4 (2 S4) が電位依依存した明確な蛍光強度変化を検出することができた。

存的な TPC3 の活性制御に重要である。また TPC3 はホ

続いて，PI の分解酵素を用いて PI の濃度を減少させてスホイノシチド(PI)による活性制御も受ける。本研究でVCF を行い，PI 存在下での結果と比較したところ，TPC3ndは，膜電位や PI によって 2 S4 がどのような構造変化をの示す電位依存的な蛍光強度変化が PI の濃度によって示すのかを明らかにし，TPC3 の活性制御に関する理解影響を受けることが示唆された。この結果は TPC3 の 2ndを深めることを目的とする。ツメガエル卵母細胞を発現

S4 の電位依存的な構造変化が，PI によって制御される系とした Voltage Clamp Fluorometry 法 (VCF) による実ことを示唆する。

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

多機能タンパク質 Sigma-1 受容体の，イオンチャネルに対する作用の解析
劉暢（Chang Liu），陳以珊（I-Shan Chen），山本友美，久保義弘

Ruth Murrell-Lagnado（School of Life Sciences, University of Sussex）
Sigma1 受容体（Sigma-1R）は，主として Endoplasmic

目的とする。

Reticulum 膜（ERM）のミトコンドリアと向き合った部域

まず，Sigma-1R の cRNA を注入した卵母細胞における（MAM）に局在し，ERM 上の IP3 受容体と共働して，

Sigma-1R タンパク質の発現を，免疫蛍光染色法により確

2+

ミトコンドリアと ER の間隙部位等の Ca 動態に寄与す認した。発現は，主として細胞内小器官の膜上に見られ，ること，リガンドの結合により MAM から移動し，ERM

形質膜における強い集積は見られなかった。
Sigma-1R により電流量が変わるイオンチャネルをス

上の STIM1 および形質膜（PM）上の Orai1 と共働して
2+

ER への Ca の取り込みを調節すること等が知られていクリーンする目的で，Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.4, Kv1.5,

る多機能タンパク質である。そのトポロジーについて，

Kv2.1, Kv2.2, TRPV1, Kir3.1/3.2, Kir3.1/3.4, Kir4.1 等のN 末端，C 末端ともに ER 内側に位置する 2 回膜貫通型

種々のイオンチャネル電流に対する Sigma-1R の共発現構造を有すると想定されていたが，その後，N 末端が ERの作用の，2 電極膜電位固定法による電気生理学的解析

内側に位置する 1 回膜貫通型で，大部分を占める C 末端を進めている。Kir3.1/3/2 および Kir3.1/3.4 については，は ER 外側に位置することを示唆する構造データが示さ

Sigma-1R の共発現による電流の顕著な抑制が観察されれ，未だ決着を見ていない。また，Sigma-1R は，PM 上

た。さらに，Sigma-1R のアゴニストである SKF10047，の NMDA 受容体チャネルや hERG K+チャネル等のトラ

およびアンタゴニストである BD1047 の投与によるイオ

フィッキングや機能を修飾することが報告されているンチャネル電流の変化の解析，若年性筋萎縮性側索硬化が，網羅的解析は行われていない。本研究では，アフリ症患者の家系において見られ Sigma-1R の構造安定性をカツメガエル卵母細胞を発現系として用いて，様々なイ

失わせることが知られている E102Ｑ変異体の作用の野オンチャネルに対する Sigma-1R の共発現の作用を解析

生型との比較解析も進めている。

し，またその相互作用の構造基盤を明らかにすることを生体膜研究部門【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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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

ADAM22 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
てんかんは神経細胞間の異常なシナプス伝達や，神経細作製室）との共同研究により作製したところ，この KI マ

胞の過剰興奮によって引き起こされると考えられている

ウス脳内で ADAM22 の蛋白質量が減少していることを見が，その原因は未だに不明である。我々はこれまでに，神出した。2019 年度は，この ADAM22 の減少の原因を明ら

経分泌蛋白質 LGI1 の欠損や変異によって，膜蛋白質

かにするため，ADAM22 へのリン酸化依存的な結合蛋白

ADAM22 と結合する LGI1 の量が減少すると，てんかんが質を探索した。そして，今回同定した蛋白質と ADAM22

引き起こされることを報告してきた。一方，ADAM22 のとのリン酸化依存的な結合が，ADAM22 を細胞内で安定

蛋白質量とてんかんとの関係は明らかでなかった。最近，化していることを突き止めた。さらに，ADAM22 の減少

我々はマウス脳内での ADAM22 の主要なリン酸化サイトの程度と，てんかん発症との関連性を明らかにするため，を同定した。そして，このリン酸化欠損変異体のノックイ

ADAM22 を様々な量で発現する変異体マウス群の作製を

ン（KI）マウスを平林真澄博士（生理研・遺伝子改変動物

進めた。

ADAM22 と PSD-95 の結合の生理的意義の解明
深田優子，平野瑶子，稲橋宏樹，深田正紀
これまでに，
我々はカリフォルニア大学サンフランシス

脳機能において，どのような役割を担っているかを検討しコ校の Nicoll 博士との共同研究にて，ADAM22 コンディ

た。2019 年度は 2018 年度に続いて，PSD-95 との結合能

ショナルノックアウトマウスの海馬スライスを用いた電を欠損させた ADAM22 変異マウスの表現型を生化学的，

気生理学的解析により，ADAM22 と足場蛋白質 PSD-95 の組織化学的，電気生理学的，生理学的手法等を用いて検討

結合が AMPA 受容体の機能発現に必要であることを明らした。

かにした。そこで，ADAM22 と PSD-95 の結合がマウスの

LGI ファミリー蛋白質の生化学的な機能分類
宮崎裕理，深田優子，深田正紀
てんかん原因遺伝子産物の LGI1 と同じファミリーに合親和性の違いに起因するのではないかと考え，その可属する蛋白質として LGI2，LGI3，LGI4 が知られている。

能性を検証した。また，LGI ファミリーと ADAM22 の結これら蛋白質は共通のドメイン構造を有するが，その生合に寄与するアミノ酸残基を LGI1-ADAM22 複合体の結理機能は大きく異なると推測される。実際，LGI3 は，晶構造を基に評価した。その結果，ADAM22 に対して，

LGI1 欠損マウスで見られる“てんかん発作”を救済でき

LGI1，4 が LGI12，3 よりも強く結合すること，そしてそない。そこで，本研究では，LGI 分子種の機能の違いが，の結合に関与するアミノ酸配列を LGI1，4 上に見出した。

LGI ファミリーと LGI1 の受容体である ADAM22 との結14

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

PSD-95 の脱パルミトイル化酵素 ABHD17 の性状解析
江川孝彦，宮﨑裕理，深田優子，深田正紀
足場蛋白質 PSD-95 は，興奮性シナプスのシナプス後る。最近，我々は PSD-95 脱パルミトイル化酵素として

肥厚部（post synaptic density，PSD）に濃縮し，AMPA 受

α/β-hydrolase domain-containing protein（ABHD）17A，17B，

容体や NMDA 受容体，Neuroligin など，様々なシナプス

17C を同定した。しかし，ABHD17 酵素の脳内発現，細膜タンパク質を裏打ちすることにより，シナプス伝達や胞内局在，基質特異性，活性制御機構，生理機能についシナプス形成の中核的な役割を果たす。PSD-95 が PSDては未だ不明である。本研究では ABHD17 の性状解析をに局在，濃縮するためには，パルミトイル化脂質修飾が進めるため，ABHD17 にタグを挿入したノックインマウ

必要不可欠である。パルミトイル化修飾はリン酸化修飾

スを用いて，脳内局在や相互作用分子の探索を行った。

と同様に，可逆反応であり外界刺激に依存して制御されHIV-1 の感染受容体 CCR5 のパルミトイル化修飾/阻害機構の解明
Franck Perez（キュリー研究所，仏国）
深田優子，深田正紀
フランス・キュリー研究所の Perez 博士らのグループは，分子化合物の中で，CCR5 のパルミトイル化修飾を阻害す

HIV-1（ヒト免疫不全ウイルス 1 型）の感染受容体としてるものが存在するかを検証し，cadmium chloride と zinc

機能する CCR5 タンパク質（GPCR の 1 種）の細胞内輸送

pyrithione がその阻害活性を有することを見出した。また，に関わる研究を行い，CCR5 タンパク質の輸送を阻害する

我々は CCR5 のパルミトイル化酵素をスクリーニングし，

低分子化合物を複数同定していた。一方，CCR5 の細胞膜

DHHC3 と 7 を同定し，cadmium chloride と zinc pyrithione

への輸送にはパルミトイル化修飾が必要であることが知が DHHC3 と 7 の酵素活性を抑制することを見出した。

られていた。そこで，Perez 博士の依頼を受け，上述の低（Boncompain G et al. Science Advances 2019, 5, eaax0821）

Peroxiredoxin-5 の脱パルミトイル化酵素，ABHD10 の同定
Bryan C Dickinson（シカゴ大学，米国）
深田優子，深田正紀
我々はこれまでに，哺乳動物の脱パルミトイル化酵素の結果から，ABHD タンパク質ファミリーには，これまを探索し，ABHD タンパク質ファミリーの一部（ABHD17

で脱パルミトイル化酵素活性を見出していた ABHD12，

等）に脱パルミトイル化酵素活性が存在することを報告

13，17 以外にも脱パルミトイル化酵素活性を示すものがしてきた。今回，Dickinson 博士との共同研究で，ABHD10

存在することが分かり，今後の当該分野の発展が期待でがミトコンドリアにおいて，Peroxiredoxin-5 の脱パルミきると考えられる。（Cao Y et al. Nat Chem Biol 2019, 15,

トイル化酵素として機能することを明らかにした。今回

1232–1240）

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

DKK1 受容体 CKAP4 と LRP6 のパルミトイル化による局在制御機構の解明
菊池章（大阪大学大学院医学系研究科）
深田優子，深田正紀

大阪大学の菊池章博士らは，これまでに分泌性糖蛋白質

受容体である CKAP4 と LRP6 がいずれもパルミトイル化

DKK1 と膜蛋白質 CKAP4 との複合体が，がん細胞の増殖

依存的に脂質ラフトへ局在していること，
そして DKK1 とシグナルを促進することを見出していた。また，DKK1 受

結合することで受容体が脱パルミトイル化され，脂質ラフ

容体として，LRP6 も知られていた。この CKAP4 と LRP6

トから排除されることが明らかとなった。このように，パはともにパルミトイル化修飾を受けることが知られていルミトイル化を介した DKK1 のシグナル伝達機構の一端たが，その機能的意義は明らかではなかった。今回，DKK1が示された。（Sada R et al. Sci Signaling 2019, 12, eaat9519）

自己免疫性辺縁系脳炎の患者に由来する抗 LGI1 モノクローナル抗体の評価
Harald Prüss（German Center for Neurodegenerative Diseases，独国）
深田優子，深田正紀
我々はこれまでに，神経分泌タンパク質 LGI1 に対す抗体を単離し，それらの性状解析を進めた。LGI1 モノクる自己抗体（血清）が LGI1 とその受容体 ADAM22 の結ロナール抗体は，抗原エピトープにより 2 種類に分類さ合を阻害することにより自己免疫性辺縁系脳炎を引きれ，いずれの部位に対する抗体も海馬スライスにおいて，おこすことを報告してきた。今回，Prüss 博士との共同研

神経細胞の興奮性を増加することを見出した。（Kornau

究により，患者 B 細胞から複数の LGI1 モノクロナール

HC et al. Ann Neurol 2020, 87, 405-418）

神経発達・再生機構研究部門【概要】
近年の研究で，生後の脳においても神経幹細胞が存在し，

ング（鍋倉淳一教授と共同）や連続ブロック表面走査型電恒常的に新生ニューロンやグリア細胞が産生されている

子顕微鏡を用いた新生ニューロンの微細形態解析（古瀬幹ことが明らかになった。この神経新生機構は，生理的条件

夫教授，大野伸彦客員教授と共同），再生ニューロンの電下では，脳の発達や恒常性の維持に関与する。一方，脳外気生理学的特性の解析（南部篤教授，川口泰雄教授と共同）

傷や脳梗塞などにより脳が損傷を受けると，このメカニズを実施している。本研究部門では，上記の研究を通じて，

ムが活性化して，傷害で失われたニューロンの一部を再生

生後脳におけるニューロンやグリア細胞の新生メカニズさせる。本研究部門では，マウスを用いて生後脳におけるムとその意義を解明し，様々な中枢神経系疾患に対する新

新生ニューロンやグリア細胞の産生・移動・成熟メカニズ

たな治療法の開発に貢献することを目指している。

ム

1-3および，脳傷害後のニューロン・グリア細胞の再生

1. Fujikake et al., J Neurosci (2018) 38: 4598-4609

および脳機能の回復を賦活化する操作技術の開発 4-6 を進

2. Sawada et al., EMBO J (2018) 37: e97404

めている。さらに，ゼブラフィッシュやコモンマーモセッ

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

トなど他のモデル動物におけるニューロン新生を比較し，

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

その制御機構の共通性，多様性を解析している 。これら

5. Jinnou et al., Cell Stem Cell (2018) 22: 128-137の研究において，生理学研究所の他の研究部門の協力を得

6. Kaneko et al., Science Adv (2018) 4: eaav0618

7

7. Akter et al., Cereb Cortex (2020) 30: 4092-4109て，二光子顕微鏡を用いたニューロン再生の生体イメージ

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

成体脳内における新生ニューロンの高速移動を制御する超微細構造の解析
松本真実，澤田雅人，金子奈穂子，澤本和延
成体脳の脳室下帯で産生された新生ニューロンは，おり，連続ブロック表面走査型電子顕微鏡を用いて，移動

互いに接着して鎖状の細胞塊を形成し，目的地に向かっする新生ニューロンの微細形態を 3 次元的に解析していて高速で移動する。この移動形態は，傷害脳における新る。本年度は，嗅球へと移動する新生ニューロンの移動

生ニューロンの傷害部位への移動過程でも観察される維持および移動停止過程において，一次繊毛の局在や形ことから，新生ニューロンの鎖状移動は，成体脳内を移態を明らかにした 3。また，新生ニューロン間の接着様式

動するための重要な移動様式であると考えられる。さらの微細形態を解析した。これらの結果は，新生ニューロに，新生ニューロンは目的地に到着すると適切な場所でンどうしの接着や細胞内小器官の制御が，成体脳におけ移動を停止して分化を開始する。しかし，新生ニューロ

る効率の良い細胞移動において重要であることを示唆

ンの移動維持・停止過程における接着様式や細胞内小器している。

官の微細形態および制御メカニズムは不明である。
3. Matsumoto et al., J Neurosci (2019) 39: 9967-9988

本研究では，細胞構造研究部門との計画共同研究によ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

ン再生における微小環境として血管及びミクログリア

が神経回路へ組み込まれる一方，古い嗅球ニューロンはの役割に着目し，多光子顕微鏡を用いて血流及びミクロ

細胞死により除去されており，ニューロンがターンオー

グリアの動態とニューロンの移動・再生の関係を解析しバーによって常に入れ替わることで神経回路及び嗅覚ている。本年度は，生体マウスにおいて嗅球の局所脳血機能を維持している。我々は，生体恒常性発達研究部門

流を調節する実験系を確立した。また，新生ニューロンとの計画共同研究により，多光子顕微鏡を用いた嗅球ニの再生過程において，ミクログリアによる貪食の役割を

ューロンの長期生体イメージング法を確立し，ニューロ解析した。以上の結果から，嗅球における新生ニューロン再生過程における嗅覚入力の役割を明らかにしてきンの再生過程が，血流及びミクログリアによって制御さた。しかし，ニューロン再生と周囲の微小環境との関係れることが示唆された。

およびその制御機構は不明である。本研究ではニューロ

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第 41 巻（Dec,2020）

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，二つの空間を隔て学的手法を組み合わせて研究を行っている。2019 年度は，

つつ選択的な物質輸送を行うことにより各器官の液性前年度までに見出していたこれら細胞間結合の新しい環境の恒常性を維持している。細胞構造研究部門では，機能のメカニズムを明らかにした。一つは，脊椎動物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

上皮細胞の細胞間隙の透過バリアが，従来知られていたと透過性制御のしくみを理解するために，細胞間隙におタイトジャンクションの低分子に対する透過バリアにける物質透過を制御する細胞間結合の分子構築と機能

加え，膜タンパク質 JAM-A が形成する高分子に対するの解明を進めている。研究の対象はタイトジャンクショ

透過バリアから構成されていることを示したことであン（密着結合），３つの上皮細胞の角が接する部分に形る。さらに，腸管バリア機能を支えるセプテートジャン

成されるトリセルラータイトジャンクション，腸管上皮クションが，腸幹細胞の増殖制御を介して腸管の恒常性のバリア機能をショウジョウバエモデルで研究するたを維持していることを見出した。また，個体におけるトめのセプテートジャンクションである。研究グループでリセルラータイトジャンクションの役割を解明するた

同定してきた細胞間結合の構成分子の機能解析を中心

めに，関連分子の遺伝子改変マウスの作出を進めた。

に，分子細胞生物学，遺伝学，電子顕微鏡形態学と生理

上皮バリアの構築機構の解析
大谷哲久，古瀬幹夫
クローディンファミリー分子群はタイトジャンクショ

たが，タンパク質などの高分子に対するバリアは残存してン（TJ）の構造と機能に中心的な役割を果たす膜タンパク

いた。クローディン欠損細胞からさらに JAM-A と呼ばれ質であるが，TJ を構成するクローディン以外の膜タンパ

る膜タンパク質を欠損すると高分子に対するバリアも破ク質が TJ の構造と機能における役割は十分に理解されて綻した。さらに，JAM-A は隣接する細胞同士の細胞膜をいない。培養上皮細胞として広く用いられている MDCK

近接させるのに重要であったことから，タンパク質などの細胞においてゲノム編集を用いてクローディン分子群を高分子に対するバリアは JAM-A が形成する細胞膜同士の欠損する細胞株を樹立したところ，クローディン欠損細胞

近接による分子ふるいによって構築されていることが示においては電解質などの低分子に対するバリアは破綻し唆された。（Otani et al. J. Cell Biol. 218:3372-3396, 2019）

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，様々な恒常性が保たれるのかは十分に理解されていない。私たストレスにさらされるが，その際にどのようにして上皮

ちは，タイトジャンクションの膜タンパク質であるクロ18

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

ーディンファミリー分子群と JAM-A を欠損した細胞にン・JAM-A 欠損細胞においては細胞が伸展した際に細胞おいて細胞間接着構造が不安定化することを見出した。

間接着構造が破断する様子が認められた。これらの結果

そこで，タイムラプスイメージングを用いて細胞間接着から，クローディンと JAM-A が力学的ストレスに対す構造の動態を検討した結果，正常細胞においては常に連る細胞間接着構造の安定性に重要な役割を果たすこと

続的な細胞間接着構造が保たれたのに対し，クローディが示唆された。

ショウジョウバエ腸管の恒常性における上皮細胞間隙バリアの役割
泉裕士，古瀬幹夫

腸管バリア機能は個体の生存に必須であるが，その破綻度は，この上皮細胞の腫瘍化が Ras-MAP キナーゼと Jak-が腸管恒常性にもたらす影響については不明な点が多い。

STAT 経路の過剰活性化による腸幹細胞の増殖亢進に起

これまでに私たちは，ショウジョウバエの腸管上皮をモデ因することを明らかにした。これらの結果は，ショウジョ

ルとして，細胞間隙の透過バリアを形成する細胞間結合セ

ウバエの腸管恒常性の維持において SJ がサイトカインのプテートジャンクション（SJ）の構成分子の欠損が，腸管発現をコントロールし，幹細胞と上皮細胞の挙動を適切にバリア機能の破綻のみならず上皮細胞の腫瘍化を引き起制御する役割があることを示唆する。（Izumi et al. J. Cell

こすこと, この現象に哺乳類の炎症性サイトカイン IL-6

Sci. 132(18). pii: jcs232108, 2019）に相当する Upd が関与することを明らかにした。2019 年

神経組織におけるトリセルラータイトジャンクションの役割
菅原太一，加納雄一朗，古瀬幹夫
三寳誠，後藤哲平，平林真澄（遺伝子改変動物作製室）

3 つの上皮細胞の角が接する領域には，トリセルラー

明する目的で，平林博士のグループとの共同研究によりアタイトジャンクション（tTJ）と呼ばれる細胞間結合が存

ンギュリン 3（ILDR2）遺伝子欠失マウスを 2 系統立し在する。tTJ は 3 細胞に挟まれる細胞間隙における物質

た。同マウスは，神経上皮，網膜においてアンギュリン

透過を制限することにより上皮のバリア機能に寄与す

3 の発現を失っているものの，成体まで成長することがると考えられているが，tTJ の個体における役割にはい確認されている。今後，アンギュリン 3 を発現する細胞

まだ不明な点が多い。私たちは tTJ の構成膜タンパク質におけるバリア機能の変化と病態に着目して解析を進であるアンギュリンファミリー（アンギュリン 1, 2, 3）

める予定である。

のうち，神経組織に発現するアンギュリン 3 の役割を解

細胞生理研究部門【概要】
細胞は，それを取り巻く環境の大きな変化の中で，そる臓器・組織によって細胞が受け取る環境情報は異なり，の環境情報を他のシグナルに変換し，細胞質・核や周囲

従って細胞が持っている環境情報を受信する機能も異の細胞に伝達することによって環境変化にダイナミッなる。それらセンサー蛋白質は環境の変化に応じてダイクに対応しながら生存応答を行っている。細胞が存在す

ナミックに感受性や発現等を変化させてセンシング機

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

構の変化からよりよい生存応答を導く機能を有してい

解析を通して細胞感覚の分子メカニズムの解明を目指る。これらのセンサー蛋白質は種々の化学的・物理的情している。特に，侵害刺激，温度刺激，機械刺激の受容

報を受容し，センサー間の相互作用を行い，多くは最終機構について TRP チャネルに焦点をあてて解析を進め的に核への情報統合を行う。そして，それは細胞の，組ている。また，センサーは進化の過程で環境変化に応じ織の，さらには個体の環境適応をもたらす。したがって，てその機能や発現を変化させて適応してきたと考えら

これらの細胞環境情報センサーの分子システム連関をれ，センサー蛋白質の進化解析によっていかに生物が環解明していくことは，個体適応の理解のための基本単位

境変化に適応してきたかも解析している。個体レベルでである「細胞の生存応答」を解明するうえで極めて重要の研究対象として，主にマウス・ラット・カエル・ショである。この細胞外環境情報を感知するイオンチャネル

ウジョウバエを用いている。

型のセンサー蛋白質の構造機能解析，活性化制御機構の生息環境と連動した温度センサー分子の機能変化の解明
齋藤茂，富永真琴アフリカツメガエルとネッタイツメガエルだけでなる 2 種のツメガエルの間では高温の刺激に対する反応がく，涼しい環境に適応したキタアフリカツメガエルと暖小さいことが明らかになった。この結果から，TRPA1 のかい環境に適応したミューラーツメガエルを新たに解反応特性の変化は，ツメガエルの生息地の温度環境への析に加え 4 種の間で TRPV1 を比較した。その結果，涼適応と関係していると考えられた。涼しい環境に生息すしい環境に適応したキタアフリカツメガエルだけでなる種は，高温に鋭敏に応答するために，高温センサーでく，暖かい環境に適応したミューラーツメガエルも，涼ある TRPA1 の反応性が高くなるように進化の過程で特しい環境に適応したアフリカツメガエルと同じ応答を性が変化したと推測される。

示したことから，TRPV1 の繰り返しの高温刺激に対する

1) Saito S, Saito TC, Nozawa M, Tominaga M. Elucidating the

温度応答特性の変化は生息地の温度環境とは必ずしもfunctional evolution of heat sensors among Xenopus species

連動しないことが分った。一方で，TRPA1 の高温に対す

adapted to different thermal niches by ancestral sequence

る反応を調べたところ，涼しい環境に生息する 2 種ではreconstruction. Molec. Eco. 28: 3561-3571, 2019.

高温の刺激に対する反応が大きく，暖かい環境に生息す

熱帯の蚊と温帯の蚊の TRPA1 の遺伝子クローニングと機能解析
Tianbang Li，齋藤くれあ，齋藤茂，富永真琴熱帯域を中心に生息する 3 種の蚊（ガンビエハマダラ

3 度の 2 つの温度の場所を選ばせる行動実験を行ったと

カ・ステフェンシハマダラカ・ネッタイシマカ）と温帯

ころ，アカイエカは 30 度を避けたが，ネッタイシマカは域に生息する 1 種の蚊（アカイエカ）の TRPA1 の遺伝

2 つの温度を区別しなかった。蚊は進化の過程で温度セ子クローニングを行い，機能解析を行った。いずれの蚊ンサーTRPA1 の機能を変化させて生息域の温度環境にの TRPA1 も温度刺激に感受性を示したが，熱帯域に生適応してきたと考えられる。TRPA1 は多くの動物種で侵息する蚊（ガンビエハマダラカ・ステフェンシハマダラ

害刺激（痛み感覚を引き起こす刺激）のセンサーとし

カ・ネッタイシマカ）の TRPA1 が高温で活性化する温度て機能しており，熱帯域の蚊は TRPA1 の活性化温度閾

は 28 度から 32 度で，温帯域に生息するアカイエカの値を高くして，暑い環境を不快と感じなくしてきたと想TRPA1 の約 22 度と 10 度近い差があった。蚊に 22 度と像できる。また，防虫剤として使われるシトロネラ油に20

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研究活動報告／生体機能調節研究領域

対する感受性を 4 種の蚊の TRPA1 で比較したところ，発見した。忌避剤開発につながるものと期待される。

ガンビエハマダラカとステフェンシハマダラカに比べ

1) Li T, Saito CT, Hikitsuchi T, Inoguchi Y, Mitsuishi H, Saitoて，ネッタイシマカとアカイエカは感受性が高いことがS, Tominaga M. Diverse sensitivities of TRPA1 from different

分かった。さらに，多くの化学物質を TRPA1 に作用させmosquito species to thermal and chemical stimuli. Sci. Rep.

たところ，TRPA1 の活性化させる化学物質を新たに 4 つ9(1):20200, 2019.

新規 TRPM3 バリアントの同定と機能解析
福田直美，富永真琴
温度感受性 TRPM3 チャネルは pregnenolone sulfate のよアフリカツメガエル卵母細胞を用いた解析では，TRPM3γ

うな神経ステロイド，nifedipine や clotrimazole で活性化さvariant は熱刺激にも応答したが，電流は小さかった。このれれることが知られている。TRPM3 には多くの varinat がように，マウス感覚神経で新たに発見された TRPM3

知られているが，異なる TRPM3 variant での機能比較は行

variant は総じてその活性化が小さかったが，何らかの感覚

われていない。マウス後根神経節から新たな TRPM3

機能に関わっているものと推測された。

variant subtype を遺伝子クローニングして TRPM3γ variants（福岡歯科大学 内田邦敏博士との共同研究）と命名した。マウス後根神経節では TRPM3γ の mRNA 発

1) Uchida K, Fukuta N, Yamazaki J, Tominaga M. Identification

2+

現は TRPM3α より強かった。HEK293 細胞を用いた Ca -and classification of a new TRPM3 variant (γ subtype). J.

imaging では，TRPM3γ variants は pregnenolone sulfate とPhysiol. Sci. 69 (4): 623-635, 2019.

nifedipine そに感受性を示したが，反応性は小さかった。

心循環シグナル研究部門【概要】
当部門では，筋肉の柔軟性や老化を制御する分子機構

た。また，環境中の微量金属摂取がもたらす健康被害リを病態特異的なタンパク質間相互作用の視点から明ら

スク（心疾患）の原因として，心筋ミトコンドリア過剰

かにし，それを基軸に健康長寿につながる創薬戦略の構分裂に着目し，その根底にミトコンドリア分裂促進 GTP

築を目指した研究を行っている。今年度は，国際連携共

結合タンパク質 Drp1 のシステインポリイオウ鎖の脱イ

同研究により，筋萎縮を仲介する TRPC3 チャネルタン

オウ化が Drp1-filamin 活性化複合体を形成する引き金とパク質－活性酸素生成酵素（NADPH オキシダーゼ 2：なることを見出した。

Nox2）複合体が形成される上流の分子機構を明らかにし微量の環境化学物質曝露によるミトコンドリア過剰分裂と心疾患リスク増加の分子機構
西村明幸，下田翔，田中智弘，西田基宏

普段我々が口にする食事や大気中には微量の環境親一つであり，普段我々が摂取するマグロや鯨にも微量の電子物質が含まれており，その累積によって疾患発症リ

有機水銀が含まれている。神経障害を発症しない微量のスクが増加する可能性が指摘されている。有機水銀は水

メチル水銀を飲水させたマウスに大動脈狭窄を行った

俣病の原因としてよく知られている環境親電子物質のところ，マウスの生存率が劇的に低下した。メチル水銀

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

曝露マウス心臓では，ミトコンドリアが著しく分裂して

Drp1 の GTP/GDP 交換因子である filamin との相互作用

おり，これは Drp1-filamin 相互作用阻害剤（シルニジピを増強させた。以上より，環境親電子センサーとしてのン）を投与することで抑制された。メチル水銀は Drp1 のタンパク質ポリイオウ鎖の新たな役割が示された

Cys624 のポリイオウ鎖からイオウを奪い取ることでイブジラストによる TRPC3-Nox2 複合体形成阻害を介した筋萎縮抑制
冨田拓郎，田中智弘，西田基宏
西山和宏（九州大学大学院薬学研究院）
ドキソルビシン（DOX）は様々な悪性腫瘍に有効な抗

最も強く抑制することを見出した。イブジラストはドキ腫瘍作用を示す一方で，食欲不振や吐き気，運動不足にソルビシン投与による TRPC3-Nox2 複合体形成とそれによって廃用性筋萎縮様症状も起こしうる。TRPC3 と伴う Nox2 タンパク質発現増加，酸化ストレス障害，マ

Nox2 がマクロファージに多く発現していることに着目

ウス体重量・組織重量の低下を顕著に抑制した。以上のし，Raw264.7 細胞株のドキソルビシン誘発性細胞死を指

結果は，TRPC3-Nox2 複合体が抗がん剤投与による筋組

標に，1280 種類の既承認薬の中から TRPC3-Nox2 機能共織萎縮の原因となり，薬理学的にこれを抑制することが役を抑制する化合物の探索を行った。その結果，ヒット

個体機能低下を軽減する新たな治療戦略となることをした 8 化合物のうち，イブジラスト（気管支拡張薬）が示唆している。

栄養飢餓による心筋萎縮の分子メカニズム
田中智弘，小田紗矢香，西田基宏
Suhaini Sudi，Caroline Sunggip（Sabah University，Malaysia）
筋肉の萎縮はサルコペニアやフレイルに見られる主に筋萎縮マーカータンパク質 MAFbx の発現を増加させ症状であり，その予防・治療戦略の構築が求められていることを見出した。生理的には，グルコースやアミノ酸る。ラット新生児心筋細胞に高濃度の ATP 刺激を行うと除去，低酸素ストレスによって ATP が心筋細胞から放出

心筋は萎縮する。我々は ATP が P2Y2 受容体を介してされ，遊離した ATP が P2Y2 受容体を介して TRPC3-

TRPC3-Nox2 複合体形成を誘発し，活性酸素生成依存的

Nox2 複合体形成を促進させることを明らかにした。

TRPC6 チャネルによる平滑筋細胞の表現型調節機構
冨田拓郎，西田基宏
平滑筋細胞は増殖型と収縮型の表現型を変換させる

その機序として，TRPC6 チャネルを介するカチオン流入ことで血管恒常性を維持している。脂質活性化型 TRPC6が細胞膜電位の脱分極を誘導することで，TGFβ 刺激にチャネルを欠損させた大動脈平滑筋細胞では，TGFβ 刺よる PTEN の膜局在を負に制御し，結果として Akt を介

激による筋分化が誘導されやすくなることを見出した。

する筋分化誘導が抑制されることを明らかにした。

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

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組てきた。当部門では，視床下部における生体エネルギー代

織における代謝調節機構の解明を目指して研究を行って謝の調節機構を分子レベルで解明し，その分子機構を通しいる。視床下部は，摂食行動（エネルギー摂取）とエネルて生活習慣病など様々な疾患の原因・治療法を明らかにしギー消費機構（栄養代謝）を巧みに調節することによってたいと考えている。本年度実施した主たる研究課題は次の生体エネルギーを一定に保つ重要な働きを担う。しかし，通りである。１）甘味およびそれに伴う心地よさを選択的

近年，この調節機構の異常が肥満，糖尿病，高血圧など，に伝える神経細胞の同定，２）空腹に伴い味覚を調節する

生活習慣病の発症と密接に関連することが明らかとなっ神経ネットワークの発見。

甘味およびそれに伴う心地よさを選択的に伝える神経細胞の同定
傅欧，近藤邦生，箕越靖彦，中島健一朗
岩井

優，三坂

巧（東京大学）

味覚は栄養豊富な好ましい食物を積極的に摂取し，有害

ころ，他の味に対する反応は正常だったのに対し，甘味をな成分を忌避するなど，食物の価値の判断基準として機能

ほとんど感じられなくなった。一方，装着型微小顕微鏡をする。近年，舌における味覚受容機構が解明されつつある

用いて味溶液摂取中の脳活動を計測したところ，この神経が，脳内メカニズムは不明な点が多い。そこで，本研究で細胞は甘味に選択的に応答する事が明らかになった。またはマウスをモデルに味覚情報伝達の重要な中継点である

オプトジェネティクスにより，この神経を人工的に活性化

脳幹において，味覚伝達神経の探索を行った。転写因子

すると純水でもまるで甘味溶液のように好んで摂取した。

SatB2 が脳幹の味覚伝達神経の目印であることが示唆さ

以上の結果から，SatB2 発現神経は甘味およびそれに伴う心地よさを伝えている事が示された。

れたため，ウイルス導入によりこの神経細胞を除去したと空腹に伴い味覚を調節する神経ネットワークの発見
傅欧，箕越靖彦，中島健一朗，石川理子，吉村由美子（生理学研究所視覚情報処理）岩井優，成川真隆，石井健太郎，村田健，東原和成，三坂巧（東京大学）空腹になると味の感じ方が変化することは知られてある投射先のうち外側視床下部を活性化した場合のみいるが，その原因はよくわかっていなかった。そこで本生じた。また，外側視床下部の神経も様々な脳部位に投研究では視床下部弓状核に存在し，空腹時に活性化して射していることから，各経路の機能をさらに調べた。そ摂食行動を誘導するアグーチ関連ペプチド産生神経の結果，外側中隔核投射神経は甘味嗜好性を選択的に調（AgRP 神経）がこの変化に寄与するかを検証した。

節する一方，外側手綱核投射神経は苦味感度を選択的に調節した。

空腹時のマウスは通常時よりも甘味を嗜好するのに対し，苦味には鈍くなった。そこで，オプトジェネティ

以上，空腹に伴う味覚の変化は AgRP 神経を起点に外クスにより AgRP 神経を活性化させたところ，空腹時同側視床下部を介して好きな味と嫌いな味とで別々に制様の味覚の変化が生じた。この変化は AgRP 神経の複数御されることが明らかになった。

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

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・そして疾本研究部門の研究で特に注目しているのは，神経系を患を含む，様々な生命現象における機能の裏付けとなる

構成する様々な細胞の相互作用である。神経軸索の周囲「かたち」を捉える技術を開発・改良し，その変化と分に形成される髄鞘は，神経伝導速度を向上させるだけで子メカニズム，役割の関係を理解することを目標に，研なく，軸索の生存にも重要な役割を果たす。髄鞘の形成究を行っている。その中核をなすのは電子顕微鏡をはじや異常が及ぼす形態学的・機能的変化とそのメカニズム，

めとするイメージング技術であり，特に Serial block-face

そしてそれらの制御を行うことによる治療的意義を明

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

らかにしたいと考えている。特に，細胞の中で多くの役造解析では，多くの成果をあげている。また，導電性樹割をもつミトコンドリアの動態異常は，様々な疾患の病

脂を初めて生物観察に応用するなど，SBEM の応用に資

態生理に深く関わっている。髄鞘の形成や異常におけるする技術開発を行っており，神経系だけでなく，腎臓やミトコンドリアの関与の解明とその制御技術の開発を

血管，ヒト病理組織などを対象として，国内外の多くの目指して研究を進めている。

研究者との共同研究も行っている。

細胞小器官の動態の制御メカニズムとその役割
大野伸彦
ミトコンドリアは輸送や分裂・融合などのダイナミクス

構造解析により明らかにした。その結果，慢性的な脱髄にによってその機能が調節されており，その異常は様々な疾伴ってミトコンドリアの集積と融合による体積増加が起患の病態生理に深く関わる。また，ミトコンドリアは小胞こること，同時に小胞体との接着が増強されること，そし体などと相互作用(接着)し，お互いの機能的な調節に深くて接着に関わる Mfn2 の発現増強が認められることが明ら関わる。生体内におけるこれらのオルガネラ動態と相互作かになった。さらに Mfn2 の活性に重要な MITOL の神経用の調節機構と役割は不明な点が多い。本研究では，髄鞘特異的欠損により，神経細胞内のミトコンドリアと小胞体疾患における軸索のミトコンドリアの動態の変化と，それの接着が抑制され，さらに酸化ストレスの増強が起こるこに伴う小胞体との接着の変化を，SBEM による 3 次元微細とも共同研究より明らかになった。

髄鞘形成・機能・疾患の構造化と制御
大野伸彦
神経細胞の軸索の周りに形成される髄鞘の病的な喪失

ロサイトとその細胞が形成する髄鞘の微細構造を SBEMや形成不全は，様々な疾患に関連し，また最近の研究から，を用いて 3 次元再構築することで，それらの構造的な特性

髄鞘は運動や生育環境などによって可塑的に形成・修飾さについての検討を行った。その結果，個々のオリゴデンド

れ，学習や社会行動に影響することがわかってきている。

ロサイトが髄鞘を形成する軸索や，その髄鞘の厚みには偏髄鞘の形成や異常には多くの細胞間の相互作用が関わるりが存在することが明らかになりつつある。これらの結果ことから，これらの細胞の形態学的・機能的変化，そしては，オリゴデンドロサイトが細胞単位で，白質内の特定の

その制御方法について，明らかにすることは，脳の機能を軸索を選択し，異なる構造的な特徴を持つ髄鞘を形成して理解する上で必須である。本年度は脳白質のオリゴデンド

いることを示唆している。

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第 41 巻（Dec,2020）

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
大脳神経回路論研究部門【概要】
大脳皮質の局所情報処理の特徴として，他の皮質領野路があること，さらに基底核へ投射する細胞は皮質間投および視床からの入力間の相互作用と，多様な脳部位へ射にも関わり，サブタイプごとに投射領野が異なることの出力並列性がある。私たちは前頭皮質が大脳基底核とを見つけた。これらを基に外部入出力と関連させて，前視床を介した閉ループ結合（基底核視床ループ）を作る

頭皮質機能に本質的な基本局所構造（標準回路）を抽出こと，さらにトップダウン経路の皮質間投射に強く関与する努力を続けている。本年度は視床皮質投射の標的構することから，感覚系皮質とは異なる固有の局所回路を造解析と，錐体細胞サブタイプにおける皮質間トップダ持つと考え，その錐体細胞と抑制性細胞のニューロン構

ウン投射の層選択性の違いを調べるとともに，この 2 種

成と，同定したサブタイプ間のシナプス結合法則を研究

類の入力の運動学習過程での可塑的変化の違いを検討してきた。その過程で，基底核へ投射する錐体細胞のサした。また，抑制性細胞が関与する皮質振動の運動学習

ブタイプによって，結合選択性・伝達特性が異なり，直への関与と，5 層抑制性細胞への視床・錐体細胞入力の接路・間接路に分かれる基底核の上流にも多様な機能経サブレイヤーごとの違いについても調べた。

ラットの前頭皮質における視床前腹側核（VA）由来神経終末のシナプスターゲット構造
窪田芳之，畑田小百合，江川尚美，北啓子，市川裕美，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）
ラットの視床の運動関連核（視床前腹側核(VA)）に蛍光

得し，視床－皮質神経終末のターゲットの構造解析を行っ

蛋白 GFP 標識を可能にするウイルスベクター（AAV-た。皮質 5 層の VA 神経終末のシナプス結合 48 個中 46 個

palGFP）を微量感染させ，視床－皮質神経線維を標識した。

が錐体細胞の樹状突起の棘突起，2 個が樹状突起，１層でGFP 標識された神経終末を，光顕－電顕相関法で，電顕画

は 14 個中 13 個が棘突起，1 個が樹状突起，4（2/3 層下部）

像データセットで同定するために，ランドマークとして血層では 9 個の全シナプス結合が錐体細胞の棘突起をター

管と核を蛍光標識した。前頭皮質（第 2 次運動野）を組織

ゲットにシナプス支配していることを確認した。すなわち，処理し，樹脂に包埋した後，連続電顕切片を自動でテープ

VA 神経終末のターゲットはほぼ全て（96 %）が棘突起でに 回 収 す る Automated Tape Collecting Ultramicrotome

あった。また，それらの大半のシナプス構造（神経終末や(ATUMtome) を使って，1000 枚余の連続超薄切片を作成

棘突起）はサイズが小さく，可塑的変化を起こす可能性をした。SEM 観察により大容量電顕画像データセットを獲もつシナプス構造であることを確認した。

皮質運動野におけるオシレーション活動
大塚岳，川口泰雄大脳皮質の錐体細胞は投射先に対応して分化しており，野スライス標本において，特定のサブタイプに依存して膜局所回路においてサブネットワークを形成している。錐体電位オシレーションが 5 層の細胞でみられた。回転カゴを細胞サブタイプの皮質ネットワーク活動における役割に用いた足場バーのパタン学習において，オシレーション活ついて光操作法を用いて検討した。その結果，チャネルロ

動の運動学習への寄与について検討した。一次運動野からドプシンをサブタイプ選択的に発現させたラットの運動

細胞外記録を行い，局所電場電位を解析した結果，学習中

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域にオシレーション活動が発生していた。また，特定の錐体

結果は，特定の錐体細胞サブタイプがオシレーション活動

細胞サブタイプの活動を光操作するとオシレーション活の発生に関与しており，運動学習形成に重要な役割を担っ動は影響を受け，学習形成が促進・抑制された。これらのていることを示唆する。

前頭皮質のソマトスタチン細胞への興奮性入力様式
森島美絵子，川口泰雄
前頭皮質 5 層における興奮抑制連関を理解するために，らの興奮入力について，チャネルロドプシンを発現させ錐体細胞の投射サブタイプと GABA 作動性細胞サブタ

た視床細胞軸索を光刺激して，サブレイヤー間で応答をイプ間の結合関係を解析してきた。その中で，投射サブ比較した。その結果，SOM-LTS 細胞への視床入力はサブタイプの一つである橋核投射細胞から，GABA 作動性のレイヤーによらずに弱い一方，SOM 細胞の中でも LTS

ソマトスタチン陽性（SOM）細胞の一つである LTS 細胞を出さないもので強かった。前頭皮質 5 層の SOM-LTS

への興奮性結合確率が，5 層サブレイヤー（5a，5b）の間細胞は視床入力に比べて，主に橋核投射細胞からサブレ

で異なることを見つけた。皮質外部からの興奮性入力でイヤーに依存した興奮を受けることが分かった。

ある視床軸索密度は 5a 層より 5b 層で高いため，視床か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

動物が特定の運動技能を習得する際，中枢神経系では神した。さらに免疫組織化学による詳細な形態学的解析を行

経回路の再編が行われる。大脳皮質内に存在する興奮性入ったところ，皮質－皮質間結合と視床－皮質入力とで異な力は，皮質錐体細胞由来の他に，皮質下の情報を仲介する

るシナプス動態を示していた。新しい皮質－皮質間結合は視床からの入力が存在するが，それら 2 つが運動学習中に

学習早期に一過性に出現するのに対し，新規の視床－皮質それぞれが運動学習において果たす役割については不明

入力は学習後期にかけて長く維持されることがわかった。

である。我々は第 5 層錐体細胞が蛍光標識された遺伝子改

このことから，運動学習早期の技能獲得には一過性の皮質変マウスに前肢を用いた運動学習を行わせ，同時に生体 2－皮質間結合が，獲得技能の維持には視床－皮質入力が重光子顕微鏡観察により運動皮質での新生シナプスを同定

要であることが示唆された。

前頭皮質 5 層錐体細胞の 1 層投射多様性
任翔壎，森島美絵子，川口泰雄

齧歯類 2 次運動野（M2）の 5 層錐体細胞は橋核投射細1 次運動野（M1），1 次体性感覚野（S1）の領野で観察し胞と，対側皮質に投射する終脳内投射細胞に大別される。

た。橋核投射細胞の軸索はどの領野でも 1 層に多く分布し両サブタイプとも皮質１層に軸索を送るが，その違いにつていたのに対し，終脳内投射細胞は M2 では 1 層だけでないては不明である。さらに終脳内投射細胞は発火様式，樹く 2/3 層にも分布し，M1 や S1 では１層に多く分布して状突起の形態，発現分子などからサブタイプ内で多様性がいた。これらのことから両サブタイプの１層投射様式は異あることが知られており，1 層投射様式も多様であること

なり，さらに終脳内投射細胞には投射領野・層選択性が異が予想される。そこでサブタイプ選択的に軸索終末を蛍光なるサブグループが存在する可能性が示唆された。

標識することで，軸索分布をサブタイプごとに M2 局所，

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／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はイオンイメージングセンサーのマウス生体脳内埋めた機能的神経回路に起こる再編成のメカニズムを回路込み技術の構築と脳活動の記録技術の構築について

レベルで解明することを主な目標に研究をしている。そ2014 年度から参画している。また，脳内の神経細胞・グのため，3 つのサブテーマについて研究を進めている。

リア細胞の光による高精度の 4 次元時空間制御の技術の構築について 2017 年度から参画している。

1) フェムト秒パスルレーザーを用いた多光子励起法
を利用して，マウス脳内微細構造と細胞活動の可視化技

新学術領域・研究支援基盤形成事業・先端バイオイメ

術の確立および技術向上をおこなった。これらの技術をージングに分担（2 光子顕微鏡を用いた生体イメージン

利用して，発達期や障害における大脳皮質神経回路の変グ支援）として 2016 年度から参画している。

化を検討するために，シナプスの長期変化の観察および人事として，江藤圭助教が年度末に北里大学医療衛生

その制御機構の解明，特に各種グリア細胞の関与につい

学部生理学・講師として転出した。春若航一郎（総研大て検討を行っている。

大学院生）が学位（医学博士）取得後，米国 Mayo Clinic2) 新規イメージングおよび操作技術の構築を JST・クに研究員として渡米した。

レスト研究（2 課題）の分担研究を遂行している。一つ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
春若航一郎，堀内浩，揚妻正和，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評

炎症が増悪するとミクログリアは血管内皮，および血管価をおこなうため，2 光子励起顕微鏡を用いてグリア細周囲のアストロサイトが貪食を開始し，脳血管関門の破胞と神経細胞や脳内微小血管との相互作用の生体脳内観綻を促進することが判明した。このように，精神・神経察を行った。今年度は，高確率で精神・神経症状を併発

症状を高率に併発する全身性エリトマーシスにおいて，する全身性免疫疾患である全身性エリトマーシスのモデ

脳内免疫細胞であるミクログリアの 2 面性が明らかになルマウスを用いて，脳内微小血管とミクログリア連関をった（Haruwake, et al. Nature Comm, 2019）。

検討した。ミクログリアは炎症性脳血管関門の破綻開始

ミクログリアに関しては，同細胞内におけるカルシウ

時には，血管内皮脆弱部位に集積し，その突起で微小血ム動態の時空間的解析を行っている。また，記憶・情動管を包括するとともに，脳血管関門破綻部位に侵入し，時における Prefrontal Cortex における神経回路活動の変

血液の脳内漏洩をブロックすることが判明した。一方で，化について，計算論手法を用いた解析も行っている。

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，金善光（Kyung Hee University韓国），江藤圭，鍋倉淳一慢性疼痛時における大脳皮質神経回路の再編機構を２期にわたり持続する。慢性疼痛時には，大脳皮質感覚野

光子顕微鏡や電気生理学的アプローチを駆使して行った。

細胞の活動の増強が観察された。これらから，慢性疼痛末梢感覚神経の部分傷害後に末梢感覚神経の過剰活動時における大脳皮質感覚野における回路再編による過剰と痛覚過敏が持続する。痛覚過敏形成時に限定して，大応答回路の形成が持続する慢性疼痛発症の一因である可脳皮質錐体細胞のシナプスの新生・消失が更新し，その能性が示唆される。さらに，大脳皮質神経回路再編時に

後ターンオーバー率は傷害前の値に戻るが感覚過敏は長は，アストロサイトにおける５型代謝型グルタミン酸受

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

容体の再発現によりその活動が亢進していることが判明

サイト活性化と障害末梢神経への局所麻酔薬投与によっした。これらの知見に基づいて，慢性疼痛の慢性期（維ても，痛覚過敏が長期的に除去されることが判明した。

持期）にアストロサイトを再活性化し，神経回路の可塑その脳内メカニズムの解明のため，マウス大脳皮質一次性を再度更新させ，異常痛覚を除去する試みを開始した。

体性感覚野におけるシナプスの変化の長期観察を行った。

慢性疼痛持続期に DREADD システムを用いてアスト

その結果，末梢神経損傷後，痛覚過敏発症時に形成されロサイトを活性化し，さらに障害末梢神経活動のブロッ

たシナプスが有意に消失するが判明した。この結果から，

クを組み合わせると，長期に痛覚過敏が除去されること

過剰痛覚関連回路に回路再編が起こり，痛覚過敏が除去が行動実験で確認された。さらに，臨床応用を目指して，される可能性が示唆され，研究を継続している。

慢性痛覚モデルマウスに経頭蓋電気刺激によるアストロ

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

発達期における視覚関連神経回路の再編とそれによる上丘における関連神経細胞・回路の同定と，その神経回

行動変化の解明を目的として，敵対視覚情報による防衛路の入出力特性について，行動実験および電気生理学的行動である逃避行動とフリージングの切り替えメカニズ

手法を用いて検討を開始した。

ムについて，これまで同行動との関連が報告されている

イオンイメージングセンサー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

イオンイメージングセンサーの脳内埋め込み技術の構築

学：澤田和明教授，非標識神経伝達物質イメージングセと行っており，大脳皮質内における pH の不均一性など

ンサーによる細胞活動可視化システム構築と脳機能の時の予備結果が得られつつある。

空間解析）の分担研究として，豊橋技術大学で開発した

視覚情報処理研究部門【概要】
本研究部門では，大脳皮質の情報処理の基盤となる神経踏まえた，視覚野抑制性神経結合の発達についての解析を

回路の動作特性やその発達・可塑性メカニズムを明らかに進めた。その一つとして，fast-spiking タイプの抑制性細胞することを目指して研究を行っている。具体的には，ラッと錐体細胞間のシナプス結合を調べ，その発達には抑制性

トやマウスの大脳皮質を対象として，１）大脳皮質一次視細胞上に発現する，NMDA 受容体の必須サブユニット

覚野と中心とした神経回路特性と視覚反応の対応関係，２）

GluN1 が重要であることを見出した。また，視覚弁別課題

発達期視覚野のシナプス可塑性と視覚反応可塑性メカニ

学習後にみられる，一次視覚野ニューロンの抵コントラスズム，３）シナプスの結合特異性とその発達メカニズム，

ト優位な反応の基盤となる神経回路を明らかにする研究

４）視覚誘発性の行動課題を担う大脳皮質神経活動の解析を進めた。以下に本年度に行った研究内容の中で，３テーを行っている。本年度は，抑制性ニューロンサブタイプをマについての要約を記載する。

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

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
大脳皮質一次視覚野において，Fast-spiking の発火様式

また，これらの発達変化への NMDA 受容体の関与ををもつ抑制性神経細胞（FS 細胞）と錐体細胞の神経結合検討した。NMDA 受容体の必須サブユニット GluN1 をの発達過程を明らかにするため，複数の発達段階のマウ

抑制性細胞特異的に欠損したマウスでは，双方向性結合

ス視覚野切片標本 2/3 層の FS 細胞と錐体細胞のペアかペア選択的な結合強度の増大が興奮性結合では維持さら同時ホールセル記録による結合解析を行った。FS 細胞

れたが，抑制性結合では減弱した。一方，錐体細胞特異→錐体細胞の抑制性結合および錐体細胞→FS 細胞の興的な GluN1 欠損マウスでは影響は見られなかった。抑制

奮性結合が，開眼直後から双方向に結合する細胞ペアで性細胞の GluN1 が FS 細胞-錐体細胞間の抑制性結合強度

選択的に増強することを見出した。

の調節に関与することが示唆された。

視知覚・運動連関に関する一次視覚野の神経活動
木村梨絵，吉村由美子
動物は，多少曖昧な刺激でも知覚・認知し，特定の運動ウイルスを一次視覚野と運動野に投与して，多脳領野間のを出力する。ラットに縦縞／横縞でレバーを押す／引くとい連携を解析した。視覚と運動の中間に位置して，トップダ

う課題を，低コントラストの刺激も混ぜて行わせ，一次視ウンのソースになりうる領域として前帯状皮質を同定し，

覚野深層の発火活動をマルチユニット記録した。低コント

神経活動を記録した。

ラストの視覚弁別に機能する，低コントラストで強く応答

また，縦縞／横縞でレバーを押す／引くという課題の学習する細胞を見出し，さらに，この反応性は一次視覚野内の後に，視覚と運動の関係をシフトさせた。連続的にシフト

興奮と抑制のバランスで生まれると考えられた。本年度は，させると，ランダムなシフトの時よりも，行動のシフト耐

逆行性のトレーサーとして，糖タンパク質欠損型の狂犬病性が強く観察され，再学習による柔軟性が示唆された。

視覚皮質における細胞タイプ特異的な神経回路形成のダイナミクス
米田泰輔，吉村由美子
大脳皮質の多様な細胞タイプが構成する神経回路は成のダイナミクスを検証する方法を確立した。実験プロ

情報処理の基盤である。神経回路の機能成熟には生後初

トコルの最適化により白質近傍を含む皮質全層からの期の経験が重要であることが知られているが，経験依存

機能計測が可能となった。また一次視覚野深層の細胞か的な回路形成機構の多くは依然として不明である。とりら視覚応答を計測した後に，細胞タイプマーカーを用いわけ細胞タイプに特異的な神経回路の機能形成ダイナ

た三次元染色を行い，異なる細胞タイプの視覚応答選択

ミクスについてはほとんどわかっていない。

性を評価した。

我々は慢性 2 光子カルシウムイメージング法と組織透

今後はこの方法を用いて，細胞タイプ特異的な神経回路形成のダイナミクスを明らかにする。

明化法を組み合わせる事で，複数の細胞タイプで機能形

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

バイオフォトニクス研究部門【概要】
本研究部門は，2019 年 10 月より，国立大学法人北海高速 3 次元イメージングを実現するため多点走査型二光道大学電子科学研究所光細胞生理研究部門・大学院情報子顕微鏡を開発し，共同研究に供している。これにより科学院情報科学専攻生体情報工学コースおよび北海道

細胞質分裂を促進するカタニンの係留機構に関する知大学ニコンイメージングセンターより根本知己教授，榎見を得た。また，補償光学を用いた二光子顕微鏡の深部

木亮介准教授，大友康平助教，堤元佐特任助教（ニコン

可視化能向上，高分子超薄膜の蛍光バイオイメージング

イメージングセンター），石井宏和特任助教が異動し発応用，高い二光子吸収断面積値を有する有機蛍光色素の足した。本研究部門は，先端的な光レーザー技術を駆使探索を実施した。一方，超解像イメージングについはて，した独自の非線形多光子イメージング法を開発し，非侵

二光子 STED 顕微鏡や画像解析ベースの方法論の研究開襲的な超深部・超解像のイメージングを用いて，脳・神発を独自に推進した。また，概日リズム中枢を司る神経

経回路や生体リズムなどの生理機能の創発原理やその回路の光イメージング解析を推進した。

分子基盤の理解を目指している。特に生体機能や形態の概日リズム中枢を司る神経回路の光イメージング解析
榎木亮介，廣 蒼太，根本知己
金 尚宏，深田吉孝（東京大学大学院理学系研究科），本間研一，本間さと（北海道大学大学院医学研究科）
江川 潔（北海道大学大学院医学研究科小児科学分野），繁富（栗林）香織（北海道大学高等教育推進機構）
小林憲太（行動･代謝分子解析センターウイルスベクター開発室）
哺乳類の概日リズムの中枢は，視床下部領域にある視交技術を用いて作成したマイクロパターン基盤に，物理的に

叉上核に局在し，脳の他の領域や全身の末梢臓器へリズム

孤立した単一神経細胞を培養する実験系を確立した。その情報を伝え，睡眠覚醒サイクルやホルモン分泌，体温，行結果，視交叉上核の神経細胞は単一でも安定した概日リズ

動リズムといった全身の約 24 時間の生理機能を調節する。

ムを刻むこと，またアストロサイトが神経細胞のリズムを

視交叉上核は約２万個の神経細胞とそれを取り巻くグリ

不安定化することを見出した（Hirata Y*, Enoki R *et al.,

ア細胞から構成され，ネットワーク全体としては正確でロScientific Reports, 9, 18271, 2019）。
現在は様々な遺伝子コード型プローブを発現するアデ

バストな概日リズムを示すと考えられている。
私たちはこれまでに長期間光イメージング計測法を確ノ随伴ウイルスを作成し，細胞内塩素イオンや細胞内小器

立し，視交叉上核の神経細胞における細胞内カルシウムや官のカルシウムイオン等を長期可視化する研究プロジェ

膜電位の概日リズムを報告してきた。本年度は，微細加工クトを遂行中である。

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，石井宏和，堤村田

元佐，榎木亮介，根本知己

隆，長谷部光泰（基礎生物学研究所），中村咲耶，泉上原亮太（北海道大学大学院生命科学院），木村正範（理化学研究所）
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），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ナを二光子蛍光を観察する際，その励起領域は対物レンズの集用いた高速二光子顕微鏡システムの開発に取り組んできた。

光スポットに限局されるため，検出器に共焦点ピンホール

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

体試料中の微細形態の三次元動態観察に供された。

を前置せずとも光学断層像を取得することが可能である。
一方で本システムは，ニポウディスクに配したピンホール

また，本年度は複数励起光の高速切換照射，分光検出を通過した蛍光のみを二次元検出器に結像する。共焦点効

光学系，取得データへの線形スペクトル分離法の適用に果は二光子顕微鏡像にも有効であり，構築システムは通常よる高速多チャンネル観察を実現した。本法を哺乳類おの二光子顕微鏡より 3 割程度高い光軸方向分解能を実現

よび植物培養細胞に適用し，細胞分裂の多色三次元タイする。本特徴は三次元イメージングにおいて有用性を発揮

ムラプス観察を行った。その結果，正常な細胞分裂を止することから，本年度も共同研究・共同利用を通じ，線虫，めること無く，個々の細胞内小器官の三次元的な挙動を

ゼブラフィッシュ，シロイヌナズナ，マウス等の様々な生可視化することに成功した（原著論文執筆中）。

生体組織表面形状と屈折率差の補正による二光子顕微鏡の深部可視化能向上山口和志，大友康平，堤 元佐，根本知己
小澤祐市，佐藤俊一（東北大学多元物質科学研究所）
猪瀬朋子，雲林院宏（北海道大学電子科学研究所）
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）
光学素子や試料に由来する光学収差は理想的な結像

光光路に外挿した空間光変調器により，波面の位相分布からのズレを引き起こし，しばしば光学顕微鏡観察の妨にフィードバックをかけることで，集光スポットを改善げとなる。我々はこれまでに，独自の透過型液晶技術をする。複雑な表面形状を有する生体試料の深部観察に本基盤とした補償光学法を開発し，二光子顕微鏡観察時の法を適用した結果，有意な解像度改善効果が認められた

球面収差，非点収差，コマ収差の補正を実現してきた。

（原著論文執筆中）。また一方で，光線追跡計算や波面

近年，更なる応用として，試料の表面形状と屈折率差に制御を行わない簡便な方法についての検討も行ってお由来する収差を補正する新たな方法論を考案した。まず，り，観察試料と対物レンズ浸液の屈折率差を解消するの予め測定した試料表面形状に対し，光線追跡法を適用し，みで試料の深部可視化能が向上することも見出してい集光スポットの乱れを予測する。この情報を基に，励起る（2020 年度 原著論文発表）。

高分子超薄膜の蛍光バイオイメージング応用
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）
張宏，岡村陽介（東海大学工学部応用化学科），川上良介（愛媛大学医学部）

Stéphane Bancelin，U. Valentin Nägerl（Institute for Interdisciplinary Neuroscience, University of Bordeaux）“どこにでも貼れる”というユニークな性質を有すの厚さの分だけ伸張させることに成功した。これにより，る高分子超薄膜について，顕微鏡観察試料の作成・調製

本来は 0.1 mm 程度の油浸対物レンズの作動距離をおよ法への応用を試みている。固定組織等の in vitro 試料の微そ 3 倍に伸張し，試料表層から 0.3 mm 深部における微細形態の観察には，しばしば高開口数の油浸対物レンズ

細形態の観察を可能とした（Zhang H et al., PLoS ONEが用いられるが，これらのレンズは ~ 0.2 mm 厚のカバ

15(1) e0227650, 2020）。他にも，高分子超薄膜技術を基ーガラス越しに良好な集光スポットを形成するように盤とし，マウス脳の in vivo イメージング用の超広域の観設計されている。今回，ガラスと同じ屈折率値に調整し察窓作成（原著論文投稿中），超解像イメージングにおた透明化組織切片を約 100 nm 厚の高分子超薄膜ラッピ

ける光学収差の低減（ボルドー大学共同研究）等の応用

ングすることで，対物レンズの作動距離をカバーガラス研究を展開している。

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

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，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，可視化

骨格を基に合成した色素が，高い二光子吸収断面積値を

対象を蛍光発色団で標識することが必要である。そのた有することを見出した（Avena RF et al., ACS Omega, 5(5)め，蛍光発色団を新規に創成する遺伝学，生物有機化学，

2473 - 2479 2020）。現在は，本色素をベースとした様々

材料科学等の技術貢献は重要である。我々はこれまでに，な類縁化合物を合成し，分子構造と二光子吸収断面積値

二光子顕微鏡や超解像顕微鏡観察に適した蛍光発色団の相関を精査するとともに，実用的な蛍光量子収率や高について探索を行ってきた。その探索の過程で，大阪大い誘導放出効率を両立する色素についてのスクリーニ

学大学院薬学研究科の有澤光弘教授らが発見した新規ングを実施している。

画像解析による新規超解像顕微鏡法 SRRF の適用条件検証
堤元佐，根本知己Super Resolution Radial Fluctuation (SRRF) 法は，2016 年

点顕微鏡，多点走査型共焦点顕微鏡など種々の市販蛍光にイギリスの研究グループによって報告された，画像解

顕微鏡における SRRF 法の適用最適条件の検証を行って析による新規超解像顕微鏡法である（Gustafsson et al. Nat.

おり，本手法に関して国内有数の知見を有している。本Commun. 2016, 17, 12471）。蛍光分子局在化法を基にして年度からは，低侵襲での超解像ライブイメージングに向おり，蛍光強度の空間・時間相関を解析することで，蛍けた二光子顕微鏡への SRRF 適用の検討を開始した。

光ピーク位置を決定する。既存の局在化法の 100 分の 1

2019 年 10 月には，本研究で得られた SRRF 処理像が，程度の少数の連続取得画像から，100 ナノメートル以下

国際顕微鏡画像コンテスト Nikon Small World 2019 （米の高い空間分解能の超解像顕微鏡像を構成できるのがNikon Instruments 社主催）において，Image of Distinction

特徴である。我々はこれまでに，落射蛍光顕微鏡，共焦に選出された。

細胞質分裂を促進する新規カタニン係留機構の解明
堤元佐，大友康平，根本知己

佐々木武馬，小田祥久（国立遺伝学研究所）
村田隆，長谷部光泰（基礎生物学研究所）

植物細胞の分裂は細胞板の拡大によって細胞質が仕異的に発現する微小管制御関連タンパク質として切られることで進行する。細胞板の拡大は，フラグモプ

CORD1 (Cortical Microtubule Disoredering-1) を発見し，細ラストという，数マイクロメートル長の微小管が細胞板胞壁の構造形成において重要な役割を果たすことを報形成面に対して垂直に並んだ構造によって，形成因子が告していた（Sasaki T et al. Plant Cell. 2017, 29, 3123-3139）。

細胞板辺縁部に輸送されることで誘導される。しかしな

その後，シロイヌナズナゲノムから見出された CORD1

がら，フラグモプラストにおける微小管の長さや配向ののパラログである CORD4 タンパク質についての機能検制御機構は不明であった。

討を進めた結果，同タンパク質がフラグモプラストの微小管制御に関わることが示唆された。本研究で我々は，

国立遺伝研 佐々木博士，小田博士らは以前に，植物特32

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

当部門で開発された二光子スピニングディスク共焦点ンを係留して，フラグモプラストの微小管の長さや角度顕微鏡を用いて，CORD4 および微小管を蛍光標識したを調節していることが明らかとなった。

タバコ BY-2 細胞の三次元経時観察を両博士とともに行本研究の成果は，2019 年 11 月に Current Biology 誌にった。可視化された分子の挙動を詳細に解析した結果，掲載され（Sasaki T et al. Curr. Biol. 2019, 29, 4060-4070），

CORD4 は細胞板拡大に際してフラグモプラスト微小管

遺伝研および基生研からプレスリリースが発表された。

の端に集積し，微小管切断活性をもつタンパク質カタニ

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，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

ブナノ秒ゲート高感度蛍光検出器の導入を行った。またる二光子励起顕微鏡法を応用し，神経科学をはじめとし

緑色蛍光プローブの超解像観察を念頭においた新規パ

た広範な研究分野の発展に資する高速超解像 in vivo 3D

ルスレーザー光源系の開発に着手した。さらに，焦点面

イメージング法の実現を目的とする。我々は東北大学（xy 面）だけでなく，深さ方向（z 方向）に対しても高横山教授，佐藤教授，小澤准教授と共同研究を行い，こい空間分解能を与えることで，空間的に等方な超解像 3Dれまでに半導体制御による超短パルスレーザー光の発イメージング法の実現に向けた技術開発を行った。一方，生，透過型液晶素子を用いた光波面補正といった独自の生体深部の in vivo イメージングにおいて，広範囲の３次光学技術を開発・統合した超解像二光子励起誘導放出制

元空間を高い時間分解能で可視化することは困難であ御（STED）顕微鏡を開発してきた（Ishii et al., Biomed. Opt.

る。そこで，二光子励起発生領域が軸性方向に広がった

Express 2019）。これにより，従来の二光子顕微鏡に比べ光ニードルを作成して高速走査する事で，高速 3D イメて約 5 倍，70 nm の空間分解能を達成した。本年度は，ージング法を可能とする技術開発を行った。以上の成果

更なる空間分解能の向上を目指し，飛翔時間計測型のサの一部に関して，解説を公刊した。

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

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】
間での随意運動の同期現象や，他者の顔・視線情報処理

当部門では，前年に引き続き，マカクザルをモデル動の神経機構の解明を目指す研究を展開した。

物として社会的認知機能の神経機構の解明を目指す研
究（社会脳研究）と，マーモセットをモデル動物としてサリエンス研究では，自由視課題遂行中の動物の視線

視覚サリエンスの神経機構の解明を目指す研究（サリエ

解析を進めるとともに，薬理学的介入で引き起こされるンス研究）を遂行した。

サリエンスの変調を詳細に解析することで，統合失調症の病態モデルとしての有用性を確認した。

社会脳研究では，対象とする社会的コンテクストを実験室内で再現するため，対面する二頭の動物を用いた行

主な研究成果としては，自他の報酬処理における内側動課題を開発し，複数の標的脳領域から神経活動の多点

前頭前野と視床下部外側野の機能差および機能連関を同時計測をおこない，自己および他者の行動情報処理の明らかにし，PNAS 誌に発表した。
各研究テーマにおける当該年の成果は以下のとおり神経機構を単一神経細胞レベルから大域的神経ネットである。

ワークレベルまでの異なる粒度で解析した。また，自他

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

クロレベルとして大脳左右半球 7 領域の発達 5 段階，メ

マーモセットを対象とした実験的認知ゲノミクス研究をゾレベルとして大脳新皮質 6 領野の各神経層および皮質行った。ヒト精神・神経疾患関連遺伝子のうち 1281 遺伝

下 14 神経核領域，ミクロレベルとして前頭葉におけるシ子を対象として，マーモセット 198 個体を対象とした遺伝

ングルセル遺伝子発現解析を行った。特にシングルセル遺子解析を行った結果，55 遺伝子において，集団アリル頻

伝子発現解析においては，複数の興奮性および抑制性神経度 5 % 以下のまれな機能喪失変異を持つ可能性のある個

細胞，アストロサイト，オリゴデンドロサイト，ミクログ体を同定した。

リアなどのグリア細胞などの細胞種を同定し，それら細胞
種ごとのバルプロ酸投与自閉症マーモセットにおける遺また，霊長類脳の構造・機能をささえる分子基盤解明に

伝子発現動態の詳細な変化を明らかにした。

むけたマーモセット全脳遺伝子発現動態解析を行った。マ

他者との運動同期指向性を指標とした社会性形成の神経基盤解明
戸松彩花
我々の身体運動は個体の脳・神経系内に閉じておらず，

き寄せあう現象[1]が知られており，本研究ではこれを同

視覚刺激・聴覚刺激・物理的拘束条件などを含む身体外期指向性と呼ぶ。同期指向性は，「集団」ひいては「社の環境から影響を受ける。特にリズミカルな運動では，会」の形成に大変重要と考えられるが，その神経実態は場のリズムへの同調や，動作者同士が互いにリズムを引

未解明である。いかなる神経ネットワークが自己と他者

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域のリズムの違いを検出し，同期するように仕向けるのだ

さかった。このため，抽象的な「リズム」ではなく，眼ろうか。この疑問に答えるために，ニホンザルにおける前の生物よりもたらされる「時間」の情報が，自己の運

同期指向性の抽出を試みた。セルフペースの片手往復運動に影響した可能性がある。この現象に関わる神経活動動を，指示に従い「速く」もしくは「遅く」行うよう訓を記録するため，補足運動野にアクセスするチャンバー

練したニホンザルに，6 種類の速度で往復運動を行うサを設置し，現在神経活動を記録中である。今後は実験頭ルの動画を見せ，一緒に課題運動をさせたところ，動画数を増やしてデータの普遍性を確認するとともに，動画のサルの運動速度につられて自己の運動速度が変化すではなく生体同士での影響を検証し，二者双方の同期指ることを見出した。すなわち，ヒトで見られる同期指向

向性による相乗効果を検討していきたい。

性に類似した現象を再現することができた。一方，同じ

1. Keller PE et al., Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 19, 369(2014).

速度でレバーのみが動く動画の提示では，その効果は小マカクザルを用いた半側空間無視動物モデルの確立
吉田正俊，福永雅喜（生理研心理生理学）【目的】半側空間無視とは主に右大脳半球の損傷によに用いられる線分抹消課題を参考にして「標的選択課題」って引き起こされる，損傷と反対側の空間の感覚刺激にを作成した。損傷後にこの課題の成績の低下，応答潜時

対する反応が欠如・低下する現象のことを指す。本研究の延長が見られたことから，無視症状が起きていることはマカクザルによる半側空間無視の動物モデルの確立が確認できた。また，3 頭の損傷動物では 3T の MR マシ

を最大の目的とした。

ン（Siemens Allegra）による resting-state fMRI 法を用いる【方法】これまでに 4 頭のニホンザルで側頭連合野とことで頭頂連合野と前頭連合野の間の機能的結合が急前頭連合野とを離断するために右上側頭回を損傷させ性期には半球内で，慢性期には半球間で低下しているこた。手術はイソフルレンによる全身麻酔下で行い，あらとを示唆する結果を得た。今年度は 1 頭の健常動物ではかじめ撮影した核磁気共鳴画像に基づいて，脳溝などの7T の MR マシンを用いた resting-state fMRI 法による計測

位置を指標として損傷目標部位を決定した。

に成功した。以上の結果から，右上側頭回の損傷によって，マカクザルにおける半側空間無視の動物モデルを確【結果・考察】回復後に行動評価を行った。無視症状

立することに成功したと結論づける。

の定量的評価のため，ヒト半側空間無視患者でのテスト

統合失調症患者の静止画自由視時の視線計測データのサリエンシー計算論モデルによる解析
吉田正俊
三浦健一郎，橋本亮太（国立精神・神経医療研究センター）
統合失調症の中間表現型を探索するために本研究グと統制群とで異なっている可能性について検証した。著

ループは以前，静止画像を自由視しているときの視線計

者が以前開発したサリエンシー計算論モデル（Yoshida

測を行い，統合失調症患者では年齢などをマッチさせた

et.al. 2012）によって，自由視時の視線位置を解析した。

統制群と比べて視線の移動距離が短くなっているなど

視線位置のサリエンシーの大きさが各画像を 8 秒間見ての幾つかの点で眼球運動に違いが見られることを明らいる間にどのように時間変動するか計算し，患者群と統かにした（Miura et.al. 2014）。ではこのような眼球運動

制群とで比較した。統制群では画像ごとに最初に視線をの違いはなにから引き起こされるのだろうか？ 本研究向けた位置のサリエンシーが最も高く，時間が経過する

では，自由視時に画像のどこに注意を向けるかが患者群ごとに視線位置のサリエンシーは低下していった。患者

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

群でも同様な時間パターンは見られたが，全時間を通し響を受けていること，またさらに画像の局所のエントロてサリエンシーは統制群よりもより高かった。さらに視

ピーへの視線誘引度が健常者と異なっていることなど

覚特徴ごとのサリエンシーを計算して同じ解析を行うを明らかにした。以上のことは統合失調症では自由視時と，（輝度や色のサリエンシーではなく）傾きのサリエに画像のどこに注意を向けるかに影響を受けているこンシーが統合失調症患者において特異的に影響を受けとを示唆している。以上のことは「精神症状の異常サリていることが明らかになった。さらなる解析から，統合

エンス仮説」とも整合的である。

失調症では，低空間周波数成分の傾きサリエンシーが影

マーモセットの静止画自由視時の視線データの計測と脳活動の計測
吉田正俊
小松三佐子，山森哲雄，兼子峰明（理化学研究所）
岡野栄之（理化学研究所，慶應義塾大学）
Mismatch negativity (MMN) is a well-established brain marker

condition and the response to the deviants in the many-standardsof schizophrenia. The aim of the current study is to extend thecondition, we evaluated the component of deviance detection,

previous findings by measuring local field potentials from entire

which reflects surprises by unexpected stimuli.

cortical surfaces of a hemisphere of marmosets and by examining

larger responses corresponding to deviance detection were foundwhich parts of the cortical areas contain information aboutfrom various brain areas including V1, V2, V4, MT, V3/PPC,

deviance detection during visual MMN.

TPO/FST, and FEF.

We implanted a 96-

Significantly

Thus, we succeeded in detecting thechannel ECoG electrode epidurally to one of their hemispheres incomponents of deviance detection in marmosets from various

three marmosets (Komatsu et. al. 2019) ． As visual stimuli,

brain areas. Since most of them are overlapped with brain areas

sinusoidal gratings with different orientations were presented 300

which are involved in visual salience (Veale et al 2017), our results

times (in 5 min), each with a 500-ms on period and a 500-ms off

suggest that brains engage in common computational processes inperiod. By comparing the response to the deviants in the odd-balldeviance detection and visual salience.

社会的コンテキストにおける動作情報処理の神経機構
二宮太平，則武厚，磯田昌岐う動作選択に利用することができなくなることが明ら

社会的認知機能に関わる代表的な脳領野として，腹側かになった。

運動前野（PMv）および内側前頭皮質（MFC）が挙げられる。PMv-MFC 間の機能結合を因果的に検証するため，また 2019 年中頃より，自閉スペクトラム症を含む精ウイルスベクター開発室の小林憲太准教授の協力を得

神障害との関連が指摘される，HTR2C 遺伝子に機能喪失て，特定神経路でのみ目的遺伝子を発現誘導できる二重型変異があるサルを対象として，社会的認知行動課題のベクターシステムを用いた神経路選択的活動遮断実験

トレーニングを開始した。正常個体に比べて学習遅延がをおこなった。PMv から MFC への神経路の活動を遮断あることが確認できており，今後，神経活動の記録・解した結果，他者の動作エラー情報を，次に自らがおこな

析をおこなう予定である。

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

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

自己および他者の報酬情報処理の神経機構を明らか

流よりも多いことが明らかとなった。さらに，自閉スペにするため，前年度までに開発した社会的古典的条件づ

クトラム症に関連する遺伝子に変異を持つサルでは，遺けをサルに対しておこない，神経活動を記録した。ドー

伝子変異を持たないサルと比べ，社会的古典的条件づけ

パミン作動性中脳核（DA）および視床下部外側野（LH）

学習が顕著に遅延することが明らかとなった。今後，変の局所電場電位を同時記録して解析した結果，他者の報異型個体と野生型個体で神経活動を比較し，社会的コン

酬情報を踏まえて自己の報酬価値を主観的に評価する

テキストにおける報酬情報処理の神経機構の解明と，病際の，LH から DA に向かう神経情報流が，逆方向の情報態モデルにおけるその変容の解明を目指す。

素材の多感覚的知覚の獲得に関与する神経機構
横井功

我々はある素材からできた物体を眼で見るだけで光像に対する PIT ニューロンの反応を記録し，経験の影響

沢などの視覚的特徴だけでなく触れた時の温感などのを調べた。ほとんどのニューロンが素材画像について選

触覚的特徴を知覚し，触れることなく対象の多感覚的特

択的反応を示し，多くのニューロンは複数の素材カテゴ

徴を知覚することが出来る。素材の多感覚的知覚に後部リについて選択性を示した。視触覚経験の前後において，

側頭葉（PIT）のニューロンがどのように関与しているか

素材カテゴリ選択性の強度には差がみられなかったが，を明らかにするために，さまざまな素材の実物体を見な

素材カテゴリ間の関係性が変化していることが明らか

がら触れる行動課題をニホンザルに行わせ，視覚的およになった。今後さらに解析を進め，視触覚経験の影響を

び触覚的特徴を経験させた。経験の前後において素材画

ニューロンレベルで明らかにすることを目指す。

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，則武
我々は，他者の利益を自らの喜びとすることもあれば，厚，磯田昌岐実験では，対面した２頭のサルに対し，様々なコンテ

それを妬みの対象とすることもある。他者の利益は，前キストで，他者に報酬を与えるか，あるいは与えないか者では快刺激であり，後者では不快刺激である。同じ「他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の利益」に対して，なぜこのような正反対の情動が生動を，大脳皮質および皮質下の諸領域から計測することじるのだろうか。この疑問を明らかにするためには，自で，他者の報酬に対する各領域の神経活動の変化や，領己の脳内で，他者の利益がどのように処理されるのかを，

域間での神経情報流を詳しく解析することを目指して

特にそのコンテキスト依存性に着目して明らかにするいる。現在，タスクトレーニングが完了し，標的脳領域必要がある。

の生理学的マッピングを実施している。

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

生体システム研究部門【概要】
た際の病態，さらには病態を基礎とした治療法を探るこ

私達を含め動物は，日常生活において周りの状況に応とを目的としている。

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。逆にこれらの領域に異常があると，パーキ

学，化学遺伝学などの手法も併用する，③大脳基底核疾

ンソン病やジストニア，ジスキネジアに見られるように，患を中心とした疾患モデル動物からの記録を行う，④こ

随意運動が著しく障害される。本研究部門においては，のような疾患モデル動物に様々な治療法を加え，症状とげっ歯類，霊長類（マーモセット，マカクサル，サバン

神経活動の相関を調べる，⑤様々な遺伝子改変動物の神

ナモンキー）を用いて，大脳基底核を中心に，このよう経活動を記録することにより，遺伝子・神経活動・行動

な随意運動の脳内メカニズムおよびそれらが障害され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ストップ課題遂行中の活動調節
Zlata Polyakova，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させる Stop 課題では視床下核の活動が異なる可能性が

入力核の一つであり，同時に淡蒼球外節から入力を受け示唆された。2019 年度は３種類の課題（Go 課題，No-go

る中継核でもあるという，非常に複雑な回路になっていおよび Stop 課題）を遂行中のニホンザル視床下核の活動る。また，視床下核は大脳基底核の出力核である淡蒼球を，大脳皮質からのグルタミン酸作動興奮性入力と，淡内節ニューロンへグルタミン酸作動性の強い興奮性出

蒼球外節からの GABA 作動抑制性入力に，選択的シナプ

力を送っている。そのため視床下核の活動は大脳基底核

ス伝達遮断薬の局所微量注入法によって分離して記録の活動に大きな影響を与えると考えられている。これますることに成功した。その結果，一次運動野や補足運動

でわれわれは，淡蒼球の内節と外節における，視床下核野から入力を受ける視床下核のニューロンに，Stop 課題

からの興奮性入力がどのような情報を運んでいるのかに応じて活動を変化させるグループがあることが解っを調べてきた。その際に，事前に運動を行わないことをた。次年度はさらなるデータ収集とまとめを行う予定でサルに知らせる No-go 課題と運動開始直前に運動を停止ある。

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）には，大脳皮質から入力を受け，内部の情報処理ののち，視は，明確な四肢や体幹の体部位再現がある。これまで，動床を介して大脳皮質へ出力するループ回路を形成してお物の四肢がアクシデントにより喪失した場合，MI や SI のり，MI は大脳基底核の入力核の一つである線条体に投射喪失された四肢の体部位再現領域では可塑的な変化が生を送っていることがよく知られている。しかし，その MI

じ，他の体部位の感覚運動コーディネーションに参加するから線条体への投射が，四肢が喪失された時に，可塑性をように変化することが知られている。そして，大脳基底核

示した大脳皮質と同様に他の体部位の感覚運動コーディ

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

ネーションに参加するようになるのか，体部位の欠損に応理学的にマッピングを行った。その結果，一次運動野は喪じた無応答の領域が出来るのかは全くの不明である。

失部の体部位再現領域が縮小していたのに対し，補足運動

2019 年度，われわれは若年時に片腕を事故により喪失し野や一次体性感覚野では縮小は見られなかった。次年度はた青年期のニホンザルの，一次運動野および補足運動野，

健側と喪失側の一次運動野上肢遠位部再現領域に神経トレ

一次体性感覚野に対して皮質内微小刺激法を用いて電気生ーサーを注入することで，入出力の差を検討する予定である。

大脳皮質から小脳への運動情報伝達機構
知見聡美，Waranan Wongmassang，南部

篤

小脳は随意運動の制御に寄与しており，変調を来すこと

奮すると考えられているが，軸索側枝は非常に細いため，により，筋力低下や企図振戦などの運動障害を生じること

小脳歯状核に十分な興奮性入力を送ることができるのかが知られている。小脳皮質は大脳皮質から橋核や下オリー

疑問がある。この問題を明らかにするため，ニホンザルのブ核を介して運動情報の入力を受けている。小脳の出力部

大脳皮質運動野に電気刺激を加えて小脳歯状核ニューロである小脳歯状核に入力を送るのは小脳皮質のプルキンンの応答を記録したところ，プルキンエ細胞からの抑制性エ細胞であるが，プルキンエ細胞は GABA 作動性の抑制

入力の後に強い興奮が生じていることがわかった。このこ性である。小脳歯状核は，小脳皮質に投射するグルタミンとから，抑制後のリバウンド興奮が小脳歯状核に運動情報

酸作動性の興奮性神経の軸索側枝による入力によって興を伝達している可能性が示唆された。

光遺伝学によるサル一次運動野の活性化
佐野裕美，知見聡美，小林憲太（ウィルスベクター開発室）
深田優子（生体膜研究部門），深田正紀（生体膜研究部門），南部
渡邊秀典，虫明

篤元（東北大学）

光遺伝学は神経科学において必須の技術になっていイバーを貼り合わせた電極（オプトロード）を刺入し青るが，非ヒト霊長類への応用は必ずしもうまく行ってい色レーザー光を照射したところ（皮質内微小光刺激），なかった。今回，チャネルロドプシン 2（ChR2）と CAG

短時間の単発光刺激でも長く続く興奮が誘発されるな

プロモーターを組み込んだアデノ随伴ウイルスベクタ

ど，皮質の神経細胞が強く興奮した。これに加えて，皮ー（AAV-DJ）を，電気生理学的に同定したマカクサルの質内微小光刺激は，通常の皮質内微小電気刺激と同程度

一次運動野上肢領域に注入した。ChR2 は注入部位周囲に，上肢の運動や筋活動も誘発した。本実験は光遺伝学の神経細胞に強く発現していた。金属記録電極に光ファの非ヒト霊長類への応用に道を開くものである。

大脳皮質から線条体への 2 種類の入力経路の解明
佐野裕美，小林憲太（ウィルスベクター開発室），南部篤

加藤成樹，小林和人（福島県立医科大学）
アデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターと逆行性に遺伝子て Cre-lox システムにより，
チャネルロドプシン 2（ChR2）導入が可能なレンチウイルスベクター（FuGC）を利用しをマウスの大脳皮質−線条体路に発現させた。このマウス

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研究活動報告／システム脳科学研究領域の大脳皮質に光刺激したときの応答を，淡蒼球外節あるい制−興奮という三相性の応答も得られた。早い興奮は大脳は黒質網様部から記録した。これまでに，大脳皮質を電気皮質−視床下核路を経由した応答であると考えられており，刺激すると淡蒼球外節や黒質網様部において，興奮−抑制

ChR2 の発現を確認したところ，視床下核にも ChR2 陽性−興奮という三相性の応答が認められることが知られておの神経終末が観察できた。大脳皮質−視床下核路の側枝がり，大脳皮質−線条体路の興奮により，抑制−興奮という二線条体にも投射していることが示唆された。大脳皮質から相性の応答が主に得られると予測していた。ところが，抑線条体への入力には，従来の大脳皮質−線条体と大脳皮質

制−興奮という二相性の応答が認められたものの，興奮−抑−視床下核路の側枝の２種類があることが明らかとなった。

ジストニア様症状を示す変異マウスの病態生理学的解析
佐野裕美，知見聡美，南部吉岡

篤望，竹林浩秀（新潟大学）

堀江正男（新潟県立看護大学）
Dystonin（Dst, ジストニン）はマウスの遺伝学的なジ細胞から分化した細胞（Wnt1 系譜細胞）のみで逆に Dst

ストニアの原因遺伝子であり，Dst を神経堤細胞から分を発現させた Wnt1-Cre::Dst cRescue マウスでは，Wnt1-化した細胞のみで欠損する Wnt1-Cre::Dst cKO マウスで

Cre::Dst cKO マウスと比較すると運動機能は劇的に回復

は，歩行時の体幹捻転など典型的なジストニアの表現型していた。このマウスの筋電図を下肢から記録したとこは認められないものの，下肢で捻転運動様の異常な運動

ろ，ジストニアに特徴な筋収縮は認められなかった。こが表現型として認められる。このマウスの筋電図を下肢

れらの結果は，Wnt1 系譜細胞がジストニア様症状に関与から記録したところ，持続的な筋収縮や伸筋と屈筋が同することを示唆していると考えられた。今後，これらの時に収縮するといったジストニアに特徴な筋収縮は認マウスを使って後肢の運動異常の原因をさらに解明す

められなかった。このマウスで Dst を欠損させた神経堤るため，大脳基底核や小脳から神経活動を記録する。

ゾニサミドが L-DOPA 誘発性ジスキネジアに与える影響の解析
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した。その結果，ゾニサミドはジスキネジアを増悪させ剤であるが，パーキンソン病の運動障害も改善することなかったが，投与量に依存してジスキネジアの出現時間

から，現在では抗パーキンソン病薬としても上市されてを有意に延長させた。また，L-DOPA 投与のみで誘発しいる。パーキンソン病の治療には，一般的にドパミンをたジスキネジアに対して，L-DOPA とゾニサミドを投与補うように L-DOPA が使われるが，長期間の使用はジス

してジスキネジアを観察したところ，L-DOPA 投与のみ

キネジア呼ばれる不随意運動を誘発する。臨床での使用で誘発したジスキネジアと有意な変化は認められなか

経験から，ゾニサミドには L-DOPA 誘発性ジスキネジアった。これらの結果から，ゾニサミドの投与量を調節すを軽減させる可能性が指摘されており，ジスキネジアにることで，L-DOPA の治療効果の増大を期待できると同対するゾニサミドの効果を解析するため，パーキンソン

時に，ジスキネジアへの影響が無い範囲にとどめられる病モデルマウスに L-DOPA あるいは L-DOPA とゾニサことが期待できる。

ミドを連日投与してジスキネジアに与える影響を解析

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

L-DOPA 誘発性ジスキネジアの病態生理学的解析
Dwi Wahyu Indriani，佐野裕美，知見聡美，長谷川

拓，南部

篤

パーキンソン病は黒質緻密部のドパミンニューロン

投与後から 24 時間以上経過してジスキネジアがほとんの脱落に起因し，無動や寡動などの重度な運動障害を示ど認められないとき（off）において，大脳基底核の出力

すが，ドパミンの前駆体である L-DOPA の投与により運核である黒質網様部から神経活動を記録した。正常なマ動障害が改善する。しかし，長期間の L-DOPA の投与にウスでは，大脳皮質運動野を電気刺激すると興奮−抑制−よりジスキネジアと呼ばれる不随意運動が出現する。こ興奮という三相性の応答が認められるが，on では抑制がの L-DOPA 誘発性ジスキネジアの病態生理学的解析を行増強して遅い興奮が減弱していた。抑制は運動の開始やうため，パーキンソン病モデルマウスに L-DOPA を連日促進に，遅い興奮は運動の終了を制御していると考えら

投与してジスキネジアを誘発した。L-DOPA 投与後のジれていることから，この応答の変化が不随意運動の出現

スキネジアが顕著に出現しているとき（on）と L-DOPAに関与していると考えられた。

マーモセット前頭皮質の神経生理学的マッピング
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を行い，前頭連合野の機能マップ

る必要がある。そこで，マーモセットにチェアー・トレを作成している。

ーニングを行なった後に，タッチパネルを用いて，遅延

視床下核による運動制御：マカクザル視床下核の化学遺伝学的抑制による運動異常長谷川拓，知見聡美，小林憲太（ウィルスベクター開発室），南部

篤

本研究では DREADD (Designer Receptors Exclusively

から単一神経細胞記録を行ったところ，GPe ではポーズ

Activated by Designer Drugs) を用い，大脳基底核の視床（神経発火の一過性の休止）が顕著に増大し，GPi では発下核（STN）の活動を可逆的に抑制し，行動学的・電気

火列の変動（CV of ISI, Fano factor）が増大した。この不規

生理学的な解析を行った。

則な発火が運動異常の原因となった可能性が示唆される。

ニホンザルの STN に hM4Di 受容体を発現させ，受容体以上の結果は，GPi の動的な神経発火の制御が運動実のリガンドClozapine N-oxide (CNO) または Deschclozapine

行に重要であることを示す。STN が大脳基底核の出力を(DCZ) の投与によって神経活動を抑制したところ，反対

規則化させ，安定な運動を可能にさせる神経メカニズム側の上肢に不随意運動が見られ，到達運動が不安定になっが予想される。

た。到達行動課題中に淡蒼球外節（GPe）と淡蒼球内接（GPi）

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

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 2018 年 10 月に開設され，変化様相を明らかにする目的で，データ駆動的なアプロー

脳情報処理における神経活動ダイナミクスの計算論的理チによる時系列データ解析手法の開発を行った。さらに，解を目指している。具体的には神経活動にみられる振動，

てんかん患者の皮質脳波（electrocorticography: EcoG）の解

同期，ノイズ誘起ダイナミクス，準安定状態をはじめとす析により，てんかん発作機構の解明を試みた。脳情報処理

る多様な非線形ダイナミクス関連の現象が知覚，認知，運機構の理解を非線形動力学，情報理論，信号処理理論，複動，社会性機能等の脳情報処理において果たす機能的役割

雑ネットワーク解析，統計的機械学習手法等の多面的な手の理解を試みている。

法を組み合わせて今後も継続して試みたい。

2019 年度は，認知課題時，安静時，もしくは，経頭蓋磁また，2019 年度は共用の計算サーバを導入し，計算環境

気刺激（transcranial magnetic stimulation: TMS）印加時のヒの整備を進めた。さらに脳波計測実験用の電磁シールドル

トの頭皮脳波（electroencephalography:EEG）計測実験デーームを導入し，脳波，脳刺激実験のセットアップを行った。

タの解析を行った。また，脳機能ネットワークの過渡的な全般的に部門の研究環境基盤の構築に成功したといえる。

TMS-EEG 同時計測による視覚的注意のゲーティングダイナミクスの解明
岡崎由香，水野佑治（理化学研究所），北城圭一
選択的注意のゲーティング機能に関する大域的なネッ

同期ネットワークがベータ波，ガンマ波帯域で過渡的によトワークダイナミクスの解明を目指した。左右の視空間にり強く形成された。この結果は注意視野に対応する半球で提示される視覚刺激ターゲットに対して被験者が応答すは低次視覚野から他の脳領域へのボトムアップ的なネッ

る視覚的注意課題を用いて，TMS-EEG 同時計測実験を行

トワークの有効結合が強くなっていることを示唆し，注意

った。注意視野に対応した大脳皮質半球側の低次視覚野に

状態依存的なゲーティング機能がネットワークダイナミ

単発 TMS を印加すると，非注意視野に対応する。

クスにより実現されていることが明らかになった。
Okazaki, et al. Scientific Reports, 10 4959, 1-10, 2020半球に比べて，低次視覚野から他領域への大域的な位相反復 TMS-EEG 同時計測による脳波引き込みダイナミクスの解明
岡崎由香，中川佑美（理化学研究所），水野佑治（理化学研究所），
花川隆（国立精神･神経医療センター/京都大学），北城圭一

反復 TMS－EEG 同時計測によって脳波の位相ダイナ

刺激ではベータ波帯域である 23Hz で，刺激終了後，短ミクスのデータ解析を行い，脳活動の周波数特異的な引時間持続する位相引き込みを刺激脳領域の局所，大域的き込みダイナミクスの定量化を試みた。5 Hz, 11 Hz, 23

ネットワークで確認した。この結果は，刺激周波数が刺Hz で 5 連発の反復 TMS，及び，単発の TMS を低次視覚

激領域の神経回路ネットワークの自然周波数に近い刺野，あるいは，一次運動野に印加しながら同時に頭皮脳激だと効率的に位相引き込みが起きることを示唆して波の計測を行った。脳波位相ダイナミクスを解析した結いる（Okazaki et al. 投稿中）。

果，視覚野刺激ではアルファ波帯域である 11Hz，運動野

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

両手協調運動と大脳半球間の相互作用
上原一将，北城圭一
利き手が非利き手よりも優れた運動能力を発揮するこいる。本研究では時間解像度に優れ，神経活動ダイナミクとは多い。しかしながら，両手協調動作では非利き手は利スを非侵襲的に捉えることが可能な EEG を記録し，トラ

き手動作の力学的変化を読み取り，利き手の動きを考慮しンスファーエントロピー等の情報理論指標を解析に組みて柔軟に対応するという優れた能力を有することが報告

込み，因果性や情報流を考慮した神経メカニズムを明らかされている。我々は，利き手，非利き手それぞれを制御すにする。 2019 年度は EEG 計測用に電磁シールドルーム

る左右大脳半球と脳梁を介して左右半球を結合する大脳を部門内に設置し，計測環境を整備した（図）。これと並半球間ネットワークに着目し，両手協調動作における非利

行して，両手協調課題計測装置の作成とその妥当性を検証

き手の優越を支える脳内神経基盤について検証を進めてするなど本実験に向けて準備を進めた。

図

ヒト頭皮脳波計測用の電磁シールドルーム環境（左）と active 電極による脳波計測風景（右）てんかん発作の階層的神経ダイナミクスと情報流
横山寛，松本理器（神戸大学），北野勝則（立命館大学），青柳富誌生（京都大学），

松橋眞生（京都大学），菊池隆幸（京都大学），國枝武治（愛媛大学），池田昭夫（京都大学），北城圭一
京都大学との共同研究により，てんかん発作時の神経ことがわかった。また，情報理論指標であるトランスフ

活動ダイナミクスと情報流の定量化によって，てんかんァーエントロピーを用いることで，それらのカップリン

発作メカニズムの神経ダイナミクス的観点での理解をグの背景にある神経活動ダイナミクス上での情報流の目指した。具体的には患者から計測した ECoG データの可視化を試みた。共同研究機関の京都大学の先行研究に解析により slow shift（1 Hz 以下），デルタ帯域（1-4 Hz），

よると slow shift は発作にやや先行して現れてグリアの200Hz 以上の高周波振動(HFO)間の相互作用を定量化し活動に関連していると推測されることから，グリア，神た。slow shift 位相―デルタ波振幅間，デルタ波位相

経活動間の相互作用の異常がてんかん発作に関連して―HFO 振幅間など，複数の周波数帯域をまたぐカップリいることが推測される。

ングが発作時には発作間欠期に比べてより強く生じる

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生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

線形時系列モデルのベイズ的逐次パラメタ推定による脳機能ネットワークの時系列推定
横山寛，北城圭一脳機能ネットワークの過渡的変化の背後にある神経

Vector autoregressive モデルのような変量間の相互的結合

基盤を明らかにするためには，データ駆動的なアプロー

関係をパラメタに持つ時系列モデルを適用し，それらのチによる時系列解析手法の提案が必要不可欠である。そパラメタを Prior として与えることで，ベイズ的に脳領こで，我々は，線形時系列モデルによるネットワーク推域間のネットワーク構造を推定することができる。今後定法とベイズ推論によるモデルパラメタの逐次推定法

は，本提案手法を改良しつつ，実際のヒト脳機能計測デを組み合わせた新しい解析手法を提案し，脳機能ネットータへの応用を検討する。

ワークの時系列解析を進めている。本提案手法では，

映像酔いと脳波ダイナミクスに関する研究
Yue Wei（The Hong Kong University of Science and Technology），岡崎由香，Richard H. Y. So（The Hong Kong University of Science and Technology），
Winnie C. W. Chu（Prince of Wales Hospital, Hong Kong），北城圭一
香港科技大との共同研究で映像酔い（visually induced

応が大きかった。また，シータ波での右頭頂葉や前頭葉

motion sickness）の脳波ダイナミクスに関する研究を行っ

周りの位相同期ネットワークの形成が映像酔いをしやた。映像酔いをしやすいグループとしにくいグループを

すいグループでは弱かった。映像酔いは視覚刺激に対す

Motion Sickness Susceptibility Questionnaire (MSSQ) 質問

る大域的な位相同期ネットワーク形成による脳情報処

紙を用いてグループ分けを行い，回転ドット刺激映像に理と関連していることが明らかになった。

対する誘発電位を比較したところ，映像酔いをしやすい

Wei et al. NeuroImage 202, 116028, 1-12, 2019

グループではしにくいグループに比べて頭頂葉の N2 反情報理論的アプローチによる TMS-EEG データの有向情報流の検出
Song Ye（立命館大学），北城圭一，北野勝則（立命館大学）
立命館大学との共同研究で，単発 TMS-EEG のデータ

transfer entropy: STE）手法とを比較した。異なる実験セ解析により，刺激印加した低次視覚野領域から他の脳領ッションのデータの解析結果の再現性について検証し，域への有向情報流をモデルベーストの手法とモデルフ

モデルフリーの STE の方がモデルベーストの VAR モデ

リーの手法により定量化し，両手法の比較検討を行った。

ル手法に比べて高い再現性をみせ，有向情報量をよりロ

具体的にはベクトル自己回帰（vector autoregression: VAR）

バストに検出できることがわかった。

モデルと符号化トランスファーエントロピー（symbolic

Ye et al. Neuroscience Research 156, 197-205, 201944

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

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

理解することを目指す。言語・非言語性のコミュニケー

を中心に，ヒトを対象とした実験的研究をすすめている。

ションを含む人間の社会行動の神経基盤を明らかにす

脳神経活動に伴う局所的な循環やエネルギー代謝の変るため，3 テスラ MRI 2 台を用いて，社会的相互作用時化をとらえる脳機能イメーシング（機能的 MRI）と，時の 2 個体同時脳機能計測を行い，共同注意を始めとする間分解能にすぐれた電気生理学的手法，更には眼球カメ

共同作業の神経基盤をあきらかにするとともに，超高磁ラや motion capture による定量的行動計測手法を統合的場（７テスラ）MRI を用いて，非ヒト霊長類との種間比にもちいることにより，高次脳機能を動的かつ大局的に較を展開しつつある。

7 テスラ MR による高度脳計測基盤技術の開発
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）
MRI による生体観察において，静磁場強度の上昇は，共同研究により，空間的特異性の低下を招く脳表静脈か信号雑音比（SNR）をもたらし，感度改善による空間分らの影響を低減しつつ，大脳皮質レイヤーレベルの脳活

解能の向上や組織コントラストの増強に作用する。これ

動を観測可能にするサブミリメータースケールの fMRI

らをふまえ，超高磁場７テスラ MR 装置による脳拡散強の導入および初期検討を行った。手指対立運動および安調画像計測技術の開発，検討を実施した。超高磁場によ静時の fMRI 計測では，それぞれ当該の脳領域に十分なる脳機能 MRI（fMRI）で，最も期待されるのは空間分解

信号変化が観測され，各種賦活課題実験への応用を開始能の向上である。本研究では，Laurentius Huber 博士とのした。

精神神経疾患の多施設横断的脳 MRI 研究
福永雅喜
越山太輔，岡田直大（東京大学大学院･医学系研究科）
根本清貴（筑波大学･医学医療系臨床医学域）
Paul M. Thompson（University of Southern California, USA）
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）
精神科疾患群において，脳構造上の共通点と相違点は，

比較では，SZ，BP，ASD は共通して脳梁に，SZ と BP は病態生理を理解する上で重要な情報である。本研究では，前庭や帯状体など大脳辺縁系に類似の変化がみられた。

国内 12 施設で収集された健常者，統合失調症（SZ），双一方，MD では有意差が見られなかった。これらより，

極性障害（BP），自閉症スペクトラム障害（ASD），大SZ と BP の病理学的特徴は類似しているが，MD の生物

うつ病性障害（MD）（各 1506, 696, 211, 126, 398 名の計

学的特徴は健常者に近いと思われた。これらの知見は，2037 名）の拡散強調 MRI 画像を用いて，白質神経束微精神科疾患の病理学的特徴を明らかにするとともに，病細構造を比較するメガアナリシスを行った。健常者との態生理の理解に有用と思われた。

45

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

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，中川恵理
角谷基文（名古屋大学大学院･情報学研究科）
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クトの神経基盤を描出することを目指して，Dual 脳波-

う行動ではなく，実時間での情報交換により自他の行動

fMRI 計測を開始した。MRI 撮像と干渉せずに脳波撮像が影響を与え合うことにより二者が繋がれ，意図や注意ができる設定の検討をすすめた。同時計測されたデータの共有へと繋がる共同作業である。Dual fMRI を用いたのうち，fMRI データについて解析を進めた結果，先行研研究により，アイコンタクト条件では，目の映像を単に究（Koike et al., 2019）の結果が再現され，小脳や前部帯見ている条件と比較して。二条件の存在に気が付かなか

状回，および島皮質がリアルタイムでのアイコンタクトったにも関わらず，参加者の瞬目のタイミングは他者のに特徴的な活動を示した。脳波データについては，機械

それに強く影響を受けていることがわかった。また脳活学習を適用した結果，リアルタイムアイコンタクト条件

動上では，小脳半球，前部帯状回，また島皮質などの活と遅延映像視聴条件のデータを，弁別可能なことが明ら

動パタンが，リアルタイムでのアイコンタクトに特徴的かになった。現在，どのような脳波上の特徴が，二条件な変動を示した(Koike et al., 2019, eNeuro)。この結果を基の違いを表象しているかを検討している。

に，より高い時間解像度および簡便な手法でアイコンタ

共同注意から共感へ：Dual MRI を用いた研究
小池耕彦
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（名古屋大学･情報学研究科）
定藤規弘
我々は共同注意の実験を発展させ，二者間での好みの応すると考えられる。このような課題を Dual MRI 装置

共有が，どのような脳活動を引き起こすかを検討した。

を用いておこなっている最中の脳活動を記録した。その実験において，参加者 2 名は，キュー刺激により好みの結果，先行して好みを言う条件，すなわち自分の好みに共有をおこなう物体の情報を共有する（例：「桃！」「は対する意見が相手によって肯定もしくは否定されるとい！」）。これは一般的な共同注意の中では，注意共有

きに，偏桃体や線条体など，情動に関連するとされる脳がおこなわれる物体上に視線を動かす行為に対応する。

領域の活動が惹起されることが明らかとなった。加えて，次いで参加者は，その物体についての好みを共有する

先行研究と同様に二者脳活動相関を計算したところ，右（例：「好き！」「私も好き！」）。これは共同注意で側頭回において有意な相関が観察された。

は，互いに同じものを見ていることを確認する過程に対46

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

視覚的特徴共有の神経基盤：Dual MRI を用いた研究
小池耕彦
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（名古屋大学･情報学研究科）
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に実験参加者におこなってもらい，その際の脳活動を Dual

視覚的注意を向けるかという情報が共有される。しかし視MRI 装置で計測した。その結果，口頭でコミュニケーショ

覚的注意は必ずしも空間位置に向けられるものではなく，ンをおこなっているため，課題関連の脳活動上昇は主に左

特定の視覚特徴（たとえば色）に対して向けられる場合も半球の下前頭回を中心にみられるものの，先行研究ある。視覚的表象に対して向ける注意を二者間で共有した（Tanabe et al., 2012; Koike et al., 2016, 2019）と同様に，二場合も，一般的な共同注意と同様の神経基盤を利用してい者間での脳活動相関は右半球の下前頭回や島皮質を中心るのであろうか？我々は，どの視覚特徴に注意を向けるかにみられることが明らかとなった。

を口頭で伝達しあい，注意をその特徴上で共有する課題を

脳機能種間比較に向けた非ヒト霊長類用 MRI 解析環境の開発
郷田直一，福永雅喜，定藤規弘
非ヒト霊長（NHP）を対象とした MRI／fMRI は，より

み合わせ，マカクザルおよびマーモセット MRI／fMRI デ

直接的な種間比較を可能とし，脳機能のより深い理解にータ，特に超高磁場 7 テスラ MR 装置で収集したデータ寄与する重要な研究手法である。しかしながら，MRI／の処理に最適化した解析パイプラインを構築した。現在，

fMRI データの解析環境は一般にヒトのデータの処理に

本研究所 7 テスラ MR 装置にて他部門と共同で計測した最適化されており，NHP データの解析には適さないもの

マカクザル構造 MRI，安静時 fMRI，拡散 MRI データ等も多い。本研究では，公開されている NHP 用 HCP パイ

へ実適用しつつ，修正，改良を進めている。

プライン開発版を元に，他の種々の解析プログラムを組腹側中脳の運動準備活動と運動出力との関連性
菅原翔，中山義久（東京都医学総合研究所）
山本哲也，濱野友希，福永雅喜，定藤規弘
西村幸男（東京都医学総合研究所）

ドーパミン含有細胞を含む腹側中脳は，報酬関連情報をし，運動準備と運動実行に関与する神経活動を分離した。

処理することがよく知られている。一方，最近の齧歯類研運動準備時の腹側中脳活動は，後の反応時間とは相関しな

究では腹側中脳が運動の開始や方向に関する情報も表現

いが，最大握力と有意な相関を示した。運動実行時にも腹することが報告されている。そこで，ヒト腹側中脳活動と側中脳は賦活したが，反応時間や最大握力といった運動パ

把握運動との関連性を機能的 MRI を用いて検証した。運ラメータとは関連しなかった。さらに，拡散強調画像に基動の準備と実行を知らせる合図を時間間隔をあけて提示

づくトラクトグラフィーにより，腹側中脳が一次運動野の47

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

手領域と密な解剖学的結合を持つことを示した。よって，中脳から一次運動野への投射を介して運動出力を修飾す

腹側中脳は運動準備段階で将来の運動出力を表現し，腹側る役割を持つことが示唆される。

最新ヒト脳機能マップとレガシーMRI データを結び付けるツールの構築に向けて山本哲也，福永雅喜，定藤規弘
Washington University in St. Louis を中心とする Human

HCP プロトコルに準拠した 40 名のデータを用い，各領域

Connectome Project (HCP) は，新たな MRI データ解析プラの MNI 空間上での確率マップを生成した。各個人データ

ットフォームや脳地図 HCP_MMP1.0 (HCP’s Multimodalの HCP_MMP1.0 テンプレートへの合わせ込みの鍵となるParcellation, version 1.0) を公開している。これまでヒト脳

multimodal surface matching の過程で生成されるパラメー

機能イメージング研究で伝統的に用いられてきた

ターを逆変換し，テンプレートの各個人への落とし込みをBrodmann の脳地図や MNI (Montreal Neurological Institute)行うことで，各領域の確率の計算を可能にした。また，MNI

座標ではなく，HCP_MMP1.0 の脳領域名や grayordinates に

空間上の各位置での脳領域の一意性・不確定性の指標とし基づいた脳部位の報告を提案している。既存の報告方法かて，情報エントロピーを計算し，そのマップも生成した。

らの脱却を図ることで，高精度な脳の位置情報の共有が研今後，これらをデータベース化し，HCP_MMP1.0 と MNI究間で容易になる一方，従来の研究結果との比較が困難に座標の対応関係を調べられるツールとして公開することなる問題を孕んでいる。そこで，本研究は HCP_MMP1.0を計画している。

の 360 脳領域と MNI 座標の対応付けを可能にすべく，相互模倣に関わる神経基盤宮田紘平，小池耕彦，中川恵理
原田宗子（広島大学）
角谷基文，山本哲也，定藤規弘
会話などのコミュニケーション中には，お互いの身振者は 2 台の MRI 装置にそれぞれ入り，ビデオシステムをりや声色などを模倣することが知られており，この相互通して，うれしい顔，かなしい顔，口を開けた顔の表情

模倣は社会的結束を強める一つの要因となっている。こ模倣課題を行った。その結果，相互模倣を繰り返すことの背景として，相互模倣を繰り返すことにより，2 者のにより，後帯状回皮質で活動の同期が強くなっていくこ

脳活動の関係性が変化することが予想される。そこで本とが明らかとなった。この後帯状回皮質の活動同期の強研究では，相互模倣を繰り返すことにより 2 人の脳活動化が社会的結束に関連すると考えられる。

の同期が強くなるという仮説を検証した。16 ペアの参加

聴覚運動協調における予測能力に関わる神経基盤宮田紘平，山本哲也，小池耕彦，菅原翔，福永雅喜，定藤規弘

聴覚リズムとの運動の協調（聴覚運動協調）は，音楽演ためには，演奏者は次の拍を連続的に予測しなければなら奏やダンスに欠かせないものである。この協調を実現するない。実際に，テンポ変化の予測能力が聴覚運動協調の安48

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

定性に関係することが先行研究で報告されている。このよ

ロノームに合わせたタッピング課題を行ってもらった。行

うな時間的な予測能力は，様々な運動スキルにとって重要

動解析の結果，先行研究と同様に時間的予測能力が高い人であるが，その神経機構は未だに不明である。そこで本研はタッピングの正確性，安定性が高いという結果を得た。

究は，時間的予測能力に関わる神経基盤を機能的 MRI 装

そして脳画像解析の結果，予測能力が高い人ほど背側運動

置を用いて調べた。実験参加者には MRI 装置の中でメト

前野の活動が高いことが明らかとなった。

自己と他者の視点からの感情的状況想起に関わる神経基盤
宮田紘平
大星有美（浜松医科大学）
小池耕彦，定藤規弘
ヒトは他人の靴を履いて，他の人の感情的な経験を自た。その結果，自他の視点や感情に関係なく，出来事を分自身のものであるかのように思い描くことができる。

思い描くことは，視覚野，左海馬，メンタライジングおこの能力は「認知的共感」の基礎となるという点で重要よび言語ネットワークを活性化させた。また，自他に関である。本研究では，機能的 MRI 装置を用いて，自己とわらず幸せな出来事の想起では右側一次視覚野（V1）が，他者の視点から感情を伴う出来事を想起するための神

不幸な出来事の想起では左側の V1 が強く活動していた。

経基盤について調べた。実験参加者には，幸，不幸，中感情的な想起では内側前頭前野と後帯状回皮質の活動立に分類された様々な人生の出来事とそれに伴うであがみられ，特に自己の視点からの想起で内側前頭前野のろう感情を，自己または他者の視点から想像してもらっ

活動が強いことが明らかとなった。

両手を使った手指系列運動学習の検討: 7 テスラ fMRI
濱野友希
菅原翔（東京都医学総合研究所）
福永雅喜，定藤規弘

日常生活で必須である両手の協調動作は，片手動作の作と鏡像動作の学習過程においても，動作特異的な神経

単なる足し合わせでは説明できない。しかし，両手動作

基盤が動員されるのかを検討する。現在，並列動作と鏡を習得する学習過程においても，片手動作の学習にはな

像動作による手指系列運動の学習中に 7 テスラ MRI にい独自の神経基盤があるのかは十分にわかっていない。

よる機能的 MRI 計測を実施している。途中経過ではある

両手動作に特異的な現象として，空間座標系で対称な運が，並列動作は鏡像動作に比べて難しい一方，学習によ動（並列動作）と自己座標系で対称な運動（鏡像動作）

るパフォーマンス変化には差がないことが示されていでは，並列動作は鏡像動作からの変換過程を必要とするる。今後は機能的 MRI データの解析を通じて神経基盤をために難しいことが知られている。本研究では，並列動明らかとする。

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

前頭眼窩皮質で表象される味覚体験
吉本隆明，岡崎俊太郎，角谷基文，高橋晴香，中川恵理，小池耕彦，北田亮，岡本士毅小坂浩隆（福井大学），中田正範（自治医科大学），矢田俊彦（自治医科大学）
近添淳一，定藤規弘
前頭眼窩皮質において（orbitofrontal cortex:OFC）におい

多ボクセルパターン解析の結果，lateral OFC では，食品て，対象の同一性や主観的価値のような次元の異なる情報の視覚刺激を個別に表象しているが，その表象は栄養状を表象していることが個別に報告されているが，これらの態の影響を受けていることが分った。さらにその影響は

神経表象を統合的に検討した研究は未だなかった。

主観的価値の変動では説明されないことが分った。私た

私たちは空腹時・満腹時双方で 128 種類の食品画像のちの研究では，OFC が従来報告された主観的価値ばかり食べたさを評定しているときの神経活動を計測する

でなく，個別の味覚体験を表象していることが示された。

functional MRI を用いたヒトを対象とした実験を行った。

7 テスラ MRI を用いたヒト脳内神経伝達物質の反復計測法の確立
丸山修紀，福永雅喜，定藤規弘
MR Spectroscopy (MRS) は神経伝達物質であるグルタルタミン酸および GABA 濃度の変動係数を求めた。実験

ミン酸や GABA を同時に計測できる。しかし，それらの参加者ごとに静磁場と送信磁場の均一性を調整するこ

信号強度は小さいため，従来は加算平均による計測時間とで，変動係数 5 % 以下の高い再現性を実現した。また，の延長が問題であった。短時間の反復 MRS 計測には，7

従来は困難であったグルタミン酸とグルタミンの分離

テスラ MRI の高い感度が必須となるが，大脳皮質のようが可能となり，濃度計測の精度が改善された。これらよな脳周辺部の計測は，静磁場や送信磁場の不均一性の増り，6 分の反復計測法を確立した。この経験をふまえ，

強が問題となる。そこで，これらの神経伝達物質を再現

MRS で得るグルタミン酸/GABA 濃度比と機能的 MRI を性高く検出できる反復計測法の確立をめざした。一次運

組み合わせた脳ネットワーク研究を進めている。

動野に関心領域を設定して MRS を連続 2 回計測し，グ

社会的意思決定における 2HBT1 効果
南條啓孝，小池耕彦，宮田紘平，定藤規弘
ヒトの社会的な行動決定は個人の決定より優れていこれらのことから，2HBT1 現象を脳機能レベルで説明ると信じられている（Two heads better than one 2HBT1 現するためには，二者間で伝達される情報の内容と，それ

象）が，その神経基盤は明らかではない。社会的な行動が確信形成に及ぼす影響を行動レベルで明らかにする決定においては，話し合いなど社会的相互作用を通じた必要がある。そこで，単に結果だけを共有する条件を持合意により確信を共有することを通じて，確信が増強し，つ二肢強制選択法を用いた視覚弁別課題を考案し，それに伴ってより良い判断ができると考えられている

2HBT1 現象を検証する行動実験を行った。本課題では，が，実際の行動決定においては，他者の判断だけが利用

ペアで左右に示された物体のどちらが大きいかを２回可能で，確信度が提示されていないことが多く，そのよ判断させた。１回目の判断入力後，２回目の判断を行わうな場合に 2HBT1 現象が発生するか否かは不明である。

せる際に，相手の判断を提示する場合（Dyad Condition）

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第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／システム脳科学研究領域と，相手の判断は無く自分の１回目の判断を再考させる

本結果は，確信度そのものは交換されずとも，他者の判場合（Solo Condition)を用意した。その結果，Solo Condition

断を参照するのみで視覚弁別能が改善することを示しにおいては，２回目の方が１回目よりも弁別能が高く，ている。この行動解析結果に基づいて，２個体同時計測

Dyad Condition においては，その程度は有意に増強してfMRI を用いた確信生成ならびに個体内・個体間確信増強

いた。Dyad Condition において相手の判断した情報をラの神経基盤を描出する計画である。

ンダム情報に置換して提示すると，弁別能は低下した。

機能的自己符号化器による fMRI データからの認知機能の潜在ダイナミクス抽出
小山雄太郎，加藤征広，平山淳一郎，地村弘二，近添淳一，定藤規弘
機能的 MRI はヒト高次脳機能研究に不可欠な手法で体的には，認知機能の時間変化抽出を，全脳の 105 程度ある。機能的 MRI は空間解像度に優れることから，従来の領域における 103 点程度の時系列データの次元圧縮問

認知機能の時間的変動を実験的に設定，あるいは仮定す

題と捉え，機械学習における次元圧縮の手法である

ることによって認知機能を担う脳部位定位を行うとい

autoencoder に，認知機能の空間的情報を制約条件としてう手法が取られてきた。一方で，近年機能的 MRI の時間

取り込むことにより，高次の認知機能の時間的解析を試的分解能が１秒以下に短縮され，認知機能の時間的解析

みた。現在までに，聴覚潜在変数からの音刺激タイミンに注目が集まっている。我々は，従来試みられてきた手グの復号と，指運動潜在変数からのボタン押しタイミン

法（Independent Component Analysis, Principal Component

グの復号に成功している。また，このモデルのさらなるAnalysis 等）の長所短所を詳細に吟味した上で，認知機検証法と高次脳機能のダイナミクス解析へ適用する計能を担う脳部位を制約条件として認知機能の時間変化

画を提示した。

を解析する手法（functional autoencoder）を開発した。具

51

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／個別研究

個別研究
個別研究（大橋研究室）【概要】に提供しているか，その原理とメカニズムの研究が精力

当研究室では細胞内膜系の生理機能とそれを担うメ

的に進められている。

カニズムをテーマに研究を行なっている。細胞内膜系では，生体膜の分裂・融合によってオルガネラを行き来す

我々は，発生過程のシグナル制御， 特に平面細胞極性

るメンブレントラフィックにより，物質の輸送，分配が（PCP）形成に注目し，そこで細胞内膜系がはたす役割

行われている。分子は，その機能を発揮すべき細胞内外と，そのメカニズムの研究を進めている。PCP シグナルの正しい場所に送り届けられる。この「古典的な」物流

は，内耳の有毛細胞が一貫した方向性を示すように，組機能に加え，メンブレントラフィックが，一見無関係な織全体のグローバルな極性を感知して個々の細胞の極細胞間，細胞内のシグナル伝達において，これまで考え性を生み出す役割を果たしている。その空間情報制御をられてきた以上に様々な役割を担っていることが注目になう特徴から，位置情報とシグナル制御の重層的関係されている。細胞内分子の輸送選別が，シグナル伝達のが興味深い系である。組織レベルと細胞内レベルの時空

分岐選別に直結していることを背景に，細胞内膜系が位間情報をつなぐインターフェイスとしての細胞内膜系

置情報を介してシグナル伝達の動的な制御の場をいかの役割を解明することが，現在の主要テーマである。

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）て，関連する新たな制御因子の探索を可能とするため実哺乳動物モデル細胞系とアフリカツメガエルの発生

験系の確立を進めた。

実験系を相補的に利用し，PCP シグナルを制御する細胞
内膜系タンパク質の候補を見出してきた。これまでに，

本年度はこれまでに開発を進めてきた細胞のポピュ

これらの制御機能分子のいくつかについて細胞内局在

レーションの変化をとらえたシグナル応答の定量的検を規定する配列構造を同定し，その作用が，PCP シグナ

出法で，特定の条件下でレポーターの導入効率をモニタ

ル下流の細胞骨格制御と関連していることを示唆するーする際の信頼性をさらに確保する必要があることがデータを得ている。また，タンパク質機能阻害実験系のわかり，その方法を工夫し改善した。

工夫と，それを元にした機能阻害スクリーニングによっ

個別研究（毛利研究室）【概要】
ほとんどの生物は有性生殖と呼ばれる雄性配偶子（精子）るのか，その刺激のシグナルは何でどのように卵に伝えらと雌性配偶子（卵）の融合に伴う劇的で普遍的な活性化現れるのか，その後，卵内でどのような反応が引き起こされ，象, 受精を行う。それは個体発生という重要な現象への引発生のプログラムがどのように実行されるのか不明な部

金である。しかし，受精機構の詳細は未だ謎に満ちている。

分が多い。また，卵が活性化されるためにはどのように雌どのように精子が卵に近づきどのように卵を活性化させ雄両配偶子が成熟するのか，いまだ不明である。受精時の52

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／個別研究

卵内の Ca2+ 増加は普遍的現象として知られている。哺乳トマキヒトデ卵母細胞の未成熟,成熟途中，成熟完了時に類，鳥類，一部の爬虫類では卵内 Ca2+ 変化は精子が持ちついて，またエダアシクラゲの卵成熟時の電気生理学とイ

込む因子，タンパク質によって引き起こされることがわか

メージングにより，膜電流と卵内 Ca2+ 変化の関係についってきた。しかし，もっと単純な海産無脊椎棘皮動物ウニて研究を行った。さらに，魚類（メダカ）の受精時の Ca2+やヒトデではまだ不明である。数種のウニ卵の受精時，イ変化についても検討した。

イトマキヒトデ卵母細胞の卵成熟時の膜電流変化と Ca 遊離機構の発達の研究
毛利達磨
経塚敬一郎（東北大学大学大学生命科学研究科）
卵成熟ホルモンが既知のイトマキヒトデは卵成熟の研

卵成熟時に徐々に発達すると報告されたが，IP3 阻害剤ヘ究にとって非常に有用な実験材料である。卵母細胞は卵成パリンを注射したところ，成熟途上卵でも抑制されること

熟ホルモン 1-methyl adenine (1-MA) 添加後，約 70 分で成がわかった。さらに，昨年に加え，細胞骨格タンパク質ア

熟する。イトマキヒトデの成熟途上卵（PMO,1-MA 添加後

クチンと細胞内 Ca 動態の測定を行ったところ，アクチン

15 分）の媒精すると細胞内 Ca と膜電流変化が呼応して振の繊維状の分布がホルモン添加後 20 分以降では無くなっ

動する現象が高い確率で起こることを発見した。一般的にていくことが分かった。これらのことからアクチンの再構細胞の Ca 遊離機構としては IP3 ，cADPR，NAADP の 3成により Ca 遊離機構も再構成されるということ，成熟途

種の自然リガンドを二次伝達物質とする機構が存在する

上卵媒精時にも IP3 の Ca 遊離機構も働いていることが強ことが知られている。ヒトデ卵は NAADP による Ca 遊離

く示唆された。上記 Ca 振動と IP3 による Ca 遊離機構の発機構が最初に卵成熟前に発達し，IP3 による Ca 遊離機構は達について執筆し現在，論文投稿予定である。

エダアシクラゲの受精時電位変化と細胞内 Ca 変化
毛利達磨
出口竜一（宮城教育大学）
エダアシクラゲの卵成熟はあるペプチドホルモンににはどうなるか今回挑戦した。 電位変化を取るためによって誘導されることが知られている。前回の研究から

電極と細胞膜のシールがうまく行かず Ca との同時測定

卵成熟時には電位変化がないことが分かったが，受精時はできなかった。今後の検討が必要なことが分かった。

メダカ卵受精時の細胞内 Ca 変化の測定
毛利達磨
春見達郎（旭川医科大学解剖学教室）
魚類メダカの卵受精時の Ca 変化はおよそ 30 年前にエするのかまた，魚類特有の卵門付近からの変化がどうな

クオリンを用いて行われたことがあるが，現在の Ca 蛍っているのか詳しく調べる目的で共同研究を開始した。

光指示薬での結果は知られていない。エクオリンの Ca イ

その結果メダカ卵は機械的な圧縮に弱く受精が難しい

オンに対する変化は線形ではないのでどのように変化こと，さらに，卵門付近から Ca の波は広がっていくこ53

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／個別研究とを確認した。また，IP3 の注射による Ca 変化は棘皮動たりの細胞質から起きるのかなど詳細研究の必要性が物卵やマウス卵などとは異なり Ca 誘発性 Ca 遊離機構が認識された。さらに，他の魚類についても研究を広げて存在することを示唆した。今後，Ca 増加は卵門のどのあいきたい。

個別研究（山肩研究室）【概要】
脳の高次機能，中でも学習・記憶に関わる分子メカニ

特に多く存在し，学習・記憶の基本現象とされるシナプズムの解明は，記憶の異常を伴う脳疾患や老化による脳スの長期増強（LTP）に不可欠の分子と考えられている。

機能低下の予防・治療に欠かせない。当研究室では，そ

私達は，このキナーゼの酵素活性をなくした遺伝子改変の過程で重要な役割を果たす脳内の蛋白質リン酸化酵

マウスを作製し，生化学・細胞生物学・組織化学・電気素，Ca2+/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼ

II

生理学・行動科学など様々な手法を用いて解析すること（CaMKII）に重点を置いて，研究を進めている。CaMKII

により，このキナーゼの生体内での役割を解明しようとは，神経細胞間の情報伝達の場であるシナプスの後部にしている。本年度は，以下の課題を中心に研究を行った。

加齢と海馬依存性記憶，カルモジュリンキナーゼ II 活性
山肩葉子
柳川右千夫（群馬大学）
井本敬二
Ca2+/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼ II

海馬依存性記憶との関連を包括的に調べるために，様々（CaMKII）は，脳に多く存在する蛋白質リン酸化酵素で，な週齢のマウスを準備し，水迷路を用いて，海馬依存性

学習・記憶の分子メカニズムに関わることが知られていの空間認識記憶をテストすると共に，それらマウス脳のる。中でも神経細胞に特異的に発現するアイソフォーム，

サンプルを採取し，活性測定を行った。その結果，加齢

CaMKII α は，その中心的な役割を果たす。これまでの不と海馬依存性記憶，キナーゼ活性との間に一定の相関関

活性型の CaMKII α ノックインマウスを用いた解析の結係がある可能性を見出した。今後さらに詳しい解析を展果，加齢に伴う記憶の低下に CaMKII 活性の低下が関与開する予定である。

する可能性が示された。そこで，加齢と CaMKII 活性，

個別研究（佐竹研究室）【概要】
エタノールがグルタミン酸輸送体（興奮性アミノ酸輸送

片頭痛 2 型（FHM2）モデル動物（Na,K-ATPase α2 サブユ

体 excitatory amino acid transporter, EAAT）の機能亢進を引

ニット遺伝子ヘテロ欠損マウス）Atp1a2+/-の扁桃体においき起こす分子的基盤を追究し，Na ポンプ（Na,K-ATPase）て，抑制性シナプス伝達が選択的に亢進していることを発ならびに protein kinase C (PKC) の関与を示唆する結果を見した。

得た。また，小児交互性片麻痺（AHC）/家族性片麻痺性54

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／個別研究

エタノールの EAAT 機能亢進作用：分子的基盤の検討
佐竹伸一郎
EAAT は，Na ポンプにより作り出される細胞膜間エタノールが EAAT 機能を亢進させる作用の分子メカ+/K+勾配を利用して，神経細胞から放出された興奮性伝

Na

ニズムを明らかにするため，Na ポンプと PKC に焦点を当

達物質グルタミン酸（Glu）の回収を担い，神経伝達を終てた薬理学的手法による検討を行った。Na ポンプ阻害薬

結させるとともに，過剰 Glu の興奮毒性から神経細胞を保ouabain は PTCsteady の振幅を減弱させた（PTCtransient には護する役割を持つ。これまでに，小脳プルキンエ細胞の無効）。また，エタノールの PTCsteady 増強作用も ouabain

EAAT は，生理的濃度のエタノールによりその Glu 輸送機により消失した。これらの結果は，①EAAT のターンオー

能が亢進し，登上線維伝達物質 Glu のシナプス外拡散を抑バーが Na ポンプによる制御を受けていること，②エタノ

制することを見出している。

ールの EAAT 機能増強作用が Na ポンプを介して引き起

光感受性 Glu の光遊離（光照射時間：500 ㍉秒）に伴いこされていることを示唆している。また，エタノールの記録される EAAT 電流（photo-uncaging evoked transporter

PTCsteady 増強作用は PKC 阻害薬 GF109203X により消失しcurrent, PTC）と EAAT の Glu 輸送モデル（代替アクセス

た。一方，PKC 作用薬（ホルボールエステル）PMA にモデル）に基づき，その細胞の Glu 輸送行程を評価するこ

PTCsteady を増強する効果は認められなかった。エタノールとができる。この実験条件にて誘発した PTC は，一過性が EAAT の機能を亢進させる作用に PKC 活性は必要であ成分（PTCtransient）と持続性成分（PTCsteady）の二つに分けるものの，十分な要素ではないと考えられる。PKC は，エることができ，エタノール（50 mM）は PTCsteady の振幅を

タノールから EAAT に至る機能制御機構の維持に関わる

選択的に増大させることを発見した（PTCtransient には無など，補助的な位置付けにあると推定して更に検討を進め効）。エタノールには EAAT のターンオーバー（Glu 輸送ている。

行程の回転速度）を亢進させる作用があると考えられる。

AHC/FHM2 病態モデル Atp1a2+/-の扁桃体における抑制性シナプス伝達の増強
佐竹伸一郎
池田啓子（国際医療福祉大学），川上潔（自治医科大学）

Atp1a2+/-では，扁桃体ならびに梨状皮質において神経活A/100 s で飽和したが，Atp1a2+/-の IPSC 振幅は全ての刺動マーカー c-Fos の発現が増強している（Ikeda et al., 2003）。

激強度において野生型の約 2 倍に増強していた。Atp1a2+/-

そこで，扁桃体領域を含む脳冠状断スライス標本を作製し，では，抑制性シナプス伝達が選択的に亢進していると考え

大型神経細胞（長径 >20 m）より全細胞パッチクランプられる。しかし，IPSC のペアパルス比や微小 IPSC

記録を試みた。局所電気刺激により興奮性シナプス後電流(miniature IPSC) に，野生型と Atp1a2+/-の間で有意な差は（EPSC）ならびに抑制性シナプス後電流（IPSC）を誘発

観察されなかった。シナプス小胞体の放出確率や神経伝達し，その振幅に刺激強度依存性を見出した。扁桃体の神経物質の充填量，シナプス後部の GABA 受容体数に特筆す

細胞は，複数の神経細胞から興奮性入力と抑制性入力を受べき変異はないと結論した。引き続き，Atp1a2+/-における

けていることを示している。

抑制性シナプス伝達亢進の分子的基盤を解き明かすとと

EPSC の刺激強度依存曲線は，300 A/100 s の電気刺激

もに，この表現型（扁桃体抑制性シナプス伝達の亢進）と

+/-

で飽和し，
野生型と Atp1a2 の間で曲線に有意差は認めら

病態（片麻痺/片頭痛）の関係を追究している。

れなかった。IPSC の刺激強度依存曲線も同様に 600

55

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

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するものである。(3) 生理学研究所はこれまで中核機関始した。本センターは，共同利用研究推進室，学術研究として実験用サルの供給事業（NBR 事業）に取り組んで支援室，NBR (National Bio-Resource) 事業推進室，流動連

きた。NBR 事業推進室は，この事業の担当部署を明確化

携研究室，国際連携研究室の 5 室により構成される。(1)し，これまでの脳機能計測・支援センターの霊長類モデ

共同利用研究推進室は，大学共同利用機関として生理学

ル動物室を改変して設けられた。2017 年度に NBR 事業

研究所の担う重要な役割である共同利用研究の推進をの中核機関が京都大学・霊長類研究所に移り，生理学研担っている。具体的には，共同利用研究の実施希望者に究所は協力して円滑な事業の推進に貢献している。2019

対し対応できる研究手法や研究部門を紹介する等のい年度は，サルの供給は停止し，母群の維持を行った。(4)わば相談窓口としての役割を果たし，また機器設備や研流動連携研究室は，2015 年度末で閉鎖となった多次元共究手法に関する要望の汲み上げも行っている。(2) 生理

同脳科学推進センターから本センターに移設されたも学研究所は基礎生物学研究所と共に，2016 年度より新学ので，国内の研究者のサバティカル滞在による研究の推術領域研究「学術研究支援基盤形成」のひとつである「先進を目的として，随時募集を行っている。2019 年度は，

端バイオイメージング支援プラットフォーム」事業を担

応募が無く活動は行われなかった。(5) 国際連携研究室当している。学術研究支援室は，このプラットフォーム

は，外国人客員教授が長期滞在して運営する 3 年の時限における光学顕微鏡，電子顕微鏡，機能的磁気共鳴装置付き研究室で，国際連携研究の推進を目的としている。

等を用いた先端的技術支援の遂行をサポートする。また，

2017 年度から NeuroSpin（フランス原子力・代替エネル

学術研究支援室は「次世代脳」プロジェクトの支援を行ギー庁）の元 Director である Denis Le Bihan 博士が外国っている。これは，多数の脳科学関連の新学術領域等の人客員教授として研究室の P.I.を務め，7T- MRI を用い

日本全国の脳科学研究者を横断的に束ねて毎年全体会

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

撮像法および解析法の開発に取り組んでいる。

共同利用研究推進室【概要】
ト等の開発・作成・供給や，技術的支援にも積極的に取共同利用研究推進室は，全国の他大学や研究機関に所り組んでいる。

属する研究者が，生理学研究所においてスムーズに共同

共同利用研究推進室では，これらの最先端設備や研究

研究を円滑に遂行することができるようサポートする

技術を必要とする全国の大学や研究機関，企業に属する

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，研究者と，生理学研究所を繋ぐことを第一の目的とし，管理，運営が困難な連続ブロック表面走査型電子顕微鏡

関連学会や生理学研究所外で開催される研究会などへ（SBF-SEM），位相差低温電子顕微鏡，多光子励起顕微研究所紹介のためのブース展示を行うなど，共同利用研

鏡等の各種顕微鏡や，２個体間同時計測磁気共鳴画像装究を周知，支援する活動の全般を担っている。2019 年度

置（dual fMRI），7 テスラ MRI，脳磁場計測装置（MEG）

は，1 件の所外開催の研究会（大阪大学・9 月 30 日- 10など，最新の大型実験機器を多数整備し，全国の研究者

月 1 日・「イオンチャネルと生体膜のダイナミズム：構へ機器と人的な技術支援を行っている。また，脳科学研

造生物学の先にあるもの」）を実施し，その中で生理学究に有用な高品質かつ高機能のウイルスベクター，臓器研究所の共同利用研究を紹介する講演を行った。

キメラ動物を含む種々の遺伝子改変マウスおよびラッ56

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／研究連携センター

学術研究支援室【概要】
・「次世代脳」プロジェクト

学術研究支援室では，研究所のミッションの一環とし2016 年度に，10 を超える脳科学分野の新学術領域研て，以下の 3 つの事業の運営を進めている。

究が協力し，全体会合を行うための枠組み「次世代脳」
・先端バイオイメージング支援プラットフォーム（ABiS）

プロジェクトが立ち上がり，本室はその事務局を務めて2016 年度より開始された新学術領域研究（学術研究支いる。本プロジェクトは，全国の脳科学研究者を横断的援基盤形成）の 1 つである，ABiS の運営事務局を担当しに束ね，若手育成を主眼においたシンポジウムの企画，ている。狩野客員教授が代表を務める ABiS は，生理学

ウェブサイト運営やメーリングリストによる関連情報研究所と基礎生物学研究所が中核機関を担う，各種顕微発信を行い，脳科学コミュニティを支える取組を進めて鏡や MRI による先端的イメージング観察及び画像解析いる。今年度は，2019 年 12 月 18 日～20 日に第 4 回冬技術支援プラットフォームであり，共同利用研究と相補のシンポジウムを実施した。

的な取組として，全国の連携機関とネットワークを構成・戦略的国際脳科学研究推進プログラム（国際脳）し，オーダーメイド型の支援を行う事業である。今年度
は，前年度と同様にオフィシャルウェブサイトにおいて，世界の国家的プロジェクトとの連携を強化し，我が国

ABiS の支援内容，公募情報，会議や研究集会の案内，トの，ひいては世界の脳科学研究の飛躍的な発展に貢献す

レーニング開催情報，支援による成果発表等を随時発信

ることを目的として，戦略的国際脳科学研究推進プログ

するとともに，種々の学会でのブース出展やシンポジウ

ラム（国際脳）が 2018 年 6 月より開始された。また，同ム共催による周知活動を行った。また，初年度に構築し年 11 月には，事業を機動的かつ円滑に運営し，戦略的なた応募・審査・成果報告を一貫して行えるオンライン申国際展開に資する成果創出の加速，さらには日本の脳科請システムの改修を行った。2020 年 2 月 14 日～15 日に学研究における国際的なハブとなる研究推進支援を実は ， ABiS Symposium “ Forefront and Future of Electron

施する中核的組織として，生理学研究所が採択され，本Microscopic Imaging〜電子顕微鏡イメージングの最先端室はその事務局を務めることとなった。今年度は，各研と未来〜”を開催し，バイオイメージング分野の最先端

究課題の研究進捗管理および研究者間の交流促進のたの技術，特に電子顕微鏡を用いた研究に関する最新成果

め，7 月と 10 月に進捗状況報告会を運営した。10 月にはを共有し，今後のバイオイメージング分野の展開を議論

国際脳事業推進に関する方向性を議論・決定する国際脳した。

プロジェクト推進会議も実施し，その運営業務を行った。

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

は病原微生物学的にも安全かつ付加価値の高い実験用ジェクト（NBRP）「ニホンザル」は 2002 年に発足し，動物として繁殖育成し，国内の研究者を対象に安定して自然科学研究機構生理学研究所が代表機関となって京提供する事を目的としている。事業推進の柱として 2019

都大学霊長類研究所（分担機関）と共同推進してきた。

年度は以下５つの業務を行った。

2017 年度からの第４期 NBRP「ニホンザル」は京都大学
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）研究用ニホンザルの繁殖・育成体制の整備所を分担機関とする新体制で本事業を推進している。ニ

ニホンザル繁殖事業の集約のために，年間８０～９０

ホンザルは優れた認知能力を持ち，我が国の高次脳機能頭を生産して年間７０頭を出荷する体制へ移行し，生理研究に不可欠なモデル動物である。NBRP「ニホンザル」

学研究所外部委託施設ではサル繁殖事業の停止を続け

57

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／研究連携センターている。生理学研究所外部委託施設では 2019 年度末時点

るために５回開催した。

で繁殖母群１７４頭，育成仔ザル９頭を飼養保管している。

２）ユーザーコミュニティとの連携
研究者コミュニティとの連携協力，情報の共有を図る（２）研究用ニホンザルの提供事業の実施ために使用者会議を開催すると共に，情報伝達のために提供数については２０件８２頭の応募があり，２０件

ホームページを活用した。また，実験動物使用者会議を開催し，ユーザーとの意見交換を行った。

８２頭が採択，２０件５７頭が提供された。提供先機関
は，国公立が９機関，私立大学が３機関，研究所が４機

３）事前講習会の開催

関，合計１６機関である。

事前講習会を開催して，ニホンザル提供を希望する研究者に対して教育と指導を行った。今年度は東京（4/17），
大阪市（8/26）にて計２回開催した。

（３）研究用ニホンザルの組織試料提供の実施
NBRP「ニホンザル」事業がより広く周知されるに伴い，

４）母群検討委員会

血液等の組織試料を要望する研究者からの問い合わせ

生理学研究所外部委託施設の繁殖母群について話しが増えたため，提供組織試料の確保や輸送方法など解決合うために，生理学研究所所長の諮問機関として設置さすべき課題は多くあるが，2014 年度から組織試料の提供れた。今年度の母群検討委員会は生理学研究所にて８月を試験的に開始したが，今年度は本格的な体制づくりをに開催された。

実施した。
（５）その他の活動
国立研究開発法人日本医療研究開発機構基盤技術整（４）プロジェクトの総合的推進
１）委員会等の実施

備プログラムに採択され，ニホンザル B ウイルス DNA

運営委員会を４回開催した。そのうち，提供に関する検査法の開発を京都大学霊長類研究所と共同で実施した。

審議の採否について１回，年度の総括のための１回開催した。提供検討委員会はリソース提供応募書類を審議す58

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／脳機能計測・支援センター

脳機能計測・支援センター
形態情報解析室
【概要】
形態情報解析室では，医学生物学専用超高圧電子顕微鏡

度は，巨大ウイルス粒子の複製過程の観察から神経回路網（Biomedical-HVEM），低温位相差電子顕微鏡（Cryo-の観察にいたるさまざまな細胞性試料の三次元形態研究

PCTEM），連続ブロック表面走査型電子顕微鏡（SBF-SEM）について，合計 7 課題が採択され実施された。また，Cryo-などの特殊・先端電子顕微鏡機器を駆使して，生体組織やPCTEM では，タンパク質複合体からウイルス粒子の高分細菌などの細胞性試料の立体形態観察と，ウイルス粒子，

解能単粒子構造解析，SBF-SEM では，神経細胞の立体形

タンパク質複合体などの無染色氷包埋試料による高分解態解析などの共同研究が合計 9 課題が行われた。本研究室

能三次元構造解析などを行っている。
Biomedical-HVEM は，では，これらの共同研究を遂行すると伴に，それぞれの課

生理研を代表する共同利用実験機器の一つであり，毎年こ題を達成するための手法および付属装置の開発，電顕画像

れを利用した研究課題も全国から募集している。2019 年からの最適な立体再構成法の研究も合わせて行っている。

新規巨大ウイルス「メドゥーサウイルス」の構造をクライオ電子顕微鏡で解析
ソンチホン，香山容子，村田和義
武村政春（東京理科大学）
望月智弘（東京工業大学）
緒方博之（京都大学）
日本国内の温泉副流水からアメーバに感染する新規粒子構造をクライオ電子顕微鏡単粒子解析により明ら巨大ウイルスを発見し，その宿主をシスト化するというかにした。結果，メドゥーサウイルスは T=304 の正二十性質から「メドゥーサウイルス」と名づけた。この巨大面体キャプシド（殻）を持ち，表面は多数のスパイク状ウイルスは，全セットのヒストン遺伝子をゲノム内に保の突起で覆われていることが新たにわかった。
今後，ウイルスヒストンの役割などメドゥーサウイル

持しており，特異な粒子形態とゲノム組成から新たなスの形成および感染過程を分子レベルで解明すること「科」に属することが明らかになった。
メドゥーサウイルスは，真核生物が DNA を折り畳んにより，巨大ウイルスと真核生物の太古以来の共進化誌

で核内に収納するために必須な 5 種類のヒストンの遺伝が紐解かれるのではないかと期待される。

子全セットを保持する初めてのウイルスであった。真核Yoshikawa G, Blanc-Mathieu R, Song C, Kayama Y, Mochizuki

生物の DNA 関連遺伝子がウイルスに由来するという仮

T, Murata K*, Ogata H*, Takemura M* (2019) Medusavirus, a説が提唱されているが，本研究成果はそうした仮説を強novel large DNA virus discovered from hot spring water. J Virol

く支持する結果であった。

93(8), e02130-18.

本共同研究では，さらにメドゥーサウイルスの詳細な59

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／脳機能計測・支援センター

光化学系 II-集光装置超複合体の立体構造を決定
ソンチホン，村田和義
渡邉顕正，皆川純（基礎生物学研究所）
柳振峰（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

与える集光装置の全体（超複合体）を緑藻のクラミドモ

ネルギーに変換して利用することで二酸化炭素を固定

ナスから取り出して，その立体構造を解像度 2.7 Å でク

し炭水化物を合成する（光合成反応）。その中心となる

ライオ電子顕微鏡単粒子解析にて決定した。これにより，のは，光化学系 I，光化学系 II と呼ばれる二種の膜タン

巨大集光マシンによって集められた光エネルギーの流

パク質色素超複合体である。光化学系 II は光エネルギーれが解明された。

を電気化学エネルギーに変換するが，その際に水を酸化

Sheng X, Watanabe A, Li A, Kim E, Song C, Murata K, Mr.

して酸素を発生することでも知られている。このようにSong D, Minagawa J, Liu Z (2019) Structural insight into light

炭水化物や酸素の生産に必須な酵素なので，人間を含め

harvesting for photosystem II in green algae. Nature Plants 5,た地球上の生物にとって光化学系 II は大変重要である。

1320-1330.

本共同研究では，光化学系 II とこれに光エネルギーを

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

光応答性 CaMKII 分子の開発とシナプス可塑性研究への応用
柴田明裕，江藤圭，恩田麻紀，佐藤愛子，大場多津子，鍋倉淳一，村越秀治

本研究では，
単一シナプスレベルで光によって長期増強が上昇する。また，単一スパイン内で CaMKII を活性化さが惹起可能な新規光応答性分子の開発を行っている。シナせることによって，スパイン形態の変化や，AMPA 受容体

プスの可塑性にとって重要な分子である CaMKII を青色のリクルートを惹起出来ることを確認した。すなわち，ス

光照射によって活性化することが可能な光応答性分子のパイン形態の変化だけでなく，シナプス長期増強を惹起す開発を進めている。現在までに，CaMKII のヒンジ領域にることができることを強く示唆する結果を得ることがで植物の光受容タンパク質キナーゼである Phototropin1 のきた。昨年度までに，光応答性 CaMKII の光活性化によるLOV2 ドメインを挿入することによって，光制御可能な

RhoGTPase 活性化を蛍光寿命イメージング法によって可CaMKII 分子を作製することに成功した。この分子は青色視化したところ，CaMKII の活性化によって Cdc42 は活性光照射によって，分子構造が大きく変化し，キナーゼ活性化するが RhoA は活性化しないことを見出した。今年度は，60

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／脳機能計測・支援センター

光応答性 CaMKII の活性化により増加する mRNA の同定

マイクロアレイで同定した分子群をノックダウンして機を DNA マイクロアレイを用いて解析を進めた。今後は，能を調べる予定である。

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
蛍光タンパク質を細胞に発現させることで分子局在て，側鎖が表面にあるアミノ酸をより親水性のものに置をモニターすることができる。一方で，蛍光タンパク質

換することによって，非特異的結合を減らした新規蛍光が細胞内タンパク質に非特的に結合することによって，タンパク質の開発を進めている。今年度は親水性化した細胞機能を阻害することが知られている。そこで本研究

タンパク質（ssGFP）の結晶構造解析のための条件検討をでは，細胞内タンパク質との非特異的結合を減少させた行なった。

蛍光タンパク質の開発を進めている。EGFP を鋳型にし分子間相互作用検出のための色素蛍光タンパク質の開発
村越秀治，堀内浩，小杉貴洋，恩田麻紀，佐藤愛子，古賀信康，鍋倉淳一

細胞内のタンパク質分子の活性化や相互作用を検出

Ultramarine を鋳型にして，ランダム変異導入法を行うこする方法として蛍光共鳴エネルギー移動法（FRET）がよとにより，細胞内発現量を改善した色素タンパク質を開く用いられる。特に，蛍光寿命イメージング顕微鏡によ発している。現在までのところ，全長 230 アミノ酸の内，り FRET を可視化する方法は，計測のアーチファクトが23 ヶ所に変異を導入することにより，HeLa 細胞内での出にくく，しかも定量的である。最近，このような計測

発現量を 2 から 3 倍に増加させることに成功し，ShadowRに利用可能な新規蛍光タンパク質（dark mCherry）の開発と名付けた。また，ShadowR を mRuby2 または mScaretに成功した（Nakahata et al. 2016）。本研究では，さらにと組み合わせることにより，FRET センサーとして使用

高感度でアーティファクトの少ない蛍光プローブの開できることを確認し，論文を出版した（Murakoshi et al.

発を行っている。具体的には，色素タンパク質である

2019）。

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

61

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／脳機能計測・支援センター

人工知能と神経基盤の相互参照アプローチによる視覚－価値変換機構の解明
吉本隆明，丹羽開紀，高橋春香，内山隆太郎，定藤規弘，近添淳一
生物の行動は主観的価値によって規定されている。外定されている領域間で価値の情報表現構造を比較する

界の情報は感覚器を介して捉えられ，脳内で抽象的価値のみでなく，未知の価値処理領域をモデルの情報構造と情報に変換された後，価値に基づく意思決定を経て適切の対応から明らかにする。具体的には，深層学習によりな行動が選択される。ヒトを対象とした機能的 MRI 研究

多層ニューラルネットワークに画像情報と価値の対応により，前頭眼窩野や側坐核，線条体が価値処理に関わを学習させ，構築された階層構造から脳内の価値情報のることが明らかにされているが，感覚情報からどのよう階層構造を推測し，翻って，脳内の階層構造から多層ニな過程を経て価値の情報が生じるかは明らかにされてューラルネットのパラメータを決定する。

いない。本研究においては，価値処理領域として既に同

局所脳活動からの全脳活動の解読
Balbir Singh，平山淳一郎，地村弘二，山本哲也，定藤規弘，近添淳一
近年の脳機能画像研究の進歩により，同一の脳領域がることが示唆されている。本研究においては「同一の脳

複数の脳機能に関与することが示されており，このこと領域であっても異なるネットワークに関与するときは，から単一脳領域の活動の有無に基づいて，被験者の認知結合の違いを反映して，局所の脳活動パターンが変化す状態を推測する逆推論は困難であることが指摘されてるのではないか」という仮説をおき，これを検証した。

いる（Poldrack 2006）。一方で，全脳のネットワーク・レ

具体的には，安静時の脳活動データにおいて，局所の脳

ベルの活動を用いた場合には，高精度の逆推論が可能で活動と全脳の脳活動のパターンの対応を機械学習的手あることが示されており（Yarkoni et al., 2011），これら法で学習することにより，局所の脳活動から全脳の情報の結果から，脳活動と脳機能の関係は多対多の対応であを解読に成功した。

Tracing the representational architecture of subjective valuation
with fMRI-neural network correspondence mapping
Trung Quang Pham，Takaaki Yoshimoto，Haruki Niwa，Haruka Takahashi，Ryutaro Uchiyama，Adam K Anderson，Norihito Sadato and Junichi Chikazoe

Subjective valuation is one of the most importantunknown. In this study, we investigate how sensory

cognitive activities by which an individual can choose theinformation (i.e., visions) is processed into values by

best case among many. The input for valuation is usuallyusing functional MRI and Artificial Neural Networks

derived from sensory information such as visions,(ANN). We found that activities of visual areas are highly

audition, somatosensation, etc. It has been known that thecorrelated with the shallow layers of the ANN, while thevisual information is processed at the visual cortex.

default mode network is correlated with the deeper layers.

Recent works from (Chikazoe et al., 2014) have revealed

Moreover, the vision-to-value processing is also well-that the subjective values are represented at thealigned with the principal gradient of cortical connectivity,

orbitofrontal cortex. The neural basis of the pathway

suggesting that the default mode network plays a central

which connects these cortex together remains largely

role in this process.

62

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

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203 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，南部より効率良く逆行性に遺伝子を導入出来る AAV ベク

篤

ピズムによる神経路選択性がほとんどないと考えられ，

ターシステムの開発に取り組んだ。本システムは，トロ

様々な神経路への適用が期待される。

線条体-黒質投射ニューロンによる運動調節機構の分子メカニズム解析
小林憲太，佐野裕美，黒田啓介（名古屋大学），貝淵弘三（名古屋大学），南部篤

独自に開発した二重ベクターシステムを利用して，線認められる。現在，行動生理学的・電気生理学的な実験

条体-黒質投射ニューロンで特異的に Protein kinase A

を進めており，随意運動変化との相関を解析している。

(PKA)のドミナントアクティブ変異体を発現誘導する遺本研究によって，線条体-黒質投射ニューロンによる運動

伝子改変マウス（D1R-MSN PKA マウス）を作製した。

調節機構が分子レベルで明らかになる。

D1R-MSN PKA マウスでは，特徴的な随意運動の変化が63

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

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，あるおける ES 細胞の樹立方法が確立され，CRISPR/Cas9 シ

いはヒト疾患をモデルとして再現するため，遺伝子改変

ステムのような遺伝子編集技術も急速な発展を遂げた動物は欠かすことができない。これまでに哺乳類では，ことにより，ラットでも自在に遺伝子改変動物を作製すマウスが遺伝子改変動物として汎用されてきた。しかしることが可能になった。今後，遺伝子改変ラットの需要ながら，脳機能をはじめとした生理学的な特徴にヒトとがいっそう増えると考えられ，これまではマウスを用いの乖離があることや体が小さすぎて外科的操作が困難て追究されてきた様々な生命現象をラットでも解析でであるなど，マウスモデルにはデメリットも存在する。

きるようになれば，諸現象の動物種を超えた保存性や種これらの欠点を補うことができるラットは生理学研究

特異性の有無も明らかになると期待される。以下には当に重宝されてきた実験小動物だが，胚性幹（ES）細胞の研究室が進める，始原生殖細胞（PGC）の発生動態を遺樹立が難しく，マウスのように遺伝子改変動物の作製を

伝子改変ラットを用いて解析した研究結果について紹容易に行うことはできなかった。しかし近年，ラットに介する。

Prdm14-H2BVeunus ノックインラットを用いた始原生殖細胞の発生動態の解析
小林俊寛，平林真澄
すべての生殖細胞の源である始原生殖細胞（PGC）の発の発生動態を明らかにできた。また，各発生ステージの生動態は，ラットではほとんど明らかにされていない。そPGC をトランスクリプトーム解析することにより発生にこでマウスにおいて PGC 特異的な発現を示し，生殖細胞伴う遺伝子発現の詳細も明らかになり，マウスおよびヒトの発生・分化に重要な役割を演じている Prdm14 遺伝子にの PGC で報告されている遺伝子発現データとの比較によ

着目し，その遺伝子座に蛍光遺伝子 H2BVenus をノックイり齧歯類間での高い保存性が鮮明になった。本研究はラッンした遺伝子改変ラットを作製した。Prdm14 はラットでトにおける PGC 発生に関する基本情報を提示するもので，も PGC 特異的に発現しており，このレポーターラットの

ラット ES 細胞から PGC への分化誘導など，新たな発生

発生ステージが異なる胚を免疫染色することにより PGC

工学技術の開発にも役立つと期待される。

代謝生理解析室
【概要】
研究所内外が作成，保有する遺伝子改変マウス及びラ

よびヘモグロビン由来の内因性シグナルを利用した脳ットの代謝，生理機能を詳しく解析し，標的遺伝子の機領域活動と膜電位感受性色素を用いた回路活動のイメ

能と行動変異のメカニズムを明らかにすることを目的

ージング（担当：生体恒常機能発達機構研究部門），（４）に開設された。計測する代謝・生理機能と担当者は以下

自由行動下における摂食行動，エネルギー消費の計測の通りである。（１）運動系を中心とした，覚醒下での（担当：生殖・内分泌系発達機構研究部門，箕越教授），

単一ニューロン活動など神経活動の計測(担当：生体シス（５）自由行動下における体温，脈拍数，血圧の計測（担テム研究部門，南部教授)，（２）自由行動下における脳

当：細胞生理研究部門，富永教授），（６）摘出灌流心

内特定部位での神経伝達物質の分泌計測(担当：生殖・内臓または麻酔マウスを用いた心機能，循環血流量の測定

分泌系発達機構研究部門，箕越教授)，（３）フラビンお（担当：心循環シグナル研究部門，西田教授）。

64

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／行動・代謝分子解析センター

Thermal gradient ring を用いた温度感受性 TRP チャネル欠損マウスの温度依存性行動の解析
笹島沙知子（愛知医科大学糖尿病内科）
宇治澤知代，富永真琴（生理学研究所細胞生理研究部門）
自由に動くことができる円形の Thermal gradient ring を他のマウスに比べて移動距離が短かったが，thermal

用いて，野生型マウスと種々の温度感受性 TRP 欠損マウ

gradient がない条件でもこの 3 種類のマウスは移動距離

スの温度依存性行動を観察した。360 度の ring を半分ずつが短く，温度感知との関係はないと考えられた。移動速

12 のゾーンに分け，
滞在時間（Spent time），
移動距離（Travel度の解析では，野生型マウス，TRPM2 欠損マウス，TRPA1

distance），移動速度（Moving speed）を検討した。

欠損マウスは他のマウスに比べて 31.9 度から 37.7 度の11.5 度から 43.6 度の gradient での滞在時間の解析で，ゾーンで移動速度が小さかった。また，TRPM8 欠損マウ

野生型マウス，TRPM2 欠損マウス，TRPA1 欠損マウス

スは他のマウスと比べて 11.5 度から 14.4 度のゾーンのは約 34 度に最もよく滞在した。他のマウス（TRPV1 欠

移動速度が小さかった。TRPV1 欠損マウスは熱い温度ゾ

損マウス，TRPV3 欠損マウス，TRPV4 欠損マウス，ーンで入りやすかったが，TRPA1 欠損マウスは低温ゾー

TRPM8 欠損マウス）はより低い温度を好んだ。TRPM8ンでの行動に野生型マウスと差がなかった。Thermal

欠損マウスは他のマウスと比べて 11.5 度から 14.4 度のgradient ring を用いて複数のパラメータ解析を行うこと

ゾーンの滞在時間が長かった。移動距離の解析では，野によって，温度感受性 TRP チャネルと温度依存性行動の生型マウス，TRPM2 欠損マウス，TRPA1 欠損マウスは関係を詳細に解析できるものと思われる。

プリン作動性 P2Y6 受容体による心循環機能制御
津田誠，齊藤秀俊（九州大学大学院薬学研究院）

Caroline Sunggip（マレーシア Sabah 大学医学部）
下田翔，西村明幸，田中智弘，西田基宏（生命創成探究センター心循環シグナル研究部門）

心筋のプリン作動性 P2Y6 受容体が圧負荷による線維

う心機能低下（心不全）が観察された。P2Y6 受容体をノ化誘導に関わることを以前報告した。そこで，P2Y6 受容

ックダウンさせた心筋細胞に低浸透圧ストレスを加えた

体欠損マウスに大動脈狭窄による圧負荷を施したところ，ところ，心筋細胞の肥大化と細胞死が有意に抑制された。

野生型マウスと比べて顕著な突然死と急性心不全が誘導以上の結果から，心筋細胞の P2Y6 受容体は圧負荷によるされることがわかった。一方，心筋細胞特異的に P2Y6 受

心筋リモデリング（心肥大や線維化）誘導の引き金となる容体を発現させたマウスに圧負荷を施した場合においてものの，非心筋細胞の P2Y6 受容体はむしろ圧負荷に対しも，突然死率は増加しなかったものの，著しい線維化を伴て心筋保護的に働く可能性が示された。

65

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／行動・代謝分子解析センター

糖尿病では WWP1/KLF15 経路を介して骨格筋量が減少する
平田悠，野村和弘，岡田裕子，細岡哲也，小川渉（神戸大学大学院医学研究科）

小林憲太（生理学研究所ウイルスベクター開発室）
今村道博，武田伸一（国立精神・神経医療研究センター神経研究所）
箕越靖彦，岡本士毅
高齢者では，筋肉の減少により活動能力が低下すると，カニズムを調べたところ，血糖値の上昇が KLF15 の分解

様々な病気にかかりやすくなり，寿命の短縮にも繋がるを抑制し，KLF15 が筋肉で蓄積することが分かった。さことが知られている。加齢による筋肉の減少と活動能力

らに KLF15 の分解制御に WWP1 が関与することを見出の低下は「サルコペニア」と呼ばれ，高齢者が増加し続した。

ける我が国で，大きな問題となる健康障害の一つである。

WWP1 はユビキチンリガーゼと呼ばれるタンパクの本研究では，糖尿病において高血糖が原因となり，骨格仲間の一つである。ユビキチンが結合すると，ユビキチ筋の WWP1 及び KLF15 を介して筋萎縮を引き起こすこンが結合したタンパクの分解が速まる。通常の状態では，とを見出した。

WWP1 が KLF15 にユビキチンを結合させることによりマウスを実験的に糖尿病にすると，筋肉量の減少に伴分解を促し，KLF15 の量を低く保つが，血糖値が上昇すって転写因子である KLF15 が骨格筋で増加した。筋肉選

ると，WWP1 の量が少なくなり，KLF15 のユビキチンの択的に KLF15 を無くしたマウスを作成すると，このマウ結合が少なくなって，KLF15 の分解が抑制されると考え

スは糖尿病になっても筋肉量が減少しなかった。そのメられる。

ジストニア様症状マウスの筋電図解析
佐野裕美，知見聡美，南部吉岡

篤望，竹林浩秀（新潟大学）

堀江正男（新潟県立看護大学）
Dystonin（Dst, ジストニン）はマウスの遺伝学的なジた。次に，神経堤細胞から分化した Wnt1 系譜細胞のみ

ストニアの原因遺伝子である。神経堤細胞から分化したで Dst を発現する Wnt1-Cre::Dst cRescue マウスを作製し細胞のみで Dst を欠損する Wnt1-Cre::Dst cKO マウスでたところ，運動機能は劇的に回復していた。このマウス

は，末梢神経系の神経細胞やシュワン細胞で Dst の欠損の筋電図を下肢伸筋と屈筋から記録したところ，ジストが起こり，下肢で捻転運動様の運動障害が認められる。

ニアに特徴的な筋収縮は認められなかった。これらの結このマウスの筋電図を下肢伸筋と屈筋から記録したと果から，Wnt1 系譜細胞がジストニア様症状に関与するこころ，持続的な筋収縮や伸筋と屈筋が同時に収縮するととを示唆していると考えられる。

いったジストニアに特徴的な筋収縮は認められなかっ66

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

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」とト 201 匹，魚類 4,716 匹，両生類 214 匹であった。年間略す）は，適正な実験動物を用いて再現性の高い正確な入館者数は 10,010 人（延べ），登録者数 135 名であった。

動物実験成績を得ることをめざして，実験動物と動物実
2. 飼養室の使用状況

験に関する四つの柱である管理運営，研究，教育及び社会貢献を適切に行うべくその責務を果たした。センター

明大寺地区陸生動物の飼養保管室利用部門数は，10 部

は，2019 年 4 月に改組され，運営部門，先端モデル動物門（生理研 9 部門，共通研究施設 1 部門）であった。山

作製室，モデル動物表現型解析室の 3 部門からなること

手地区陸生動物の飼養保管室利用部門数は，10 部門（生が決定している。本年度は，運営部門において以下の業

理研 7 部門，生命創成探究センター2 部門，共通研究施務を推進した。

設 1 部門）であった。明大寺及び山手地区水生動物の利第一の管理運営は，主に微生物コントロール，空調設

用状況について，明大寺地区の利用部門数は 6 部門（生備等の補修管理及び改修・増築工事について行った。微理研 1 部門，基生研 5 部門），山手地区の利用部門数は

生物コントロールについては，齧歯類微生物自家検査一4 部門（生理研 1 部門，生命創成探究センター3 部門）が本化の実施に向けての移行を進め，その他に，サル類の水槽を利用していた。

微生物検査に向けての整備などを進めた。空調設備等の補修管理については，従来から実施している明大寺及び

3. 微生物学的品質管理

山手の両施設における修理作業の他に，今年度の改修・(1) 齧歯類の微生物モニタリング項目

増築工事に向けての業務を行った。さらに，改修・増築

センター内及びセンター外（センターの外部にある部門

棟に設置する備品に関しての概算要求について立案しに設置されている飼育室）で飼育しているマウス，ラット

採択された。大型物品の仕様書作成，入札を順次進めた。

を対象に，微生物モニタリングを年に 4 回の割合で定期的

第二の研究は，飼育管理方法等に関する研究についてに行った。検査項目はウイルス感染症：MHV，Sendai virus，

水漏れ感知機能付きマウスハウスの開発と実用性の検Ectromelia virus，Lymphocytic choriomeningitis virus，SDAV，討，ミネラルオイルの保存方法とマウス体外受精卵死滅

Hantavirus；細菌性感染症：Mycoplasma pulmonis；Salmonellaの関連性及び動物実験施設改修工事に対応した UV カッ

spp. ， Clostridium piliformis ， Pasteurella pneumotropica ，トフィルムによる昆虫侵入防止について検討した。

Bordetella bronchiseptica，Streptococcus pneumoniae；内部寄生虫：Giardai muris，Spironucleus muris，Trichomonads etc. ，第三の教育は，センターの利用者を対象に，山手及び明大寺両地区においてそれぞれごとに，利用者講習会及Pinworms と外部寄生虫を対象に検査した。

び実務講習を開催した。

(2) 齧歯類の微生物モニタリング検査体制

第四の社会貢献は，研究所外では各種学協会等での理

齧歯類の微生物モニタリング検査については，
これまで事長，理事，委員等の役割を担っての活動，動物愛護管

は 3 ヶ月に一回の割合で実験動物中央研究所 ICLAS モニ

理法改正及び外部検証に関連する活動，日本実験動物学

タリングセンター（以下「ICLAS」と略す）に外部委託し会主催の人材育成事業，さらに文部科学省等の行政とのてきたが，検査結果早期入手・検査諸経費削減・汚染事故

間の情報交換等の活動を行った。

発生時早期対応を目的にして，2017 年 12 月より自家検査
のみに切り替え，センターにおいて自家検査ができる体制【管理運営】を構築することとした。自家検査はセンターの獣医師 1 名

1. 動物飼育数および入館者数と技術職員 1 名の 2 名体制で行うこととし，あらかじめ

明大寺地区動物種別の飼育数は，マウス 1,760 匹，ラICLAS で研修を受けた。なお，自家検査による成績の正確

ット 1 匹，魚類 10,817 匹，両生類 60 匹，サル類 28 匹で性を維持することを目的として，今後も ICLAS での研修あった。登録者数 112 名であった。

を定期的に行うことを計画している。

山手地区動物種別の飼育数は，マウス 2,676 匹，ラッ67

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／動物資源共同利用研究センター

器 2 台のうち，1 台を機能継続のためにオーバーホ(3) 微生物モニタリングの件数ールを行った。

明大寺及び山手地区で飼育される実験動物の適正な微生物学的品質管理を目的として，前年度と同様に，マ2) 動物棟 II（新館）の一般排水が詰まる事故が発生しウス肝炎ウィルスを対象に搬入時には全てのマウスのた。原因は経年劣化により配管の錆が詰まったため

検疫を，搬入後の飼育中の齧歯類動物については，自家と考えられた。今後，動物棟 II（新館）の工事修理検査により，定期的な微生物モニタリングを実施した。

件数が増えることが予想されるため，計画的な整備

ただし検査試薬が入手できない検査項目，糞便を試料と更新を進める必要がある。

した MHV 検査及び自家検査の対象としていない検査項

3) 構内サイン変更工事を行った。

目については，これまでと同様に外注委託検査を行った。

4) ソフト酸化水生成装置修理を行った。

自家検査で行った件数については，明大寺地区ではマウ

5) 貫流蒸気ボイラー薬注ポンプ故障のため，取替工事

ス 92 件とラット 8 件，山手地区ではマウス 149 件とラを行った。
(2) 山手地区

ット 32 件であった。外部委託検査で行った件数については，明大寺・山手両地区合わせて，マウスリンパ球性

1) 山手地区の空調設備では，熱源に用いる蒸気ボイラ

脈絡髄膜炎ウイルス 241 件，ラットハンタウイルス 40

ーの点検時に不良箇所が見つかり修理を行った。
2) 機器設備では，高圧蒸気滅菌装置において，配管の件，MHV8 件であった。

蒸気漏れ，扉の不具合が発生したため，その都度対
4. サル類の検疫体制応を行った。
3) SPF バリア区域内の複数台の定風量装置の不具合がサル類実験動物の検疫検査と一般健康診断の実施を進めた。マカクサルの導入時に E 型肝炎ウイルス（HEV），

あり，その都度対応を行った。
4) 1 号館貫流蒸気ボイラー故障のため部品取り換え工

サル免疫不全ウイルス（SIV），サル T 細胞白血病ウイルス 1 型（STLV-1）の検査結果を確認した上で導入する事を行った。
5) 1 号館 A 動物用給湯循環ラインポンプ取替修理を行こととした。今年度，ニホンザル 10 頭の検疫検査を実施った。

した。サルの定期的健康診断について，全頭（61 頭）を対象として，血液学的検査，血清生化学的検査，糞便検6) ケージ洗浄機蒸気配管部品交換修理を行った。

査（寄生虫，細菌性赤痢，サルモネラ菌），ツベルクリ

山手の施設は 2002 年に竣工し，その後 18 年を越えてン反応による結核症の感染検査，B ウイルス抗体検査，おり，古くなった設備の経年劣化による不具合が増える

SRV 抗体検査・核酸検出，E 型肝炎ウイルス（HEV）抗ことが予定されるため，今後も年次的な交換計画が必要

体検査・核酸検出，麻疹ワクチン予防接種およびイベルである。

メクチン予防投与を実施した。
7. 改修・増築工事関連
5. マウス受精卵凍結胚操作・融解・クリーンアップ実績

1980 年に竣工し，その後 40 年を経過した明大寺地区

げっ歯類の授受について，動物輸送件数は年間でのべの動物棟 I の老朽化に対応するため，改修・増築工事に

60 件の導入と 77 件の供与があった。このうちの一部に関する概算要求を行い，採択された。そこで昨年度からついて凍結保存やクリーンアップを行った。すなわち，の本格的な改修・増築計画を行った。2018 年度に引き続

受精卵凍結保存は 22 件，クリーンアップ兼受精卵凍結

き 4 月に動物棟 I（本館）の片付け作業，備品の移動・保保存は 4 件，融解・移植は 18 件，それぞれ実施した。

管及び廃棄を行った。工事期間中に建築，設備，電気業
者，施設課と 35 回の定例会議を実施し，定例会議以外に

6. 老朽化した空調設備等の主な修理内容

も個別に打ち合わせを実施した。改修・増築に伴い，動(1) 明大寺地区

物棟 II（新館）で必要になった工事を行った。今回の改

明大寺動物棟 I（本館）は，2018 年 1 月に概算要求が修・増築工事に向けて重視したポイント(1) 改修増築区域に SPF マウス・ラットを維持するため採択され，2019 年 4 月から改修・増築工事を開始した。
1) 動物棟 II（新館）は，昨年度に引き続き冷温水発生のバリアシステム構築

68

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／動物資源共同利用研究センター

1) クリーン廊下→飼育室→セミクリーン廊下への一明している。今回はミネラルオイルの劣化に影響するといわれている UV 照射および保存温度に着目し，受精卵

方向性を採用2) マイクロアイソレーションシステムの導入

死滅の関連性を検討した。

3) 自動給水システムの導入
4. 動物実験施設改修工事に対応した UV カットフィルム(2) conventional 動物，特にサル類の飼育区域を完全分離による昆虫侵入防止（含動線）

明大寺動物棟 I（本館）の改修・増築工事に伴い，工事期間中の動物棟 I の動物については，隣接する動物棟 II

8. 改修・増築棟の備品の概算要求
改修・増築棟の備品の概算要求については，「平成 31へ移動させて飼育することで対応した。そのため，工事

年度国立大学法人先端研究等施設整備費補助金」の遺伝子

期間中の入退館は，動物棟 II の出入口を使用することに改変モデル動物研究基盤設備及び「平成 31 年度機能強化

なった。ここは，夜になると館内の光に誘引された昆虫経費」の遺伝子改変モデル動物の表現型解析を飛躍的に高が，出入口ドアガラス外面に多数止まっているため，利める先端技術の開発と共同利用・共同研究を推進する為の用者の出入りと共に昆虫が館内に侵入する可能性が高研究環境基盤の構築事業が採択された。今年度大型物品のかった。そこで，昆虫侵入防止を目的として，UV カット

仕様書作成，入札を順次進めた。

フィルムを出入口ドアのガラスに貼り付けると共に，UV
カットフィルムの昆虫誘引阻止効果を調べた。

【研究】
1. 文部科学大臣表彰・科学技術賞の受賞【教育】
1. 利用者講習会

浦野は，業績名「外部検証体制の構築と実施による適正な動物実験の普及啓発」にて，令和２年度科学技術分

明大寺地区と山手地区において初めてセンターを利野の文部科学大臣表彰・科学技術賞を受賞した。

用するユーザーを対象にして，明大寺利用者講習会及び山手利用者講習会を 2 カ月に 1 回の割合で実施開催した。

2. 水漏れ感知機能付きマウスハウスの開発と実用性の明大寺利用者講習受講者数は 9 名，山手利用者講習者数

検討

は 25 名，明大寺実務講習受講者数は 7 名，山手実務講習

マウス飼育ケージ内漏水事故の発生要因は，給水ノズル

受講者数は 23 名であった。

故障，パッキン劣化，動物の水遊び等が考えられる。漏水
2. 実技講習

事故は動物の低体温を引き起こし，発見が遅れると死亡事
故につながる可能性がある。漏水事故の予測は困難である

2015 年度より新たに，齧歯類の取り扱い初心者を対象ため，現場では対応策として，毎日飼育点検作業時に確認に，実験動物の基本的手技の実技講習を開始した。動物や定期的に給水ノズルチェック等を行っている。今回漏水実験センター利用者で，マウスの取り扱いに不慣れな方事故対策として，水漏れ感知機能付きマウスハウスの開発

及び動物実験初心者の方を対象にして，動物の福祉に配を試み，漏水事故早期発見に利用できるか検討した。

慮したマウスの正しい取り扱い方法と基本的な手技を習得するため，3R の原則に基づく実技講習会を年 2 回で3. ミネラルオイルの保存方法とマウス体外受精卵死滅行った行った。難しい手技については，ぬいぐるみを用の関連性いたイメージトレーニングや動物手技訓練用モデルを

遺伝子改変マウスのクリーン化や万一の感染症に備活用し，動物への苦痛の軽減と参加者のスムーズな実技

え，バックアップのため体外受精を実施し，胚の凍結保への移行が実現できた。講義内容は雌雄判別，保定方法，

存を進めている。凍結の過程において，体外受精を実施

投与方法（経口，腹腔，尾静脈投与），解剖実習等であする際，培養液を蒸発や pH と浸透圧の安定のためミネる。受講者数は合計 5 名であった。

ラルオイルでカバーしている。ミネラルオイルにおいて
3. 生理研トレーニングコース

は保存状態によって劣化し，胚発生に影響するといわれており，過酸化物価 POV（Peroxide Value）を測定して判

生理研トレーニングコース「遺伝子改変マウスの基本

69

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／動物資源共同利用研究センター

的手技と学習･記憶行動解析入門」のプログラムについ会議員への説明及び行政との打合せを行った。さらに，て，山肩葉子助教と合同で実施した。参加者は合計 2 名

日本医学会連合，国立大学協会，全国医学部長病院長会であった。

議，日本神経科学会等の研究者サイド，及び国立大学法
人動物実験施設協議会，公私立大学実験動物施設協議会，

4. 動物実験委員会主催講習会

厚労省関係研究機関動物実験施設協議会等の実験動物管理者サイドとの打合せを行った。

動物実験委員会実験用霊長類専門委員会の「サル講習会」の講義内容は，サルの利用に関する規定，法律，ガ

3. 日本実験動物学会主催の人材育成事業

イドライン，動物愛護管理法の改正，事故・感染予防及日本実験動物学会が主催する人材育成事業に関して

びヒトの健康診断とサルの血液検査，獣医学的管理と人中心的な役割を担った。人材育成事業とは，主催：日本

獣共通感染症である。受講者は合計 42 名であった。

実験動物学会，事業主：日本医療研究開発機構（AMED），【社会貢献】

事業名：ナショナルバイオリソースプロジェクト・情報1. 研究所外での役員等

センター整備プログラム「外部検証促進のための人材育成」事業（2016～2020 年度），後援：文部科学省として日本実験動物学会，ICLAS モニタリングセンター運営

展開しているものである。

検討委員会，NPO 法人動物実験関係者連絡協議会，日本
実験動物協会，国立大学法人動物実験施設協議会，全国

4. 行政との情報交換

医学部長病院長会議，日本実験動物医学専門医協会，日
本実験動物技術者協会，日本大学動物実験委員会等の実

文部科学省，農林水産省，環境省，内閣府等との間で験動物と動物実験に関係した種々の組織において，理事

情報交換を行った。特に，動物の愛護及び管理に関する長，理事，委員等の役割を担って活動した。また，熊本

法律の見直しに向けて，関係省庁との間で協議を重ねた。

大学，首都大学東京，中国・広東省医学実験動物中心，
5. 実験動物等の関係者への周知徹底

中国・中国医科大学，台湾・亜州大学において，名誉教

研究所外の実験動物・動物実験関係者に対して，各種授，客員教授，客員准教授として活動した。

研修会や講演会において，動物の愛護及び管理に関する法律の改正等に関するこれまでの経験，現状及び将来に

2. 動物愛護管理法改正及び外部検証に関連する活動

向けての方向性等について，周知徹底を図った。

動物の愛護及び管理に関する法律の改正を巡って，国70生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／技術課

技術課
大河原

浩

【概要】
今年度，ネットワーク管理室の技術職員体制を強化すり扱い」を共通テーマにポスター発表が 16 演題，各研究るため，法人採用試験より技術職員として稲垣茉利子係

所最新動向と技術トピックスが 5 演題あり，詳細は『第員を採用した。また，部門先端研究技術を強化するため，

14 回自然科学研究機構技術研究会 報告書（Web 掲載）』

平山祐哉係員を採用した。さらに，部門先端研究技術おとしてまとめた。

よび霊長類動物関連技術を強化するため，技術職員の採⑤東海・北陸地区国立大学法人等技術職員研修等の受講用に向けた活動を行った。

と参加

今年度末，3 名の技術職員が定年退職となり，引き続

東海北陸地区大学等の技術職員の技術交流と技術向き再雇用職員として活動するため，これまでの担当業務上を目的に，毎年当番校により東海・北陸地区国立大学の整理を行った。

法人等技術職員研修が行われており，本年は物理・化学

課の研究活動への寄与と貢献を一層進めるため下記コースと情報コースが実施されたが受講者はなかった。

の事業を実施した。

また，東海・北陸地区技術職員合同研修に係わる技術職①生理科学実験技術トレーニングコースでの技術指導員代表者会議（岐阜，1 名）に参加し，今後の研修会開

生理学研究所が毎年主催し，実施している生理科学実催について議論を進めた。また，第 45 回国立大学法人動験技術トレーニングコースで，『生体アンプ回路工作と物実験施設協議会総会（大阪，1 名），微生物モニタリ

機械工作入門』を企画し，3 名の受講者を受け入れ，指ング研修（神奈川，1 名），第１回実験動物微生物統御導した。

若手の会つくば勉強会（茨城，1 名），令和元年度国立②生理学技術研究会の開催

大学法人等情報化要員研修（東京，1 名），日本神経科

全国の大学等技術職員の技術連携と交流を目的に第学大会（新潟，1 名），令和元年度東海地区国立大学法42 回を，生物学技術研究会（基礎生物学研究所技術課主人等係長研修（名古屋，2 名），東海地区国立大学法人催）と合同で 2020 年 2 月 20 日－21 日の 2 日間にわたり等職員基礎研修（名古屋，1 名），2019 年度自然科学研開催した。会では，口演発表が 18 題（含む奨励研究採択

究機構初任者研修（野辺山，2 名），高エネルギー加速

課題技術シンポジウム口演発表），ポスター発表が 42 題

器研究機構技術職員シンポジウム（茨城，1 名），第 25あり，研修講演として『RNAi 法を用いた非モデル昆虫

回静岡大学技術報告会（静岡，2 名）などに参加し，業研究の新展開』（新美輝幸教授，基礎生物学研究所 進化

務の研究技術力および支援力の強化を図った。

発生研究部門）を行った。これらの報告を『生理学技術⑥放送大学利用による専門技術研修の受講

研究会報告（第 42 号）』にまとめた。

研究の高度化と多様化に対応するため，放送大学を利③奨励研究採択課題技術シンポジウムの開催用した技術職員の研修を推進している。今年度，受講は時代要請に対応した技術認識と向上に立った技術職いなかった。

員の業務の社会的開示を推進するために奨励研究採択⑦科学研究費補助金（奨励研究）等の採択者による第 16 回の報告会（2020 年 2 月 21 日）を 11 演

業務を展開，推進していくための問題意識の養成，そ題で行った。この報告を『生理学技術研究会報告（第 42の解決のための計画および方法の企画能力の養成，さら号）』にまとめた。

にはその表現力と説明力の養成を通じて，業務上の技術④自然科学研究機構技術研究会の参加

力の総合的な向上を図ることを目的に標記の申請を行

自然科学研究機構技術職員の技術紹介と技術連携・異ったが，今回は採択者がいなかった。

分野連携を目的に，第 14 回を基礎生物学研究所で開催⑧業務報告会とデータベース化事業の促進，および表彰

した（2019 年 6 月 20－21 日）。会では，「データの取

制度の整備

71

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／技術課課員の配属先研究部門での業務成果は，技術課業務報2019 年度名古屋大学安全衛生講習会（名古屋大学，2 名），

告会で報告され，情報の共有化が図られている。また，

令和元年度局所排気装置等定期自主検査者講習会（名古その成果は技術課主催の生理学技術研究会，配属先部門

屋大，1 名），酸素欠乏・硫化水素危険作業主任者技能での学会発表により所外に発信されているが，より広く講習（豊川，1 名），危険物取扱者保安講習受講（名古活用され，即時的に発信するために，優れた成果をデー

屋，1 名）を受講した。また，防火防災体制を強化する

タベース化する事業を技術課が研究部門と進め，その一ため，防火防災再講習（豊田，1 名）を受講した部を技術課ホームページで公開している。今年度も，そ⑩岡崎 3 機関技術課長会と機構技術代表者会議の開催の編集を技術係員が行い，その更新を進めた。こうした

岡崎 3 機関の三技術課長と事務センターの各課課長補

事業の推進のなかで，優れたデータベースにはデータベ佐を交え，毎月 1 回，岡崎 3 研究所の動向や今後の計画，ース賞として表彰授与を所長より行っている。こうした問題点などの意見交換を行った。また核融合科学研究所，

事業の推進により，研究者との連携を深め，業務の活性

国立天文台も交え毎月 1 回，相互訪問またはテレビ会議化を進めた。なお，業務報告会には，基礎生物学研究所

による情報交換を行った。

三輪朋樹技術課長に聴講をお願いし，意見を求めること⑪職場体験の受入れ等
広報展開推進室が推進する地域貢献活動を支援するとした。

ため，岡崎市近郊の中学校生徒（2 中学校，13 名）の職

⑨安全衛生技能講習等の受講と参加
研究所の安全衛生を課業務として充実するために，第場体験を受入れ，遺伝子改変動物作製室，電子顕微鏡室，

15 回労働安全衛生に関する情報交換会（核融合研，1 名），

機器研究試作室の技術職員が指導した。また，せいりけ

令和元年度東海・北陸地区 国立大学・研究所 環境安全ん市民講座，岡崎市理科作品展，大学共同利用機関シン

衛生協議会（北陸先端科学技術大学院大学，1 名，名古ポジウム，自然科学研究機構シンポジウムなどのアウト

屋，1 名），2019 年度安全講習会（名古屋大，1 名），

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（旧統合生理研究部門）
永田治，髙橋直樹【概要】
生体磁気計測装置（以下 MEG）は主に計測系と解析系のハードサイクルにおいても改善されていない。チから構成され，全体を生理研主幹から切り離されたローカ

ューニングレベルには異常がないため，センサ基盤

ルエリアネットワークにより接続運用されている。現在シ

不良の可能性があるが，交換には再度ハードサイク

ステム全体は Linux により稼働しており，旧システムのルが必要。

HP-UX については稼働していないがデータ互換性確保の２．LHe 充填時において上昇した蒸発量が，作業終了後においても長時間下降しない事象が発生し，原因特ためハードウェア関連機材のみ維持保管されている。
MEG のシステム維持については設置業者による三ヶ定にはハードサイクルなどの作業を伴うことから，

月毎の定期点検により保守運用されているが，保守部品

計測には支障がないため運用観察としている。

の調達サポートについて修理用性能部品保有期間を本

３．計測室天井及び壁面に豪雨災害による浸水箇所を数

年度で終了する旨の通知がされており，今後の安全性をか所確認した。データ収集処理装置の直上にも確認含めた維持管理体制についての検討が必要である。

されているので，降雨時には注意を要する。

今年度の計測環境および SQUID センサ保守において

４．ガントリー位置変更スイッチに下降不能の不具合が発生し，修理対応した。

は，以下の不具合について対応した。
１．被験者後頭部位置のセンサ（プラナーコイル 2ch およまた，本年度においてはシステム環境における維持管

びマグネトメータ 1ch）にノイズ増加があり，昨年度理のため，以下の環境整備をおこなった。

72

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／技術課

１．安全衛生管理の観点から LHe 保管室の作業エリア確

３．MEG システムの遠隔保守をおこなうため，専用光保と，酸素濃度計および室外警告灯の設置をおこなっ

回線によるリモート環境を整備した。ネットワークとした。

ては特定部署を対象とした閉鎖環境であるが，限定した許可端末のみを接続可とし，アンチウィルスソフトのイ

２．ネットワークインシデント回避のためシステムログ

ンストールを必須とした。

イン時の共通アカウントを廃止し，利用者単位で個今年度の生体磁気計測装置の稼働率を下表に示す。

人アカウントを発行することとした。

2019 年度生体磁気計測装置稼働率
使用者数（人）
年

月

日数

点検
調整
日数

休日

使用
日数

稼働率
（％）

延べ
総数

備考

所外

2019 年 4 月

30

10

0

20

50

10

10

5月

31

12

0

19

47

9

9

6月

30

10

2

18

44

8

8

7月

31

9

0

22

45

10

10

8月

31

10

0

21

48

10

10

9月

30

11

2

17

59

10

10

10 月

31

10

0

21

52

11

11

11 月

30

10

0

20

65

13

13

12 月

31

11

2

18

39

7

7

4～5 日定期点検

12～13 日定期点検

5～6 日定期点検

2020 年 1 月

31

12

0

19

63

12

12

2月

29

11

0

18

67

12

12

3月

31

10

2

19

53

10

10

12～13 日定期点検

366

126

8

122

53

122

122

（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】
今年度の磁気共鳴画像装置における研究成果についにおいても新たな研究領域への貢献が期待されている。

ては，システム脳科学研究領域心理生理学部研究部門と各 MRI 装置の保守は，三ヶ月毎にメーカーによる定期

脳機能計測・支援センター生体機能情報解析室の研究活

保守が行われている。 MRI 装置以外の実験用 PC 等を含

動報告および生体機能イメージング共同利用実験報告

む実験装置の保守や更新に関しては，実験計画の空き時に記載されている。

間を利用して技術職員が行っている。

磁気共鳴装置は，独シーメンス社の３T-MRI 装置２台

特記事項としては，頻繁に温度異常が起こって停止しと７T-MRI 装置１台の計３台が共同利用実験装置としててしまうため Verio-B のグラディエントコイルの冷却系設置されている。その内訳は，2010 年度に導入された 2のクリーニング作業を 2019 年 10 月に行った。また，生台の 3T-MRI Verio で構成された世界初の Dual fMRI 実

理研棟の地下の MRI 実験装置室の空調設備の更新作業

験装置および 2015 年度に導入された 7T-MRI である。

を 2020 年 3 月に行った。

7T-MRI 装置は，3T-MRI に比べてより高解像度で脳の断また，Dual fMRI 実験装置用にノイズキャンセリング・層画像の撮影を行うことが可能であり，脳機能画像計測

ヘッドホンとノイズキャンセリング・マイクを各１台ず

73

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／技術課

つ設置した。予算の関係で，今年度は１台分しか導入すスタおよびメイニ―コア PC で利用する大容量ファイルることができなかったが，来年度も同様の装置の導入とサーバ・システムの増設と解析環境の整備を行った。
それぞれの MRI 装置ごとの稼働率を表に示す。なお，設置を行い，よりリアルな対面コミュニケーション実験

Dual fMRI 実験装置を構成する 2 台の Verio は単体でもを行える実験環境の整備を進めていく予定である。

実験に使用できるため，便宜上 Verio-A，Verio-B として

その他，前年度に引き続き 7T-MRI で得られる大量のデータの解析に対応するために，データ解析用 PC クラ

個々の稼働率を算出している。

2019 年度磁気共鳴装置稼働率
Verio-A
使用日
年

月

日数

休日

保守

使用
可能
日数

稼働率
（％）

所内

備考

所外

2019 年 4 月

30

9

2

19

21

1

3

5月

31

10

1

20

30

0

6

6月

30

10

1

19

58

0

11

7月

31

9

1

21

29

4

2

8月

31

10

1

20

65

0

13

9月

30

11

4

15

47

2

5

10 月

31

9

2

20

25

0

5

11 月

30

10

3

17

18

0

3

12 月

31

11

0

20

15

0

3

2020 年 1 月

31

10

1

20

25

0

5

2月

29

11

1

17

62

0

10.5

3月

31

10

4

17

91

0

15.5

計

366

120

21

225

40

7

82

定期点検
冷凍機メンテナンス（液体ヘリウム補充）
定期点検

定期点検
空調機の更新Verio-B
使用日
年

月

日数

休日

保守

使用
可能
日数

稼働率
（％）

所内

備考

所外

2019 年 4 月

30

9

2

19

5

1

0

5月

31

10

1

20

20

0

4

6月

30

10

1

19

58

0

11

7月

31

9

1

21

10

0

2

8月

31

10

1

20

50

1

9

9月

30

11

5

14

7

0

1

定期点検

10 月

31

9

2

20

40

4

4

冷却系のクリーニング

11 月

30

10

3

17

12

1

1

12 月

31

11

0

20

5

0

1

2020 年 1 月

31

10

1

20

20

1

3

2月

29

11

1

17

47

0

8

3月

31

10

3

18

72

0

13

計

366

120

21

225

29

8

57

74

定期点検

定期点検
空調機の更新生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／技術課

7T-MRI
使用日
日数

休日

保守

使用
可能
日数

2019 年 4 月

30

9

0

21

48

2

8

5月

31

10

0

21

14

1

2

6月

30

10

4

16

63

4

6

7月

31

9

1

21

52

6

5

8月

31

10

4

17

53

2

7

年

月

稼働率
（％）

所内

所外

9月

30

11

3

16

63

1

9

10 月

31

9

5

17

65

1

10

11 月

30

10

1

19

47

3

6

12 月

31

11

4

16

50

3

5

2020 年 1 月

31

10

2

19

74

4

10

2月

29

11

3

15

80

5

7

3月

31

10

6

15

77

1

10.5

366

120

33

213

56

33

85.5

計

備考

定期点検

定期点検

定期点検（液体ヘリウム補充）

定期点検②脳機能計測･支援センター(1) 形態情報解析室
山田元，山田幸子

【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に関する安全衛生に関連する業務を行っている。今年度

顕微鏡などが設置されており，これらの装置は現在，研は，主に電子顕微鏡観察用のサンプルの作製作業，電子究者によって維持管理されている。技術職員および技術

顕微鏡画像を利用した三次元再構築作業，並びに FIB 装

支援員は，実験試料作製をはじめとして，研究室の良好置を用いた位相板作製作業等の活動を行った。

な研究環境を保つために，研究室内の毒劇物や機器など(2) 電子顕微鏡室（生理研・基生研共通施設）
山田元，小原正裕【概要】
り，停電時の対応が複雑になるなどの問題が多かったため，

今年度の電子顕微鏡室の活動の概要は以下の通りで新しいデータサーバーには NAS を採用することとした。

ある。
山手地区においては，幾つかの機器にトラブルが発生し現在はトラブルなく稼働中である。近日中にもう一台のた。しかし，技術職員による保守作業やメーカーによる修

SBF-SEM 用の NAS も導入し運用を行っていく予定であ

理対応によって現在は順調に稼働している。また，昨年度る。また，電顕室所属の透過型電子顕微鏡のサポート期間

3 次元再構築型走査型電子顕微鏡（SBF-SEM）のデータをの終了をメーカーより通知され，以後の透過型電子顕微鏡

蓄積するサーバーのサポート期間が終了したため，後継との運用が大きな懸案となっていたが，研究所内の他部門になるサーバーの選定を行い，２台ある SBF-SEM の内，１所属する透過型電子顕微鏡（日立製 HT7700）を移管して台のサーバーの更新作業を行った。今までは Windows

頂くことができ問題が解決した。本機はこれまで保守契約

Server を搭載したサーバーを利用していたが，OS 等の自に加入していなかったが，本年度，来年度にオーバーホー

動更新の際に通信が不能となるなどの不具合を起こした

ルを行い，再来年度以降に保守契約に加入して運用を行っ75

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／技術課

更に，以前設置した機器の緊急停止アラームに対応していく予定である。
明大寺地区においては，透過型電子顕微鏡 JEM-1010，て迅速な機器の復帰作業を複数回実施することができ

ウルトラミクロトームが複数回トラブルを起越したがた。また，新しく移管された HT7700 に関しても同シス

現在は正常に稼働している。

テムを導入した。しかし，夜間や休日に関してはどうしても対応が遅れ，緊急対応が難しいのが現状である。こその他の機器に関しても小さなトラブルが発生したの点に関しては改善されていない。

が，技術職員によるメンテナンスによって現在はそれらすべてが解消されている。

【研究内容一覧表】【活動】

本年度も例年通り，多くの利用申請を頂いた。

電子顕微鏡試料作製のための環境整備は本年度も引

前年同様，SBF-SEM に関連した利用者も多く，通常のき続き行い，周辺機器の充実，更新，消耗品の充実など

透過型電子顕微鏡，走査型電子顕微鏡も含めすべての電を行った。その他，電子顕微鏡試料の作製講習会，電顕子顕微鏡で多くの利用があった。

ならびにその周辺機器利用講習会，近隣中学の学生を対

以下，電子顕微鏡室利用者の代表的な研究課題を掲載

象とした職場体験を連年通り，明大寺，山手の両地区でする。

複数回実施した。

2019 年度電子顕微鏡室利用者の代表的な研究課題一覧
研究機関・大学
生理学研究所

研究部門
大脳神経回路研究内容
ラット大脳皮質の神経回路の研究
大脳皮質の局所神経回路解析

心循環シグナル疾患モデルマウスにおけるミトコンドリア形態評価
マウス心筋および下肢骨格筋の病態形成時におけるオルガネラ
形態の経時変化観察のため

細胞構造

上皮バリア機能を担う細胞間接着装置の微細形態の観察
透過型電子顕微鏡による密着結合を中心とした上皮細胞の形態学的解析
走査型電子顕微鏡による上皮細胞頂端部の形態学的解析

基礎生物学研究所

超微形態

共同研究およびイメージング支援事業の遂行

形態情報解析

電子顕微鏡による３次元解析

環境光生物学

光化学系タンパク質の解析
タンパク質複合体をネガティブ染色法を用いて観察する

構造多様学

鱗翅目昆虫胚の形態観察
チョウ目昆虫の翅の機能性構造

細胞動態研究部門

ゼニゴケ葉状体および精子の微細構造の観察

進化発生部門昆虫翅（表皮組織，クチクラ組織）に見られる微細構造の観察と解析

その他

初期発生研究部門

マウス卵管上皮細胞において，繊毛の極性制御機構の解明

光学解析室

植物等の微細構造の解析および遺伝子産物の細胞内局在の解明

水産研究・教育機構瀬戸

光照射が及ぼす渦鞭毛藻類へのウイルス感染の影響評価

内海区水産研究所
分子科学研究所

アミロイド線維の構造解析

76

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／技術課(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・生物学用実験機器の作基礎講座を開講してきた。本年も汎用工作機械の使用方

開発と改良，それに関わる技術指導，技術相談を室の役割

法を主体に実習するフライス盤コース（リキャップ台）ととし，生理研・基生研の共通施設として運営されている。

旋盤コース（小物入れ），CAD コースの 3 コースを開講

新しい研究には新しい研究機器を作るという『ものづくした。参加希望者は，3 コース合わせ生理研 5 名，基生研7 名で，各コース共に半日の講習を行った。

り』が希薄になっている状況下，一方では，研究の多様化
は常に新たな役割の模索が迫られている。そうした認識の7 月より分子科学研究所装置開発室の改修工事が実施

もと，『ものづくり』能力の重要性の理解と機械工作ニー

され使用できなくなったため，分子科学研究所のスタッズの新たな発掘と展開を目指すために，2000 年度から，

フの利用が多くあった。
なお，機器研究試作室の今年度の利用状況は，以下の医学・生物学の実験研究に使用される実験装置や器具を題通りである。

材にして，機械工作の基礎的知識を実習主体で行う機械工2019 年度機器研究試作室利用報告
機器研究試作室部門別のべ利用状況
生理研
心理生理学

6

技術課

2

4

時空間制御

2

生物機能情報分析室

2

技術課

1

個別研究（栂根） 1

生物進化

1

光分子第二

24

UVSOR

認知行動発達機構

64

生体システム9

生殖・内分泌系発達機構

2

バイオフォトニクス

1

環境光生物

4

植物環境応答

分子発生学

2

基生研

分子研
160

装置開発

7

機器研究試作室利用人数表
生理研
月

基生研

分子研

合計

利用人数

利用時間
(h)

利用人数

利用人数

利用人数

利用時間
(h)

利用人数

4

18

51

0

0

0

0

18

利用時間
(h)
51

5

8

8

0

0

0

0

8

8

6

13

29

5

13

0

0

18

42

7

2

6

6

21

9

31

17

58

8

5

7

0

0

1

2

6

9

9

9

16

3

3

3

10

15

29

10

13

26

0

0

14

47

27

73

11

4

8

2

2

32

125

38

135

12

4

5

0

0

28

103

32

108

1

3

6

0

0

29

125

32

131

2

4

5

0

0

36

124

40

129

3

3

10

1

1

40

142

44

153

合計

86

177

17

40

192

709

295

926

前年度実績

130

478

22

126

0

0

152

604

77

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／技術課

機器研究試作室
機械工作
電気工作
レーザー加工小型強制水泳用プール
温度コントロール水槽
電子回路ケースパネル

依頼製作品例

2ch リッキングユニット
ステッピングモーター制御回路
パッチクランプ用チェンバー

3D 撮影用回転ステージ
刺激用電極
PP ケース穴あけ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】
生理学研究所における当施設の利用形態は，生体情報

VLAN 機能を有する 1000BASE-T ネットワークの提供を解析システム（後述），情報サービス（e-mail，WWW 等），

基とし，利便性の向上と情報セキュリティの確保を両立

プログラム開発などに分類することができる。また，こしている。また，同様の認証機能，あるいは Web 認証機

れらを円滑に運用して行くためには，所内 LAN の管理，能を持つ無線 LAN，並びに eduroam は，構内全域で利用

整備や情報セキュリティの確保も重要である。このよう可能である。

な現状をふまえたうえで，岡崎情報ネットワーク管理室

セキュリティインシデントは，今年度も自然科学機構

や機構 CSIRT（両組織に当室の技術職員 1 名が併任）と内外で発生している。これに対応するため機構 CSIRT がも連携しながら，施設整備を進めている。ネットワーク

組織されており，発生予防，対策，監視等を行うと共に，管理室では 2019 年 4 月に新規卒業者 1 名を技術職員と発生時及び発生後の対応を行っている。情報セキュリテ

して採用した。コンピュータやネットワーク，情報セキ

ィ対応強化のため，外部業者によるセキュリティインシ

ュリティの技術者としての教育を行い，順次業務を分担

デントに関する高度サポートの利用，ログ管理解析基盤

して経験を重ねている。

の運用，CSIRT 運営経費による研修への参加等を行っている。

生体情報解析システムは，数値計算，データ解析，可視化，数式処理，統計解析，電子回路設計などの多くの生理学研究所のネットワーク利用状況は，メール登録

ネットワークライセンス用アプリケーションを備えて者が 356 名。WWW 登録者が 107 名。LAN の端末数がいる。これらのアプリケーションは，ネットワーク認証

1,783 台。所外からのメール受信数は 2,500 通／日，所外により各部門施設の PC 上で利用可能である。登録者はへのメール発信数は 1,800 通／日であった。WWW は

93 名で，研究推進のために活用されている。

5,900 IP／日の端末から 23,000 ページ／日の閲覧があっ岡崎情報ネットワークは，MAC アドレス認証の動的た。

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【概要】
たのは，明大寺の齧歯類 SPF 化改修工事にあたり，昨年4 月に動物実験センターを運営部門とし，先端モデル

度全系統の胚凍結を推進したためと考えられる。

動物作製室，モデル動物表現型解析室からなる動物資源

動物の延べ飼育数は，マウスで，山手が 1 部門増えた

共同利用研究センターとしての改組を行った。

ため増加した。ラットは減少した。マカクサルは増加し，齧歯類の授受件数は昨年度と比べ，導入および搬出とマーモセットは減少した。

も減少した。マウス受精卵凍結・クリーンアップ事業では，昨年と比べ，クリーンアップ件数と融解件数は増加

施設整備面において，齧歯類微生物モニタリングを引したが，凍結件数は減少した。今年度凍結件数が減少しき続き実施した。齧歯類の取り扱い初心者を対象に，実78

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／技術課

験動物の基本的手技の実技講習を引き続き実施し，生理

受精卵凍結保存は 22 件，クリーンアップ兼受精卵凍研トレーニングコースの一部でマウスの基本的手技を結保存は 4 件，融解・移植は 18 件それぞれ実施した。昨

担当し，マウスの取り扱い講習を行った。また，マカク

年度と比較して凍結件数は減少したが，クリーンアップ，

サルでは導入時に検疫を行い，1 回/年の全個体の定期検融解・移植件数は増加した。

診を引き続き行った。マーモセットでは，体調不良個体③齧歯類微生物検査事業について，血液や糞便の検査・治療を引き続き実施した。
明大寺の動物棟 1 は，機能改善および機能高度化を目

昨年度に引き続き，神谷技術職員による自家検査を行的に，増築・改修工事を行った。

った。

今回の改修工事に向けて以下の 2 点を重視した。

外部施設からのマウス導入にあたり，自家検査で PCR
による MHV 検査を 8 件実施した。

1. 改修増築区域に SPF マウス・ラットを維持するため

今後マイクロアイソレーションラックの導入に伴い，のバリアシステム構築

PCR による微生物モニタリングの実施を視野に入れ，空a) クリーン廊下→飼育室→セミクリーン廊下への調フィルター・粉塵を使用した Helicobacter hepaticus のPCR 検査の導入を試みた。

一方向性を採用b) マイクロアイソレーションシステムの導入

王助教と神谷技術職員が 2019/8/1 に ICLAS モニタリc) 自動給水システムの導入

ングセンターで微生物モニタリングの研修を受講した。

2. CV の動物，特にサル類の飼育区域・動線を完全分離④マウス・ラットの取り扱い実技講習会の実施
増築・改修工事では建築業者は昨年 3 月に決まってい王助教と窪田技術職員が，マウス・ラットを中心としたが，電気業者，設備業者が 7 月まで決まらず，急ぎ進て，馴化，保定，経口投与法，一般的な飼育作業等を含めることとなった。増築・改修工事期間中は建物，設備，め，動物資源共同利用研究センター利用者への実技講習

電気工事業者との打ち合わせを行った。また，今回の増を年 1 回行った。

築・改修工事に伴い，防火対策として動物棟 2 の窓ガラ

生理研トレーニングコースでは「遺伝子改変マウスのスを取り換える必要があり，その対応も余儀なくされた。

基本的手技と学習・記憶行動解析入門」コースで，マウ

増築・改修棟に導入する飼育ラックや高圧蒸気滅菌機

スの基本的手技を担当し，マウスの取り扱いの講習を行などの大型機器に関する平成 31 年度国立大学法人先端った。

研究等施設整備費補助金が採択され，仕様書策定，入札を行った。

⑤動物資源共同利用研究センターへの改組

山手の施設は 18 年を越えており，空調機器類の経年動物実験センターを運営部門とし，先端モデル動物作

劣化による不具合が増え，今後の対策が必要である。

製室，モデル動物表現型解析室からなる動物資源共同利用研究センターとしての改組を行った。

【明大寺/山手共通業務】①齧歯類の授受について⑥改修工事に伴う施設・設備整備

年間でのべ 60 件の導入と 77 件の供与があった。全体

導入備品に関する仕様書の策定，入札をすすめた。昨として昨年より減少した。他機関の導入と供与は減少し，年度に引き続き，備品の移動・廃棄及び保管を行った。

3 機関内の導入と供与は増加した。海外からの導入は増施設課，建築業者，設備業者，電気業者との定例打合
わせを 35 回行った。

加したが，海外への供与は減少した。また，授受の条件

改修工事期間中は，動物棟 2 のみでの運営を行った。

や書類内容の確認，利用者へのアドバイスなどに時間を多く費やしているが，一部書式を変更し，確認作業の軽減を模索している。

【明大寺地区陸生動物室】①施設の利用状況について②受精卵凍結・クリーンアップ事業

陸生動物の飼養保管室利用部門数は，10 部門（生理研79生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／技術課

9 部門，共通研究施設 1 部門）であった。

であった。

利用者講習会を各月開催しており，受講者は 9 名であ②齧歯類微生物モニタリングについてった。
動物のべ飼育数は，昨年度と比べ，マウスは増加し，

全 SPF 飼育室およびマウス・ラット一時保管室 1～3

ラットは減少した。サルは昨年と比べ増加し，マーモセの病原微生物モニタリングを，3 ヶ月に 1 回のペースでットは，昨年と比べ減少した。

実施した。

②齧歯類微生物モニタリングについて③施設整備について

マウス，ラット飼養保管室で，3 ヶ月に 1 度の微生物

施設運用面では，齧歯類の取り扱い初心者を対象に，動物福祉に配慮をした実験動物の基本的手技の実技講

モニタリング検査を実施した。

習を年 1 回実施した。生理研トレーニングコースでも「遺伝子改変マウスの基本的実験手技と学習・記憶行動解析③施設整備について

入門」コースで講習を実施し，あわせて合計 7 名が受講

動物棟 1 の改修・増築に伴い，備品導入のため仕様書した。

の作成および入札を進めた。
施設運用面では SPF 施設稼働に伴う人員配置の検討を④主な工事及び修理について行った。

（1）構内サイン取替工事（2）1F 飼育室感知器増設工事④主な工事及び修理について（1）動物棟 2 外部通用口機械錠取替工事（3）１号館 A 吸収式冷温水発生器漏洩復旧工事（2）微生物検査室薬用保冷庫修理（4）MilliQ リファレンス修理（3）動物棟 2 外部通用口ドアクローザー修理（5）1 号館貫流蒸気ボイラー部品取替工事（4）ソフト酸化水生成装置修理（6）1 号館 A 動物用給湯循環ラインポンプ取替修理（5）貫流蒸気ボイラ薬注ポンプ取替工事（7）高圧蒸気滅菌器蒸気漏れ修理（6）バイオフリーザー修理（8）1 号館貫流蒸気ボイラー故障修理（7）排水管つまり復旧工事（9）高圧蒸気滅菌器経年劣化部品交換修理（8）多項目自動血球計数装置 pocH-100iV 修理（10）ケージ洗浄機蒸気配管部品交換修理（9）構内サイン変更工事【明大寺及び山手地区 水生動物室】【山手地区 陸生動物室】①施設の利用状況について①施設の利用状況について（1）明大寺地区では，生理研 1 部門，基生研 4 部門が利（1）陸生動物の飼養保管室利用部門数は，10 部門（生用している。

理研 7 部門，生命創成探究センター2 部門，共通研（2）山手地区では，生理研 1 部門，生命創成探究センタ

究施設 1 部門）であった。

ー3 部門が水槽を利用している。

（2）利用者講習会を毎月開催するとともに，実際の利用方法について別途実務講習会を実施している。利

②主な工事及び修理について

用者講習受講者は 25 名，実務講習会受講者は 23 名

特に大きな工事及び修理はなかった。

80

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究活動報告／技術課

陸生動物部門別・動物種別搬入数（2019 年度）
明大寺地区

動物種
部門
神経機能素子生体膜個別研究(佐竹・山肩)生体システム
認知行動発達大脳神経回路論
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
IBBP
細胞構造
バイオフォトニクス
神経細胞生物学
合計

マウス

ラット

ハムスター

モルモット

山手地区
ウサギ

マーモセット

サル

21
141

17

9
2

5
5

マウス

ラット

221
1
54

31
8

100
70

13

188
135
48

43

96

8

278

32

288

24

130
469
977
230

342
27

152
5
43
2,730

453

917

92

11

81

10

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

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 .................................................................................. 86
生体膜研究部門 ........................................................................................ 86
神経発達・再生機構研究部門 ............................................................................ 87
細胞構造研究部門 ...................................................................................... 87
細胞生理研究部門 ...................................................................................... 87
心循環シグナル研究部門 ................................................................................ 89
生殖・内分泌系発達機構研究部門 ........................................................................ 89
超微形態研究部門 ...................................................................................... 90
大脳神経回路論研究部門 ................................................................................ 91
生体恒常性発達研究部門 ................................................................................ 91
視覚情報処理研究部門 .................................................................................. 92
バイオフォトニクス研究部門 ............................................................................ 92
認知行動発達機構研究部門 .............................................................................. 92
生体システム研究部門 .................................................................................. 93
神経ダイナミクス研究部門 .............................................................................. 93
心理生理学研究部門 .................................................................................... 93
形態情報解析室 ........................................................................................ 96
多光子顕微鏡室 ........................................................................................ 97
生体機能情報解析室 .................................................................................... 97
ウィルスベクター開発室 ................................................................................ 97
遺伝子改変動物作製室 .................................................................................. 98
動物資源共同利用研究センター .......................................................................... 99
旧 統合生理研究部門 ................................................................................... 9985

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文

発

表

論

文

《神経機能素子研究部門》

1)

Physiol 151(8):986-1006. doi:10.1085/jgp. 201812285.

英文原著論文1. Oda M, Ogino H, Kubo Y, Saitoh O (2019) Functional

4. Ishii J, Suzuki A, Kimura T, Tateyama M, Tanaka T,

properties of axolotl transient receptor potential ankyrin 1

Yazawa T, Arimasu Y, Chen IS, Aoyama K, Kubo Y,

revealed by the heterologous expression system.

Saitoh S, Mizuno H, Kamma H (2019) Congenital

NeuroReport 30(5):323-330.

goitrous hypothyroidism is caused by dysfunction of thedoi:10.1097/WNR.0000000000001197.

iodide transporter SLC26A7. Commun Biol 2:270.
doi:10.1038/s42003-019-0503-6.

2. Chen IS, Liu C, Tateyama M, Karbat I, Uesugi M, Reuveny
E, Kubo Y (2019) Non-sedating antihistamines block G-

2)protein-gated inwardly rectifying K

1. 下村拓史 (2019) サソリ毒の持つ精巧な Na+チャネ+

channels. Br J

Pharmacol 176(17):3161-3179. doi:10.1111/bph. 14717.

研究関係著作

ル調節メカニズム. ファルマシア 55(9):888.

3. Shimomura T, Kubo Y (2019) Phosphoinositides modulate

doi:10.14894/faruawpsj.55.9_888.

the voltage dependence of two-pore channel 3. J Gen《生体膜研究部門》

1)

4. Boncompain G, Herit F, Tessier S, Lescure A, Del Nery

英文原著論文

1. Kornau HC, Kreye J, Stumpf A, Fukata Y, Parthier D,

E, Gestraud P, Staropoli I, Fukata Y, Fukata M, Brelot A,

Sammons RP, Imbrosci B, Kurpjuweit S, Kowski AB,

Niedergang F, Perez F (2019) Targeting CCR5 trafficking

Fukata M, Prüss H, Schmitz D (2020) Human CSF

to inhibit HIV-1 infection. Science Advances 5:eaax0821.

monoclonal LGI1 autoantibodies increase neuronaldoi:10.1126/sciadv.aax0821.
5. Kanadome T, Yokoi N, Fukata Y, Fukata M (2019)

excitability. Ann Neurol 87(3):405-418.

Systematic Screening of Depalmitoylating Enzymes anddoi:10.1002/ana.25666.
2. Sada R, Kimura H, Fukata Y, Fukata M, Yamamoto H,

Evaluation of Their Activities by the Acyl-PEGyl

Kikuchi A (2019) Dynamic palmitoylation determines

Exchange Gel-Shift (APEGS) Assay. Methods Mol Biol

microdomain localization of two DKK1 receptors, CKAP4

2009:83-98. doi:10.1007/978-1-4939-9532-5_7.
6. Hasegawa D, Ohnishi Y, Koyama E, Matsunaga S, Ohtani

and LRP6, and regulates DKK1 signaling. Sci Signaling

S, Nakanishi A, Shiga T, Chambers JK, Uchida K, Yokoi

12:eaat9519. doi:10.1126/scisignal.aat9519.
3. Cao Y, Qiu T, Kathayat R, Azizi SA, Fukata Y, Fukata M,

N, Fukata Y, Fukata M (2019) Deleted in colorectal cancer

Rice P, Dickinson BC (2019) ABHD10 is an S-(netrin-1 receptor) antibodies and limbic encephalitis in a

depalmitoylase affecting redox homeostasis throughcat with hippocampal necrosis. J Vet Intern Med 33:1440-

peroxiredoxin-5. Nat Chem Biol 15:1232-1240.

1445. doi:10.1111/jvim.15492.

doi:10.1038/s41589-019-0399-y.

86

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文《神経発達・再生機構研究部門》

1)

ロン移動の調節機構. 生化学 91:178-190.

英文原著論文1. Matsumoto M, Sawada M, García-González D, Herranz-

2. 斎藤志朗，金子奈穂子，澤本和延 (2019) 内在性のPérez V, OginoT, Nguyen HB, Thai TQ, Narita K,

ニューロン再生過程における新生ニューロンの移Kumamoto N, Ugawa S, Saito Y, Takeda S, Kaneko N,

動制御機構. 生体の科学 70: 63-67.

2)

Khodosevich K, Monyer H, García-Verdugo JM, Ohno N,

3. Sawada M, Sawamoto K. Neuronal migration in the

Sawamoto K (2019) Dynamic changes in ultrastructure of

postnatal brain (Chapter 21, pp 465-478). In: Anton ES

the primary cilium in migrating neuroblasts in the postnatal(ed.)

brain. J Neurosci 39: 9967-9988.

Cellular migration and formation of neuronal connections.

doi:10.1523/JNEUROSCI.1503-19.2019.

Elsevier. Published Date: 30 May 2020.

Comprehensive

Developmental

Neuroscience:

4. Meunier A, Sawamoto K, Spassky N. Ependyma (Chapter

英文総説

1. Fujioka T, Kaneko N, Sawamoto K (2019) Blood vessels

42. pp1021-1036). In: Rubenstein JLR, Rakic P (ed.)

as a scaffold for neuronal migration.Neurochem Int 126:69-

Comprehensive Developmental Neuroscience: Patterning

73. doi:10.1016/j.neuint.2019.03.001.

and Cell Type Specification in the Developing CNS and

研究関係著作

PNS. Elsevier. Available online: 5 June 2020.

3)

1. 澤田雅人，澤本和延 (2019) 生後脳におけるニュー《細胞構造研究部門》

1)

3. Nagaoka T, Furuse M, Ohtsuka T, Tsuchida K, Kishi M

英文原著論文(2019) Vangl2 interaction plays a role in the proteasomal

1. Otani T, Nguyen TP, Tokuda S, Sugihara K, Sugawara T,
Furuse K, Miura T, Ebnet K, Furuse M (2019) Claudinsdegradation of Prickle2. Sci Rep 9:2912.

and JAM-A coordinately regulate tight junction formation

doi:10.1038/s41598-019-39642-z.

and epithelial polarity. J Cell Biol 218:3372-3396.

2)

doi:10.1083/jcb.201812157.

1. 大谷哲久, 古瀬幹夫 (2019) 細胞間接着と上皮細胞研究関係著作

極性. 医学のあゆみ 268:486-490.

2. Izumi Y, Furuse K, Furuse M (2019) Septate junctions
regulate gut homeostasis through regulation of stem cell

3)

proliferation and enterocyte behavior in Drosophila. J

1. 古瀬幹夫 (2019) 月田承一郎 --徹底的に形態学を利その他用した分子生物学--. 生体の科学 70:380-381.

Cell Sci 132(18):jcs232108. doi:10.1242/jcs.232108.

《細胞生理研究部門》

1)

2. Hirata Y, Suzuki Y, Tominaga M, Oku Y (2019) TRPM8

英文原著論文

1. Shimada T, Takahashi K, Tominaga M, Ohta T (2019)

channel is involved in the ventilatory response to CO2

Identification of molecular targets for toxic action by

mediating hypercapnic Ca2+ responses. Respir Physiol

persulfate, an industrial sulfur compound. Neurotoxicology

Neurobiol 263:20-25. doi:10.1016/j.resp.2019.03.002.

72:29-37. doi:10.1016/j.neuro. 2019.02.003.

3. Ota W, Nakane Y, Kashio M, Suzuki Y, Nakamura K, Mori

87

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文

Y, Tominaga M, Yoshimura T (2019) Involvement ofchemical stimuli. Sci Rep 9(1):20200, 2019.

TRPM2 and TRPM8 in temperature-dependent temporal

doi:10.1038/s41598-019-56639-w.

niche switching. Sci Rep 9 (1):3706.

10. Matsumoto K, Deguchi A, Motoyoshi A, Morita A,

doi:10.1038/s41598-019-40067-x.

Maebashi U, Nakamoto T, Kawanishi S, Sueyoshi M,

4. Uchida K, Fukuta N, Yamazaki J, Tominaga M (2019)

Nishimura K, Takata K, Tominaga M, Nakahara T, Kato S

Identification and classification of a new TRPM3 variant(2020) Role of transient receptor potential vanilloid 4 in the(g subtype). J Physiol Sci 69(4):623-635.

regulation of azoymethane/dextran sulphate sodium-

doi:10.1007/s12576-019-00677-6.

induced colitis-associated cancer in mice. Eur J Pharmacol
867:172853. doi:10.1016/j.ejphar. 2019.172853.

5. Matsumoto K, Ohishi A, Iwatsuki K, Yamazaki K,
Takayanagi S, Tsuji M, Aihara E, Utsumi D, Tsukahara T,

11. Shibasaki K, Yamada K, Miwa H, Yanagawa Y, Suzuki M,

Tominaga M, Nagasawa K, Kato S (2019) TransientTominaga M, Ishizaki Y (2020) Temperature elevation in

receptor potential vanilloid 4 mediates sour taste sensing

epileptogenic foci exacerbates epileptic discharge throughvia type III taste cell differentiation. Sci Rep 9(1):6686.

TRPV4 activation. Lab Invest 100(2):274-284.

doi:10.1038/s41598-019-43254-y.

doi:10.1038/s41374-019-0335-5.
2)

6. Saito S, Saito TC, Nozawa M, Tominaga M (2019)

英文総説

Elucidating the functional evolution of heat sensors among

1. Mihara H, Boudaka A, Tominaga M, Sugiyama T (2019)

Xenopus species adapted to different thermal niches by

Transient Receptor Potential Vanilloid 4 Regulation ofancestral sequence reconstruction. Molec Eco 28:3561-

Adenosine Triphosphate Release by the Adenosine

3571. doi:10.1111/mec.15170.

Triphosphate Transporter Vesicular Nucleotide Transporter,a Novel Therapeutic Target for Gastrointestinal Baroreception

7. Araki K, Araki A, Honda D, Izumoto T, Hashizume A,
Hijikata Y, Yamada S, Iguchi Y, Hara A,Ikumi K, Kawai

and Chronic Inflammation. Digestion 101 (1):1-6.

K, Ishigaki S, Nakamichi Y, Tsunekawa S, Seino Y,

doi:10.1159/ 000504021.

Yamamoto A, Takayama Y, Hidaka S, Tominaga M,

2. Takayama Y, Derouiche S, Maruyama K, Tominaga M

Ohara-Imaizumi M, Suzuki A, Ishiguro H, Enomoto A,(2019) Emerging Perspectives on Pain Management by

Yoshida M, Arima H, Muramatsu S, Sobue G, Katsuno M

Modulation of TRP Channels and ANO1. Int J Mol Sci(2019) TDP-43 1 regulates early-phase insulin secretion

20(14):3411. doi:10.3390/ijms20143411.

via Cav1.2-mediated exocytosis in islets. J Clin Invest3)

130:3578-3593. doi:10.1172/JCI124481.

1. 富永真琴 (2019) 痛みと侵害受容器. ペインクリ

研究関係著作

ニック 401(1):9-16.

8. Fricke TC, Echtermeyer F, Zielke J, de la Roche J,
Filipovic MR, Claverol S, Herzog C, Tominaga M,

2. 齋藤茂, 富永真琴 (2019) 温度センサーTRP チャネ

Pumroy RA, Moiseenkova-Bell VY, Zygmunt PM,

ルの生息環境に応じた機能変化とその構造基盤. 生

Leffler A, Eberhardt MJ (2019) Oxidation of methionine

物物理 59(1):5-8.
3. 富永真琴 (2019) 温度を感じるメカニズム --TRP

residues activates the high-threshold heat-sensitive ionchannel TRPV2. Proc Natl Acad Sci USA 116(48):24359-

チャネルの関与. 脳神経外科 90(6):603-608.

24365. doi:10.1073/pnas.1904332116.

4. 富永真琴, 曽我部隆彰 (2019) TRP チャネルによる

9. Li T, Saito CT, Hikitsuchi T, Inoguchi Y, Mitsuishi H,

昆虫の温度センシング. 昆虫と自然 54(11):30-33.

Saito S, Tominaga M (2019) Diverse sensitivities of

5. 富永真琴 (2019) TRP チャネルと温度受容. Clinical

TRPA1 from different mosquito species to thermal and

Neuroscience 37(12):1521-1523.

88生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文《心循環シグナル研究部門》

1)

doi:10.1038/s41598-019-46252-2.

英文原著論文2)

1. Numaga-Tomita T, Shimauchi T, Oda S, Tanaka T,

英文総説

Nishiyama K, Nishimura A, Birnbaumer L, Mori Y, Nishida

1. Tanaka T, Nishimura A, Nishiyama K, Goto T, Numaga-

M (2019) TRPC6 regulates phenotypic switching of vascular

Tomita T, Nishida M (2020) Mitochondrial dynamics insmooth muscle cells through plasma membrane potential-

exercise physiology. Pflügers Archiv 472(2):137-153.

dependent coupling with PTEN. FASEB J 33(9):9785-9796.

doi:10.1007/s00424-019-02258-3.
2. Numaga-Tomita T, Oda S, Nishiyama K, Tanaka T,

doi:10.1096/fj.201802811R.
2. Nishimura A, Shimoda K, Tanaka T, Toyama T, Nishiyama

Nishimura A, Nishida M (2019) TRPC channels in exercise-K, Shinkai Y, Numaga-Tomita T, Yamazaki D, Kanda Y,

mimetic therapy. Pflügers Archiv Eur J Physiol 471(3):507-

Akaike T, Kumagai Y, Nishida M (2019) Depolysulfidation

517. doi: 10.1007/s00424-018-2211-3.

of Drp1 induced by low-dose methylmercury exposure

3)

increases cardiac vulnerability to hemodynamic overload. Sci

1. 西田基宏, 西山和宏, 田中智弘, 西村明幸 (2019) 酸

Signal 12(587):eaaw1920. doi:10.1126/scisignal.aaw1920.

化／還元ストレスと心臓. 臨床免疫・アレルギー科

研究関係著作72(1):29-35.

3. Nishiyama K, Numaga-Tomita T, Fujimoto Y, Tanaka T,
Toyama C, Nishimura A, Yamashita T, Matsunaga N,

2. 西田基宏, 田中智弘, 西村明幸 (2019) ミトコンドリ

Koyanagi S, Azuma YT, Ibuki Y, Uchida K, Ohdo S,

ア品質管理と心筋老化制御. 実験医学 37(12):1959-

Nishida M (2019) Ibudilast attenuates doxorubicin-induced1965.
3. 西田基宏, 小田紗矢香 (2019) TRPC3/C6 蛋白質シグ

cytotoxicity by suppressing formation of TRPC3-Nox2
protein complex. Br J Pharmacol 176(18):3723-3738.

ナル複合体形成の病態生理的意義. 医学のあゆみ

doi:10.1111/bph.14777.

270(10):897-902.
4)

4. Sudi SB, Tanaka T, Oda S, Nishiyama K, Nishimura A,

その他

Sunggip C, Mangmool S, Numaga-Tomita T, Nishida M

1. 西田基宏 (2019) エレクトロンバイオダイナミクス(2019) TRPC3-Nox2 axis mediates nutritional deficiency-が支える生命の生存戦略 (特集号前書き)．月刊細胞

induced cardiomyocyte atrophy. Sci Rep 9(1):9785.

51(8):378-379.

《生殖・内分泌系発達機構研究部門》

1)

3. Fu O, Iwai Y, Kondoh K, Misaka T, Minokoshi Y, Nakajima

英文原著論文

1. Okamoto S, Asgar NF, Yokota S, Saito K, Minokoshi Y

KI (2019) SatB2-expressing neurons in the parabrachial(2019) Role of the α2 subunit of AMP-activated protein

nucleus encode sweet taste. Cell Rep 27(6):1650-1656.e4.

kinase and its nuclear localization in mitochondria anddoi:10.1016/j.celrep.2019.04.040.

energy metabolism-related gene expressions in C2C12 cells.

4. Fu O, Iwai Y, Narukawa M, Ishikawa AW, Ishii KK, Murata

Metabolism 90:52-68. doi:10.1016/j.metabol. 2018.10.003.

K, Yoshimura Y, Touhara K, Misaka T, Minokoshi Y,

2. Hirata Y, Nomura K, Senga Y, Okada Y, Kobayashi K,

Nakajima KI (2019) Hypothalamic neuronal circuits regulating

Okamoto S, Minokoshi Y, Imamura M, Takeda S,

hunger-induced taste modification. Nat Commun 10(1):4560.

Hosooka T, Ogawa W (2019) Hyperglycemia induces

doi:10.1038/s41467-019-12478-x.
5. Tanimura J, Nakagawa H, Tanaka T, Kikuchi A, Osada S,

skeletal muscle atrophy via a WWP1/KLF15 axis. JCITanaka Y, Tokuyama K, Takamura T (2019) The clinicalInsight 4(4):e124952. doi:10.1172/jci.insight.124952.

89生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文

2. 箕越靖彦 (2019) 摂食の動的恒常性と臓器連関. 実

course and potential underlying mechanisms of everolimus-

験医学増刊 37(7):1160-1170.

induced hyperglycemia. Endocr J 66(7):615-620.

3. 箕越靖彦 (2019) 視床下部 AMP キナーゼによる炭

doi:10.1507/endocrj.EJ18-0542.

水化物嗜好性制御機構. 医学のあゆみ 269(12):901-

6. Hosokawa K, Mizumaki H, Elbadry MI, Saito C, Espinoza

908.

JL, Thi Thanh Dao A, Katagiri T, Harashima A, Kikuchi A,
Kanai A, Matsui H, Inaba T, Taniwaki M, Yamamoto Y,

4. 菊地晶裕, 箕越靖彦, 篁俊成 (2019) ヘパトカイン

Nakao S (2019) Clonal hematopoiesis by SLIT1-mutatedの体内動態測定法. 日本糖尿病・肥満動物学会

hematopoietic stem cells due to a breakdown of the autocrine

ニュースレター 23(2):4.
5. 近藤邦生 (2019) 天敵のにおいによるマウスの恐怖

loop involving Slit1 in acquired aplastic anemia. Leukemia

応答をつかさどる神経回路. 生体の科学 70(1):68-71

33(11):2732-2766. doi:10.1038/s41375-019-0510-0.
2)

6. 中島健一朗, 傅欧, 岩井優, 近藤邦生, 三坂巧, 箕越

英文総説

1. Li J, Liu T, Dong Y, Kondoh K, Lu Z (2019) Trans-synaptic

靖彦 (2019) マウス脳内で甘味とそれに伴う心地よneural circuit-tracing with neurotropic viruses. Neurosci Bull

さ を 選 択 的 に 伝 え る 神 経 細 胞 の 発 見 . AROMA

35(5):909-920. doi:10.1007/s12264-019-00374-9.

RESEARCH 80(20):350-355

3)

7. 中島健一朗 (2019) 甘味とその美味しさを選択的に伝研究関係著作える神経の発見. 理科通信サイエンスネット 66:10-13

1. 箕越靖彦 (2019) 肥満症と中枢神経制御. 最新医学
74(1):32-42.

《超微形態研究部門》
1)

Sawamoto K. (2019) Dynamic Changes in Ultrastructure

英文原著論文of the Primary Cilium in Migrating Neuroblasts in the

1. Thai TQ, Nguyen HB, Sui Y, Ikenaka K, Oda T, Ohno N.
(2019) Interactions between mitochondria and endoplasmic

Postnatal Brain. J Neurosci 39:9967-9988.

reticulum in demyelinated axons. Med Mol Morphol

doi:10.1523/ JNEUROSCI.1503-19.2019.
2)

52:135-146. doi: 10.1007/s00795-018-0212-0.

英文総説

2. Takaki T, Ohno N, Saitoh S, Nagai M, Joh K. (2019)

1. Sui Y, Nguyen HB, Thai TQ, Ikenaka K, Ohno N. (2019)

Podocyte penetration of the glomerular basement membrane

Mitochondrial Dynamics in Physiology and Pathology ofto contact on the mesangial cell at the lesion of mesangial

Myelinated Axons. Adv Exp Med Biol 1190:145-163.

interposition in lupus nephritis: a three-dimensional analysis

doi: 10.1007/978-981-32-9636-7_10.
2. Ohno N, Ikenaka K. (2019) Axonal and neuronalby serial block-face scanning electron microscopy. Clin Exp

degeneration in myelin diseases. Neurosci Res 139:48-57.

Nephrol 23:773-781. doi: 10.1007/s10157-019-01701-0.

doi: 10.1016/j.neures.2018.08.013.

3. Haruwaka K, Ikegami A, Tachibana Y, Ohno N, Konishi
H, Hashimoto A, Matsumoto M, Kato D, Ono R, Kiyama

3)

H, Moorhouse AJ, Nabekura J, Wake H. (2019) Dual

1. 大野伸彦. (2019) 電子顕微鏡ボリュームイメージン

microglia effects on blood brain barrier permeability

グにおける試料作製・観察技術の最近の進歩. 顕微

induced by systemic inflammation. Nat Commun 10:5816.

鏡 54:24-30. doi.org/10.11410/kenbikyo.54.1_24.

研究関係著作

2. 大野伸彦. (2019) 電子顕微鏡による神経疾患の三次doi:10.1038/s41467-019-13812-z.

元形態学. 実験医学 37(12 増刊):167-173.

4. Matsumoto M, Sawada M, García-González D, Herranz-

3. 大野伸彦. (2019) グリア細胞の 3 次元超微形態学.

Pérez V, Ogino T, Bang Nguyen H, Quynh Thai T, Narita

実験医学 37(17 増刊):209-216.

K, Kumamoto N, Ugawa S, Saito Y, Takeda S, Kaneko N,
Khodosevich K, Monyer H, García-Verdugo JM, Ohno N,

90

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文《大脳神経回路論研究部門》

1)

axonal arborizations of the intratelencephalic and pyramidal-

英文原著論文1. Morita M, Kawaguchi Y (2019) A dual role hypothesis of the

tract neurons:analysis of the data in the MouseLight database.

cortico-basal-ganglia pathways:opponency and temporal

Front Neural Circuits 13:71. doi:10.3389/fncir.2019.00071.

difference through dopamine and adenosine. Front Neural

5. Urakubo H, Bullmann T, Kubota Y, Oba S, Ishii S (2019)
UNI-EM:An environment for deep neural network-based

Circuits 12:111. doi:10.3389/fncir. 2018.00111.
2. Ueta Y, Sohn J, Agahari FA, Im S, Hirai Y, Miyata M,

automated segmentation of neuronal electron microscopic

Kawaguchi1 Y (2019) Ipsi- and contralateral corticocorticalimages. Sci Rep 9:19413. doi:10.1038/s41598-019-55431-0.

projection-dependent subcircuits in layer 2 of the rat frontal

2)

cortex. J Neurophysiol 122:1461-1472.

1. Kawaguchi Y, Otsuka T, Morishima M, Ushimaru M,

英文総説

Kubota Y (2019) Control of excitatory hierarchical circuits

doi:10.1152/jn.00333.2019.
3. Hatanaka Y, Kawasaki T, Abe T, Shioi G, Kohno T,

by parvalbumin-FS basket cells in layer 5 of the frontal

Hattori M, Sakakibara A, Kawaguchi Y, Hirata T (2019)

cortex:insights for cortical oscillations. J Neurophysiol

Semaphorin 6A-Plexin A2/A4 interactions with radial

121:2222-2236. doi:10.1152/jn.00778. 2018.

glia regulate migration termination of superficial layer

3)

cortical neurons. iScience 21:359-374.

1. Kubota Y (2019) Editorial:electron-microscopy-based

研究関係著作

tools for imaging cellular circuits and organisms. Front

doi:10.1016/j.isci.2019.10.034.

Neural Circuits 13:64. doi:10.3389/fncir.2019.00064

4. Morita K, Im S, Kawaguchi Y (2019) Differential striatal《生体恒常性発達研究部門》

1)

systemic inflammation. Nat Commun 10(1):5816.

英文原著論文

doi:10.1038/s41467-019-13812-z.

1. Kato D, Wake H, Lee PR, Tachibana Y, Ono R, Sugio S,
Tsuji Y, Tanaka YH, Tanaka YR, Masamizu Y, Hira R,

2)

Moorhouse AJ, Tamamaki N, Ikenaka K, Matsukawa N,

1. Wake H, Horiuchi H, Kato D, Moorhouse AJ, Nabekura J

Fields RD, Nabekura J, Matsuzaki M (2020) Motor learning(2019) Physiological Implications of Microglia-Synapse

requires myelination to reduce asynchrony and spontaneity inInteractions. Methods Mol Biol 2034:69-80.

neural activity. Glia 68(1):193-210. doi:10.1002/glia.23713.

doi: 10.1007/978-1-4939-9658-2_6.

英文総説

2. Haruwaka K, Ikegami A, Tachibana Y, Ohno N, Konishi H,

2. Kato D, Ikegami A, Horiuchi H, Moorhouse AJ, Nabekura

Hashimoto A, Matsumoto M, Kato D, Ono R, Kiyama H,

J, Wake H (2019) In Vivo Two-Photon Imaging ofMoorhouse AJ, Nabekura J, Wake H (2019) Dual microglia

Microglial Synapse Contacts. Methods Mol Biol 2034:281-

effects on blood brain barrier permeability induced by

286. doi:10.1007/978-1-4939-9658-2_20.

91

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文《視覚情報処理研究部門》

1)

miR-124 dosage regulates prefrontal cortex function by

英文原著論文

1. Kozuka T, Omori Y, Watanabe S, Tarusawa E, Yamamoto

dopaminergic modulation. Sci Rep 9(1):3445.

H, Chaya T, Furuhashi M, Morita M, Sato T, Hirose S,

doi:10.1038/s41598-019-38910-2.

Ohkawa Y, Yoshimura Y, Hikida T, Furukawa T (2019)《バイオフォトニクス研究部門》

1)

Coverslip-Free Imaging for Looking Deeper into a Tissue

英文原著論文1. Zhang H, Yarinome K, Kawakami R, Otomo K, Nemoto

at High Resolution. PLoS One 15(1):e0227650.

T, Okamura K (2020) Nanosheet Wrapping-Assisted

doi:10.1371/journal.pone.0227650.

《認知行動発達機構研究部門》

1)

2)

英文原著論文

英文総説

1. Kishida T, Go Y, Tatsumoto S, Tatsumi K, Kuraku S,

1. Hikosaka O, Yasuda M, Nakamura K, Isoda M, Kim HF,

Toda M (2019) Loss of olfaction in sea snakes provides

Terao Y, Amita H, Maeda K (2019) Multiple neuronal

new perspectives on the aquatic adaptation of amniotes.

circuits for variable object-action choices based on short-

Proc Biol Sci 286:20191828. doi:10.1098/rspb.2019.1828.

and long-term memories. Proc Natl Acad Sci USA
116(52):26313-26320. doi:10.1073/pnas.1902283116.

2. Hirai H, Go Y, Hirai Y, Rakotoarisoa G, Pamungkas J,
Baicharoen S, Jahan I, Sajuthi D, Tosi AJ (2019)3)

Considerable synteny and sequence similarity of primate

1. 植松明子, 二宮太平, 磯田昌岐 (2020) 社会行動.

研究関係著作

Clinical Neuroscience 38(2):161-164.

chromosomal region VIIq31. Cytogenet Genome Res

2. 則武厚, 二宮太平, 磯田昌岐 (2020) 他者の報酬が気

158:88-97. doi:10.1159/000500796.

になる神経機構. Clinical Neuroscience 38(3):378-380.

3. Ninomiya T, Inoue K, Hoshi E, Takada M (2019) Layer
specificity of inputs from supplementary motor area and4)

dorsal premotor cortex to primary motor cortex in macaque

1. 郷康広 (2019) 霊長類ゲノムとそのはたらきを読みmonkeys. Sci Rep 9:18230. doi:10.1038/ s41598-019-

解く. 生命誌ジャーナル (JT 生命誌館) 100:Research54220-z.

(https://www.brh.co.jp/publication/journal/100/research02/2.

その他

html)

92

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文《生体システム研究部門》

1)

Matoba R, Takaji M, Hatanaka N, Nambu A, Mizukami H,

英文原著論文1. Sano H, Nambu A (2019) The effect of zonisamide on L-

Yamamori T, Matsuzaki M (2019) Arm movements induced

DOPA-induced dyskinesia in Parkinson's disease modelby noninvasive optogenetic stimulation of the motor cortex

mice. Neurochem Int 124:171-180.

in the common marmoset. Proc Natl Acad Sci USA

doi:10.1016/j.neuint. 2019.01.011.

116(45):22844-22850. doi:10.1073/pnas. 1903445116.
2)

2. Murakami J, Tachibana Y, Akiyama S, Kato T, Taniguchi

研究関係著作

A, NakajimaY, Shimoda M, Wake H, Kano Y, Takada M,

1. 南部篤 (2019) 大脳皮質と大脳基底核. ''標準生理学

Nambu A, Yoshida A (2019) Oral splint ameliorates tic

第 9 版'' (本間 研一 監修; 大森治紀, 大橋俊夫 総編

symptoms in patients with Tourette syndrome. Mov

集; 河合康明, 黒澤美枝子, 鯉淵典之, 伊佐正 編集),

Disord 34(10):1577-1578. doi:10.1002/mds.27819.

医学書院, pp. 367-392.

3. Ebina T, Obara K, Watakabe A, Masamizu Y, Terada S-I,

《神経ダイナミクス研究部門》

1)

3. Wei Y, Okazaki YO, So RHY, Chu WCW, Kitajo K (2019)

英文原著論文

1. Ueda K, Kitajo K, Yamaguchi Y, Nishiura Y (2019)

Motion sickness-susceptible participants exposed to coherent

Neural network model for path-finding problems with therotating dot patterns show excessive N2 amplitudes andself-recovery property. Phys Rev E 99:032207.

impaired theta-band phase synchronization. NeuroImage

doi:10.1103/PhysRevE.99.032207.

202:116028. doi:10.1016/ j.neuroimage.2019.116028.

2. Glim S, Okazaki Y, Nakagawa Y, Mizuno Y, Hanakawa

4. Ye S, Kitajo K, Kitano K (2020) Information-theoretic

T, Kitajo K (2019), Phase-amplitude coupling of neuralapproach to detect directional information flow in EEG

oscillations can be effectively probed with concurrent

signals induced by TMS. Neurosci Res 156, 197-205,

TMS-EEG. Neural Plast 2019:6263907.

doi:/10.1016/j.neures.2019.09.003.

doi:10.1155/2019/6263907.

《心理生理学研究部門》

1)

197:156-166. doi:10.1016/ j.neuroimage.2019.04.044.

英文原著論文

1. Koike T, Sumiya M, Nakagawa E, Okazaki S, Sadato N

3. Abe MO, Koike T, Okazaki S, Sugawara SK, Takahashi K,(2019) What makes eye contact special? Neural substrates

Watanabe K, Sadato N (2019) Neural correlates of onlineof on-line mutual eye-gaze:A hyperscanning fMRI Study.

cooperation during joint force production. NeuroImage

eNeuro 28:6(1). doi:10.1523/ENEURO.0284-18.2019.

191:150-161. doi:10.1016/j.neuroimage. 2019.02.003.

2. Kitada R, Doizaki R, Kwon J, Tanigawa T, Nakagawa E,

4. Shin HG, Oh SH, Fukunaga M, Nam Y, Lee D, Jung W, Jo

Kochiyama T, Kajimoto H, Sakamoto M, Sadato N (2019)M, Ji S, Choi JY, Lee J (2019) Advances in gradient echo

Brain networks underlying tactile softness perception:A

myelin water imaging at 3T and 7T. Neuroimage 188:835-

functional magnetic resonance imaging study. NeuroImage

844. doi:10.1016/j.neuroimage.2018.11.040.

93

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文

5. Nakamura NH, Fukunaga M, Oku Y (2019) Respiratory

Hehir-Kwa JY, Hibar DP, Hillegers MHJ, Hoffmann P,

fluctuations in pupil diameter are not maintained during

Holleran L, Hottenga JJ, Hulshoff Pol HE, Ikeda M,

cognitive tasks. Respir Physiol Neurobiol 265:68-75.

Jacquemont S, Jahanshad N, Jockwitz C, Johansson S,

doi:10.1016/j.resp.2018.07.005.

Jönsson EG, Kikuchi M, Knowles EEM, Kwok JB, Le

6. Morita K, Miura K, Fujimoto M, Yamamori H, Yasuda Y,

Hellard S, Linden DEJ, Liu J, Lundervold A, Lundervold

Kudo N, Azechi H, Okada N, Koshiyama D, Shiino T,

AJ, Martin NG, Mather KA, Mathias SR, McMahon KL,

Fukunaga M, Watanabe Y, Ikeda M, Kasai K, Hashimoto

McRae AF, Medland SE, Moberget T, Moreau C, Morris

R (2019) Eye-movement characteristics of schizophrenia

DW, Mühleisen TW, Murray RM, Nordvik JE, Nyberg L,

and their association with cortical thickness. Psychiatry

Olde Loohuis LM, Ophoff RA, Owen MJ, Paus T, Pausova

Clin Neurosci 73(8):508-509. doi:10.1111/pcn.12865.

Z, Peralta JM, Pike B, Prieto C, Quinlan EB, Reinbold CS,

7. Wong TY, Radua J, Pomarol-Clotet E, Salvador R,

Reis Marques T, Rucker JJH, Sachdev PS, Sando SB,

Albajes-Eizagirre A, Solanes A, Canales-Rodriguez EJ,

Schofield PR, Schork AJ, Schumann G, Shin J, Shumskaya

Guerrero-Pedraza A, Sarro S, Kircher T, Nenadic I, Krug

E, Silva AI, Sisodiya SM, Steen VM, Stein DJ, Strike LT,

A, Grotegerd D, Dannlowski U, Borgwardt S, Riecher-Tamnes CK, Teumer A, Thalamuthu A, Tordesillas-

Rössler A, Schmidt A, Andreou C, Huber CG, Turner J,

Gutiérrez D, Uhlmann A, Úlfarsson MÖ, van 't Ent D, vanCalhoun V, Jiang W, Clark S, Walton E, Spalletta G, Banaj

den Bree MBM, Vassos E, Wen W, Wittfeld K, Wright MJ,

N, Piras F, Ciullo V, Vecchio D, Lebedeva I, Tomyshev AS,

Zayats T, Dale AM, Djurovic S, Agartz I, Westlye LT,

Kaleda V, Klushnik T, Filho GB, Zanetti MV, Serpa MH,

Stefánsson H, Stefánsson K, Thompson PM, Andreassen

Penteado Rosa PG, Hashimoto R, Fukunaga M, Richter A,

OA (2019) Association of Copy Number Variation of the

Krämer B, Gruber O, Voineskos AN, Dickie EW, Tomecek

15q11.2 BP1-BP2 Region With Cortical and Subcortical

D, Skoch A, Spaniel F, Hoschl C, Bertolino A, Bonvino A,

Morphology and Cognition, JAMA Psychiatry, 1-11.

Di Giorgio A, Holleran L, Ciufolini S, Marques TR,

doi:10.1001/jamapsychiatry.2019.3779.

Dazzan P, Murray R, Lamsma J, Cahn W, van Haren N,

9. Maruyama S, Fukunaga M, Fautz HP, Heidemann R,

Díaz-Zuluaga AM, Pineda-Zapata JA, Vargas C, López-Sadato N (2019) Comparison of 3T and 7T MRI for the

Jaramillo C, van Erp TGM, Gur RC, Nickl-Jockschat T

visualization of globus pallidus sub-segments. Sci Rep(2019) An overlapping pattern of cerebral cortical thinning9(1):18357. doi:10.1038/s41598-019-54880-x.

is associated with both positive symptoms and aggression

10. Hamano YH, Sugawara SK, Yoshimoto T, Sadato N (2020)

in schizophrenia via the ENIGMA consortium. Psychol

The motor engram as a dynamic change of the corticalMed., 16:1-12. doi: 10.1017/S0033291719002149.

network during early sequence learning:An fMRI study.

8. Writing Committee for the ENIGMA-CNV Working

Neurosci Res 153:27-39 doi:10.1016/j.neures. 2019.03.004.

Group, van der Meer D, Sønderby IE, Kaufmann T, Walters

11. Sønderby IE, Gústafsson Ó, Doan NT, Hibar DP, Martin-

GB, Abdellaoui A, Ames D, Amunts K, Andersson M,

Brevet S, Abdellaoui A, Ames D, Amunts K, Andersson M,

Armstrong NJ, Bernard M, Blackburn NB, Blangero J,

Armstrong NJ, Bernard M, Blackburn N, Blangero J,

Boomsma DI, Brodaty H, Brouwer RM, Bülow R, Cahn W,

Boomsma DI, Bralten J, Brattbak HR, Brodaty H, Brouwer

Calhoun VD, Caspers S, Cavalleri GL, Ching CRK, Cichon

RM, Bülow R, Calhoun V, Caspers S, Cavalleri G, Chen

S, Ciufolini S, Corvin A, Crespo-Facorro B, Curran JE,

CH, Cichon S, Ciufolini S, Corvin A, Crespo-Facorro B,

Dalvie S, Dazzan P, de Geus EJC, de Zubicaray GI, deCurran JE, Dale AM, Dalvie S, Dazzan P, de Geus EJC, deZwarte SMC, Delanty N, den Braber A, Desrivieres S, Di

Zubicaray GI, de Zwarte SMC, Delanty N, den Braber A,

Forti M, Doherty JL, Donohoe G, Ehrlich S, Eising E,

Desrivières S, Donohoe G, Draganski B, Ehrlich S,

Espeseth T, Fisher SE, Fladby T, Frei O, Frouin V,

Espeseth T, Fisher SE, Franke B, Frouin V, Fukunaga M,

Fukunaga M, Gareau T, Glahn DC, Grabe HJ, Groenewold

Gareau T, Glahn DC, Grabe H, Groenewold NA, Haavik J,

NA, Gústafsson Ó, Haavik J, Haberg AK, Hashimoto R,Håberg A, Hashimoto R, Hehir-Kwa JY, Heinz A,

94

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文

Hillegers MHJ, Hoffmann P, Holleran L, Hottenga JJ,

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KK, Kwok JB, Hellard SL, Leu C, Liu J, Lundervold AJ,

14. Nemoto K, Shimokawa T, Fukunaga M, Yamashita F,

Lundervold A, Martin NG, Mather K, Mathias SR,

Tamura M, Yamamori H, Yasuda Y, Azechi H, Kudo N,

McCormack M, McMahon KL, McRae A, Milaneschi Y,

Watanabe Y, Kido M, Takahashi T, Koike S, Okada N,

Moreau C, Morris D, Mothersill D, Mühleisen TW, Murray

Hirano Y, Onitsuka T, Yamasue H, Suzuki M, Kasai K,

R, Nordvik JE, Nyberg L, Olde Loohuis LM, Ophoff R,

Hashimoto R, Arai T (2020) Differentiation of schizophrenia

Paus T, Pausova Z, Penninx B, Peralta JM, Pike B, Prieto

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C, Pudas S, Quinlan E, Quintana DS, Reinbold CS,

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Marques TR, Reymond A, Richard G, Rodriguez-Herreros

Neurosci 74：56-63 doi:10.1111/ pcn.12934.

B, Roiz-Santiañez R, Rokicki J, Rucker J, Sachdev P,

15. Koike T, Tanabe HC, Adachi-Abe S, Okazaki S, Nakagawa

Sanders AM, Sando SB, Schmaal L, Schofield PR, Schork

E, Sasaki AT, Shimada K, Sugawara SK, Takahashi HK,

AJ, Schumann G, Shin J, Shumskaya E, Sisodiya S, Steen

Yoshihara K, Sadato N (2019) Role of the right anterior

VM, Stein DJ, Steinberg S, Strike L, Teumer A,

insular cortex in joint attention-related identification with aThalamuthu A, Tordesillas-Gutierrez D, Turner J, Uelandpartner. So Cogn Affect Neurosci 14(10):1131-1145.

T, Uhlmann A, Ulfarsson MO, van 't Ent D, van der Meer

doi:10.1093/scan/nsz087.

D, van Haren NEM, Vaskinn A, Vassos E, Walters GB,

2)

Wang Y, Wen W, Whelan CD, Wittfeld K, Wright M,

1. Shishido E, Ogawa S, Miyata S, Yamamoto M, Inada T,

Yamamori H, Zayats T, Agartz I, Westlye LT, Jacquemont

Ozaki N (2019) Application of eye trackers for

S, Djurovic S, Stefánsson H, Stefánsson K, Thompson P,

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英文総説

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3)

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1. 定藤規弘, 吉原一文 (2019) 交感神経活動の脳内研究関係著作

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12. Koshiyama D, Fukunaga M, Okada N, Morita K, Nemoto
K, Usui K, Yamamori H, Yasuda Y, Fujimoto M, Kudo N,

2. 定藤規弘, 福永雅喜 (2019) 超高磁場 MRI による脳Azechi H, Watanabe Y, Hashimoto N, Narita H, Kusumi I,

機能イメージング--種間比較をめざして Functional

Ohi K, Shimada T, Kataoka Y, Yamamoto M, Ozaki N,

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Abe O, Hashimoto R, Takahashi T, Hori T, Nakataki M,

3. 小池耕彦 (2019) ハイパースキャニング脳機能イ

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4)

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1. 定藤規弘 (2019) 第 3 章 子どもを「ほめ」て育てる

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その他

13. Yasuda Y, Okada N, Nemoto K, Fukunaga M, Yamamori

2. 赤尾旭彦, 川端政則, 小山雄太郎, 長野祥大, 速水琢,

H, Ohi K, Koshiyama D, Kudo N, Shiino T, Morita S,

三須宏武, 八木佐一郎, 山下愛博 (2018) 2018 年度時

Morita K, Azechi H, Fujimoto M, Miura K, Watanabe Y,

限研究会実施報告脳科学若手の会第 10 回合宿「若手95生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文

構築まで～」. 日本神経回路学会誌 25(2):38-42．

脳研究者に向けたレクチャー&ワークショップ合宿～脳と人工知能の情報表現，データ解析からモデル《形態情報解析室》

1)

in Viper copepods:3D analyses of a key innovation using

英文原著論文advanced imaging techniques. Front Zool 16:35.

1. Furuta T, Bush NE, Yang AET, Ebara S, Miyazaki N,

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7. Aoki K, Hagiwara R, Akashi M, Murata K, Ogata H,

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2. Imachi H, Nobu MK, Nakahara N, Morono Y, Ogawara M,
Takaki Y, Takano Y, Uematsu K, Ikuta T, Ito M, Matsui Y,

8. Sekiguchi T, Satoh T, Kurimoto E, Song C, Kozai T,

Miyazaki M, Murata K, Saito Y, Sakai S, Song C, Tasumi

Watanabe H, Ishii K, Yagi H, Yanaka S, Uchiyama S,

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Uchihashi T, Murata K, Kato K (2019) Mutational and

Isolation of an archaeon at the prokaryote-eukaryote

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3. Sheng X, Watanabe A, Li A, Kim E, Song C, Murata K,

9. Hirose Y, Chihong S, Watanabe M, Yonekawa C, Murata

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K, Ikeuchi M, Eki T (2019) Diverse chromatic acclimation

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10. Yoshikawa G, Blanc-Mathieu R, Song C, Kayama Y,

Iino R (2019) Multi-color high-speed tracking of single
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4. Ando, J, Nakamura A, Yamamoto M, Song C, Murata K,
biomolecules withphycoerythrocyanin

Mochizuki T, Murata K, Ogata H, Takemura M (2019)alloy

nanoparticles. ACS Photonics 6(11):2870-2883.

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doi:10.1128/JVI.02130-18.

5. Burton-Smith, RN, Watanabe A, Tokutsu R, Song C,
Murata K, Minagawa J (2019) Structural determination of

11. Kubota-Kawai H, Burton-Smith RN, Tokutsu R, Song C,

the large photosystem II-light harvesting complex II

Akimoto S, Yokono M, Ueno Y, Kim E, Watanabe A,

supercomplex of Chlamydomonas reinhardtii using non-

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doi:10.1074/jbc.RA119.009341.

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reinhardtii. J Biol Chem 294(12):4304-4314.

6. Kaji T, Song C, Murata K, Nonaka S, Ogawa, K, Kondo Y,

doi:10.1074/jbc.RA118.006536.

Ohtsuka S, Palmer R (2019) Evolutionary transformationof mouthparts from particle-feeding to piercing carnivory

96生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文《多光子顕微鏡室》

1)

2. Murakoshi H, Horiuchi H, Kosugi T, Onda M, Sato A,

英文原著論文1. Saneyoshi T, Matsuno H, Suzuki A, Murakoshi H, Hedrick

Koga N, and Nabekura J (2019) ShadowR: a novel

NG, Agnello E, O'Connell R, Stratton MM, Yasuda R,

chromoprotein with reduced non-specific binding andHayashi Y (2019) Reciprocal Activation within a Kinase-improved expression in living cells. Sci Rep 9:12072.

Effector Complex Underlying Persistence of Structural

doi:10.1038/s41598-019-48604-4.

LTP.Neuron 102:1199-1210.
doi:10.1016/j.neuron.2019.04.012.

《生体機能情報解析室》

1)

2)

英文原著論文

英文総説

1. Brooks JA, Chikazoe J, Sadato N, Freeman JB (2019) The

1. Todd RM, Miskovic V, Chikazoe J, Anderson AK(2020)

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conceptual structure. Proc Natl Acad Sci USA 116(32):and their interaction with cognition. Annu Rev Psychol.Jan

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4;71:25-48. doi:10.1146/annurev-psych-010419-051044.

《ウィルスベクター開発室》

1)

Onoe H, Isa T (2019) Dissecting the circuit for blindsight

英文原著論文to reveal the critical role of pulvinar and superior colliculus.

1. Okubo Y, Kanemaru K, Suzuki J, Kobayashi K, Hirose K,
Iino M (2019) Inositol 1,4,5-trisphosphate receptor type 2-

Nat Commun 10:135. doi:10.1038/s41467-018-08058-0.

independent Ca2+ release from the endoplasmic reticulum

5. Katada Y, Kobayashi K, Tsubota K, Kurihara T (2019)in astrocytes. Glia 67:113-124. doi: 10.1002/glia.23531.

Evaluation of AAV-DJ vector for retinal gene therapy.
PeerJ 7:e6317 doi:10.7717/peerj.6317.

2. Kato S, Sugawara M, Kobayashi K, Kimura K, Inoue KI,
Takada M, Kobayashi K (2019) Enhancement of the

6. Murata K, Kinoshita T, Fukazawa Y, Kobayashi K,transduction efficiency of a lentiviral vector for neuron-

Yamanaka A, Hikida T, Manabe H, Yamaguchi M (2019)

specific retrograde gene delivery through the point

Opposing Roles of Dopamine Receptor D1- and D2-

mutation of fusion glycoprotein type E. J Neurosci Methods

Expressing Neurons in the Anteromedial Olfactory

311:147-155. doi:10.1016/j.jneumeth.2018.10.023.

Tubercle in Acquisition of Place Preference in Mice. Front

3. Nomura K, Hiyama TY, Sakuta H, Matsuda T, Lin CH,

Behav Neurosci 13:50. doi:10.3389/fnbeh. 2019.00050.

Kobayashi K, Kobayashi K, Kuwaki T, Takahashi K, Matsui

7. Miyamoto H, Tatsukawa T, Shimohata A, Yamagata T,

S, Noda M (2019) [Na+] increases in body fluids sensed by

Suzuki T, Amano K, Mazaki E, Raveau M, Ogiwara I, Oba-

central Nax induce sympathetically mediated blood pressure

Asaka A, Hensch TK, Itohara S, Sakimura K, Kobayashi K,

elevations via H+-dependent activation of ASIC1a. Neuron

Kobayashi K, Yamakawa K (2019) Impaired cortico-

101:60-75. doi:10.1016/j.neuron. 2018.11.017.

striatal excitatory transmission triggers epilepsy. Nat
Commun 10:1917. doi:10.1038/s41467-019-09954-9.

4. Kinoshita M, Kato R, Isa K, Kobayashi K, Kobayashi K,

97

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文

brainstem pathways during training-induced recovery in

8. Murata K, Kinoshita T, Fukazawa Y, Kobayashi K,
Kobayashi K, Miyamichi K, Okuno H, Bito H, Sakurai Y,

stroke model rats. J Neurosci 39:7306-7320.

Yamaguchi M, Mori K, Manabe H (2019) GABAergic

doi:10.1523/JNEUROSCI.0649-19.2019.
11. Sánchez-Valpuesta M, Suzuki Y, Shibata Y, Toji N, Ji Y,

neurons in the olfactory cortex projecting to the lateralhypothalamus in mice. Sci Rep 9:7132.

Afrin N, Asogwa CN, Kojima I, Mizuguchi D, Kojima S,

doi:10.1038/s41598-019-43580-1.

Okanoya K, Okado H, Kobayashi K, Wada K (2019)

9. Hori T, Fukutome M, Maejima C, Matsushima H, Kobayashi

Corticobasal ganglia projecting neurons are required forK, Kitazawa S, Kitahara R, Kitano K, Kobayashi K, Moritoh

juvenile vocal learning but not for adult vocal plasticity

S, Koike C (2019) Gene delivery to cone photoreceptors byin songbirds. Proc Natl Acad Sci USA 116:22833-22843.

subretinal injection of rAAV2/6 in the mouse retina.

doi:10.1073/pnas.1913575116.
12. Karube F, Takahashi S, Kobayashi K, Fujiyama F (2019)

Biochem Biophys Res Commun 515:222-227.

Motor cortex can directly drive the globus pallidus neurons

doi:10.1016/j.bbrc.2019.05.117.

in a projection neuron type-dependent manner in the rat.

10. Ishida A, Kobayashi K, Ueda Y, Shimizu T, Tajiri N, Isa T,

eLife 8:e49511. doi:10.7554/eLife.49511.

Hida H (2019) Dynamic interaction between cortico-《遺伝子改変動物作製室》

1) 英文原著論文

kidneys in Sall1-targeted anephric rats. Nat Commun

1. Chinen S, Yamanaka T, Nakayama K, Watanabe H,

10:451. doi:10.1038/s41467-019-08394-9.

Akiyama Y, Hirabayashi M, Hochi S (2019) Nylon mesh

5. Gao X, Nowak-Imialek M, Chen X, Chen D, Herrmann D,

cryodevice for bovine mature oocytes, easily removable

Ruan D, Chen ACH, Eckersley-Maslin MA, Ahmad S,

excess vitrification solution. Cryobiology 90:96-99.

Lee YL, Kobayashi T, Ryan D, Zhong J, Zhu J, Wu J, Landoi:10.1016/j.cryobiol.2019.09.010.

G, Petkov S, Yang J, Antunes L, Campos LS, Fu B, Wang

2. Nakayama K, Yamanaka T, Tamada Y, Hirabayashi M,

S, Yong Y, Wang X, Xue SG, Ge L, Liu Z, Huang Y, Nie

Hochi S (2019) Supplementary cryoprotective effect ofT, Li P, Wu D, Pei D, Zhang Y, Lu L, Yang F, Kimber SJ,

carboxylated ϵ-poly-l-lysine during vitrification of rat

Reik W, Zou X, Shang Z, Lai L, Surani A, Tam PPL,

pancreatic islets. Cryobiology 88:70-74.

Ahmed A, Yeung WSB, Teichmann SA, Niemann H, Liu

doi:10.1016/ j.cryobiol.2019.03.009.

P (2019) Establishment of porcine and human expanded
potential stem cells. Nat Cell Biol 21:687-699.

3. Kazuki Y, Kobayashi K, Hirabayashi M, Abe S, Kajitani N,

doi: 10.1038/s41556-019-0333-2.

Kazuki K, Takehara S, Takiguchi M, Satoh D, Kuze J,
Sakuma T, Kaneko T, Mashimo T, Osamura M, Hashimoto2) 英文総説

M, Wakatsuki R, Hirashima R, Fujiwara R, Deguchi T,

1. Hirabayashi M, Goto T, Hochi S (2019) Pluripotent stem

Kurihara A, Tsukazaki Y, Senda N, Yamamoto T, Scheer

cell-derived organogenesis in the rat model system.

N, Oshimura M (2019) Humanized UGT2 and CYP3A

Transgenic Res 28:287-297.

transchromosomic rats for improved prediction of human

doi:10.1007/s11248-019-00161-2.

drug metabolism. Proc Natl Acad Sci USA 116:3072-3081.

3) 研究関係著作

doi:10.1073/pnas.1808255116.

1. Hirabayashi M, Takizawa A, Hochi S (2019) Embryonic

4. Goto T, Hara H, Sanbo M, Masaki H, Sato H, Yamaguchi

stem cells and gene manipulation in rat. Methods Mol

T, Hochi S, Kobayashi T, Nakauchi H, Hirabayashi M

Biol 2018:115-130. doi:10.1007/978-1-4939-9581-3_5.

(2019) Generation of pluripotent stem cell-derived mouse

2. Hirabayashi M, Hochi S (2019) Organ generation from98

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文

knockedout rat blastocysts complemented with pluripo-

1. 平林真澄, 保地眞一 (2019) 多能性幹細胞を用いた

tent stem cells. Methods Mol Biol 1874:313-326.

三次元臓器再生 --胚盤胞補完の齧歯類モデル--.

doi:10.1007/978-1-4939-8831-0_18.

BIO Clinica 11 月臨時増刊号 ''iPS 再生医療の最前線

4) その他'' 34:25-29.

《動物資源共同利用研究センター》

1)

2. 浦野

その他

1. 浦野

徹：動物愛護管理法見直しの現状分析と今後

徹：適正な実験動物と適切な動物実験をめざの方向性，実験動物関係教職員高度技術研修 2019

して，資料集：動物実験のあり方を考える，動物と「中型動物を用いた動物実験に関わる知識と技術の共生を考える連絡会発行, 24－34, 2019の習得」テキスト, 14-19, 2019《旧 統合生理研究部門》

1)

Neurosci Lett 707:134284.

英文原著論文

doi:10.1016/j.neulet. 2019.134284.

1. Iwasaki M, Noguchi Y, Kakigi R (2019) Neural correlates

7. Mochizuki H, Hernandez LE, Yosipovitch G, Sadato N,of time distortion in a preaction period. Hum Brain Mapp

Kakigi R (2019) The functional network processing acute40(3):804-817. doi:10.1002/hbm.24413.

electrical itch stimuli in humans. Front Physiol 10:555.

2. Ohbayashi W, Kakigi R, Nakata H (2019) Effects of white

doi:10.3389/fphys.2019.00555.

noise duration on somatosensory event-related potentials.

8. Nakata H, Kobayashi F, Lawley JS, Kakigi R, Shibasaki

Neuroreport 30(1):26-31.

M (2019) Effects of whole body skin cooling on human

doi:10.1097/WNR.0000000000001157.
3. Mizukami H, Kakigi R, Nakata H (2019) Effects ofcognitive processing:a study using SEPs and ERPs. Am J

stimulus intensity and auditory white noise on humanPhysiol Regul Integr Comp Physiol 317(3):R432-R441.

somatosensory cognitive processing:a study using event-doi:10.1152/ajpregu.00087.2019.
9. Shimamura K, Inoue T, Ichikawa H, Nakato E, Sakuta Y,

related potentials. Exp Brain Res 237(2):521-530.

Kanazawa S, Yamaguchi MK, Kakigi R, Sakuta R (2019)

doi:10.1007/s00221-018-5443-8.

Hemodynamic response to familiar faces in children with

4. Noguchi Y, Xia Y, Kakigi R (2019) Desynchronizing to befaster? Perceptual- and attentional-modulation of brain

ADHD. Biopsychosoc Med 13:30.

rhythms at the sub-millisecond scale. Neuroimage 191:225-

doi:10.1186/s13030-019-0172-1.
10. Kinukawa T, Takeuchi N, Sugiyama S, Nishihara M,

233. doi:10.1016/ j.neuroimage.2019.02.027.
5. Shibasaki M, Namba M, Kamijo YI, Ito T, Kakigi R,

Nishiwaki N, Inui K (2019) Properties of echoic memory

Nakata H (2019) Effects of repetitive exercise and thermal

revealed by auditory-evoked magnetic fields. Sci Rep

stress on human cognitive processing. Physiol Rep

9(1):12260. doi:10.1038/s41598-019-48796-9.
11. Motomura E, Inui K, Kawano Y, Nishihara M, Okada M

7(4):e14003. doi:10.14814/phy2.14003.
6. Shironouchi F, Ohtaka C, Mizuguchi N, Kato K, Kakigi(2019) Effects of sound-pressure change on the 40 Hz auditory

R, Nakata H (2019) Remote effects on corticospinal

steady-state response and change-related cerebral response.

excitability during motor execution and motor imagery.

Brain Sciences 9:203. doi:10.3390/brainsci9080203

99

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／発表論文

12. Takeuchi N, Kinukawa T, Sugiyama S, Inui K, Kanemoto

13. Sugiyama S, Kinukawa T, Takeuchi N, Nishihara M,

K, Nishihara M (2019) Suppression of somatosensory

Shioiri T, Inui K (2019) Change-related acceleration effects

evoked cortical responses by noxious stimuli. Brainon auditory steady-state response. Front Syst Neurosci

Topogr 32(5):783-793. doi:10.1007/s10548-019-00721-z.

13:53. doi:10.3389/fnsys.2019.00053

100

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

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 ················································································· 102
生体膜研究部門 ······················································································· 102
神経発達・再生機構研究部門 ··········································································· 103
細胞構造研究部門 ..................................................................................... 104
細胞生理研究部門 ..................................................................................... 105
心循環シグナル研究部門 ............................................................................... 107
生殖・内分泌系発達機構研究部門 ....................................................................... 109
超微形態研究部門 ..................................................................................... 111
大脳神経回路論研究部門 ............................................................................... 112
生体恒常性発達研究部門 ............................................................................... 113
視覚情報処理研究部門 ................................................................................. 115
バイオフォトニクス研究部門 ........................................................................... 115
認知行動発達機構研究部門 ............................................................................. 116
生体システム研究部門 ................................................................................. 118
神経ダイナミクス研究部門 ............................................................................. 120
心理生理学研究部門 ................................................................................... 122
個別研究（毛利研究室） ............................................................................... 125
個別研究（山肩研究室） ............................................................................... 125
個別研究（佐竹研究室） ............................................................................... 125
形態情報解析室 ....................................................................................... 126
多光子顕微鏡室 ....................................................................................... 127
生体機能情報解析室 ................................................................................... 128
ウィルスベクター開発室 ............................................................................... 128
遺伝子改変動物作製室 ................................................................................. 129
動物資源共同利用研究センター ......................................................................... 130

101

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

学 会 発 表《神経機能素子研究部門》
1.

Takushi Shimomura, Yoshihiro Kubo (2019･3･29) A key

Metabotropic glutamate receptor mGlu2 regulatesinteraction for modulation of voltage dependence bysignaling via Gq-coupled serotonergic receptor. The 9th

phosphoinositides in Two-pore channel 3. The 9th FAOPS

FAOPS Congress (Kobe, Japan)
7.

congress (Kobe, Japan)2.

Ki-ichi Hirazawa, Takushi Shimomura, Yoshihiro Kubo

(2019･3･31) Practical Approaches to Protein Structural(2019･3･29) Analysis of dynamic structural rearrange-

Information. The 9th FAOPS congress (Kobe, Japan)

ments of Two-Pore Na+ Channel 3 by voltage clamp
3.

8.

the voltage dependence of Two-pore Channel 3. The 7th

I-Shan Chen, Chang Liu, Yoshihiro Kubo (2019･3･30)

International Ion Channel Conference (Hangzhou, China)
9.

and voltage-dependent gating of P2X2 receptor analyzed“Cutting-edge approaches to long-lasting questions andby voltage-clamp fluorometry. The 7th International Ion

novel aspects of inward rectifier K+ channels” The 9th

Channel Conference (Hangzhou, China)
10. Yoshihiro Kubo (2019･6･20) Phosphoinositides modulate

Chang Liu, I-Shan Chen, Yoshihiro Kubo (2019･3･30)

the voltage dependence in Two-Pore Na+ Channel 3 (TPC3).

Effects of antihistamine drugs on G-protein-gated inwardly

The Ion Channel Modulation Symposium (Cambridge, UK).

rectifying K+ channels. The 9th FAOPS congress (Kobe,

11. Yoshihiro Kubo (2019･6･21) Phosphoinositides modulate

Japan)

the voltage dependence in Two-Pore Na+ Channel 3

Rizki Tsari Andriani, Yoshihiro Kubo (2019･3･30) Voltage-(TPC3). Seminar in University of Sussex, School of Life

clamp fluorometry analyses of voltage- dependent gating of

Sciences (Sussex, UK).

ATP receptor channel P2X2. The 9th FAOPS Congress
6.

Rizki Tsari Andriani, Yoshihiro Kubo (2019･6･17) ATP-rectifying K+ channel by small molecules. In Symposium

FAOPS Congress (Kobe, Japan)

5.

Yoshihiro Kubo (2019･6･17) Phosphoinositides modulate

fluorometry. The 9th FAOPS Congress (Kobe, Japan)
Regulation mechanisms of G-protein-gated inwardly

4.

Takushi Shimomura, Katsumasa Irie, Yuichiro Fujiwara

12. 立山充博，久保義弘（2019･10･4）mGlu2 と 5-HT2aR(Kobe, Japan)の相互作用により変化するシグナル伝達の解析．第Michihiro Tateyama, Yoshihiro Kubo (2019 ･ 3 ･ 30)

66 回中部日本生理学会大会（新潟）《生体膜研究部門》
1.

2.

3.

Fukata Masaki (2019･5･15) Synapse maturation regulated

Binding mode and physiological role of epilepsy-related

by palmitate cycling on PSD-95 and trans-synaptic LGI1

ligand/receptor LGI1-ADAM22 complex based on

and ADAM22. CFC seminar series Spring 2019 (Seoul,

structural analysis. 2019 Korea-Yonsei-NIPS International

Korea)（招待講演）

Joint Symposium (Seoul, Korea)
4.

Fukata Masaki (2019･7･4) The LGI1-ADAM22 protein

Yokoi Norihiko, Fukata Yuko, Sanbo Makoto, Goto

complex in synaptic transmission and synaptic disorders.

Teppei, Hirabayashi Masumi, Fukata Masaki (2019･7･

2019 Korea-Yonsei-NIPS International Joint Symposium25) Phosphorylation of ADAM22 regulates the amount of(Seoul, Korea)

the anti-epileptic LGI1-ADAM22 complex in the brain.

Miyazaki Yuri, Yamagata Atsushi, Yokoi Norihiko,

The 40th annual meeting of the Japan Neuroscience

Fukata Yuko, Fukai Shuya, Fukata Masaki (2019･7･4)

Society（新潟）102

生理学研究所年報

5.

6.

7.

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

8.

宮﨑裕理，江川孝彦，横井紀彦，深田優子，深田正紀

Fukata Yuko, Hirano Yoko, Inahashi Hiroki, Miyazaki Yuri,（2019･9･1）数理解析を目指したパルミトイル化シ

Yokoi Norihiko, Sanbo Makoto, Goto Teppei, Hirabayashi

グナル伝達研究．新学術研究領域｢数理解析に基づく

Masumi, Fukata Masaki (2019･10･19) Physiological roles

生体シグナル伝達システムの統合的理解（数理シグof trans-synaptic LGI1-ADAM22-MAGUK complex.

ナル）｣第３回若手ワークショップ（愛媛県松山市）

Neuroscience Meeting SfN 2019 (Chicago, USA)9.

深田正紀（2019･9･19）シナプス成熟機構とその破綻

Fukata Yuko (2019 ･ 11 ･ 7) Functions of trans-synapticによる病態機構．第92回日本生化学会大会（横浜）protein complex of epilepsy-related ligand-receptor, LGI1

（招待講演）and ADAM22. McGill-NIPS Joint Workshop (Montreal,

横井紀彦，深田優子，三宝誠，後藤哲平，平林真澄，Canada)深田正紀（2019･9･28）Phosphorylation of ADAM22

10. 横井紀彦，関谷敦志，平田哲也，深田優子，深田正stabilizes the anti-epileptic LGI1–ADAM22 complex in紀（2019･11･25）S-アシル化修飾ゾーンと神経シナ

the brain. 第9回 名古屋大学医学系研究科･生理学研

プス機能：S-アシル化修飾の化学量論的解析．第2回

究所合同シンポジウム（岡崎）オルガネラゾーン 若手の会（東京）《神経発達・再生機構研究部門》
1.

7.

澤本和延（2019･12･20）Neuronal migration: strategies
for development, maintenance and repair of the postnatal

における新生ニューロンの移動制御と神経機能の再brain．Cell Biology, Developmental Biology, and Systems

生．第３回医･理･工連携みらい会議（愛知県蒲郡市）
8.

Biology Course Meeting（京都府京都市 京都大学）
2.

3.

5.

6.

荻野崇，澤田雅人，金子奈穂子，稲田浩之，鍋倉淳

澤本和延（2019･12･3）生後脳におけるニューロン新一，澤本和延（2019･12･1）Blood flow-guided Migration

生･再配置．第 42 回日本分子生物学会年会（福岡県

of Adult-born neurons in the Olfactory Bulb．第３回医･福岡市）

理･工連携みらい会議（愛知県蒲郡市）

Kaneko N, Sawamoto K, (2019･12･3) Controlling the9.

澤本和延（2019･11･27）新生児脳に内在する神経再positioning of new neurons for functional regeneration in

生機構. 第 64 回日本新生児生育医学会学術集会シ

the post-stroke brain．第 42 回日本分子生物学会年会

ンポジウム（鹿児島県鹿児島市）
10. Kaneko N, Herranz-Perez V, Otsuka T, Sano H, Ohno N,（福岡県福岡市）
4.

金子奈穂子，澤本和延（2019･12･1）脳梗塞後の脳内澤本和延（2019･12･1）脳細胞の移動･再生メカニズ

Omata T, Nguyen HB, Thai TQ, Nambu A, Kawaguchi

ムとその操作技術：医･理･工連携によるアプローチ.

Y, Garcia-Verdugo JM, Sawamoto K (2019･10･21) New

第３回医･理･工連携みらい会議（愛知県蒲郡市）

neurons migrate through the glial meshwork using slit1 to松本真実，澤田雅人, Nguyen HB, Herranz-Perez V,

approach the lesion for functional recovery. Soceity forThai TQ, 成田啓之，熊本奈都子，鵜川眞也，斎藤祐

Neuroscience Annual Meeting 2019（アメリカ合衆国

見子，竹田扇，金子奈穂子, Garcia-Verdugo JM, 大野

シカゴ）

伸彦，澤本和延（2019･12･1）成体正常脳内を移動す

11. Fujikake K, Sawada M, Hikita T, Seto Y, Kakeko N,

る新生ニューロンの三次元微細構造．第３回医･理･Herranz-Perez V, Dohi N, Homma NY., Osaga S,

工連携みらい会議（愛知県蒲郡市）

Yanagawa Y, Akaike T, Garcia-Verdugo JM, Hattori M,

Sawada M, Ohno N, Kawaguchi M, Huang SH, Hikita T,

Sobue K, Sawamoto K（2019･10･ 20）Fyn controls

Sakurai Y, Nguyen HB, Thai TQ, Ishido Y, Yoshida Y,

detachment of chain-forming neuroblasts by regulating

Nakagawa H, Uemura A, Sawamoto K (2019･12･1) 光cell cell adhesion in the postnatal brain ． Soceity for

操作技術を用いた新生ニューロンの移動機構解析．

Neuroscience Annual Meeting 2019（アメリカ合衆国

第３回医･理･工連携みらい会議（愛知県蒲郡市）

シカゴ）

103

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

12. 澤本和延（2019･10･17）脳の発達･再生における19. 松本真実，澤田雅人, Nguyen HB, Herranz-Perez V,

ニューロン新生．名古屋市立大学脳神経科学研究所

Thai TQ 成田啓之，熊本奈都子，鵜川眞也，斎藤祐開設記念講演会（愛知県名古屋市）

見子，竹田扇，金子奈穂子, Garcia-Verdugo JM, 大野

13. 澤本和延（2019･9･19）神経再生過程における細胞形

伸彦，澤本和延（2019･7･25）成体脳内を移動する新態･接着の制御．第 60 回日本組織細胞化学会総会･

生ニューロンにおける一次繊毛の時空間的な動態．

学術集会（兵庫県神戸市）

第 42 回日本神経科学大会 第 62 回日本神経化学会

14. 澤本和延（2019･9･14）脳細胞の移動･再生を促進大会（新潟県新潟市）

する足場．第２４回日本脳腫瘍の外科学会教育講20. 荻野崇，澤田雅人，稲田浩之，金子奈穂子，鍋倉淳
一，澤本和延（2019･7･25）成体嗅球の新生ニューロ

演（静岡県浜松市）
15. Ogino T, Sawada M, Inada H, Kaneko N, Nabekura J,

ン移動における血流の役割．第 42 回日本神経科学

Sawamoto K（2019･9･6）Role of blood flow in neuronal

大会 第 62 回日本神経化学会大会（新潟県新潟市）

migration in the adult olfactory bulb. NCU ライフサイ

21. 澤本和延，神農英雄，金子奈穂子（2019･7･16）グリエンス研究会（愛知県蒲郡市）

アの形態調節によるニューロンの移動･再生促進.

16. 澤田雅人，澤本和延（2019･9･6）Microglial phagocytosis

第 40 回日本炎症･再生医学会シンポジウム（兵庫県

of dying neurons promotes neuronal regeneration in the神戸市）

adult brain. NCU ライフサイエンス研究会（愛知県蒲22. 澤本和延（2019･6･14）若い嗅覚神経回路をキープする．
第 19 回日本抗加齢医学会総会（神奈川県横浜市）

郡市）
17. Kaneko N, Herranz-Perez V, Otsuka T, Sano H, Ohno N,

23. 澤本和延（2019･6･4）先端バイオイメージングから

Omata T, Nguyen HB, Thai TQ, Nambu A, Kawaguchi

明らかになる神経再生過程の制御機構．新学術領域

Y, Garcia-Verdugo JM, Sawamoto K (2019･8･5 及び 6)

研究「学術研究支援基盤形成」(AbiS) 生命科学 4 プ

New neurons reach and regenerate stroke-injured brain

ラットフォーム説明会･成果シンポジウム（東京都tissue by clearing a path through glia. ISN-ASN Meeting千代田区）
24. 澤本和延（2019･5･30）新しい脳細胞を増やすには -（カナダ モントリオール）
18. 齋藤瑳智子，齋藤志郎，岩田英敏，福冨妃菜，金子

最新科学による解明．第 22 回国際福祉健康産業展

奈穂子，澤本和延（2019･7･25）坐骨神経傷害後の～ウェルフェア 2019 ～ （愛知県名古屋市）

シュワン細胞遊走における Slit-Robo シグナルの機

25. 澤本和延（2019･5･24）生後脳組織の維持･再生にお能．第 42 回日本神経科学大会 第 62 回日本神経化

ける新生ニューロンの移動．第 17 回幹細胞シンポ学会大会（新潟県新潟市）

ジウム（兵庫県淡路市）《細胞構造研究部門》
1.

大谷哲久（2019.1.17, 18）密着結合のジオメトリー制御

proteins regulate epithelial polarity independent of Tightによる傍細胞輸送効率の最適化. 北海道大学電子科学

Junction strand assembly. 9th FAOPS Congress（神戸）研究所研究会「数理科学と生命科学の融合」（札幌）
2.

3.

4.

5.

Tetsuhisa Otani, and Mikio Furuse (2019.5.15) Epithelial

Otani T. (2019.2.1 ～ 2019.2.2) Tight junctions andbarrier homeostasis by cell competition. 52nd Annual

epithelial polarity. ExCELLS Retreat for Young Scientists

meeting of the Japanese Society of Developmental

2018（西尾）

Biologists（大阪）Furuse M, Otani T. (2019.3.6) A new perspective of the

6.

Otani T. (2019.6.2～7) Genetic dissection of the structural

structure and function of tight junctions.第 8 回生理研-

and functional organization of tight junctions. Gordon

霊長研-新潟脳研合同シンポジウム（新潟）Research Conference "Cell contact and adhesion" (LesOtani T, Tokuda S, Furuse M. (2019.3.30) ZO family

Diablerets, Switzerland)

104

生理学研究所年報

7.

8.

9.

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

古瀬幹夫，大谷哲久（2019.6.6）上皮細胞の細胞膜極

Furuse M. (2019.6.24) Assembly of angulin-1/LSR in

性形成におけるタイトジャンクションの役割 生理

vertices of three epithelial cells is determined by the

研研究会「分泌研究の新展開：その普遍性と多様性」

cytoplasmic palmitoylation. 第 19 回日本蛋白質科学（岡崎）会年会･第 71 回日本細胞生物学会大会合同年次大会

泉 裕士，古瀬幹夫（2019.6.24）多様な膜貫通タンパ（神戸）

ク質により構成されるショウジョウバエのセプテー

11. Sugawara T, Oda Y, Fukata Y, Higashi T, Fukata M,

トジャンクション．第 19 回日本蛋白質化学会年会･Furuse M. (2019.9.28) Assembly of angulin-1/LSR in

第 71 回日本細胞生物学会大会合同年次大会（神戸）vertices of three epithelial cells is determined by the

Otani T, Nguyen TP, Furuse M. (2019.6.25, 26) Genetic

cytoplasmic palmitoylation. 第 9 回名古屋大学医学系

dissection of tight junctions. 第 19 回日本蛋白質科学

研究科･生理学研究所合同シンポジウム（岡崎）会年会･第 71 回日本発生生物学会大会 合同年次大12. 泉 裕士,古瀬幹夫（2019.9.28）ショウジョウバエ腸管の恒常性における上皮バリア機能の役割．第 9 回生会（神戸）10. Sugawara T, Oda Y, Fukata Y, Higashi T, Fukata M,

理研･名古屋大学医学部合同シンポジウム（岡崎）《細胞生理研究部門》
1.

Nguyen Thi Hong Dung (2019.2.1) Identification oftransient hyperparathyroidism. The 9th Federation of Asianamino acids involved in the 4-isopropylcyclohexanol

and Oceanian Physiological Sciences (FAOPS2019)（神戸）
9.

action on TRP channels. ExCELLS 若手交流リトリー
2.

ト（西尾）

resistant tadpoles of Ryukyu kajika frogs inhabiting hot

Li Tianbang (2019.2.15) Characterization of TRPA1 fromsprings. The 9th Federation of Asian and Oceaniandisease vector mosquitoes. 第 11 回 NAGOYA グローバ

Physiological Sciences (FAOPS2019)（神戸）
10. Derouiche

ルリトリート（東浦）
3.

5.

6.

7.

8.

Sandra(2019.3.29)

Involvementof

曽我部隆彰 (2019.3.8) Receptors lipids and signaling

thermosensitive TRP channels in temperature-dependent

molecules involved in temperature sensation in fruit flies.

microglia movement. The 9th Federation of Asian and第 8 回生理研-霊長研-新潟脳研合同シンポジウム

Oceanian Physiological Sciences (FAOPS2019)（神戸）
11. Ujisawa Tomoyo (2019.3.29) Simultaneous intracellular

（新潟）
4.

Saito Shigeru (2019.3.29) Thermosensory changes in heatFeng Xiaona (2019.3.8) TRPV4 is functionally expressed

temperature imaging during patch-clamp recording ofin cultured mouse Schuwann cells. 第 8 回生理研-霊長TRPV1 activity. The 9th Federation of Asian and Oceanian

研-新潟脳研合同シンポジウム（新潟）Physiological Sciences (FAOPS2019)（神戸）

富永真琴（2019.3.8）温度感受性 TRP チャネルの生

12. Li Tianbang (2019.3.29) Characterization of TRPA1 from

理機能．第 40 回日本動物細胞工学会シンポジウム

disease vector mosquitoes. The 9th Federation of Asian and（東京）

Oceanian Physiological Sciences (FAOPS2019)（神戸）

富永真琴（2019.3.16）温度生物学 TRP チャネルの生

13. Feng Xiaona (2019.3.29) TRPV4 is functionally expressed

理機能と創薬ターゲットとしての意義．第 92 回日in cultured mouse Schuwann cells. The 9th Federation of

本薬理学会年会（大阪）Asian and Oceanian Physiological Sciences (FAOPS2019)

Tominaga Makoto (2019.3.29) Physiological significance（神戸）of thermosensitive TRP channels. The 9th Federation of

14. Nguyen Thi Hong Dung (2019.3.29) Identification of

Asian and Oceanian Physiological Sciences (FAOPS2019)

amino acids involved in the 4-isopropylcyclohexanol（神戸）

action on TRP channels. The 9th Federation of Asian andSuzuki Yoshiro (2019.3.29) TRPV6 mutation cause neonatal

Oceanian Physiological Sciences (FAOPS2019)（神戸）105

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

Forum2019 (Seoul, Korea)

15. Dong Mingyi (2019.3.29）Functional interaction between
TRPM8 and ANO1. The 9th Federation of Asian and28. 齋藤茂（2019.8.7）脊椎動物の陸生適応に温度受容シス

Oceanian Physiological Sciences (FAOPS2019)（神戸）

テムの変化は必要だったのか？：無尾両生類を用いた

16. Saito Claire (2019.3.29) Characterization of splicing variants

アプローチ．日本進化学会第 21 回札幌大会（札幌）of frog TRPA1 revealed divergence in their thermal property.

29. 齋藤くれあ（2019.8.8）高温センサーTRPA1 におけ

The 9th Federation of Asian and Oceanian Physiologicalる両生類特異的なスプライシングバリアントの進

Sciences (FAOPS2019)（神戸）化的な起源と機能的なゆらぎ．日本進化学会第 21 回

17. Fujita Fumitaka (2019.3.29) Hypotonicity-induced cell

札幌大会（札幌）

swelling activates TRPA1. The 9th Federation of Asian and30. 富永真琴 (2019.8.17) Thermosensitive TRP channels

Oceanian Physiological Sciences (FAOPS2019)（神戸）and bone diseases. 第 16 回 Bone Biology Forum（千18. Yamanoi Yu (2019.3.29) Role of TRPV3-ANO1 interaction

葉）in keratinocyte wound healing. The 9th Federation of Asian

31. 富永真琴（2019.8.24）温度感受性 TRP チャネルと脂and Oceanian Physiological Sciences (FAOPS2019)（神戸）

肪細胞機能．第 24 回アディポサイエンス･シンポジ

19. Takaishi Masayuki (2019.3.30) Inhibitory effect of a novel

ウム（吹田）

less-odorous TRPA1 antagonist. The 9th Federation of

32. 富永真琴（2019.8.25）温度感受性 TRP チャンネルのAsian and Oceanian Physiological Sciences (FAOPS2019)

生理機能-灸の効果メカニズムの可能性．予防医療（神戸）

臨床研究会（東京）20. 富永真琴（2019.5.12）運動器疼痛メカニズム最前線：

33. 齋藤茂（2019.9.14）リュウキュウカジカガエルの高イオンチャネル TRP を中心として．第 92 回日本整温適応における温度受容システムの役割．日本動物形外科学会学術大会（横浜）学会第 90 回大会（大阪）

21. 富永真琴（2019.5.18）温度感受性 TRP チャネルの構

34. 富永真琴（2019.9.19）ファイトケミカルと温度感受造と機能．第 84 回日本温泉気候物理医学会総会･学性 TRP チャネル．第 92 回日本生化学会大会（横浜）35. Derouiche

術集会（岡山）Sandra(2019.9.28)

Involvementof

22. 富永真琴（2019.5.28）細胞の感覚センサーTRP チャ

thermosensitive TRP channels in temperature-dependent

ネルについて．マンダム研究技術発表会（東京）microglia movement. 第 9 回 名古屋大学医学系研究23. Tominaga Makoto (2019.6.18) Physiological Function of

科･生理学研究所合同シンポジウム（岡崎）Thermosensitive TRP Channel. The 7th International Ion

36. Nguyen Thi Hong Dung (2019.10.4) Identification of

Channel Conference (Hangzhou, China)amino acid involved in the agonistic effect of menthol on

24. Derouiche Sandra (2019.7.4) Functional interaction between

TRP channel. 第 66 回中部日本生理学会（新潟）thermosensitive TRPV4 and Anoctamin 1 contributes to

37. Tominaga Makoto (2019.10.23) Chemical Senses throughphysiological fluid secretions. Korea Univ., Yonsei Univ.,

TRP Channels. 2019 Monell Annual Meeting (Philadelphia,

NIPS International Joint Symposium (Seoul, Korea)

USA)

25. Feng Xiaona (2019.7.4) Physiological significance of

38. Tominaga Makoto (2019.11.3) Functional interaction

TRPV4 channels in mouse Schwann cells. Korea Univ.,

between TRPV3 and anoctamin 1 in keratinocytes. The

Yonsei Univ., NIPS International Joint Symposium

18th International Symposium on Molecular and Neural（Seoul, Korea）

Mechanisms of Taste and Olfactory Perception（福岡）39. 富永真琴（2019.11.15）温度感受性 TRP チャネル．

26. Nguyen Thi Hong Dung (2019.7.4) Identification of amino

第 149 回温度計測部会講演会（東京）acid involved in the agonistic effect of menthol on TRP

40. 富永真琴（2019.12.4）温度生物学と TRP チャネル．第channel. Korea Univ., Yonsei Univ., NIPS International

14 回中部大学ライフサイエンスフォーラム（春日井）Joint Symposium (Seoul, Korea)

41. Tominaga Makoto (2019.12.6 ） Mosquitoes and TRP

27. Tominaga Makoto (2019.7.7) Physiological Function ofchannels. 2019 8th Asian Pain Symposium (Inchon, Korea）

Thermosensitive TRP Channel. Frontier Bioorganization

106

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表《心循環シグナル研究部門》
1.

西田基宏（2019 年 1 月 23 日）「ミトコンドリア品質

第 92 回日本生化学会大会（横浜）維持による心筋修復」DSANJ 講演会（AMED BINDS

講演
14. 西田基宏（2019 年 11 月 15 日）「心筋恒常性を維持

事業拠点研究紹介）（大阪）シンポジウム講演
2.

西田基宏（2019 年 2 月 7～8 日）「GPCR のアティ

するレドックスエネルギー代謝」第 5 回 内分泌代

ピカルな機能とその医療応用」心脈管作動物質学会

謝シンポジウム（群馬） シンポジウム講演
15. 西田基宏，田中智弘，Sudi Suhaini，小田紗矢香，西（富山）シンポジウム講演
3.

4.

5.

6.

7.

西田基宏（2019 年 2 月 22 日）自然科学研究機構シン

山和宏，西村明幸（2019 年 11 月 16 日）「心筋萎縮ポジウム（研究最前線：環境適応を知る）「心臓の環における TRPC3-Nox2 タンパク質複合体形成の役割」

境ストレス適応から健康長寿を考える」（東京）講演

薬理学会西南部会（沖縄） 口頭発表

Motohiro Nishida (2019 年 3 月 29 日)「Mitochondrial

16. 西田基宏（2019 年 11 月 19 日）「タンパク質間相互quality control and its metabolic regulation by reactive作用を標的にしたドラッグ･リポジショニング」

persulfide species」FAOPS2019（神戸）シンポジウム

AMED 主催 BINDS 公開シンポジウム（東京）

講演

待講演

9.

招

西田基宏（2019 年 5 月 17 日）「Ca2+チャネル研究17. 冨田 拓郎，西村 明幸，西田 基宏（2019 年 3 月 14から見えてきたドラッグ･リポジショニング」第 21日）「血管平滑筋の表現型スイッチにおける TRPC6

回 KAMOGAWA Cardiovascular Conference（京都）チャネルの重要性の解明」第 92 回薬理学会年会（大特別講演 II阪，大阪国際会議場）ポスター発表

西田基宏（2019 年 6 月 16 日）「活性イオウによる

18. Takuro Numaga-Tomita, James W Putney, Motohiro

ミトコンドリア分裂を介した心筋早期老化制御」第Nishida（2019 年 3 月 31 日）「Identification of receptor-

19 回日本抗加齢医学会（横浜）シンポジウム講演

activated Ca2+ influx in wound healing.」FAOPS2019（兵西田基宏（2019 年 6 月 26 日）「環境化学物質によ庫，神戸国際会議場）シンポジウム口演

る心疾患リスク増加の分子メカニズム」第 46 回日
8.

シンポジウム19. 西村明幸，田中智弘，西山和宏，冨田拓郎，西田基本毒性学会学術年会（徳島）シンポジウム講演

宏（2019 年 3 月 16 日）「低用量メチル水銀曝露に

西田基宏（2019 年 6 月 28 日）「心臓の可塑性を制よる Drp1 活性化は心臓の圧負荷脆弱性の原因とな御するレドックスシグナル伝達機構」日本酸化ストる」第 92 回薬理学会年会（大阪，大阪国際会議場）

レス学会学術集会（札幌）特別講演

ポスター発表西田基宏（2019 年 7 月 19 日）「Ca2+チャネル研究

20. Akiyuki Nishimura, Caroline Sunggip, Takuro Numaga-

から見えてきたドラッグ･リポジショニング」日本

Tomita, Motohiro Nishida（2019 年 3 月 30 日）「Age-

薬学会九州薬学連合（九重）招待講演

dependent dimer formation of AT1R and P2Y6R promotes
angiotensin II-induced hypertension.」FAOPS2019（兵庫，

10. 西田基宏（2019 年 8 月 2 日）「タンパク質間相互作用

神戸国際会議場）シンポジウム口演に着目した心血管リモデリング制御と治療」（金沢大学）大学院講義･腎臓 UP-to-date セミナー 招待講演

21. 西村明幸，田中智弘，下田翔，西山和宏，西田基宏

11. 西田基宏（2019 年 8 月 5 日）NINS 企画「心臓から（2019 年 11 月 30 日）「ミトコンドリア分裂促進因

健康を学ぶ」（佐世保）長崎県立大学･高校出前講義

子 Drp1 の脱イオウ化を介した心筋脆弱性機構」第 29

12. 西田基宏（2019 年 9 月 5 日）「活性イオウによる心回日本循環薬理学会･第 55 回高血圧関連疾患モデル

筋の環境ストレス応答制御」日本比較免疫学会第 31

学会合同学会（香川，高松センタービル）口頭発表

回学術集会／第 30 回日本生体防御学会学術集会

22. Akiyuki Nishimura, Kakeru Shimoda, Tomohiro Tanaka,
Kazuhiro Nishiyama, Motohiro Nishida (2019 年 12 月 7

シンポジウム講演
13. 西田基宏（2019 年 9 月 19 日）「システインパース日) 「pathology-dependent aberrant interaction between

ルフィドを基盤とするミトコンドリア恒常性制御」

mitochondria and actin cytoskeleton causes cardiac

107

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

fragility.」第 50 回生理研国際シンポジウム（愛知，ジウム（新潟大学）ポスター発表
31. 田中智弘（2019 年 3 月 15 日）「心筋梗塞における

岡崎コンファレンスホール）口頭発表
23. Akiyuki Nishimura, Tomohiro Tanaka, Kakeru Shimoda,

ミトコンドリア-細胞骨格間相互作用の機能解明」
第 92 回日本薬理学会年会（大阪）Kazuhiro Nishiyama, Motohiro Nishida（2019 年 12 月

口頭発表6 日）「Depolysulfidation of Drp1 increases cardiac

32. Tomohiro Tanaka（2019 年 3 月 29 日）「Pathology-

vulnerability to hemodynamic overload.」第 50 回生理

dependent mitochondria-cytoskeleton interaction in

研国際シンポジウム（愛知，岡崎コンファレンス

amyotrophic lateral sclerosis (ALS)」FAOPS2019（神戸）ホール）ポスター発表

ポスター発表24. 西山和宏，冨田拓郎，藤本泰之，田中智弘，遠山千

33. Tomohiro Tanaka (2019 年 7 月 4 日）「TRPC3-Nox2

恵実，西村明幸，東泰孝，西田基宏（2019 年 3 月 15

axis mediates nutritional deficiency-induced atrophy in日）「抗がん剤の副作用を軽減する新規 TRPC3-Nox2

cardiomyocytes」2019 Korea-Yonsei-NIPS International複合体阻害薬の同定」第 92 回薬理学会年会（大阪，Joint Sympoisum (Korea) ポスター発表
34. 田中智弘（2019 年 9 月 28 日）「栄養飢餓は TRPC3-

大阪国際会議場）YIA 口頭発表
25. Kazuhiro Nishiyama, Tomohiro Tanaka, Chiemi Toyama,

Nox2 タンパク質間相互作用を介して心筋萎縮を引

Akiyuki Nishimura, Motohiro Nishida (2019 年 12 月 6 日)

き起こす」名大生理研合同シンポジウム（愛知）ポ「Identification of a novel TRPC3-Nox2 complex inhibitor

スター発表

that attenuates anthracycline-induced cytotoxicity.」 第 5035. 田中智弘（2019 年 11 月 18 日）「栄養飢餓は TRPC3-

回生理研国際シンポジウム（愛知，岡崎コンファレン

Nox2 タンパク質間相互作用を介して心筋萎縮を引スホール）ポスター発表

き起こす」第２回 ExCELLS シンポジウム（愛知）26. Daiki Tomokiyo, Takumi Goto, Akiyuki Nishimura,

ポスター発表Kazuhiro Nishiyama, Tomohiro Tanaka, Motohiro Nishida

36. Tomohiro Tanaka（2019 年 12 月 5 日）「Pathology-(2019 年 12 月 6 日)「Cigarette sidestream smoke induces

dependent protein-protein interactions (PPIs) as a new

mitochondrial

early

therapeutic target of heart failure 」 The 50th NIPS

senescence.」 第 50 回生理研国際シンポジウム（愛知，International Symposium (Local Symposium)（愛知）口

岡崎コンファレンスホール）ポスター発表

頭発表

fission-associatedmyocardial

27. Kosuke Sakata, Kazuhiro Nishiyama, Tomohiro tanaka,

37. Tomohiro Tanaka（2019 年 12 月 6 日）「TRPC3-Nox2

Asuka Inoue, Junken Aoki, Akiyuki Nishimura, Motohiro

complex formation mediates nutritional deficiency-

Nishida (2019 年 12 月 6 日)「Identification of G protein-induced cardiomyocyte atrophy 」 The 50th NIPS

coupled receptors that induce ligand-independent calcium

International Symposium（愛知）ポスター発表

oscillations.」 第 50 回生理研国際シンポジウム（愛38. 下田翔（2019 年 3 月 14 日）「圧負荷誘導性心肥大における P2Y6 受容体シグナルの新奇制御機構」第知，岡崎コンファレンスホール）ポスター発表
28. Tomohiro Tanaka（2019 年 2 月 1 日）
「Pathology-dependent

92 回日本薬理学会年会（大阪）

口頭発表

mitochondria-cytoskeleton interaction in amyotrophic lateral

39. Kakeru Shimoda（2019 年 3 月 29 日）「P2Y6 receptor

sclerosis (ALS)」 第 1 回 ExCELLS 若手リトリート（岡antagonist MRS2578 induces atypical signaling 」崎） 口頭発表

FAOPS2019（神戸）ポスター発表29. 田中智弘（2019 年 2 月 9 日）「プラズマ照射による

40. Kakeru Shimoda（2019 年 7 月 4 日）「Atypical P2Y6

レドックス制御とその生理･薬理的効果の解明」プ

receptor signaling induced by its electrophilic antagonist

ラズマバイオコンソーシアム研究報告会（名古屋大MRS2578」2019 Korea-Yonsei-NIPS International Joint学）口頭発表Symposium (Korea) ポスター発表

30. Tomohiro Tanaka（2019 年 3 月 7 日）
「Pathology-dependent

41. Kakeru Shimoda（2019 年 12 月 6 日）「The role ofDrp1-Filamin A interaction in amyotrophic lateral sclerosis

P2Y6R in cardiovascular homeostasis」The 50th NIPS

(ALS)」第８回生理研-霊長研-新潟脳研合同シンポInternational Symposium（岡崎）ポスター発表

108

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

42. 小田紗矢香（2019 年 3 月 14 日）「TRPC3-Nox2 複

45. 小田紗矢香（2019 年 11 月 18 日）「心臓の自律神経合体が ATP 刺激によるラット心筋細胞萎縮を仲介

調 節 に お け る TRPC6 チ ャ ネ ル の 役 割 」 第 ２ 回する」第 92 回日本薬理学会年会（大阪） 口頭発表

ExCELLS シンポジウム（愛知）ポスター発表43. 小田紗矢香（2019 年 3 月 21 日）「高血糖負荷マウ

46. Sayaka Oda（2019 年 12 月 6 日）「The role of P2Y6R

ス心臓における TRPC6 の生理的役割」日本薬学会

in cardiovascular homeostasis」The 50th NIPS International

第 139 年会（千葉）Symposium（愛知）ポスター発表

学生シンポジウム発表

44. Sayaka Oda（2019 年 3 月 29 日）「Physiological role

47. 小田紗矢香（2019 年 12 月 21 日）
心臓における TRPC6of TRPC6 upregulation in hyperglycemia-exposed miceを介した交感神経制御メカニズムの解明」筋生理のhearts」FAOPS2019（神戸） ポスター発表集い（東京） 口頭発表

《生殖･内分泌系発達機構研究部門》
1.

会 2019 年度大会（東京）中島健一朗（2019.1.22）脳による味覚や食欲の調節
9.

メカニズム．明治大学農学研究科･大学院ゲスト講

2.

師招聘講義（東京）

control of glucose metabolism in skeletal muscle．9th

近藤邦生（2019.1.30-2.2）新規ウイルスによる光神経

FAOPS CONGRESS（神戸）10. Akihiro Kikuchi, Hirofumi Misu, Hirobumi Igawa,

回路解析法を用いた摂食神経回路の解明．さきがけ

3.

「生命機能メカニズム解明のための光操作技術」第Yasuhiko Minokoshi, Toshinari Takamura（2019.3.28-31）

5 回領域会議（福岡）

Identification and functional analysis of inhibin βE

近藤邦生，箕越靖彦（2019.2.15-16）Neural circuits(INHBE) as a hepatokine．9th FAOPS CONGRESS（神from the brain to the peripheral organs that regulate

戸）glucose metabolism．第 11 回 NAGOYA グローバル
4.

11. Shuhei Horio, Satoshi Yamagata, Kenta Kobayashi,

リトリート（大府）

Shigeki Kato, Kenji Sakimura, Kazuto Kobayashi,

中 島 健 一 朗 （ 2019.3.7-8 ） Hypothalamic neuronal

Yasuhiko Minokoshi, Keiichi Itoi（2019.3.28-31）CRF

circuits regulating hunger-induced taste modification．第circuit involved in the regulation of food intake．9th

8 回生理研･霊長類研･新潟大脳研合同シンポジウム

FAOPS CONGRESS（神戸）12. 中島健一朗（2019.4.6）空腹に伴う味覚の調節を担う

（新潟）
5.

近藤邦生（2019.3.20-22）越シナプス性ウイルスト

視床下部神経回路の特定．第 3 回 感覚器研究イニシ

レーサーにより明らかになった生理的反応を制御

アチブ･シンポジウム「感覚と脳-基礎から臨床へ-」する神経回路．日本薬学会 第 139 年会（2019 千葉）（東京）
13. 近藤邦生（2019.4.22）新規ウイルスによる光神経回

（千葉）
6.

7.

中島健一朗（2019.3.23-24）視床下部を起点とした生路解析法を用いた摂食神経回路の解明．さきがけ

理状態依存的な味覚調節機構の解析．
第 6 回 Medical「量子生体」Ｘ「光操作」スコーピング会議（神戸）Frontier Consortium Beyond the Organcentric Dogma

14. 箕越靖彦（2019.5.23-25）Regulatory role of hypothalamic-（東京）

sympathetic nervous system in glucose and energy

中島健一朗，傅欧，岩井優，近藤邦生，箕越靖彦，

metabolism．第 62 回日本糖尿病学会年次学術集会（宮三坂巧（2019.3.24-28）脳幹で甘味を伝達する神経の城）

特定．日本農芸化学会 2019 年度大会（東京）8.

Yasuhiko Minokoshi （ 2019.3.28-31 ） Hypothalamic

15. 菊地晶裕，高山浩昭，柴和弘，御簾博文，篁俊成

傅欧，岩井優，三坂巧，箕越靖彦，中島健一朗（2019.5.23-25）肥満関連ヘパトカイン LECT2 のマ（2019.3.24-28）空腹による味覚の嗜好･忌避性を制ウスにおける血中半減期および体内動態．第 62 回

御する外側視床下部神経回路の解析．日本農芸化学

日本糖尿病学会年次学術集会（宮城）109

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

16. 箕越靖彦（2019.5.25-26）視床下部 AMPK による食26. 中島健一朗，傅欧，岩井優，近藤邦生，三坂巧，箕物嗜好性調節機構．第 15 回 GPCR 研究会（東京）

越靖彦（2019.7.26-27）SatB2-expressing neurons in the

17. 中島健一朗（2019.5.27-28）大豆に含まれるえぐ味･

parabrachial nucleus encodes sweet taste．NEURO 2019（新潟）

渋味成分の脳内受容機構の解明．不二たん白財団：
平成 30 年度第 22 期研究報告会（東京）27. 傅欧，岩井優，成川真隆，三坂巧，石井健太郎，村18. 近藤邦生（2019.6.1）脂質代謝を制御する視床下部か田健，東原和成，石川理子，吉村由美子，中島健一

らの神経回路の解析．公益財団法人小野医学研究財朗，箕越靖彦（2019.8.24）空腹に伴う味覚嗜好･忌避団，第 30 回研究成果発表会（大阪）

性の調節を担う視床下部神経回路の同定．第 24 回

一般研究

19. 近藤邦生（2019.6.15）糖代謝を制御する神経回路網

アディポサイエンス･シンポジウム（大阪）28. 傅欧，岩井優，近藤邦生，三坂巧，箕越靖彦，中島のウイルストレーサーを用いた解析．第 4 回愛知糖健一朗（2019.8.26-27）甘味およびそれに伴う心地よ尿病･内分泌研究会（名古屋）
20. 中島健一朗，傅欧，岩井優，近藤邦生，三坂巧，箕さを選択的に伝達する神経細胞の発見．生理学研究

越靖彦（2019.6.29-30）Genetic identification of sweet

所研究会「第 4 回食欲･食嗜好の分子･神経基盤研究

taste neurons in the mouse brainstem. Diabetes and会（食欲･食嗜好性研究会）」（岡崎）29. 近藤邦生，箕越靖彦（2019.8.26-27）脳から末梢組織

Insulin Resistance Conference 2019（東京）21. 傅 欧 （ 2019.7.4-5 ） Hypothalamic neuronal circuits

へシグナルを伝達する神経回路の解析．生理学研究

regulating hunger-induced taste modification．高麗大･所研究会「第 4 回食欲･食嗜好の分子･神経基盤研究

延世大･生理研合同シンポジウム（Seoul, Korea）

会（食欲･食嗜好性研究会」（岡崎）22. Yasuhiko Minokoshi（2019.7.7-8）Discovery of AMPK-

30. 森下雅大，小野浩太，恒岡洋右，堀尾修平，加藤成樹，

activated CRH neurons that induce dietary preference for小林和人，塚原伸治（2019.9.2-4）マウスの内側視索

carbohydrate over fat. NIPS International Workshop

前野に存在するカルビンディンニューロンの神経投“Sensing food/nutrient/environment toward integrative

射．第 31 回日本行動神経内分泌研究会（山梨）31. 小野浩太，森下雅大，恒岡洋右，堀尾修平，加藤成

metabolic regulation”（岡崎）23. Ken-ichiro Nakajima, Ou Fu, Yu Iwai, Kunio Kondoh,樹，小林和人，塚原伸治（2019.9.2-4）マウスの分界

Takumi Misaka, Yasuhiko Minokoshi （ 2019.7.7-8 ）条床核主核におけるカルビンディンニューロンのGenetic identification of sweet taste neurons in the mouse

神経投射．第 31 回日本行動神経内分泌研究会（山brainstem. NIPS International Workshop “Sensing

梨）
32. 箕越靖彦（2019.9.7）食行動を分子レベルで理解する．

food/nutrient/environment toward integrative metabolic
regulation”（岡崎）生理学研究所オープンキャパス

24. Ou Fu, Yu Iwai, Masataka Narukawa, Takumi Misaka,

ランチョンセミナー（岡崎）

Kentaro Ishii, Ken Murata, Kazushige Touhara, Ayako

33. 近藤邦生（2019.9.9-10）新規ウイルスによる光神経

Ishikawa, Yumiko Yoshimura, Yasuhiko Minokoshi, Ken-

回路解析法を用いた摂食神経回路の解明．さきがけ

ichiro Nakajima （ 2019.7.7-8 ） Hypothalamic neuronal「生命機能メカニズム解明のための光操作技術」第circuits regulating hunger-induced taste modification.

6 回領域会議（大阪）NIPS International Workshop “Sensing food/nutrient/

34. 中島健一朗，傅欧，成川真隆，三坂巧，箕越靖彦

environment toward integrative metabolic regulation”（岡（2019.9.12-14）視床下部摂食促進神経を起点とし崎）

た生理状態依存的な味覚調節機構の解析．日本動物

25. 中島健一朗（2019.7.25）ファイバーフォトメトリー

学会 第 90 回大阪大会（大阪）法を用いた脳幹塩味応答神経のイメージング解析

35. Yasuhiko Minokoshi （ 2019.9.21-25 ） Discovery ofと味の相互作用機構の定量的検証．公益財団法人ソAMPK-activated CRH neurons that induce dietary

ルト･サイエンス研究財団，第 31 回平成 30 年度助

preference for carbohydrate over fat．The 10th IBRO成研究発表会（東京）World Congress of Neuroscience（Daegue, Korea）

110

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

36. 近藤邦生（2019.9.28）Analysis of neural circuits that

肥満学会（東京）

transmit signals from brain to peripheral organs．第 9 回

42. 菊地昌裕，高山浩昭，柴和弘，御簾博文，箕越靖彦,

名古屋大学医学系研究科･生理学研究所合同シンポ篁俊成（2019.11.2-3）肝脂肪化を感知するヘパトカ

ジウム（岡崎）イン LECT2 のマウスにおける体内動態．第 40 回日

37. Ken-ichiro Nakajima, Ou Fu, Yuu Iwai, Kunio Kondoh,

本肥満学会（東京）

Takumi Misaka, Yasuhiko Minokoshi （ 2019.10.8-11 ）43. 中島健一朗（2019.11.7）摂食中枢･味覚伝達中枢の活

Genetic identification of sweet taste neurons in the mouse

動イメージングに基づくアルコールによる美味しbrainstem. The 48th NAITO CONFERENCE ON Integrated

さ増進効果の検証．公益財団法人アサヒグループ学

Sensory Sciences -Pain, Itch, Smell and Taste（札幌）術振興財団，生活科学部門 2018 年度研究助成研究

38. Yasuhiko Minokoshi, Shiki Okamoto （2019.10.26-27）

報告会（東京）Discovery of AMPK-activated CRH neurons that induce

44. Yasuhiko Minokoshi （ 2019.11.15-16 ） Discovery of

dietary preference for carbohydrate over fat. The 5th Meeting

AMPK-activated CRH neurons that induce dietaryof the Japan Branch of International Neuropeptide Society

preference for carbohydrate over fat. The 9th Okazaki-（東京）

Tübingen-Beijing Joint Symposium（岡崎）39. 平田悠，野村和弘，小林憲太，岡本士毅，箕越靖彦,

45. Yasuhiko Minokoshi（2019.12.4-7）AMPK is the metabolic

今村道博，武田伸一，小田崇弘，福井友章，大江啓

sensor that induces dietary preference for carbohydrate over介，新倉隆宏，黒田良祐，細岡哲也，小川渉

fat. The 50th NIPS International Symposium.‘MIRACLES’（2019.11.2-3）骨格筋量制御における KLF15 の機能

in Cardiovascular Physiology ~ Metabolism, Interactions,

解析．第 40 回日本肥満学会（東京）Regulation, Application, Chemical Biology, Longevity,
Exercise and Signaling ~（岡崎）40. 中島健一朗，傅欧，岩井優，近藤邦生，三坂功，箕越靖彦（2019.11.2-3）甘味及びそれに伴う心地よさ

46. Kunio Kondoh（ 2019.12.9-12 ） Hypothalamic Neuralを選択的に伝達する神経細胞の発見．第 40 回日本

Circuits Mediating Homeostasis．中国科学院深圳先進

肥満学会（東京）

技術研究院 脳認知･脳疾病研究所

第 186 回アカデミックセミナー（Shenzhen, China）

41. 近藤邦生，箕越靖彦（2019.11.2-3）視床下部腹内側核の長期的活性化による抗肥満作用．第 40 回日本《超微形態研究部門》
1.

2019 ISN-ASN Meeting（Montreal, Quebec, Canada）

Kato K, Shinohara Y, Ueki T, Ohno N (2019.11.29)
4.

Organelle detection from electron microscopic images by
deep learning. 日本顕微鏡学会

3D Reconstruction of the White Matter. ISN/ASN Satellite

第 62 回シンポジウ

Meeting on Myelin Biology（Saint-Paulin, Quebec, Canada）

ム（さいたま市，埼玉県）
2.

5.

大野 伸彦（2019.9.20）走査型電子顕微鏡による連続大野 伸彦，田中 達英（2019.7.28）電子顕微鏡によ画像取得法を用いた神経疾患の 3 次元超微形態研究．

る有髄神経線維の大容量ボリュームイメージング．

第 51 回日本臨床分子形態学会総会･学術集会（久留第 42 回日本神経科学大会（新潟市，新潟県）
6.

米市，福岡県）3.

Ohno N, Tanaka T, Ikenaka K (2019.8.1) Ultrastructural

大野 伸彦（2019.3.29）髄鞘疾患における細胞内オル

Thai TQ, Nguyen HB, Sui Y, Ikenaka K, Ohno N

ガネラ変化のスーパーイメージング．第 124 回日本(2019.8.5) Volume electron microscopy of the white

解剖学会総会全国学術集会（新潟市，新潟県）

matter in the hereditary demyelinating disease model.

111

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表《大脳神経回路論研究部門》
1.

2.

Berlin 2019 (Berlin, Germany)

Kubota Y (2019.2.15) Cortical neural microcircuit
analysis with large volume electron microscopy. 第 5 回

12. Kubota Y, Kawaguchi Y (2019.6.18) An electrodeposited

Neuroscience Network in Kobe シンポジウム（神戸）copper tape for serial-section electron microscopy of

窪田芳之 (2019.2.22) Google Cloud を用いた神経組

neural ultrastructure with ATUM-SEM. 日本顕微鏡学

織 SEM 連続断面データの解析例の実際. 日本顕微会第 75 回学術講演会（名古屋）鏡学会「生体ボリュームイメージング研究会第 3 回
3.

13. Im S (2019.7.4) Organization of corticocortical projections

研究会」（福岡）from layer 5 to layer 1 in the frontal cortex. 2019 Korea-

Morishima M, Kawaguchi Y (2019.3.7) Sublayer-

Yonsei-NIPS International Joint Symposium (Seoul,

dependent inhibitory-excitatory connections in the layer

Korea)

5 of rat frontal cortex. 第 8 回生理研－霊長研－新潟
4.

5.

14. Otsuka T, Kawaguchi Y (2019.7.25) The role of cortical

脳研合同シンポジウム（新潟）pyramidal cell subtype dependent oscillatory activities inMorishima M, Kawaguchi Y (2019.3.8) Sublayer-

motor learning. 第 42 回日本神経科学大会（新潟）dependent inhibitory-excitatory connections in the layer 5

15. Agahari FA, Kawaguchi Y (2019.7.25) Electrophysiological,of rat frontal cortex. The 9th BRI International Symposium

morphological, and connection characteristics of layer 2/3（新潟）

somatostatin cells in mouse frontal cortex. 第 42 回日本神窪田芳之 (2019.3.26) 脳組織の大容量電顕データ

経科学大会（新潟）
16. Morishima M, Kawaguchi Y (2019.7.26) Sublayer-

セット画像取得法とその３次元再構築法の現状．第

6.

7.

8.

9.

51 回神経解剖懇話会（新潟）dependent excitatory and inhibitory circuits in layer 5 of the

Kubota Y, Sohn J, Kuramoto E, Kawaguchi Y (2019.3.27)

rat frontal cortex. 第 42 回日本神経科学大会（新潟）Thalamo-cortical target analysis in cortical motor cortex

17. Sohn J, Kubota Y, Kawaguchi Y (2019.7.26) Corticocorticalusing large volume electron microscopy. 第 124 回日本

and thalamocortical remodeling in the cortical microcircuit

解剖学会総会･全国学術集会（新潟）during motor learning. 第 42 回日本神経科学大会（新潟）

Kubota Y, Sohn J, Kawaguchi Y (2019.3.29) Large volume

18. Semba K, Chantalle B, Hatada S, Samuel D, Kubota Y

electron microscopy and neural microcircuitanalysis. 9th(2019.7.26) Ultrastructural analysis of orexin neurons

FAOPS（神戸）and associated perisynaptic astrocytes in the lateralMorishima M, Kawaguchi Y (2019.3.30) Layer 5

hypothalamus. 第 42 回日本神経科学大会（新潟）sublayer-dependent excitatory-inhibitory connections in

19. Kubota Y, Kawaguchi Y (2019.7.27) An electrodepositedthe rat frontal cortex. 9th FAOPS（神戸）copper foil tape for serial-section electron microscopy of

Tanaka YR, Tanaka YH, Kondo M, Terada S, Kawaguchi

brain ultrastructure with ATUM-SEM. 第 42 回日本神Y, Matsuzaki M (2019.3.30) Thalamocortical axon

経科学大会（新潟）
20. Hou X, Morishima M, Matohara N, Sugi J, Sakimura K,

activity in motor cortex exhibits layer-specific dynamics
during motor learning. 9th FAOPS（神戸）Kawaguchi Y, Sugiyama S (2019.7.27) Coactosin functions

10. Kubota Y, Sohn J, Kuramoto E, Kawaguchi Y (2019.4.1-

as a morphological determinant in developing cortical2) Thalamo-cortical synaptic network in motor cortex

interneurons. 第 42 回日本神経科学大会（新潟）analyzed with large volume electron microscopy. 2019

21. Tsuboi D, Nishioka T, Shimomura T, Otsuka T, Kubo Y,

Gordon Research Conference Dendrites: Molecules,

Kawaguchi Y, Kaibuchi K (2019.7.27) Molecular

Structure and Function (Ventura, USA)mechanism of KCNQ channels for reward behavior. 第11. Kubota Y (2019.4.17) Thalamo-cortical synaptic network in

42 回日本神経科学大会（新潟）

motor cortex analyzed with large volume electron

22. 窪田芳之 (2019.9.2) カーボンナノチューブコート

microscopy. Max Planck/HHMI Connectomics Conference

PET テープを使った神経組織の高解像度電子顕微112

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

28. Kubota Y (2019.11.7) Network plastic changes in the

鏡撮影．第 9 回ナノカーボンバイオシンポジウム

primary motor cortex as the basis of a new motor skill（名古屋）
23. Otsuka T, Kawaguchi Y (2019.9.11) Cortical oscillatory

acquisition. McGill-NIPS Collaborative Workshop on

activities regulate motor learning formation. 第 11 回光Multi-Scale Imaging, Physiology, and Analysis 2019

操作研究会（名古屋）(Montréal, Canada)

24. 大塚岳，川口泰雄 (2019.9.28) 皮質オシレーション活29. Kawaguchi Y (2019.11.15) Mapping learning-dependent

動による運動学習形成の制御．第 9 回名古屋大学医structural changes in thalamocortical synapses. The 9th

学系研究科･生理学研究所合同シンポジウム（岡崎）Okazaki-Tuebingen-Beijing Joint Symposium（岡崎）25. Agahari FA, Kawaguchi Y (2019.9.28) Connection

30. Sohn J, Kubota Y, Kawaguchi Y (2019.11.15) Network

selectivity of somatostatin cell subtypes in layer 2/3 ofplastic changes in the primary motor cortex as the basis

frontal cortex. 第 9 回名古屋大学医学系研究科･生理of a new motor skill acquisition. The 9th Okazaki-

学研究所合同シンポジウム（岡崎）Tuebingen-Beijing Joint Symposium（岡崎）26. Sohn J, Kubota Y, Kawaguchi Y (2019.10.19) Circuit

31. 窪田芳之 (2019.11.19) 神経組織の大容量電顕デー

remodeling in the motor cortex during motor learning.

タセット作成と自動神経要素区分化アプリによる49th annual meeting of the Society for Neuroscience

３次元再構築．第 39 回ナノテスティングシンポジ(Chicago, USA)ウム（東京）

27. Kubota Y, Sohn J, Kuramoto E, Kawaguchi Y (2019.10.21)

32. 窪田芳之，川口泰雄 (2019.11.29) 神経組織の大容量

Thalamo cortical synaptic network in motor cortex analyzed

電顕データセット作成とオートセグメンテーショ

with large volume electron microscopy. 49th annual meetingンによる 3 次元再構築．日本顕微鏡学会第 62 回シof the Society for Neuroscience (Chicago, USA)

ンポジウム（さいたま）《生体恒常性発達研究部門》
1.
2.

鍋倉淳一, (2019.01.11) 慢性疼痛発症に関わる大脳K, (2019.03.04) Development of novel CMOS-based ion

皮質回路の再編成．岡崎市医師会講演会, (岡崎市)

image sensor for in vivo pH imaging of brain. 12th

江藤

圭，揚妻 正和，鳴島 円，デニス

International workshop on approaches to single cell

和氣

弘明，鍋倉

チェン，

analysis, (スウェーデン, Uppsala, Uppsala)

淳 一 , (2019.01.16) Patterned
6.

optical photo-stimulation of neural populations andastrocytes using LCOS-spatial light modulator. 「光の特cortical astrocytes in neuropathic pain. 第 8 回生理研ー性を活用した生命機能の時空間制御技術の開発と霊長研ー脳研合同シンポジウム, (新潟市)

応用」研究領域
3.

7.

第 4 回領域会議, (東京都)

江藤圭，揚妻 正和，鳴島 円，デニス

和氣

弘明，鍋倉

international symposium, (新潟市)

淳 一 ， (2019.01.17) Patterned
8.

Eto K, Nabekura J, (2019.03.29) Thermosensory

LCOS-spatial light modulator. 「光の特性を活用した

processing in excitatory and inhibitory neurons of the

生命機能の時空間制御技術の開発と応用」研究領域

primary somatosensory cortex. FAOPS 2019, (神戸市)9.

第 3 回領域会議, (浜松市)

Takeda I, Eto K, Nabekura J, (2019.03.29) Astrocytes are

揚妻 正和, (2019.03.02) 不安･恐怖関連神経回路に

a novel target for treatment of the chronic pain. FAOPS

おける脳内情報処理基盤を「光」で読み解く．不安2019, (神戸市)
10. Horiuchi H, Agetsuma M, Ishida J, Sawada K,症学会, (岐阜市)5.

Takeda I, Eto K, Nabekura J, (2019.03.08) The role ofcortical astrocytes in neuropathic pain. The 9th BRI

チェン，

optical photo-stimulation of neural populations using

4.

Takeda I, Eto K, Nabekura J, (2019.03.07) The role ofHoriuchi H, Agetsuma M, Ishida J, Nakamura Y, Sawada(2019.03.29) Proton imaging in the brain using CCD-type

113

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

憶情報処理機構の解明．第 3 回

ion image sensor. FAOPS 2019, (神戸市)
11. Narushima M, Yagasaki Y, Takeuchi Y, Miyata M,

話会, (つくば市)
24. 揚妻 正和, (2019.09.19) 光と機械学習による恐怖記(2019.03.29) The mGluR1 contributes strengthening and

憶コードの解読．第 795 回

maintenance of developing lemniscal synapses. FAOPS

生医研セミナー, (福岡)

25. 鍋 倉 淳 一 , (2019.09.21) Astrocyte Drive Cortical

2019, (神戸市)

Synapse Remodeling in Chronic Pain. The 10th IBRO

12. Agetsuma M, Arai Y, Kasai A, Hashimoto H, Nagai T,

World Congress of Neurosciences, (韓国,テグ市)(2019.03.30) Population coding of fear memory in

26. Takeda I, Eto K, Nabekura J, (2019.09.28) Astrocytes are

prefrontal cortex. FAOPS 2019, (神戸市)

a novel target for treatment of chronic pain. 第 9 回 名

13. Ishida J, Horiuchi H, Agetsuma M, Sawada K,(2019.03.30) Topical pH change in the brain by visual

大･生理研合同シンポジウム, (岡崎市)
27. 石田順子，堀内

stimulation revealed by CCD pH image sensor. FAOPS

浩，揚妻正和，Dennis Cheung，澤田和明，鍋倉淳一, (2019.09.28) 醒脳における神経活

2019, (神戸市)
14. 江藤和光－精神神経懇圭，鍋倉 淳一, (2019.06.10) 生体イメージン

動依存的なプロトンダイナミクスを捉えるためのグを用いた神経回路再編成の研究．CREST 領域連

新規 CMOS バイオイメージセンサの開発．第 9 回

携シンポジウム, (神戸市)

名大･生理研合同シンポジウム, (岡崎市)

15. 江藤28. 江藤圭，鍋倉淳一, (2019.06.13) 体性感覚領野間相圭，鍋倉 淳一, (2019.09.29) 一次体性感覚野

互作用の温度センシングにおける役割．温度生物学」の興奮性･抑制性神経細胞による皮膚温度処理機構．

第 8 回領域会議, (札幌市)

第 9 回名古屋大学医学系研究科･生理学研究所合同

16. 揚妻 正和, (2019.06.27) 光による神経活動観察と操シンポジウム, (岡崎市)
29. "Agetsuma M, (2019.10.30) Optical methods to read and作．脳科学の基礎と研究法, (岡崎市)
17. Eto K, Nabekura J, (2019.07.04) Processing of cutaneous

manipulate

neuralcircuits.

SpecialLectureintemperature in excitatory and inhibitory neurons of the

Physiological Sciences Brain Science -, (岡崎市)

primary somatosensory cortex. 2019 Korea-Yonsei-NIPS

30. 鍋倉淳一, (2019.11.03) 大脳皮質神経回路の長期再編：グリア – ニューロン連関．第 29 回日本医療薬International Joint Symposium, (韓国, Seoul)
18. 揚妻 正和, (2019.07.04) 神経細胞集団による脳内情学会年会, (福岡市)

報処理メカニズムの解明．細胞構成研究会 2019,31. 鍋 倉 淳 一 , (2019.11.08) Remodeling of Neuronal
Circuits: Glia-Synapse Interaction. McGill University(南城市)
19. 鍋倉淳一, (2019.07.05) Glia research in Japan. 2019

Symposium , (カナダ，モントリオール市)

Korea-Yonsei-NIPS International Joint Symposium, (韓32. Agetsuma M, (2019.11.15) Multimodal functional brain
imaging in mice and cortical computation. Okazaki-

国,ソウル市)20. 鍋倉淳一, (2019.07.13) Remodeling of cortical neuronal

Tuebingen-Beijing シンポジウム, (岡崎市)

circuits in vivo: neurons-glia interaction. 2019 2nd Jinling

33. Eto K, Ishikawa T, Ishibashi H, Nabekura J, (2019.12.05)

international frontier in brain science and pharmacy

Contribution of inter-regional regulation of primaryforum, (中国，南京市)

somatosensory cortical functional change in chronic pain.

21. 鍋 倉 淳 一 , (2019.08.08) A window into the Brain:

特別講演, (韓国, Seoul)

Plasticity of Neural Circuits after Injury – a key role for

34. Eto K, Agetsuma M, Nabekura J, (2019.12.07) Processing

glia. Neuroscience, Mental Health & Addiction Specialof cutaneous temperature in excitatory and inhibitory

Seminar, (オーストラリア，シドニー市)

neurons of the primary somatosensory cortex. 8th Asian
Pain Symposium, (韓国, Songdo)

22. 鍋倉淳一,（2019.08.17）神経回路の再編とグリア；

35. 鍋倉淳一, (2019.12.07) Astrocyte-induced rewiring of

２光子励起顕微鏡による生体内観察．第 30 回霧島

cortical somatosensory circuits removes allodynia. Asian

薬理フォーラム, (霧島市)

Pain Symposium 2019, (韓国，仁川市)

23. 揚妻 正和, (2019.08.25) 光と機械学習による恐怖記

114

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

路再編成．第 3 回 CREST シンポジウム, (赤穂)36. 江藤圭, (2019.12.10-2019.12.11) 体性感覚-正常と病39. 江藤態-．香川大学 生理学講義, (高松市)
37. 江藤圭，鍋倉淳一, (2019.12.17) 体性感覚領野間相

鍋倉

正和，鳴島

円，Dennis Cheung,

淳一, (2019.12.25) グリア細胞による神経回

40. Takeda I, Yoshihara K, Eto K, Nabekura J, (2019.12.6-

学」第 9 回領域会議第, (東京都)
鍋倉

揚妻路再編成．第 2 回 CREST シンポジウム, (西浦町)

互作用の温度センシングにおける役割．「温度生物38. 江藤圭,円，Dennis Cheung,12.7) Astrocytes are a novel target for treatment of

淳一, (2019.12.22) グリア細胞による神経回

chronic pain. 8ht Asian Pain Synposium, (韓国, Songdo)

圭,

揚妻

正和，鳴島

《視覚情報処理研究部門》
1.

Kimura R, Yoshimura Y (2019.2.9-11) Involvement of

ウス一次視覚野における Fast spiking 抑制性細胞－

neurons preferring low-contrast visual stimuli in an

錐体細胞間結合の発達．第 42 回日本神経科学大会

orientation discrimination task in rat primary visual

(新潟)
5.

cortex. Japan-UK Neuroscience Symposium 2019（千葉
2.

3.

4.

Tarusawa E. Sanbo M, Hirabayashi T, Yagi Y, Yoshimura

県木更津市）Y (2019.10.22) Establishment of clustered protocadherin-

Kimura R, Yoshimura Y (2019.3.30) Involvement of V1

regulated high reciprocal connectivity between clonal

neurons preferring low-contrast stimuli in difficult

cortical neurons requires sensory experience in mouseorientation discrimination. 9th FAOPS (Kobe, Japan)

barrel cortex. Neuro2019 (Chicago, USA)6.

木村梨絵，吉村由美子 (2019.7.25) 方位弁別時に機Kimura R, Yoshimura Y (2019.11.15) Involvement of low

能する低コントラスト優位な一次視覚野細胞の生contrast-preferring neurons in an orientation discrimination

成メカニズム．第 42 回日本神経科学大会（新潟）task in rat primary visual cortex. The 9th Okazaki-

山本真理子，岩里琢治，吉村由美子 (2019.7.26) マ

Tuebingen-Beijing Joint Symposium, (Okazaki)《バイオフォトニクス研究部門》
1.

Enoki R, (2019.9.23) Visualizing Neuronal Circuits

議,（札幌）
5.

Controlling Circadian and Ultradian Rhythms in Mammals,
2.

The 6th International Symposium for Bioimaging（東京）

innovated by cutting-edge light technologies, The 2nd

Hiro S, Yamada Y, Nemoto T, Enoki R, (2019.10.13)

NIBB-Princeton

Optical imaging of nuclear and cytoplasmic circadian

Quantitative Biology,（岡崎）6.

calcium rhythm in the master circadian clock（生物時計

3.

Joint

Symposium

ImagingandNemoto T, (2019.10.30) Multi-photon Microscopy

中枢における核-細胞質概日カルシウムリズムの光

Improved by Resonance with Novel Optical Laser andイメージング計測），第 26 回日本時間生物学会学

Material Technologies, Resonance Biology International

術大会,（金沢）

Conference,（東京）7.

榎木亮介,（2019.10.13）概日/超短カルシウムリズム

Ishii H, (2019.10.30) Two-photon pulsed STED nanoscopyを制御する神経回路の可視化解析，第 26 回日本時

utilizing electricallycontrollable components, Resonance間生物学会 シンポジウム「生物の多様な集団発振

Biology International Conference,（東京）
8.

現象」,（金沢）
4.

Nemoto T, (2019.10.28) Multi-photon microscopy

Yamaguchi K, Otomo K, Kozawa Y, Sato S, Nemoto T,

根本知己,（2019.10.26）2 光子顕微鏡による生体イ(2019.10.30) In vivo visualization of dendritic spines in

第 8 回領域会

deep regions ofthe mouse prefrontal cortex with two-

メージング,さきがけ「光極限」領域

115

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

16. 榎木亮介,（2019.11.7）時を刻む脳～生物時計中枢を

photon excitation adaptive optical microscopy, Resonance9.

Biology International Conference,（東京）

司る神経回路の光イメージング解析～, 異分野融合

Takahashi T, Hong Zhang, Yarinome K, Kawakami R,

による次世代光生物学研究会（岡崎）Okamura Y, Nemoto T, (2019.10.30) In vivo two-photon

17. 根本知己,（2019.11.12）新規レーザー光技術を用いdeep and wide-field imaging utilizing novel fluoropolymer

た 2 光子顕微鏡による細胞機能イメージング，高分

PEO-CYTOP nanosheet, Resonance Bio International

子･ハイブリッド材料研究センター

Symposium, Resonance Biology International Conference,

シンポジウム,（仙台）2019 PHyM

18. 榎木亮介, (2019.12.1) 〜時を刻む脳～ 生物時計中（東京）

枢を司る神経回路の光イメージング解析～, 第 3 回

10. 大友康平,（2019.11.5）生物イメージングのための多光子顕微技術開発，第 7 回糸状菌分子生物学研究会

医･理･工連携みらい会議（蒲郡）
19. Nemoto T, (2019.12.2) Novel Two-photon Microscopy

若手の会（北海道）
11. 高橋泰伽，張宏，川上良介，鎗野目健二，岡村陽介，

Utilizing Novel Optical Laser and Material Technologies.

根本知己,（2019.11.6）新規高分子超薄膜を用いたマ

Tohoku Forum for Creativity Thematic Program 2019

ウス生体脳の二光子イメージング法の改良，定量生“Cancer - from Biology to Acceptance” International

物学の会 北海道キャラバン 2019,（札幌）

Symposium2: New Technology for Diagnosis andTherapeutics of Cancer, (仙台)

12. 鎌田恭史，大友康平，村田隆，比留間翔太，上原亮
太，長谷部光泰，根本知己,（2019.11.6）励起光の高20. Nemoto T, (2019.12.4) Multi-Photon Microscopy Improved

速切替が可能なマルチビームスキャ ン型 2 光子励

by Novel Optical Laser and Material Technologies. the 13th

起共焦点顕微鏡による多色 4D ライブイメージング

International Symposium of Nanomedicine（ISNM2019）,法の開発，定量生物学の会 北海道キャラバン 2019,（神戸）
21. 堤 元 佐 ， 根 本 知 己 , (2019.12.10~11) Application of（札幌）
13. 山口和志,大友康平,小澤祐市,佐藤俊一,根本知己,

novel image analysis method SRRF for deep and fast（2019.11.6）空間光位相変調器を用いた収差補正にsuper resolution imaging, 大学共同利用期間法人若手

よるマウス第二次運動野深部における樹状突起スパ

コロキウム 2019,（掛川）22. 根本知己,（2019.12.14）生命機能の可視化解析に向インの可視化，定量生物学の会 北海道キャラバン,けた多光子イメージングの展開, The imaging frontier（札幌）

center symposium 2019,（千葉）

14. 大友康平,（2019.11.6）レーザー走査型蛍光顕微鏡の23. 榎木亮介, （2019.12.20）生物時計中枢神経回路の多基礎，光技術応用による機能向上，定量生物学の会
北海道キャラバン 2019（札幌）

機能イメージング解析，新学術領域オシロロジー領

15. Nemoto T, (2019.11.7) Multi-photon Microscopy Improved

域会議（東京）by Resonance with Novel Optical Laser and Material

24. 大友康平, （2019.12.12）生命現象の可視化のためのTechnolog, McGill - NIPS Collaborative Workshop on

二光子顕微技術開発，日本分光学会 令和元年度 生

Multi-Scale Imaging, Physiology, and Analysis 2019,

細胞分光部会シンポジウム,（つくば）(Montreal, Canada)《認知行動発達機構研究部門》
1.

郷康広（2019 年 2 月 7 日）マーモセットにおける遺の視覚．I-URIC 研究会「知性と認識の情報物理学」

伝的多様性解析および精神･神経疾患関連遺伝子解（愛知県岡崎市）

析．第 8 回日本マーモセット研究会（東京都中央区）
2.

3.

吉田正俊（2019 年 2 月 14 日）自由エネルギー原理

新居桂陽（2019 年 2 月 19 日）Neuronal responses toreal and cartoon faces with different gaze directions in the116生理学研究所年報

4.

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

macaque amygdala．第 11 回 NAGOYA グローバルリ

macaque ． 2019 Korea Univ. -Yonsei Univ. -NIPS

トリート（愛知県東浦町）

International Joint Symposium（Seoul, Korea）

Isoda M
（2019 年 3 月 7 日）
Cortico-subcortical mechanisms

16. 則武厚（2019 年 7 月 7 日）脳の中の自己と他者「隣underlying social reward monitoring and evaluation．第 8の芝生が青く見える」脳の仕組み．第８回自然科学

回生理研-霊長研-新潟脳研合同シンポジウム（新潟県研究機構若手研究者賞記念講演（東京都港区）
17. 吉田正俊（2019 年 7 月 16 日）半側空間無視の動物

新潟市）
5.

6.

7.

8.

9.

磯田昌岐（2019 年 3 月 15 日）社会的な認知機能のモデルにおける皮質注意経路の機能的結合．生理研

神経メカニズムの解明．平成 30 年度京都大学霊長研究会「脳神経ダイナミクスの可視化と制御」（愛類研究所共同利用研究会（愛知県犬山市）

知県岡崎市）

二宮太平（2019 年 3 月 16 日）サル社会脳ネットワー

18. 吉田正俊，兼子峰明，小松三佐子，岡野栄之，一戸クにおける自他行動モニタリング中の神経活動．平

紀孝（2019 年 7 月 26 日）ECoG 電極を用いた視覚

成 30 年度京都大学霊長類研究所共同利用研究会（愛性ミスマッチ陰性電位のマーモセット全大脳領域

知県犬山市）

からの計測．第 42 回日本神経科学大会（新潟県新郷康広（2019 年 3 月 16 日）脳･こころの個性･多様性

潟市）

理解にむけた比較認知ゲノム研究．平成 30 年度京都

19. 磯田昌岐（2019 年 7 月 26 日）マカクザルを用いた

大学霊長類研究所共同利用研究会（愛知県犬山市）

社会的認知機能の生理学的理解．第 42 回日本神経

Isoda M（2019 年 3 月 21 日）Cortico-subcortical

科学大会（新潟県新潟市）

mechanisms underlying social reward monitoring and

20. 二宮太平，則武厚，磯田昌岐（2019 年 7 月 27 日）

evaluation in macaques. German-Japanese Workshop,

マカクザルのミラーシステムおよびメンタライジ

New directions in systems neuroscience （ Tübingen,

ングシステムにおける自他行動モニタリング中のGermany）

神経活動およびその相互作用．第 42 回日本神経科

Tomatsu S, Kim G, Kubota S, Seki K（2019 年 3 月 29 日）

学大会（新潟県新潟市）

Presynaptic inhibition of muscle afferent in awake, behaving

21. 則武厚（2019 年 8 月 5 日）霊長類の皮質―皮質下にmonkeys: task-dependent modulation. FAOPS2019（兵庫おける自己と他者の報酬情報表現．生理研研究会県神戸市）「幼･小児の成長期における脳機能と運動の発達に

10. Yoshida M, Hafed Z（2019 年 4 月 24 日）Microsaccades

関する多領域共同研究会」（愛知県岡崎市）

in blindsight monkeys．NCM2019（富山県富山市）

22. 郷康広，辰本将司，石川裕恵，平井啓久（2019 年 8

11. 磯田昌岐（2019 年 5 月 17 日）脳のなかの自己と他者

月 7 日）テナガザル 3 属の新規ゲノム配列決定とテ～霊長類動物を用いて社会的認知機能の神経機構をナガザル科の大規模構造変化･核型進化解析．日本

明らかにする～．愛知県弁護士会（愛知県岡崎市）

進化学会第 21 回大会（北海道札幌市）

12. 吉田正俊（2019 年 5 月 28 日）自由エネルギー原理

23. 横井功（2019 年 8 月 19 日）ニホンザルは「素材」と視覚的意識．シンギュラリティサロン公開講演会

をどう知覚するか．NBRP ニホンザル第 15 回公開（大阪府大阪市）

シンポジウム（東京都千代田区）

13. 吉田正俊（2019 年 6 月 8 日）自由エネルギー原理と24. 吉田正俊（2019 年 8 月 20 日）自由エネルギー原理

視覚的意識．シンギュラリティサロン公開講演会と視覚的意識．第 13 回生物学基礎論研究会（愛知（東京都千代田区）

県岡崎市）

14. 郷康広（2019 年 6 月 26 日）マーモセットにおける25. 戸松彩花（2019 年 8 月 25 日）体性感覚の伝達ゲイ

遺伝的多様性解析および精神･神経疾患関連遺伝子

ンは随意運動中に変動する．MC13 シンポジウム

解析．日本医療研究開発機構（AMED）セミナー（東「感覚情報と運動制御」（東京都文京区）
26. 吉田正俊（2019 年 9 月 1 日）自由エネルギー原理と京都千代田区）
15. Noritake A.（2019 年 7 月 4 日）Social reward monitoring
and valuation

視覚的意識．生理研研究会「認知神経科学の先端 脳

in cortico-subcortical networks of theの理論から身体･世界へ」（愛知県岡崎市）

117

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

Okazaki / Tuebingen / Beijing Joint Symposium（愛知27. 則武厚（2019 年 9 月 14 日）脳の中の自己と他者 ―県岡崎市）

生理学的研究からみる私たちの性（さが）と脳の仕

34. Yokoi I（2019 年 11 月 15 日）Neuronal responses to

組み― ．大阪府立北野高校進路関連出張講義「知的material images in the inferior temporal cortex of the

世界への冒険」（大阪府大阪市）

monkey．The 9th Okazaki / Tuebingen / Beijing Joint

28. Isoda M（2019 年 9 月 17 日）Neural basis of social

Symposium（愛知県岡崎市）

reward monitoring and valuation．MCC2019（Berlin,

35. Noritake A，Ninomiya T，Isoda M（2019 年 11 月 15 日）

Germany）
29. 則武厚，二宮太平，磯田昌岐（2019 年 9 月 26 日）

Social reward monitoring and valuation in corticosubcortical

Social reward signals in cortico-subcortical networks of the

networks of the macaque．The 9th Okazaki / Tuebingen /macaque．生理研研究会「視覚･認知脳機能研究の先

Beijing Joint Symposium（愛知県岡崎市）
36. Yoshida M（2019 年 11 月 18 日）Eye movements and端」（愛知県岡崎市）

visual salience in schizophrenia．International Symposium

30. 吉田正俊（2019 年 9 月 26 日）Eye movements andon Neural Oscillation 2019（京都府京都市）

visual salience in schizophrenia．生理研研究会「視覚･37

認知脳機能研究の先端」（愛知県岡崎市）

磯田昌岐（2019 年 12 月 5 日）ニホンザルを用いた社会脳研究．第 42 回日本分子生物学会の NBRP シ

31. 二宮太平（2019 年 9 月 27 日）ミラーシステムおよンポジウム（福岡県福岡市）

びメンタライジングシステムの神経活動およびそ38. 二宮太平（2019 年 12 月 14 日）自他行動モニタリンの機能連関．生理研研究会「視覚･認知脳機能研究のグにおける社会脳ネットワークの機能解析．生理研先端」（愛知県岡崎市）
32. Tomatsu S, Kim G, Kubota S, Seki K（2019 年 10 月 20

研究会「行動の多様性を支える神経基盤とその動作日）Presynaptic inhibition acts as a spatiotemporal dynamic様式の解明」（愛知県岡崎市）
39. 則武厚，二宮太平，磯田昌岐（2019 年 12 月 19 日）

filter of proprioceptive afferent input during voluntary
movement．Neuroscience2019 （Chicago, USA）

報酬の主観的価値を生みだす神経メカニズム．次世

33. Tomatsu S（2019 年 11 月 15 日）Dynamic filtering of

代脳プロジェクト

somatosensory input for control of movement．The 9th

冬のシンポジウム 2019（東京都千代田区）《生体システム研究部門》
1.

Koketsu D, Nambu A (2019.1.29) Neurophysiologicalactivity in awake monkeys. 11th Nagoya Global Retreat

Studies of Motor-Related Areas in Awake Common

(名古屋)
6.

Marmosets. International Symposium of Brain/MINDS2.

ISBM2019（東京）disorder. シ ス テ ム 神 経 科 学 ス プ リ ン グ ス ク ー ル

Koketsu D, Nambu A (2019.2.6) Memory Tasks for the2019 (SNSS2019)（京都）
7.

Functional Mapping of Marmoset Prefrontal Cortex.
3.

5.

Hasegawa T, (2019.3.16) 視床下核による運動制御：

マーモセット研究会（東京）マカクザル視床下核の化遺伝学的抑制による運動南部

異常．平成３０年度 京都大学霊長類研究所 共同利篤（2019.2.7）覚醒下マーモセットからの神経用研究会（犬山）

活動記録法．マーモセット研究会（東京）4.

Nambu A (2019.3.12) Parkinson’s disease as a network纐纈8.

大 輔 (2019.2.8) 神 経生 理 学 実 験のための

Sano H, Kobayashi K, Kato S, Chiken S, Kobayashi K,

マーモセット馴化トレーニング，第６回予防衛生協

Nambu A, (2019.3.29) Physiological and anatomical

会講習会（つくば）

organization of cortico-striatal inputs in the basal ganglia.

Polyakova Z, Hatanaka N, Chiken S, Nambu A,

The 9th FAOPS Congress（神戸）9.

(2019.02.15) Cortical control of subthalamic nucleus

118

知見聡美 (2019.4.24) パーキンソン病のはなし－基生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

礎医学の視点から．安城シルバーカレッジ２１自然理－モデル動物の神経活動から考える．第１３回

科学研究機構見学会（岡崎）パーキンソン病･運動障害疾患コングレス（東京）

10. Chiken S, Sano H, Kobayashi K, Nambu A (2019.4.25-

22. Koketsu D, Nambu A (2019.7.25-26) Working memory5.2) Optogenetic manipulation of basal ganglia outflow totasks for functional mapping of the prefrontal cortex in

the thalamocortical system in macaque monkeys. XIIIthcommon marmosets. 第４２回日本神経科学大会（新潟）23. Polyakova Z, Hatanaka N, Chiken S, Nambu A,

IBAGS meeting (Biarritz, France)
11. Nambu A (2019.4.30) Pathophysiology of L-dopa-induced(2019.07.25-26) Glutamatergic and GABAergic inputs todyskinesia. XIIIth IBAGS meeting (Biarritz, France)monkey subthalamic nucleus and its activity during motor

12. 知見聡美，南部篤 (2019.6.1) モデル動物の神経活動task performance, The 42nd Annual Meeting of the Japan
Neuroscience Society,（新潟）から大脳基底核疾患の病態生理を探る．第 61 回小24. Saito N, Hara S, Tainaka K, Sato A, Abe M, Kawamura

児神経学会学術集会（名古屋）
13. Nambu A (2019.6.6) Abnormal neural activities in theM, Yamaguchi S, Chiken S, Ichinose H, Sakimura K,

cortico-basal ganglia networks in animal models of PD.

Nambu A, Sasaoka T (2019.7.26-27) Elucidation of

5th World Parkinson Congress（京都）motor control mechanism by dopamine using geneticallymodified

14. Nambu A (2019.6.14) Basal ganglia functions andquestions: which directions for the future?

mice

harboringtetracycline

regulated

expression of dopamine D1 receptor. The 42nd Annual

International

Meeting of the Japan Neuroscience Society,（新潟）DBS Experts Summit (Paris, France)
15. Nambu A (2019.6.24) Updates from Japan BRAIN/MINDS.

25. Horie M, Yoshioka N, Kusumi S, Sano H, Ibrahim H, Iida-

18th Biennial Meeting of the World Society for Stereotactic

Watanabe I, Chiken S, Abe M, Sakimura K, Nambu A,

and Functional Neurosurgery, Pre-congress Workshop (NewShibata M, Takebayashi H (2019.7.26-27) Disruption ofYork, USA)

Dystonin in Schwan cells results in peripheral neuropathy.
The 42nd Annual Meeting of the Japan Neuroscience16. 知見聡美，南部篤 (2019.6.21) モデル動物の神経活

Society（新潟）動から大脳基底核の病態生理を探る．秋田パーキン

26. Ebina T, Obara K, Masamizu Y, Terada S, Watakabe A,

ソン病学術講演会（秋田）17. Nambu A (2019.7.4) Parkinson’s disease as a network

Matoba R, Hatanaka N, Nambu A, Mizukami H,

disorder. 2019 Korea-Yonsei-NIPS International Joint

Yamamori T, Matsuzaki M (2019.7.26-27) Upper-limb

Symposium, (Soul, Korea)

movements induced by optogenetic stimulation of the
motor cortex in the common marmoset. The 42nd Annual

18. Sano H, Kobayashi, K, Chiken S, Nambu A, (2019.7.4)
Physiological and anatomical organization of cortico-

Meeting of the Japan Neuroscience Society（新潟）striatal inputs in the basal ganglia. 2019 Korea-Yonsei-

27. Chiken S, Nambu A (2019.7.27) Abnormal information

NIPS International Joint Symposium, (Soul, Korea)

processing through the cortico-basal ganglia pathways is

19. Hasegawa T, Chiken S, Kobayashi K, Nambu A,

responsible for parkinsonian symptoms. Neuro 2019(2019.7.24) Chemogenetics to decipher the functional

Symposium “New understanding of functions of basalrole of the subthalamic nucleus in macaque monkeys.

ganglia in health and disease”（新潟）

42nd annual meeting of the Japan neuroscience, Satellite

28. 南部篤（2019.8.25）基底核の障害でなぜすくみや安Symposium: Basal Ganglia in Health and Disease（新潟）静時振戦が生じるのか。D 第 34 回日本大脳基底核20. Dwi Wahyu Indriani (2019.7.24) Aberrant basal ganglia研究会（米子）activity following chronic L-dopa therapy in parkinsonian

29. 南部篤（2019.8.31）ネットワーク異常としてのパーキ

mice. 42nd annual meeting of the Japan neuroscience,

ンソン病．第 67 回脳の医学•生物学研究会（名古屋）

Satellite Symposium: Basal Ganglia in Health and Disease

30. Hasegawa T, Chiken S, Kobayashi K, Nambu A,(2019.11.15) Chemogenetics to decipher the functional（新潟）
21. 知見聡美，南部篤 (2019.7.25) 大脳基底核の病態生

role of the subthalamic nucleus in macaque monkeys. The

119

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

9th Okazaki-Tübingen-Beijing Joint Symposium（岡崎）37. Nondhalee P, Hatanaka N, Nambu A (2019.11.15-16)

31. Nambu A (2019.11.15) Optogenetic activation of theWhat happens in our brain if we lose our handmacaque motor cortex. The 9th Okazaki-Tübingen-accidentally? The 9th Okazaki-Tübingen-Beijing Joint

Beijing Joint Symposium（岡崎）Symposium（岡崎）32. Chiken S, Nambu A (2019.11.15) Dopaminergic

38. Chiken S, Nambu A (2019.11.17) Abnormal informationtransmission maintains dynamic activity changes in theprocessing through the cortico-basal ganglia pathways isbasal ganglia to control appropriate movements. The 9th

responsible for parkinsonian symptoms. Neural Oscillation

Okazaki-Tübingen-Beijing Joint Symposium（岡崎）Conference 2019（京都）33. Sano H, Kobayashi K, Chiken S, Nambu A, (2019.11.15)

39. Nambu A Watanabe H, Sano H, Chiken S, Kobayashi K,

Physiological and anatomical organization of cortico-

Fukata Y, Fukata M, Mushiake H (2019.11.18-19)

striatal inputs in the basal ganglia. The 9th Okazaki-

Optogenetic activation of the macaque motor cortex.

Tübingen-Beijing Joint Symposium（岡崎）Neural Oscillation Conference 2019（京都）34. Indriani Dwi Wahyu ((2019.11.15) Aberrant basal ganglia

40. Sano H, Kobayashi K, Chiken S, Nambu A, (2019.11.18-

activity in L-dopa-induced dyskinesia model mice. The 9th19) Cortico-striatal contributions to the basal ganglia.

Okazaki-Tübingen-Beijing Joint Symposium（岡崎）Neural Oscillation Conference 2019（京都）41. 南部

35. Wongmassang W, Hasegawa T, Chiken S, Nambu A,(2019.11.15) A firing rate model versus a correlated

篤（2019.11.30）神経生理学から見たパーキン

ソン病．青森ドパミン研究会（青森）42. 南部

activity model for voluntary movements in the globus
pallidus of normal and MPTP monkeys. The 9th Okazaki-

篤（2019.12.11） パーキンソン病におけるネットワーク異常．奈良医療センター講演会（奈良）Tübingen-Beijing Joint Symposium（岡崎）43. 纐纈

36. Polyakova Z, Hatanaka N, Chiken S, Nambu A,

大輔 (2019.12.13) 霊長類高次脳機能研究のためのマーモセット前頭皮質の機能マッピング，生(2019.11.15) Glutamatergic and GABAergic inputs to

理学研究所研究会（岡崎）monkey subthalamic nucleus and its activity during motor

44. Nondhalee P, Hatanaka N, Nambu A (2019.12.15-16)

task performance. The 9th Okazaki-Tübingen-Beijing

What happens in our brain if we lose our hand accidentally?

Joint Symposium（岡崎）SOKENDAI life Science Retreat 2019（山梨）《神経ダイナミクス研究部門》
1.

4.

Takumi Sase， Keiichi Kitajo （2019･1･22）Data-driven
and data-assimilation approaches to individual humandynamics and human behavior．第 8 回生理研－霊長研

brain dynamics. 7th International Symposium on Data

－脳研合同シンポジウム（新潟）5.

Assimilation（神戸）2.

北城圭一（招待講演）（2019･4･14）脳の神経リズム

Takayuki Onojima, Yuka Okazaki, Keiichi Kitajo（2019･

ネットワークの機能と病態. 運動神経科学研究会．

2･25）A manipulative approach to the phase response

第 15 回脳神経科学福岡セミナー（福岡）6.

function of EEG oscillations by transcranial magnetic3.

北城圭一（招待講演）（2019･3･7）Variability in neural

Teiji Kawano, Noriaki Hattori, Yutaka Uno, Megumi

stimulation. 3rd International Brain Stimulation Conference

Hatakenaka, Hajime Yagura, Hiroaki Fujimoto, Tomomi（Vancouver）

Yoshioka, Michiko Nagasako, Hironori Otomune, Hideki

Takuro Zama, Keiichi Kitajo（2019･2･27）EEG recording

Mochizuki, Keiichi Kitajo, Ichiro Miyai（2019･5･23）

during online modulation of brain activity by transcranial

Longitudinal change of EEG biomarker associates withrandom noise stimulation. 3rd International Brainpost-stroke aphasia recovery. 第 60 回日本神経学会学

Stimulation Conference（Vancouver）

術大会（大阪）120

生理学研究所年報

7.

8.

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

蒔苗詩歌，河西哲子，北城圭一（2019・5・25）健常

17. 横山 寛 （2019･8･20-21）情報工学的観点からの脳大学生の ASD 傾向による刺激の時空間的構造化の波ダイナミクスの理解 ～位相同期現象に反映され影響の違い．第 37 回日本生理心理学会（越谷）る脳内ネットワークとメカニズム～．NINS サイト

藤亮裕，河西哲子，北城圭一（2019・5・25）健常大

ビジット 2019（土岐）学生の ADHD 傾向による刺激の時空間的構造化の
9.

18. 上原一将（招待講演）（2019･8･24）非侵襲的脳刺激

影響の違い．第 37 回日本生理心理学会（越谷）を用いた運動技能の操作．非侵襲的脳刺激を用いた

Teiji Kawano, Noriaki Hattori, Yutaka Uno, Megumi

運動技能の操作（東広島市）

Hatakenaka, Hajime Yagura, Hiroaki Fujimoto, Tomomi

19. Kazumasa Uehara, Hiroki Togo, Takashi Hanakawa, （招Yoshioka, Michiko Nagasako, Hironori Otomune, Hideki

待講演）（2019･9･6）Inter-individual differences in neural

Mochizuki, Keiichi Kitajo, Ichiro Miyai（2019・6・10）

control of motor rhythmicity revealed by task and resting-Phase Synchrony Index as a Biomarker for Functional

state fMRI．第 3 回ヒト脳イメージング研究会（町田）Recovery after Stroke. 第 13 回国際リハビリテーショ

20. 横山 寛，松本理器，北野勝則，青柳富誌生，松橋眞

ン医学会世界会議（ISPRM2019）（神戸）生，菊池隆幸，國枝武治，池田昭夫，北城圭一（2019･

10. Takayuki Onojima，Yuka Okazaki，Keiichi Kitajo（2019･

9･6-7）Measuring cross frequency information transfer

6 ･ 10 ） A model-based approach to estimating phasein epileptic seizures: an ECoG study．第 3 回ヒト脳イ

response curves of TMS-modulated EEG oscillations．

メージング研究会（町田）The 25th Annual Meeting of the Organization for Human

21. 北城圭一（招待講演）（2019･9･15）脳の神経リズム

Brain Mapping（Rome）

ネットワークの機能と病態．運動神経科学研究会

11. Hiromichi Suetani，Keiichi Kitajo （2019･6･12）A

第 16 回脳神経科学東京セミナー（東京）manifold learning approach to inter-individual variations

22. 北城圭一（招待講演）（2019･9･25）脳のリズムネッin human brain dynamics．The 25th Annual Meeting of

トワークと脳卒中病態との関連．医療法人穂翔会村the Organization for Human Brain Mapping（Rome）

田病院リハビリテーション部特別講演会（大阪 ）12. Takuro Zama，Kaori Maeda，Keiichi Kitajo（2019･6･13）

23. 北城圭一（招待講演）（2019･9･28）非侵襲脳刺激によOnline modulation of ongoing brain activity by transcranial

るヒトの脳リズム活動の機能解明．第 9 回名古屋大学

random noise stimulation．The 25th Annual Meeting of the

医学系研究科･生理学研究所合同シンポジウム（岡崎）24. 横山 寛，松本理器，北野勝則，青柳富誌生，松橋眞

Organization for Human Brain Mapping（Rome）
13. 河野悌司，服部憲明，宇野裕，畠中めぐみ，矢倉一，生，菊池隆幸，國枝武治，池田昭夫，北城圭一（2019･

藤本宏明，吉岡知美，長廻倫子，乙宗宏範，望月秀樹，

9 ･ 28 ） Changes in cross-frequency information transfer

北城圭一，宮井一郎（2019・6・14）脳卒中後の上肢

associated with epileptic seizures: real-world data of invasive

運動機能回復に伴う脳波バイオマーカーの変化．第EEG before epilepsy surgery．第 9 回 名古屋大学医学系

56 回日本リハビリテーション医学会学術集会（神戸）

研究科･生理学研究所合同シンポジウム（岡崎）14. Keiichi Kitajo（招待講演）（2019･7･4）Non invasive

25. Keiichi Kitajo（招待講演）（2019･9･30）Probing

brain stimulation techniques combined with concurrent

Individual Differences in Human Neural Dynamics.

recordings of EEG to study human brain dynamics．2019

International Workshop on Neurotechnology & AI at

Korea-Yonsei-NIPS International Joint Symposium（Seoul）

RIKEN AIP（東京）15. 座間拓郎，北城圭一（2019･7･16-17）Online modulation

26. Keiichi Kitajo （招待講演）（2019 ･ 10 ･ 15 ）Neuralof ongoing brain activity by transcranial random noise

Dynamics．Brain Science Training at RIKEN CBS（和光）

stimulation．生理学研究所研究会「脳神経ダイナミク

27. Teiji Kawano, Noriaki Hattori, Yutaka Uno, Megumi
Hatakenaka, Hajime Yagura, Hiroaki Fujimoto, Tomomi

スの可視化と制御」（岡崎）
16. Yumi Shikauchi，Keiichi Kitajo （2019･7･28）Effects

Yoshioka, Michiko Nagasako, Hironori Otomune,Hideakiof Bayesian surprise on incidental memory encoding．

Mochizuki, Keiichi Kitajo, Ichiro Miyai（2019･10･20）

Neuro2019（新潟市）

Electroencephalographic synchrony measure reflects

121生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

33. Yuka Okazaki, Yumi Nakagawa, Yuji Mizuno, Takashi

recovery of post-stroke aphasi. Society for Neuroscience
2019, Chicago（Chicago）

Hanakawa, Keiich Kitajo（2019･11･15）Region specific

28. Kazumasa Uehara，Hiroki Togo，Takashi Hanakawa

entrainment by rTMS. The 9th Okazaki-Tuebingen-（ 2019 ･ 10 ･ 21 ） Task-evoked and spontaneous brain

Beijing Joint Symposium（岡崎）activity characterizes individual differences in a function

34. Keiichi Kitajo（招待講演）（2019･11･15）Probing

dictating frequency-rhythmicity relationship. Society for

individual brain dynamics in humans. The 9th Okazaki /Neuroscience 2019（Chicago）

Tübingen / Beijing Joint Symposium（岡崎）29. Yuki Sasaoka, Yoichi Iwai, Daiki Futagi, Keiichi

35. Tetsuko Kasai, Shiika Makinae, Akihiro Fuji, Teishiro Imiya,

Kitajo, Katsunori Kitano （ 2019 ･ 10 ･ 21 ） Changes in

Keiichi Kitajo（2019･11･15）Individual differences in early

electroencephalogram

byversus late selection for binding: The trait of autism-

transcranial magnetic stimulation. Society for Neuroscience

spectrum disorder varies the stage of attentional selection

2019（Chicago）

with temporal regularity. Psychonomic Society 60th Annualphasedynamics

induced30. Yumi Shikauchi, Keiichi Kitajo （2019･10･22）Bayesian

Meeting（Montreal）

surprise precedes successful memory encoding. Society

36. Hiroshi Yokoyama, Riki Matsumoto, Katsunori Kitano,for Neuroscience2019（Chicago）

Toshio Aoyagi, Masao Matsuhashi, Takayuki Kikuchi,

31. 北城圭一（招待講演）（2019･10･30）てんかん発作のTakeharu Kunieda, Akio Ikeda, Keiichi Kitajo（2019･11･

神経ダイナミクス.第 53 回日本てんかん学会学術集18-19）Information Theoretic Analysis of Epileptic Seizure

会 プレコングレスシンポジウム．第 2 回 Advanced

in ECoG - Cross Frequency Coupling and Information

ECoG/EEG Analysis in Epilepsy（AEEE）研究会（神戸）Transfer - . Neural Oscillation Conference 2019: Towards

32. Keiichi Kitajo（2019･11･7）Hierarchical neural dynamics

Integrative Understanding of Human Nature（京都）in healthy and epileptic brains．NIPS-McGill collaborative

37. 北城圭一（2019･12･19）脳のリズム活動による情報

workshop 2019（Montreal）

処理．竜海中学出前授業（岡崎）《心理生理学研究部門》
1.

Sugawara SK, Nakayama Y, Fukunaga M, Yamamoto T,

individual and group levels in humans. The 11th

Sadato N*, Nihimura Y* (2019.1.9) VTA-M1 pathway

NAGOYA Global Retreat (Aichi, Japan)
5.

controbutes to human motivated motor output. 脳と心の

2.

3.

4.

福永雅喜（2019.3.9）高磁場 MRI の現状と課題 ～7Tメカニズム第 19 回冬のワークショップ（虻田郡，MRI の使用経験から～．日本磁気共鳴医学会 第 23北海道) *corresponding authors

回安全性講演会「MRI 安全性の考え方」（東京）
6.

山本哲也，三浦健一郎，福永雅喜，定藤規弘

福永雅喜，定藤規弘（2019.3.16）MRI による意図共（2019.1.31）追跡眼球運動に関わるヒト脳領域と高有に関わる神経機構の探索．第 21 回日本ヒト脳機能

髄鞘化領域の個人･集団レベルでの相同性．日本視マッピング学会シンポジウム４「ヒト脳研究におけ

覚学会 2019 年冬季大会（横浜）る MRI の意義：社会脳･種間比較･コホート」（東京）
7.

定藤規弘（2019.2.2）対面による社会的相互作用に伴Maruyama S, Fukunaga M, Sadato N (2019.4.2)

う脳を超えたネットワークの形成：二個体同時計測

Visualization of subdivision of globus pallidus segments

fMRI 研究．第 35 回日本脳電磁図トポグラフィ研究

using 7T MRI: Comparison with 3T. ISMRM Workshop会（札幌市，北海道）

on Ultrahigh Field Magnetic Resonance (Croatia)
8.

Yamamoto T, Miura K, Fukunaga M, Sadato N (2019.2.

Sugawara SK, Nakayama Y, Hamano YH, Yamamoto T,

15) Homology of functional cortical areas related to

Fukunaga M, Sadato N*, Nihimura Y* (2019.4.24) VTA

pursuit eye movements and heavily myelinated regions at

is involved in both preparation and execution in122

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

19. Koyama K, Chikazoe J, Jimura K, Sadato N (2019.9.1)

motivated motor output. NCM2019 (Toyama, Japan)
9.

*corresponding authors

fMRI 時 系 列 の 基 底 分 解 に よ る Whole Brain

Hamano YH, Sugawara SK, Yoshimoto T, and Sadato N

Decomposition. 脳の自由エネルギー原理チュート(2019.4.24) The motor engramas a dynamic change of the

リアル･ワークショップ（岡崎，愛知）

cortical network during early sequence learning: an fMRI

20. Koyama K, Chikazoe J, Jimura K, Sadato N (2019.9.2)

study. Society for the Neural Control of Movement（富山）fMRI 時 系 列 の 基 底 分 解 に よ る Whole Brain

10. Le Bihan D,

Yamamoto T, Fukunaga M,

Okada T,

Decomposition. 認知神経科学の先端（岡崎，愛知）

Sadato N (2019.5.14) A model free, sparse acquisition

21. Hayashi T, Koike S, Okada T, Fukunaga M, Togo H,

approach Sindex to investigate brain tissue microstructure

Miyazaki A, Ose T, Uematsu A, Saotome K, Matsuda T,

from diffusion MRI data in the human brain. ISMRM 27th

Sadato N, Okamoto Y, Tanaka SC, Hanakawa T, Kasai K,

Annual Meeting & Exhibition (Montreal, Canada)

Kawato M (2019.9.6) Harmonized brain MRI protocols/

11. 福永雅喜（2019.5.24）7 テスラ MRI が切り拓く脳可preprocessing for Brain/MINDS-beyond. The 3rd JapaneseMeeting for Human Brain Imaging (Machida,Japan)

視化研究最前線．第６０回日本神経学会学術大会

22. Hamano Y, Sugawara SK, Fukunaga M, Sadato N（大阪，大阪）12. 福永雅喜（2019.6.1）FreeSurfer 解析における前処理(2019.9.6) M1 integrates the distinct motor engrams forの違いにおける結果の相違．第 13 回 COCORO 合同

motor sequence learning. The 3rd Japanese Meeting for

会議（東京）

Human Brain Imaging (Machida,Japan)

13. Nakayama Y, Sugawara SK, Fukunaga M, Hamano YH,

23. 松本純弥，福永雅喜，根本清貴，越山大輔，三浦健

Sadato N, Nishimura Y (2019.6.13) Involvement of the一郎，岡田直大，森田健太郎，山森英長，宇野洋太，Dorsal Premotor Cortex in Goal-directed Motor Behavior.

安田由華，藤本美智子，工藤紀子，畦地裕統，渡邉

25TH ANNUAL MEETING OF THE ORGANIZATION

嘉之，笠井清登，橋本亮太（2019.9.6）DTI による大FOR HUMAN BRAIN MAPPING (Rome, Italy)

脳白質の髄鞘化/成熟性の評価と社会機能の指標と14. Sugawara SK, Nakayama Y, Fukunaga M, Yamamoto T,

しての労働時間との関連．第 3 回ヒト脳イメージン

Sadato N, Nishimura Y (2019.6.13) VTA-M1 pathway

グ研究会（町田，東京）

contributes to human motivated motor outputs. 25TH

24. 森田健太郎，三浦健一郎，藤本美智子，山森英長，

ANNUAL MEETING OF THE ORGANIZATION FOR

安田由華，工藤紀子，畦地裕統，岡田直大，越山太HUMAN BRAIN MAPPING (Rome, Italy)

輔，福永雅喜，渡邉嘉之，笠井清登，池田学，橋本

15. 福永雅喜（2019.7.4）高磁場 MRI を用いたマーモセッ

亮太（2019.9.6）統合失調症でみられる眼球運動特徴

ト･マカク･ヒトの種間比較に関する研究開発．2019の神経基盤の検討．第 3 回ヒト脳イメージング研究

年度 AMED 脳と心の研究課 戦略的国際脳科学研会（町田，東京）
25. 山下典生，佐々木真理，武田航太，松田豪，上野育究推進プログラム 研究進捗報告会（東京）16. Miyata K, Koike T, Nakagawa E, Harada T, Sumiya M,子，森太志，朴啓彰，福永雅喜，定藤規弘，帆秋伸

Yamamoto T and Sadato N (2019.7.11) Two brains

彦（2019.9.6）3D ファントムを用いた頭部 MR 画像

resonate with each other for sharing action in imitativeの幾何歪み･信号むらの同時補正法の開発．第 3 回

interaction: A hyper-scanning fMRI study. Joint Action

ヒト脳イメージング研究会（町田，東京）

Meeting VIII (Genoa, Italy)

26. 小池進介，植松明子，岡田知久，福永雅喜，早乙女

17. Fukunaga M (2019.7.27) Brain microstructure and function

康作，東口大樹，宮崎淳，合瀬恭幸，定藤規弘，松using ultra high field MRI. Neuro2019 (Niigata, Japan)

田哲也，田中沙織，川人光男，岡本泰昌，花川隆，

18. Nishimaki Y, Goda N, Kamachi MG (2014.7.19) Visual

笠井清登，林拓也，国際脳 WG（2019.9.6）AMED「国and tactile perception of the wind in the virtual reality

際脳」調和プロトコル策定とトラベリングサブジェ

environment. The 15th Asia-Pacific Conference on Vision

クトプロジェクト計画．第 3 回ヒト脳イメージング(Osaka, Japan)

研究会（町田，東京）

123

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

Korea)

27. Koyama K, Chikazoe J, Jimura K, Sadato N (2019.9.6)
Semi-model free analysis of the whole brain activity captures

37. Shin HG, Lee J, Fukunaga M, Nam Y, Oh SH, Lee J

temporal changes of cognitive processes. The 3rd Japanese(2019.9.27) Separating positive and negative susceptibility

Meeting for Human Brain Imaging (Machida, Japan)sources in QSM. 5th INTERNATIONAL WORKSHOP

28. 菅原翔（2019.9.11）報酬が運動能に及びす効果と神ON MRI PHASE CONTRAST & QUANTITATIVESUSCEPTIBILITY MAPPING (Seoul, Korea)

経基盤．シンポジウム 22: 動機づけが認知や運動に

38. Sadato N (2019.09.27) To what extent can human attributes

与える影響とその脳内機構．第 83 回日本心理学会

be modelled? Global Neuroethics Summit 2019 (Daegu,

年次大会（茨木，大阪）

South-Korea)

29. 福永雅喜（2019.9.21）超高磁場 MRI による脳機能画
像研究 Advanced functional neuroimaging with ultra

39. Koyama Y, Chikazoe J, Jimura K, Sadato N (2019.10.10)high field MRI. 第 47 回日本磁気共鳴医学会大会（熊Semi-model free analysis of whole brain activity captures

本，熊本）

dynamics of cognitive processes. NTBS Workshop 2019
(Tokyo, Japan)

30. 梅田雅宏，福永雅喜，定藤規弘，渡辺康晴，河合裕子，村瀬智一，樋口敏宏（2019.9.21）7T-MR 装置を

40. Fukunaga M (2019.10.11) International neuroimaging big

用いた CSI による脳の代謝物計測．第 47 回日本磁data collaborations: ENIGMA and COCORO (Discussant).

気共鳴医学会大会（熊本，熊本）

6th Congress of Asian College of Neuropsychopharmacology

31. 浦山慎一，吉原雄二郎，福永雅喜，村井俊哉（2019.9.22）(Fukuoka, Japan)

MRS を用いた健常者におけるグルタチオン濃度の日

41. Hashimoto R, Uno Y, Matsumoto J, Sumiyoshi C, Morita

内変動．第 47 回日本磁気共鳴医学会大会（熊本，熊K, Koshiyama D, Okada N, Fujino H, Ohi K, Fujimoto

本）M, Yasuda Y, Yamamori H, Sumiyoshi T, Nemoto K,

32. 丸山修紀，福永雅喜，定藤規弘 (2019.9.21) 7T MRI

Fukunaga M, Miura K (2019.10.12) Overview of biotypeを用いたヒト淡蒼球内部構造の描出: 3T MRI との比in psychiatry. 6th Congress of Asian College of

較．第 47 回日本磁気共鳴医学会（熊本，熊本）

Neuropsychopharmacology (Fukuoka, Japan)
42. Matsumoto J, Fukunaga M, Nemoto K, Koshiyama D,

33. Sadato N (2019.09.24) Understanding the neural basis ofstigma:Miura K, Uno Y, Okada N, Morita K, Yamamori H,

Neuroethical issues of Brain/MINDS project of Japan.

Yasuda Y, Fujimoto M, Kudo N, Azechi H, Kasai K,

IBRO Neuroethics Luncheon "No longer Unthinkable:

Watanabe Y, Hashimoto R (2019.10.13) Maturity of

Why the 21st Century Neuroscientists needs Neuroethics"

cerebral white matter is associated with individual working

IBRO Congress (Daegu, South Korea)

hours indicating social function. 6th Congress of Asian

psychiatricdiseaseand

implicationsforCollege of Neuropsychopharmacology (Fukuoka, Japan)

34. Fukunaga M, Duyn J (2019.9.26) Origins of phase contrast
in white matter. 5th INTERNATIONAL WORKSHOP

43. Sadato N (2019.10.18) To what extent can human attributes

ON MRI PHASE CONTRAST & QUANTITATIVE

be modelled? The 2019 International Neuroethics Society

SUSCEPTIBILITY MAPPING (Seoul, Korea)

Annual Meeting (Chicago, USA)
44. Sadato N (2019.10.18) Across-brain networks emerged

35. Koyama K, Chikazoe J, Jimura K, Sadato N (2019.9.26)
Whole Brain Decomposition captures transient changes

fromface-to-facesocialinteractions

probedbyof cognitive processes. 視覚･認知脳機能研究の先端

hyperscanning fMRI: eye-contact, joint attention, and its（岡崎市，愛知県）

memory. Society for Social Neuroscience 2019 Annual
Meeting (Chicago, USA)

36. Shin HG, Oh SH, Fukunaga M, Nam Y, Lee J (2019.9.27)
A sequence for high quality Gradient Echo Myelin Water

45. Harada T, Sugawara T, Fukunaga M, Sadato N, Kaureys

Imaging (GRE-MWI) at 3T and 7T. 5th INTERNATIONAL

S, Sakai H (2019.10.20) Morphological misalignment of

WORKSHOP ON MRI PHASE CONTRAST &vestibular organs predicts motion sickness susceptibility.

QUANTITATIVE SUSCEPTIBILITY MAPPING (Seoul,

Neuroscience 2019 (IL, U.S.A)

124

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

Japan)

46. Hamano YH, Sugawara SK, Fukunaga M, Sadato N

51. Sadato N (2019.11.15) Across-brain networks emerged(2019.10.21) The integrative role of the M1 for the motorfromsequence learning. Neuroscience 2019 (IL, U.S.A)

face-to-facesocialinteractions

probedby

47. Ebisu T, Fukunaga M, Murase T, Umeda M (2019.10.22)

hyperscanning fMRI: eye-contact, joint attention, and its

Functional connectivity measured with resting state

memory. Tübingen University- Beijin-University-NIPS

functional magnetic resonance imaging as a biomarker of

Joint Symposium（岡崎）52. Koyama Y, Chikazoe J, Jimura K, Sadato N (2019.11.21)

spatial neglect during recovery rehabilitation period of

Paradigm free decomposition for whole brain dynamics.

stroke. Neuroscience 2019 (IL, U.S.A)

2019 年度生理研研究会第 9 回社会神経科学研究会

48. Sadato N (2019.11.7) Across-brain networks emerged fromface-to-face social interactions probed by hyperscanning（岡崎，愛知）53. Maruyama S (2019.12.9) Ultra high field 7T MRI of

fMRI: eye-contact, joint attention, and its memory. McGill
University- NIPS Joint Symposium (Montreal, Canada)

microstructure, function and neurochemistry in human

49. Yamamoto T (2019.11.14) Toward better registration ofbrain. 令和元年度生理研大学院生中間発表会（岡崎，

7T diffusion data to 3T structural data in HCP. Brain愛知）※生理研大学院生 ポスター優秀賞受賞

Storming on Primate Connectome 2019 (Kobe, Japan)

54. Koyama Y, Chikazoe J, Jimura K, Sadato N (2019.12.19）

50. Koyama Y, Chikazoe J, Jimura K, Sadato N (2019.11.14)

Semi-model free analysis of whole brain activity captures

Paradigm free decomposition for whole brain dynamics.

dynamics of cognitive processes. 次世代脳プロジェクト

Brain Storming on Primate Connectome(HCP) (Kobe,

冬のシンポジウム 2019（東京）＊若手優秀発表賞受賞《個別研究（毛利研究室）》
1.

2.

毛利達磨,（2019･2 月･20 日）ウニ･ヒトデ卵受精時の膜電流変化と Ca 変化

毛利達磨, （2019･9 月･14 日）ウニ卵受精時の表層
Ca フラッシュと開始膜電流 Ion の特性遺伝学研究所セミナー

日本動物学会第 90 回大会大阪大会（大阪）

細胞の動的ふるまいから探る発生の仕組み ―これまでの知見と今後の展望―（三島）《個別研究（山肩研究室）》
1.

Yamagata Y, Yanagawa Y, Imoto K (2019.3.7-8) Kinase-

ポジウム（新潟）

dead knock-in mouse revealed differential involvement

2.

Yamagata Y, Yanagawa Y, Imoto K (2019.7.26) Aging,of kinase activity of Ca2+/calmodulin-dependent protein

spatial memory and calmodulin kinase II activity. 第 42

kinase II alpha in hippocampus- and amygdala-dependent回日本神経科学大会･第 62 回日本神経化学会大会

memory. 第 8 回生理研･霊長研･新潟脳研合同シン（新潟）《個別研究（佐竹研究室）》
1.

佐竹伸一郎，川上 潔，池田啓子 (2019.7.25-28) Atp1a3

補償とその影響．NEURO2019（第 42 回日本神経科学のハプロ不全は小脳プルキンエ細胞にグルタミン酸

大会，第 62 回日本神経化学会大会）（新潟）2.

取り込み能の減弱を引き起こす：グリア細胞による

125

Kawakami K, Satake S, Ikeda K (2019.10.3-4) Weakened

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

glutamate uptake in cerebellar Purkinje cells in Atp1a3

impacts on long-term depression. 8th Annual Symposium

heterozygous knockout mice: glial compensation and its

on ATP1A3 in Disease.（Reykjavik, Iceland）《形態情報解析室》
1.

広瀬 侑，Chihong Song，渡辺 麻衣，村田 和義，池片山 和彦，村田 和義（2019.6.17-19）クライオ電子顕

内 昌彦，浴 俊彦（2019.3.6）ゲノム情報に基づくシ

微鏡により明らかになったノロウイルスの動的構造

アノバクテリアの光合成アンテナ調節の進化の解変化．日本顕微鏡学会第 75 回学術講演会（名古屋）

析．第 13 回日本ゲノム微生物学会年会（東京）
2.

3.

4.

5.
6.

7.

8.

10. 富田 雅人，永谷 幸則，村田 和義，新井 善博，百村田 和義（2019.3.28）クライオ電子顕微鏡によるウ

生 敦（2019.6.17-19）フレネルゾーンプレートを用

イルス粒子構造およびその感染機構の構造解析．第いた位相コントラスト STEM の試み．日本顕微鏡学

124 回日本解剖学会総会･全国学術集会（新潟）会第 75 回学術講演会（名古屋）
11. 永谷 幸則，富田 雅人，新井 善博，村田 和義，百古賀 博則，ソン チホン， 宮下 奈緒，梅本 紗恵子，生

（2019.5.10-12）ダイズシストセンチュウによってダ

理．日本顕微鏡学会第 75 回学術講演会（名古屋）

イズ根に誘導されたシンシチウムの高分解能走査電12. 山田 博之，近松 絹代，青野 昭男，村田 和義，宮崎顕観察および超高圧電顕による三次元的解析．医学直幸，香山 容子，藤原 永年，前田 伸司，御手洗 聡

生物学電子顕微鏡技術学会第 35 回学術講演会（名古（2019.6.17-19）CryoTEM 観察による Mycobacteriacea屋）

科の 5 属を構成する種の基礎形態情報の比較検討．

広瀬 侑，Chihong Song，米川 千夏，渡辺 麻衣，村日本顕微鏡学会第 75 回学術講演会（名古屋）

田 和義 ，池内 昌彦，浴 俊彦（2019.5.25-26）シア

13. 山守 優，角田 潤，宋 致宖，Ray Burton-Smith，飯ノバクテリアの補色順化の多様性の解明．第 10 回

野 亮太， 村田 和義， 富井 健太郎（2019.6.24-26）

日本光合成学会年会（京都）

Eh V-ATPase の全複合体構造解析に向けた電子顕

Kazuyoshi Murata（2019.5.30）Structural Dynamics of Viral

微鏡密度マップからの原子モデル構築. 第 19 回日

Capsid revealed by cryo-Electron Microscopy（Okazaki）

本蛋白質科学会年会（神戸）宮﨑 直幸，内山 淳平，松崎 茂展，村田 和義，岩14. 宮崎 直幸，内山 淳平，松崎 茂展，村田 和義，岩崎 憲治（2019.6.17-19）位相差クライオ電子顕微鏡

崎 憲治（2019.6.24-26）黄色ブドウ球菌ファージによる腸球菌 V-ATPase の単粒子構造解析．日本顕S13ʼ のクライオ電顕単粒子解析．第 19 回日本蛋白微鏡学会第 75 回学術講演会（名古屋）質科学会年会（神戸）角田 潤，Ray Butron-Smith。ソン チホン，薬師寺

15. 村田 和義（2019.8.2）クライオ電子顕微鏡によるバイ

Lica Fabiana，村田 武士，上野 博史，宮崎 直幸，

オイメージング．第 20 回若手 NMR 研究会（蒲郡）

岩崎 憲治，高木 淳一，山守 優，富井 健太郎，飯16. Yuu Hirose, Song Chihong, Mai Watanabe, Chinatsu

野 亮太，村田 和義（2019.6.17-19）腸球菌 V-ATPase

Yonekawa,の位相差クライオ電子顕微鏡による単粒子構造解

Toshihiko Eki（2019.8.25）Diverse chromatic acclimation

析．日本顕微鏡学会第 75 回学術講演会（名古屋）

processes responding to green and red light in the

香山 容子，Ray Burton-Smith，宋 致宖，新井 善博，cyanobacteria phylum. World Congress on Light and Life:

加藤 貴之，村田 和義（2019.6.17-19）サイドエント

Joint 17th International Congress on Photobiology & 18th

リーホルダによるクライオ電子顕微鏡高分解能単Congress of the European Society for Photobiology（Spain）

Kazuyoshi

Murata,Masahiko

Ikeuchi,

17. Yu Yamamori, Jun Tsunoda, Ray Burton-Smith, Chihong

粒子解析の試み．日本顕微鏡学会第 75 回学術講演
9.

敦（2019.6.17-19）FZP 位相差 STEM の画像処

鈴木 優里，東岱 孝司，村田 和義，洲崎 敏伸

会（名古屋）

Song, Ryouta Iino, Kazuyoshi Murata, Kentaro Tomii

宋 致弘，戸高 玲子，横山 勝，宮崎 直幸，岩崎 憲治，（ 2019.9.24 ） Full atomistic model building of EhV-

126

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

ATPase using homology modeling/molecular dynamics

23. 富田 雅人，永谷 幸則，新井 善博，村田 和義，百simulation based on the low resolution cryoEM map. 日

生 敦（2019.11.26）フレネルゾーンプレートを用い

本生物物理学会第 57 回年会（宮崎）た位相コントラスト STEM 法．生理研研究会「クラ18. Chihong Song, Reiko Todaka, Masaru Yokoyama,

イオ電子顕微鏡によるタンパク質の高分解能単粒Naoyuki Miyazaki, Kenji Iwasaki, Kazuhiko Katayama,

子構造解析」〜みんなのクライオ電顕〜（岡崎）Kazuyoshi Murata （ 2019.9.24 ） Dynamic Structural

24. Chihong Song, Reiko Todaka, Masaru Yokoyama,

Change of Norovirus Revealed by Cryo-electron

Naoyuki Miyazaki, Kenji Iwasaki, Kazuhiko Katayama

Microscopy. 日本生物物理学会第 57 回年会（宮崎）and Kazuyoshi Murata（2019.11.26）Dynamic Structural

19. Ryosuke Yamamoto, Yuuhei Nakagiri, Osamu Kutomi,

Change of Norovirus Revealed by Cryo-electron

Hiroshi Imai, Chihong Song, Kazuyoshi Murata, Ken-

Microscopy．生理研研究会「クライオ電子顕微鏡に

ichi Wakabayashi, Takashi Ishikawa, Kazuo Inaba,

よるタンパク質の高分解能単粒子構造解析」〜みん

Takahide Kon（2019.9.24）新規繊毛ダイニン軽鎖

なのクライオ電顕〜（岡崎）MOT7 の構造機能解析. 日本生物物理学会第 57 回

25. 千原 あかね，ソン チホン，岡本 健太，武村 政春，

年会（宮崎）

村田 和義（2019.11.26）トーキョーウイルスカプシ

20. Raymond N. Burton-Smith, Jun Tsunoda, Yu Yamamori,

ドの構造解析．生理研研究会「クライオ電子顕微鏡

Naoyuki Miyazaki, Fabiana L. Imai, Chihong Song,によるタンパク質の高分解能単粒子構造解析」〜みKentaro Tomii, Kenji Iwasaki, Junichi Takagi, Hiroshi

んなのクライオ電顕〜（岡崎）Ueno, Takeshi Murata, Ryota Iino, Kazuyoshi Murata

26. 渡邉 凌人，ソン チホン，香山 容子，武村 政春，村（2019.9.24）The off-axis rotor of Enterococcus hirae V-

田 和義（2019.11.26）新規巨大ウイルス，メドゥーサ

type ATPase by Volta phase contrast cryo-EM. 日本生ウイルスの構造と成熟に関する研究．生理研研究会

物物理学会第 57 回年会（宮崎）「クライオ電子顕微鏡によるタンパク質の高分解能

21. Ryoka Ishiyama, Reiko Takai-Todaka, Kazuki Oikawa,

単粒子構造解析」〜みんなのクライオ電顕〜（岡崎）Akira Nakanishi, Chihong Song, Kazuyoshi Murata,

27. 香山 容子，ソン チホン, Ray Burton-Smith, 新井 善

Kazuhiko Katayama（2019.10.29）Study of components

博，加藤 貴之，村田 和義（2019.11.26）サイドエンof norovirus infectious particle for interior structure

トリーホルダによるクライオ電子顕微鏡高分解能

analysis. 第 67 回日本ウイルス学会学術集会（東京）

単粒子解析の試み．生理研研究会「クライオ電子顕

22. 村田 和義（2019.11.18）正二十面体巨大ウイルスの微鏡によるタンパク質の高分解能単粒子構造解析」

構造基盤と形態形成機構の解明．第 2 回 ExCELLS〜みんなのクライオ電顕〜（岡崎）シンポジウム（岡崎）《多光子顕微鏡室》
1.

Hideji Murakoshi (2019.9.4) Optical manipulation and

CaMKII. Cold Spring Harbor Laboratory Meeting -CaMKII

imaging of signaling molecules in dendritic spines ofand its role as a self- tuning structural protein at the synapse.

neurons. Current Trends and Future Directions of Synapse-（New York）
4.

Circuit Plasticity Research.（静岡）2.

3.

Hideji

Murakoshi(2019.12.6)

Spatiotemporal

村越秀治 (2019.9.19) Optical manipulation and imaging

manipulation and imaging of signaling molecules inof signaling molecules in dendritic spines of neurons．第neurons. The 50th NIPS International Symposium

60 回日本組織細胞化学会総会･学術集会（兵庫）"MIRACLES in cardiovascular physiology".（愛知）5.

Hideji Murakoshi (2019.10.28) Optogenetic induction of

村越秀治 (2019.12.11) シナプス内シグナル分子の光 操 作 と 分 子 活 性 イ メ ー ジ ン グ ． "Chemistry forsynaptic plasticity at single synapses by photoactivatable

127生理学研究所年報

6.

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

Neuroscience 2019" 研究会（静岡）and imaging of signaling molecules in dendritic spines of

Hideji Murakoshi (2020.2.4) Optogenetic manipulationneurons. UK-Japan Neuroscience Symposium.（Edinburgh）《生体機能情報解析室》
1.

Chikazoe J (2019.7.8) Object representations in the

脳イメージング研究会（町田，東京）
4.

orbitofrontal cortex are sensitive to metabolic states.

2.

3.

Pham TQ, Chikazoe J, Yoshimoto T, Niwa H, Sadato N

International Symposium on "Sensing food/nutrient/(2019.9.7) Novel insight into the neural basis of vision-

environment toward integrative metabolic regulation"

value conversion in human brain. ヒト脳イメージング(Okazaki, Japan)

研究会（町田，東京）
5.

近添淳一（2019.7.16) 脳局所の活動パターンに基づ

Chikazoe J (2019.11.28) From object to value: Multivoxel

く全脳活動パターンの推定．生理研研究会「脳神経pattern analysis reveals neural representations of the

ダイナミクスの可視化と制御」（岡崎）external environment in multiple domains. CiNet Seminar

近 添 淳 一 （ 2019.9.7 ） Whole-brain activity patterns(Osaka, Japan)

decoded by regional fine-grained activity patterns. ヒト《ウィルスベクター開発室》
1.

Sano H, Kobayashi K, Kato S, Chiken S, Kobayashi K,

Masanori Murayama (2019.7.26) Identification of stimulus

Nambu A (2019.3.29) Physiological and anatomicalcoding neurons using Cosmoscopy, a new wide-field two-organization of cortico-striatal inputs in the basal ganglia.

photon microscopy. NEURO2019 (新潟)6.

The 9th FAOPS Congress (Kobe, Japan)
2.

Daichi Hirai, Daisuke Miyamoto, Yasuhiro Oisi, Maya

Kobayashi, Tadashi Isa (2019.7.27) Role of the pathway

Odagawa, Chie Matsubara, Kanako Ueno, Kenta

from deeper layer of superior colliculus to amygdala in

Kobayashi, Akiko Hayashi-Takagi, Masanori Murayama

control of defense-like responses. NEURO2019 (新潟)7.

(2019.7.26) Dendritic mechanisms underlying perceptual
3.

4.

5.

Kaoru Isa, Thongchai Sooksawate, Sakura Ikeda, Kenta

Akimasa Ishida, Kenta Kobayashi, Yoshitomo Ueda,

memory consolidation during sleep. NEURO2019 (新潟)

Takeshi Shimizu, Naoki Tajiri, Tadashi Isa, Hideki Hida

Taisuke Kato, Yuka Koike, Sachiko Hirokawa, Kenta(2019.7.27) Dynamic interaction between the cortico-rubral

Kobayashi, Shoji Tsuji, Osamu Onodera (2019.7.26)

and the cortico-reticular tract in rehabilitation-induced

Gene therapy for DRPLA model mice by AAV-delivered

functional recovery in internal capsule hemorrhage rats.

CRISPR / Cas9. NEURO2019 (新潟)

NEURO2019 (新潟)8.

Masashi Fukutome, Tesshu Hori, Chisato Maejima, Kenta

I. TERADA, K. KOBAYASHI, M. MATSUZAKI

Kobayashi, Satoru Morito, Chieko Koike (2019.7.26)(2019.10.19) Neural dynamics in the mouse secondary

Differential infection pattern of AAVs in mouse retina.

and primary motor cortices during self-initiated andNEURO2019 (新潟)externally triggered movements. Neuroscience 2019

Keisuke Ota, Yasuhiro Oisi, Takayuki Suzuki, Tsubasa Ito,

(Chicago, USA)
9.

Yoshiki Ito, Kenta Kobayashi, Midori Kobayashi, Maya

M. J. CASE, D. KLEINDIENST, K. KOBAYASHI, R.

Odagawa, Chie Matsubara, Junya Matsushita, Hiroyuki

SHIGEMOTO (2019.10.20) Input-side dependent left-

Hioki, Masamichi Ohkura, Junichi Nakai, Masafumi

right asymmetry is critical for the formation of experience-

Oizumi, Atsushi Miyawaki, Toru Aonishi, Takahiro Ode,dependent laterality in the hippocampus. Neuroscience128

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

in the mouse retina. Neuroscience 2019 (Chicago, USA)2019 (Chicago, USA)
10. M. FUKUTOME, T. HORI, C. MAEJIMA, H.

11. E. YOSHIDA, K. NAKAE, K. KOBAYASHI, S. ISHII,

MATSUSHIMA, K. KOBAYASHI, S. KITAZAWA, R.

M. MATSUZAKI (2019.10.22) Value information that

KITAHARA, K. KITANO, K. KOBAYASHI, S.

affects decision making is transmitted from the thalamus

MORITOH1, C. KOIKE (2019.10.22) Gene delivery toto the motor cortex. Neuroscience 2019 (Chicago, USA)

cone photoreceptors by subretinal injection of rAAV2/6《遺伝子改変動物作製室》
1.

レーターの同定．第 112 回日本繁殖生物学会, (札幌)

濱仲 早苗，後藤 哲平，平林 真澄，山口 智之，中9.

内 啓光. (2019. 2. 16) 異種間キメラ動物における自2.

3.

己寛容破綻のメカニズムの解明．第 21 回日本異種三宝 誠，平林 真澄，真方 文絵，束村 博子，松田移植研究会 (宜野湾)

二子. (2019. 9. 3) 低栄養による性腺刺激ホルモン分

平林 真澄，後藤 哲平，三宝 誠，保地 眞一，中内泌の抑制を担う神経伝達経路とグルコースセン

啓光，小林俊寛. (2019. 5. 15) Prdm14 遺伝子をノッサーの同定．第 112 回日本繁殖生物学会 (札幌)

クアウトしたラット性腺の免疫組織学的解析．第 66

10. 知念 照一朗，山中 貴寛，中山 研祐，平林 真澄，

回日本実験動物学会, (福岡)

保地 眞一. (2019. 9. 3) ウシ成熟未受精卵のガラス

小林 俊寛，小林 久人，後藤 哲平，及川 真実，三化保存：ナイロンメッシュデバイスの孔径，ならび

宝 誠，中内 啓光，栗本 一基，平林 真澄. (2019. 5.

に回復培養液中のレスベラトロールの影響．第 112

15) Prdm14 遺伝子座に H2BVeunus をノックインし回日本繁殖生物学会 (札幌)
11. 中山 研祐，知念 照一朗, 手島 淳輝，玉田 靖，平たラットにおける始原生殖細胞発生の解析．第 66 回
4.

5.
6.

日本実験動物学会 (福岡)

林 真澄，保地 眞一. (2019. 9. 4) ウシ成熟未受精卵

中山 研祐，山中 貴寛，平林 真澄，保地 眞一. (2019.

子用の新規ガラス化デバイス，シルクフィブロイン

5. 15) ラット膵島のガラス化保存におけるカルボ

シート．第 112 回日本繁殖生物学会 (札幌)

キシル化ポリ-L-リジンの凍害保護効果．第 66 回日

12. 平林 真澄，後藤 哲平，三宝 誠，保地 眞一，中内本実験動物学会 (福岡)啓光，小林 俊寛. (2019. 9. 5) Prdm14 遺伝子ノック

Kobayashi T. (2019. 5. 31) Rabbit and porcine pluripotent

アウトによる生殖細胞欠損ラットの作製とその応

stem cells. Cambridge-IMSUT mini-symposium (Tokyo)

用．第 112 回日本繁殖生物学会 (札幌)

Kobayashi T. (2019 7. 5) Generation of organs from

13. 小林 俊寛. (2019. 9. 13) 胚発生過程を利用した目的

pluripotent stem cells via blastocyst complementation.

臓器の再生．第 90 回日本動物学会 (大阪)
14. 小林 俊寛. (2019. 9. 20) 哺乳類の生殖細胞成立機構

Korea-Yonsei-NIPS International Joint Symposium,
7.

8.

佐藤 真梨萌，美辺 詩織，渡辺 雄貴，後藤 哲平，(Seoul)における保存性と多様性．中部幹細胞クラブシンポ

Yamanaka T, Nakayama K, Negishi J, Hirabayashi M,

ジウム 2019 (名古屋)

Hochi S. (2019. 7. 22) Size effect of rat pancreatic islets

15. Tarusawa E, Sanbo M, Hirabayashi M, Yagi T, Yoshimuraon cryotolerance and euglycemia post-transplantation.

Y. (2019. 10. 22) Establishment of clustered protocadherin-

The 56th annual meeting of the society for cryobiology.

regulated high reciprocal connectivity between clonal(San Diego)

cortical neurons requires sensory experience in mouse barrel

長江 麻佑子，後藤 哲平，余郷 享子，三宝 誠，平林

cortex. The 49th annual meeting of Society for Neuroscience

真澄，小林 憲太，井上 直子，束村 博子，上野山 賀(Chicago)久. (2019. 9. 3) 弓状核特異的 Kiss1 コンディショナル

16. 佐藤 真梨萌，美辺 詩織，渡辺 雄貴，後藤 哲平，

ノックアウトラットを用いた GnRH パルスジェネ

三宝 誠，平林 真澄，井上 直子，上野山 賀久，真129

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究発表／学会発表

方 文絵，束村 博子，松田 二子. (2019. 10. 25) 第 4

月 加奈子，久世 治朗，佐久間 哲史，金子 武人，真脳室の上衣細胞は視床下部と脳幹の神経細胞を介下 知士，藤原 亮一，墳崎 靖子，千田 直人，山本 卓，

して低栄養時の生理機能を制御する．第 46 回日本

押村 光雄，香月 康宏. (2019. 12. 3) ヒト/マウス人工

神経内分泌学会 (東京)

染色体技術応用（14）：ヒト薬物代謝予測のためのヒ

17. 越間 萌花，山川 三穂，梶谷 尚世，香月 加奈子，

ト化 UGT2 および CYP3A トランスクロモソミック

岡 愛美，高山 悠，押村 光雄，平林 真澄，香月 康

ラットの作製．第 42 回日本分子生物学会年会 (福岡)宏. (2019. 12. 3) ヒト/マウス人工染色体技術応用

19. 本間 貴裕，平山 晃斉，三宝 誠，平林 真澄，八木（10）：新規ダウン症候群モデルラットの作製．第健. (2019. 12. 5) 嗅神経回路形成におけるクラス

42 回日本分子生物学会年会 (福岡)

ター型プロトカドヘリンの機能解析．第 42 回日本

18. 阿部 智志，小林 カオル，平林 真澄，梶谷 尚世，香分子生物学会年会 (福岡)

《動物資源共同利用研究センター》
1.

Yeh H.-Y., Wang C.-C., Chi H.-H., Lee J.-C., Agetsuma

王振吉，浦野徹（2019.10）動物実験施設の改修･増M., Nabekura J. (2019.3) Visualizing the Interaction of

築工事着工までの道のりと問題点。第 53 回実験動

Immune Cells and Peripheral Sensory Fibers in Mice

物技術者協会総会（松山）7.

Neuropathic Model. The 96th Annual Meeting of the2.

第 37 回九州実験動物研究会･第 39 回日本実験動物

浦野

技術者協会九州支部研究発表会（久留米）徹（2019.7）外部検証プログラムの理念･目的･
8.
9.

験動物学会主催，文部科学省後援（東京）

徹（2019.11）動物愛護管理法見直しの現状分

析と今後の方向性，実験動物関係教職員高度技術研

概要，外部検証促進のための人材育成プログラム第修 2019，岡山大学自然生命科学研究支援センター･

２回教育講習会（2019 年度），公益社団法人日本実熊本大学生命資源研究支援センター主催（岡山）10. 浦野浦野徹（2019.11）実験動物と動物実験に関わる法律等の改正が我が国の科学技術戦略に及ぼす影響，

徹（2019.10）動物愛護管理法の改正，実験動

動物資源共同利用研究センター主催セミナー（岡崎）物協同組合教育セミナー（東京）6.

浦野

徹（2019.9）外部検証プログラムの理念･目的･浦野験動物学会主催，文部科学省後援（大阪）5.

浦野 徹（2019.11）動物愛護管理法改正及び外部検証について，日本実験動物学会維持会員懇談会（東京）

１回教育講習会（2019 年度），公益社団法人日本実4.

徹（2019.11）動物愛護管理法改正について，

Physiological Society of Japan (Kobe)
概要，外部検証促進のための人材育成プログラム第3.

浦野

11. 浦野窪田美津子，廣江猛，神谷絵美，山中緑，伊藤昭光，徹（2020.1）なぜ大学等で動物実験に関する

王振吉，浦野徹（2019.10）動物実験施設の改修･増外部検証を受けなければならないのか？，動物実験

築について-移転準備作業と設計プラン-。第 53 回の外部検証･2020 年度の実施準備に向けた事前説明

実験動物技術者協会総会（松山）会，公益社団法人日本実験動物学会主催，文部科学

廣江猛，窪田美津子，神谷絵美，山中緑，伊藤昭光，

省後援（東京）130

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告一般共同研究報告
〔

目

次

〕

1． 心筋イオンチャネルの動作機構の解明 ............................................................... 134
2． 新規構造を有したイソギンチャク由来ペプチド性神経毒の作用機構に関する研究 ......................... 134
3． 陸上進出に伴う環境変化と動物のもつ体性感覚受容の仕組み ........................................... 135
4． 細胞境界の湾曲構造形成のメカニズムの解明 ......................................................... 136
5． 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 ............................................... 137
6． 体温センサーTRP チャネルによる代謝制御機構の解明 ................................................ 137
7． 蚊の唾液の鎮痛効果に関する研究 ................................................................... 138
8． 昆虫からみた種間・種内相互関係を支える化学感覚受容体ないしチャンネル分子の探索 ................... 139
9． TRP チャネルの温度依存的活性化における細胞膜脂質の関与 .......................................... 139
10．マウス心筋前駆細胞 ACMs の起源および生理的意義の解明 ............................................ 140
11．ドキソルビシン心筋症に対するアルブミン・チオレドキシン融合体の有用性評価 ......................... 140
12．AMPA 型グルタミン酸受容体のシナプス内発現様式のシナプス可塑性における意義の解析 ................ 141
13．皮質興奮性神経細胞サブタイプと分化時期の関係解析 ................................................. 142
14．大脳皮質神経細胞の多様性とその機能 ............................................................... 142
15．海馬抑制性神経細胞の入力コネクトーム解析 ......................................................... 143
16．視線制御に関与するニューロン・神経回路特性 ....................................................... 144
17．細胞系譜依存的双方向性シナプス結合形成メカニズムの解明 ........................................... 144
18．顔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 ......................................... 145
19．サル局所電場電位の計算論的解析法による学習メカニズムの解明 ....................................... 145
20．グリピカン（GPC）5 の細胞内機能解析 ............................................................. 146
21．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 ....................... 147
22．辺縁皮質刺激に応答する大脳基底核ニューロンの病態生理 ............................................. 147
23．不随意運動発生のメカニズムの解析 ................................................................. 148
24．チック症の病態メカニズム解析 ..................................................................... 148
25．神経麻痺性角膜症に対する TRPA1 を標的とした治療.................................................. 149
26．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 ................... 150
27．前頭皮質 6 層錐体細胞のシナプス結合に関する電子顕微鏡による解析 ................................... 150
28．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 ............................. 151
29．新規蚊媒介性ウイルスの三次元構造解析 ............................................................. 151
30．真核生物の繊毛構築のための輸送機構の構造学的解明 ................................................. 152
31．イネ萎縮ウイルス（RDV）の構造構築機構の解明 .................................................... 152
32．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
33．霊長類 iPS 細胞を用いた生殖細胞の分化誘導と遺伝子発現解析 ......................................... 154
34．ラット・ウサギの発生エピゲノム比較解析 ........................................................... 154
35．ノロウイルスの高分解能構造解析 ................................................................... 155
36．タイトジャンクション分子の局在と機能の解析 ....................................................... 156
37．統合失調症モデルマウスの脳波ダイナミクス解析手法の開発（随時募集課題） ........................... 156

133

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告1．心筋イオンチャネルの動作機構の解明
松村一輝，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）
ヒト心臓に発現する電位依存性 K+ イオンチャネル

ち，4 種で hERG 阻害活性が有意に減少した。これらの

hERG は膜電位に応じて構造変化し，K+の膜透過を制御

変異体 4 種の変異導入したアミノ酸残基は，この GMTすることで，心臓の正常な機能に関わる。これまでに，の分子表面上で局在しており，hERG 阻害に関わること

膜電位のない状態での hERG の活性化状態の立体構造はが示唆された。

報告されているが，膜電位存在下で生じる hERG の静止

そこで，本共同研究では，hERG 変異体に対する GMT

状態の立体構造は明らかとなっておらず，hERG の機能の阻害活性を電気生理学的に解析し，GMT の hERG の静発現機構は不明である。そこで本研究では hERG の静止

止状態安定化による阻害メカニズムを明らかにすること状態における電位センサードメイン（VSD）に結合し，を目指した。アフリカツメガエルの卵母細胞に hERG 野

hERG を阻害する gating modifier toxin（GMT）を利用し生型および，その変異体 21 種を発現させ，二本刺し膜電て，hERG の機能および構造解析を行うことで，hERG の位固定法を行い，GMT の添加前後で hERG 電流を測定し静止状態の構造を明らかにし，動作機構を解明することた。その結果，hERG 変異体 21 種のうち，5 種で GMT のを目的とする。

阻害活性が有意に減少した。hERG 阻害活性が減少した

我々はこれまでに，大腸菌を用いた組換えタンパク質

変異部位は，既知の hERG 活性化状態の構造上では互い発現系を利用し，この GMT の大量調製法を確立するこに離れた位置に存在した。これらのアミノ酸残基はとに成功している。そこで，この GMT の 1 残基を他のhERG の静止状態で近づき，GMT の結合部位を形成する

アミノ酸に置換した変異体 15 種を調製し，GMT の hERGことが示唆された。そこで現在，ペプチド性毒素が結合阻害に関わるアミノ酸残基を同定することを目指した。

した hERG 静止状態の構造を明らかにすることを目指し，

hERG を安定発現したヒト胎児腎臓由来細胞株 HEK293

クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析により複合体のを用いたパッチクランプ法により，GMT の変異体添加時

構造決定に取り組んでいる。

の hERG 電流を測定した。その結果，変異体 15 種のう2．新規構造を有したイソギンチャク由来ペプチド性神経毒の作用機構に関する研究
本間智寛（東海大学短期大学部）
陳

以珊，下村拓史，久保義弘（生理学研究所）

イソギンチャクのペプチド性神経毒には，Na チャネル

本年度は，サワガニに麻痺活性を示したヒダベリイソ

毒と K チャネル毒があり，いずれも他の生物毒にはない

ギンチャク Metridium sp.由来の Toxin I とムラサキハナギ

特異な作用機構を有することから，貴重な薬理学的試薬

ンチャク由来の Cf I を二本刺し膜電位固定法による電気や，多発性硬化症の治療薬（カリブ海産イソギンチャク

生理学的解析に供して，作用機構の解明を試みた。

由来の K チャネル毒 Sh K）として有効利用されている。

Toxin I では，アフリカツメガエルの卵母細胞に発現さその一方で，代表者はこれまでに，従来の分類には当てせた Kv1.1, Kv1.2, Kv1.3, Kv1.4, Kv1.5, Kv2.1, Kv3.4, hERG,

はまらない一次構造を有した新規ペプチド毒をサワガニ

Kir2.1 への作用を解析したが，いずれのチャネルにも明に対する毒性を指標にして，数多く単離してきた。本研

確な阻害効果は認められなかった。陽性対象とした Sh K

究では，単離した新規ペプチド毒の有効利用を目的としの合成品は既報の通り，Kv1.3 チャネルを阻害した。Toxinて，それらの作用機構の解明を行っている。

I は，80 年代にヒダベリイソギンチャク Metridium senile134生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告から溶血毒として単離された metridin とほぼ同じ一次構

ャクの K チャネル毒での症状に類似しており，イオンチ

造を有している（以下，図参照）。Metridin はその後の詳ャネル毒と推定される。今後は作用するチャネルを特定

細な研究は行われず，溶血活性しか知られていないが，するとともに，Sh K との構造活性相関も検討したい。

90 年代に単離された先述の Sh K と相同性を示しており，

一方，ムラサキハナギンチャク由来の Cf I は，様々なまたイソギンチャクの K チャネル毒に共通して保存され生物から単離されている増殖因子 granulin と相同性が高ている＊で示した残基の多くを保存している。しかしない新規ペプチド毒で，今回はイソギンチャクの K チャネ

がら，その一部には変異が見られ，なかでも Kv1 チャネ

ル毒の主要なターゲットである Kv1.2, Kv3.4 への作用を

ルとの結合に特に重要と考えられている四角く囲んだ解析したが，阻害能を示さなかった。Cf I は，その新規

KY の 2 残基が，Toxin I では KV となっており，イソギ

性の高い配列から，イオンチャネル以外の神経部位に作ンチャクの標準的な K チャネル毒とは明らかに系統が異用している可能性が高いことから，別の手法による解析なっている。Toxin I が作用するチャネルは現時点では不を模索している。

明であるが，サワガニで観察された症状は，イソギンチ

3．陸上進出に伴う環境変化と動物のもつ体性感覚受容の仕組み
齊藤

修，西川

翔，堀

翔悟（長浜バイオ大学バイオサイエンス学部）
久保義弘（生理学研究所）

本 研 究で は，外 界 侵害 刺激の 主 要セ ンサー で あ る

よって，TRPV1 についても有尾両生類から陸上動物型のTRPV1 及び TRPA1 が，動物の陸生化に伴いどう温度感

閾値センサーに変化したと考えられ，又，その閾値温度

知機能が変化したかを明らかにする。これまでの解析には，アホロートルの低温適応性や高温忌避によく一致す

より，水中生活する魚類の TRPA1 と TRPV1 は閾値が不ると期待された。そこで，今年度は，アホロートルの実

明確で徐々に高温活性化される特性を持ち，高温閾値を際の高温忌避行動，更に他の有尾両生類との応答の比較持つ陸上動物型とは異なることが示唆されている。また，を行った。また，どの動物から侵害刺激センサーが高温

有尾両生類アホロートルの TRPA1 の研究では，41℃付

閾値を持つ陸上動物型になったのか，今年度は肺魚に注

近に閾値をもつ高温応答性が検出され，魚類 TRPA1 の目して研究を行った。

「閾値が不明瞭な緩徐な高温活性化」は，有尾両生類か

まず有尾両生類の高温忌避行動の解析では，低温適応ら陸上動物型に変化したと考えられた。一方，アホロー

しているアホロートルは，25℃の水温には応答がないがトルは 16℃-20℃の水温に適応している為，この TRPA133℃で顕著に活動度が上昇し忌避行動を示し，TRPV1 のではなく TRPV1 が水温適応に機能していると予想し，

高温閾値と極めてよく一致した。そこで更に，比較的高昨年アホロートル TRPV1 を単離し解析を行った。結果，温を好むとされ 15℃-28℃で飼育されるイベリアトゲイ

約 31℃に明確な閾値をもつ顕著な高温応答性を示した。

モリを解析した。すると，33℃の水温でも忌避応答はな

135生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

く，39℃で活動度が上昇した。よって，TRPV1 の高温活なかった為，魚類の TRPV1 群の比較から種を越えて保性化閾値は，有尾両生類の生息地での温度適応に強く関存されたアミノ酸配列（AACTNQ，FTIGMGD）に対応しわっていると考えられ，今後はイベリアトゲイモリ TRPV1

た混合縮合プライマーを合成し，肺魚の脳の RNA を用の解析も進めていきたい。

いて RT-PCR を行った。結果，PaTRPV1 部分配列の増幅

肺・肉鰭といった四肢動物の特徴を持ち，系統的にはに成功し，これを基に Race 法により全長配列を決定し魚類と陸上動物の中間的な位置を占める肺魚に注目し，た。すると，PaTRPV1 には N 端の長さの異なる二種のス

プロトプテルス・アネクテンス（Pa）を研究材料に TRPV1

プライス変異体が存在することが判明した。今後，これの cDNA クローニングを試みた。ゲノム情報が取得出来

らの機能解析を進めていく。

4．細胞境界の湾曲構造形成のメカニズムの解明
三浦

岳，杉原

圭（九州大学大学院医学研究院）
古瀬幹夫（生理学研究所）

上皮細胞のシートは細胞間接着装置によって細胞が密(b)）。この周波数特性は，(1)細胞が確率的な入力で湾曲に結合することで形作られる。この際，腎尿細管など一を形成しつつ，(2)細胞境界をできるだけ短くしようとす部の細胞では，細胞接着装置に特長的な湾曲が見られる

るというモデルで再現できた。現在，細胞境界部分の物ことがある（図(a), Tokuda 2014）。このような湾曲構造

理的特性を計測して(1), (2) のパラメータを推定する試は上皮を貸した物質輸送の調節に用いられていると考えみを行なっている。

られているが，その生成メカニズムは明らかではない。

さらに，培養細胞で観察されるダイナミックな湾曲構

本研究では，細胞生物学的手法と数理モデリングを組み造形成が生体内でも観察できるかどうか，基礎生物学研

合わせて，細胞境界の湾曲構造形成の形成機構を解明す

究所藤森研究室の所持する細胞境界可視化遺伝子改変マることを目的とする。

ウス（R26-ZO1GFP）を用いてライブイメージングを行な本研究ではまず，古瀬研究室で所有する ZO1-GFP を発った。現在の培養条件では細胞接着装置の構造がうまく現する MDCK 細胞株および免疫染色法を用いて，湾曲構維持できず分解されてしまうことが分かったため，引き造形成の経時観察を行った。細胞接着装置を認識する抗続き条件検討を行っている。

体は若干染色プロトコルが特殊なため，技術習得のために古瀬研究室を訪問した。また，湾曲を引き起こす直接
的な細胞骨格成分を免疫染色や EGFP 融合蛋白等で検出し，湾曲形成を引き起こす生物学的なメカニズムは細胞骨格による能動的な牽引や圧迫であることを推定した。
次に，前節で推定したメカニズムで形態形成が引き起こせるか確認するために数理モデル化を行い，数理モデ
ルのダイナミクスと実際の経時観察結果を画像処理技術
で定量的に比較することでモデル間の検証を行った。具
体的には，境界形状 h(x) をフーリエ変換すると，各周波数の振幅 h(k) が波数 k に反比例する結果が得られた（図136

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

5．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 基礎工学部 生物工学科）
ワニやカメ類を含む爬虫類の性決定は温度環境に依存

マーカー遺伝子の発現を調節する可能性が考えられ，温する。温度依存性分化のトリガーを明らかにすることは，

度依存的に性が決定する機構を司るかもしれない。このその下流の細胞内イベントがどのように誘導されるかをことから，MrTRPM8 及び MrTRPV4 において，温度応答

理解するうえで大切である。本研究は，温度感受性 TRP

性や薬剤応答性を明らかにする必要がある。

チャネルに着目し，クサガメの生殖腺において特に発現

そこで，本年度は，in vitro における MrTRPM8 および量の高い TRPV4 及び TRPM8 の活性化温度域の測定，さMrTRPV4 の生理学的解析を行なった。具体的には，らに各 TRP チャネル特異的なアゴニスト，アンタゴニス

HEK293 細胞を用いた電気生理学的解析（ホールセル・トの卵へ添加実験による性転換確認実験から，TRPM8 及

パッチクランプ法）によって，MrTRPM8 及び MrTRPV4び TRPV4 の性決定への寄与を明らかにすることを目的の活性化温度域と薬剤応答性を解析した。その結果，クとする。本年度は，①卵への薬剤添加実験を東京理科大

サガメにおいても，WS12 と GSK はそれぞれ MrTRPM8

学で行ない，②添加した薬剤の TRP チャネルに対する特と MrTRPV4 を活性化し，AMTB は MrTRPM8 を阻害す

異性確認実験や活性化温度域の測定を受入研究者であるることを明らかにした。MrTRPM8 と MrTRPV4 の温度応

富永教授の研究室で行なった。

答性，そして MrTRPV4 の WS12 に対する応答は確認中

まず，クサガメ（Mauremys reevesii）卵への薬剤添加実である。各 TRP を発現している細胞膜の安定性が熱刺激験を実施した。WS12 と GSK1016790A はそれぞれ TRPM8によって崩れているなどの可能性が考えられ，電気生理と TRPV4 のアゴニスト，AMTB と RN1734 はそれぞれ学的に安定した応答が計測できていない。過去にワニのTRPM8 と TRPV4 のアンタゴニストとして報告されていTRPV4 についてホールセル・パッチクランプ法を試みたる。これらの薬剤をクサガメ卵に塗布し，組織学的手法

際にも同様の傾向が観察されたとの報告もある（未発表）。

及び遺伝子マーカーを用いた qPCR により性判別を実施

今後，Xenopus 卵母細胞を用いた二電極膜電位固定法をした。WS12 及び RN を塗布した卵において，薬剤の溶用いるなど，計測方法を変えることで，MrTRPM8 と媒である 100% EtOH を塗布したコントロール条件の卵

MrTRPV4 の温度応答性や MrTRPV4 の WS12 に対する応に比べ，メスマーカー遺伝子の発現が有意に低下してい答を明確にすることができるだろう。

た。したがって，MrTRPM8 及び MrTRPV4 の活性はメス

6．体温センサーTRP チャネルによる代謝制御機構の解明
加塩麻紀子（愛知医科大学･生理学講座）

TRPM2 は温度感受性を有する非選択性カチオンチャ

ド O-acetyl-adenosine diphosphoribose（OAADPR）を産生ネルである。我々は，その体温下活性が細胞内の代謝状することから，本研究では TRPM2 と SIRT1 の機能連関態を反映するレドックスシグナルにより調節されることに注目して研究を遂行した。

を報告した。さらにその後，TRPM2 の体温調節における

TRPM2/SIRT1 共発現細胞を用いたホールセル電流測定

役割が報告され，TRPM2 と代謝との関連が強く示唆されにより SIRT1 活性化剤（SRT1720）処置による TRPM2 活ている。同様に代謝調節に重要な働きを持つサーチュイ性化電流が認められ，共免疫沈降実験により TRPM2/SIRT1

ン 1（SIRT1）は酵素活性に伴い TRPM2 の内因性リガン

間の物理的相互作用がプロテインキナーゼ C（PKC）活性137

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告化剤（PMA）処置により増強することを明らかとなった。

用と OAADPR に対する感受性の増強の両者を介して，また，OAADPR と構造が類似する TRPM2 の内因性リガン

TRPM2/SIRT1 機能カップリングを効率化していることがド adenosine diphosphoribose（ADPR）による TRPM2 活性化示唆された。

電流も PMA 処置により有意に増加した。Phos-tag SDS-

本研究結果は，TRPM2 のリン酸化の生理的意義を示す

PAGE 法を用いたリン酸化タンパク検出により，TRPM2 のとともに，代謝の異常が起因となる生活習慣病等の疾患

リン酸化部位として ADPR 結合部位の近傍に位置するスレに対し，TRPM2/SIRT1 をターゲットとした薬物治療の可

オニン残基が候補として同定された。以上の結果より，PKC

能性を示唆するものである。

による TRPM2 のリン酸化は TRPM2/SIRT1 の物理的相互作

7．蚊の唾液の鎮痛効果に関する研究酒井裕也（関西大学 戦略基盤プロジェクト）
青柳誠司（関西大学 システム理工学部）
富永真琴（生理学研究所／生命創成探究センター）が消失することにより，蚊の唾液に含まれる鎮痛成分が人間が蚊に刺されても痛くないのは，針が細く皮膚のペプチドであることが確認できた。

痛点を避けやすいことと，唾液に麻酔効果があることと言われている。しかしながら後者に関しては，唾液の中また，節足動物である蚊ではなく，哺乳類の唾液にもに血液凝固を阻害する物質があり，このため間接的に発このような鎮痛効果があるのではないかと考え，このこ

痛物質の産生が抑制されることが明らかになっているが，とをマウスの唾液を用いて確認することに成功した。さ唾液が直接的に痛覚神経を麻酔させるかどうかは解明さらに TRPV1, TRPA1 から先に連なる神経結節である DRG

れていない。痛みを受容するチャネルである TRPV1，

をマウスから取り出し，それに対する蚊の唾液の効果に

TRPA1 を発現した細胞に唾液を投与し，その際の神経活

ついても検討した。結果として，わずかな抑制が確認で動を捉えて評価することで，この問題の解明に挑んだ。

きたものの有意な程度ではなく，このさらなる確認は来年度以降の検討課題としたい。

昨年度に引き続き，生理学研究所・温度生物学グルー
プにて，蚊の唾液溶液を投与した際に生じる TRPV1 強

最後に，カプサイシン，カプサイシンと唾液，AITC（ワ

制発現 HEK293 細胞の活性化電流をパッチクランプ法でサビの成分），AITC と唾液をマウスの後足に投与して，測定した。サンプル溶液の作成は関西大学にて，大日本

痛みに伴う足なめ動作の頻度を確認する行動実験を行っ

除虫菊株式会社より提供された蚊を使用して行った。溶た。これより頻度は唾液の投与により有意に低下するこ液の調整方法は唾液腺とともに摘出した頭部を 50 匹分とが確認できた。これは，人間をはじめとして動物が傷使用，0.9 %生理食塩水中にてホモジナイズ，遠心分離機

をなめることで痛みを低減することを意図しているとうにて 15,000 rpm，15 分間遠心分離した。ここで得られたいう仮説と矛盾しない。来年度以降，この仮説について

上清溶液を唾液溶液とした。これを用いて TRPV1 に対さらに検証をしたい。また，昨年度蚊の唾液の中の TRP

する唾液の抑制効果を確認した。

チャネルの活動を抑制する候補物質を選定したが，来年本年度はさらに TRPA1 についても蚊の唾液の抑制効

度以降は，これ以外の物質の探索も行いたい。

果があることが確認できた。さらに高温によりこの効果138

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

8．昆虫からみた種間・種内相互関係を支える化学感覚受容体ないしチャンネル分子の探索
尾﨑まみこ（国立大学法人 神戸大学）“不味い信号”が脳に送られると予想された。

昆虫からみた種間・種内相互関係，特に１）「昆虫-植２）「社会性 昆虫の種間・種内・カースト内外の化学コ

物間の化学防除戦略の攻防」と，２）「社会性昆虫の種
間・種内・カースト内外の化学コミュニケーション」にミュニケーション」

注目した。１）の鍵となる，イソチオシアネートなどのクロオオアリ Camponotus japonicus は，年に一度，初二次代謝物と，２）の鍵となる，雄アリ物質を，TRPA1

夏に結婚飛行を行う。その時には一帯の巣穴から，同期

チャンネル分子を発現させた培養細胞に投与して活性をして雌雄の有翅虫が飛び立ち空中で集合し交尾するとい調べることで，１）２）それぞれの分子的基礎研究の展

われている。私たちは，雄アリの頭部に多く含まれる匂開を目的として共同研究を実施した。

い物質を抽出し，6-メチルサリチル酸メチルとアントラ

１）「昆虫-植物間の化学防除の攻防」

ニル酸メチルの 2 成分を同定した。雄アリ，働きアリ，

アブラナ科のモデル植物，シロイヌナズナ Arabidopsis

女王アリ，いずれの触角においても，これらの物質とそ

thaliana は幼体に特殊な化学防除システムを発達させていの混合物に対する応答がみられたので，これらの物質はる。小胞体に由来する ER ボディと呼ばれる細胞内小器官

同種の各カーストに作用するフェロモンとして働くと考に特有の β グルコシダーゼを格納し，液胞に基質となるグえられた。さらに，結婚飛行時に有翅虫の捕食者となり

ルコシノレートが溜めている。食害されて両者が混ざり合

うるスズメを餌付けしてこれらの物質を塗した米粒を与うとイソチオシアネートが生じる。私たちは，この生成物

えて調べてみると，有意に食欲が抑えられた。そこで，が味覚と嗅覚を通じてハエの食欲を減退させることを明これら雄物質を使って，トリの TRPA1 チャネルの活性らかにした。今回は，この時に生じる主要なイソチオシアを調べたところ，用量依存的な活性化が見られた。一方，

ネートであるエルシンを使って，キイロショウジョウバエ

クロオオアリの TRPA1 は活性化されることはなかった。

Drosophila melanogaster の TRPA1 チャネルの活性化を確

この結果から，これらの雄物質がトリの TRPA1 を活性認できた。この結果から，ハエの味神経ないし嗅神経にお化することによって，味神経ないし嗅神経を介し“不味いてイソチアネートにより TRPA1 が活性化されることでい信号”が引き起こされることが示唆された。

9．TRP チャネルの温度依存的活性化における細胞膜脂質の関与
内田邦敏（福岡歯科大学 細胞分子生物学講座）
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

TRPM5 チャネルを HEK293T 細胞に強制発現させ，電し，細胞内外環境をセンスして情報を電気信号に変換し

気生理学的解析を行った。その結果，TRPM5 チャネルはている。TRP チャネルのうち 11 は温度センサーとして

負の膜電位において速い不活性化（~20 ms）が観察されも機能していることが明らかになりつつあるが，これらた。この電位依存的不活性化は膜貫通領域（TM）チャネ

温度依存性を持ったチャネルが温度によって活性化されルのポアを形成する TM5 と TM6 の間の pore helix 領域

るメカニズムは明らかにされていない。本計画研究は，のアミノ酸をアラニンに置換すると有意に遅くなった。

TRP チャネルと細胞膜脂質との相互作用に焦点を当て，TRPM5 チャネルは 35 度以上の温度刺激によって不可TRP チャネルの温度依存的活性化メカニズムを明らかに逆的な不活性化がおこるが，このメカニズムを検討する

することを目的として行った。

ために以下の実験を行った。１）EGFP タグを付加した

139

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告TRPM5 を HEK293T 細胞に強制発現温度を室温から 45

性化 TRPM5 の温度依存的不活性化と電位依存的不活性度以上まで上昇させても TRPM5 チャネルの局在に変化化のメカニズムは異なることが示唆された。

はみられなかったことから，膜局在変化によって不活性精製した TRPM5 チャネルを人工的に調製した脂質二化が起こる可能性は低いと考えられた。２）電位依存的重膜に再構成し，電気生理学的解析を行った。温度依存

不活性化に関与する pore helix のアミノ酸をアラニンに的活性化並びに不活性化は人工再構成系でも観察された。

置換した変異体の温度依存性を観察した結果，これら変今後，膜脂質と温度依存的活性化，不活性化との関連を異体においても野生型と同様の温度依存的活性化並びに検討する予定である。

不活性化が観察された。この結果より，電位依存的不活10．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 医学部医学科 生理学講座 細胞機能生理学部門）
西田基宏（生理学研究所 生体機能調節機能領域 心循環シグナル研究部門）

哺乳類の心臓には，心筋細胞以外にも，内皮細胞，血することを本研究の目的とした。今回，ANP 発現細胞を

管平滑筋細胞，心筋幹細胞あるいは前駆細胞に分類されGFP で標識するため，ヒト ANP プロモーター下流にる種々の幹細胞など，多くの種類の細胞が存在しており，

AcGFP を連結したアデノ随伴ウイルスベクター（pANP-

マウスでは心臓を構成する全細胞における心筋細胞の割GFP）を作製した。このベクターを 1 週齢のマウスに腹合は約 56％とされている。心臓内での心筋細胞の再生現

腔内投与（1.0×1010 vg/個体）し，10 週齢以降を pANP-

象は，その速度や割合が非常に低いため，一度死滅した

GFP マウスとした。また，コントロールとして，ニワト

心筋組織が再生・修復されることはない。我々は，マウ

リ cTnT（cardiac troponin T）プロモーター下流に AcGFP

スの心臓から単離した培養細胞群の中に拍動する新規のを連結した pcTnT-GFP ベクターを作製した。pANP-GFP細胞を見出し，Atypically-shaped cardiomyocytes（ACMs）

マウスの心臓から ACMs を調製したところ，拍動する細と命名した。この細胞の機能解析を進めてきた結果，

胞は，GFP と ANP を共発現していることが確認できた。

ACMs は終生にわたって心臓に存在する心筋前駆細胞あpANP-GFP マウスの心臓を固定して得られた心房組織切

るいは未熟な心筋細胞の一種であると考えられた。

片を蛍光顕微鏡を用いて観察すると，GFP 陽性細胞のみ

ACMs は心室組織から単離されるにも関わらず，成体のが ANP を発現していたことから，GFP は ANP 発現細胞

心室筋細胞には発現していないタンパク質である「心房に特異的に発現していることが確認された。次に，GFP

性ナトリウム利尿ペプチド（ANP）」を発現しているこ

シグナルを ACMs の細胞マーカーとして用いて心室組織とに注目し， ANP を細胞マーカーとして ACMs の心臓内での分布を調べたところ，ACMs は心室筋の間隙に瀰

における局在・起源を調べ，その生理的意義を明らかに漫性に存在していることが明らかになった。

11．ドキソルビシン心筋症に対するアルブミン・チオレドキシン融合体の有用性評価
渡邊博志（熊本大学大学院 生命科学研究部（薬学系）薬剤学分野）
野崎大翔（熊本大学大学院 薬学教育部薬剤学分野）

ドキソルビシン（DOX）の重篤な副作用として心毒性

抗炎症タンパク質であるチオレドキシン（Trx）をアルブ

が知られており，その発生機序については酸化ストレス

ミン（HAS）と遺伝子工学的に融合し，Trx の血中滞留性の関与が示されてきた。そこで我々は，内因的な抗酸化・を延長した HSA-Trx 融合体による治療介入を試みた。

140

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

マウスに Dox を週 3 回の頻度で腹腔内投与したとこ

大は HSA-Trx 投与により有意に抑制された。その際，病ろ，Dox 投与 4 週間後において，心筋萎縮の指標である

態群では心臓中の内因性 Trx の発現低下や MIF の発現亢

心重量の低下や間質の線維化が観察されたことから，進が認められたが，これらの変化は HSA-Trx の投与によDox 誘発心筋症を呈していることが確かめられた。本心り健常レベルまで回復していた。加えて，心筋組織にけ筋症マウスに対して，病態形成が認められた Dox 投与 2るマクロファージ M2 マーカーが HSA-Trx 投与により増週後から，HSA-Trx を週 3 回の頻度で 2 週間に渡り静脈加していた。従って，内因性 Trx の維持や MIF の発現抑内投与したところ，病態群で観察された心重量の低下，制，並びにマクロファージの M2 化が病態改善に一部寄間質の線維化や心筋障害マーカーの上昇が抑制され，心与する可能性が示された。ラット初代心筋細胞を用いた不全病態が改善していた。

検討から，Dox（3 μM）添加後の心筋細胞萎縮や細胞内ROS 産生の亢進は，HSA-Trx 投与により抑制された。

Dox 誘発心筋症群で観察された心筋組織中の酸化ストレス（8-OhdG）や炎症性サイトカイン（IL-6, TNF-α）の本研究では，HSA-Trx の抗酸化・抗炎症作用により，増加は HSA-Trx 投与により抑制された。また，病態群で薬剤性心不全マウスの病態を改善することを実証した。

観察された心筋萎縮因子（Atrogin-1, Myostatin）の発現増

12．AMPA 型グルタミン酸受容体のシナプス内発現様式のシナプス可塑性における意義の解析
深澤有吾，黒田一樹，村田航志（福井大学学術研究院医学系部門）

AMPA 型グルタミン酸受容体（AMPAR）は中枢神経系

博士）や自閉症症状を呈する Neuroligin3（NLG3）点突然の興奮性シナプス伝達の主要なシナプス後電位の形成を変異導入マウス（自閉症モデルマウス），及び，NLG3 遺担う分子であり，そのシナプス内発現の制御機構は，脳伝子欠損マウス（信州大学・田淵克彦博士）の海馬 CA1の情報処理と学習・記憶の素過程であるシナプス可塑性

領域内シナプスの超微形態と AMPAR 発現を解析した。

現象に密接に関与している。申請者らはシナプス内シナプスの構造解析は，収束イオンビーム搭載走査型電AMPAR 分布がシナプス結合の種類に応じて，均一分布

子顕微鏡（名古屋大学医学部）により撮影した連続電顕とモザイク分布のどちらかの様式に分けられることを見像からシナプス結合まるごとを三次元再構築する手法を出した（Fukazawa & Shigemoto 2012）。AMPAR のモザイ確立し用いた。AMPAR のシナプス内発現解析は凍結割

ク分布様式は，可塑性を示すことが生理学的解析で明ら断レプリカ免疫標識法（SDS-FRL）を用いた。

かになっている海馬や小脳皮質，大脳皮質のシナプスに

現時点で研究目的に対する最終的な結論は得られてい見られたことから，AMPAR のシナプス内分布がシナプ

ないが，三次元再構築によるシナプス結合前後全体の微ス可塑性やその起こりやすさを意味するメタ可塑性と密細構造計測が新奇のシナプス構造異常を検出できること

接に関係していることが予想された。そこで本研究では，や微細構造計測情報と受容体標識密度情報とを統合する

AMPAR のシナプス内分布様式を制御する分子メカニズ

ことで，生体内で起きているシナプス伝達の機能的側面

ムやモザイク型 AMPAR 発現分布の生理的意義を生理学を推測する基盤が形成できた。今後は AMPAR のシナプ

研究所の種々の研究リソースを活用して明らかにするこ

ス内発現解析を進めると共に，更に多くの可塑性異常マとを目的とした。

ウスを解析し，AMPAR のシナプス内分布様式を制御す
る分子メカニズムやモザイク型 AMPAR 発現分布の生理

本年度は，シナプス可塑性異常を示す CaMKIIα 遺伝子的意義を明らかにする予定である。

の点突然変異マウス（神経シグナル研究部門・山肩葉子

141

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

13．皮質興奮性神経細胞サブタイプと分化時期の関係解析
畠中由美子（大阪大学･生命機能研究科）

多様性に富む大脳皮質興奮性ニューロンは，いずれもニューロンの割合を比較した。すると，いずれの層のニ

皮質脳室帯の神経幹細胞に由来し，そのサブタイプ決定

ューロン産生にも間接分化が関わるが，その割合は深層には分化時期が重要であると考えられている。一方，幹ニューロンの方が有意に高いことがわかった。一方，同細胞からニューロンが生まれる分化様式には，幹細胞か一時期に標識された直接・間接分化ニューロンのサブタら直接神経細胞に分化するものと，中間神経前駆細胞をイプマーカーの発現に大きな差は見られなかった。さら介して間接的に分化するものの少なくとも２つがあるこに，間接分化を介して生じる娘ニューロン間の関係を調とが知られている。しかし，これら２つの様式がニューべるため，G2A マウスを MADM レポーターマウスと交ロンのサブタイプ決定にどう関連するかは未解明である。

配し，１つの中間神経前駆細胞から生じる姉妹ニューロ

本研究では，２つの様式から生まれる興奮性ニューロンンを調べた。深層ニューロンが生じる時期にタモキシフ

を分化時期依存的に標識し，産生されるニューロンのサェンを投与し緑と赤の蛍光タンパク質でそれぞれ標識さブタイプを解析することで，多様性を生み出す基本法則

れた娘細胞を解析すると，娘細胞の数は主として２つでを明らかにすることを目的としている。前年度までにあること，これらペア間の初期投射やサブタイプマーカ

Neurogenin2 遺伝子のプロモーター下に CreERT2 を挿入

ーはほぼ共通していることがわかった。以上のことから，したトランスジェニックマウス G2A と Ai14 レポーター

間接分化様式は，深層ニューロンの産生に大きく寄与しマウスを交配し，これにタモキシフェンとチミジンアナていること，さらに，分化様式が各層の皮質興奮性ニュ

ログの EdU を投与することで，分化時期依存的に直接・ーロンの特定のサブタイプ数を制御するのに重要な役割

間接分化ニューロンを標識する条件を決定した。本年度を果たしていることが考えられた。

はこれを用いて，まず深層浅層におけるそれぞれの分化14．大脳皮質神経細胞の多様性とその機能
下郡智美（理化学研究所 脳神経科学研究センター）
吉村由美子（視覚情報処理研究部門）

大脳皮質興奮性神経細胞は時期場所特異的に生まれ，が脳幹，視床と中継された後，大脳皮質の第４層に投射

最終目的地まで移動した後に正しい神経回路形成を行され，その周りに細胞が取り囲むように集まり，筒状のう事が知られている。しかし，興奮性神経細胞には多様クラスター（バレルカラム）を作ることから形成される性が存在するにもかかわらず，どのような機能の違いが構造である。これは視床の後腹側核からそれぞれのヒゲ

あるのか明らかにされていない点が多い。このことからからの入力を担う視床軸索の束がヒゲの位置関係を保マウス大脳皮質体性感覚野に存在する２種類の形態のったまま大脳皮質に投射し，その入力の多い方に皮質神

異なる神経細胞を用いて機能の違いを明らかにする目

経細胞（spiny stellate 細胞：有棘星状細胞）が樹状突起を的で共同研究を行った。

向けた方向性を持つ。一方で，カラムとカラムの間の隙

マウス大脳皮質体性感覚野にはバレル皮質と呼ばれ間には典型的な形態を持つ錐体細胞が位置しており，こる特徴的な構造を持った神経回路が存在する。マウスやれらの錐体細胞は後腹側核からの入力を受けず，視床後ラットはヒゲを使った触覚情報を多く活用して生活し核群の神経繊維の通り道を作っている（図１）。これらているため体性感覚野にヒゲと同じパターンの構造を錐体細胞の入出力には明らかにされていない点が多く，持つ神経回路が存在する。これは１本のヒゲからの入力

このこともバレル皮質の真の機能が明らかにされてい142

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告ない原因にもなっている。

大脳皮質神経細胞にマウス子宮内遺伝子導入法を用
いて蛍光タンパク質をコードする遺伝子をあらかじめ胎児期に導入しておく。生後に脳スライスを作成し，蛍光タンパクの発現から興奮性細胞の形態を確認した。細
胞形態を確認した後で電気生理的に形態の異なる神経細胞同士の接続，機能を調べた。まず，有棘星状細胞の結合を調べた結果，カラム内での結合は多くみられるがカラムを超えた結合はほとんど見られなかった。次に錐体細胞の結合を確認したところ，有棘星状細胞では見られないようなカラム間での結合を見出すことができた。
さらに，遺伝子改変マウスを用いて，強制的に錐体細胞が多く作られるバレル皮質でも多くのカラム間の結合を見出すことができた。これらの結果から，錐体細胞はカラムの間に位置することで，有棘星状細胞ではできないカラム間の連絡を行っていることが明かになった。

15．海馬抑制性神経細胞の入力コネクトーム解析
宮下俊雄（帝京大学 医学部）
冨岡良平（熊本大学大学院 生命科学研究部）

海馬と後部帯状皮質（Retrosplenial cortex; RSP）には二

RSP の第 5 層錐体細胞（本来は海馬へ投射を持たない）次元空間で頭の向きをコードする head direction 細胞が存にも確認されたことから，HRGN 以外にも意図しない在するなど，空間記憶や場所認知への関わりが知られて

PRV の感染，つまり意図しないスターター細胞の存在がいる。しかし，これらの脳領域間には興奮性神経結合は示唆された。一つの原因として，PRV 注入の際にコンタなく，海馬-後部帯状皮質 GABA ニューロン（HRGN）由ミネーションが生じているとためと考えた。

来の抑制性結合を中心とした神経回路が構築されている。

本年度はこの様なスターター細胞のコンタミネーショ

本研究は HRGN へシナプス入力を持つ細胞（前シナプスンを防ぐために，ウィルスベクターの注入法を変更した。

細胞）を同定することで，海馬と RSP 間の神経回路の詳

まず GABA 陽性細胞に特異的に cre を発現する Vgat-cre

細を明らかにする事を目標とした。

マウス系統の海馬 CA1 に AAV-DJ ヴェクターを注入し前シナプス細胞の同定は，HRGN へ感染させた膜タン

TVA-GFP 及び RG を GABA 陽性細胞に発現させた。こパク（RG）欠損偽型狂犬病ウィルスベクター（Psuedo

れにより RSP 第一層の HRGN 投射軸索が TVA-GFP 及びRabies Virus; PRV）の越シナプス感染により行った。

RG により標識される。そこへ mCherry をレポーターと昨年度行った実験では，Cre 依存的な組み換えによりして持つ PRV を RSP へ微量注入する事で HRGN に特異

TVA-mCherry 及び RG を発現する逆行性ウィルスベクタ

的に感染させた。PRV は海馬 CA1 の HRGN より越シナー（AAV2-retro）をマウス RSP へ微量注入により共感染

プス的にシナプス前細胞に感染し，それらを mCherry にさせ，海馬 CA1 の HRGN に TVA-mCherry と RG を発現より標識した。

させた。PRV は TVA 発現細胞にのみ感染するので，GFP

これらの動物より作製した組織標本より HRGN にシをレポーター遺伝子として持つ PRV を海馬 CA1 へ注入

ナプス結合を持つシナプス前細胞の分布を解析した。現する事で HRGN に感染させ，その前シナプスニューロン

在までに HRGN は両側の CA1 錐体細胞から強い入力をを越シナプス的に標識した。しかし，GFP の陽性細胞が受けることが明らかになった。また，海馬外からは中隔143生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

核，視床，嗅内野から，入力を受けることが明らかとなは CA1 錐体細胞が持つ場所情報を抑制性シグナルとしった。これらの細胞種や細胞特性については現在解析中て RSP へ伝える可能性がある。また，その神経活動は広である。

範な脳領域から修飾を受け，空間認知や空間記憶に関わ本実験のシナプス前細胞の脳内分布解析により HRPNると推測できる。

16．視線制御に関与するニューロン・神経回路特性
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ためには視線を保持することで操作の後，ガラス電極を用いて虫部垂と小節に AAV2-

視覚対象を網膜上で静止させる必要がある。視線保持に

retro を注入した。3 週間後，同じラットに再度イソフル

は脳幹の神経積分器（NI）と呼ばれる脳領域（舌下神経

ランの吸入麻酔を施し，今度は PHN に Rabies ウイルス

前位核（PHN），カハール間質核（INC））が重要であり，（EnvA-RVdG-RFP）を注入した。5 日の生存期間の後，水平系は PHN が，垂直系は INC が関与している。我々

かん流固定し，脳組織標本を作製した。蛍光顕微鏡観察

は視線保持の機序解明のため，NI のニューロン・ネットの結果，PHN において GFP と RFP を共発現する starter

ワーク基盤に関する研究を多角的に行っている。これまcell が多数観察され，脳幹では INC，PHN および内側前で我々は NI と前庭小脳（片葉，虫部垂と小節）との神経

庭神経核において RFP 陽性細胞が観察された。以上の結連絡に関して，PHN から前庭小脳へは直接の投射がみら果は，INC ニューロンは前庭小脳に直接投射する PHN ニれる一方，INC からは PHN を介して間接的に前庭小脳へ

ューロンに単シナプス結合することを示し，我々の仮説投射している可能性を示唆する知見を得てきた。昨年はを支持するものであった。また，INC の RFP 陽性細胞のAAV6 を用いてこれを検証しようと試みたが，GFP を発多くは吻側に見られたことから，主に吻側の INC のニュ

する起始細胞（starter cell）が少数しか観察できなかった。

ーロンが PHN を介して前庭小脳と回路を形成している

そこで本年度は軸索終末からの逆行性感染を強めるため可能性も示唆された。今後は，INC から片葉への投射がに，AAV のセロタイプを AAV6 から AAV2-retro (AAV2-

PHN を介しているのかについて調べるとともに，全 RFP

retro-EF1a-GFP-P2A-TVA, AAV2-retro-CA-SAD-cvsG) に陽性細胞数に対する各領野における RFP 陽性細胞数の変更して検証を試みた。生後 7 週齢の Long-Evans ラット

割合を求めることによって，INC-PHN-前庭小脳の回路のにイソフルランを用いた十分な吸入麻酔を施し，外科的特性を検討する。

17．細胞系譜依存的双方向性シナプス結合形成メカニズムの解明
足澤悦子，八木健（大阪大学大学院生命機能研究科）
吉村由美子（生理学研究所）

マウスバレル皮質の興奮性神経細胞間に形成される双検証し，双方向性シナプス結合の形成メカニズムを明ら方向性シナプス結合は，興奮性神経細胞の細胞系譜に依かにすることを目的とした。マウスの大脳皮質バレル野

存して形成される。また細胞系譜依存的な双方向性シナでは，生後 9 日前後から皮質間シナプス形成が始まり，プス結合は，感覚入力の影響を受けることを明らかにし生後 20 日には双方向性結合形成が完成する。また，生後た。本研究課題では，双方向性シナプス結合関係にある

13 日から数日間ヒゲからの感覚入力を遮断することで神経細胞が視床からの共通入力を受けているかどうかを

双方向性結合が減少することを見出した。双方向性結合

144

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告関係にある神経細胞が視床の中継細胞から共通入力を受からの共通入力の有無を検証する系を立ちあげた。今後，けるかどうかを明らかにするため，視床からバレル皮質

レーザー光刺激法を用いて，視床を網羅的に刺激するこへの神経投射が保たれた視床―皮質スライス標本作製のとでバレル皮質 4 層の興奮性神経細胞間結合関係と視床検討を行い，ホールセルパッチクランプおよび電気刺激からの共通入力の有無を検証する。

により，視床中継細胞の軸索を電気刺激することで視床18．顔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）

中脳の上丘は，下等な動物から霊長類に至るまで，視単純な視標を出した時に行われるサッケードとは異な覚を中心として，聴覚・体性感覚などの情報処理と眼球り，指標に意味を持たせることによって，生態学的な価運動制御の中枢とされ，多くの研究がなされている。随値判断ののちに行われるサッケードがどのような神経回

意性急速眼球運動（サッケード）系において，中脳の上路を使って行われているかを調べるために研究を行って丘は，大脳前頭眼野から入力を受ける。上丘から入力をいる。具体的には，自分の顔，他人の顔，様々な表情の受けて働く脳幹のサッケードジェネレータは，無意識的・顔，顔以外，など，種々の視標を見せて行われるサッケ

自動的に働くので，上丘は，意識と無意識をつなぐ重要ードを訓練する。通常のサッケードと比較して，潜時のな位置にあると言える。従来の研究では，比較的単純な違いを計測する。さらに，上丘，大脳 FEF，辺縁系（扁視覚刺激（例えばスポット光）を用いて上丘ニューロン

桃体や黒質緻密部）より神経活動の記録を行い，信号のの応答特性を解析する方法が主流であった。一方で，上流れを明らかにする。上丘は様々な脳部位から入力を受

丘は，顔の低空間周波数成分を手がかりに，他者の情動けるが，他者の情動理解の神経機構に関する入力が具体理解にも関与することが示唆されているがその神経機構

的に脳のどこからあるのかを見出し，特に他者の視線には明らかにされていない。一方，Blind Sight として知ら関する情報が脳内でどのように処理され，自己の行動にれる現象において，大脳視覚野の障害後も，視標の存在

どのように反映されるのか，他者の情動理解における上が認識できないにもかかわらず，無意識下に視線あるい丘を中心とした神経機構を明らかにしたいと考えている。

は手を視標に向けることが出来ることが知られる。近年

これは，意識と無意識の融合及び切り替えがどのようの研究により，この視覚入力は，上丘を介して視床枕をなメカニズムで行われているかを解明することにも繋が経由して，いわゆる大脳背側系の空間識の経路が活動しると考える。

ていることが明らかとなってきた。

19．サル局所電場電位の計算論的解析法による学習メカニズムの解明
田中宏和（北陸先端科学技術大学院大学 先端科学技術研究科）
磯田昌岐（生理学研究所 認知行動発達機構研究部門）

本研究では，サルの複数の脳領域から同時記録された局

築してきた社会的古典的条件づけと呼ばれる実験課題に

所電場電位データに対し，計算論的信号解析法を用いて解おいて，サル内側前頭前野の神経細胞，視床下部外側野の析し，連合学習における情報伝達の脳内メカニズムを解明

神経細胞，そして中脳のドーパミン細胞から同時記録されすることを目的とする。具体的には，磯田らがこれまで構た神経活動データ（スパイクや局所電場電位）に対し，因145

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

果性解析・ネットワーク解析といった最新の手法を適用すを目的として Canonical Polyadic Decomposition (CPD) を適る。また本研究独自の手法として，提案代表者（田中）が用したところ，内側前頭前野において磯田らがスパイク神

開発した課題関連成分分析（Tanaka et al. 2013, 2014）とそ経活動で認められた活動パターンが確認できた。これに加の拡張した方法を用い，動物の学習に伴う脳部位間の電位え，課題関連と考えられる異なる活動パターンも抽出され伝播の抽出を試みることを計画した。

た。これらの結果は，従来の方法において捉えきれない脳本年度は，共同研究の実施のため生理学研究所に田中が内情報処理を反映している可能性を示唆している。次年度

出張し，これまで磯田らが得た社会的古典的条件づけにおにおいて，これらスパイクや局所電場電位から抽出された

ける神経活動データの結果と解析方法について共有した。

活動パターンがどのような機能を持ちうるのかその意義

また，上述した解析手法を適用する妥当性を含む解析の方について議論し，さらに様々な情報抽出手法を適用して検向性について議論した。まず田中が開発した課題関連成分証する予定である。また，視床下部外側野および中脳ドー分析を行った結果，内側前頭前野における課題関連と考え

パミン細胞の神経活動，そして 3 つの脳領域の神経活動にられる局所電場電位成分の抽出に成功した。さらなる成分もその適用を広げ，情報伝達の脳内メカニズム解明を目指抽出を行うため，高次元スパイクデータに対して次元縮約す。

20．グリピカン（GPC）5 の細胞内機能解析
赤木謙一，物部容子，竹内昌男（医薬基盤･健康･栄養研究所）

本研究はヒト間葉系幹細胞を不死化した UE6E7T-3

おいて報告した次世代シーケンスデータ中において培養（U3-A）細胞において，長期継代培養過程で作出されたステージによって増加した GPC5 の転写因子 SP3 及びU3-B,U3-C, 及び U3-DT 細胞における遺伝子発現の相関

TBL1XR1 に着目した。Sp3 は GPC4 プロモータの主要なを明らかにする事を目的とした。継代最終ステージの活性化因子であるとの報告がある（Huaixing et al.,BBA

U3-DT 細胞はサルコーマの性質を獲得しており，これま2004）。これらの遺伝子発現解析のために siRNA を用いでの研究によって，Glypican 5 (GPC5) 遺伝子の発現が培た Sp3, TBL1XR1 の遺伝子発現ノックダウン実験を行っ

養初期細胞 U3-A に比べておよそ 10 倍以上増加することた。SP3, TBL1XR1 を各々100 μM, 200 μM の濃度でノッを明らかにした。GPC5 は細胞表面に存在する約 540 ア

クダウンしたところ，100 μM では有意な GPC5 発現量抑ミノ酸から成る GPI アンカー型膜蛋白質であり GPC1 か制は生じなかったが，200 μM においては 8 割程度の発現

ら GPC6 の 6 種が知られている。これら Glypican ファミ

抑 制 が 生 じ た 。 ま た ， SP3 を ノ ッ ク ダ ウ ン す る とリーは線維芽細胞増殖因子（FGF）の活性調節に関与す

TBL1XR1 の 発 現 量 の 減 少 が 観 察 さ れ た 。 一 方 で ，る報告がある。また我々の研究結果から，GPC5 は細胞増TBL1XR1 をノックダウンしたところ，SP3 の発現量の変殖をサポートする機能を有する事を確認している。

動は小さいものであった。これらのことから，SP3 は細胞増殖能力が亢進した U3-DT 細胞における GPC5 発

TBL1XR1 の上流に位置し，TBL1XR1 の発現調整に重要

現量増加の原因を解明するために，培養ステージ毎のな役割を持つと考えられた。遺伝子発現に関する転写因GPC5 遺伝子コピー数変化について Digital PCR を用いた子の種類やその役割は複雑であるが，本研究に用いた 2

コピー数解析，及び GPC5 遺伝子のプロモータ領域のシ種の転写因子のノックダウンによる GPC5 の発現量減少

ーケンス解析を行った。それらの結果からは GPC5 の発から，Sp3, TBL1XR1 は GPC5 の発現量調整に関与して現量増加を説明できなった（2018 年度共同研究報告 d-いることが示唆された。

126）。そこで，既報（Takeuchi et al., PLoS ONE 2015）に146

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

21．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（国際医療福祉大学医学部・生理学）
南部篤，知見聡美（生体システム研究部門）
佐竹伸一郎（個別研究）

Na ポンプ（Na,K-ATPase）は α と ß で構成され，神経幅依存曲線は，600 μA/100 μs で飽和したが，Atp1a2+/-の系には α2 と α3 が高発現している。近年，α2 と α3 サブ

IPSC 振幅は全ての刺激強度において野生型よりも有意ユニットをコードする遺伝子変異が，ジストニア，パーに増強していることを見出した。この結果は，Atp1a2+/-扁

キンソニズム，片頭痛，うつ病，てんかん等，様々な神

桃体ニューロンでは，抑制性シナプス伝達のみが選択的経疾患でみつかっている。これら神経疾患の病態分子基に亢進していることを示唆する。この抑制性伝達亢進のAtp1a2+/-分子的基盤をさらに詳細に解析する目的で，IPSC のペア

を用いて電気生理学的手法にて検討した。私達は以前，

パルス比（PPF）ならびに微小 IPSC（tetrodotoxin-insensitive

Atp1a2+/-では，神経活動マーカーc-Fos の発現が梨状野おminiature IPSC）を比較した。しかし，いずれの要素にもよび扁桃体において増加していることを報告している

野生型と Atp1a2+/-の間で有意な差は認められなかった。

（Ikeda et al., 2003）。今回は，Atp1a2+/-より扁桃体の急性

シナプス小胞体の放出確率や神経伝達物質の充填量，シスライス標本を作製し，大型ニューロン（長径>20 μm）

ナプス後部の GABA 受容体数に特筆すべき変異は無いについて，ホールセルパッチクランプ記録を行った。局と結論した。今後は，免疫染色や生化学的実験を加え，

所電気刺激による興奮性シナプス後電流（EPSC）ならび

Atp1a2+/-における抑制性シナプス伝達亢進のメカニズムに抑制性シナプス後電流（IPSC）を誘発した。EPSC の電を追究するとともに，この表現型（扁桃体抑制性シナプ

気刺激強度‐振幅依存曲線は，電気刺激 300 μA/100 μs でス伝達の亢進）と神経疾患の病態との関係に焦点を当て

飽和し，曲線の形状についても野生型と Atp1a2+/-の間でて研究を進めていく予定である。

盤をα2 サブユニット遺伝子ヘテロ欠損マウス

有意な差は認められなかった。IPSC の電気刺激強度‐振22．辺縁皮質刺激に応答する大脳基底核ニューロンの病態生理佐藤澄人（北里大学医学部 脳神経外科）
知見聡美，南部篤（生体システム研究部門）

大脳皮質－基底核回路の基礎研究には，トレーサーや①一次運動野の刺激に応答するニューロンは 47 個，②補機能画像を用いた解剖学的アプローチとニューロン活動

足運動野のそれは 36 個，③前辺縁皮質は 50 個，うち 17を記録する神経生理学的アプローチがある。本研究では，

個は一次運動野と補足運動野の両者に応答した。前辺縁

主として辺縁系ループに関わる視床下核（STN）ニュー

皮質と運動系皮質との収束性入力は記録されなかった。

ロン活動を記録することにより，その機能的役割につい残りの 77 個はいずれの皮質刺激にも応答しなかった。各て考えてみたい。

皮質刺激に対する応答は，いずれも早期興奮・後期興奮

ニホンザルを用いて覚醒下に STN ニューロンの細胞の二相性パターンを示し，潜時および持続時間は，一次外ユニット記録を行い，①一次運動野，②補足運動野，

運動野，補足運動野，前辺縁皮質の刺激の順に長くなる③前辺縁皮質それぞれの電気刺激に対する応答により傾向（潜時は有意差あり）がみられた。各皮質刺激に応

STN ニューロンを分類し，各群の自発発射，応答パター

答する 3 群といずれにも応答しない群と合わせた 4 群間ン，STN 内の分布について検討した。

において，自発発射の平均発射頻度，変動係数，burst index

結果として，計 190 個の STN ニューロンと記録した。

147に有意差は認めなかった。STN における各皮質刺激に応生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

答するニューロンの分布は，一次運動野が外側部，前辺

解剖学的研究結果と一致した。辺縁系はいわゆる情動に縁皮質が最内側部，補足運動野がその中間部にそれぞれ関わっており，自律神経を介する身体反応やそれに伴う存在していた。

感情（情動認識）を呼び起こす。辺縁系ループが喜びな

STN の最内側に辺縁系領域が存在し，辺縁系皮質から

どの快情動，不安や恐怖などの不快情動に関与する可能

直接入力を受けるハイパー直接路が示唆される結果は，性が示唆される。

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）
佐野裕美，知見聡美，南部篤（生体システム研究部門）

Dystonia musculorum (dt) マウスは，末梢の感覚神経変よるコンディショナルノックアウト（cKO）実験を行っ性に加えてジストニア様症状や運動失調を示す。dt マウ

た。P0 プロモーターにより Cre を発現する P0-Cre; Dst

スの原因遺伝子は，アクチン結合ドメインやチューブリ

cKO マウスでは，末梢神経系のミエリン形成細胞である

ン結合ドメインを有する細胞骨格制御因子をコードする

シュワン細胞で Dst 変異が誘導され，遅発性の感覚性失Dystonin (Dst) 遺伝子である。我々が作製した遺伝子トラ調の症状が観察された。この P0-Cre; Dst cKO マウスにつップアリール（DstGt アリール）では，Dst-a と Dst-b の２

いて，組織学的な解析と後肢の筋電図解析を行ない，論

つのアイソフォームが欠失する。一方，自然発生変異ア

文投稿を行なった。さらに，Wnt1-Cre アリールを用いたリールの Dstdt-23Rbrc アリールでは，Dst-a, Dst-b, Dst-e すべ

Wnt1-Cre; Dst cKO マウスでは，P0-Cre; Dst cKO マウスよてのアイソフォームに停止コドンが入っている。Dstdt-

り早い発生段階の神経堤細胞にて Cre 組換えが誘導され，

23Rbrc ホモマウスでは運動障害に加えて，皮膚に発現する末梢神経系の感覚神経細胞やシュワン細胞で Dst の欠失

Dst-e に変異があり，皮膚のケラチノサイトのヘミデスモが起こり，感覚神経細胞の変性が観察された。この Wnt1-

ソームの構造に異常があることを電子顕微鏡観察によりCre; Dst cKO マウスでは，早発性の運動障害が生じるこ明らかにした。DstGt ホモマウスの皮膚の電子顕微鏡像はとが明らかとなった。表現型の詳細な解析を，組織学的正常であった（Disease Models & Mechanisms 2020）。

手法や生理学的手法を用いて行なっている。

さらに，DstGt マウスを用いて，Cre 組換えシステムに

24．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・のマウスを用いて，大脳皮質─大脳基底核回路の多細胞汚言を発する音声チックから成るが，その病態生理に関

神経活動記録を行う。さらに，チックモデルマウスで観しては未だ明らかでない。本研究では，大脳基底核の線察された神経活動異常を基に，光遺伝学を用いた人工神

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

経活動操作を行うことで症状改善をもたらすことが可能

を立て，GABA 受容体拮抗薬を線条体に注入することでかどうかについても検証する。

マウスチックモデルを作製することを試みる。また，そ研究の背景としては，線条体の神経活動増加が，黒質148

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

網様部の活動低下を引き起こし，結果，視床・運動野のこのようなチック症モデルマウスを用いて，一次運動野

活動増加がチック症を引き起こすという作業仮説を立ての多細胞神経活動同時記録を行った結果，線条体薬物注ている。共同研究 2 年目の本年は，マウス線条体への入前に比べて，注入後は一次運動野神経細胞間の自発活

GABA 受容体拮抗薬投与により，チック症状を誘発する

動における相互相関の上昇をみとめた。線条体から一次チック症モデルマウス作製法を確立した。GABA 受容体

運動野への直接投射は存在しないことから，Bicuculline

拮 抗 薬 の な か で も ， Gabazine や Picrotoxin に 比 べ ，注入による線条体の過興奮は，黒質網様部から視床を介

Bicuculline が安定して，チック症状を誘発することが明し，一次運動野の同期性発火を引き起こすことでチックらかとなった。線条体への Bicuculline の少量注入は，線症状を誘発すると考えられる。今後は，線条体過興奮チ

条体における体部位局在に一致した一過性の筋収縮を示

ック症モデルマウスにおいて，黒質網様部における線条

すチック症状を誘発するが，さらに注入量を増加させる

体からの軸索終末を，光遺伝学により人工的に神経活動と全身に拡がるてんかん様症状を引き起こした。また，操作する（活動抑制させる）ことで，チック症状が改善

症状発現に先行して，一次運動野の脳波活動ならびに該するかどうか行動学的に解析する。

当体部位の筋電図活動の一過性上昇を観察した。さらに，

25．神経麻痺性角膜症に対する TRPA1 を標的とした治療
岡田由香，雑賀司珠也（和歌山県立医科大学）
佐野裕美，南部篤（生体システム研究部門）

小林憲太（ウィルスベクター開発室）

神経麻痺性角膜症は，三叉神経第一枝領域が障害されは，蛍光タンパクのみの AAV ウイルスベクターを同様

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の方法で注入した。AAV ウイルスベクター注入４週間後遅延が惹起される疾患である。難治性であり研究的治療にケタミン麻酔下で直径 2 mm の上皮欠損を作成し，遺方法が提唱されるものの，一般には対症療法のみで，根伝子導入された各種 TRP チャネルを角膜で強制発現し治的な治療法がない。病態解明と新規治療戦略の確立のたものとコントロール群で比較した上で，上皮欠損修復目的で，三叉神経節や角膜に分布する感覚神経終末（一時の角膜混濁の状態，上皮欠損の治癒速度，炎症性サイ部，角膜上皮にも）に存在し，知覚に関与する各種

トカインの発現などを検討し，TRPV4 の障害三叉神経でTransient receptor potential (TRP) チャネルシグナルの神の過剰が神経麻痺性角膜症の治療に有効であったことが

経麻痺性角膜症の病態への関与を検討した。

わかり，その結果は，

マウス三叉神経第１枝をジアテルミー電極で障害し神Okada Y, Sumioka T, Ichikawa K, Sano H, Nambu A,

経麻痺性角膜症の動物モデルを作製した。方法は，ケタKobayashi K, Uchida K, Suzuki Y, Tominaga M, Reinach PS,

ミン麻酔下で無痛的に頭蓋外から 20G のジアテルミー電

Hirai SI, Jester JV, Miyajima M, Shirai K, Iwanishi H, Kao

極を挿入し，３分間三叉神経第１枝を凝固した。角膜知WW, Liu CY, Saika S. Sensory nerve supports epithelial stem

覚については経時的にエアージェット刺激で瞬目反応のcell function in healing of corneal epithelium in mice: the role

低下の有無で確認した。

of trigeminal nerve transient receptor potential vanilloid 4. Lab
Invest. 2019 ;99(2):210-230.

以前の研究で，TRPV4 のウイルスベクターを用い，障害３ヶ月後，TRPV4 の AAV ウイルスベクターを，ケタで報告した。
TRPA1 AAV を用いた研究でも，上皮欠損の修復が改ミン麻酔下の定位脳手術で，頭蓋外から三叉神経第１枝

善されたことから，今後も検討を重ねる予定である。

に微量注入装置を用いて注入した。コントロールとして149

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第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

26．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，Chantalle Briggs（Dalhousie 大学, Department of Medical Neuroscience, カナダ）
太田啓介，尾上健太（久留米大学医学部･解剖学講座）
窪田芳之（生理学研究所･大脳神経回路論研究部門）

睡眠覚醒のサイクルの維持には，視床下部の神経細胞

OX 陰性の樹状突起のシナプス間隙にも接近していた。

が重要な役割を演じている。我々は，星状膠細胞

星状膠細胞の細胞体や突起同士の直接のコンタクトも頻（astrocyte）が，視床下部の覚醒促進細胞（オレキシン

繁であった。これらの質的なデータに加えて，星状膠細（OX）細胞）への興奮性入力の強度を，睡眠状況（断眠胞とシナプス間隙の距離の数量的解析を進めている。

/安眠）によってダイナミックに調節している事を明らか

また，個々のシナプスについて，興奮性であるか抑制にした（Briggs, Hirasawa & Semba, J Neurosci 2018）。本

性であるかを免疫組織化学法で同定するために，OX の研究では，睡眠状況によって，星状膠細胞突起とシナプ

ほかに VGluT1/2 と VGAT を加えて四重染色し，レーザ

ス間隙の間の構造的な関係が，どのように変化するか（接ー共焦点顕微鏡で画像を獲得し解析を進めた。5 つの OX

着と撤収）を，電子顕微鏡で解析する。６時間の断眠，細胞について，そのシナプスのうち，50－70 %まで

もしくは安眠させたラット（各グループ３匹）を灌流固

VGluT2 または VGAT で同定できたが，そのうち 60－

定した後，視床下部の切片を作成済みである。

75 % は VGAT＋であった。OX 細胞の細胞体へのシナプ

新たに 4 匹目のラットについて，これまでと同じく

スは大部分が興奮性であるという報告があるが，我々のATUM-SEM 法を使い取得した連続電顕画像データセッ

データは抑制性の入力もかなりあることを示唆している。

トを 4 つの OX 細胞について獲得した。３次元再構築に

これらの観察は，星状膠細胞が OX 細胞への入力の調よる解析をすすめたところ，以前に観察したように，星節に重要な役割を演じていることを示唆する。今後，さ状膠細胞は半分以上のシナプス間隙に接近して位置してらに細胞の数を増やし，睡眠条件の違いがもたらす OX

いることを確認した。また同じ星状膠細胞突起が OX 細細胞上の興奮性と抑制性シナプスと星状膠細胞突起との胞の複数のシナプス間隙に接近しているのが普通であり，関係を質的また数量的に調べる予定である。

27．前頭皮質 6 層錐体細胞のシナプス結合に関する電子顕微鏡による解析
苅部冬紀（同志社大学）

哺乳類の前頭皮質第 6 層錐体細胞の主要な投射先は視画像の対応を取ることで，視床投射細胞を同定し，その軸索を中心として，三次元的再構築を行った。

床である。その皮質局所回路におけるシナプス結合の標的を詳細に明らかにするため，改変 ATUM 法と組織処理

視床投射細胞の軸索神経終末が形成するシナプス後部方法（Kubota et al., 2018）を用いて前年度に作製した電子の標的構造を同定し再構築した結果，一部のシナプスの顕微鏡標本の解析を行った。

標的構造は棘突起であった。また，それらの標的構造のin vitro スライス標本を用いて蛍光染色した近接する 3

棘突起密度から考察すると，錐体細胞の樹状突起である個の視床投射細胞を含む 6 層脳領域から 35 nm 厚の連続ことが推測できた。

超薄切片を作成し，それらの SEM 画像を取得した。現在

シナプス結合を電気生理学的手法により同定する手法

までに画像を取得した領域は 600ｘ150ｘ7 µm3 の範囲で

では，6 層視床投射細胞からは GABA 作動性介在細胞へある。あらかじめ撮影しておいた蛍光顕微鏡画像と SEMのシナプス結合が高頻度で見られるのに対し，6 層錐体150

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第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

細胞（視床投射細胞と皮質内投射細胞から構成される）

細胞体に伝道する EPSP が極小である。この場合，電気への投射はほぼ観察されなかった。現段階では，以下の生理学的検出感度を高める必要がある。

二つの可能性が考えられる。（1）棘突起を持つ樹状突起

今後は，さらに多くのシナプス構造を再構築することへのシナプス結合は全体から見て低頻度である。（2）棘により，この二つの仮説を検証する。

突起を持つ樹状突起への投射は，細胞体から遠位であり，28．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，孫在隣，畑田小百合，江川尚美，北啓子，川口泰雄（自然科学研究機構 生理学研究所 基盤神経科学研究領域 大脳神経回路論研究部門）

大脳皮質運動野は，運動性視床核の ventral anterior-

酸脱炭酸酵素 67kD（GAD67）に対する抗体を用いて脳切ventral lateral nuclei (VA-VL), ventromedial nucleus (VM) を

片を蛍光免疫染色し，運動性視床核の亜核 VA-VL, VM を介して，大脳基底核と小脳からの情報を受け，統合するこ

区別し，GFP 陽性ニューロンが分布する亜核を同定した。

とで適切な運動司令を脊髄へ出力する。大脳基底核の情報

大脳皮質の切片において GFP 陽性視床-皮質神経線維のを伝える視床投射細胞の軸索は皮質１層に，一方，小脳の局在を把握するため，赤色蛍光標識されたレクチンで血情報は中間層に主に分布することが明らかになっているが，管壁を，DAPI（青色蛍光）で細胞核を対比染色し，LSM

そのシナプス結合の相手は不明である。本研究では，各視を用いて高倍率で連続フォーカス画像を撮影した。その床核からの視床—皮質投射軸索終末が，大脳皮質でどの神経

後，大脳皮質の切片を EM 観察用に組織処理し，連続超組織にシナプス結合するかを，レーザー共焦点顕微鏡（LSM）

薄切片を作製後，走査型 EM で広範囲撮影を行い，EM 画と電子顕微鏡（EM）の相関解析法により検討した。

像データセットを作製した。LSM と EM の画像データセ

ペントバルビタールの腹腔内投与によりラットを麻酔

ットの相関観察解析により，GFP 陽性の視床-皮質投射

し，膜移行性シグナル付きの緑色蛍光タンパク（palGFP）

軸索を同定し，三次元再構築によりシナプスターゲットを発現するアデノ随伴ウイルスベクター（AAV-palGFP）の構造解析を行った。大脳基底核情報を受ける亜核から溶液を詰めたガラス針を視床核に刺入し，AAV を電気的の皮質投射線維の再構築解析を実施した結果，軸索終末に注入した。手術から１週間後にラットを灌流固定しては比較的小さく，大脳皮質の錐体ニューロンのスパイン

脳を取り出し，ビブラトームにて厚さ 100 µm の切片をに特異的にシナプス結合することが明らかになった。今作製した。蛍光顕微鏡下で，AAV に感染して GFP を発後は VM ニューロン，VL ニューロンについて形態解析現している神経細胞を含む切片を選出した。グルタミンを行い，シナプス結合則の違いを解明したい。

29．新規蚊媒介性ウイルスの三次元構造解析
岡本健太（ウプサラ大学）
ソン･チホン，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）

近年報告された蚊を宿主とするネギウイルス（Negeviridae）

造（ORF3 タンパク質）と突起構造（ORF2 タンパク質）

は，植物ウイルスと近縁のウイルス群である。ネギウイル

からなっている。私たちは，生理研との共同研究のもと，スの構造は非常に特徴的であり，楕円状のエンベロープ構

フィリピンで分離されたネギウイルスである Tanay virus

151

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告（TANAV）の詳細な構造解析に取り組んでいる。これま“Structure and its transformation of elliptical nege-like Tanay

でのクライオ電子顕微鏡の単粒子解析から，TANAV の楕

virus”と題して，論文投稿を予定している。
ネギウイルスの突起構造を構成するタンパク質（ORF2）

円状構造を三次元で解き明かすことに成功した。さらに，
特定条件下では TANAV は，自身の構造を劇的に変化させは，その近縁の植物ウイルスには存在していない。蚊にることがわかってきた。その構造変化の生理的な役割を解対しての感染能をネギウイルスが獲得したのは，ORF2

明するために，クライオトモグラフィー法や対称性に基づタンパク質を介した感染や遺伝子放出が鍵となっている

いた構造平均化を用いて，構造変化を起こした TANAV のと考えられる。本研究を通して，植物ウイルスが，蚊を三次元構造決定を行った。これらの構造解析の結果から，宿主として適応する際に，どのように粒子構造をネギウ

TANAV 粒子がどのように形成され，また細胞内部で自身

イルスのように進化させる必要があったのかを示唆するの遺伝子を放出するかという機構に関して，構造を基盤とことができた。

したモデルを立てることができた。以上の結果は，

30．真核生物の繊毛構築のための輸送機構の構造学的解明
今井洋，昆隆英（大阪大学大学院･理学研究科）

ソン･チホン，村田和義（生理学研究所）

真核生物の繊毛は，精子の遊泳や体軸の左右相称性のた。この繊毛中のどこに私たちが発見した新規ダイニン決定に重要な働きをする。繊毛を構成するタンパク質のサブユニットがあるかを決めるために，分子遺伝学的方欠損により，不妊症を含めて様々な繊毛病が引き起こさ法で，ビオチンラベルした。その繊毛を単離して，細胞れることが知られている。

膜を取り除き，ストレプトアビジンとビオチンを付与することで，ラベルを大きく認識しやすくした。

繊毛が運動することにより，繊毛が生えている細胞上に水流が作られるが，その動力源は，ダイニンと呼ばれこの繊毛を急速凍結した後に，生理学研究所の JEM2200FS

るタンパク質である。私たちは，共同研究により，繊毛クライオ電子顕微鏡を用いて，繊毛の連続傾斜画像を撮影中に存在する新規のダイニンのサブユニットを発見した。

した。コンピュータを用いて，これらの連続傾斜画像から

このサブユニットが欠損すると，運動の調節に異常をき

繊毛の３次元再構成を行った。さらに，その一部を切り出たすことがわかった。そこで，このサブユニットが繊毛して，平均化（サブトモグラムの平均化）を行った。
その結果， 新規のダイニンサブユニットの位置が世界のどこでどのような機能をしているかを構造生物学的にで初めて明らかとなった。その位置から機能も推測でき明らかにする目的で，構造解析を行った。

ると考えている。現在，分子遺伝学的なデータと合わせ実験材料には，分子遺伝学の手法が確立しているモデル生物である緑藻の Chlamydomonas reinhardtii を使用した内容で，論文投稿の準備を進めている。

31．イネ萎縮ウイルス（RDV）の構造構築機構の解明
中川敦史（大阪大学蛋白質研究所），宮崎直幸（筑波大学生存ダイナミクス研究センター）
東浦彰史（広島大学医歯薬保健学研究科），村田和義（生理学研究所）

イネ萎縮ウイルス（RDV）は，レオウイルス科に属す有している。ゲノムを内包するキャプシドは，２重殻構

正二十面体対称をもつ直径約 70 nm の球状粒子であり，造をしており，内殻は分子量 116K の P3 タンパク質 120

12 本に分節した二本鎖 RNA からなるウイルスゲノムをコピーから，そして外殻は分子量 46K の P8 タンパク質152

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告780 コピーから構成されている。レオウイルス科のウイり，Pns12 がリング上の構造とそこから周囲に伸びる不ルスは，感染細胞の細胞質内にバイロプラズマと呼ばれ定形の紐状の構造から構成されていることが判明した。

る凝集体を形成し，その内部で複製をおこなうため，バ

Pns12 の C 末端領域は，X 線結晶構造解析により９量体

イロプラズマがウイルスの正確な粒子形成において重要のリング構造を形成することが明らかになっており，電な役割を果たしていると考えられているが，その仕組は

子顕微鏡観察で見られたリング状構造と良く一致した。

良く分かっていない。

一方，X 線結晶構造解析において構造が決定できていな

RDV のバイロプラズマは，ウイルスタンパク質 Pns6，

い N 末端領域は，電子顕微鏡観察においてみられた，リ

Pns11，Pns12 から構成されているが，特に Pns12 がバイ

ング状の構造から外側に伸びる不定形の紐状の構造であロプラズマの主要成分であり，ウイルスの正確な粒子形ると考えられた。さらに，Pns12 のオリゴマー同士は，そ成において重要な役割を担っていると考えられている。

の紐状構造体により，互いにゆるく結合している様子もそこで，我々は，バイロプラズマの実態を解明するため，捉えられた。これらの観察結果から，バイロプラズマのPns12 の構造解析をおこなった。Pns12 を大腸菌発現系に主要構成要素である Pns12 は，そのフレキシブルな N 末より調製し，生理学研究所のゼルニケ位相差クライオ電端領域で互いにゆるく結合することで，内部でウイルス

子顕微鏡により，その構造を調べた。高コントラストで粒子の形成が可能となる巨大なマトリックス構造を構築観察できる位相差クライオ電子顕微鏡を用いることによできているということが示唆された。

32．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）
複数の細胞種（α, β, δ, PP）から構成される膵島の超低コール（EG）と非透過型 CPA の 0.5 M シュクロースをベ温保存技術を確立できれば，インスリン投与が主流の１型

ースに，CPLL を 10 %または 20 %の濃度で添加したもの

糖尿病の治療法に膵島移植という選択肢を与える。インスをガラス化保存液とした。その結果，CPLL を 20 %の濃度

リン離脱につながる移植用膵島の保存技術を確立するこで添加すると生存率は有意に向上（74 vs 65 %）し，SI 値とが本研究の究極の目的である。今年度，ラットの膵島でも 4 以上を保った。実験 2 では浸透圧ショック緩和につな

良好な保存成績が得られることを報告してきたガラス化

がる透過型 CPA 濃度の低減を目論み，20 %CPLL を含む

保存法について，iPS 細胞や未受精卵・胚を含む様々な細上記ガラス化保存液から EG を 10 %または 20 %の濃度に胞種で凍害保護物質（CPA）としての効果が報告されてい減じたものを用いたが，生存率の低下（50〜64 %）は有意

るカルボキシル化ポリリジン（CPLL）をガラス化保存液だった。実験 3 では，30 %EG，0.5 M シュクロース，に添加してみた。F1 (Wistar × BN) 雄ラットの膵臓から単

20 %CPLL からなるガラス化保存液を用い，目開き 57-µm

離した外径 101〜200-µm の膵島を 24 時間培養後，市販ののナイロンメッシュを三角錐展開図様に加工したデバイ

クライオトップをデバイスに膵島 10 個単位で載せてガラスに膵島 50 個単位で載せてガラス化保存した。デバイス

ス化保存した。加温後の膵島の生存率は FDA/PI 二重染色

当たりの搭載膵島数を 5 倍に増加させても生存率 68 %，後の Image-J 解析で，インスリン分泌能は ELISA 測定に基SI 値 3.7 という結果が得られ，実用可能な蘇生レベルを達

づく刺激指標（SI: 20 mM グルコース刺激値を 3 mM グル成した。以上，ラット膵島のガラス化保存において

コース刺激値で割ったもの）で比較した。新鮮対照膵島の

20 %CPLL の添加が有効なことを見出し，細胞毒性が懸念

生存率は 97 %，SI 値は 4.1 であった。実験 1 において，される DMSO を CPA として使用しないでも膵島を良好に20 %ウシ胎児血清，細胞透過型 CPA の 30 %エチレングリ

蘇生させられるようにした。

153

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

33．霊長類 iPS 細胞を用いた生殖細胞の分化誘導と遺伝子発現解析
今村公紀，仲井理沙子，小塚大揮（京都大学霊長類研究所ゲノム細胞研究部門ゲノム進化分野）
小林俊寛，平林真澄（生理学研究所）

霊長類 iPS 細胞の生殖細胞分化誘導は，ヒト発生進化

ポーターをノックインしたチンパンジーiPS 細胞が作製の生物学的基盤の解明や希少霊長類の保全・繁殖の観点され，これらのチンパンジーiPS 細胞を用いた PGC 分化から重要である。本研究では，当研究室で樹立した非ヒ

誘導によって tdTomato 陽性細胞を分化誘導できること

ト霊長類 iPS 細胞を用い，生理学研究所遺伝子改変動物を確認してきた。また，ニホンザル iPS 細胞を用いた場

作製室の始原生殖細胞（PGC）分化誘導技術と設備を利合においても PGC 分化を確認してきた。本年度は，使用用することで，霊長類 PGC の分化誘導と遺伝子発現解析したチ ンパ ン ジーiPS 細胞 の特性 解析 に 関する 論文に取り組んできた。2018 年度からは両研究所の双方向の（ Kitajima et al., Stem Cell Research, 2020; Lin et al.,

共同利用研究とし，プロジェクトの深化を図っている。

Differentiation, 2020）を発表することができたほか，PGC

これまでに，所内対応者である小林俊寛先生によって分化研究について新聞記事としても取り上げられた。

PGC 特異的に発現する NANOS3 遺伝子座に tdTomato レ

34．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）
小林俊寛，平林真澄（生理学研究所）

ラットはマウスと同様に実験動物として長い歴史があ

マップ作製に成功し，公開されているマウス・ヒト PGCり，医学や生物学（特に生理学・行動学）の分野でモデ

トランスクリプトームとの比較解析により，ラット PGC

ル生物として用いられる。一方で，発生工学的技術の開はマウス PGC とよく似た PGC 関連因子の発現パターン

発はマウスが圧倒的に先行しており，ヒトを念頭においを示すことを明らかにした（図１左下）。またラット PGC

た遺伝学・発生学分野における優れたモデル動物としてでは DNA メチル基転移酵素遺伝子（DNMTs）発現の顕

主にマウスが利用されている。近年，ヒト・マウス初期

著な低下も確認され，マウス・ヒトと同様に DNA 低メ発生過程における DNA メチル化，ヒストン修飾などのチル化状態にあると推測される（図１右下）。現在全ゲエピゲノム情報解析が数多く報告されており，各細胞系

ノムバイサルファイトシーケンス法によりゲノムワイド

譜分岐の決定に重要なプロセスの詳細が明らかになりつなメチル化状態のプロファイル化（DNA メチローム解析）

つあるが，ヒト・マウス間にみられる発生機序の種間差を行っている。

の原因は不明な点が多い。そこで発生モデル動物として

また，マウス・ラット・ヒトに加え，チンパンジー・のラットの価値を再評価し，胚発生・生殖細胞形成過程

アカゲザルの卵子 DNA メチローム比較解析により，種のエピゲノム情報についてラットを含む複数の哺乳動物

特異的な母方ゲノム刷り込み領域の成立には内在性レト

種間の比較解析を行うことにより，哺乳動物発生過程に

ロウィルスが起因となる転写ユニットが関与することをおけるエピゲノムパターンの種間差をもたらす要因の特明らかにした（Nature Communications, 2019）。
今後，試験管内再構築で誘導したラット PGC 様細胞定を試みた。
我々は生殖細胞マーカーである PRDM14 遺伝子改変（PGCLC）のトランスクリプトーム・エピゲノム解析をラットを作製し，ラットにおける始原生殖細胞（PGC）

予定している。また，ラットゲノム刷り込み領域の全容の可視化・単離に成功した（図１上）（Development, 2020）。

を明らかにするため，2 系統間ハイブリット胚の多型別また回収した PGC のトランスクリプトーム（RNA-seq）

RNA-seq および DNA メチローム解析を行う。

154

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第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

35．ノロウイルスの高分解能構造解析
片山和彦，戸高玲子（北里大学北里生命科学研究所･感染制御科学府ウイルス感染制御学 I）
村田和義，ソン・チホン（生理学研究所）

ノロウイルスやロタウイルスに代表されるウイルス感に感染させ，培養上清に放出されてくる感染性 MNV 粒

染による下痢症は，世界中で毎年数百万人規模の感染者子を精製した。一方，MNV ゲノムの Virus capsid protein

を出し，大きな社会問題となっている。特にノロウイル

をコードする領域をバキュロウイルスベクターに組み込スは，未解決なウイルス学的問題が多く残っている。そみ，昆虫細胞で発現させ MNV-VLP を得た。精製した

れは，ノロウイルスの感染，病原性発現機構を研究する

MNV, MNV-VLP を生理学研究所に運び，クライオ電顕ためのモデル動物，効率良くウイルスを増殖させる培養によって詳細に解析を行った。MNV は，5.2 Å の分解能細胞がほとんど無いことに起因する。

の三次元構造を得た。MNV は P ドメインのヒンジ部分

本研究では，唯一培養細胞で安定して増殖させることが折りたたまれ，隣接する P ドメイン同士が P2 ドメイが可能なマウスノロウイルス（MNV）を用いて，その高ンで互いに手をつないだように固定された形状を取って分解能三次元構造をクライオ電顕により解析している。

いることが明らかになった。
2019 年度は，これまでのデータを整理し，PLoS Pathogen

また，バキュロウイルス発現システムを用いてウイルス
様中空粒子（Virus Like Particle: VLP）を作製し，構造解に投稿し，アクセプトとなった。

析を行っている。感染性粒子と VLP の解析結果を比較検2020 年度に向け，更に VLP の高解像度の画像取得を討することにより，ノロウイルスの粒子構造（エクステ

目指すとともに，感染性粒子とレセプター分子 CD300lf

リア，インテリア）を明らかにすることを試みている。

との結合部位を精密に特定することを試みる。また，懸昨年度は，MNV を株化培養細胞 RAW264.7（以下 RAW）

155

案である内部構造解析も試みる。

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告

36．タイトジャンクション分子の局在と機能の解析
東

智仁，齋藤

明

（福島県立医科大学）

タイトジャンクションは上皮細胞の細胞間の上極に位している事を見出した。また，古瀬研究室の協力により，置し，液体や溶質の透過性を制御する事によって上皮の透過型電子顕微鏡法を用いて３種類の KO 細胞のいずれ

バリア機能の維持に寄与している。

も，超薄切片上のタイトジャンクションの超微細形態に本研究では，タイトジャンクションを構成する因子の大きな変化が生じていない事を明らかにした。さらに，

うち，TAMP ファミリー，claudin ファミリー，JAM ファ

凍結割断レプリカ法によってタイトジャンクションを構

ミリーの局在及び機能に関する解析を行うことを目的と成する紐状構造である TJ ストランドの形状を観察したした。このうち，claudin 及び JAM ファミリーについて

ところ，dKO 細胞に変化が生じている事を見出した。具は，免疫電子顕微鏡法による局在の解析を行う事を当初体的には，野生型の細胞では TJ ストランドは互いに結びの目的とし，蛍光免疫染色法によって固定・染色条件のついて網目状のネットワークを作っているが，dKO 細胞検討を行い良好な条件を決定した。現在はいったん実験

ではその交点が減少し，ネットワークの複雑性が大きくを停止しているが，今後再度共同研究を申請して局在・低下していた。オクルディン KO 細胞及びトリセルリン

機能について検討を進めていく予定である。

KO 細胞では変化は見出されなかった。また，TJ ストラ

TAMP ファミリーについては，イヌ腎臓上皮細胞であンドネットワークを数理モデル化し，その複雑性が低下

る MDCK II 細胞を親株として，オクルディンノックアウ

した場合の透過性に与える影響を検討したところ，モデト（KO）細胞，トリセルリン KO 細胞，オクルディン・

ル上でもバリア機能が低下する事が分かった。以上の結トリセルリンダブル KO（dKO）細胞を樹立した。これら

果より，TAMP ファミリーに属するオクルディンおよびの細胞を用いて，経上皮電気抵抗法およびトレーサー透

トリセルリンの２分子は冗長性を持って TJ ストランド

過法によって上皮バリア機能の検討を行い，オクルディ

ネットワークの端点の形成や維持に寄与していることがン KO 細胞，トリセルリン KO 細胞ではバリア機能が保示され，また，そのことによって上皮バリアの向上に寄持されているのに対し，dKO 細胞ではバリア機能が低下

与している事が示唆された。

37．統合失調症モデルマウスの脳波ダイナミクス解析手法の開発（随時募集課題）
那波宏之（新潟大学脳研究所分子神経生物学分野）
北城圭一（生理学研究所神経ダイナミクス研究部門）

統合失調症は，近年，その患者の脳波，MEG 研究から新生児の SD ラットに上皮成長因子 EGF を皮下に毎日 9大脳皮質活動とその領域間結合性に異常が見出されてい日間注射して，統合失調症の発達障害仮説に基づく動物る。本研究ではげっ歯類の統合失調症モデル動物から，モデルを作製した。その過程ではモデル動物の体重など

大脳皮質の複数領域から硬膜上脳波やユニット記録を行に大きな身体変化は観察されなかった。これらの動物をい，その異常性を判別できる神経活動の解析方法を開発

3 か月程度まで成長させ，聴覚皮質，視覚野，体性感覚

しモデル動物の妥当性を判定するとともに，本疾患の認野，前頭前野に硬膜上電極を設置し，脳波反応を計測し知行動異常の生理学的基盤のヒントを得る。

た。刺激には 3 つの連続する音 10 Hz（80 dB 純音，0.5

モデル動物の作製，生理学データ収集は，新潟大学のsec），光 LED ライト（90 Lux，0.5 sec），感覚刺激；風

動物実験倫理委員会の承認下で実施されたものを用いた。

（8 CFM，0.5 sec）の 3 種を用いた。予備的な解析におい156

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

一般共同研究報告て，音刺激において，モデル動物の聴覚野電極では HIGH

PHASE 結合性は低下していることが示唆されている。今ガンマ帯の反応が出ること，感覚ゲーテイング能が低い

後，より詳細な解析と追試をとおして，統合失調症モデことが観察されている。また，聴覚野との脳波 PHASE 結ルにおける皮質間の機能席結合性変化と認知機能障害の合性が，他の電極間で，その刺激間のベースライン時に関係性を明らかにする計画である。

亢進している事，逆に刺激応答性の事象関連電位の157

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第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

計画共同研究報告
〔

目

次

〕

1． ドーパミン受容体遺伝子操作マウスを用いた運動制御機構の解析 ······································· 163
2． 電位依存性カルシウムチャネル alpha2delta サブユニットの局在とシナプス形成における役割··············· 164
3． 脳の左右を決定する新規遺伝子変異 ································································· 164
4． 小脳をモデルとした抑制性ニューロンの「数」制御メカニズム ········································· 165
5． 人工染色体導入ヌードマウス iPS 細胞を利用した異種間胚盤胞補完 ····································· 165
6． 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 ··································· 166
7． 生理学的アプローチによるクラスター型プロトカドヘリン（Pcdh）の視覚神経回路形成の機能解明 ········· 167
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 ······················· 167
9． 神経幹細胞の未分化性維持に関わる遺伝子の機能解析 ················································· 168
10．機能的な神経回路形成における神経細胞の個性化の役割 ··············································· 169
11．脳の構造形成，機能化に関わる遺伝子の解析 ························································· 170
12．グリア細胞に発現する温度感受性分子の探索と機能解析 ··············································· 170
13．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 ·································· 171
14．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
15．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 ················· 172
16．光刺激法を用いた大脳基底核神経回路機能の解析 ····················································· 172
17．ビオプテリン部分欠乏マウスにおける運動障害発症機構の解析（Spr-flox マウスの電気生理学的解析） ····· 173
18．成熟マウス淡蒼球におけるグリア型 GABA トランスポーターの機能解析 ································ 174
19．髄鞘の神経伝達調節機構の 3 次元超微形態学的解析 ··················································· 174
20．高脂肪食摂取下における腸管粘膜防御機能と吸収機構に関するメカニズムの解明 ························· 175
21．2 型糖尿病性上皮障害における SGLT 阻害剤の薬理作用 ··············································· 175
22．成体脳内における新生ニューロンの高速移動を制御する超微細構造の解析 ······························· 176
23．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 ··································· 177
24．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 ························· 177
25．Serial Block-Face 走査型電子顕微鏡を用いた腸管粘膜固有層内の細胞の三次元超微形態学的解析 ············ 178
26．細胞分化過程を 3 次元構造解析するための技術開発 ··················································· 179
27．減数分裂におけるミトコンドリアの動態と酸化ストレスによる影響の解明 ······························· 180
28．Using Zernike phase plate cryo-EM (ZEM) to study topoisomerases ·········································· 180
29．HIV-1 Gag MA-Env 複合体のクライオ電子顕微鏡解析 ················································· 182
30．バクテリア DNA 凝集構造の位相差電子顕微鏡による観察 ············································· 183
31．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
32．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 ······························ 184
33．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
34．ホログラフィック計測・操作による高次脳機能の創出 ················································· 185
35．線虫を用いたシナプス形成における CaMKII の機能解析 ··············································· 187
36．動物モデルへの双方向性計測操作による発振現象の理解 ··············································· 187
37．海馬シナプスにおける入力側依存性左右差の形成機構 ················································· 188161

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

38．マウス大脳皮質広範囲に GCaMP を発現させるウィルスベクターの開発とそのインジェクション方法の構築 ·· 188
39．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
40．ウィルスベクターによる分子発現系を用いた慢性痛脳内可塑性メカニズムの解明 ························· 189
41．光計測と光刺激を用いた脳機能作動原理の研究 ······················································· 190
42．目的指向型行動における腹側海馬－腹側線条体回路の役割の解明 ······································· 190
43．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 ············································· 191
44．アデノ随伴ウィ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
45．神経路特異的標識を用いた視床下部外側野に投射するマウス嗅皮質亜領域の機能と神経接続の解析 ········· 192
46．ウィルスベクターを用いた集中的リハビリテーションの作用機序の検討 ································· 192
47．ウィルスベクターを用いたグリア細胞-ニューロンシグナリングの解明 ·································· 193
48．報酬学習の神経回路機構解明に資する技術開発 ······················································· 193
49．ウィ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 ······················· 194
50．大脳基底核回路の解析 ············································································· 194
51．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 ························· 195
52．自己免疫性脳炎における自己抗体の標的蛋白質の同定 ················································· 195
53．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メカニズムの解析 ··························· 196
54．多様な生物種を比較することによるイオンチャネルと受容体の機能解析 ································· 197
55．Ca チャネルのカルモジュリンによる調節機構 ························································ 197
56．新規の 7 回膜貫通型の温度受容体候補タンパク質の培養細胞における温度応答性ダイナミクス ············· 198
57．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 ·········································· 198
58．温度感受性 TRPV チャネルによる上皮細胞増殖と細胞移動制御機構解明································· 199
59．Serial block face SEM visualization of cytomixis in tobacco meiocytes ········································ 199
60．プロテアソーム関連タンパク質の超分子複合体の構造機能解析 ········································· 200
61．原索動物神経回路の三次元超微細形態学的解析 ······················································· 200
62．大脳皮質ニューロンの微細構造の解析 ······························································· 201
63．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 ··················· 201
64．The Effects of Prenatal Bisphenol-A Exposure on Synaptic characteristics in the Hippocampus of the Rat Offspring ···· 202

162

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第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告1．ドーパミン受容体遺伝子操作マウスを用いた運動制御機構の解析
笹岡俊邦，齊藤奈英，田井中一貴（新潟大学脳研究所）
Tom Macpherson，疋田貴俊（大阪大学），山口
知見聡美，南部瞬（岐阜大学）篤（生体システム研究部門）

ドーパミン（DA）伝達は，報酬記憶と嫌悪記憶の両方

後，D1R の領域特異的欠損マウスを使用した解析や，c-Fosに関与している。D1 ドーパミン受容体（D1R）様受容体などの他の IEG に着目して嫌悪刺激により誘発される発は，海馬 CA1 のシナプス可塑性および嫌悪記憶課題に関

現様式の解析は，嫌悪記憶形成の基礎となる神経回路と分連する長期記憶への関与が報告されている。D1R はまた，子機構の理解に有用と考えられる。以上の研究成果を論文

長期増強現象の初期から後期への移行に必要な海馬に報告した（Saito et al., Neurosci. Res. in press）。

CA1 領域の最初期遺伝子（IEG）である Arc の誘導にもA関与している。Arc の発現は，記憶形成中に活性化したニューロンの識別に有用である。他の IEG と異なり，ArcA

発現誘導は行動課題に固有であり，さらに，Arc はシナ
プス後ニューロン分子と相互作用し，シナプス機能の調節により影響を及ぼす。神経活動依存性の Arc 発現の発生段階における出現は DA 伝達に依存している。前頭 DA
回路の活動の発揮には機能的な Arc を必要とし，Arc 発
現様式は，行動課題誘発神経信号における D1R を介した

1

DA 伝達の指標として役立っている。
本研究では，Arc 発現制御により蛍光タンパク dVenusを高発現する Arc-dVenus マウスを使用し，D1R 発現を

1500μm薬物投与で調節できる D1R ノックダウン(D1RKD)マウ

B

スとの複合マウスを作成し，嫌悪記憶の形成を解析し，PA併せて，全脳透明化による３次元高解像度解析法として田井中らが開発した CUBIC 法により，Arc 発現様式を
dVenus の発現により解析した。
その結果，D1RKD マウスは D1R 欠損状態で，受動的回避試験の成績低下を示し，D1R を介した DA 伝達が嫌悪記憶の形成に重要であること，併せて，視覚・体性感覚および運動野を含む大脳皮質における，嫌悪刺激に続く Arc
発現が低下することを見出した。これらの結果は，D1R を介した DA 伝達が少なくとも部分的に大脳皮質ネットワ

1500μmーク内の神経活動を増加させて嫌悪記憶形成を促進するPことを示唆している。しかし大脳皮質に局所的に発現する
電気刺激後の Arc-dVenus D1RKD マウスの全脳 3D イメージン

D1R が嫌悪刺激に続く神経活動の増加の原因であったの

グの水平断面図. (A) D1R 発現あり，電気刺激あり (B) D1R 欠損，か，それとも海馬を含む他の脳領域で発現する D1R が大電気刺激あり 黄色は dVenus シグナル，
青色は核染色 A: anterior,

脳皮質の活動を間接的に変化させたのかは不明である。今

P: posterior

163

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

2．電位依存性カルシウムチャネル alpha2delta サブユニットの局在とシナプス形成における役割
重本隆一（IST Austria）
平林真澄，三宝誠（生理学研究所）

電位依存性カルシウムチャネルは ion channel を形成するを付加したノックインマウスを CRPSR/Ca 法により作成すalpha1 サブユニットの他に細胞外の alpha2delta とチャネルることを試みた。現在，予想通りの変異を示す産仔が複数

複合体を形成するが，active zone におけるこれらのサブユ得られており，今後 homozygous mouse を作成後に，化学プ

ニット構成はよく知られていない。また我々は別の共同研

ローブを用いて小脳皮質のシナプス終末 active zone におい

究によって alpha2delta がシナプス形成に必須である事を示て凍結割断 replica 法でサブユニット構成やシナプス形成時唆している（論文改定中）。本研究では，小脳で発現しての発現の時系列を解析する。またこれとは別に，ventral

いる alpha2delta2 にタグ配列を付加したノックインマウス

medial habenula から interpeduncular nucleus への投射路におを作成しシナプス局在および alpha1 サブユニットである

いて，alpha1 サブユニットの一つである Cav2.3 が特異的に

Cav2.1 との共存を調べることが目的である。我々はタグ配発現し神経終末においてグルタミン酸放出に主にかかわっ

列とこれに特異的に共有結合を形成する化学プローブを用ている神経回路を同定した。このシナプスは非常に特異ないて任意の蛋白質を電子顕微鏡レベルで高感度に標識する性質を持っており，そこでも alpha2delta との共存を調べる。

方法を開発した（Tabata et al. iScience, 2019）。alpha2delta は，

またこの神経終末では他の多くの synpatophysin を発現する

シナプス間隙に存在すると考えられることから抗体の浸透終末と異なる synaptoporin が特異的に発現している。そこ

性の問題によって免疫組織学的方法では検出できないが，で，CRPSR/Ca 法により synaptoporin knockout マウスを作成

化学プローブは小分子であるためシナプス間隙まで浸透す

し，構造と機能の変化を調べる。こちらは，現在 2-cell stage

ることが期待できる。そこで，alpha2delta2 にこのタグ配列にて凍結したところで，
IST Austria でembryo transfer を行う。

3．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，三宝誠（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対った。そこで次に 2-cell stage にて凍結し，それらをドライ

称性が存在することを発見し，さらに脳の両側が右のフェシッパーにて送付，embryo transfer を試みたところ，効率

ノタイプ，逆に両側が左のフェノタイプを示す変異マウス

的に産仔を得ることができた。現在，送付された 26 バイを発見した。昨年度までの基生研共同利用研究によってこアルのうち 1 バイアルから得られた 11 匹について遺伝子の左右のフェノタイプを決めると思われる遺伝子変異を解析を PCR で行ったが，期待された変異を持つ個体はま同定したので，この変異を導入したノックインマウスを作だ得られていない。さらに別のバイアルから embryo

成し，予想通りの右および左のフェノタイプを示すことを

transfer を行ってさらに screening を進める。最初に得られ証明する。同定した遺伝子変異（右のフェノタイプを左のた 11 匹について guide RNA による indel mutation が全く

フェノタイプに変化させる）を CRISPR/cas9 法を用いて認められない場合は，新たな guide RNA を設計する必要

C57BL6 マウス受精卵に導入し，Blastocyst の段階で凍結がある。もし期待される変異を持つ産仔が得られた場合は，保存，それらを IST Austria に送付した。IST Austria にて

それらのマウスについて，左右入力 CA3-CA1 シナプスの凍結 Blastocyst を偽妊娠 C57BL6 マウスに戻すことを試み

サイズを測定することによって，フェノタイプを確認する。

たが非常に効率が低く，ほとんど仔を得ることができなか

またこの遺伝子変異を持つ left isomerism iv mouse および164

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

本来の right isomerism iv mouse について，行動の違いを調

preliminary な結果ではあるが，これら二つのグループの間べるために，delayed nonmatching-to-position task を行ったに差がみられるようである。今後もその他の行動実験を用ところ（相模女子大学の後藤和宏先生との共同研究），

いて working memory と reference memory を調べる。

4．小脳をモデルとした抑制性ニューロンの「数」制御メカニズム金子涼輔（群馬大学大学院医学系研究科）
平林真澄，三宝誠（生理学研究所）

我々の脳神経系において「抑制性ニューロンの数」は解明を進めた。昨年度に確立した条件に従い，セルソー

適切に制御されている。例えば，抑制性ニューロン数のターにて Pcdh 発現陽性細胞を分取した。これら細胞に異常は精神疾患の一因となる。さらに，進化の過程で霊おける DNA メチル化状態を解析した結果，Pcdh 発現陽長類は抑制性ニューロン数が増加した。これらは脳機能性細胞において DNA メチル化率が有意に低下している

発現における抑制性ニューロンの「数」制御の重要性を

ゲノム DNA 領域を同定した。今後はこれら領域の機能示唆する。しかし，そのメカニズムには未解明な部分が解明を進める。
サブテーマ２では，どの細胞タイプにおける Pcdh-g が多い。
申請者らは最近「プロトカドヘリン γ (Pcdh-g) 欠損マ

小脳抑制性ニューロン数の制御に関わるかを調べた。昨

ウスにおける小脳抑制性インターニューロン数の半減」

年度までに成熟プルキンエ細胞における Pcdhg は抑制性

（未発表）を見出した。本知見は，小脳抑制性ニューロ

ニューロン数の制御には関わらないことが示唆された。

ン数の制御における Pcdh 発現調節の重要性を示唆する。

今年度は胎生期以降の小脳の抑制性ニューロンにおけ本研究では本メカニズムを解明し，抑制性ニューロン数

る Pcdh-g の役割を調べた。そのため，PV-Cre マウスをの人為的操作方法を開発する。これにより，精神疾患の用いて作製した，条件付き Pcdhg 欠損マウス小脳を組織新たな治療法を開発すると共に霊長類脳の進化機構の学的に解析した。その結果，本変異型マウスの小脳抑制一端を解明する。

性ニューロンは，インターニューロン数は約 50%減少し，今年度は以下２つのサブテーマを進めた。（１）Pcdh

プルキンエ細胞数は約 80%に減少していた。本結果は胎発現制御メカニズムの解析，（２）小脳抑制性ニューロ

生期小脳における Pcdh-g は抑制性インターニューロン

ン数の制御メカニズム解明。

およびプルキンエ細胞の数の制御への関与を示唆する。
今後はどの Pcdh-g アイソフォームがこれら細胞数の制

サブテーマ１では，昨年度までに完成した Pcdh 発現
レポーターマウスを用いて，Pcdh 発現制御メカニズムの御に関わるかを調べる。

5．人工染色体導入ヌードマウス iPS 細胞を利用した異種間胚盤胞補完
山口智之，水谷英二（東京大学医科学研究所 幹細胞治療部門）
平林真澄（生理学研究所）

Di-george 症候群は，22 番染色体が大きく欠損するこ入が行われるが，Di-george 症候群のように染色体の大規とで発症する重症の免疫不全症候群であり胸腺低形成，模欠損による疾患は単一遺伝子の導入では治療できな

心奇形の症状を呈する。この胸腺低形成，免疫不全の症い。また，臓器，組織の正常な機能を反映する為には，状のモデルとなるのが，ヌードマウスである。遺伝子治遺伝子の発現を制御するプロモーターは内在性のプロ療では通常ウィルスベクターを用いた単一遺伝子の導モーターを用いることが好ましい。そこで，本研究では165

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告出を試みた。

染色体の大規模欠損を遺伝子治療で補完するモデルを構築する為にマウスの Bacterial Artificial Chromosome

その結果，Foxn1 homo mutant rat の末梢血には最終分（BAC）を搭載した人工染色体により遺伝子治療を施し化した T 細胞を検出することはできなかった。また，

たヌードマウス iPS 細胞を利用した胚盤胞補完法によっ

Foxn1 homo mutant rat を解剖したところ，胸腺の位置にて胸腺を再生し，移植治療をすることを目的とした。

は血腫のみが観察され，胸腺の実質組織は検出できなか

Nude の原因遺伝子である Foxn1 遺伝子が含まれるマった。

ウス 11 番染色体（78315885－78441677）の BAC を搭載

Nude mouse を用いた同種胚盤胞補完では，上記と同じした人工染色体（MAC）を導入した KSN Nude mouse iPS細胞を用いて胸腺が作出され，末梢血中に最終分化した細胞（Foxn1 iPSCs）と野生型マウス iPS 細胞を生理学研

T 細胞も検出できたことから，今後も継続して異種間胚究所 遺伝子改変動物作製室で樹立した Foxn1 mutant rat

盤胞補完を行い試行回数を増やすことでラット体内での胚盤胞に注入し，異種間胚盤胞補完法による胸腺の作のマウス胸腺作出を目指したい。

6．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，摂食を促進すると

弓 状 核 ニ ュ ー ロ ペ プ チ ド Y （ NPY ） ニ ュ ー ロ ン の同時に，生殖機能を抑制する機構が存在する。これまで

29.8±5.4 %,室傍核副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモンに，後脳において低栄養を感知しているのは，脳室壁上（CRH）ニューロンの 40.3±2.7 %，後脳上衣細胞のに並ぶ上衣細胞である可能性が示唆されてきた。本研究

16.0±1.2 %で WGA の発現が観察された。さらに，カテでは，後脳の上衣細胞と摂食や生殖機能を制御する神経コールアミン（CA）ニューロンが局在する後脳の C1 領

細胞間の神経経路を明らかにすることを目的とした。

域にも多数の WGA 免疫陽性細胞が観察された。

神経経路を可視化するため，以下 2 種類の遺伝子組換

弓状核 KP ニューロン由来の WGA が後脳上衣細胞でえマウスを利用した：①全身性に Cre 存在下で越シナプも観察されたことから，弓状核 KP ニューロンと後脳上ス性トレーサーであるコムギ胚芽凝集素（WGA）を発現

衣細胞の間には神経経路が存在することが明らかとなするマウス（CAG-STOP floxed-WGA-2A-GFP マウス）②った。さらに，摂食を司る弓状核 NPY ニューロンにも生殖機能を司るキスペプチン（KP）ニューロンに Cre を

WGA が観察されたことから，弓状核 NPY ニューロンに発現するマウス（Kiss1-Cre マウス）。これらの遺伝子組も後脳上衣細胞からの低栄養シグナルが伝達されてい換えマウスを交配することで，WGA を KP ニューロンにる可能性が示唆された。また，後脳による摂食と生殖機発現するマウスを作出した。交配して得られたマウスの能の制御に必要とされる室傍核 CRH ニューロンや後脳

凍結脳切片を用い，免疫組織化学染色（IHC）および in

CA ニューロンの局在領域にも WGA が観察された。以situ ハイブリダイゼーション法（ISH）により WGA の脳上から，後脳上衣細胞からの低栄養シグナルは後脳 CA

内局在を解析した。

ニューロンと室傍核 CRH ニューロンを介して，弓状核

WGA の IHC と各種マーカーの ISH もしくは IHC の二の NPY ニューロンや KP ニューロンに伝達され，摂食と重染色において，弓状核 KP ニューロンの 41.7±15.0 %，生殖機能を制御している可能性が示唆された。

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計画共同研究報告7．生理学的アプローチによるクラスター型プロトカドヘリン（Pcdh）の視覚神経回路形成の機能解明
大木研一，村上知成（東京大学大学院医学系研究科 統合生理学）
上村允人（関西医科大学大学院医学部 生物学）
平林真澄，三宝誠（生理学研究所）

分に分離可能となる iPS 細胞注入条件を組織的に検討し，マウスの１次視覚野では視覚情報の様々な方位に反的確な注入条件を決定した。

応する神経細胞（方位選択性細胞）が空間的にランダムに存在しているが，細胞系譜が同一の神経細胞（姉妹細さらに二光子顕微鏡で GFP 陽性細胞のカルシウムイ胞）間では選択方位の類似度が高い。この姉妹細胞間でメージングを行った。その結果，GFP 陰性（宿主細胞）より相互シナプス結合の割合が高いことが明らかになと GFP 陽性細胞で視覚刺激に応答する細胞の割合，さらっており，これによって方位選択性の類似性が形成されにそのうち方位選択性を持つ割合に優位な差がなかっていると考えられる。私たちは相互シナプス結合の分子た。また方位選択性度合いの指標である gOSI にも優位メカニズムとしてクラスター型プロトカドヘリン（Pcdh）

な差はなかった。このことは，iPS 由来細胞が正常に視に注目し，この分子が姉妹細胞間での相互シナプス結合

覚野神経細胞に分化し，視覚情報処理回路に正常に組みを形成し，その結果類似の傾きに反応する特異性が生ま込まれていることを示している。この結果より，以下にれていると考えられる。

述べる iPS 由来の PCHDKO 細胞でみられる機能変化は
PCDH 欠損によるものであると結論づけられる。

本研究では，Pcdh 遺伝子をすべて欠損したマウスの線維芽細胞（PcdhKO）を単離して iPS を作製，PcdhKO_iPS

同様な手法で，今までに iPS 由来 PCHDKO 細胞の視を野生型マウス胚盤胞に 4-8 細胞注入して発生させて単覚応答，方位選択性細胞の割合，gOSI が正常であること

一 iPS 細胞由来の PcdhKO 姉妹神経細胞群を二光子カルは確認済みである。しかし iPS 由来 PCHDKO の７個体

シウムイメージングにて機能評価することを目標とする。

中の娘細胞間で，野生型でみられる方位選択性の類似が

まずは「iPS 由来」の神経細胞による影響を組織的と失われていた。このことから PCHD が相互シナプス結合

機能的に確認する必要がある。GFP を全身で発現するマを介して方位選択性の類似を形成すると確定できた。今ウス胚から iPS を樹立させ，野生型マウスに注入するこ

年度はさらにコントロールとして単一野生型 iPS 由来姉とでキメラマウスを作製した。これにより iPS 由来の神妹細胞群で方位選択性が類似しているかを調べること

経細胞が GFP を恒常的に発現している。今年度は単一を試みた。現在はこれまでの研究結果をまとめ，学会等

iPS 由来 GFP 陽性姉妹細胞が他の iPS 由来 GFP 陽性と十での報告準備を行っている。

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，榎本悠希（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，ラットなどの神経内分泌学研究に重要なチンは性腺刺激ホルモン放出ホルモン（GnRH）分泌を制実験動物の遺伝子改変モデルを作製し，キスペプチンニ

御する神経ペプチドであり，卵胞発育と排卵という生殖ューロンやそれに関連するニューロンの機能解析を通のふたつの重要なイベントを制御する。視床下部の弓状

じて，キスペプチンを中心とした哺乳類の生殖機能を制核に位置するキスペプチンニューロン群が卵胞発育を御する脳内メカニズムの解明を目指している。キスペプ

制御し，前腹側室周囲核に位置するキスペプチンニュー

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第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

ロン群が排卵を制御するという仮説に基づいて，2 群のンニューロン群が卵胞発育を制御する GnRH のパルス状

キスペプチンニューロンの生理的役割を明らかにする分泌を制御する中枢であることを強く示唆した。弓状核

目的で，Cre-loxP システムによる Kiss1 コンディショナ

特異的 Kiss1 ノックアウトラットの実験結果を論文にま

ルノックアウトラットの生殖機能の評価を行った。また，

とめて現在，投稿中である。
また，Kiss1-Cre ラットの作製を目的とし，エレクトロキスペプチンニューロン可視化ラットの作出を目的とポレーション法によりターゲティングベクターを導入

して，Kiss1-Cre ラットの作製を進めた。
一昨年に作製した Kiss1-floxed ラットの弓状核に，Creした ES 細胞株を PCR とサザンブロットによりスクリー

リコンビナーゼを発現するアデノ随伴ウィルスベクタ

ニングし，相同組み換え ES 細胞候補株を 1 株得た。こーを投与し，弓状核特異的 Kiss1 ノックアウトラットをの相同組み換え ES 細胞を用いてキメララットを作製し，作製した。その結果，生殖機能の指標となる血中黄体形

交配により，Kiss1-Cre ラットの産仔を得ている段階であ成ホルモン濃度の顕著な低下を認め，弓状核キスペプチ

る。

9．神経幹細胞の未分化性維持に関わる遺伝子の機能解析等

誠司（滋賀医科大学医学部）

平林真澄，三宝誠（生理学研究所）

神経幹細胞は，発生過程に沿って，神経幹細胞自身のス受精卵に注入することで作製に成功し，現在解析を進

増殖期→神経細胞産生期→グリア細胞産出期と，性質をめているところである。トランスジェニックマウス脳か

大きく変え，生後は quiescent で未分化な細胞として維持

ら採取・培養した神経幹細胞に対して，培養液中にドキされる。神経幹細胞の未分化性維持の分子機構に関与すシサイクリンを添加することで Rnf20 遺伝子が過剰発現

ると因子として，ヒストン H2B に対する E3 ユビキチンすること，さらにそれによって神経幹細胞の未分化性がリガーゼ Rnf20 を同定した。本研究では，Rnf20 の機能

変化することを見出した。今後は生体にドキシサイクリ

解析を行うために，Rnf20 遺伝子のコンディッショナル

ンを投与し，脳内での神経幹細胞維持に変化が起きるか

ノックアウトマウス（Rnf20 cKO）およびテトラサイクリ

どうか，検討して区予定である。

ン誘導型 Rnf20 遺伝子過剰発現マウス（TetOne-Rnf20 tg）

一方，やはり神経幹細胞の未分化性維持に係わる α1,3フコース転移酵素 Fut10 の cKO マウス作製に関しては，を作製・解析することを計画した。
Rnf20 遺伝子に対するターゲッティングベクターから２つ LoxP が正しく挿入されたマウスは作製できなかっ作製した１本鎖 DNA および CRISPR/Cas9 タンパク質,

たものの，酵素活性部位を含むエクソン 4-6 が削除され人工合成したガイド RNA を C57BL/6 マウス受精卵に注たマウスを得ることができたので，Fut10 KO マウスとし入するすることでキメラマウスを得た。次世代に伝わるて解析を行う予定である。

ことも確認できたので，現在 Cre ドライバーマウスと交動物の取り扱いは滋賀医科大学の動物実験指針に従配して表現型解析を始めたところである。また，TetOne-

い，マウス解析時においては麻酔薬の腹腔内投与などにRnf20 tg マウスも，直鎖化したプラスミド DNA をマウ

よる苦痛軽減に努めた。

168

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計画共同研究報告10．機能的な神経回路形成における神経細胞の個性化の役割
八木健，足澤悦子，本間貴裕（大阪大学・大学院生命機能研究科）
平山晃斉（徳島大学・医学部）
平林真澄，三宝誠（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スの作製をおこなった。また，Δ Pcdh α β マウスを用いスター型プロトカドヘリン（Pcdh）は個々の神経細胞でて，Pcdh γ A1 の上流と Pcdh γ A12 の下流に loxP を挿入

複数種類のアイソフォームを確率的に発現することでしたマウスの作製をおこない，コンディショナルに Pcdh

神経細胞の個性化に働くと考えられている。本研究では，

γ 遺伝子群のうち，γ C3-γ C5 の遺伝子だけをもったマウ

Pcdh の多様性を遺伝子操作により改変した様々なマウスの作製をおこなった。これらのマウスについては掛けスを作製，解析することにより，機能的神経回路の形成

合わせを行い，現在，表現型の解析を行っている。
また，Pcdh γ C4 欠損マウスは誕生後に死亡することをにおける神経細胞の個性化と神経回路形成における役

これまでに明らかにしてきた。本年度は，この Pcdh γ C4割を明らかにすることを目的とする。
これまでに，γ コンディショナル欠損マウス（γ cKO）のどの領域の機能が必要かを明らかにするために，から α，β を欠損させた作製に成功している。2019 年度

CRISPR/Cas9 を用いて Pcdh γ C4 変異マウスの解析を行

は，このマウスを用いて嗅神経投射における Pcdh ファっている。

ミー全欠損マウスの解析を行った。その結果，生後の糸本研究での組換え動物の作製にあたり，実験動物の取球体形成異常が顕著に認められた（図：矢頭が糸球体，り扱い等は生理学研究所および大阪大学の動物実験指

cKO マウスでは糸球体が小さい）。Δ Pcdh α CRex1 のア

針に従い，安楽死法（頸椎脱臼）や麻酔法（イソフルラ

レルに Pcdh α C2 に Indel を入れることにより，確率的なン吸入）を適切に用いて苦痛の軽減に努めている。

遺伝子発現を示す Pcdh α 遺伝子群の S グループが欠損
し，Pcdh α C2 のタンパク質が発現できる遺伝子変換マウ

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第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

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）
三宝

誠，平林真澄（生理学研究所）

CCCTC（CTCF）結合因子は，DNA に結合するタンパ

ピュレーターを用いて受精卵に目的の CRISPR/Cas9 をク質で高次クロマチン構造形成に関与して遺伝子発現

導入することにより loxP 配列で挟まれた Ctcf 遺伝子とを調節する。ヒトでは CTCF の遺伝子領域の変異が神経同一染色体上にある別の遺伝子を欠失させるマウスの精神疾患と関連することが示唆されており，マウスを用作製をおこなった。

いた実験では脳の発生発達に関わることがいくつか報産まれてきたマウスのうち４６匹を DNA シークエン

告されている。申請者らによる研究により，マウス脳のス法により解析し，３５匹（７６％）に変異があること

特定の神経細胞で CTCF を欠損させると進行性の運動障が認められた。そのうち，両方の染色体に同じ変異の入害が認められること，組織科学的解析から特徴的な神経った個体が２匹認められた。１匹が１塩基欠失，もう１変性が認められること，多くの神経細胞が脱落していく

匹が７塩基欠失であった。どちらも，タンパク質の読みことなどが明らかとなってきた。

枠がずれて途中で終始コドンが入り，ナンセンス変異依

神経変性により神経細胞が脱落していく分子メカニ

存 mRNA 分解機構（NMD）により，機能的なタンパク

ズムを明らかとするため，本年度は，新たな候補遺伝子

質の合成ができなくなっていることが想定された。現在，を欠損するマウスの作製をおこなった。候補遺伝子は，この２系統を野生型の C57BL/6 マウスと交配して産まCtcf と同一染色体上にあるため，以下の方法で作製した。

れてくる仔に変異が伝わることを確認し，新たな系統のホモの CTCF コンディショナルノックアウトマウスから樹立をおこなっている。

採取した精子を C57BL/6 の卵と受精させ，マイクロマニ

12．グリア細胞に発現する温度感受性分子の探索と機能解析
西本れい，松岡義和（岡山大学病院集中治療部）
森松博史（岡山大学大学院医歯薬総合研究科）
デルーチ サンドラ，富永真琴（生理学研究所／生命創成探究センター）

本共同研究の目的は，低体温療法の脳保護作用の分子ログリア特異的 EGFP 発現マウスを用いて，麻酔下マウ

基盤を明らかにするため，中枢神経系のグリア細胞ミクスのミクログリアの動きを 2 光子励起顕微鏡で観察し，ログリアに発現する温度感受性分子を探索し，同定する

ミクログリアの突起の動きに温度依存性があることをことである。本研究計画開始までに，in vitro 実験にて，

見出し，in vitro で得られた結果が個体レベルでも同様で単離マウスミクログリアの動きに温度依存性があるこあることが確認できた。2019 年度，引き続き個体レベルと，マウスミクログリアにはいくつかの温度感受性 TRPの実験を計画し実行した。富永真琴教授が有する TRPM2

チャネルかが発現することを既に見出していた。共同研および TRPV4 遺伝子欠損マウスを用いてミクログリア

究では，候補の温度感受性 TRP チャネルがミクログリアの動きを観察したところ，以上の結果に加えて，TRPV4の温度依存的な動きに関与するのか否か，2018 年度に引遺伝子欠損マウスではミクログリアの突起にみられた

き続き検討を行った。

温度依存性が消失していることがわかった。以上より，
ミクログリアの動きには，TRPV4 が関与していることを個体レベルでミクログリアの動きの温度依存性について検討するため，2018 年度より生理学研究所生体恒常示す結果が得られた。

機能発達機構研究部門鍋倉淳一教授の協力のもと，ミク170

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第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

13．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 創薬育薬研究施設統括室）なった。さらに，ITC により P2Y6R の内在化およびプロ[目的]
P2Y6 受容体（P2Y6R）は発現増加に伴い，高血圧など

テアソーム系を介した分解が認められた。ITC によるの慢性炎症のリスクを増加させることが報告されていP2Y6R の分解は，P2Y6R の 220 番目のシステインをセリる。P2Y6R の阻害にはイソチオシアネート（ITC）基がンに置換した変異体では認められなかった。また，P2Y6R

重要であることが報告されているが，どのような機序に

KO は WT に比較して，大腸炎の進行が抑制された。

より阻害されているかは明らかにされていない。本研究[結論]では，ITC が選択的に P2Y6R を阻害する分子機構解析をイベリンやスルフォラファンなどの ITC が P2Y6R の軸に，慢性炎症におけるプリン非依存的な P2Y6R シグナ

220 番目のシステインを標的として，細胞内への内在化

リングの役割を明らかにする。

を引き起こし，プロテアソーム系を介して P2Y6R を分解[方法]

することが明らかになった。また，ITC が P2Y6R の分解

マクロファージ細胞株である RAW264.7 細胞を用いてを介して慢性炎症を抑制する可能性が示された。

P2Y6R スクリーニング系を確立し，機能性食品成分の中

今後は，P2Y6R のシステイン残基をセリンに置換したの ITC が P2Y6R を阻害するかを検討した。ITC が P2Y6R

変異体遺伝子を発現させるアデノ随伴ウィルスベクタの分子挙動にどのような影響を与えるかをウエスタンブ

ーを用いて P2Y6R 欠損マウスに P2Y6 受容体（野生型おロッティング法およびライブセルイメージングにより検よび変異体）を発現させ，慢性炎症や ITC の感受性に対討した。また，野生型マウス（WT）および P2Y6R 欠損マする検討を行う。また，アデノ随伴ウィルスベクターでウス(P2Y6R KO)に対して大腸炎モデルを用いて，慢性炎

十分に発現されない可能性を考慮し，システイン残基を症における P2Y6R の役割を明らかにした。

セ リ ン に 置 換 し た 変 異 体 マ ウ ス （ P2Y6R C220S ） を[結果]

iGONAD 法（経卵管ゲノム編集）にて作製し，慢性炎症

食品中に含まれる代表的な ITC であるイベリンおよびや ITC の感受性に対する検討も行う予定である。

スルフォラファンが P2Y6R を阻害することが明らかと14．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 1，竹ノ谷文子 2，平林敬浩 1，平子哲史 3，和田亘弘 4，影山晴秋 5，箕越靖彦 6（1 星薬科大学 先端生命科学研究所，2 星薬科大学 薬学部運動生理学研究室，
3 人間総合科学大学

人間科学部，4 医薬基盤･健康･栄養研究所 臨床栄養研究部，

5 桐生大学

医療保健学部栄養学科，6 自然科学研究機構 生理学研究所）増加させる事を明らかとした。

ガラニン様ペプチド（GALP）は，1999 年大瀧らによってブタ視床下部から単離同定された抗肥満作用を有

これまで GALP は視床下部弓状核に局在していることする神経ペプチドである。GALP の発見以降，その生理が報告されているが，白色脂肪組織や肝臓など末梢臓器に作用についての様々な研究がなされており，マウスへのも発現していることが明らかとなった。さらに，人におい

GALP 脳室内投与により摂食量と体重の減少を引き起こても肥満患者の血中 GALP 濃度と中性脂肪濃度が正の相すなど，GALP による抗肥満効果が報告されている。我々

関を示すことが報告されている。すなわち，GALP は中枢は，脳室内投与された GALP が交感神経を介して肝臓でのみならず末梢臓器，特に脂肪組織でも産生され，液性因の脂肪酸 β 酸化亢進および白色脂肪組織での脂肪分解を子として脂質代謝に影響を与えていることが示唆されて171

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告いる。しかし，これまでの GALP の研究は脳室内投与によより減少し，レプチンを投与することにより増加することる中枢での作用の解析が中心であり，末梢組織で産生されが明らかになっている。
ob/ob および db/db マウスの GALP

た血中 GALP についての機能解析はされていない。末梢発現量は野生型に比べて低値を示すことが報告されてい臓器のなかでも肝臓は栄養素の代謝に中心的な働きをしる一方で，ob/ob マウスに対してレプチンの補充療法を行ている臓器の一つであり，GALP の室内投与においても大うと GALP 発現量は野生型レベルまで回復すると報告さきな影響があったことから，本研究では絶食/再摂食後，れている。すなわち，視床下部においては，GALP 発現は

肝臓中の GALP 遺伝子発現を測定した。肝臓での GALP

絶食などの食事刺激やレプチンによって制御されている遺伝子発現を測定したところ，絶食/再摂食にり変化が認ことが示唆されているが，肝臓においては，違う制御を受められなかった。視床下部の GALP 遺伝子発現は，絶食にけていることが示唆された。

15．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）

Glucagon-like peptide-1（GLP-1）は，食後に分泌が亢進す軸を介した代謝調節機構を解明することを長期的なテーマ

る消化管ホルモンの一種で，インスリン分泌促進作用（イとし，本年度は GLP-1 の体熱産生作用（エネルギー代謝亢

ンクレチン）と摂食抑制作用が知られている。我々は，非進作用）における副腎アドレナリンの関与を検証した。

代謝性の希少糖アルロースが GLP-1 を選択的に分泌促進さ

アルロースの経口投与は，血中の GLP-1 濃度とアドレせる GLP-1 リリーサーであることを発見した。栄養成分がナリン濃度，直腸温を有意に増加させた。アルロースの直GLP-1 分泌促進因子として知られていた。アルロースを用

腸温上昇作用は，感覚神経障害マウス（カプサイシンによいることで，カロリーによる代謝変化を介さずに，腸からる脱感作）と GLP-1 受容体欠損マウスで消失した。また，分泌された GLP-1 の生理的な作用を解析することが可能と非選択的 β アドレナリン受容体ブロッカー（propranolol）

なった。そして，アルロースによる GLP-1 分泌促進がインを野生型マウスに前処置すること，アルロースによる直腸

スリン感受性とエネルギー代謝を亢進させることを新たに温上昇作用は強く抑制された。β 受容体には 3 つのサブタ発見した。この GLP-1 の新作用が発見できた理由として，

イプが存在するが，サブタイプ X の選択的阻害剤はアル

GLP-1 が局所ホルモンとして分泌臓器近くに分布する求心

ロースの直腸温上昇作用を阻害した。従って，アルロース性迷走神経を活性化して，＜感覚神経・脳・自律神経を介による腸 GLP-1 分泌促進は，少なくとも感覚神経とアドした全身作用＞という特有な作用経路を活性化するからでレナリン β 受容体を介して体熱産生を誘導していることあろうと考えている。しかし，この末梢・中枢連関システが明らかとなった。今後は，体熱産生に関与する視床下部

ムの作用及び機構については不明な点が多い。本研究では，

ニューロンの同定，自律神経遠心路の関与，副腎アドレナ

GLP-1 の＜求心性迷走神経→視床下部→遠心性交感神経＞リンの関与，熱産生臓器とその熱産生機序の解明を目指す。

16．光刺激法を用いた大脳基底核神経回路機能の解析
籾山俊彦，鈴木江津子（東京慈恵会医科大学･医学部）
知見聡美，南部

大脳基底核におけるシナプス伝達修飾機構解明を目的

篤（生体システム研究部門）

として，光遺伝学手法を用いた電気生理学的解析を行なっ172

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告た。線条体の中型有棘ニューロン（medium spiny neurons,

制効果の IC50 値は，マウスの生後発達過程で有意な変化

MSNs）のみにチャネルロドプシン 2 を発現した遺伝子改を示さなかった。CINs 内の G タンパクカスケードを遮断

変マウスの脳スライス標本上のアセチルコリン性介在ニしても IPSCs 抑制は影響を受けなかった。また，paired-ューロン（cholinergic interneurons, CINs）からホールセル

pulse ratio および coefficient of variance に対する M1 受容体

記録を行ない，MSNs に光刺激を与えて，MSNs から CINs

アゴニストの作用から，MSNs からの GABA 性シナプスへの GABA 性抑制性シナプス後電流（IPSCs）を誘発した。

終末に存在する M1 受容体活性化によって，CINs への光誘発性 IPSCs は，通常の電気刺激誘発性 IPSCs に比べ

GABA 遊離がシナプス前性に抑制されることが示唆されて遅い時定数を有した。光誘発性 IPSCs および電気刺激誘た（Eur. J. Neurosci. Under revision）。さらに，前脳基底核

発性 IPSCs は，ともにムスカリン性アセチルコリン受容体の parvalbumin 含有 GABA 性ニューロンのみにチャネル

アゴニストによって濃度依存的に抑制され，抑制効果のロドプシン 2 を発現させたマウスを導入して，同ニュー

IC50 値に有意差はなかった。この抑制は，ムスカリン受容ロンからアセチルコリン性投射ニューロンへの GABA 性

体 M1 サブタイプアンタゴニストによって拮抗された。抑シナプス伝達を解析中である（2020 年度へ継続）。

17．ビオプテリン部分欠乏マウスにおける運動障害発症機構の解析（Spr-flox マウスの電気生理学的解析）
一瀬宏（東京工業大学 生命理工学院）

知見聡美，南部篤（生体システム研究部門）

テトラヒドロビオプテリン（BH4）は，ドーパミン・

により，運動機能障害が現れていると考えられるので，ノルアドレナリン・セロトニンなどモノアミン神経伝達これらのマウスの表現型をさらに詳しく解析すること

物質の生合成酵素であるチロシン水酸化酵素，トリプト

で，パーキンソニズムの発症機構や，ジストニアとパー

ファン水酸化酵素の補酵素である。BH4 は，生体内でグキンソニズムの病態メカニズムの違いの解明につながアノシン三リン酸（GTP）から，３段階の酵素反応によることが期待できる。
Spr-KO マウスは，ドーパミンだけでなく，ノルアドレ

り生合成される。セピアプテリン還元酵素（SPR）は，
BH4 生合成の第三段階に働く酵素である。

ナリンやセロトニンも高度に減少しており，運動障害に

Spr-KO マウスは，BH4 の欠乏から脳内モノアミンが対するこれらのモノアミンの関与も考えられた。そこで，野生型の 10%以下に低下し，パーキンソン病患者でみら組織特異的・ニューロン特異的に遺伝子を破壊することれる振戦のような前肢の震えや，運動量の低下が観察さができるように，loxP 配列を Spr 遺伝子のイントロン内れた。さらに，これまでの共同研究の成果により，Spr-に挿入した Spr-flox マウスを作製した。
Spr-flox マウスと，

KO マウスは他のパーキンソン病モデル動物と同様に，

中脳ドーパミンニューロンで DNA 組換え酵素 Cre を発

大脳皮質運動野の電気刺激により淡蒼球内節で現れる

現する DAT-Cre マウスを交配することにより，ドーパミ

三相性の電位変化（興奮→抑制→遅い興奮）のうち，抑ンニューロンだけで Spr 遺伝子が破壊され，BH4 が生合

制が弱くなっていることを明らかとした。

成できないマウスを作製している。このマウス脳内では一方，申請者らが以前作成した BH4 生合成第二段階酵

ドーパミンだけが減少し，ノルアドレナリン量やセロト

素の KO マウスでは，前肢の震えは観察されず，運動量

ニン量は変化しないと考えられる。今後，生化学的解析の低下も Spr-KO マウスより軽度で，パーキンソニズムと組織学的解析から，脳内モノアミンニューロンの選択というよりはジストニア類似の表現型を示した。どちら的変化を確認し，行動解析や電気生理学的解析を行ってのマウスも BH4 欠乏に起因する脳内ドーパミンの減少

いく。

173

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

18．成熟マウス淡蒼球におけるグリア型 GABA トランスポーターの機能解析
和中明生，辰巳晃子（公立大学法人 奈良県立医科大学 解剖学第二講座）
佐野裕美，南部篤（生体システム研究部門）

これまで我々は Olig2-CreER/GAP43-EGFP マウスにおア型 GABA トランスポーターである GAT-3 のショートヘ

いて自発運動を負荷すると基底核間接路に属する淡蒼球

アピン RNA を発現するアデノ随伴ウィルスベクター（以におけるアストロサイトの形態変化を誘導することがで

下 AAV-Flex-GAT-3shRNA)を注入し，Olig2-AS においてきることを報告した（Tatsumi et al. Front. Cell. Neurosci.

GAT-3 の発現を落とした際にマウスの行動（主に運動機

10:165, 2016）。またこのアストロサイトは通常用いられ能）がどう変化するかを検証することを目的とした。このている細胞マーカーである GFAP の発現が弱い特徴をも発現ベクターは細胞に感染した場合に GFP を Cre 依存的

ち，これは淡蒼球のみならず脳全体で同様の傾向を示したな組換えが起きた場合に tdTomato が発現することで個体（Tatsumi et al. Front. Neuroanat. 12:8. 2018) 。すなわち脳内での感染効率，組換え効率を判定することが出来るもの

内には Olig2 陽性アストロサイト（以下 Olig-AS)と GFAPである。予備的検討としてまず Olig2-CreER マウスではタ陽性アストロサイト（以下 GFAP-AS)の 2 種類が存在する

モシキフェン依存的に Cre 酵素が活性化するのでウィルことが明らかとなった。さらに淡蒼球ではこれら 2 種の

ス注入後充分な時間を置いてからタモキシフェンを 1 週

アストロサイトが相互排他的な局在をとり，Olig2-AS は間経口投与し，その後マウスを固定，脳を取り出して淡蒼GABA 作動性シナプスにその微細突起を伸張することも球における感染細胞の検討を行った。
感染細胞（GFP 陽性）

明らかとした。これらの結果は Olig2-AS が淡蒼球におけ及び組換え細胞（Tomato 陽性）いずれも以前に我々がダる GABA 伝達を三つ組みシナプスの形で特異的に制御しブル TG マウスで検討した Olig2-AS の数よりもかなり少ている可能性を強く示唆する。そこでこの仮説を検証するないことがわかり，現在培養アストロサイトを用いて感染目的で，Olig2-CreER マウスの淡蒼球に Cre 依存的にグリ効率の検定を行っている。

19．髄鞘の神経伝達調節機構の 3 次元超微形態学的解析
大野伸彦（自治医科大学医学部解剖学講座組織学部門）

本研究では髄鞘を形成する個々のオリゴデンドロサイ

索に対して髄鞘を形成すること，また各 OL は似たような

トとその形成された髄鞘の微細構造の多様性を，新たに開径の軸索に髄鞘を形成する場合でも，形成される髄鞘の厚発したオリゴデンドロサイトの髄鞘の同定法を駆使し，3みが有意に異なることがわかった。さらに，OL が形成す

次元超微形態解析で明らかにすることを目標とした。灌流る髄鞘の厚みとその軸索の径は，ランビエ絞輪を挟んだ隣固定されたマウス脳梁と脊髄などの異なる種類・サイズのの絞輪間部の髄鞘の厚みと軸索の径と有意に相関するこ

軸索が走行する白質領域からブロック染色および導電性とが分かった。以上から OL は従来考えられていたよりも樹脂包埋を行った試料を作製した。生理研のミクロトーム

極性のある形態を持っているとともに，特定の形態学的特組み込み式走査型電子顕微鏡(SBF-SEM)を用いて複数の性のある軸索に選択的に，類似した厚みの髄鞘を形成してOL とその 髄鞘が含まれる領域から連続電子顕微鏡画像いる可能性が示唆された。また，これまでに脳梁と脊髄かを取得した。その結果，OL は極性のある形態を示すこと

ら複数のデータセットが得られていることから，これらをが多く，核に対して 1 方向に細胞質を豊富に有すること，

用いて OL のセグメンテーションを継続するとともに，得その方向から太い突起を伸ばす傾向があることが明らかられた所見の異なる個体間での共通性，特異性，および領になった。また，一部の OL では，周囲に存在する軸索や域による OL の形態学的特性の違いについて，検討を継続

他の OL が髄鞘を形成する軸索に比較して，有意に細い軸する予定である。

174

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告20．高脂肪食摂取下における腸管粘膜防御機能と吸収機構に関するメカニズムの解明
志茂聡（健康科学大学健康科学部作業療法学科）
村松憲（杏林大学保健学部理学療法学科）

大野伸彦（自治医科大学医学部解剖学講座組織学部門）

肥満を成因の一つとする 2 型糖尿病は，下痢や便秘な

齢に STZ 腹腔投与を行い 20 週まで飼育された 1 型糖尿

ど様々な自律神経障害を呈し，患者の QOL を低下させ病モデルマウス（STZ 群）を用いた。麻酔下で小腸を採る。これらの発症機序として，高血糖やインスリン抵抗

取し，OTO 法によるブロック染色を行い樹脂包埋した。

性にともなう酸化ストレスなどにより，腸管の筋間神経

その後，SBF-SEM を用いて連続断層像を取得し，リソソ叢や粘膜下神経叢に障害が引き起こされていることがーム数，表面積および体積を解析した。

示唆されているが，その病態や成因については未だ不明

軸索内リソソーム表面積および体積では高脂肪食群な点が多い。我々は，これまで連続ブロック表面走査型と通常食群に著明な変化は認めなかったが，リソソーム

電子顕微鏡（SBF-SEM）を用いた解析により，前糖尿病

数では高脂肪食群で有意な減少を認めた。一方，高脂肪期において筋間神経叢の軸索 Varicosity の減少，ミトコ

食群フロリジン投与後は，リソソーム数に有意な増加をンドリア体積の増加を明らかにした。さらに，フロリジ

認めた。これら各群のリソソーム数の変化は，Varicosity

ン投与が軸索に保護的に作用する可能性を明らかにし数の変化と相関しており，軸索形態の維持に影響を与えた。本年度は，高脂肪食摂取下における吸収機構のメカていることが示唆された。STZ 群の 3 次元的再構築では，ニズムを解明することを目的として，筋間神経叢の軸索

高脂肪食群と類似した軸索 Varicosity の減少とともに，内におけるリソソーム形態解析を行った。さらに，比較

一部の筋間神経叢では断片化した瘤状の軸索が確認さ検討のためストレプトゾトシン（STZ）誘発糖尿病モデれた。高脂肪食摂取により，耐糖能異常が引き起こされルマウスの筋間神経叢の 3 次元的再構築を行った。

た前糖尿病期において，軸索のリソソーム動態の異常を

4 週齢から高脂肪食の給餌を開始し，20 週齢まで飼育さ惹起すること，さらに STZ 群の解析により高脂肪食群でれた肥満 2 型糖尿病モデルマウス（高脂肪食群）を用い観察された軸索 Varicosity の減少が，軸索の断片化へのた。一部は，糖吸収阻害薬フロリジンを試料採取の前日お前段階となっている可能性が示唆された。
これらの結果は，複数の学会においてポスターと口頭よび当日に皮下投与した。対照群として，通常食で飼育さによる発表を行い，現在国際誌へ投稿中である。

れた同週齢のマウス（通常食群）を用いた。さらに，4 週

21．2 型糖尿病性上皮障害における SGLT 阻害剤の薬理作用齊藤

成，深澤元晶（藤田医科大学 医学部 解剖学Ⅱ）

2 型糖尿病性上皮障害での上皮細胞の一次繊毛の変化など）とレーザー共焦点顕微鏡により一次繊毛長の画像取に着目した。糸球体ネフロンと集合管での原尿の流量およ

得条件を決めた。次に，SBF-SEM を利用して，齧歯類腎び流速を算定するために，管腔径と一次繊毛の長さおよび臓組織を用いた尿細管と集合管の上皮細胞の一次繊毛長

彎曲を考慮した数理モデルの構築を進めた。数理モデル計を計測するために，組織サンプル処理方法および SBF-

算式については，従来のレイノルズ流の数理モデル計算式

SEM 撮像方法について再検討した。SBF-SEM で一次繊毛を改変した。徳山大学福祉情報学部教授 鏡裕行博士と藤の形態画像の取得を行う際に問題となる，尿細管と集合管

田医科大学疾患モデル教育研究サポートセンター講師 熊の管腔側でのチャージアップを軽減する方法として，①導

本海生航博士との別個の共同研究で進めた。野生型齧歯類

電性カーボンを含むエポキシ樹脂包埋を用いて管腔側のの腎臓組織を用いて，免疫染色法（アセチル化チュブリン

チャージアップを軽減し，②SBF-SEM 撮像の際の加速電175生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

圧と電流値の大幅な設定変更を行った。導電性カーボンを小体の構造破壊が認められた。腎臓組織のグルタールアル

含むエポキシ樹脂包埋を用いた場合，1.4〜1.5 kV 130 pA

デヒド固定後に 1 %タンニン酸含有 0.1 M カコジレート緩程度の比較的高い加速電圧において，一次繊毛の形態画像

衝液を加えて，微小管と基底小体の構造保持作用を持たせ取得できた。加えて，SBF-SEM 撮像の際の加速電圧と電た上で，微小管の構造破壊を起こしやすい TCH と酢酸ウ

流値の大幅な設定変更を行った場合，1.0 kV〜1.1 kV の低ランを用いない固定法を検討した。通常の透過型電子顕微

加速電圧条件に 170 pA〜200 pA の極端な高電流条件を設鏡を用いて，一次繊毛の構造体の保持状況について確認し，定することで，チャージアップを軽減し，高分解能 5~6nm

SBF-SEM 撮像を行った。1.0 kV〜1.1 kV の低加速電圧条

ピクセルサイズで，40 nm〜50 nm 厚の連続画像取得に成件に 170 pA〜200 pA の極端な高電流条件を用いて，一次功した。結果，従来用いていた rOTO 法＋ウラン・鉛を用

繊毛の構造体の保持した上で，高いコントラストの SBF-

いた重金属のブロック染色では，一次繊毛の糖鎖構造は強SEM 像が得られた。また，導電性カーボンを含まないエ

くコントラスが増強されるため，一次繊毛画像取得に有効

ポキシ樹脂包埋を用いても，チャージアップが軽減された。

であった。一方，一次繊毛の構造体のうち，微小管と基底22．成体脳内における新生ニューロンの高速移動を制御する超微細構造の解析
澤本和延，金子奈穂子，澤田雅人，松本真実，川瀬恒哉，岡田悠輝（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）
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）

側脳室周囲組織である脳室下帯では，成体でも持続的に械的・化学的刺激を受容する細胞小器官である。SBF-SEM

ニューロンが産生されている。産生された幼若な新生ニュ

および 3 次元再構築法を用いて，嗅球へ移動中の新生ニーロンは移動能が高く，先導突起と呼ばれる短い突起を前ューロンに存在する一次繊毛の形態，細胞膜との関係を解方に伸ばして高速で嗅球に移動する。これらは嗅球で成熟析した。さらに，一次繊毛の形状と細胞内における局在，し，嗅覚神経回路の可塑性に寄与する。また傷害後には，他の細胞内小器官の分布を詳細に解析し，新生ニューロン

損傷部に移動してニューロン再生に寄与する。この移動をの移動相に対応してこれらが変化することを明らかにし，制御する様々な分子が報告されてきたが，実際に新生ニュ論文発表を行った（Matsumoto et al, J Neurosci, 2019）。

ーロンがどのように周囲組織・細胞と接し，移動に必要な② 移動する新生ニューロン間の接着の解析

足場を形成しているのかは不明である。本研究では，連続新生ニューロンは，嗅球や傷害部へ移動の際に，細長ブロック表面走査型電子顕微鏡（SBF-SEM）を用いて，新い細胞塊を形成し，互いを足場としている。新生ニュー生ニューロンの移動時の微細形態の変化や周囲組織とのロン同士の接着状態と移動相との関係を SBF-SEM およ

接触・接着形態を網羅的に解析し，成体脳内での高速移動

び 3 次元再構築法により定量的に解析した。

制御に関わる微小環境との相互作用の形態学的特徴を明③ 出生時イベントによる脳室下帯の構造変化
出生時イベントがその後の脳室下帯の細胞構築に与らかにすることを目的とし，以下の解析を行った。

える影響を SBF-SEM および 3 次元再構築法により解析① 新生ニューロンの一次繊毛の解析した。

細胞表面に存在する一次繊毛は，細胞外からの様々な機176

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告23．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(自治医科大学 医学部解剖学講座組織学部門）

発生期の神経幹細胞は分裂を繰り返しながら，分化細用いたサンプリングの染色状態が悪く，良好なシグナル胞を産生する。分化した細胞は，その特徴的な細胞構造が得られなかった。そのため，サンプリングの手順や試とともに，細胞の働きにとって重要な細胞内小器官の形薬等を見直し，現在サンプリングを再度行っている。

態を示す。本研究では，発生段階の幹細胞や分化したグ

小野は，生後の視神経をモデルとしてそこに存在する

リア細胞がどのような細胞形態と細胞内構造の特徴を

細胞の微細形態の構造解析を行っている。生後(P4)の視示すかを SBF-SEM による電子顕微鏡観察と 3 次元構築

神経は，アストロサイト・オリゴデンドロサイト前駆細によって解析している。

胞・ミクログリアから構成されている。SBF-SEM により後藤は，胎仔期の神経幹細胞におけるグリコーゲン顆

撮像した画像を，Microscopy Image Browser ソフトウェア

粒に着目し，その細胞内での分布の微細構造を解析してによってセグメンテーションを行い Amira ソフトウェア

いる。グリコーゲンは胎仔期の脳においては，神経幹細上で，3D 再構築や形態を解析するための動画を作製し胞に多く含まれることが知られている。前年度までは，た。生後 4 日目の視神経は，アストロサイト・オリゴデ

神経幹細胞の細胞体が存在する脳室層に着目して SBF-

ンドロサイト前駆細胞・ミクログリアが存在しているが，SEM による解析を行ってきた。抗グリコーゲン抗体によそれぞれの立体構造と特徴的な細胞内小器官が観察さる組織化学的染色を行うと皮質表層に強いシグナルがれた。特にアストロサイトでは，特徴的な繊毛が認めら認められることから，今年度は，大脳皮質表面近傍に着れている。今後，これらの特徴的な構造の三次元的なサ

目して SBF-SEM による解析を行った。しかし，観察にイズや体積等を計測する予定である。

24．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心理的ストレスは，短期的には適大きく攻撃性の高い ICR マウスに 1 日 10 分間暴露する社

応的変化を引き起こすが長期的には精神疾患の発症リス会挫折ストレスモデルを用いる。これまで，急性（1 日間）

クとなる。これまで，長期的なストレスがミクログリア活

もしくは慢性（10 日間）のストレスに供したマウスの脳性化やミクログリア由来の炎症関連分子の活性化を介しを回収し，SBEM (Serial block-face electron microscopy) にて神経突起の退縮と情動変容を引き起こすことが示され

より前頭前皮質第 II/III 層の連続電顕画像を取得し，樹状てきた。神経細胞の形態変化には細胞内小器官やグリア細突起とスパイン，シナプス並びにシナプス周囲のグリア細胞が重要と考えられるが，これらのストレス病態における胞，スパインや軸索付属の細胞内小器官の三次元再構成を関与は殆ど不明である。本研究は三次元電子顕微鏡を用い行ってきた。その結果，急性ストレス後にミクログリアにることにより神経細胞とグリア細胞並びにその細胞内小よる軸索の囲い込み現象が亢進すること，そして慢性スト器官を同時に可視化し，ストレス病態における組織細胞生

レス後にシナプスとアストロサイトの接触面積が減少す

物学的変化の実態解明を目的とする。

ることを見出した。これらの知見はストレスの時間経過に本研究では，観察対象の C57BL/6 マウスをより体格の従い多様な神経グリア相互作用が生じ，慢性ストレスによ177

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告る情動変容の組織学的基盤を形成することを示しており，

頭前皮質神経細胞の活動低下を担う可能性を示唆する。さ軸索―ミクログリア相互作用はストレス急性期におけるらに現在はこれまでに引き続き樹状突起やシナプス，軸索神経細胞によるミクログリア活性化機構を，シナプス―アの形態解析を継続中であり，十分なサンプル数が得られ次ストロサイト相互作用変化はストレス慢性期における前第盲検を解除して統計解析に供する予定である。

25．Serial Block-Face 走査型電子顕微鏡を用いた腸管粘膜固有層内の細胞の三次元超微形態学的解析
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）

腸管粘膜固有層内には，間葉系細胞，免疫担当細胞をな層板状の小胞体を有する FBLC が認められ，腸陰窩周含めた種々の細胞が多数存在している。我々はこれまで

囲の FBLC には部位差が存在することが示唆された。こSerial block-face 走査型電子顕微鏡（SBF-SEM）を用いて，の結果を踏まえ，回腸の腸陰窩周囲 FBLC での発現が認

ラット回腸粘膜固有層内の細胞の三次元的解析を行い，められる CD34，血小板由来成長因子受容体 (PDGFR)α

線維芽細胞様細胞（FBLC）や単核食細胞系列の細胞，好に対する免疫組織化学を行ったところ，大腸全長の粘膜酸球の観察・分類への SBF-SEM の有用性を検証してき固 有 層 で CD34+PDGFRα-FBLC(CD34+FBLC) お よ び

た（Arai et al., 2020; Mantani et al., 2019 他）。本研究では

CD34-PDGFRα+FBLC (PDGFRα+FBLC) が認められた。

回腸で得たノウハウを腸管全長に応用し，腸管各領域のCD34+FBLC は盲腸，上行結腸では腸陰窩底部のみに，下粘膜固有層における様々な細胞群の三次元的分類・観察

行結腸では腸陰窩底部から側面にまで存在し，その数はを SBF-SEM を用いて実施することを目的とした。ラッ

大腸遠位に向かうほど増加した。いずれの部位でもトの盲腸，上行結腸，下行結腸を樹脂包埋し，生理学研

PDGFRα+FBLC は CD34+FBLC よりも常に上皮側で上皮

究所内にて金蒸着と SBF-SEM を用いた断層撮影を行っ

下 FBLC として局在していた。

た。得られた断層像から，とくに腸陰窩周囲の FBLC の以上の結果から，CD34+FBLC および PDGFRα+FBLC の三次元解析を行った。盲腸と下行結腸の腸陰窩周囲少なくとも 2 種の FBLC がラット大腸全長の粘膜に存在

FBLC を解析した結果，少数の上皮下 FBLC に加え，そしており，とくに腸陰窩周囲の FBLC の数や種類は部位の固有層側に多数の FBLC が存在していた。この固有層によって異なることが示唆された（ABiS Symposium, 第側の FBLC の小胞体は盲腸では拡張していたが，下行結125 回日本解剖学会全国学術集会（誌面開催）にて公表）。

腸では小胞体の拡張する FBLC に加えて，拡張度の軽度

178生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

26．細胞分化過程を 3 次元構造解析するための技術開発
岩根敦子（国立研究開発法人理化学研究所，生命機能科学研究センター）
大野伸彦（自治医科大学医学部解剖学講座組織学部門）
齊藤成（藤田医科大学医学部･解剖学Ⅱ）

細胞や組織内の重要なイベントを可視化するために，さらに，画像のゆがみや解像度を落とさないための工夫を

近年，様々な顕微鏡が開発されている。その中で電子顕しながらさらに SBF-SEM での観察視野をさらに広げるた微鏡観察は標的分子並びに細胞小器官だけでは無く，そめに 10 ％の Merge の部分を含む 2ｘ2 のタイル張りの観れを取り囲む環境を含めた超微細構造を可視化出来る察（一視野あた 8K x 8K を 4 枚ずつ）を Merlin，ΣIGMA-利点がある。筋細胞分化過程は qPCR を用いて生化学的

VP 両機共に行い，16K x 16K の情報を 40 nm の切削間隔な確認，レーザー顕微鏡を用いてのタイムラプス解析をでは有るが，連続 400 枚以上を得る系を立ち上げた（図踏まえてその時期を把握しながら，汎用性の TEM を用２）。この新たな広域観察の開発は細胞内のみならず組織

いて固定染色状況を確認した後，空間分解能が理論的に内の 3D 構造情報取得への応用が期待出来る。

は試料の厚さに影響を与えない SBF-SEM と三次元再構
築法を用いて計測を行った。本来，単相の細胞を分化誘導する事により生じる立体的な配置での分化過程に伴う核や細胞内小器官の形や密度，相互作用だけで無く，細胞接着面の構造情報を得るため，樹脂包埋方法ならびに加工技術の検討も合わせて行った。図１は分化誘導 5
日目の代表的な細胞内小器官の様子を示す。未分化の細胞と比べ，核の形の立体的な変化もあり，また，核の周りには多くのミトコンドリアが存在，オートファゴソー
ムにより再構築されつつある課程やミトコンドリア間の連携も徐々に明らかになってきた。TEM や FIB-SEM
においては 5 日目には既にサルコメア構造ははっきりと観察出来るが，残念ながら本 SBF-SEM 観察ではそこまではっきりとした像は取得出来なかった。しかし，比較的広範囲の 3D 微細構造モデル得ることが期待できる
SBF-SEM はトランススケールな 3D モデル取得には必要な機器類であることは間違いない。また，3 月末の計測
では特に樹脂に起因するチャージアップを試料作製，加工，蒸着そして計測パラメーターの検討から抑えることに成功し，ボクセルサイズｘｙｚが 5.5,5.5 10 nm で約 900
枚の安定な連続二次元画像を取得した。サルコメア構造もわずかであるが可視化出来るようになったと感じる。

179生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告27．減数分裂におけるミトコンドリアの動態と酸化ストレスによる影響の解明
若山友彦（熊本大学大学院生命科学研究部･生体微細構築学講座）
大野伸彦（自治医科大学医学部･解剖学講座組織学部門）

精子形成は，
精祖細胞の有糸分裂，精母細胞の減数分裂，得した。画像解析ソフト Fiji を用いて画像を変換し，精子完成と呼ばれる精子細胞の形態変化からなる。減数分

Microscopy Image Browser を使って連続画像から造精細胞裂では，染色体数と DNA 量が半減するが，細胞小器官のの核とミトコンドリアを画像セグメンテーションして抽出挙動についてはよく分っていない。細胞小器官の中で，特した。さらに，画像解析ソフト Amira を用いて画像セグメに，ミトコンドリアに着目した。ミトコンドリアは，分裂

ンテーションした造精細胞の三次元再構築像を作成した。

と融合を繰り返し，好気的なエネルギー産生や細胞死を制ラット精巣を SBF-SEM で観察して，各細胞について 50

御し，その機能障害により雄性不妊を引き起こす。また，

nm ごとの連続画像を得た。得られた連続画像より，シナ酸化ストレスはミトコンドリアを傷害し，ミトコンドリア

プトネマ構造を指標に精母細胞を，先体を指標に精子細胞の機能不全を引き起こす。本研究では，酸化ストレスの有を同定し，5 個の精母細胞と 5 個の精子細胞を解析した。

無において，減数分裂前後の造精細胞のミトコンドリアの三次元再構築像を作成した結果，虚血・再灌流の精巣にお挙動を SBF-SEM を用いて三次元微細構造レベルで明らかいても，精母細胞と精子細胞のミトコンドリア数に差はなにすることを目的とする。

かった。しかし，精母細胞のミトコンドリアでは，数のバ

Wistar ラットを用いて，虚血・再灌流による精子形成障

ラつきが大きかった。また，虚血・再灌流の精巣の精母細害を生じた精巣と，対照として未処置の精巣を用いた。細胞では，形態に異常が見られるミトコンドリアの数が増加

切した精巣を，固定後に炭素粒子を含むエポン樹脂に包埋した。酸化ストレスがミトコンドリアの形態に対して障害

し，SBF-SEM を用いて電子顕微鏡レベルの連続画像を取を与える可能性が示唆された。

28．Using Zernike phase plate cryo-EM (ZEM) to study topoisomerases
Hsin-hung Lin，Rob S.-H. Huang，Wei-hau Chang（Institute of Chemistry, Academia Sinica, Taipei, Taiwan）
Chihong Song，Kazuyoshi Murata（National Institute for Physiological Sciences）
The potential advantage and disadvantage of ZEM

the proteins. Since the size of pMMO is so small when it exists

contrast-enhanced cryo-EM on difficult samples such as

as a monomeric form, its existence can evade the detection by

membrane protein and antibody has not been clearly

conventional cryo-EM. We thus subject the purified pMMO

investigated. Here, we apply ZEM to a membrane protein,

particles to ZEM observation. Based on the results of 2Dan antibody and its Fab fragment as well. The results showclassification enhanced by high-pass filtering (Fig. 1) show thethat we the density of membrane protein-detergent complex

pMMO stands out from the DDM background where the major

and Fab can be revealed in 2D class-average images when theform of pMMO likely an oligomer consistent with the trimer

data is pre-processed with suitable high-pass filters.

that was observed in X-ray crystal, suggesting the oligomer in
X-ray crystal is unlikely a crystallization artifact.

pMMO is a membrane protein that can convert methane tomethanol in an ancient bacteria. Although its high-resolution

In a separate study, we subject a therapeutic antibody withstructures were made available through X-crystal, the structure

DDM and its Fab fragment without DDM to ZEM imaging andof its native state has been subjected to heated debate withcould clearly see them (Figs. 2 & 3). In conclusion, ZEM is a

issues ranging from the number of monomers in its functional

powerful observation tool for low-contrast or small particles.

state to how many copper ions it carry and where they are in

In addition, this study also reveals the issue of antibody

180

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

aggregation is mitigated in the presence of DDM.

Protein Complexes. Structure 18, 17-27 (2010).
2. Scheres S.H. RELION: implementation of a Bayesian approach

Referenceto cryo-EM structure determination. J Struct Biol. 180, 519-530

1. Chang, W. et al. Zernike Phase Plate Cryoelectron Microscopy(2012).

Facilitates Single Particle Analysis of Unstained AsymmetricFigure 1. A ZEM image of pMMO particles (16 nm) and the 2D classification assisted by high-pass filtering.

Figure 2. A ZEM image of Rituximab and the 2D classification assisted by high-pass filtering.

181

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

With High Pass Filter 200Å

Figure 3. A ZEM image of the Fab of Rituximab and the 2D classification assisted by high-pass filtering.

29．HIV-1 Gag MA-Env 複合体のクライオ電子顕微鏡解析
田辺幹雄（高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 構造生物学研究センター）
藤田美歌子（熊本大学 生命科学研究部）<目標>

構造解析を行うことを目標とした。
<結果と進捗>一時は不治の病と言われた HIV 感染症も，現在は適切それぞれミリストイル化 MA(Myr-MA)，Gag(Myr-Gag)，な投薬を受ければ発症を抑制することが可能になってきた。しかし一旦 HIV に感染すると，潜伏感染細胞に潜様々な変異体を大腸菌で発現させ，精製を試みた。Myr-

むウィルスは抗 HIV 薬で除去することはできない。このMA は精製に成功し，高エネ機構，構造生物学研究セン

感染細胞を除去し感染者体内 HIV を根絶することが，現ターが有する結晶化スクリーニングロボットを使って，在のエイズ治療の最大の目標である。HIV が細胞から放蒸気拡散法，膜タンパク質への結晶化であるバイセル法，

出される際に，HIV の Gag タンパク質が細胞膜に結合/

LCP 法を用いて結晶化を試みている。現在コロナウィル

集合する。これには Gag N 末端のマトリックス（MA）

ス感染症の蔓延により放射光施設が停止しているが，再ドメインに付加したミリストイル基が細胞膜に挿入す稼働に伴いビームタイムを用いて X 線結晶解析を行う

ることや MA が細胞膜に存在するイノシトールリン脂質予定である。Gag と Env の複合体に関しては，現在の所

PIP2 と結合することが重要である。熊本大学生命科学研

クライオ電顕による単粒子解析に用いる安定した複合究部の藤田特任教授らのグループは，この知見を基に体が得られておらず解析にまでは至らなかった。並行し

PIP2 の誘導体 L-HIPPO を創製し，これを細胞内に導入て複合体が得られた際に，安定な膜タンパク質の複合体

すると Gag の膜結合が阻害され，細胞にアポトーシスがの解析にナノディスクの精製にも取り組み，汎用性の高誘導されることを見出した（Tateishi ら Sci Rep, 2017）。

い MSP1, MSP2, MSP1E3 の精製に成功した。残念ながら，

HIV 潜伏感染細胞除去を目指す上で，Gag の膜結合/集合

当初の目標である MA と Env 複合体の単粒子解析にまでの様式やウィルス粒子への取込み際に形成される Gag とは至らなかったが，今後も安定的なタンパク複合体の生

Env との複合体の構造情報を得ることは必須である。そ

成に向けて取り組んでいく予定である。

こでこの複合体をクライオ電顕の単粒子解析を用いて182

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告30．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 1，ゴーシュ･イリカ 2，アベイナヤカ･ダミタ 1，ソン･チホン 3，村田和義 3（1 埼玉大学教育学部，2 埼玉大学理工学研究科，3 生理学研究所）

桿 状 の シ ア ノ バ ク テ リ ア Synechococcus elongatus子に注目した。蛍光標識したカルボキシソームは，細胞PCC7942 を明暗周期下で培養し，規則的に植え継ぎを繰

伸長期にはチラコイド膜に囲まれた細胞質部分全体にり返すことで細胞分裂周期を同調させることができる。

均等に分散して存在するが，細胞分裂期には中央部に整この系を用いて，細胞分裂に先駆けて DNA が一時的に列し，DNA 凝集期には融合して棒状の構造をとる様子が凝集構造をとること，この時ポリリン酸体が対になって観察できた。この時，Rubisco の局在を示す蛍光と DNA配置し，チラコイド膜の形状が波打つように変形するこを示す蛍光はほぼ重なった。また，この時期にスライドと等を明らかにしてきた。本研究では，さらに新規に合ガラスとカバーガラスに挟んだ状態で細胞を適度な強成された DNA とポリリン酸体，Rubisco の集合体である

さで押して破壊することにより，カルボキシソームとカルボキシソーム，チラコイド膜，細胞膜をそれぞれ蛍

DNA の複合体を遊離することができた。この構造を急速

光顕微鏡下で可視化し，細胞分裂時の挙動を明らかにし凍結してクライオ電子顕微鏡で観察したところ，特徴的たうえで，正確な微細構造と相互関係を位相差電子顕微

な Rubisco の結晶構造を有した棒状のカルボキシソーム

鏡観察によって明らかにすることを目指している。

の周囲に DNA を含むとみられる特徴的な構造が存在し昨年度までに，新規に合成された DNA を EdU の添加た。

とクリック反応により蛍光ラベルして可視化できるよ

さらに DNA の凝集構造を DNA の特定の構造部位にうになった。また高濃度の DAPI によるポリリン酸体の結合する DRAQ で処理したのち，DAB 存在下で赤色光

蛍光染色，抗 Rubisco 抗体によるカルボキシソームの蛍照射することにより，DAB とオスミウムブラックの局在

光染色が可能となり，これらの細胞内構造を同時に観察を超薄切片上で可視化することができた。この方法でも，し細胞分裂前後の挙動を明らかにすることができた。

細胞分裂時に細胞中央部に集積したカルボキシソームに隣接した DNA を含む特徴的な構造が存在する様子を

今年度は特に，カルボキシソームが培養条件や細胞周確認することができた。

期によって，ほかの細胞内構造と関りながら変化する様

31．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）

加藤貴之，坂本美織（大阪大学蛋白質研究所）
村田和義，ソン･チホン（生理学研究所）

ヴォールト（vault）は機能未知の巨大リボ核酸・タンとを報告した（Bhadra et al., 2017）。さらに，この生物のパク質複合体である。本研究では，単細胞真核生物

MVP は，餌生物の体表に存在する β-1,3 グルカン分子に

Raphidiophrys contractilis を用いて，vault の原始的機能と強い結合性を示すことと，R. contractilis の細胞内には進化の道筋を明らかにすることを目的とした。特に，

vault 構造は認められないことがわかった。加えて，MVP

Major vault protein（MVP）が餌の捕獲に関与する分泌性は，直径が約 200 nm の，kinetocyst と呼ばれる餌の認識

オルガネラの構成分子である点に着目し，その分子構築と捕獲のための分泌小胞の内部，特に「jacket 構造」と呼をクライオ電顕解析により解析した。

ばれる構造に局在することを見出した。そこで本研究で申請者らは最近，原生生物 R. contractilis にも MVP がは，kinetocyst を細胞から単離し，その微細構造について

存在し，それが餌の捕食に際して細胞外に分泌されるこ

クライオ電顕を用いたトモグラフィー解析を行った。そ183

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告の結果，分泌後には kinetocyst の「jacket 構造」は，

kinetocyst の中央部には，細胞表層に対して垂直に位置

kinetocyst の中央に位置する 2 個のコア構造を中心としする２つの直径約 50 nm の球状のコア構造が存在していて同心円状に約２倍に拡大し，96 個のユニット構造がはる。これらをクライオ電顕にてトモグラフィー解析を行

しご状に結合したリング状構造と，それに付随する多数ったところ，どちらのコア構造も，その表面は二重膜構のフィラメント構造へと変化していることを見出した。

造で覆われているように観察された。さらに，単離した

抗 MVP 抗体を用いた免疫電顕により，MVP はフィラメ

kinetocyst を 0.1 % Tween-20 で処理したところ，細胞表

ント構造に局在することもわかった。フィラメント構造

層側に位置するコア構造（コア B）のみが時間と共に崩を含む分泌後の kinetocyst は，直径が 600-700 nm にまで壊する様子が観察された。これらの結果は，少なくとも拡大していた。リング状構造を構成する個々のユニット

コア B が生体膜で囲まれた膜小胞であることを示唆して構造からは，長さが約 50 nm の突起構造が出ていた。

いる。

32．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

関口正幸，竹内絵理，國石洋，橋本興人（国立精神･神経医療研究センター神経研究所疾病研究第 4 部）
山田大輔，藤川諒，齋藤顕宜（東京理科大学薬学部薬学科薬理学教室）
揚妻正和，鍋倉淳一（生理学研究所）

求心性迷走神経による末梢→脳情報伝達は，特に内臓

一方，末梢で迷走神経を刺激するために，麻酔下，マ情報が脳に伝達される神経システムとして重要である。

ウス頚部迷走神経を露出し電気刺激用金属電極を装着

しかし，求心性迷走神経中枢端とその投射脳部位のひとする手法を開発した。装着部位は速硬化シリコンにて固つである延髄孤束核ニューロン間のシナプス伝達は in

定保護絶縁した。

vivo でイメージングされたことがなく，末梢・脳連関を以上 2018 年度までの検討で研究目的達成のために準理解する上で重要な課題となっている。本研究は，この備・工夫・改良した手法を用い，2019 年度は実際に 2 光

課題を２光子顕微鏡による in vivo イメージングで解き明子顕微鏡にてマウス孤束核でカルシウムシグナルを観かすことを目的とする。

察しながら頚部迷走神経の電気刺激を行い，孤束核ニュ

この目的のために，C57BL/6J マウスを用い，カルシウ

ーロンの応答を調べた。これまでに，当該電気刺激に呼ムセンサータンパク質を孤束核（を中心とする脳幹部位）応したカルシウム応答撮像に 少数例の実験で成功してに発現させた（AAV の局所投与）。このマウスに 2 光子

おり，迷走神経の電気刺激による脳内ニューロンネット

顕微鏡観察用ウインドウを装着した。このウインドウはワークの駆動を捉えたものと考えている。現在観察例を

プリズムを経由して小脳直下にある孤束核を顕微鏡観増やすべく実験を進めている。

察できるように工夫したものである（小脳は切除せず）。

さらに一部の実験においては，電気刺激ではなく摂食

昨年度までの検討で，孤束核と考えられる脳部位に蛍光抑制ペプチドの静脈内投与による孤束核ニューロンのシグナルを発する細胞を観察している。

応答を検討中である。

184

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告33．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）
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）

哺乳類の脳室下帯では，成体でも神経幹細胞が存在し，究では，嗅球ニューロンのターンオーバーが生じる周囲

生涯にわたり新生ニューロンを産生している。産生されの血管およびグリア細胞との関係に着目し，確立した生

た新生ニューロンは，嗅覚の一次中枢である嗅球へと移体イメージング法を用いて，ニューロンのターンオーバ

動し，抑制性介在ニューロンとして成熟する。一方，古ーが生じる微小環境とその制御機構を生きた動物で解い抑制性介在ニューロンは細胞死を起こしており，嗅球

析することを目的とした。

では抑制性ニューロンが常に入れ替わることで神経回

本年度は，多光子顕微鏡を用いた嗅球ニューロンおよ路の構造や機能を維持している。過去の研究では，生きび血流の同時生体タイムラプスイメージング法を用いた動物で同一のニューロンを長期間追跡することが困て，血管に沿った新生ニューロンの移動動態と血流の関難であったため，ニューロンのターンオーバーを制御す係を解析した。また，長期生体イメージング法を用いて，るメカニズムは不明であった。我々は，生理学研究所生

新生ニューロンの成熟過程と血管・血流の関係を解析し

体恒常性発達研究部門との計画共同研究により，多光子

た。さらに，多光子顕微鏡下で嗅球における血管の血流顕微鏡を用いた嗅球ニューロンの長期生体イメージンを局所的に調節することができる実験系を確立した。こグ法を確立し，嗅球ニューロンのターンオーバーの時空

れら実験の結果から，成体脳における血管に沿った新生間的制御における嗅覚入力の役割を明らかにしてきた。

ニューロンの移動および成熟過程が血流によって調節

しかし，その詳細な制御メカニズムは不明である。本研されている可能性が示唆された。

34．ホログラフィック計測・操作による高次脳機能の創出
和氣弘明（名古屋大学大学院医学研究科 機能形態学講座分子細胞学）
鍋倉淳一（自然科学研究機構 生理学研究所）

本課題では，ホログラフィ技術を搭載した計測・操作一体

像取得を固定波長（1040 nm）によるパターン刺激と同時型の顕微鏡を開発し，２光子顕微鏡による高次脳機能をに行うことが可能である。これを最適化するために作成

担う中枢神経系細胞活動の検出とその操作を目指す。

する光スポット数，スポット位置に関わらず，均質な光本年度は，１）２光子顕微鏡をホログラフィック刺激と刺激を行なうための位相最適化法を考案し，その有効性を一体化した顕微鏡の最適化，２）ホログラフィック３次元光実証した。さらに細胞刺激の為の刺激レーザー光の形状の刺激技術による細胞活動制御と，３次元蛍光ディジタルホロ

最適化を行った。これまで，ドーナツ型の形状の刺激光

グラフィシステムによる細胞応答観察の２つの一体化す（細胞刺激の際の表面積が大きい）を Gaussian 型の形状のる条件検討，３）ディジタルホログラフィックを用いたものと比較した（Dr. Vincent R Daria Group Leader (Daria

神経科学的研究への応用を推進した。

group / Neurophotonics), The Australian National University

ニ コ ン C1 顕微鏡をベースとした２光子顕微鏡（特注品）との共同研究）。その結果，パワーの低いドーナツ型の形状にホログラフィック刺激が導入できる光学系の構築を行の刺激光で，Gaussian 型の形状の刺激光と同等の神経細胞

い，同時刺激ができるシステムを構築した（図１）。本

応答が得られることをカルシウムイメージングおよび電気顕微鏡では可変波長のレーザーによる２光子顕微鏡画

生理学的な検証で明らかにした（図１）。この最適化し185

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

活動強度が増加することがわかった。さらにこれは NMDA

た刺激光を用いて，生体に応用した。
生体への応用にあたって，本年度はまず慢性疼痛モデの受容体阻害剤によって抑制されることから，この機能ルへの応用を試みた。慢性疼痛は，外傷や炎症などに起因し的結合強度の増加が NMDA 依存的であることがわかった。

ておこる疼痛で，薬剤抵抗性のものも多く社会的な問題

さらに機械学習を用いて，疼痛を担う神経細胞を抽出し，となっている。
本研究では２光子顕微鏡を用いた神経回路活

これをホログラフィック刺激することによって痛み行動を動の可視化データを基にホログラフィック刺激を用いた引き起こすことができるか検証した（論文投稿中）（図

細胞刺激によって回路動態を明らかにした。慢性疼痛形

２）。

成過程の神経細胞の活動変化を単一細胞レベルで明らかに

また疑似感覚の誘導および異種感覚の可塑性を用いするために２光子顕微鏡を用いて同一細胞活動の変化をた感覚学習の人為的成立を行う為に，異種感覚の可塑的

経時的に観察した。疼痛刺激に対する応答は，慢性疼痛

変化を S1→V2 の結合に着目し，この結合変化を明らかに

モデルは正常群と比較して有意にその特性に変化はなく，刺し，さらに機械学習を用いてこれらの刺激の予測精度を測

激時の同期性の増加およびカルシウム活動の上昇を認めた。

定することによって，視覚遮断モデルマウスと正常群にそこで刺激を伴わない自発活動の変化を検証したところ，同おいて，視覚遮断モデルマウスの予測精度が高くなること

期性およびカルシウム活動の強度変化を認めた。これらを明らかにした。これらの動物行動における変化およびそのは活動強度および同期性の低い神経細胞の同期性およ

操作を目指して，荒さの違うやすりの識別学習装置を作成し，び活動強度が上昇することによって得られる結果だとこれらの高次視覚野における神経細胞応答が視覚遮断モいうことがわかった。化学遺伝学的手法を用いて，これ

デルマウスで鋭敏になることおよびそのメカニズムを明らの活動強度および同期性を人為的に増加させると動らかにし，これを操作することを行っている。

物に疼痛行動が認められることからこれらの要素が疼
痛神経回路形成に重要であることがわかった。さらにこのような神経回路活動変化を引き起こす分子基盤として電位依存性カルシウムチャネル（Cav2.2）の発現上昇によるものであることを薬理学的手法を生体に応用することで明らかにした。またホログラフィック顕微鏡を用いて，神経細胞間の機能的結合の評価を行い，慢性疼痛モデルにおいて，神経細胞間の機能的結合が強化されていることによって，同期性及び

図２．

186

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

35．線虫を用いたシナプス形成における CaMKII の機能解析
水本公大（ブリティッシュコロンビア大学）

いない。本研究では前シナプス形成における CaMKII の目的
カルシウム依存的キナーゼである CaMKII は，シナプ

機能を，線虫の運動神経を用いて明らかにする事を目的

ス可塑性やそれに伴う記憶などの高次脳機能に重要なとする。

役割を果たすことが知られている。シナプス可塑性を含

結果

む CamKII の後シナプスでの機能は解析が進む一方，前研究代表者の来日日程の調整が困難であったため本
年度の共同研究を中止した。

シナプスにおけるその役割はほとんど明らかになって

36．動物モデルへの双方向性計測操作による発振現象の理解
虫明

元，渡辺秀典（東北大学大学院 医学系研究科生体システム生理学分野）
南部篤，知見聡美，佐野裕美（生体システム研究部門）
小林憲太（ウィルスベクター開発室）
深田正紀，深田優子（生体膜研究部門）

霊長類を動物モデルとして神経活動の発振現象の発標識される細胞はなかった。更に NeuN の発現している

生メカニズムとその機能的意義を理解することを目指

神経細胞は多数である（91.2 %）のに対し，パルブアル

した。任意のタイミングにおける特定の神経活動の制御

ブミン（PV）陽性抑制性神経細胞，グリア線維性酸性タによる効果的な脳波の修飾を可能にするために，光遺伝

ンパク質（GFAP）陽性グリア細胞での発現はわずかであ学的手法は有望視されている。一方で，同手法への非ヒった（PV, 15.9 %; GFAP, 1.9 %）。これらの蛍光標本の結ト霊長類への適用については導入遺伝子の発現効率は

果は，本実験で光刺激によって運動惹起させた一次運動

低い。導入遺伝子の発現効率の指標として刺激による運野の細胞は，大脳基底核及び脊髄に投射する興奮性神経動の即時誘導が用いられており，過去においてはニホン細胞が主であることを示唆する。
本結果は非ヒト霊長類について，運動を惹起するほどザルにおいて光刺激による眼球運動惹起の報告のみでの光感受性タンパクの高効率発現の成功を世界に先駆ある。
本課題ではアデノ随伴ウィルスベクター（ AAV-DJ-

けて示したものである。当ベクターの使用によって，一CAG-hChR2(H134R)/EYFP）をサル一次運動野に注入し，次運動野の周期的な神経活動の修飾による運動制御機

光感受性タンパク（チャネルロドプシン）を発現させた。

構の解明が期待される。また当ベクターを改良による細一次運動野への光照射は上肢の筋活動並びに運動を誘胞種特異的な光タンパク質発現，経路依存的神経活動制導した。実験後に組織標本の EGFP を観察したところ，

御，遺伝子発現制御システムの導入は，非ヒト霊長類をその蛍光シグナルはベクターの注入部位周辺で最も顕使った神経情報表現の解明について，非常に有効な実験著であった。また被殻及び外側皮質脊髄路において軸索手法を与える。将来的には，光による脳深部刺激療法なに EGFP 蛍光シグナルが観測されたのに対し，視床ではどヒトの病気治療へも応用されることが期待される。

187

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第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告37．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がsynapse の割合も約 2 倍であったのに対し，Cre を発現す

MHCclassI 輸送に必須の b2m 欠損マウスおよび MHCclassIる個体では有意は左右差が消失していた。
また PirB の flox

分子の受容体である PirB 欠損マウスで消失することを明mouse を CA1 特異的に Cre を発現させたドライバーマウ

らかにした。本研究では，CA1-CA3 シナプスにおいて，スと交配し得られた conditional KO マウス（postsynaptic KO）

PirB をウィルスベクターによってプレ側あるいはポスト

でも，同様に左右差が消失していた。いずれの場合も，シ側の細胞でノックアウトする事により，シナプス結合のど

ナプスの大きさは野生型の左入力とほぼ同じであり，PirB

ちら側の PirB 発現が MHCclassI-PirB による認識と左右差

null KO と同様である。従って，結論としては，シナプスの維持に必要であるかを明らかにすることが目的である。

のいずれの側でも PirB の発現が左右差の維持に必要であCA3 錐体細胞で PirB を欠損させるために，PirB の flox

る，ということが明らかになった。しかし，共同研究者にmouse の CA3 に Cre と EGFP を発現するアデノ随伴ウィ

よって得られている，PirB null KO を使った電気生理学に

ルス（AAV）を注入し，EGFP が発現している神経終末がよる結果では，postsynaptic 側で PirB をレスキューした場

作る CA1 錐体神経細胞のシナプス形態を電子顕微鏡で計合にのみ左右差が正常に戻ることが分かっている。今後は，測した（presynaptic KO）。その結果，Cre を発現しない

この一見矛盾する結果を説明するために，3XFLAG タグ

EGFP のみで標識された個体では，野生型と同様，右入力を付加した tagged PirB knock-in mouse を用いて，PirB を直シナプスの方が左入力シナプスよりも大きく，perforated

接可視化して電子顕微鏡でシナプス局在を調べる。

38．マウス大脳皮質広範囲に GCaMP を発現させるウィルスベクターの開発とそのインジェクション方法の構築
太田桂輔（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 ウィルスベクター開発室）

理化学研究所 触知覚生理学研究チーム（チームリー

週間後，頭蓋骨越しに蛍光イメージングを行い，蛍光量かCa2+イ

ら GCaMP 発現範囲や発現量を評価した。昨年度に実施しメージングを行う 2 光子励起顕微鏡を開発している。広た 4 種類の注入方法よりも広範囲，高発現かつ均一に

域に 2 光子励起させる代償として，単位面積当たりの励

GCaMP が発現していることを確認できた。GCaMP が特

起光滞留時間が短くなってしまう。結果，SN 比の高い蛍に広範囲に高発現していたマウスを選び，2 光子励起顕微

光変化の記録が困難となる。この問題を克服する 1 つの鏡により観察した。自発活動と足刺激に対する神経応答を方法として，明るい蛍光を発する GCaMP を広範囲に高確認できた。さらに，2 光子顕微鏡による観察後にマウス発現させることが挙げられる。

の脳切片を作製し，蛍光顕微鏡観察により注入領域と

ダー 村山正宜）ではマウス大脳皮質から広域に

本共同研究では，マウス大脳皮質に広範囲に GCaMP を

GCaMP が発現した領域を評価した。どちらの領域におい発現させるウィルスベクターを開発し，その注入方法を構ても大脳皮質の層構造も崩れていないことが確認できた。

築すること，そしてウィルスの最適な量・濃度も探索する

現在は AAV のセロタイプ，注入する AAV 量，力価の最ことを目的とした。2 年目となる本年度は，昨年度報告し適化も済んでおり，今後は確立した新しいウィルス注入方

た発現方法に加えて，AAV（アデノ随伴ウィルス）を使っ法を使って観察サンプルを作製し，広域 2 光子顕微鏡をた新たな発現方法を確立した。ウィルス注入からおよそ 4用いた神経活動記録を遂行していく。

188

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告39．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，石田裕昭（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

霊長類の大脳皮質運動野は，代表的な一次運動野以外

様に上肢筋を支配する運動ニューロンが豊富に存在すにも複数の高次運動野が存在し，いずれも皮質脊髄路なる C6-7 頸髄内に微量注入した。注入から 2 ヶ月経過後，らびに大脳基底核ループ回路を形成している。これらの麻酔下で人工リガンドを全身投与(筋注)することで，運領野は随意運動制御に重要な役割を果たすことがわか

動野の皮質内微小電気刺激によって誘発される筋活動っているが，それぞれの皮質脊髄路ならびに大脳基底核が増大する結果を複数回に渡って得ることができた。まループ回路の機能的役割はわかっていない。そこで本研

た，運動野の皮質内微小電気刺激よる誘発筋活動の増大

究提案では，ウィルスベクターを利用した遺伝子導入技

は，人工リガンドの投与数分後から現れ始め，2 時間経術を用いて，上述の神経経路の機能的役割を明らかにす

過後も増大効果が確認できた。これらの結果らか，提供る。これまでに貴研究所ウィルスベクター開発室から提していただいた興奮性の DREADD を搭載した逆行性ウ供していただいた逆行性ウィルスベクターを脊髄へ注ィルスベクターが感染細胞の興奮性増大に寄与してい入し，大脳皮質運動関連領域に十分にベクターが発現することを電気生理学的手法によって検証することがでることをマカクサルで確認している。2019 年度は hM3D

きた。今後は覚醒下でのリガンド投与による行動への影を実装した逆行性ウィルスベクター（AAV2 retro-hSyn-

響および解剖学的実験を行う予定である。

hM3D(Gq)-mCherry）を提供していただき，これまでと同40．ウィルスベクターによる分子発現系を用いた慢性痛脳内可塑性メカニズムの解明
高橋由香里（東京慈恵会医科大学）

慢性痛の成立の背景には，脳内痛みネットワークのシナ

リガンド投与が及ぼす後肢足底機械性疼痛閾値への影

プス伝達の可塑的変化があることが示唆されており，その響を評価した。（１）片側口唇部ホルマリン投与によるメカニズム解明は喫緊の課題である。ウィルスベクターを炎症性疼痛モデルでの扁桃体中心核 GABA 作動性ニュ

用いた脳内への分子発現介入は，特定の経路の活性化，抑ーロンの抑制，および，（２）非疼痛モデルでの扁桃体制，または標識を可能にし，特定神経核間のシナプス伝達

中心核 GABA 作動性ニューロンの興奮は，それぞれ，機解析，および，その経路の個体での役割の解明に必要不可

械性疼痛閾値の有意な上昇，および，有意な低下を引き欠な手法である。本研究では，化学遺伝学受容体 DREADD起こした。電気生理実験で hM3Dq または hM4Di 受容体（designer receptors exclusively activated by designer drugs）

発現ニューロンが，人工 DREADD 受容体リガンドによをアデノ随伴ウィルス（AAV）ベクターで扁桃体中心核にって，興奮，または，抑制されることを確認した。口唇

局所的に発現させ，異所性疼痛行動における扁桃体中心核部での炎症で誘発される後肢足底の痛覚過敏は，非炎症の役割の解明を目的とし，以下の解析を行った。

部位での異所性痛覚過敏であり，この結果から，扁桃体

Cre リ コ ン ビ ナ ー ゼ 依 存 的 に 興 奮 性 ま た は抑制性

中心核の興奮が中枢性の疼痛制御を行う責任部位の一DREADD 受容体（hM3Dq または hM4Di）を発現させるつであることが明らかになった。現在，この中枢性疼痛

AAV ベクターを，GABA 作動性ニューロン特異的に Cre制御機構に対する各種中枢作用性鎮痛薬の効果の違い

リコンビナーゼを発現する VGAT-Cre ラット扁桃体中心を検討している。加えて，痛みが慢性化する過程で扁桃核に局所微量投与した。AAV 投与４週間後以降に行動観

体中心核の活動を同じく化学遺伝学的に抑制すること

察および電気生理実験を行った。人工 DREADD 受容体により，痛みの慢性化を抑制できるか検討中である。

189

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

41．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）

霊長類マーモセットと齧歯類マウスを用いて，脳の作

な２光子顕微鏡を使用することや，高解像度の２光子顕動原理の解明を目的とする。このために，光計測によっ

微鏡で投射軸索をイメージングする手法を用いることて行動時の神経細胞の活動を明らかにし，かつその活動でこれらを実現した。

を制御することによる行動・細胞活動変化を調べ，そのまた，こうした研究によって明らかとなった行動と神経路を同定し，活動と行動の因果関係を明らかにする必

経活動の因果関係についてより詳しく明らかにするた要がある。光計測には蛍光カルシウムセンサー等を，活めには，光操作と神経活動の同時実現も重要である。実動制御にはチャネルロドプシン等を用いる。遺伝子を導際，赤色カルシウムセンサーの励起波長（560 nm）は，入のために，アデノ随伴ウィルスベクターを用いる。

光操作に用いるチャネルロドプシンの刺激波長（480 nm）

本年度は，これまでの共同研究でその有用性を確認しと離れており，この目的に適している。しかし，通常２てきた赤色カルシウムセンサーを用いることで，複数脳光子顕微鏡で用いる光検出器は光耐性が低く，同時使用

領域の神経活動の同時測定や，緑色カルシウムセンサーには感度低下など制限があった。本年度はこの問題につと組み合わせることによるそれら複数領域から投射さいても，顕微鏡システムを改良することで解決に目処をれる情報の同時測定について進めた。具体的には，文脈付けた。今後は，これら実験系を用い，回路レベルで脳や価値が変動する認知的運動課題を遂行しているマウ

機能作動原理について明らかにするとともに，マウスにスの前頭葉において，離れた視野をほぼ同時に観察可能

おいて培われた手法をマーモセットへと適応していく。

42．目的指向型行動におけ る腹側海馬－腹側線条体回路の役割の解明
田中謙二（慶應義塾大学医学部 精神･神経科学教室）

いずれの実験も AAV 感染が必須で，精製 AAV は生理

我々はこれまでに腹側海馬（vHP）が意欲行動の持続学研究所から供給された。

を担うことを見出している。腹側海馬は意欲行動に関わりが深い腹側線条体に密な投射をしているが，腹側海馬①CamK2-Cre マウスの腹側海馬に AAVDJ CAG-DIO-–腹側線条体回路の目的指向型行動の遂行における役割

ChR2/EYFP を注入し，行動実験中に腹側線条体を光はいまだ不明である。

照射して目的指向型行動の変化を観察した。

本共同研究では，目的指向型行動中に腹側海馬から腹②CamK2-Cre マウスの腹側海馬に AAV2 retroEf1a-DIO-

側線条体へ投射する経路を光操作し，当該経路の目的指

ChR2/EYFP を注入し，行動実験中に腹側海馬を光照

向型行動の遂行における役割を明らかにすることを目射して目的指向型行動の変化を観察した。

的した。

以上の実験から，目的指向型行動中の腹側海馬-腹側線

腹側海馬–腹側線条体回路における目的指向型行動の条体神経路の光活性化により意欲行動が低下すること

役割を明らかにするために，以下２つの実験を行った。

190

を明らかにすることが出来た。

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

43．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
萩原明，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･ウィルスベクター開発室）

神経回路の活動を支えるシナプス伝達において，シナ細胞特異的に Cre を発現させる AAV5 型のウィルス

プス開口放出部の形成並びに伝達物質の放出量や頻度（AAV5-CAGGS-Cre）を用い，網膜の層構造が構築されはシナプスの伝達効率を決定する重要な要素の一つでた 4 週齢以上で ELKS を時期特異的に欠損させると視細ある。本研究では，プレシナプスタンパク質 CAST/ELKS胞が変性しシナプスが消失することがわかった。さらにを中心とした分子メカニズムから神経回路網の形成や本研究を CAST の時期特異的欠損にも応用させたところ，維持機構の解明を目指している。

同様の変性がみられることがわかり，CAST/ELKS ファ2018 年に Journal of Cell Biology「Cytomatrix proteins

ミリーが視細胞の維持に重要な役割を担っていること

CAST and ELKS regulate retinal photoreceptor developmentがわかってきた（2019 年・神経科学学会）。高齢になっand maintenance」として報告した研究では，外界からのてから発症する網膜変性疾患では，視細胞の変性・脱落

視覚情報を処理する網膜神経回路において CAST/ELKSに伴う視機能の低下が知られており，本研究課題を発展の役割を明らかにした。受容した光情報を神経情報へとさせることで視細胞脱落の作用機序を明らかにし，治療変換する網膜・視細胞は，リボンシナプスと呼ばれる特法開発等へ応用することが期待される。

徴的な構造によって次の双極細胞へと情報を伝達してまた今後は，中枢の神経回路へと解析を応用させるたいる。先の解析では，このリボンシナプスに局在するめ，シナプスタンパク質の発現を制御する遺伝子改変マ

CAZ タンパク質・CAST/ELKS ファミリーを欠損させる

ウスや光遺伝学ツールを発現させる AAV の開発を進めと，網膜構造やリボンシナプスの微細構造が変性するこており，シナプス伝達によって制御される神経回路網のとを明らかにした。特に，本共同研究により作成した視形成や維持機構のさらなる解明を進めていく。

44．アデノ随伴ウィ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，矢野真人，吉岡望，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

2 つ目の実験として，我々の先行研究からオリゴデンド機構を明らかにすることを目的に，アデノ随伴ウィルス

ロサイト（OL）の分化を促進することが示唆されている（AAV）を用いた外来遺伝子発現解析に取り組んでいる。

因子（OIF）の AAV による強制発現実験を行った。今年

前年度に引き続き，今年度は以下の実験を行った。

度は OIF による神経幹/前駆細胞から OL への分化作用に

1 つ目の実験では，昨年度 AAV-CAG-EGFP をマウスのついて検討した。胎生 14.5 日目マウス胎仔終脳から単離末梢神経系から感染させ，脊髄内を走行する感覚神経線維した培養神経幹/前駆細胞に，OIF と GFP を発現する AAVを可視化する手法を確立したことを踏まえ，本年度は末梢（AAV5- OIF-IRES-GFP）またはレトロウィルス（pMY-

神経系で神経変性が起こる Dst 遺伝子トラップマウスにOIF-IRES-GFP）を感染させた。OL 分化誘導条件下におい

AAV-CAG-Cre を感染させ，感覚神経線維における Dst 遺て，OL への分化を PDGFRα または CC-1 による免疫染色

伝子を再発現したところ，Dst 遺伝子トラップマウスで見により検討したところ，両ウィルス感染条件共にコントロ

られる運動失調の症状が軽減し，感覚神経内のストレス応ールと比較し，有意な OL 分化促進作用は認められなかっ

答遺伝子の顕著な発現抑制が確認された。

た。一方，in situ hybridization および RT-PCR を用いて，191

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

Plp や Mbp など複数の OL 関連遺伝子発現の亢進を確認し細胞から OL 系譜への運命決定能は持たない可能性が示た。よって以上の結果と前年度の報告から，OIF は OPC唆された。今後は，OIF が標的とする OL 関連遺伝子の同から OL への分化および成熟を促進するが，神経幹/前駆定や他の OL 誘導因子との相互作用の有無を検討する。

45．神経路特異的標識を用いた視床下部外側野に投射する
マウス嗅皮質亜領域の機能と神経接続の解析
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）

匂いの感覚は食欲など多様な生理・行動反応を引き起これた。改変型狂犬病ウィルス（SAD-deltaG-EGFP+EnvA）

す。匂いの情報は嗅球を介して嗅皮質と総称される広大なを用いた逆行性経シナプス標識により，腹嗅核ニューロン

脳領野に送られるが，嗅皮質の機能と神経接続はまだよくへの入力経路を包括的にすると，嗅球のほか，前嗅核，梨わかっていない。最近我々は，視床下部外側野に軸索投射状皮質，テニアテクタ，嗅結節，眼窩前頭皮質，内側前頭するニューロン群が嗅皮質内の亜領域に存在することを前皮質，対角帯に EGFP 標識された細胞が観察された。

発見した。コレラ毒素 B サブユニットのマウス視床下部

VON は末梢からの嗅覚入力に加えて，トップダウン性の外側野への注入実験により，嗅皮質領域内にクラスター状入力を統合し，視床下部外側野へ GABA 性出力をする脳に神経細胞が標識された。グルタミン酸デカルボキシラー

領野であることが示唆された。

ゼの mRNA とコレラ毒素 B サブユニットとの共標識で，

腹嗅核の行動反応・生理機能における役割を明らかにす

視床下部外側野に投射する細胞が GABA 作動性であるこるために，薬理遺伝学実験を行った。逆行性に感染するアとが示唆された。我々はこの神経細胞集団が分布する領域

デノ随伴ウィルスベクターを視床下部外側野に注入するを腹嗅核（ventral olfactory nucleus, VON ）と名付けたことで腹嗅核に Cre 組換え酵素を発現させ，Cre 依存的に（Murata et al., Scientific Reports 2019）。

活性化型 DREADD (hM3Dq) を発現誘導するアデノ随伴ウ

腹嗅核ニューロンの樹状突起は脳底部の表面へと伸び，

ィルスにより腹嗅核に hM3Dq を発現誘導した。Clozapine

樹状突起スパイン上で嗅球投射ニューロンの軸索とコン

N-oxide の投与で腹嗅核ニューロンを活性化すると，動物

タクトする様子が共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察さの摂食量が増加する傾向がこれまでに観察されている。

46．ウィルスベクターを用いた集中的リハビリテーションの作用機序の検討
飛田秀樹，石田章真（名古屋市立大学･大学院医学研究科 脳神経生理学）
小林憲太（自然科学研究機構 生理学研究所 ウィルスベクター開発室）

脳血管障害後の集中的なリハビリテーションは，損傷mg/kg/body weight）およびキシラジン（10 mg/kg）によを受けた中枢神経系の可塑的変化を惹起し，運動機能のる麻酔下にて内包部にコラゲナーゼを注入し内包出血回復を導くと考えられているが，その詳細な機構は未だモデルを作成した。出血後，イソフルラン麻酔下（濃度不明な点が多い。より効果的な治療法の確立のためには，

1.5 ％) にて非麻痺側前肢をギプス包帯により拘束し，関連する因子及び神経回路の同定が不可欠である。本研

麻痺側上肢の集中使用させる状態で 1 週間生活させた。

究では脳出血モデルラットを用い，集中リハビリテーシ

本研究では，ウィルスベクター二重感染法による選択

ョンに伴う中枢神経系の形態学的・機能的再編を解析し，的機能阻害法を用い，皮質-赤核路および皮質-網様体路作用機序を解明することを目的とした。

を選択的に神経遮断し，上肢の巧緻運動機能を評価し本研究では Wistar 系成体雄ラットを用い，ケタミン（70た。実験終了後は，ケタミンおよびキシラジンの深麻酔

192

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告下にて経心的に灌流固定し，脳および脊髄を取出し，ウことによって，皮質網様体路が機能的に代償するようにィルスベクター感染の確認，赤核および網様体におけなることがあきらかになった。このことは，BDA 染色にるビオチンデキストラミンアミン（BDA）染色の組織学よる神経突起の数の増加や電気生理学的な刺激応答性的解析を行った。

の確認実験から証明された。この実験結果は，Journal of

その結果，皮質赤核路の選択遮断状態下で脳出血後のNeuroscience 誌の 2019 年 9 月 11 日号に掲載された。

麻痺則上肢集中使用（リハビリテーション）を行わせる

47．ウィルスベクターを用いたグリア細胞-ニューロンシグナリングの解明
檜山武史（岡山大学）
小林憲太（生理学研究所）

ウィルスベクターを用いて，新規 Na センサーの同定

む急性脳スライスを作成した。β ガラクトシダーゼ発現に成功した（Eur J Physiol. 2020）。脳の神経核の中で例

細胞の蛍光標識薬である SPiDER-βGal によってスライス

外的に血液脳関門を持たない脳弓下器官（SFO）や終板

内の Slc9a4 陽性細胞を蛍光標識し，パッチクランプ法に脈管器官（OVLT）は，体液情報をモニターする脳の感覚

よって，その細胞から神経活動を記録した。その結果，器官である。SFO や OVLT に発現するセンサー分子を探Slc9a4 陽性細胞は，細胞外 Na 濃度上昇に応じて活性化

索するため，RNA-Seq による網羅的遺伝子発現解析を行すること，その活動上昇は Slc9a4 の阻害剤である EIPAった。他の脳領域に比べ特に OVLT における発現が高かによって抑えられることがわかった。さらに，アンジオ

った Slc9a4（Na+/H+交換輸送体）について機能解析を行

テンシン II にも応答すること，アンジオテンシン II とった。Slc9a4 は OVLT のアンジオテンシン II 受容体 AT1a

Na+上昇が重なることによって，さらに活動が高まるこ

陽性のニューロンに発現していた。Slc9a4 をマウス神経とが明らかになった。

芽細胞腫由来細胞の Neuro2a に発現したところ，細胞外ウィルスベクターを用いて Slc9a4 を標的とする miRNA

Na+上昇に応答することがわかった。一方，浸透圧上昇にを OVLT に導入し，OVLT 特異的に Slc9a4 の発現をノッは応答しなかった。

クダウンしたマウスを作成した。脳室に高張食塩水を投与

Slc9a4 の遺伝子座に lacZ
（β ガラクトシダーゼ遺伝子）した際に誘発される飲水量を調べたところ，野生型マウスを挿入した Slc9a4 ノックインマウスを用いて，Slc9a4 のに比べて半減していた。
以上の解析から，Slc9a4 が口渇感の制御に関わる脳の生体内での役割を検証した。Slc9a4 陽性細胞においてlacZ 遺伝子を発現する Slc9a4lacZ/+マウスから OVLT を含Na センサーであることが明らかになった。

48．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）
ルスベクターを開発する。

（目的）
報酬学習を担ういわゆる報酬系と呼ばれる脳領域は，（計画）

条件刺激と報酬の間の関係の学習に対応して活動する

麻酔下のラットの報酬系脳領域（前頭前野領域や基底が，それらの活動が，実際に学習に果たす役割は，未解核領域など）に，本共同研究によって作製する光感受性明である。そのような役割を解明するための鍵となるのチャネル・ポンプ・カルシウムセンサーなどを発現するは，時空間特異的に神経活動を操作し記録する手法の開AAV ベクターを注入し，さらに活動計測・操作を行うた発である。そこで本研究は，この目的に資する新規ウィ

めの光を導入するための光ファイバーや神経活動記録

193

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

用の電極を埋め込み，条件刺激と報酬の間の関係を学習

ト脳に注入を行った。イメージング，光遺伝学法によるする行動中の神経活動の計測や操作に対する有用性を行動制御などの目的のために最適となるウィルス濃度・評価する。

量の検討を行い，それらが実際に発現することを確認し（結果）た。さらに活動計測・操作を行うための光を導入するた2019 年度は，本共同研究によって，８種類の AAV ベ

めのファイバーを埋め込み，行動中の神経活動の計測や操作に対する有用性を確認した。

クターを作成した。各々のベクターについて順次，ラッ49．ウィ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，大規より，これらの経路の運動機能回復における役割を明らか

模な神経回路の機能シフトが起きるが，その機構の解明にする実験では，１．ラットを用いて，VTA に順行性 AAVには，神経回路機能を操作する研究手法が重要な役割をベクター，皮質運動野に逆行性ウィルスベクターを注入し持つ。我々は，ウィルスベクターによる経路選択的な機て経路選択的にチャネルロドプシンやクリムゾン R を発能操作法を用いて，マカクザルを用いた頸髄部分損傷後

現させ，その組織学的検索により二重感染に最適な組合せ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明らかにして，論文を作成・投稿し，さらにこれらの投の視覚運動変換機構の回復過程を研究してきた。本研究

射細胞の特徴を，現在解析している。２．ラットの結果をでは，このようなウィルスベクターを用いた霊長類での受け，ニホンザル VTA にウィルス注入を行った実験では，回路操作技術を改良するため，ウィルスベクター開発室

順行性 AAV-CAG-FP の注入実験から組織化学的解析を進と共同して様々な経路選択的ベクターツールを開発し，

め，ニホンザルの皮質の広い範囲への投射とさらに特徴的

それをげっ歯類や非ヒト霊長類に遺伝子導入して効果な投射経路を発見し論文準備中である。この新しいデータを検証する研究の推進を目的とした。

に基づき，VTA にクリムゾン R 搭載 AAV ウィルスベク

以前から進めてきたベルギーのルーバンカトリック

ターを注入したニホンザルの腹外側前頭野を光刺激する

大学との共同研究では，ウィルスベクターを用いて腹側ことにより，サルのリスク評価に基づく意思決定をコント

被蓋野（VTA）から側坐核への投射経路を選択的に阻害ロールすることができた。現在，この系でさらに追加実験することでサルの認知行動課題中，強化学習には影響しを進めている。３．逆行性ウィルスベクターをマーモセッ

ないが動機付けには影響することを発見し，論文投稿中

ト上丘に注入し，マーモセットの皮質における眼球運動関である。

連領野の探索についても，論文化に向けたデータ取得を進

昨年度から開始した VTA や前脳基底部（BF）から皮質め，このデータを元に，電気生理実験や回路操作実験を進めている。

への投射経路を光遺伝学的技術によって操作することに50．大脳基底核回路の解析
藤山文乃（同志社大学大学院 脳科学研究科）

大脳皮質運動野から淡蒼球外節（GP）への投射につい下核の約 50 %の密度であり，二次運動野（M2）からのて詳細に解析した。視床下核と GP における一次運動野

投射では約 80 %であった。また，GP の内外側部では皮（M1）からの軸索終末密度を比較すると，GP では視床質終末が少なくなる傾向が見られ，カルビンディン陰性194生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

線条体投射 GP 細胞の多くが，Forkhead box protein P2の GP の中心部に多く存在した。
GP は，線条体へ投射する神経細胞と視床下核へ投射す（FoxP2）を発現する arkypallidal neuron であった。以上のる神経細胞で構成される。スライス標本を使ったホールセ

結果から，皮質運動野から GP への入力は GP の投射細胞

ル記録を行ったところ，チャネルロドプシンを導入した皮タイプに依存しており，GP から線条体への抑制性投射を質終末を興奮させると，線条体へ投射する GP 細胞では，通して大脳基底核の働きに影響していることが示唆され記録した細胞の 8 割以上でシナプス電流が測定された。

た。

電流の振幅は皮質から視床下核へのシナプス入力と有意

この研究は，生理学研究所 行動･代謝分子解析センター

な差がなかった。一方，視床下核へ投射する GP 細胞ではの小林憲太准教授との共同研究であり，共著としてとして記録細胞の 3-5 割にしかシナプス電流が見られず，その振国際誌に論文発表した（*Karube F, Takahashi S, Kobayashi

幅も小さかった。免疫染色の結果，皮質入力を受けていた

K, *Fujiyama F. eLife 12: e49511 (2019) ）。

51．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）

今年度は，新規に開発した遺伝子機能予測法によって，

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各遺伝子がどのような生命事象と相関性が高いか調べする分子であり，これまでの研究から，実際にさまざまた。その結果を遺伝子ネットワーク・パスウェイ解析な分子が軸索を誘引・反発することが明らかとなってき（ingenuity canonical pathways）にかけたところ，mF1 がた。しかしながら，多くの神経回路においては，未だそ

神経軸索ガイダンス事象に対して高い相関性を示すこの多くが不明につき，全容の解明が待たれている。私たとが明らかとなった。さらに，各発生段階のニワトリ胚

ちはマイクロアレイとバイオインフォマティクスを併の様々な部位にアデノ随伴ウィルス（AAV）ベクターを用した解析を推し進め，2 つの新規長鎖遺伝子がコード注入し，ウィルスベクターの分布と導入効率を調べつつする分泌型蛋白質（mF1 と mF2）が，高等脊椎動物の神ある。このデータベースを完成させたのちには，mF1 と経発生に何らかの重要な役割を果たしていることを見

mF2 を導入した部位における神経系での変化の有無を解出した。

析する予定である。

52．自己免疫性脳炎における自己抗体の標的蛋白質の同定
木村暁夫（国立大学法人 岐阜大学大学院医学系研究科 脳神経内科学分野）
深田正紀（自然科学研究機構生理学研究所 分子細胞生理研究領域 生体膜研究部門）

病態に自己免疫学的機序が介在する自己免疫性脳炎は，抗原とする自己抗体や，Hu などの神経細胞内抗原に対す意識障害，痙攣発作，精神症状，小脳性運動失調など，多る自己抗体が検出されことがあり，これらは診断ならびに彩な神経症状を呈する疾患である。免疫療法を行うことにその後の治療法の選択に極めて有用なバイオマーカーでより，症状の改善が得られるが，その診断に苦慮することある。その一方，既知の自己抗体を有さない自己免疫性脳が多い。時に，治療開始までに時間を要し，死に至ること炎もあり，これらの症例では，未知の自己抗体の存在が示や後遺症が問題となる。一方，自己免疫性脳炎患者では，唆される。本研究は，既知の自己抗体を有さない自己免疫

時に NMDA 受容体などの神経シナプス膜表面蛋白を標的性脳炎患者を対象とし，新たな自己抗体の標的抗原を同定

195

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告することを目的とした研究である。2019 年度，主に小脳の後の質量分析により，このうちの一つの抗原蛋白質とし性運動失調症を呈した自己免疫性脳炎患者 160 名を対象て，Dynamin-1-like protein (DNM1L)を同定した。DNML1とし，ラット脳凍結切片を用いた免疫組織染色とラット海は，ミトコンドリアおよびペルオキシゾーム分裂に関与す

馬初代培養神経細胞を用いた免疫細胞染色により，患者のることが知られている。小脳プルキンエ細胞に豊富に存在

血清・髄液中に存在する自己抗体のスクリーニングを行っし，その遺伝子欠損により，正常な神経発達が欠如するた。その後抗体陽性患者の血清を用いラット海馬初代培養

Encephalopathy due to defective mitochondrial and peroxisomal

神経細胞を抗原とする免疫沈降法により，抗原抗体複合物

fission 1 を呈することが報告されている。
現在，
抗 DNM1Lを検出し，質量分析装置を用い標的抗原蛋白質の同定を試

抗体の特異性を検証するために，DNM1L の brain specific

みた。その結果，160 名中の 44 名の患者において未知のisoform である isoform 1 に対する自己抗体を検出すること

抗体の存在が疑われ，免疫沈降を行った。その結果，数名を目的とした cell based assay を構築し，さらに多数の患の患者において特異的と思われるバンドが検出された。そ者髄液中で抗体の検索を行っている。

53．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メカニズムの解析
塚本寿夫（分子科学研究所）
久保義弘（生理学研究所）

多くの動物は，眼以外にも光を受容する器官を持ち，そ

多くの神経細胞において，GPCR によって Gi/o が活性

れらの器官で感知した光シグナルによって行動リズムな化されると，その βγ サブユニットが GIRK (Kir3) チャネ

どを制御している。申請者は，生理研久保研究室との共同

ルを活性化して K+ 電流が増加することが知られている。

研究から，環形動物ゴカイ幼生の脳で機能する光受容タン

現在オプトジェネティクス（光遺伝学）解析でよく用い

パク質オプシンが，紫外光を感知するはたらきを持つことられているチャネルロドプシンでは K+ 電流を操作するを見出していた（Tsukamoto et al., J. Biol. Chem., 2017）。

ことが困難であるため，Opn3 は K+ 電流の光操作ツール

このオプシンは Opn3 ファミリーに属しており，Opn3 はとして有用であると考えられた。

ヒト・マウスなど哺乳類の脳内にも存在することが知られこれらの知見に基づき，本年度は種々の無脊椎動物かている（が，哺乳類の脳が直接光を感知しているかはわから見いだされた Opn3 ホモログを GIRK チャネルと共にっていない）。

アフリカツメガエルに発現させて，光刺激に伴う GIRK

動物のオプシンは光感受性の G タンパク質共役受容電流の変化を電気生理学的に解析した。その結果，近縁体（GPCR）であり，光受容に伴い三量体 G タンパク質な動物から見いだされた Opn3 においても，活性化されを活性化する。かつて環形動物などの無脊椎動物は，カる光の波長（色）や GIRK 電流のオン・オフキネティク

ルシウム応答を引き起こす Gq タイプの G タンパク質とスが異なることを見出した。すなわち Opn3 の機能特性共役するオプシンしか持たないと考えられていたが，は進化の過程でダイナミックに変化しており，その特性

Opn3 は Gi/o タイプの G タンパク質と共役することが知の違いを利用することで，K+ 電流の光操作ツールとしてられていた。実際，ゴカイ Opn3 は紫外光受容に伴い Gi/o

利用できると考えられた。

を活性化することも確認していた。

196

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告54．多様な生物種を比較することによるイオンチャネルと受容体の機能解析
岡村康司（大阪大学）
小野富三人（大阪医科大学），中條浩一（自治医科大学）
藤原祐一郎（香川大学），岡戸晴生（東京都医学総合研究所）

本研究は，各種イオンチャネルと受容体の機能を生物もその性質に変化は生じなかった。また，今回同定された間で比較してその動作原理の共通項や多様性を明らか

NaV は，ホヤにおいても実際に神経系で発現しているこにすることを目的として行われた。本年度行われた研究とが明らかとなった。(3) ホヤ胚のグルタミン酸受容体おは以下の通りである。

よびその変異体の機能をツメガエル卵母細胞発現系を用(1) 電 位 依 存 性 ホ ス フ ァ タ ー ゼ （ voltage-sensing

いて得た結果を解析し考察した。(4) ゼブラフィッシュのphosphatase, VSP）について，ゼブラフィッシュで作製したアセチルコリン受容体を用いて速筋・遅筋特異的な

VSP 欠損個体を用い，その発現部位と表現型をマウスのnAChR 制御のメカニズムを明らかにした。

ものと比較した。ゼブラフィッシュでは，VSP がマウスよ以上から，多様な生物種におけるイオンチャネル，受りも腸管の一部に多く発現することを明らかにした。また

容体機能を比較することで，これらについて，種間で保これをノックアウトすることでゼブラフィッシュの生存存されている共通のメカニズム，ならびに種特異的な機率が有意に低下することも明らかとなり，腸管での VSP

能が見えつつある。今後は同様の研究を継続して行うこ機能の重要性が示唆された。(2) ホヤ NaV を用いた発現とで，各イオンチャネル，受容体の機能についてその知系実験により，哺乳類の NaV との電気生理学的性質の比

識を動物種を越えて幅広く充実させ，これらを俯瞰して較を行った。ホヤの NaV は単独でも速いカイネティクス

分析することで，新たな知見を見出したいと考えている。

を示し，また哺乳類の β サブユニットと共発現を行って55．Ca チャネルのカルモジュリンによる調節機構
亀山正樹，徐建軍，蓑部悦子，高青華（鹿児島大学大学院医歯学総合研究科）

久保義弘，立山充博，下村拓史（生理学研究所神経機能素子研究部門）

Cav1.2 型 Ca チャネルと CaM の結合を分子構造シミュ

逆向きに（anti-parallel）に結合していた。

レーション法により検討した。特に今年度は，高 Ca2＋条

次に，チャネル C 末部の CaM 結合領域である preIQ と件下での CaM（Ca2＋/CaM）の結合をシミュレートした。

IQ のペプチド（preIQ-IQ ペプチド）に 2 分子の CaM が使用したプログラムは，I-TASSER，ClusPro，FastContact

結合する構造をシミュレートした。PreIQ-IQ に先ず第一および PyMol であった。先ず，チャネルの N 末部と C 末の CaM 分子を parallel に結合させ，その結合体を acceptor

部を Gly リンカーで繋いだペプチドを作成し，それに Ca2＋として第二の CaM を結合させた。その結果，第二の CaM/CaM が架橋結合する構造をシミュレートして，結合エネも多くは parellel に結合する結果となった。

ルギーの低いモデル５つを得た。この内，４つは CaM の今後，結合に関与すると想定されたアミノ酸を変異さN-lobe と C-lobe がチャネルのそれぞれ N 末部と C 末部にせたチャネルの断片ペプチドと CaM の結合実験を pull-

結合しており，この parallel 結合の様式は Ben-Johny らのdown 法により行う予定である。更に，同チャネル変異体

予想（J Gen Physiol, 2014）と一致していた。他の１つは，を patch-clamp 法でも解析する。

197

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告56．新規の 7 回膜貫通型の温度受容体候補タンパク質の培養細胞における温度応答性ダイナミクス
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 統合ニューロバイオロジー研究所／大学院自然科学研究科）

温度は生体反応に直接影響を及ぼす重要な感覚情報で構成的に温度に応答するようになるかを，生理学研究所ある。これまでに，温度情報が三量体 G タンパク質によ富永 真琴 教授と曽我部 隆彰 准教授の御指導の下，共って伝達されるケースを，
線虫 C. elegans で見つけたため，同研究として解析した。具体的には S2 細胞，Xenopus

その上流の GPCR 型の未知の温度受容体の同定を目指し

oocyte に，温度受容体候補 GPCR を発現させ，カルシウ

た。約 1000 個の GPCR の RNAi から候補遺伝子が少数にムイメージングや電気生理解析を行うことで，候補絞り込まれた。さらに，カルシウムイメージング解析から，

GPCR が本当に温度受容体であるかを検証した。カルシ

1 つの GPCR が温度受容候補となったため，この GPCR がウムイメージングや電気生理を行うにあたって，候補

本当に温度受容体であるかを，培養細胞による生理学解析

GPCR の下流で機能することが見つかっている TRP チャ

で検証することを目的として解析を行った。

ネルや cGMP 依存性チャネルも同時に発現させることをこれまでに見つけた GPCR 型の新規の温度受容体候補試みた。解析の結果から上記の GPCR が温度に応答する遺伝子を，温度を受容しない味覚ニューロンで強制的にかはさらなる検討が必要であったが，線虫では初めて複発現させたところ温度刺激に対して反応するようにな

数の TRP チャネルコンプレックスが温かい温度もしくったため，培養細胞において候補 GPCR を発現させ，再は高温に応答している結果が得られた。

57．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，嶌田嵩久，高橋賢次（鳥取大学･農学部）
富永真琴（生理学研究所／生命創成探究センター）

過硫酸塩 Persulfate は強力な酸化作用を持つ硫黄化合物

胞外液の Ca2＋除去及び TRPA1 阻害薬によって抑制されであり，工業用物質として広く用いられている。Persulfate

た。TRPA1(-/-) 知覚神経細胞では Persulfate（30 mM）には曝露により，職業病喘息や鼻炎，接触性皮膚炎などの疾よる[Ca2＋]i 増加反応は消失していた。マウス TRPA1 発

患が引き起こされることが知られているが，その病態発生

現 HEK 細胞（mTRPA1-HEK）において Persulfate は濃度における分子基盤は明らかにされていない。近年，種々の依存性に[Ca2＋]i を増加させた。更に，マウス TRPV1 発

侵害受容性 TRP チャネルが呼吸器症状や皮膚疾患に関与

現 HEK 細胞（mTRPV1-HEK）では Persulfate (100 mM）

していることが報告されている。そこで本研究では，

により[Ca2＋]i 増加反応が生じた。同様の反応は，ヒト

Persulfate が TRP チャネル活性に与える影響について検討

TRPA1 及びヒト TRPV1 発現 HEK 細胞においても見らした。野生型及び侵害受容性 TRP チャネル欠損(-/-)マウスれた。mTRPA1-HEK 及び mTRPV1-HEK では Persulfate

より分離した知覚神経細胞，マウス及びヒト TRP チャネ

により電流反応が生じ，その反応はそれぞれの阻害薬に

ル遺伝子を発現させた HEK293 細胞を用いて，Fura-2 によより抑制された。AITC 非感受性 TRPA1 ミュータントをる細胞内 Ca イメージング及び whole-cell パッチクランプ発現させた HEK 細胞では Persulfate による[Ca2＋]i 増加反法による電流測定を行った。

応は消失したが，Capsaicin 非感受性 TRPV1 ミュータン

野生型マウス知覚神経細胞において Persulfate (30 mM）
は細胞内 Ca2＋濃度（[Ca2＋]

トでは Persulfate による反応が変わらず生じた。
以上の成績により，Persulfate は TRPA1 チャネルを活性I ）を増加させ，この反応は細198

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告化させること，さらに高濃度では TRPV1 チャネルも活性

TRPA1 および TRPV1 チャネルが関与することが示唆さ化させることが明らかとなった。そのため，Persulfate のれた。それ故，これらのチャネルは過硫酸塩による障害に曝露により生じる呼吸器障害や皮膚疾患の分子基盤に対する有望な治療標的となり得ると考えられた。

58．温度感受性 TRPV チャネルによる上皮細胞増殖と細胞移動制御機構解明
城戸瑞穂，吉本怜子，西山めぐみ，本田裕子，内野加穂（佐賀大学医学部）

上皮は生体と外界との境界を規定し，動的な生体防御を

TRPV4 遺伝子欠失マウスより単離した口腔上皮初代培養担っている。ゆえに，上皮の損傷に対して，常に速やかな細胞を用いた。口腔上皮細胞の移動を生細胞イメージング

治癒が求められる。上皮バリアの破綻は様々な疾患と関連により解析したところ，TRPV4 遺伝子欠失細胞では野生型することが明らかにされているが，その機構については不細胞に比べ細胞の移動が速やかであった。また，Scratch

明な点が多い。口腔粘膜は温度変化や機械的な刺激など多wound による in vitro 創傷治癒アッセイでも同様の結果が得様な刺激にさらされている一方で，皮膚等に比べると速やられた。一方，TRPV4 agonist 刺激では細胞移動は抑制されかに治癒することが知られている。ゆえに，口腔粘膜の上た。細胞移動時には，actomyosin の発する張力がダイナミ

皮の動態を明らかにすることが，上皮の代謝の理解に繋がックに調節されていることから，scratch 先端の細胞におけると考えられる。近年，皮膚バリア機能に温度感受性のカ

る Actin および Myosin の局在を，特に力の発生に必要とさルシウム透過性イオンチャネル transient receptor potential

れるリン酸化 Myosin に着目して免疫細胞化学により解析

vanilloid 4 (TRPV4) が関与すると報告されている。そこで，した。リン酸化 Myosin は，細胞が密な領域と比べて scratch

本共同研究により，私たちは口腔粘膜上皮の上皮細胞間接先端の細胞で強い局在を認めた。また，TRPV4 欠失細胞で着の形成が温度ならびに TRPV4 により調節されることをは野生型細胞に比べ多くのリン酸化 Myosin を含んでいた。
以上の結果より，TRPV4 が口腔上皮細胞の移動の制御

確認してきた。

に関与しており，actomyosin 系を介した制御機構が存在す

そこで，本年は細胞移動が TRPV4 により調節されるとのることが示唆された。

仮説を立てて研究を行った。実験には野生型ならびに59．Serial block face SEM visualization of cytomixis in tobacco meiocytes
Sergey Mursalimov（Institute of Cytology and Genetics）
Nobuhiko Ohno（Jichi Medical University）
Mikio Furuse（National Institute for Physiological Sciences）
The project goal was to study the intercellular nuclear

male meiosis by SBF-SEM. Using SBF-SEM, 4TB of raw data

migration (cytomixis) in plant male meiosis using serial blockincluding about 10000 electron microscopic images were

face scanning electron microscopy (SBF-SEM). Tobacco plants

obtained. After analysis, three-dimensional models of thewere used as a model. The experimental material was preparedtobacco meiotic tissue were reconstructed using special software.

in the Institute of Cytology and Genetics, Novosibirsk (Russia)

This approach for the first time allows to study the real three-

and then analyzed using Gatan 3view - Zeiss ΣIGMA/VP

dimensional pictures of the intercellular nuclear migration in the

microscope in National Institute for Physiological Sciences,intact cells with resolution at the electron microscopic level. The

Okazaki (Japan). Fourteen samples taken from individual plants

analysis revealed that the intercellular nuclear migration was sowere used to study the intercellular nuclear migration in tobacco

far extremely underestimated. It was found that more than 90 %199

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告of male meiocytes involved in the nuclear migration in normal

the neighboring cell nuclei in zygotene stage and make some

tobacco meiosis. For the first time the number of special

kind of internuclear contact, after the crossing the cell wall. The

cytomictic channels in plant meiocytes was estimated. At the

migration frequency on the next meiotic stages drasticallybeginning of meiosis every meiocyte has about one hundred

decrease. We consider the intercellular nuclear migration as achannels suitable for nuclear migration. We found that thenormal part of tobacco meiosis that has potential to form

migrating nuclei never produce micronuclei, as it was assumed

aneuploid and unreduced pollen. The goal of the project was

before. The majority of the migrating nuclei migrate towards tofully achieved.

60．プロテアソーム関連タンパク質の超分子複合体の構造機能解析
矢木真穂（自然科学研究機構 生命創成探究センター）
佐藤匡史（名古屋市立大学 大学院薬学研究科）

真核生物のプロテアソーム（タンパク質分解装置）は，対配置を決定したところ，PbaA がダンベル構造の両端に約 70 種類のサブユニットからなる巨大で複雑な超分子

位置し，PF0014 はその内側に結合していることが明らか複合体である。これらのサブユニットは自発的には正しとなった。その際，PbaA の C 末端の α ヘリックスは開い集合体を形成せず，アッセンブリーシャペロンと呼ばいておりフレキシブルな状態であることが示唆された。

れる幾つかのタンパク質の介助によって集合している。

そこで，PbaA の C 末端の α ヘリックスを欠失させた変一方，古細菌プロテアソームは，真核生物由来のものと異体を作成したところ，予想通り，その C 末欠損型 PbaA

比較して極めて限定された種類のサブユニットから構においても PF0014 と複合体を形成した。そこで，クラ成されており，それらがシャペロン非依存的に自己組織

イオ電子顕微鏡を用いて，C 末欠損型 PbaA と PF0014 複化して 4 次構造を形成することができるのが特徴である。

合体の精密構造解析を行い，7.3 Å の分解能で複合体構

本研究では，古細菌のシャペロン様タンパク質 PbaA と造を決定することに成功した。さらに分子構造モデリン

その結合パートナータンパク質 PF0014 に着目し立体構

グと組み合わせた解析により，PF0014 のダイマー構造が造解析を行った。

5 本の柱を形成しており，複合体の両端に位置する PbaA

超分子質量分析の結果から，PbaA は単独においてはホの 5 量体を連結していること，また中央には大きな空洞

モ 5 量体を形成しているが，PF0014 と相互作用することがあることが判明した。

により，10:10 のヘテロ 20 量体を形成することを見出し

以上の結果より，PbaA-PF0014 複合体は古代ギリシャ

た。加えて，中性子小角散乱と透過型電子顕微鏡を用い建築の“tholos”のような特徴的なカゴ構造を形成してて，ダンベル状の複合体中における PbaA と PF0014 の相いることが明らかとなった。

61．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機能形態学分野），古瀬幹夫（生理学研究所細胞構造研究部門）
大野伸彦（自治医科大学医学部解剖学講座組織学部門），西野敦雄（弘前大学農学生命科学部）

神経細胞はシナプスを介して他の神経細胞とネット機能がどのように実現されるのかについて細胞レベル

ワークを形成し，多様な高次脳機能を実現する。従ってで理解する上で重要な手がかりとなる。このような神経

個々の神経細胞がどのように配線されているのかにつ回路の結合様式の網羅的解析はコネクトーム解析と呼いて，その結合様式を網羅的に解析することは，高次脳

ばれ，近年精力的に世界的に展開されている。コネクト

200

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告ームが初めて解明されたのは線虫（C.elegans）であるが，胞のセグメンテーションを行うことでマボヤ幼生の神

これは細胞系譜が個体によらず一定であり，なおかつ神経ネットワークの解明を目指す。今年度は，マボヤ幼生

経系を構成する神経細胞の数が比較的少数であることの SBF-SEM 観察用試料の作製を試みたが，セグメンテが功を奏した。海産無脊椎動物の一種であるマボヤーションを行うのに充分な画質の像を得るには至らな（Halocynthia rorezi）の幼生も，線虫と同様に細胞系譜がかった。そこで今後は SBF-SEM での画像取得に耐えう

一定であり，神経系を構成する神経細胞の数が比較的少る試料作製を目指し，固定条件や染色条件などの様々な数であることからコネクトーム解析に適している。そこ

ステップにおいて条件検討を重ね，プロトコールの改良で本研究ではマボヤ幼生のコネクトーム解析を目的とに取り組む予定である。セグメンテーションに耐えうる

し，ブロック染色および樹脂包埋の後，生理学研究所の画像が取得できるような試料作製法が確立され次第，

ミクロトーム組み込み式走査型電子顕微鏡（SBF-SEM）

SBF-SEM による連続画像取得を実施し，マボヤ幼生の神による観察を行った。取得した電子顕微鏡像より神経細経系の結合様式の解明を目指す。

62．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）

ニューロン間のシナプス結合は様々な情報を脳が統合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，シナた。そこで本研究計画においては目的のニューロンに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peroxidase (dAPEX2)を発現し，その peroxidase により触媒

度な脳の機能を理解する上で必須である。しかし，それぞされる 3, 3’-diaminobenzidine (DAB) 染色を手掛かりとし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て目的ニューロンが形成するシナプスを SBF-SEM を用い器官の違いについては多くが不明なままである。そこで本て同定することを目指した。本年度はまず，SBF-SEM を

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用いたマウス大脳皮質の観察のために必要なサンプル調の微細構造を明らかにすることを目的とした。近年の連続整の条件検討を行った。その結果，目的領野内で DAB 染

切片電子顕微鏡技術の急速な発達により，高速でかつ定量色される細胞の割合，及び電子顕微鏡用の染色の条件，さ的にシナプスを検出する事が可能になってきた。一方で，らにサンプルを包埋するレジンの重合の条件などの最適

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化を行うことが出来た。本年度の共同研究により見出されため，特定のニューロンのシナプスを観察するためには細た条件を用い今後の共同研究により，初期の目的を達成す

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ることを目指す。

63．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
有馬崇（名古屋大学医学部附属病院 糖尿病内分泌内科）

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）
古瀬幹夫（生理学研究所細胞構造研究部門）

家族性中枢性尿崩症（FNDI）は生後数か月から数年で疾患である。我々は FNDI モデルマウスを作出し，バソプ

緩徐に進行する尿崩症症状を呈する常染色体優性遺伝性

レシン（AVP）ニューロンの小胞体（ER）の一部に変異201

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

計画共同研究報告

AVP 前駆体が封じ込められた区画（ERAC: Endoplasmic

を 100 um 厚の切片に冠状断で薄切した。AVP ニューロン

reticulum-associated compartment）が形成されることを見出が局在する視索上核を同定してトリミングし，エポン樹脂

した。蛍光免疫染色および免疫電子顕微鏡による解析によに包埋した。SBF-SEM を用いて，電子顕微鏡レベルの連

り，ERAC は小胞体シャペロン BiP および隔離膜のマーカ

続画像を取得した。画像解析ソフト ImageJ を用いて画像ーである LC3 が発現する膜に囲まれており，また ERAC

変換後，Microscopy Image Browser を使って得られた連続の内部にライソソームマーカーの発現が確認された。以上

画像から AVP ニューロンの ERAC と ER およびライソソ

より，ERAC は ER との交通を有すること，さらに ERAC

ームを画像セグメンテーションして抽出した。

はオートライソソームの特徴を有する compartment である

ERAC は多くの小さい突起構造を持つことが分かり，と考えられた。小胞体内に蓄積した変異 AVP 前駆体は

これらの突起構造の一部は周囲の ER の一部に接続してERAC に封じ込められ，ライソソームが ERAC に融合すいる様子が観察された。また，別の突起構造と細胞質にることで ER から隔離されることなく ER の内部で分解さ存在する Lysosome とが結合している像も確認された。

れている可能性が示唆された。本研究ではこの仮説をより

以上から ERAC は周囲の ER と同時に細胞質の Lysosome

明確に示すため，ERAC と ER の連続性，および ERAC とに接続しうる構造と考えられた。

ライソソームの構造的相関性について SBF-SEM を用いて

今後，画像解析ソフト Amira を用いて画像セグメンテ

3 次元微細構造レベルで明らかにすることを目的とした。

ーションした ERAC に関しての三次元再構築像を作成す

3 ヶ月齢雄性 FNDI マウスを還流固定して取り出した脳る予定である。

64．The Effects of Prenatal Bisphenol-A Exposure on Synaptic characteristics
in the Hippocampus of the Rat Offspring
Depicha Jindatip（Department of anatomy, Faculty of medicine, Chulalongkorn university, Thailand /Department of Anatomy, Jichi Medical University School of Medicine, Japan）
As bisphenol-A (BPA) can pass through the placenta andthin filopodia pattern rather than stable or mushroom-likeblood-brain barrier, it has been demonstrated that prenatal

spines resemble publications from Chen et al. 2014 andexposure to BPA causes aberrant neurological functions in the

Miermans et al. 2017. Most of synaptic contacts appeared

brain. Our previous study revealed a list of differentiallybetween axon and dendritic shaft or base of dendritic filopodia.

expressed genes (DEGs) associated with synaptogenesis in

A few synapses between axon and tip of dendritic filopodium

hippocampus of pups maternally exposed to BPA. However,were observed. Perhaps, the dendritic filopodia were not wellthe effects of prenatal BPA exposure on the morphology ofdeveloped as synaptic apparatus at this early postnatal day.

synapses in the hippocampus are still unclear. Our preliminary

However, since the tissue specimens used in this preliminary

investigation using SBF-SEM and 3D reconstruction program

analysis were not well prepared and showed broken cellat the National Institute for Physiological Sciences (NIPS)

membranes and folded or indented nuclei. Therefore, we will

revealed a large amount of intercellular space and a small

try to improve our procedure for preparing new samples in ournumber of dendritic spines per dendrite in hippocampus fromlaboratory in Thailand, and plan additional collaboration in the

rat postnatal day 1. Moreover, these dendritic spines exhibited

future.

202

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

〔

目

次

〕

1．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 ················································ 206
2．植物寄生性線虫の感染機構の微細構造解析 ···························································· 206
3．アリの敵・味方識別に関わる感覚子内微小ネットワークの三次元構造解析 -タスク適応的発達に注目して- ···· 207
4．超高圧電子顕微鏡による海底下アーキアの細胞構造解析 ················································ 208
5．超高圧電子顕微鏡を用いた細胞骨格・オルガネラ・細胞壁ダイナミクスの解析 ···························· 208
6．網膜と視覚野ニューロンの電気シナプスの機能と三次元形態構造の対応 ·································· 209
7．低温超高圧電子顕微鏡法を用いた CD38 の in situ 膜局在の解明 ·········································· 210

205

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

1．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（東京理科大学理学部第一部）
青木啓太（東京理科大学大学院理学研究科）
村田和義（生理学研究所）【背景】申請者らが近年，温泉水より分離した新規巨大ウ

超高圧電子顕微鏡解析に供した。Medusavirus については，

イルス Medusavirus は，宿主細胞核そのものをウイルス工

放出粒子のクライオ電子顕微鏡解析を行った。

場として複製することが示され，また新潟の淡水より分離【結果】2018 年度の研究により，Medusavirus は，成熟粒したマルセイユウイルス科巨大ウイルス Hokutovirus は，子（Full）に加えて，DNA を一部含む粒子（Full-intermediate），

宿主細胞に凝集体を形成させることが示されている。そこ

空粒子（Empty），核酸以外で満たされた空粒子（Empty-

で，クライオ電子顕微鏡ならびに超高圧電子顕微鏡を用いintermediate）の 4 種類の粒子をアカントアメーバ細胞からた解析を行うことにより，これら巨大ウイルスの細胞核内放出させることがわかっていた。これら粒子をそれぞれ分

ウイルス工場形成過程ならびに細胞凝集体形成過程の三類し，クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析を行ったと次元構造解析を行うことが極めて有用であると考え，研究

ころ，それぞれ，20 Å 分解能前後のマップを得ることがを行うことにした。

できた。本解析により，Medusavirus 粒子は，その内部が【目的】申請者らが分離した Medusavirus に関して，宿主核酸で満たされることにより，カプシド直下の脂質二重層

アカントアメーバ細胞内でのウイルス粒子形成過程の経が収縮し，これに伴いカプシドのサイズも若干小さくなる

時的な三次元解析を，また同じく申請者らが分離した

ことがわかった。

Hokutovirus に関して，その宿主細胞凝集体形成過程の三Hokutovirus 感染により細胞凝集体を形成したアカント

次元解析を，それぞれ超高圧電子顕微鏡を用いて行い，

アメーバ細胞について超高圧電子顕微鏡解析を行ったとMedusavirus ならびに Hokutovirus の生活環を解明するこころ，アカントアメーバ細胞の凝集体における細胞間隙にとを目的とした。

は Hokutovirus 粒子そのものはほとんど検出されなかった【方法】東京理科大学において Medusavirus ならびにことから，Hokutovirus 感染によるアカントアメーバの細Hokutovirus を感染させたアカントアメーバ細胞を調製し胞表面分子の何らかの変化が，細胞凝集体形成に関与してた。調製したアカントアメーバ細胞を化学固定して樹脂にいることが示唆された。

包埋し，生理学研究所において適当な厚さの切片に薄切し，2．植物寄生性線虫の感染機構の微細構造解析
古賀博則（石川県立大学生物資源環境科学部）
ソン･チホン，村田和義（生理学研究所）

１．はじめにび超高圧電子顕微鏡による三次元的解析の結果，シンシ

ダイズシストセンチュウはダイズ根に侵入後，Initial

チウム内には，数種類の滑面小胞体からなる巧妙で複雑

Syncytial Cell (ISC) に口針を挿入して一生そこから養水な構造が存在することを明らかにしてきた。本年度は，分を吸汁する。一方，ISC と隣接細胞との間の細胞壁のシンシチウム内の細胞壁の溶解とその再利用部位に焦点一部が溶解して，細胞融合が起きる。この細胞壁の溶解を当てて，上記の２方法で観察および解析を行った。

はさらに隣接細胞へと連鎖的に起き，数十個の融合細胞

２．試料と方法（シンシチウム）が形成される。これまで，オスミウム

ダイズに本線虫を接種後，下記の２方法でダイズ根を浸軟処理した試料の電界放射型走査電子顕微鏡観察およ固定・染色後，電顕観察し，像の比較を行った。①オス

206

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

密接に関わっていることが示唆された。

ミウム浸軟処理による電界放射型走査電顕観察，②ホル
マリン・グルタルアルデヒド前固定後，zinc iodine-四酸

一方，根の道管に接したシンシチウム内の細胞壁には化オスミウム後固定試料の樹脂包埋，500 nm 厚切り切片

著しい肥厚が認められるとともに，細胞壁がシンシチウのウラン・鉛による電子染色後に，-60° から+60° まで

ム内に枝状に突起し，部位によっては網目状となって，2° 毎傾斜して超高圧電子顕微鏡（H-1250M）で観察し，表面積を増やしていた。これらの細胞壁の突出部位の間撮影した 61 枚の画像の 3D トモグラフィー作製。

隙には管状小胞体が多数観察された。これらの観察結果

３．結果および考察

から，細胞壁の肥厚および突起構造の形成は，細胞壁のオスミウム浸軟処理した試料の電界放射型走査電顕観

体積を増やすことにより，アポプラストのはたらきを高察により，シンシチウム内の細胞壁の溶解が進行中であめ，道管からより多くの水やミネラル等をシンシチウム

ると考えられる部位は管状小胞体に覆われていた。超高内に取り込もうとしているものと考えられる。また，細圧電顕観察画像のトモグラフィー解析でも同様なことが胞壁の肥厚および突起構造の形成など細胞壁の生合成に示された。このことから，管状小胞体が細胞壁の溶解に

管状小胞体が密接に関わっていることが示唆された。

3．アリの敵・味方識別に関わる感覚子内微小ネットワークの三次元構造解析-タスク適応的発達に注目して泰山浩司（川崎医科大学･自然科学）
尾崎まみこ，上尾達也，竹市裕介（神戸大学大学院･理学研究科）
栗原
宋聡（應義塾大学大学院･理工学研究科）

致宖，村田和義（生理学研究所･脳機能計測･支援センター）

アリは，敵・味方を触角の嗅覚器(錐状感覚子)で識別し若齢働きアリでは，同一個体でも錐状感覚子により受容神ている。これまでに，クロオオアリ（Camponotus japonicus）

経の感覚突起の形態に違いが見られ，瘤状隆起が全く見ら

成熟外勤働きアリにおいて，連続ブロック表面走査型電子れないものから，小型のほぼ球状の瘤（直径約 0.3～0.6 μm）

顕微鏡（SBF-SEM）画像を基に，錐状感覚子の 3D 微細形

が感覚突起の長軸に沿って散見されるもの，瘤状構造が数態モデルを構築した（生理学研究所年報 第 37 巻 p.207-

珠状に密に列を成して連なるもの，さらに比較的大型の瘤

208, 2015）。長さ約 20 μm の錐状感覚子内には 100 余本の状構造（直径約 0.6～0.8 μm）が高頻度で他の感覚突起の受容神経感覚突起があり，各突起には 1～7 個の直径 1 μm

瘤と接してみられるものが観察された。小型の瘤をもつ感

内外の瘤状構造が見られた。感覚子内の全瘤数の約 7 割が覚突起からは直径 30～40 nm のフィロポディア様細管構

近接する 1～11 個の感覚突起と接着し，約 1000 か所でギ造が発出しているのが観察されたが，この細管の機能は不ャップ結合と推測される神経間連絡によりネットワーク

明である。比較的大型の瘤状構造が接している場合には，を形成していることが示された。本研究は，さらに超高圧

細胞質の嵌合と細胞膜間の密着が見られた。これらの観察

電子顕微鏡によるトモグラフィー解析で瘤状構造の三次から，羽化後数日間に錐状感覚子内の受容神経感覚突起の元的解析を行いギャップ結合の存在を確認すること，働き瘤状構造が多数形成され，取捨選択されつつ互いが接着しアリのタスクに適応した感覚子内微小ネットワークの発感覚子内微小ネットワークの原型が形成されていくと推達を調べるため，若齢内勤アリの錐状感覚子を SBF-SEM測される。これらの予備実験の結果をもとに超高圧電子顕で観察して 3D モデルを構築し成熟外勤働きアリのそれと微鏡と SBF-SEM による三次元的解析を行う計画であった

比較することを目的とする。

が，所属機関からの緊急の出張自粛要請のため実施するこ予備実験として，若齢内勤アリの錐状感覚子の微細構造とができなかった。

を通常の電子顕微鏡を用いて観察した。羽化後 1～3 日の207

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第 41 巻（Dec,2020）

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

4．超高圧電子顕微鏡による海底下アーキアの細胞構造解析
井町寛之，小河原美幸（海洋研究開発機構）
植松勝之（ ㈱ マリンワーク･ジャパン）
村田和義（生理学研究所）

提案代表者の井町は，真核生物誕生の鍵を握るとされ構造物を有する可能性があるが，先のクライオ電子顕微ているアスガルドアーキアの培養に世界で初めて成功し鏡観察のみでは明瞭にすることができなかった。そこで，た。このアーキアは海底堆積物から得たものであり，アMK-D1 株を大量培養し，細胞を濃縮したサンプルを樹脂

スガルドアーキアの中のロキアーキオータ門に属してい

包埋して厚め（1 μm と 500 nm）に切った MK-D1 株サンる（ロキアーキオータ門は以前 Deep-Sea Archaeal Group

プルを準備し，超高圧電子顕微鏡（Hitachi H-1250M）をと呼ばれていた）。以前のクライオ電子顕微鏡を使った利用することで，本膜小胞様構造物について詳細な観察

観察から，この培養したアーキア（以降 MK-D1 株と呼を行った。観察した結果，細胞内小胞の内部には構造物

ぶ）は膜小胞のような構造物を細胞外に生産している可のようなものは確認されなかったため，現時点では目に能性があることを見出している。しかしながら，本膜小見える構造物はないと判断した。本観察結果を含めた成

胞様構造物が，従来型の細胞内小胞であればその内部に果は Nature（Imachi et al., 2020）に掲載された。

5．超高圧電子顕微鏡を用いた細胞骨格・オルガネラ・細胞壁ダイナミクスの解析
唐原一郎（富山大学学術研究部理学系），山浦遼平（富山大学理学部）
竹内美由紀（東京大学大学院農学生命科学研究科）
峰雪芳宣（兵庫県立大学大学院生命理学研究科）
村田和義（生理学研究所）

筆者らは，植物の形態形成制御に関わる重要な要素でたみ構造や細胞壁との間の膜状構造を解析するには至らある細胞骨格・オルガネラ・細胞壁ダイナミクスの解析なかった。今後は細胞膜についてより鮮明な像を得るたに取り組んでいる。具体的には細胞壁形成時の細胞表層めの条件を検討したい。

の微細構造や，種子の一次壁形態，重力環境が葉緑体構

次に，重力環境が葉緑体構造に与える影響について調造に与える影響などを明らかにすることを目指し，微細べるため，国際宇宙ステーションにおける微小重力環境

構造の三次元観察を行っている。

区，軌道上の人工 1 G 区，および地上 1 G 区で生育し軌はじめに，二次壁形成中樹木木部細胞の細胞表層の微道上で 2.5 % (v/v)glutaraldehyde を含む化学固定液中に保細構造や細胞膜の形状について明らかにするため，ポプ存されたヒメツリガネゴケ（Physcomitrella patens (Hedw.)

ラ（Populus alba×P. grandidentata）木部を用いて細胞表

Bruch & Schimp. subsp. Patens）の茎葉体試料を観察した。

層部の三次元解析を行った。加圧凍結・凍結置換固定し試料は二重オスミウムによる Ellisman らのプロトコルをたポプラ木部を樹脂包埋し，500 - 600 nm 厚の切片を作一部修正して調製し，Spurr's 樹脂に包埋した。そこから製した。超高圧電子顕微鏡（H-1250M，日立）を使用し1 µm の厚さの切片を切り，金粒子の塗布とカーボンコーて傾斜画像を撮影し立体再構成を行った。再構成像では，トを施した後，加速電圧 1,000 kV での超高圧電子顕微鏡

細胞内に小胞や粗面小胞体などの膜構造が多数観察され観察に供した。定量的な解析は今後であるが，宇宙試料

た。小胞は直径数十 nm 程度のものと 150 nm 以上のもの

では地上試料よりもデンプン粒の占める領域がより大きに大別され，ダンベル状の小胞があることがわかった。

い可能性が示唆された。技術的な観点としては，発達し一方，細胞膜については超薄切片像で観察された折りたたデンプン粒は葉緑体の他の領域と比べて大きな収縮が208

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第 41 巻（Dec,2020）

超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

見られ，一部試料ではそこに金粒子が集まってしまう傾能性が考えられ，調製法の改良が今後の課題として残さ向が見られた。この収縮は試料調製の段階で起こった可れる。

6．網膜と視覚野ニューロンの電気シナプスの機能と三次元形態構造の対応
日髙聰（藤田医科大学医学部生理学教室）

脳神経系で電気シナプスの機能に着目し，網膜神経節細高圧電子顕微鏡で細胞間の接触部位を観察し，この部位は胞間のギャップ結合と，大脳皮質視覚野ニューロンでのギ

解剖学的にギャップ結合に似た接触形態であった（図 2）。

ャップ結合の微細形態や電気シナプスの生理機能との関

また，ギャップ結合蛋白 connexin36 の細胞内ドメインに係を調べた。2019 年度は生後間もないラットの視覚野・錐対する抗体（Hidaka et al., 2004, 2005; Hidaka, 2008, 2012,

体細胞間の電気シナプスを電気生理学実験で解析し，ギャ2016）を利用して，抗体反応性を調べた結果，幼弱ラット

ップ結合による接触形態を対応させて解析した。

視覚野の錐体細胞間の接触部には，connexin36 免疫陽性の

今回，電気シナプスを解析した生後間もない（P5）ラッギャップ結合斑 puncta が観察された。以上の結果から，生ト大脳皮質視覚野の錐体細胞を蛍光色素 Lucifer Yellow で後間もない幼弱ラット大脳皮質の錐体細胞同士はギャッ

細胞内染色し，視覚野・錐体細胞間におけるギャップ結合

プ結合・電気シナプスを形成していることが明らかになっの微細形態を超高圧電子顕微鏡で解析した。ギャップ結合た。しかしながら，この生後間もない頃に見られる大脳皮細胞間チャネルの形態構造を観察するために，Lucifer

質の錐体細胞同士のギャップ結合・電気シナプスは，発生

Yellow 染色したラットの脳標本組織をエポン樹脂に包埋が進むに伴いやがて消失して行く事から，神経回路網形成

し，厚さ 1 μm から 2 μm 切片を作成し，1,000 kV の加速電の初期過程に出現している大脳皮質の錐体細胞同士のギ圧で超高圧電子顕微鏡を用いて観察した。超高圧電子顕微

ャップ結合・電気シナプスの機能は非常に興味深い。現在，鏡の試料ステージの傾斜によって 2°づつ±60°で撮影し，分子生物学的な手法も取り入れて，神経回路網形成におけ

IMOD プログラムを用いてその立体再構成を行って，視覚る錐体細胞同士のギャップ結合・電気シナプスの機能的な野の錐体細胞の形態と細胞間の接触構造を解析した。幼弱

役割を調べている。

ラットでは，隣り合う錐体細胞群が同定され（図 1），超（図 1）幼弱ラット（P5）の大脳皮質視覚野（図 2）幼弱ラット（P5）の大脳皮質視覚野の錐体の錐体細胞の細胞体像

細胞の樹状突起間で見つかった接触部位の形態。

209

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超高圧電子顕微鏡共同利用実験報告

7．低温超高圧電子顕微鏡法を用いた CD38 の in situ 膜局在の解明

坂本浩隆，川上奈津子，前嶋翔（岡山大学・大学院自然科学研究科･理学部附属臨海実験所）
高浪景子（国立遺伝学研究所）
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，リンパ球の増対する抗体）を施した分泌顆粒画分像を示す。分泌顆粒殖を活性化する膜タンパク質である CD38 の関与が報告の凝集が観察されるが，その中でも数個の分泌顆粒がされている（D. Jin et al., 2007, Nature）。CD38 は細胞膜上CD38 に対する免疫陽性反応を示しているように考えらに存在し，ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD）

れた（図参照）。今後は N 末抗体も用いて同様に解析しからサイクリック ADP リボース（cADPR）を合成する。

て行く予定である。

合成された cADPR は，小胞体膜上に存在するリアノジン
受容体に結合し，小胞体からのカルシウム流出を促し，オキシトシンの開口分泌を誘導するものと考えられている。
しかしながら，オキシトシン・ニューロンにおける CD38の in situ 膜局在は不明である。そこで本研究では，低温超高圧電子顕微鏡（電顕）法を用いて，CD38 の in situ 膜局
在を明らかにすることを目的とする。
研究代表者のラットを用いた予備的な免疫電顕，および生化学的な解析から，CD38 はニューロン細胞体の膜構造に加えて，オキシトシン分泌顆粒の膜上にも存在する，という非常に興味深い結果を得ている（投稿準備中）。
本研究では，ラット視床下部—下垂体系における CD38 のin situ 膜局在について低温超高圧電顕法を用いて 3 次元的に解析した。まず，限外ろ過法によりオキシトシン・
ニューロンに由来する分泌顆粒画分サンプルを調整した。
本サンプルを低温電顕で観察してみた結果，分泌顆粒まるごとを単離サンプルとして効率良く観察することに既に成功した（2017 年度報告書）。そこで今年度は，精製
サンプルに対して CD38 免疫染色（2 次抗体にコロイダ
ルゴールドを使用）を施し，氷包埋後，低温電顕観察を行なった。その結果，安定して分泌顆粒の観察をすることはできたが，CD38 に特異的な免疫陽性反応は観察さ

図：ラット下垂体後葉サンプルから調整した分泌顆粒画分に対れなかった。そこで，今回，炭素コーティングしたフォ

する CD38 免疫電顕像。CD38（10 nm）に対する免疫陽性反応

ルムバール膜へ分泌顆粒画分を塗布し，免疫電顕を行っを示す分泌顆粒がみられた（矢印）。ネガティブ染色。

た。図は，CD38 に対する免疫染色（CD38 の C 末端部に210

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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 ········································· 214
2． 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 ··················· 214
3． 経頭蓋電気刺激による聴覚誘発脳磁界の変調 ························································· 215
4． dual-fMRI を用いた社会的交流における受容行動の神経基盤 ············································ 215
5． 社会的報酬および罰が運動パフォーマンスに及ぼす影響の神経機構の解明 ······························· 216
6． 語用論的解釈の神経基盤 ― 発話における意図的不調和の処理過程に着目して ··························· 217
7． MEG を利用した聴覚時空間的脳活動の検討 ·························································· 218
8． 多義性効果と意味密度効果の脳波・脳磁場計測を用いた検証 ··········································· 218
9． ぬれ感覚の脳内形成機序の探索 ····································································· 219
10．役割分担を伴う協調行動時の 2 者間に見られる脳活動ダイナミクスの解析 ······························· 220
11．脳磁図による運動視知覚の神経基盤の解明 ··························································· 220
12．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
13．末梢神経線維の選択刺激法の確立と脳反応の計測 ····················································· 222
14．各種刺激による顔認知メカニズムの変容 ····························································· 222
15．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 ··············································· 223
16．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求 ········· 223
17．聴覚後期活動と音源定位-音源の位置と移動方向に着目して ············································ 224
18．7T fMRI を用いた協力の神経基盤としての右頭頂側頭接合部の役割の解明 ······························· 224
19．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 ···························· 225
20．脳波・機能的 MRI 同時計測法を用いた睡眠覚醒機構の解明 ············································ 225
21．呼吸誘発性脳血流変化による体性感覚認知への影響 ··················································· 226
22．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 ······································· 226
23．知覚・記憶・注意とその相互作用に関する脳磁場信号の計測 ··········································· 227
24．時間，空間，音声の知覚に共通するチャンネル間処理の解明 ··········································· 228
25．7 テスラ MRI 装置における 8 チャネル並列送信技術の開発と これを利用したヒト連合野の機能構築研究 ···· 228
26．3 次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法の基礎的検討 ················································· 230
27．眼球運動の機能的ネットワークの解析 ······························································· 231
28．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 ······································· 232
29．呼吸による認知パフォーマンスと関連する脳活動の解明 ··············································· 233
30．7 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 ····································· 233
31．意味の創発に関わる内的表象形成メカニズムの解明 ··················································· 234
32．直接消費可能な遅延報酬を用いた意思決定に関わる認知制御機構 ······································· 234
33．経済実験と非侵襲脳活動イメージングによる言語が社会効用に与える影響の解明 ························· 235
34．運動イメージの脳内表象の解明 ····································································· 236
35．Development and feasibility study of a single-channel microstrip transmission-line RF coil combining RF shielded
PET detector module for a 7T MRI····································································· 236

213

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第 41 巻（Dec,2020）

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･放射線医学総合研究所･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，複数の分に DREADD が発現すると考えられる 45 日以降に脳領域間の機能的結合やそのパターンが，特定の認知・DREADD 選択的 PET リガンド[11C]DCZ を用いた PET 撮

情動機能や精神・神経疾患における症状と対応することが像を行い，４頭について LHb でのhM3Dq 発現が結合能の示されていが，その背景となる生理学的な情報伝達様式と上昇として確認できた。これらのサルに DREADD アゴの関連・因果性についてはいまだ不明である。本研究は，ニストを全身投与することで，発現領域の神経活動が亢ヒトに近い脳構造をもつマカクザルの特定の脳回路を操進することを[18F]FDG-PET により確認した。さらに行作した際に生じる機能結合の変容を明らかにすること

動課題を用いサルの意欲行動を定量し，アゴニスト投与

で，機能結合の生理学的実態を明らかにすることを目指

時に意欲減退が生じることを２頭のサルで確認した。こす。そのために，化学遺伝学的手法により既知の脳回

れらのサルを用いた機能 MRI 撮像を実施するのに先立路を操作することができるマカクザルを対象とした機

ち，正常個体における麻酔下機能 MRI の撮像条件の検能 MRI 計測を実施する。第一弾としてヒトうつ病の病討を行った。撮像した画像を量子研で解析し，S/N 比や態回路仮説の一つとされる外側手綱核（LHb）の過活動

シグナルの均一性などをチェックした。今後はこれら機を引き起こすモデルを作出し，機能結合の変容を明らか

能 MRI 撮像条件の最適化を行った上で，化学遺伝学ににすることを目指す。

よる回路操作条件での撮像を考慮した撮像プロトコル5 頭のマカクザルの両側の LHb に神経細胞特異的にの検討を行う。

hM3Dq を発現させるウイルスベクターを注入した。十

2．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）的とした。

二人以上の集団が一つのゴールを目指してお互いの行為を統合する共同運動課題は，身体を介した直接的

これまで，我々は 2 人の把持力の合計を標的力に合わ

な個人間コミュニケーションの典型例である。そこでせるという共同把持力調整課題を用い，その際の脳活は，巧みな協応により個々の能力以上のパフォーマン動を調べることで，共同行為の組織化に関わる神経基

スが生成されうる一方，理論的には決して効率的とは盤を検討してきた。その結果，単純な力調整課題でもいえない社会的相互作用も生じる。これらの現象は心mentalizing system と呼ばれる脳領域の賦活が生じること，

理物理実験やゲーム理論において示されてきたが，そその中でも右の側頭-頭頂接合部（TPJ）が他者との協調の神経的基盤はいまだ明らかにされていない。特に，に大きな役割を示すことを明らかにした（Abe et al.,

社会性の影響が顕著になることが示唆されている 3 名以NeuroImage 2019）。この力調整課題にさらに 1 名加え上での共同課題時における神経活動の研究例はほぼ皆て 3 名とした場合，より複雑かつ高次の社会性が要求さ無である。本研究では共同課題時の複数名（最大 3 名）れ，その神経基盤の詳細を検討することが可能となるの脳活動を同時に記録・解析することにより，共同課と考えられる。そこで，本年度は昨年度に引き続き 2 台

題時特有の脳内情報処理過程を明らかにすることを目の 3T-fMRI スキャナと 1 台の 7T-fMRI スキャナを同時に214

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

用いる実験環境の構築を進め，かつ実験課題の精査とれた。また，従来の実験課題内容では実験参加者の負検証を行った。

担が大きいことから，三人課題に焦点を絞ったプロト

3 台の fMRI スキャナおよび視覚刺激の同時使用に関コルへの再調整を行った。これらの実験系構築により，しては，インターネット等のネットワーク接続ではタ三人同時の脳計測を年度末に実施することができ，現イミング遅延等の危険性が高いため，延長ケーブルに

在このデータの解析を進めている。2020 年度はこの解よって異なる研究棟にあるスキャナ間を直接接続する

析結果を基に実験系の微調整を行い，20 組前後の三人

実験系を構築した。その結果，問題なく視覚刺激の適組を対象に本実験を実施する予定である。

用および fMRI データの取得が可能であることが確認さ

3．経頭蓋電気刺激による聴覚誘発脳磁界の変調
岡本秀彦（国際医療福祉大学医学部医学科）
討する予定である。

本研究では，経頭蓋電気刺激により聴覚誘発脳磁界反応に変化があるかを調べる実験の準備を行った。提今年は研究代表者や研究協力者を被験者として実際

案代表者はこれまで注意や日常生活における音環境やにのべ 4 名を計測した。経頭蓋電気刺激では頭皮の刺激

聴力の変化により，音刺激によって誘発される聴性誘部位に痒みや痛みが出現することが報告されているが，発脳磁界反応が変化することを明らかにしてきた。そこの 4 例では経頭蓋電気刺激中にかすかにピリピリしたこで，本研究では音刺激によらない方法で聴覚野を刺刺激を感じることがある程度で，大きな副反応は認め

激した場合に，聴性誘発脳磁界反応が変化するか否かられなかった。また脳磁計にて聴性誘発脳磁界反応をを確かめる。

計測する時も，副作用など被験者にとって不利益な事
象は発生しなかった。

ヒト聴覚野脳活動は実際の音刺激によって誘発されるが，外部からの経頭蓋電気刺激によっても誘発する

聴性誘発脳磁界反応では経頭蓋電気刺激の有無によことが可能である。本研究では，あらかじめ経頭蓋電り差が認められたが，大きな差ではなかった。さらに気刺激にて広帯域雑音と同じパターンの電気刺激を聴

多くの被験者で計測し，統計解析する必要があると考覚野に与えておく，そして，その経頭蓋電気刺激の波える。2020 年度は外部からも被験者を 15 人ほど募り，形と合致する広帯域雑音刺激と，合致しない広帯域雑結果をまとめたいと考える。

音によって惹起される聴性誘発反応を計測し，比較検4．dual-fMRI を用いた社会的交流における受容行動の神経基盤
荻野祐一（群馬大学大学院･麻酔神経科学）
川道拓東（群馬大学医学部附属病院･麻酔科蘇生科）
菅原翔（東京都医学総合研究所･脳機能再建プロジェクト）

人間社会において，他者との社会的関わりで重要な

そのような他者に対しては，indirect reciprocity の観点か

行動の一つに困窮する他者に対して手を差し伸べる援ら自己イメージの向上が援助行動の動因となり，先行助行動がある。我々は，共感が援助行動の動因となる研究（Kawamichi et al., 2018）から楔前部に表象されることを，fMRI を用いた実験的検討によって明らかにしと考える。

てきた。しかしながら，ヒトは，共感することが難し

今年度，我々は，援助対象者の印象を実験的に操作

い，親密でない他者に対しても援助することができる。

して共感を生じにくくした上で，自己イメージの向上

215

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告が動因となる援助行動の神経基盤に関して実験的検討

結果として，neutral な印象，および，negative な印象を行った。本実験においては，生理学研究所の 3T fMRIの人，それぞれが，cyberball 課題から仲間はずれになっを利用して，cyberball 課題（参加者間でボール回し課題

た際に，援助行動が起こること（トス率の増加）を確を行う）を応用した共同作業課題を被験者に課した。

認した。しかしながら，negative な印象の人に対するト

この課題参加前に，他の参加者のインタビュービデオ

ス率は有意に少なく，negative な印象の人に対する援助を閲覧し，他の課題参加者に対する印象の形成

行動時には楔前部が賦活することを確認した。
これらの結果は Soc Neurosci 誌に発表した。

（negative，および，neutral な印象）を誘導した。

5．社会的報酬および罰が運動パフォーマンスに及ぼす影響の神経機構の解明
中山義久，菅原翔，西村幸男，鈴木迪諒（東京都医学総合研究所）
犬飼佳吾（明治学院大学）

スポーツや勉強の場面で，意欲に満ち溢れている時関連することを示した。我々は腹側中脳の準備活動がには高いパフォーマンスを出すことができ，よい結果

運動パフォーマンスの決定に重要であると考え，今年を得られるということを多くの人が経験している。ま度は金銭報酬がない状況下で fMRI 実験を実施した。

た，それはリハビリテーションの現場でも同様で，脳28 名の参加者を対象に，金銭報酬が存在しない条件

卒中や脊髄損傷患者がリハビリテーションに対する意

で準備刺激の後で合図に対してバーを早く握る課題を欲を持ち，頑張ることで運動機能回復が早くなること実施した。結果は金銭報酬を伴う場合と同様，準備刺が知られている。さらに，我々の研究で意欲を司る脳激に対して腹側中脳が強く賦活する場合に，握る際の部位である側坐核が運動を生み出す運動野に直接的に最大握力が強いという関係を追認した。したがって，

働きかけ，この系が運動の生成に重要であることがわ

腹側中脳の活動の程度は将来の運動パフォーマンスのかってきた。しかし，精神状態とパフォーマンスとの決定において主たる役割を担うことが示唆される。

間の因果関係を説明する神経科学的根拠については未

さらに，運動パフォーマンスを生成するメカニズムのだ不明である。そこで本研究では，意欲や社会的要因

認知的な側面に着目した研究も進めている。たとえばによって左右される精神状態とそれにより制御される

赤信号を見てブレーキをかけるという場面では，自動身体運動制御機構の神経基盤を解明することを目的と車とバイクを運転する場合では具体的な運動は異なる。

する。

このように運動を選択し実行するための「目的（ゴー

前年度までに，意欲による運動パフォーマンス生成ル）」に着目し，行動目的を運動情報に変換するメカに関する脳領域を明らかにするために，金銭報酬量をニズムを 7 テスラ MRI により検討する実験を実施した。

提示することにより意欲を制御し，その後，合図に対実験には 29 名が参加した。解析の結果，目的を決定す

してバーを早く握る課題中に脳活動を記録する fMRI 実

る時には運動前野と頭頂葉のネットワーク，運動が決験を行った。その結果，期待する金銭報酬が高いほどまり準備する段階では運動前野と基底核のループ回路

運動準備段階での一次運動野と腹側中脳の活動が高く，が活動するという結果が得られた。

これらの領域の脳活動は将来の運動パフォーマンスと216

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

6．語用論的解釈の神経基盤 ― 発話における意図的不調和の処理過程に着目して松井智子（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）
中村太戯留（武蔵野大学データサイエンス学部(教養教育)）

発話における意図的不調和は，語用論的解釈をする

そのため，2018 年度の皮肉課題の解析で，発話韻律関連

うえで重要な手掛かりとなる。発話者は，自分の期待の不調和として賦活した内側前頭前野後方と両側島皮質とは異なる結果に直面した際に，失望，怒り，非難，は，何らかの意図的不調和の感知と関係している可能羨望などのネガティブな感情を抱き，その感情を何ら性が考えられた。来年度は，これらの論文化を進める

かの意図的不調和として表現する傾向を有する（内海,とともに，(A)と(B)の関係性の検討を進める予定である。

2000）。
本研究では，(A)「皮肉における発話内容とプロソディの不調和処理の神経基盤を探る」課題を通して意図的不調和を感知する神経基盤の検証，そして(B)「面白さを誘発する隠喩的表現における不調和処理の神経基盤を探る」課題を通して意図的不調和を解消する神経基盤の検証の２つを推進している。
(A) 皮肉に関して，本年度はイメージングデータの解析
結果の検討を実施した。皮肉理解に関する神経基盤の

図１ 皮肉理解課題の皮肉度の結果：(青色) ポジティブ文脈，研究では（内山他, 2012; Spotorno 他, 2012），他者の心(赤色) ネガティブ文脈，(緑色) 文脈なし各文脈左からポジティを推測する際に重要な役割を果たす内側前頭前野の前方

ブ韻律，ネガティブ韻律，棒読み韻律などの関与が示唆されている。一方，不調和処理が皮肉理解において重要な役割を果たすならば（内海, 2000），

引用文献
今泉敏,木下絵梨,&山崎和子.(2008).感情に関わる発話意

文脈を伴わない「発話内容と発話韻律の不調和」も皮肉

図の理解機能. 高次脳機能研究, 28 (3), 52–58.

を生じうると考えられる（今泉他, 2008）。

Spotorno,N.,Koun, E., Prado, J., Van Der Henst, J.-B., &そこで，2019 年度は，文脈を伴わない「発話内容と発Noveck, I. A. (2012). Neural evidence that utterance-

話韻律の不調和」が皮肉を生じうるかどうかを検討する

processing entails mentalizing: the case of irony. NeuroImage,

ための行動実験を実施した。刺激は，2017 年度に実験し，63(1), 25–39.

2018 年度に検討をおこなった皮肉理解の課題で用いた

Uchiyama, H. T., Saito, D. N., Tanabe, H. C., Harada, T., Seki,

刺激のうち，文脈がなくても皮肉として成立しうる発話

A., Ohno, K., Koeda, T., & Sadato, N. (2012). Distinction

内容を厳選した。発話内容は全てポジティブ内容でbetween the literal and intended meanings of sentences: a

あるが，発話韻律としては，ポジティブ韻律，ネガテ
ィブ韻律，そして棒読み韻律を用いた。実験参加者は，

functional magnetic resonance imaging study of metaphor
and sarcasm. Cortex, 48 (5), 563–583.

193 名で，字義（文字通りの意味）を 1，皮肉を 5 とする

Utsumi, A. (2000). Verbal irony as implicit display of ironic

5 件法で，回答してもらった。結果，ポジティブ内容とenvironment:

ネガティブ韻律という不調和の際には必ずしも文脈情報がなくても皮肉が生じうることが確認された（図 1）。

217

Distinguishingironicutterances

nonirony. Journal of Pragmatics, 32 (12), 1777–1806.

from生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

7．MEG を利用した聴覚時空間的脳活動の検討
田中慶太（東京電機大学理工学部）
根本

幾（東京電機大学システムデザイン工学部）

本研究は，人が社会との相互作用を営む上で重要と330-503 ms の 48 種類の二音節の言語音(「アカ」，「イなる聴覚の高次聴覚機能に対して，時間及び空間分解

ヌ」など)をそれぞれ 35 Hz と 45 Hz に振幅変調したもの

能に優れた脳磁図（MEG）を利用し，行動と脳機能をを使用した。振幅変調の変調度は 1.0 とし呈示音圧は 90対応させ，脳内の活動部位と部位間の結合によって行dB とした。実験参加者ごとに呈示の順番はランダムと動が解釈できるようにすること目的として，以下のよ

し，また変調周波数と言語音の組み合わせによる影響

うな成果を得た。

を考慮した。実験は，Active と Passive 条件で実験を行

両耳分離聴タスクでは，左右の耳に同時に異なる刺った。Active 条件では，実験中に左右から知覚した言語

激音（数字，有意味語，言語音など）を呈示する。こ

音を無音区間で記入するように指示し各耳の正答率をのタスクでは，行動実験により右耳優位が報告されて求めた。Passive 条件では，実験中に無音で字幕なしのおり，右耳優位性と言語能力との関連も報告されてい映像を呈示した。

る。一方で，右耳優位と神経生理学的な報告は少ない。

行動実験の結果，左耳に比べて右耳の正答率が有意

そこで本研究では，両耳分離聴タスクを用いて，左右に高く，先行研究と同様に右耳優位が示された。脳磁に異なる二音節の言語音を同時に呈示したときの脳反図による ASSR の振幅は，Passive 条件に比べて Active 条

応を MEG により計測し，その関連を明確にすることで件で統計的に有意に大きかった（p<0.05）。このことかある。具体的には，聴性定常応答（ASSR）を用いて両ら 40 Hz 成分の ASSR は，聴覚情報の認知処理との関連

耳に言語音を呈示することにより同側・対側反応を弁を示唆する。また右耳優位のグループにおいて，右耳

別し，両耳分離聴タスクに対する聴覚情報処理の様式

対する ASSR の振幅が，左耳に対する振幅に比べ有意にを視覚化する。

大きかった（p<0.05）。これらの結果より両耳分離聴における右耳優位に対する神経生理学的な関連を 40 Hz 成

実験参加者は，健常成人 13 名（うち女性 1 名，全員右分の ASSR により明確にできることを示唆する。

利き）であり，聴覚正常であることを確認している。
両耳分離聴タスクで呈示する刺激音は，呈示時間は

8．多義性効果と意味密度効果の脳波・脳磁場計測を用いた検証
日野泰志（早稲田大学文学学術院）
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）
語の意味活性化速度は，語が持つ形態－意味間の対応は，語彙判断課題において，意味間の関連性が高い多義関係の性質に依存すると提案する研究者が存在するが語（polysemous words）の方が，意味間の関連性が低い多（e.g., Azuma & Van Orden, 1997; Morelli & Amenta, 2018;

義語（homonyms）よりも反応時間が短くなることから，

Rodd, Gaskell & Marslen-Wilson, 2002; 2004），同時に，そ語の形態－意味対応の一貫性が高い程，意味活性化速度

うした提案に懐疑的な研究者も存在する（e.g., Klein &が高いと提案している。しかし，Hino 他（Hino et al., 2006,

Murphy, 2001; 2002; Hino, Kusunose & Lupker, 2010; Hino,

2010; Pexman et al., 2004）は，語彙判断課題では，意味間Pexman & Lupker, 2006; Pexman, Hino & Lupker, 2004）。

の関連性の違いによる効果を観察できなかった上に，語

例えば，Azuma & Van Orden (1997) や Rodd et al. (2002)

彙判断課題において多義語と一義語に対する成績を比較

218

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

した多くの研究では，一義語よりも多義語に対する反応の意味ばかりでなく，その語と形態類似の別の語の意味

時間の方が短くなることが報告されていること（e.g.,も活性化される可能性が示唆されている（e.g., Forster &Hino & Lupker, 1996; Hino et al., 1998; 2002, 2006; Jastrzembski,

Hector, 2002; Hino, Lupker & Taylor, 2012; Kusunose, Hino &1981; Kellas, Ferraro, & Simpson, 1988; Millis & Button, 1989;

Lupker, 2016; Rodd, 2004）。これらの結果は，刺激語がPexman & Lupker, 1999; Pexman et al., 2004; Rubenstein et al.,与えられると，その形態類似語の意味も含めて複数の意

1970），関連性判断課題やカテゴリー判断課題など，意味が同時に活性化し，活性化された意味間の不一致性の味活性化プロセスを，より直接的に反映すると考えられ程度に N400 の振幅が依存する可能性を示唆する。そこる課題では，多義語と一義語の間や意味間の関連性が高で，本研究では，語の形態－意味間の対応関係の一貫性

い多義語と低い多義語との間に成績差が観察されなかっを操作した刺激セットを作成し，視覚刺激に対する語彙たことから，意味活性化速度が語の形態－意味対応の一判断課題を実施し，行動データと共に，事象関連電位の貫性に依存するとする仮説に懐疑的である。

測定を試みた。

最近，Haro, Demestre, Boada & Ferre (2017) は，多義語実験の結果，行動データには形態－意味対応の一貫性と一義語を使った語彙判断課題を実施し，行動データと効果は観察されなかったものの，中央 9 箇所の電極にお共に，事象関連電位の測定を試みたところ，N400 の振いて，高一貫語に対する N400 の振幅は，低一貫語に対幅が，一義語よりも多義語に対して有意に大きくなるこ

する振幅よりも有意に大きくなることを確認した。このとを報告している。さらに，語彙判断課題では，語が持

結果は，語を読む際には，その形態類似語の意味も含め

つ形態類似語数の違いが N400 の振幅に効果を持つことて複数の意味が同時に活性化されるが，やがて適切な意も報告されている（e.g., Holocomb, Grainger & O’Rourke,

味のみが選択されるというプロセスが介在することを示

2002）。さらに，語を読む初期段階には，提示された語

唆するものと思われる。

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）
1．はじめに感形成のメカニズム探索と，MRI 装置内で再現可能な実験のパラダイムの作成で終了した。

“湿度”や“皮膚表面の濡れ”は，ヒトの体温調節に

2．方法

大きな影響を与える因子であり，衣服素材の開発や室内実験 1．接触物の含水量と濡れ感の関係の探索

環境設計などの応用面からも重要な研究対象である。湿健常

度や皮膚表面の濡れは，“蒸れ感”,“濡れ感”として

成人 29 名を対象とした。温度による影響を除くため皮我々の意識にのぼり，温熱的不快感につながる。しかし，

膚温度とほぼ同じに保った（30 °C）のペルチエ素子（3ヒトの濡れセンサーはないと考えられ，触覚，温冷刺激cm 径）の上に７段階の含水量（0, 3.75, 7.50, 11.25, 15.00,により形成されると予想されている。この検証には，機18.75, 22.50 μg/cm2）の綿素材をおき，人差し指で触知

能的脳画像法（fMRI）を用いることが適していると考えさせた。5 秒間の静止の後，濡れているか，濡れていなられる。①濡れ感に関わる脳部位を同定し，②温冷感といかを申告させた。同一含水量の触知をランダムに 5 回

圧覚の２つの異なる感覚から形成されると推察される濡

くりかえした。

れ感を，脳内情報伝達解析により明らかにする。さらに，

実験 2．実験 1 で用いた綿に十分量の水を含ませ（80③濡れ感により温熱的不快感が生じるメカニズムを明ら

μl/cm2），20 °C, 25 °C, 30 °C, 35 °C, 40 °C の温度刺激をかにすることを目指した。本年度は行動実験による濡れペルチエ素子を用いて加えた。被験者は濡れ感，温度219

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告の強さを 0–10 段階で申告した。同じ温度刺激をランダ

実験 2．30 °C 以上の刺激では，同じ濡れの強さを申告した。一方，30 °C 以下の温度刺激では，温度に反比

ムに 5 回加えた。
実験 3．実験 1, 2 のプロトコールを前腕もしくは前脛

例して濡れ感が強くなった。

部被毛部でも行なった。また環境温度の影響を検証した。
3．結果

実験 3．実験 1, 2 の結果は，前腕被毛部，前脛部被毛部でも再現された。濡れ感は環境温度の影響を強く受実験 1．含水量と濡れを感じる正答率は直線関係となけ，一定の皮膚温度が保たれていないと消失する可能り，8 µg/cm2 の含水量で正答率が 50 %となると予想され性があることが示唆された。

た。また 22.50 µg/cm2 での正答率は 92 %であった。

10．役割分担を伴う協調行動時の 2 者間に見られる脳活動ダイナミクスの解析
高橋宗良， 藤 貴之，石原暢，田中大貴，高岸治人，松田哲也（玉川大学 脳科学研究所）

本研究は，2 者が役割を分担し協調して課題に取り組

行動データについて，Joint Simon 効果を条件間で比較む際に，自身と相手の行動と課題がそれぞれの脳内でしたところ，JOINT 条件＞SOLO 条件，他人条件＞友人

どのように表現され，どのような脳活動の特性が協調条件という結果が示された。また，Joint Simon 効果は他行動に影響するのかを 2 者同時の機能的 MRI 計測実験

者一般に対する信頼や共感性と負の相関を示したこと

を通して明らかにすることを目的とした。課題にはサから，Joint Simon 効果は協調しながらも他者性を強く意

イモン課題（Simon, 1969）を 2 名で役割分担して行う識する場合により顕著に現れることを示唆している。

Joint Simon 課題（Sebanz et al., 2003）を用いた。この課

次に，機能的 MRI 計測データについて GO 刺激が提題を 2 名が隣り合わせで着席して実施した場合，GO 刺示された際の脳活動を条件間で比較したところ，社会激に対する反応時間が自分寄りの位置に呈示された場性に関係するとされる脳領域（e.g., Anterior Insula, right合に相手寄りに呈示された場合よりも早くなることがTPJ ） の 活 動 に お い て ， 友 人 ・ JOINT 条 件 ＞ 他 人 ・

示されている（Joint Simon 効果）。

JOINT 条件，友人・JOINT 条件＞友人・SOLO 条件，と本研究では，健常成人（男性 12 名，女性 8 名）を対いう結果が示された。これらの傾向は，Joint Simon 課題

象とし，ペア相手の違い（友人/他人）と課題に協働的中の脳活動がペア相手との社会的関係性や課題の社会に取り組むか否か（JOINT/SOLO）を組み合わせた実験的構造を反映している可能性を示唆している。

デザインで Joint Simon 課題中の 2 者同時の機能的 MRI

今後，これらの脳領域の活動レベルについて，２者間計測を行った。また，社会性やペア相手との関係性のの相互作用や，被験者の向社会性やペア相手に対する信影響を検討するための質問調査を実施した。

頼度との関連についての詳細な検討を目指していく。

11．脳磁図による運動視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）
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）

仮現運動観察時の脳磁界活動（MEG）を取得して，聴覚刺激による運動感を誘導する事態，さらに視聴覚

運動知覚と空間視経路および物体視経路の賦活の関係

複合刺激による事態を検討した。

について検討することを目的とした。本研究では，視11 名の実験参加者に対して，視覚条件では，黒色背覚刺激による運動感を伴う事態における MEG に加えて，景に持続時間 66.8 ms の白色円刺激を，中央凝視点から220

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

左右水平 5° 離れた位置に TV モニター上に提示した。

的所見を得た。
視覚条件では，上･下後頭回において，約 220–300 ms

聴覚条件では，視覚刺激とほぼ同位置に置かれたスピーカーから，白色ノイズ（77.4 dB）を，視覚刺激と同にかけて最適条件の賦活量が多かった。

様な持続時間で提示した。視覚，聴覚条件とも，左右聴覚条件では，いずれの部位においても，明確な所のどちらかの位置から刺激（S1）が提示され，その 66.8

見は得られなかった。

ms 後に凝視点の反対側に次の刺激（S2）が提示される

視覚聴覚複合事態では，下後頭回において約 300–430

ことで最適な運動感が得られる最適条件と，左右の同

ms の時間帯で一致，不一致条件ともに同時条件よりもじ位置に S1，S2 が同時に提示される同時条件とが設け賦活量が多かった。下側頭回では，約 300–370 ms の時られた。さらに，視覚聴覚複合条件では，視覚，聴覚

間帯で不一致条件の賦活量が多かった。また，中側頭の S1 刺激が同じ位置から提示される一致条件と，異な回右側では，約 60–120 ms，290–370 ms 帯で不一致条件

る位置から提示される不一致条件とが設定された。

の賦活量が多く，上側頭回右側では，60–120 ms の時間
帯で不一致条件の賦活量が多く，290–370 ms では一致，

MEG の計測は，306 チャンネル全頭型脳磁計（Elekta
Neuromag-306, Helsinki）から 204 点の計測データを使用

不一致条件で賦活量が多かった。

し，最小 2 乗ノルム解により両大脳半球に 38 領野の信

聴覚刺激を用い場合には，運動に伴う明確な MEG 応

号源を設定して電流量を算出した。これらの 38 領野か答が示されなかったが，他の部位等も含めて，さらにら今回は，上･下後頭回，上･下頭頂小葉，上･中･下側

詳細な解析を進める必要がある。

頭回，上･中前頭回の結果について，以下のような初期12．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は周波数帯域除去雑音を背景音として提示した時に誘周波数特異性が向上しているのではないか，という仮発される脳磁場を測定した。対象となる被験者は名古説を検証することである。一般的には聴力が両耳とも

屋市立大学病院や近隣の耳鼻咽喉科から紹介していた正常な場合，雑音下では左右の耳から入った音情報をだいている。しかしながら，本年度は現在来所できる

統合することで，雑音下の音の聞き取り能力を向上さ

回数が限られていること及び対象被験者が新たに得らせている。しかしながら，片側高度感音難聴患者ではれなかった為予定数の実計測が出来なかった。そのた

それが不可能であるため，脳の可塑性変化により健聴

め次年度の為に刺激音の周波数や刺激間隔，回数を変耳の周波数特異性を代償的に向上させることで対応し更して過去に計測した被験者で再計測し論文報告可能ているのではないかと考えている。この為我々は脳磁な研究計画を作成した。

計を用いて片側高度難聴の患者に対し，健聴耳のマク

次年度は，来所回数を増やし，研究協力者追加も予ロレベルでの周波数特異性を他覚的に計測を予定した。

定している。また可能であれば研究補助員を研究費で雇用することも検討中である。

刺激音として日常生活で重要な役割を果たしている
1000Hz の純音を用いて，マスキング音として 1000Hz 周

Sekiya et al., Broadened population-level frequency tuning in

辺の周波数帯域を広域雑音より除去することで作成し

the auditory cortex of tinnitus patients. J Neurophysiol. 2017,た周波数帯域除去雑音を用いた。刺激音を単独，また117:1379-1384

221

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第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

13．末梢神経線維の選択刺激法の確立と脳反応の計測
和坂俊昭（名古屋工業大学）
ヒトが痛みを伝える神経経路は痛み刺激の入力によ最初の実験として，被験者の右手の手背部に表皮電気り痛覚受容器が興奮し，脊髄内のシナプスを介して脊刺激法で用いる刺激電極を貼付し，電気刺激を提示して髄視床路を上行し，視床を経由して大脳皮質や大脳辺末梢神経を刺激した。刺激用電極は通電パターンについ縁系へ投射している。痛覚の受容器は，身体のほとんては，6 条件のパルス幅（60，100，200，400，800，

ど全ての部位にみられる自由神経終末であり，痛覚情1600 μ 秒）の単発の矩形波であり，尖部を陰極，外筒を報は神経線維の直径が太い有髄の Aδ 線維と細い無髄の陽極として電流を提示し，各条件における Aδ 繊維の痛C 線維によって中枢へと伝えられる。これらの神経線維み閾値を計測した。通電波形のパルス幅が 60 μ 秒の条件

は電気刺激に対する閾値が異なるため，皮膚の上からでは，痛みの閾値は最も高く，パルス幅が長くなるにつAδ 線維と C 線維を選択的に刺激することは困難であっ

れて痛みの閾値は低下した。また，パルス幅が 800 μ 秒

た。そのため，それぞれの神経線維に対して選択的にと 1600 μ 秒では閾値に差はみられなかった。また，パル刺激を行い，刺激閾値やそれに関連する脳反応についス幅を 400 μ 秒に固定して，パルスの反復回数（単発かては明らかにされていない点が多い。そこで本研究でら 10 連発）の違いによる加重効果を検討し，これらのは，直経が 1 ㎜の外筒とその中心にある尖部から構成さ結果から Aδ 線維に関する S-D 曲線（強さ-時間曲線）をれている同心円電極を皮膚の上に置く表皮電気刺激法

計算して神経モデルを作成するための基礎的なデータをを用いた。刺激電極の尖部の先は表皮内で留まるよう得た。また，脳波の潜時からも Aδ 線維が刺激されていになっているため，電極に提示する波形や通電パター

ることも確認した。C 線維の刺激については，単発の矩ンを操作することで，痛覚をつかさどる C 線維と Aδ 線

形波では選択的に刺激することが出来ないため，電極へ維を選択的に刺激する方法を確立し，脳の活動特性をの通電パターンを操作しながら，次年度以降も継続して明らかにすることを目的としている。

検討して行く予定である。

14．各種刺激による顔認知メカニズムの変容
三木研作（愛知医科大学看護学部）
本年度は，経頭蓋電気刺激のための先行実験として，後約 170 ミリ秒にみられる N170 成分の検討を表情ごとマスキング刺激による刺激提示方法による実験を行った。

（笑った顔，怒った顔，無表情の顔）に行っている。今この刺激方法は，ずっと物が動いている画像内に，ごく後は，以前行った提示時間が長い（500 ミリ秒）実験と短い時間（約 16 ミリ秒）画像を提示しても，被験者に比較検討して，顔認知の特性を検討していく。また，もは，その画像が知覚されない。ただし，画像自体の情報

ともとは経頭蓋電気刺激を用いて行う予定であったが，は，脳に伝わっているために脳活動は検出される。通常

最近，安価でより有用性の高い経頭蓋静磁場刺激機器が人間は表情認知を無意識におこなっていることから，今発売され，そのどちらか，もしくは両方を用いて検討を回はこの刺激方法で予備実験を行った。被験者は 20 名

進めていく予定である。

行い，現時点では，顔認知特異的成分である顔画像提示222

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第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

15．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
乾幸二，バヤスガランボルギル（愛知県医療療育総合センター発達障害研究所），

杉山俊介（岐阜大学），西原真理，竹内伸行（愛知医科大学），絹川友章（名古屋大学）
聴覚誘発脳磁場，脳電位を用いた抑制系評価パラダイ

定常反応を用いた検査パラダイムによって，興奮と抑制ムの確立に取り組んでいる。今年度は，短潜時抑制（10のバランスを保つメカニズムや，そのメカニズムの異常～60 ミリ秒）と長潜時抑制（500～700 ミリ秒）の計測パを観察できる可能性がある。聴覚定常反応を用いた成果

ラダイムについて，35 人のデータを用いて再現性の評価（ Sugiyama et al. Front Syst Neurosci 2019; Front Integrを行った。いずれも良好な級内相関を示し，臨床検査とNeurosci. 2019; Motomura et al. Brain Sci. 2019）を報告した。

して用いることができる可能性を支持した。現在いずれ

その他，感覚記憶関連のパラダイム（Kinukawa et el. Sci

も投稿中である。

Rep 2019）や感覚系を越えた抑制（Takeuchi et al. Brain

定常反応（steady state）を用い新奇パラダイムも検討

Topogr 2019）についても成果があった。異なるパラダイ

した。一定周波数のオシレーション発現には，興奮と抑ムで計測した抑制機能の相関についても今後検討したい。

制が一定リズムで切り替わるメカニズムが必要であり，

16．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求
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，第二言語がどのように脳内で処理される

含む認知的な処理に関与することも報告されている。

か脳画像を用いて調査することが目的である。母語で私たちは，学習者が助詞を選択できない背景には，数ある第一言語が処理される過程と，母語以外の言語が多くある助詞の中から文脈に適した正しい助詞を選び処理される過程を脳画像を用いて比較することで，処出すにあたり認知に大きな負荷がかかっていると仮定

理に関与する領域，及び処理に関わる認知負荷を調査した。
調査の結果，学習者は母語話者に比べ正答率が低く，することで言語習得のメカニズムを探求した。
現段階で調査が終了している被験者は，日本語母語

解答速度も遅いことが明らかになった。実験で使用し話者と日本語学習者である。日本語の文脈に合う正し

た助詞はすべて平仮名一文字で解答できる助詞であっい助詞を解答するタスクを課し，両グループの正答率，た。日本語母語話者にとっては簡単なタスクであった

解答速度，神経基盤を比較検証した。一般に「て・が，学習者にとっては，平仮名一文字の助詞を産出すに・を・は」と呼ばれる助詞は，日本語学習においてることが非常に困難であることが明らかになった。神

最も習得が困難な文法要素として知られており，高い経基盤は，両グループとも LPO の関与が認められ，助日本語能力を保持する学習者において助詞の誤用や，詞を産出するにあたり，母語話者も学習者も統語処理

日本語母語話者とは異なる助詞を使用することが報告を行うことが明らかになった。一方，学習者グループ

されている。

に特化して活動する領域は IFS であった。この領域は，先行研究から，言語処理には left Inferior Frontal Gyrus

LPO の統語処理を VWM を使ってアシストすることが(LIFG) の関与が報告されている。また，LIFG 内の Left

知られており，学習者が付加的な記憶リソースを駆使

Pars Opercularis (LPO) が統語処理を担い，Left Inferior

して助詞を産出していることが明らかになった。これ

Frontal Sulcus (LIFS) が Verbal Working Memory (VWM) をらの発見により，母語話者も学習者も同じ神経基盤を223

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

使って統語処理を行うが，学習者は文法ルールを見つを見つけ出す作業を行っていることが明らかになった。

け出したり，すでに学習した内容に参照しながら答え

17．聴覚後期活動と音源定位-音源の位置と移動方向に着目して
元村英史（三重大学医学部附属病院精神科神経科）
みられなかったが，左半球では時計まわりにおけるヒトは迫る危険をミリ秒単位の感覚情報処理でもっChange-N1m 振幅が反時計回りよりも高かった。

て察知し，適切な行動をとらなければいけない。連続音の音特性を変化させると，100～180 ms の潜時で明瞭

聴覚変化応答における右半球優位性は多くの報告がな脳活動の Change-N1(m) が誘発される。本研究では，あるが，本研究においても Change-N1m の右半球優位性

両耳間時間差（inter-aural time difference: ITD）を用い，が確認された。我々は，これまで Change-N1m は物理的連続音の途中に挿入した ITD により誘発される Change-

変化量に依存することを報告してきた。しかし，本研

N1m に対する音源の移動開始位置と移動方向の影響を

究では 4 つの音刺激条件の物理的変化量は変わらないに検討した。

もかかわらず，音源の移動開始位置や移動方向におい1 ms のクリック連発音（100 Hz）の呈示開始時に 0.45て応答に差がみられた。防御反応につながる知覚探知

ms ITD を挿入すると，被験者は耳側に音源を認識し，において，音源の位置や移動は極めて重要な感覚情報

呈示途中に ITD を挿入すると，音源の移動を認識する。

である。本研究の結果から，音源定位に関わる複雑な右利き健常者を対象とし，全頭型脳磁図計を用い，4 つ

情報処理が，音源移動から 100～180 ms 後の変化応答にの音刺激条件（左側→正中，正中→右側，右側→正中，

おいてすでに重畳するのではないかと考える。

正中→左側）における Change-N1m 振幅を比較した。

● Motomura E, Inui K, Kawano Y, Nishihara M, Okada M.

Change-N1m 振幅は右半球優位で，音源の移動開始位置

Effects of Sound-Pressure Change on the 40 Hz Auditoryにも有意な差がみられた。つまり，音源が正中に移動

Steady-State Response and Change-Related Cerebral

するよりも外側に移動する際に Change-N1m 振幅は高かResponse. Brain Sci. 2019. 9: 203.

った。更に音源の移動方向については，右半球に差が18．7T fMRI を用いた協力の神経基盤としての右頭頂側頭接合部の役割の解明
高橋英彦（東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科 精神行動医科学）
早瀬允人（京都大学大学院 医学研究科 脳病態生理学講座 精神医学教室）
人間の社会的行動のひとつに，他者との協力によっに分割されることが知られており，下位領域ごとの役て目標の達成を図る協力行動が挙げられる。この協力

割の検討のためには，７テスラ MRI 装置による高空間

行動を計測するための課題が，身体を介した個人間で解像度での脳活動の解析が有効と考えられる。本研究のやりとりを通じて目的遂行を行う共同運動課題であでは７テスラ MRI を用いて，他者との協力行動における。この課題においては，連続的に変化する他者の行

る TPJ の下位領域ごとの役割について検討を行う。

動を知覚し，自身の行動へと変換する仮定が重要とな

本年度は 8 ペア 16 名の被験者を対象に実験を実施しる。先行研究により，相手の行動を自身の行動過程にた。実験当日は被験者来所後，研究に関する説明およ取り込む程度の高い実験参加者は，共同運動課題中のび同意取得を行った。その後，実験課題として，2 名の右 Temporo-Parietal Junction（TPJ）の前部の活動が高い

把持力の平均を一つの目標値に合わせる共同把持力調ことが示されている。右 TPJ は機能的に複数の下位領域

整課題（Abe ら，2019）を実施した。実験は 7 テスラ

224

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

MRI を用いて行い，各ペアのうち１名が MRI 内で，もの脳画像計測が完了したのち，MRI の内と外で被験者

う一方が MRI 外にて課題を遂行した。課題中，被験者が交代し，ペアのもう一方の被験者の脳画像計測を同

は握力計を握り，画面に表示される目標ラインに合わ様に行った。

せるように自身の握力を調整する操作を行った。目標

MRI によって計測した脳画像は，定藤研究室のコンのラインは各被験者の最大随意握力をもとに決定した。

ピュータを用いて HCP パイプラインに準じた前処理を

実験条件はペアの相手を人間が務める場合とコンピュ行った。現在，前処理済データを用いて個人レベルでータプログラムが務める場合を設定した。ペアの一方の統計解析を進めている。

19．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），山口玲欧奈（京都大学高等研究院）

當山峰道（ニューカッスル大学神経科学研究所），福永雅喜，定藤規弘（生理学研究所心理生理学研究部門）
本我々のマカクザルを対象とした先行研究から，皮では 2 頭の損傷モデル動物を作成した。7T MRI のコイ質脊髄路を損傷した後の手指の巧緻運動機能の回復過

ル導入が遅れたため 3T MRI（Allegra, SIEMENS）を用程において，脊髄だけでなく大脳皮質運動関連領域やいて，損傷後 4 ヶ月間の安静時 MRI データを記録した。

側坐核などの辺縁系が機能回復に関わっていることが2017 年度では，さらに 4 頭を追加して実験を行った。

明らかになった（Nishimura et al. Science 2007; Sawada et

本年度は昨年度に引き続き，記録した MRI データを

al. Science 2015; Zenas et al. Cerebral Cortex 2019）。回復

基に，全脳網羅的に結合特性がどのように変化してい過程における各脳領域の活動は明らかになったが，脳るかを解析した。ROI を抽出した後，各 ROI 間の BOLDの大規模回路の動作にどのような変化が起きているの

信号の相関係数を各脳領域間の結合特性とした。そのかは未だ不明である。本研究では大規模回路の結合特結果，手指の巧緻運動機能が回復し始める直前に，損性の変化を解析することで，機能回復過程における大傷反対側の 背側運動前野の後方部 （F2） と損傷同側規模回路の再編のメカニズムを明らかにすることを目の腹側運動前野の後方部（F4）との結合性が高くな的とした。実験ではマカクザルを対象とし，第 6/7 頚髄ることが示された。一方，回復が始まった後，個体間で亜半切を行い，皮質脊髄路に損傷を受けたモデル

ごとに回復過程が少し異なるので，それに合わせて動物を作成した。その後，機能回復過程の各段階で麻各脳領域の結合特性を解析し，脊髄損傷後の脳にお酔下における安静時 MRI データを取得した。

ける大規模回路再編の詳細を明らかにする。

本研究は 2016 年度からの継続課題である。2016 年度

20．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，麻生俊彦（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い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るのか」は神経科学領域に残された課題の一つである。

明されていない。本研究では，睡眠判定の gold standard

入眠期には脳波に多彩な変化が現れるのみならず，眼球であり高い時間分解能を有する脳波と，高い空間分解能

運動，筋電図にも様々な変化がみられる。また，主観的を有する fMRI の同時計測手法を用い，覚醒と睡眠を調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節する脳機能に迫ることを目的とした。

が報告されている。これらは覚醒から睡眠への移行過程

18-35 歳の健康な男女を対象として被験者を募集し，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，午睡実験を行った。3TMRI（Siemen社 verio）及び脳波計

225

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

測装置（BrainAmp）を用い自然睡眠中の脳活動計測を１れた。stage W と NREM stage1 の比較では，NREM 期に時間連続で行った。覚醒と睡眠 NREM stage1 の遷移に焦視床および基底核領域に有意な脳賦活低下がみられた。

点を当て，視察脳波判定により stage shift が確認できた時

視床を seed とした機能的結合性解析では，入眠期に視床点で被験者に覚醒を誘導する方法を用いた。脳波解析でと皮質領域との結合性が低下していた。一方で，入眠期は，周波数解析及び（AASM 基準に基づく）睡眠段階視において Default Mode Network を含む皮質間の結合性に察判定を行った。fMRI 解析においては，1) スペクトラは有意な変化を認めなかった。

ム解析に基づいた EEG 各帯域と BOLD の相関，睡眠段

本結果はヒト脳内における睡眠覚醒中枢の動的変化を階判定をもとにした 2) ブロックデザイン解析, 3) 機能的in vivo で捉えたものであり，両領域の相互作用的な活動

結合性解析を行った。

変化とそれに伴う全脳レベルでのネットワーク変化に集

これまでに計 33 名（女性 16 名，平均 21.5±3.2 歳）の約される。これまでの結果は，感覚を統合する視床と大撮像を行った。Alpha power-BOLD 間には視床の背内側領脳皮質間における機能的結合性の低下が入眠期の意識レ

域を主体に有意な正相関，後頭葉を主体に負相関がみら

ベルの変化に寄与するという仮説を支持している。

21．呼吸誘発性脳血流変化による体性感覚認知への影響
中田大貴（奈良女子大学），柿木隆介
脳血流量は血中炭酸ガス分圧に非常に高い反応性を一般成人 13 名を対象とし，体性感覚認知に関わる神経有し，血中炭酸ガス分圧が増加すると脳血流量は増加

活動は，生理学研究所にある脳磁場計測器（Neuromag

し，血中炭酸ガス分圧が低下すると脳血流量も低下す

社製 Vectorview 306 チャンネル）を用いて記録した。そる。そのため本実験では換気と呼気ガスを調節し，血れぞれの条件において，左手正中神経刺激を刺激間隔 3

中炭酸ガス分圧を変化させて脳血流量を増減させ，そ秒とし，計 80 回加算平均した。実験の結果，一次体性の際の体性感覚認知に関わる一次体性感覚野と二次体

感覚野付近を発生源とする M60 成分に関し，NB+Gas 条

性感覚野の神経活動動態を検討した。実験は，自発的件・RB+Gas 条件は RB 条件よりも有意に振幅が増大し呼吸時の呼吸間隔を基準として，メトロノーム 35 bpm

た（それぞれ p < 0.01; p < 0.001）。M20 成分，M30 成分で調整した Normal Breathing（NB），脳血流量が減少すでは条件間で振幅の有意差は認められなかった。またるように呼吸法を指導し，メトロノーム 80 bpm で調整

両側の二次体性感覚野を発生源とする神経活動に関しした Rapid Breathing（RB）を行った。実験条件として，ても，条件間で振幅の有意差は認められなかった。血

①NB 条件，②RB 条件，③NB でダグラスバッグ入った

中炭酸ガス分圧を増加させると M60 成分の振幅が増大

高炭酸ガス（5 %二酸化炭素と 21 %の酸素，残りは窒素したことから，M60 成分の発生に関わる神経活動は，によるバランス）を吸気する NB+Gas 条件，④RB で高脳血流量と関係する可能性が示唆された。

炭酸ガスを吸気する RB+Gas 条件，の 4 条件を設定した。

22．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（関西学院大学理工学部）
川上愛（大阪大学大学院文学研究科）

今年度の研究では，全体の研究計画のうち，意図的な図的な立毛生成能力を保有する個人の特定，2) fMRI と立毛生成に関わる神経基盤の解明に向けた予備的な検討

立毛の同時計測を行うための実験系の構築，3) 意図的なを進めた。具体的な実施項目は，1) 研究の前提となる意

立毛生成能力を持つ被験者を対象とした予備的なデータ

226

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生体機能イメージング共同利用実験報告

立毛の同時計測環境において，立毛を意図的に生成すの取得であった。
年度の前半における研究では，前年度に実施したポるタスクブロックと安静状態を維持するレストブロッ

ータブル立毛計測機材による遠隔実験のデータ解析を

クを 30 秒ずつ交互に繰り返すブロックデザインで機能実施し，意図的な立毛生成能力を保有する個人の特定

画像の撮像と立毛の映像記録を行った。タスク 6 試行分を進めた。この結果，先述の能力を有した 9 名の個人をを 1 セッションとし，各被験者は 3 セッション分の撮像

画像解析データに基づいて特定することに成功し，意を行った。また，構造画像および安静時機能画像の撮図的な立毛の客観的証拠を集団レベルで初めて確認し像もあわせて行った。今年度のデータ解析ではまず立た成果として論文投稿中である。

毛の映像データの解析を先行して実施し，4 名の被験者

年度後半の研究では，まず fMRI の撮像中に立毛の計

全員において立毛の記録に成功していることを確認し測を行うための環境構築を進めた。高磁場対応の CCDた。今後は機能画像データの解析を進め，意図的な立カメラ（フィジオテック 12M）のデモ機を借り受け，毛の実行に関わる脳活動（タスク vs. レスト），立毛の3D プリンタによって自作したマウントを用いて MRI ス

発現に関わる脳活動（立毛強度との相関）の同定を試

キャナ（Siemens 社製 3T MRI MAGNETOM Verio）のボ

みる。fMRI 計測時の立毛の客観的データはこれまで発ア内での立毛計測環境を構築した。この環境で fMRI の表されておらず，上記の解析によって有益な知見が得撮像と同時に映像記録を行い，立毛の客観的計測が可られると期待される。今後の課題としてはデータの拡能であることを確認した。次に，年度前半に特定した充が急務であり，意図的な立毛生成の能力を保有する

意図的な立毛生成能力を有する個人のうち 4 名を被験者

個人の特定を進めるとともに，高磁場対応 CCD カメラとして，意図的な立毛の生成を実行する間の脳機能計の導入を実現して予備実験で確立した実験の規模を拡測を行う予備的な実験を実施した。実験では，fMRI と大する。

23．知覚・記憶・注意とその相互作用に関する脳磁場信号の計測
野口泰基，喜多伸一，松本絵理子（神戸大学）
知覚や注意に関する心理課題を行っているとき，頭クリーンと全く同じ時もあれば（変化なしトライア

頂葉や後頭葉ではアルファー波（α 波，8 – 13 Hz）・ベル），四角形の色が 1 つだけ異なることもあり（変化あータ波（β 波，13 – 30 Hz）のパワー値（振幅）が弱くな

りトライアル），被験者はテストスクリーンを見ながる。このことから α・β 波は抑制波と呼ばれ，課題の遂

ら変化のあり・なしを二択で判断した。この課題の保行に負の影響を与えると考えられてきた。ただし従来持期間中の脳活動を，MEG（脳磁計）を用いて計測しの研究は波形信号の縦の変化（振幅）を見ており，横た。特に注目したのは，短期性視覚記憶と関係が深いの変化（リズム変化）は見ていなかった。今回，視覚とされる頭頂葉と前頭葉の活動であった。

性短期記憶課題を遂行中の被験者（健常成人）から α・その結果，課題の記憶負荷（記憶しなければならな

β 波のリズムを記録・解析し，それらが視覚性短期記憶

い四角形の数。1 – 6 個）を増やしていくと，頭頂葉のの負荷上昇（記憶しなければならない情報量の増加）

神経リズム（α・β 波）もそれに比例して速くなることに伴ってどのように変化するかを調べた。

が分かった。また頭頂葉だけではなく，前頭葉でも同各トライアルでは，様々な色をした四角形が複数，様の反応が見られた。さらにこのリズム変化幅が大き同時に提示された（記憶スクリーン）。提示時間は 150

い被験者ほど，記憶課題の成績が良い傾向が見られた。

ミリ秒であり，被験者は 1-6 個の四角形の色とその配置

これらの結果は，α・β が抑制波ではなく，短期記憶のを，可能な限り正確に覚えるよう教示された。約 1 秒の保持に促進的な役割を果たしている可能性を示唆する。

固視点スクリーン（保持期間）の後，テストスクリー

これらの成果は英語論文としてまとめ，国際誌に投稿ンが提示された。この画面は最初に提示された記憶ス

中である。

227

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生体機能イメージング共同利用実験報告

24．時間，空間，音声の知覚に共通するチャンネル間処理の解明
森周司（九州大学大学院システム情報科学研究院情報学部門）

本研究は，ヒト聴覚の「チャンネル間処理」の脳内メ

誘発脳磁場反応を観察する。実験参加者は，一般的なカニズムを解明すると共に，この情報処理が時空間知覚

聴力検査において概ね 20 dB HL 以下の正常聴力を有すや音声知覚に共通することを示す試みである。複数の周る成人 20 名とする。実験では，無音区間を含む刺激と波数チャンネルに渡る「チャンネル間処理」は心理音響

含まない刺激をランダムに呈示して聴取者に無音の有実験によってその存在が示されてきたが，その脳内機構

無を判断させ，その際の脳磁場反応を Elekta Neuromagは未解明なままである。そのため，聴覚野及びその周辺で測定する。刺激呈示後 1～2 秒後に判断に応じてボタ部における神経活動を捉える必要があり，時間および空

ン押しを行なわせる。その結果を基にチャンネル間処間分解能に優れる MEG 計測はそれを可能にする。

理を特徴づける神経活動（振幅，潜時，持続時間，範囲・距離等）を同定する。同様の手法を用いて，両耳研究方法としては，チャンネル間処理の代表的な研聴や音声知覚時の脳磁場反応を測定する。

究手法である周波数間無音検出課題を用いる。この課
題では，2 つの音刺激の間に無音区間を設けるが，無音以上の計画であったが，一昨年の担当技官の逝去に前後の音の周波数を異なるものにする（例えば 1600 Hz

より，計画していた MEG 計測が遂行不可能になった。

と 800 Hz）。この課題を単耳聴にて聴取者に能動的にMEG を用いる共同研究の遂行には技術的支援が必須で遂行させ，その際の聴覚野およびその周辺部での聴覚あるが，上記によりその支援がなくなったためである。

25．7 テスラ MRI 装置における８チャネル並列送信技術の開発とこれを利用したヒト連合野の機能構築研究
R. Allen Waggoner，Shubham Gupta，Topi Tanskanen，Kenichi Ueno，Keiji Tanaka(RIKEN Center for Brain Science)and 32-channel receive array, with the aim of defining the

The work on the project in FY2019 focused on preliminary

protocol that will be used for the pTx studies.

steps necessary to eventually be able to use the RIKEN-CBS
8-Channel transmit/receive array for high-resolution fMRI

Figure 1 shows example EPI images in the inferior temporal

studies, in regions of the human brain that suffer fromlobe, as well as an MPRAGE image of the same slice forsusceptibility artifacts.

comparison. These images demonstrate that the multi-shot EPI

A number of phantom studies have been performed with thesequence, which we implemented on the system, reduces

8-Channel transmit/receive array. These studies have several

susceptibility related signal loss and distortion, however it does

aims. First, to become familiar with the RF-shimming tools

not eliminate these effects. This figure thus emphasizes theprovided by Siemens. Second, to identify any additional

need for pTx techniques in addition to multi-shot EPI, to fullyparallel transmit (pTx) tools needed from Siemens. Third, torecover signal in regions suffering from susceptibility effects.

obtain IRB committee approval for human studies. As part of

Applying those techniques to fMRI studies at 7T, is thethese efforts, we are working toward implementing pTx based

primary focus of the project.
Figure 1D shows typical multi-shot EPI motion artifacts,

temperature imaging on the NIPS 7T. Based on these studies,

which indicates the special importance of motion suppression

additional requests have been made to Siemens.
In parallel to the phantom pTx studies, we have also started

in multi-shot EPI. During FY2019 we designed andhuman studies using the Nova Medical birdcage transmit coil

implemented a bite-bar mount system that will work with228

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

with the multi-shot EPI.

either the Nova Medical birdcage transmit coil or the RIKENCBS 8-Channel transmit/receive array. Figure 2 shows the

These results show that we are making steady progressbite-bar mount attached to the Nova Medical birdcage transmit

toward using pTx protocols, such as, focused excitation, andcoil.

NIPS ethical committee approval was obtained insimultaneous z-shimming. Once we have demonstrated to the

FY2019 for using the bite-bar system with human subjects.

ethical committee that subject safety can be ensured when

We have started fMRI experiments using the bite-bar together

using the array, fMRI studies with pTx can be undertaken.

229

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第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告26．3 次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法の基礎的検討
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）
小林大悟（名古屋大学 医学部保健学科）
小森芳秋（シーメンスヘルスケア株式会社）
本研究の目的は，7T MR 装置の MHDE が ECG 波形に

1. 背景・目的
脳動脈瘤の発生・成長・破裂に血流動態が重要な因与える影響ならびに最適な ECG 電極配置を検討し，子であるため，磁気共鳴流体解析（MRFD）や計算流体

ECG 同期 3D cine PC MR 画像から得られる MRFD 結果

解析（CFD）による血流動態解析研究が行われている。

を CFD 結果と比較して ECG 同期高空間分解能 MRFD の細い脳血管を対象にした MRFD では 3 次元位相コント

精度を検討することである。

ラスト磁気共鳴法（3D PC MR）を高空間分解能で撮像2. 方法する必要がある。3T MR 装置と比較し，細い血管を対健常成人 8 名（平均 22.9 歳）を対象に生理学研究所の象にした 7T MR 装置の非 ECG 同期 3D PC MR の優位性

7T MR 装置を用いて MHDE の影響を最小限に抑える最が本研究グループの前年度の先行研究で示唆された。

適な ECG 電極の貼り付け位置について検討した後に，

しかし，7T MR 装置では R 波が突出する ECG が得られvoxel size 0.25×0.25×0.25 mm3 の 3D cine PC MR と 3D

ず，ECG 同期を行うことができなかった。この原因は，

TOF MRA を撮像した。得られた MR 画像から MRFD を

磁場流体力学効果（magnetohydrodynamics effect, MHDE）

行い，MRFD で作成した血管形状を基に CFD を行った。

に起因すると考えられる。強磁場内で通電性流体の血

MRFD 結果と基準の CFD 結果を用いて速度ベクトルの液が流れると，ファラデーの電磁誘導により起電力が角度類似指数（angular similarity index, ASI）1)，速度ベク

生じ，この影響が 3T よりも 7T MR 装置で顕著になった

トルの強度類似指数（magnitude similarity index, MSI）1)と考えられる。

を求め，先行研究の非 ECG 同期のそれらと比較した。

230

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

した ECG 同期 3D cine PC MR の優位性が示唆された。

3. 結果・考察

5. 文献

上行大動脈に直行する配置を避ける（なるべく上行

1) Berg P, et al. J Biomech Eng. 2014;136(4)

大 動 脈 に 沿 っ て 添 付 する ）ECG 電 極 配置 によ り ，MHDE に起因する ECG の波形の乱れを抑え，R 波を目立たせることができた（図 1, 2）。MHDE はフレミング
右手の法則に従って，大血管の垂直方向に起電力が生じるためと考えられた。我々の 7T MR 装置での ECG 電極の配置方法は今までに報告がない。
細血管である前大脳動の ASI・MSI を先行研究で得られた非 ECG 同期 3D cine PC MR により得られた結果と比較した結果，ともに高値を示した（表 1）。3 次元血流速度ベクトル図の血流速度分布は概ね CFD に近くな

表 1．各血管径における ASI と MSI

ると共に，経時的変化を捉えることができた。
4. 結論
7T MR 装置内では上行大動脈に沿うように電極配置にすることにより，最適な ECG 波形を得ることができた。7T MR 装置を使用した ECG 同期高空間分解能
MRFD の血流速度ベクトル精度は非 ECG 同期と同等の結果が得られ，7T MR 装置を使用した細血管を対象に27．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異なる眼球運動の間の関連領域の差異について，より詳象であり，動物を用いた研究で多くのことが明らかに細に検討することを目的とし，3T MRI を用いて実験をなっている。しかし，ヒトの眼球運動の神経機構に関行った。被験者はスクリーン上の視標を見るように教示する知見は断片的であり，動物から得られている解剖

され，静止した視標を固視する課題，滑らかに動く視標

学的，生理学的知見との対応が未だに不明確である。

を眼で追跡する課題，跳躍的に動く視標を眼で追跡する神経疾患や精神疾患に付随して眼球運動の異常が起こ課題を行った。マルチバンド技術を用いた高時空間解像

ることも多く，その神経機構の解明は病態メカニズム

度 fMRI により，課題遂行中の脳活動を全脳で取得した。

の理解を促進する重要な知見でもある。本研究では機T1/T2 強調画像も併せて取得した。全ての撮像は Human

能的 MRI (fMRI) を用いて，ヒトの眼球運動に関わる機Connectome Project (HCP) Protocol に準拠し，前処理を含能ネットワークを解明することを目的とする。

めたデータの解析には HCP Pipelines を用いた。各個人の本年度は，追跡眼球運動と視覚誘導性サッケード運動

fMRI データの解析から，眼球運動に関連した脳活動がに関わる脳領域の違いについて検討した。前年度までのMT+野，前頭眼野，運動前眼野，頭頂間溝およびその周研究で，髄鞘密度マップとの比較により，追跡眼球運動

辺の高髄鞘化領域に見られた。追跡眼球運動と視覚誘導

および視覚誘導性サッケード運動で互いに似た脳領域に性サッケード運動の比較では，MT+野において追跡眼球賦活が見られ，その領域が高髄鞘化領域と重複する傾向

運動でより強い賦活が見られた。前頭眼野では視覚誘導があることを報告している。本年度の研究では，これら性サッケード運動で強い賦活が見られ，その後方の領野231

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生体機能イメージング共同利用実験報告

あるいは境界領域で追跡眼球運動に強い賦活ある傾向が今後，被験者を増やして結果の再現性を確かめるとあった。頭頂間溝およびその周辺に追跡眼球運動のほうともにグループ解析を行う計画である。また，各眼球に強い賦活が見られる領域があった。この結果は，前頭運動の構造・機能的コネクティビティ，パフォーマン

眼野と頭頂間溝領域に異なる眼球運動に関わる，機能的スと賦活の関係，日常の場面での眼球運動との関係等に異なる領域があることを示唆する。

について詳細に明らかにする計画である。

28．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，樋口敏宏，村瀬智一，河合裕子（明治国際医療大学）
福永雅喜（生理学研究所）
現在，特定の領域を選択励起して得られるシングルボ

ppm を中心に領域を設定し，頭頂葉中心付近の灰白質をクセルの MRS を取得する方法（single voxcel spectroscopy :SVS で計測するとき，クレアチンの信号は白質を含む可SVS）は，PRESS 法や STEAM 法は，傾斜磁場と狭帯域能性が出てくる。一方，CSI ではスライス方向（15 mm）

RF の組み合わせにより信号取得のための励起領域を選の CSD error は無視できないものの，平面内では，NAA択している。しかし，傾斜磁場の印可によるスペクトルもクレアチンも指定した灰白質からの信号を解析できる。

のズレは，ケミカルシフトと区別ができないため，異なさらに代謝物ピークをフィットして代謝物濃度を計算す

るケミカルシフトを持つピーク成分は異なる位置から得る LCModel を利用して SVS 法で計測された 7T の MRSられるという chemical shit displacement (CSD) error と呼ばはもちろん，CSI 法で得られた MRS でも神経アミノ酸のれる位置ずれが生じる。CSD error は，静磁場強度に比例

グルタミン酸やグルタミン酸はもちろん，GABA やグル

して大きくなるため高磁場 MRS で問題となっている。

タチオンなどの比較的低濃度代謝物も推定でき，代謝物

この問題の解決方法の一つに，位相エンコード傾斜磁場分布が得られた。しかし，任意の断面の磁場均一度を調パルスを用いるケミカルシフトスペクトロスコピックイ

整することは現在のシム調整装置ではできない。このた

メージング（CSI）法が利用できる。SVS 法では通常 2め，脳内で磁場均一度が調整可能な特定な断面を 3D 位

cm 角などの小さな領域からスペクトルを取得する。一

相 MRI の計測結果から求めた。この結果，生理学研究所

方，CSI は広い領域が選択される。CSD error は傾斜磁場の 7T-MRI 装置（Magnetom 7T, Siemens）と 1Tx/32Rx ヘの強さに依存するため，SVS でも CSI でもその CSD error

ッドコイルを使用し，7 cm x 7 cm x 1.5 cm の領域に対しの割合は同じになる。ファントム実験で得られた結果でて，7.5 x 7.5 x 15 mm3 の空間分解能を持つ良好な CSI をは NAA の 2 ppm の単一ピークとクレアチンの 3 ppm の単計測に成功した。得られたデータは，LCModel を領した

一ピークは 1 ppm 離れている。実験に用いたシーケンス

解析において，3T では直接観測が困難であった GABA

では，3T のファントム実験から 7T では 1 ppm で 22 %のや GSH のピークに対して，十分な信頼性フィット結果

CSD error があることが分かった。2 ppm の NAA と 4 ppmと，平面内 CSD error 問題を同時に解決できた。

のクレアチンの別のピークでは CSD が 44 %となる。2232

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第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

29．呼吸による認知パフォーマンスと関連する脳活動の解明
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）
従来呼吸は，延髄の PreBötzinger complex から生じる律

fMRI 実験を開始した。健常被験者を用いて見本合わせ

動的神経活動と上位脳によるトップダウン制御によって再認課題を fMRI 撮像下で実施し，同時に呼吸活動につその活動を形成維持されることが知られている。しかしいてもモニターした。前回の心理生理学実験のデータ解

近年，呼吸の律動的活動が認知機能を司る上位脳に直接析から，想起プロセスが EI 転移の直前に完了するケース，

関与することが知られるようになった。それらの研究ですなわち EI 転移の直前にボタン押しを行っているケース

は，呼吸と同期する脳活動によって認知行動が変化するが特に多いことが示されており，今回，その要因を明らことが示唆されている。

かにするべく，EI 転移直前の脳活動の変化についても注2018 年，我々は心理生理学的手法を用いて，呼吸活動

目した。

が直接認知パフォーマンスを変えることを示し，研究成

3.5 秒に１回生じる呼吸の効果を fMRI 研究で明らかに果を国際科学誌 PLoS ONE に発表した。この研究では，することは容易ではないが，興味深い結果が得られつつ呼息期から吸息期へと切り替わるタイミング，EI 転移がある。現在健常被験者 31 名の fMRI 撮像を終え，引き続

記憶想起プロセスと重なったとき，反応時間が約 0.5 秒

き fMRI 画像データ解析中である。一般線型モデル GLM

延長し，課題の正解率が 21%低下することが明らかになを用いた fMRI データ解析では，想起プロセスにおけるった。一方，吸息期から呼息期へと切り替わる IE 転移で

EI 転移の効果を示すことができなかった。しかしながら，は，そのような結果は示されなかった。これにより，呼有限インパルス応答 FIR を用いた解析により，その効果

吸のタイミングによっては，記憶したことが正確に思いを示すことができた。EI 転移の効果は，想起プロセスに出せないなど，認知低下に呼吸が直接影響を及ぼしていおける前頭前皮質活動にみられ，想起プロセスが EI 転移ることが明らかになった。

の直前で完了する場合とは異なることが示された。引き
続き，より詳細な解析を行っている。

これらの成果を踏まえて，呼吸の効果による脳活動の変化を明らかにするために，2018 年より，本格的に30．7 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
楊于

家家（岡山大学大学院ヘルスシステム統合科学研究科）

英花（国立研究開発法人情報通信研究機構 脳情報通信融合研究センター）

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

テスラ高空間分解能（レイヤー）fMRI 技術を用いて，触信号を比較し，両者のずれ（予測誤差）の計算に基づい覚予測過程におけるヒトの第一次体性感覚野の各層で構て，知覚を能動的に創発していると考えられる。この過成する局所神経回路の機能的役割の解明を目指している。

程を予測的符号化（Predictive coding）と呼ばれ，近年のヒト用 7 テスラ MRI システムの誕生により，従来困難

脳神経科学分野では，この概念に基づいた研究が展開さの百ミクロン単位での大脳皮質層レベルの活動を計測すれている。一方，予測誤差は，感覚皮質各層の神経細胞

るレイヤーfMRI 技術が促進されつつある。しかし，現で構成する局所神経回路により算出されると考えられて在の技術的な制限により，全脳をカバーする撮像は困難いるが，ヒトの大脳皮質層の活動を計測する技術は未熟であるため，申請者らは，注目領域に合わせて撮像範囲

で，その神経基盤も未だ謎である。本研究は，最新の７を縮小し，空間解像度を上げる戦略を取っている。本年

233

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

度では，片側体性感覚野をカバーできる撮像シークエン

実施し，撮像シークエンスのテストも完了した。次年度

スを含めて，複数の撮像シークエンスの導入に成功した。

では，本研究の目標達成を目指して，健常若年者を被験

また，予備実験として，申請者らの先行研究で行った者（30 名）とし，ヒト第一次体性感覚野の各層における「人差し指はいつに刺激されるか」の触覚予測タスクを

触覚予測に関する脳活動を計測・検討する。

31．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）
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）
視覚刺激からの内的表象の形成・投影による新たな（映像鑑賞課題）。さらに，意味の認識に関わる脳活

意味の創発に基づく言語表現としての「比喩生成」を

動データを取得するため，2017，2018 年度に実施した対象とし，視覚刺激からの意味の創発に関わる神経メ

画像説明課題において頻度高く回答された８種類の概カニズムを明らかにすることを目指し，2017，2018 年念を対象とし，one-back 課題を実施した。両課題遂行時に実施した画像説明課題とともに，映像の提示を行うの脳結了を MRI(Verio3T) を用いて測定した。2017，

映像鑑賞課題・one-back 課題を用いた MRI 実験を実施

2018 年度に実施した画像説明課題実験の参加者 3 名に対した。

し，映像鑑賞課題・one-back 課題を用いた実験を実施す2017，2018 年度に画像説明課題を用いた MRI 実験をるとともに，新たな参加者４名に対し画像説明課題を

被験者 32 名にて実施した。画像説明課題では，画像用いた実験，映像鑑賞課題・one-back 課題を用いた実験（ロールシャッハ的図形）を被験者に提示し，自由にを別日に実施した。

口頭で提示された画像の説明を行ってもらい，課題遂

来年度は，画像説明課題実験，映像鑑賞課題・one-

行中の被験者の発話を全て録音するとともに，脳血流back 課題を用いた実験を別日に実施する形式にて追加実を MRI（Verio 3T）を用いて測定した。上記実験を踏ま験を実施し被験者数を増やすことを予定している。さらえ，画像説明課題における比喩生成時と比喩で用いらに追加実験終了後，one-back 課題遂行時の各被験者の脳れている概念の認識時における脳活動の比較を通じ，活動データを利用し，８種類の概念（回答）を対象とし比喩生成における意味認識に関わる領域を明らかにすた SVM モデルを作成した後，画像説明課題における対ることを目的としている。

象概念生成時の脳活動データの classification accuracy を確

まず，searchlight hyperalignment 法を用いて各被験者認する予定である。さらに，画像説明課題遂行時の脳活の神経パターンを共通表彰スペースへと変換するモデ

動データを共通表彰スペースに変換したベクトルに対し，ルを学習するため，映像鑑賞課題として被験者に 51 分

k-means clustering 分析を行い特定の意味認識に関連するの映像を４分割した映像を自由に鑑賞してもらった

領域の有無について検討する予定である。

32．直接消費可能な遅延報酬を用いた意思決定に関わる認知制御機構
地村弘二，新滝玲子，田中大輝（慶應義塾大学）
報酬の価値は，獲得が遅延するときに割引かれる。

ある。しかし，遅延報酬の経験中に知覚される遅延の一方で，知覚される遅延の長さは，遅延の経過中に起長さが調節を受けたとき，その報酬価値がどのようなこる事象の主観的な経験に依存して変化する可能性が影響をうけるかはよくわかっていない。本研究では，

234

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

ヒト被験者（N=27）が数十秒後に消費することができ

主観的価値と期待効用の 2 つの価値表象の時間動態を，る液体報酬を待っているときに脳活動を測定した。解

将来の報酬獲得の期待時間の確率密度分布に基づいて

析では将来の報酬を待っている時の信号の時間変化のモデル化し，ベイズ学習により試行ごとに更新した。

探索的解析が重要になるので，全脳を高い時空間解像

そして，その 2 つの価値表象の時間動態は，動き遅延で度で撮像可能な多バンド加速型機能的 MRI を用いた知覚される主観的時間によって調節された。主観的価（TR=0.8sec; 2mm isotropic voxel; MBF=8）。

値と予測的効用の効果は，それぞれ腹側線条体と外側

遅延時間中，視覚的に提示されたパネルの色が連続

前頭前野における信号の時間変化に関連していた。し的に変化し（動き遅延），その後，被験者は液体の報

かし，被験者が将来の報酬を予想せずに遅延期間を経酬を消費した。パネルの色が変化しない静止遅延と比験した場合，このような報酬価値表象を反映するよう

較して，動き遅延では，主観的な時間の長さが短くなな信号は観察されなかった。これらの結果は，知覚さり，色変化の周波数の増加によってバイアスが大きくれた主観的な時間が前頭前野・腹側線条体の機構で表なった。また，動き遅延の時間知覚のバイアスが大き象される将来の報酬価値の動的な信号に関連している

い被験者は，動き遅延の報酬に大きな価値を示した。

ことを示唆している。

脳機能画像解析では，将来の報酬を待っているときの33．経済実験と非侵襲脳活動イメージングによる言語が社会効用に与える影響の解明
山田克宣（近畿大学経済学部）
田中沙織（ ㈱ 国際電気通信基礎技術研究所）
本研究では，言葉遣いが我々の意思決定や行動を変

利己的になることが示された。本研究成果は Journal of

え る か も し れ な い と い う 社 会 言 語 学 の 仮 説 （ Sapir-

the Economic Science Association 誌に“Pronoun Drop andWhorf 仮説）に則り，主語を省略した話し方をしたとき

Prosocial Behavior: Experimental Evidence from Japan”としに経済的な意思決定がどの様に変化するのかを検証して 2020 年 2 月に出版された。

た。中国語や日本語の様に，主語を省略することが文

https://link.springer.com/article/10.1007/s40881-020-00083-4

法上許される言語，つまり pro-drop 言語，がある。それ(2) について，効果の方向性は逆であったものの，言に関してこれまで社会言語学で通説となっていたのは，葉遣いから意思決定という因果関係を伴った効果が識

第一主語（私や我々）を省略して考えたり話したりす

別されたので，その神経基盤を明らかにする試みを継ることで自己意識が低下し，より利他的になるとされ続している。言語の意味理解は前頭前野が関わるとさていた。今回の研究の目的は，(1) 社会効用に関係する

れ，社会効用に関する脳領域として線条体や背外側前その通説をより厳密な推計戦略で検証することと，(2)

頭前が報告されている。本研究ではこれら個別の脳活もしその様な効果が確かめられたならば，その神経基動を確認しつつ，領域間の脳活動の関係を調べること盤を明らかにすること，の 2 点である。

で，言語意味理解のプロセスを制御する脳活動がトリ(1) について，オンラインで 2,000 人の被験者を対象にガーとなり，受け取った言語刺激の違いによって適応

RCT の枠組を用い，第一主語の有る・無しが独裁者ゲ的に社会効用に関連した脳活動をコントロールする，ームにおける意思決定にどのような影響を与えるか，上位の処理機構や神経メカニズムが存在するか検証す

その因果関係を識別した。結果として，これまで主張る。これまで 20 人の被験者を対象に fMRI 実験を行い，されていた仮説とは逆に，第一主語を省略して考えた

現在のそのデータの解析中である。

とき人々は他者に与える金額を減らす，すなわちより

235

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

34．運動イメージの脳内表象の解明
水口暢章，土元翔平，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ロボットセンター）
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，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）
運動イメージはリハビリテーションやブレイン・コと脳機能イメージング結果を同一被験者で比較した論文

ンピュータ・インターフェイス（BCI）を操作する際には見当たらない。そこで本研究では，先行研究により運よく用いられ，その能力はトレーニング効果や BCI 操作

動イメージ能力と関連することが示唆されている運動誘能と関連がある可能性が示されている。たとえ若年健

発電位の振幅増大と脳機能イメージングで評価した脳内常者であっても運動イメージ能力に個人差があること

表象類似性（representation similarity）の程度との関連性は広く受け入れられている事実であるが，運動イメーを明らかにすることを目的とした。

ジは主観的な体験であるため運動イメージ能力の定量

被験者は一般健常成人とし，TMS 実験と fMRI 実験を方法は未だ確立していない。したがって，運動イメー

別日に行う。運動課題は指タッピングとし，指タッピン

ジ能力と関連する神経基盤を明らかにすることは意義

グの実行および運動イメージを行う。課題は視覚およびがあると考えられる。

聴覚キューによって開始・終了する。TMS 実験と fMRI

先行研究でよく用いられる経頭蓋磁気刺激法（TMS）

実験では課題中の筋活動を手指および前腕から記録する。

により誘発した運動誘発電位および fMRI による脳機能

これまでに予備実験を含めて被験者 11 名からデータ

イメージングはそれぞれ確立された方法であり，各手法を取得した。本年度は予備実験によって実験プロトコ

を用いた研究では再現性の高い結果が得られている。しルを決定した。現時点までの解析の結果，運動イメー

かしながら，これまでの運動イメージ研究は主観的な質

ジによって運動誘発電位の振幅が増大することを確認

問紙の結果と運動誘発電位もしくは脳機能イメージングしており，これは先行研究の結果と一致している。今

結果と比較しており，定量的な指標である運動誘発電位後は引き続きデータを蓄積し，解析を行う予定である。

35．Development and feasibility study of a single-channel microstrip transmission-line
RF coil combining RF shielded PET detector module for a 7T MRI
Md Shahadat Hossain Akram1，Sodai Takyu1，Fumihiko Nishikido1，Takayuki Obata2，Taiga Yamaya1（国立研究開発法人 量子科学技術研究開発機構 放射線医学総合研究所
1 先進核医学基盤研究部 イメージング物理研究グループ
2 分子イメージング診断治療研究部 医工連携画像研究グループ）

Masaki Fukunaga（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）
January 29, 2020: Installing and performance check of aDr. Takayuki Obata of NIRS-QST, we previously (April 2019)

single channel microstrip transmission-line RF coil integrated

had a meeting with Dr. Masaki Fukunaga of NIPS for thiswith PET RF shield at the 7T MRI of NIPS:

collaboration. The coil manufacturing was done by Takashima

Using the QST-NIRS President grant 2019-2020, a

Seisakusho, KK, a Siemens certified coil and related circuit

microstrip transmission-line RF coil was designed in 2019 thatdevelopment company. It is required, at the beginning, tointegrates PET detectors with the coil, to be used with the 7T

install the coil files and test the coil perfromance in the MRI

MRI system at the National Institute for Physiologicalsystem with the responsible coil manufacturing person of the

Sciences (NIPS), in Aichi, Japan. With the active support fromcoil devepment company. For this puspose, me (MSH Akram)236

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生体機能イメージング共同利用実験報告

with Yoshihiko Kawabata-san of Takashima Seisakusho, KK,

equipements in the early morning on 03 February. Other

visited NIPS on 29th January 2020. We did our study with Dr.

researchers from NIRS joined on 03 February. With Dr.

Masaki Fukunaga. The coil performed well with different

Fukunaga, we did study until 08:30 PM on that day. We again

study conditions.

started our study next day (04 February) from 09:00 AM and

February 2-4, 2020: MRI and PET detector performancecontinued till 03:30 PM. We packed all equipments on the

study of the single channel microstrip transmission-line coil-same day to return to NIRS and started our journey to return

PET system:

Tokyo. We did many different studies within this time frame.

This time, we four researchers from the QST-NIRS visited

There were good findings. However, we also found someto NIPS. They are, resepctively, Dr. Takayuki Obata, Group

challenges regarding RF noise. Detail results are shown in theleader of the Applied MRI research group of NIRS, Dr.

attached figure. We plan to do further study at NIPS in near

Fumihiko Nishikido (Senior researcher) and Dr. Sodai Takyu

future. For that we plan to install noise reduction filter in the(Researcher) from our group, who are experts on PET

penetration panel of the 7T MRI system.

development study and have strong experience on add-on PET

Conclusion: We performed comparative study for different

study at NIRS, and me.

experimental setups, for example, for only RF coil, for RF coil

Two days earlier from the study dates, we sent PET and coilwith PET detector shield box and detectors but without PET

measurement systems to NIPS. The measurement systems

measurements, for simultaneous PET and MRI study, etc. The

included, PET data acquisition system, different power sources,

coil both with and without PET detector performed well anddata acquisition computers, oscilloscope, network analyzers,

almost similar. We did not find any significant performancedifferent coil related small tools, cables, etc. Since there aredifference for both MRI and PET measurements between PET

many different equipments involved in this study, I visited

ON (taking data) and OFF (power off) conditions.

NIPS on 02 February, in a plan to receive and setup the237

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第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

研究会報告

〔

目

次

〕

1．シグナル動態の可視化と操作に基づく多階層機能解析の新展開(代表・世話人：大久保洋平

2019 年 9 月 19 日－9 月 20 日) ······································· 243

2．生体コモンスペース研究会(代表・世話人：高井まどか

2019 年 7 月 11 日－7 月 12 日) ······································· 250

3．イオンチャネルと生体膜のダイナミズム：構造生物学の先にあるもの(代表・世話人：岡村康司

2019 年 9 月 30 日－10 月 1 日) ········································· 260

4．2019 年 生理学研究所研究会研究の新展開：その普遍性と多様性(代表・世話人：福田光則

2019 年 6 月 6 日－6 月 7 日) ··········································· 279

5．上皮膜・間質の機能連関と病態発現機構解明のためのストラテジー(代表：風間逸郎

2019 年 9 月 5 日－9 月 6 日) ··················································· 288

6．温熱生理研究会(代表世話人：山下均

2019 年 8 月 22 日－8 月 23 日) ··········································· 298

7．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：山内敏正

2019 年 9 月 21 日－9 月 22 日 ·········································· 309

8．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

2019 年 8 月 26 日－8 月 27 日) ······································· 318

9．Neurobiology of Learning & Memory Meeting(代表・世話人：JOSHUA, Johansen

2019 年 9 月 12 日－9 月 13 日) ································· 333

10．情動の生起と変容の多面的理解に向けて(代表・世話人：竹本さやか

2019 年 9 月 11 日－9 月 12 日) ······································· 340

11．ミクロからマクロに至る脳の構造と機能のダイナミクス(代表・世話人：河崎洋志

2019 年 11 月 7 日－11 月 8 日) ········································· 348

12．認知神経科学の先端～脳の理論から身体・世界へ(代表：島崎秀昭

2019 年 9 月 1 日－9 月 2 日) ··················································· 356

13．視覚・認知脳機能研究の先端(代表：西本伸志

2019 年 9 月 26 日－9 月 27 日) ················································· 362

14．脳神経ダイナミクスの可視化と制御(代表・世話人：武見充晃

2019 年 7 月 16 日－7 月 17 日) ········································· 370

15．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

2019 年 11 月 28 日－11 月 29 日) ······································· 376

16．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

2019 年 8 月 5 日－8 月 6 日) ··········································· 381

17．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

2019 年 12 月 13 日－12 月 14 日) ········································· 385

241生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

18．電気生理学的手法を用いたヒト脳神経活動の計測(代表・世話人：岡本秀彦

2020 年 2 月 8 日) ···················································· 392

19．第９回社会神経科学研究会 「社会科学的アプローチによるヒトの社会神経回路の理解」(代表・世話人：高岸治人

2019 年 11 月 21 日－11 月 22 日) ······································· 397

20．クライオ電子顕微鏡によるタンパク質の高分解能単粒子構造解析～みんなのクライオ電顕～(代表・世話人：岩崎憲治

2019 年 11 月 26 日－11 月 27 日) ······································· 400

242

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

1．シグナル動態の可視化と操作に基づく多階層機能解析の新展開
2019 年 9 月 19 日－9 月 20 日
代表・世話人：大久保洋平（東京大学大学院 医学系研究科細胞分子薬理学）
所内対応者：久保義弘（生理学研究所 神経機能素子研究部門）（１）内耳の感覚上皮帯を構成する外有毛細胞のナノ振動動態の同定◯任

書晃 1,2，太田

岳 1,2，崔森悦 2,3，日比野浩 1,2（1 新潟大学医学部分子生理学，2AMED-CREST,AMED，3 新潟大学工学部電気電子）（２）角化細胞の増殖における力依存的な接触阻害：細胞運動と Rac1 の関わり
○平田宏聡，曽我部正博（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）（３）1 細胞スケールの熱で変動する細胞内カルシウム動態○鈴木団（大阪大学蛋白質研究所蛋白質ナノ科学）（４）新規蛍光スイッチングプローブによるライブセル超解像イメージング法の開発○並木繁行，浅沼大祐，大久保洋平，廣瀬謙造（東京大学大学院医学系研究科細胞分子薬理学）（５）A bioluminescence-based ratiometric water hardness indicator○Md. Nadim Hossain1, Ryuichi Ishida2, Mitsuru Hattori1,2, Tomoki Matsuda1,2, Takeharu Nagai1,2（1 大阪大学大学院工学研究科，2 大阪大学産業科学研究所生体分子機能科学）（６）哺乳類 CaMKII リン酸化活性依存的な睡眠時間長制御◯大出晃士 1,2，上田泰己 1,2（1 東京大学大学院医学系研究科システムズ薬理学，
2.理化学研究所生命機能科学研究センター合成生物学）（７）シナプス前末端における細胞骨格タンパク質のはたらき◯高橋智幸（沖縄科学技術大学院大学）（８）分子動力学計算とカルシウムイメージングによるリアノジン受容体制御機構の解析◯山澤德志子（東京慈恵会医科大学分子生理学）（９）HEK293 細胞発現系を用いた RyR2 疾患変異の Ca2+

遊離促進機構の解析と抗不整脈効果を目指した RyR2阻害薬の探索○呉林なごみ（順天堂大学医学部薬理学）（10）O2-dependent protein internalization underlies astrocytic sensing of acute hypoxia by restricting multimodal TRPA1
channel responses◯内山誠，栗田祐希，福士勇人，岡田泰昌，森泰生（京都大学大学院工学研究科分子生物化学）（11）レドックスシグナルによる小脳機能制御◯柿澤昌 1，遠藤昌吾 2（1.京都大学大学院薬学研究科生体分子認識学，
2.東京都健康長寿医療センター研究所老化脳神経科学研究チーム記憶神経科学）

243生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告【参加者名】
松田知己（大阪大学産業科学研究所），魯

山澤徳志子（東京慈恵会医科大学），高橋智幸（沖縄
科学技術大学院大学），鈴木

学産業科学研究所），Hossain Md. Nadim（大阪大学産業団（大阪大学蛋白質研究所），太田裕作（生命創成探究センター），任慨（大阪大科学研究所），彭書晃（新雪（大阪大学産業科学研究所），榎潟大学），大久保洋平（東京大学），並木繁行（東京大木亮介（生命創成探究センター），久保義弘（生理学研学），呉林なごみ（順天堂大学），曽我部正博（名古屋究所），立山充博（生理学研究所），下村拓史（生理学大学），平田宏聡（名古屋大学），森研究所），陳中尾章人（京都大学），内山泰生（京都大学），（生理学研究所），平澤輝一（生理学研究所），LIU Chang

誠（京都大学），細越淳

来（京都大学），松永佳大（京都大学），柿澤以珊（生理学研究所），Rizki Tsari Andriani（生理学研究所）

昌（京都大学），倉智嘉久（大阪大学），大出晃士（東京大学），【概要】
をもたらすと期待される。

シグナル分子が示す多様な時間的・空間的動態により，種々の生体機能が発現される。よって分子の羅列ではな

以上の現状を改めて鑑み，分子・細胞・個体の多階層

く，シグナル動態解析に基づいた機能解析が生命現象のに渡り，シグナル動態解析に基づいた機能解析について理解には不可欠である。細胞内カルシウム動態解析を端「今できること」そして「今後やるべきこと」を討議し，緒とするシグナル動態可視化研究においては，近年様々それにより当該研究分野のさらなる発展を目指して，一なシグナル現象・分子の可視化を可能にするプローブが昨年度，昨年度に続き最終年度として本研究会を開催し開発され，研究対象が急速に拡大しつつある。また並行た。上記目標を達成するために，シグナル動態可視化法，して，二光子顕微鏡や超解像顕微鏡などをはじめとする

その他の分子動態解析法，シグナル動態操作法，新規光光学技術の発展も顕著であり，時空間的に多階層の高品

学技術，個体レベルの機能解析などに携わる多様な分野

質データを得ることが可能になっている。さらに光遺伝に渡る 11 名の講演者を全国から迎え，総勢 31 名の参加

学をはじめとする操作法は，シグナル動態と機能の間の者により活発な討議を行なった。大学院生の参加もあり，因果性について直接検証を可能にする強力なツールと若手の積極的な討議が見られた。また異なる階層・分野

して，活発な応用が進められている。以上に加えて，高の研究者の間で建設的な討議が行われ，さらに複数の研効率発現を可能とするトランスジェニックマウスやウ究室が新規に参画した。以上より，生体機能解析研究のイルスベクターは近年の研究の屋台骨を成していると新展開に資する，また今後のさらなる展開を期待させる

言え，遺伝子編集技術は研究にさらなる効率化と自由度

研究会となった。

（1）内耳の感覚上皮帯を構成する外有毛細胞のナノ振動動態の同定◯任

書晃 1,2，太田

岳 1,2，崔森悦 2,3，日比野浩 1,2（1 新潟大学医学部分子生理学，2AMED-CREST,AMED，3.新潟大学工学部電気電子）
物理刺激である音は，内耳蝸牛において電気信号へと伸縮させる。この動作は，フィードバック的に上皮帯の変換され，脳へと伝達される。この変換は，音によって振動を修飾し，内有毛細胞の働きに影響することで，聴ナノスケールで振動する感覚上皮帯で行われる。感覚上

覚の高い鋭敏性や周波数特異性に寄与すると指摘され皮帯は，複数の細胞や組織により構成される。これらは，ている。しかし，生体内での外有毛細胞の動態は未だ十内・外有毛細胞，支持細胞，そして細胞外基質層などで分に明らかにされていない。そこで本研究では，この困ある。内有毛細胞は，求心性神経線維を活性化して，音難な課題を克服するため，イメージング振動計測装置を

情報を脳へと送る。一方，音受容の感度を調節する外有創製した。ここでは，市販の光干渉断層撮影（Optical

毛細胞は，感覚上皮帯の振動に合わせて自らの細胞体をCoherence Tomography: OCT）装置に，広い周波数スペク244

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

トルと高出力を特徴とする特殊光源を導入し，計測系を

外有毛細胞の伸縮動態を予測した。本研究の成果により，蝸牛の生体内計測に最適化した。生きたモルモットを使

聴覚機能の成立の鍵となる感覚上皮帯振動の生物物理った実験により，外有毛細胞の頂側と基底側の２点にて的メカニズムの一端が抽出された。

異なる振動様式が計測された。さらにこれらの結果から，（2）角化細胞の増殖における力依存的な接触阻害：細胞運動と Rac1 の関わり
○平田宏聡，曽我部正博（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）
上皮組織の恒常性を維持するには細胞数の適切な制に増加し，この間，葉状仮足が盛んに突出していた。Rac1

御が不可欠であり，その主要なしくみとして細胞稠密化

阻害剤により葉状仮足の形成を阻害すると S 期進入が抑で引き起こされる増殖の抑制（接触阻害）がある。互い制されたことから，葉状仮足の突出やそれに伴う細胞運に接触した上皮細胞はアドヘレンスジャンクション（AJ）

動が細胞周期の進行に寄与することが示唆された。播種と呼ばれる細胞間接着構造を形成するが，皮膚の上皮細後約 30 時間以降は，細胞分裂による細胞密度の増加と胞である角化細胞を用いた結果から，接触阻害にはアク

ともに Rac1 の活性が低下し，増殖期にある細胞の比率

チン骨格から AJ に作用する引張力が必要であることをは減少した。以上の結果をまとめると，播種後約 30 時間

昨年報告した。本年は，接触阻害の発現過程における細をピークとする「Rac1-葉状仮足形成」を伴う増殖準備期

胞動態をライブイメージングにより解析した。細胞同士（S 期）を経て，M 期（細胞分裂期）進入による細胞密が接触する高密度で細胞を播種し，細胞周期を Fucci プ

度上昇に従って「RhoA-AJ 引張力上昇」による増殖抑制

ローブによりモニターすると，播種後約 30 時間までは期に移行することで接触阻害が発現すると考えられた。

増殖期（S 期から M 期）にある細胞の比率が時間ととも（3）1 細胞スケールの熱で変動する細胞内カルシウム動態○鈴木団（大阪大学蛋白質研究所蛋白質ナノ科学）
細胞活動を適切に保つために，我々は体内の熱産生に刺激に対する細胞，タンパク質の応答を光学顕微鏡下でよって体温を維持する必要がある。これはシグナル分子

計測してきた。これまでに異なる種類の細胞で様々な応の拡散から酵素活性など個々の事象の物理的・化学的過答を見いだしてきたが，本会がカルシウム○○〇の会で程に，温度依存性があるためである。それならば熱産生あることにのっとり，熱でカルシウムチャネルとポンプの活発なときの体内深部や，外気温にさらされる体表面のバランスが一過的に崩壊することで，細胞内カルシウ

近くのように，自発的な熱産生または外部からの熱刺激

ム濃度が変動する現象を特に取り上げた（HFSP J.3(2)のいずれに対しても，一般に細胞は応答せざるをえない

117-123, 2009; BIOPHYSICS 10 109-119, 2014）。さらにものではないだろうか。この可能性を 1 細胞レベルで検証

し熱産生→熱応答→熱産生とループする場合，暴走してするため，我々は特に比較的短時間の現象に着目して研

重篤な疾患の原因となるかもしれない。そこで最近に研究を行ってきた。細胞内の温度変化をイメージングする究を進めてきた，悪性高熱症の原因となる骨格筋 RyR1

新規技術を開発し，1 細胞ごとに任意のタイミングと強の熱刺激応答についても議論した。

度で熱刺激できる光学的手法と組み合わせることで，熱245

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第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（4）新規蛍光スイッチングプローブによるライブセル超解像イメージング法の開発○並木繁行，浅沼大祐，大久保洋平，廣瀬謙造（東京大学大学院医学系研究科細胞分子薬理学）
近年，細胞内小器官や分子複合体などの細胞内のナノ細胞での単一分子位置決定法を可能にするために，還元構造体の細胞機能の制御・調節における役割が注目され剤に頼らない蛍光明滅法として De-Quenching of Organicている。微小なナノ構造体の可視化解析には，複数ある

Dye Emission（De-QODE）システムを開発した。De-QODE

既存の超解像顕微鏡のモダリティの中でも最も高い空システムでは，観察対象の分子に標識した蛍光分子の蛍間解像度を有している単一分子局在化法が特に有望で光を蛍光消光団と抗蛍光消光団抗体を用いて ON/OFF スある。単一分子局在化法では解析対象分子に標識した蛍イッチングすることによって高速での蛍光明滅を実現

光分子を確率的かつまばらに明滅させて蛍光輝点の中した。De-QODE システムを用いて多様な分子や細胞内心位置をマッピングする作業を数万枚の画像に対して小器官の蛍光標識に成功し，生きた細胞での単一分子局

繰り返し行うことで，20 nm 以下の空間分解能を持つ超在化法による超解像イメージングを可能にした。生体親

解像イメージを得る。しかしながら，現行の単一分子局和性の高い De-QODE システムによる超解像顕微鏡法は在化法では蛍光分子の明滅のために細胞毒性の高い還生細胞でのナノ構造体の可視化解析にブレークスルー

元剤を添加する必要があり，生細胞におけるナノ構造体をもたらすことが期待できる。

の高精細な可視化解析には適用できない。本研究では生（5）A bioluminescence-based ratiometric water hardness indicator○Md. Nadim Hossain1, Ryuichi Ishida2, Mitsuru Hattori1,2, Tomoki Matsuda1,2, Takeharu Nagai1,2（1 大阪大学大学院工学研究科，2 大阪大学産業科学研究所生体分子機能科学）
Water hardness is defined as a sum of Ca2+ and Mg2+

are highly demanded. Here, we reported a FRET-based geneticallyconcentrations in water, expressed as CaCO3. As is well known, it

encoded ratiometric bioluminescent indicator called LOTUS-W. It

affects the health of animals including humans and plants.

is sensitive to Ca2+ (Kd = 2.1 mM) and Mg2+ (Kd = 4 mM) andFurthermore, it also causes serious scale deposition in water

enables detection of water hardness as bioluminescence color

distribution pipes for the boiler and irrigation systems reducingchange from cyan to yellow. We also reported a smartphone

their operation efficiency. Therefore, convenient methods tocamera-based system for rapid detection.

monitor water hardness through the Ca2+ and Mg2+ concentrations（6）哺乳類 CaMKII リン酸化活性依存的な睡眠時間長制御◯大出晃士 1,2，上田泰己 1,2（1.東京大学大学院医学系研究科システムズ薬理学，
2.理化学研究所生命機能科学研究センター合成生物学）

睡眠覚醒サイクルは，およそ 24 時間の周期性を担う

期長を変異によって長短双方向に変化させることがで概日時計と，一定の必要睡眠時間を規定する睡眠恒常性

きる単一の遺伝子 period の発見が，フィードバック構造

によって制御されている。概日時計については，時間周を基盤とするコア振動子構造を見出す端緒となった。一246

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

方，必要睡眠時間を決める分子実体は未だ決定的なものに制御することが知られている。我々は Camk2/b のノッは提示されていない。

クアウトマウスがそれぞれ顕著な短眠型の表現型を示

必要睡眠時間の恒常的維持に関わるフィードバック

すことを見出し，これらの因子を睡眠誘導型のリン酸化制御の中核を担う分子実体があるとすれば，それは睡眠酵素として報告した。本発表では，CaMKIIα/β リン酸化

時間長を長短双方向に制御できることが期待される。

活性とマウス個体睡眠表現型の対応について，最新の結

我々は，この候補としてタンパク質リン酸化酵素である果を報告した。これを通して，哺乳類 CaMKII 活性が概CaMKIIα/β に着目し，研究を進めてきた。12 量体を形成

日時計における period のように，睡眠時間を長短双方向する CaMKIIα/β は Ca2+/Calmodulin の結合により不活性に規定しうる因子であるか，ひいては睡眠時間制御につ状態から活性状態に構造変化し，これにより種々の基質

いてコア振動体と呼びうる分子実体が存在するのか，とタンパク質をリン酸化する。また，複数サイトの自己リいう問いを念頭に，CaMKII 活性が睡眠時間を長短双方

ン酸化を介して，CaMKIIα/β 自身のリン酸化活性を正負向に規定する因子であるか議論した。

（7）シナプス前末端における細胞骨格タンパク質のはたらき◯高橋智幸（沖縄科学技術大学院大学）
細胞骨格フィラメントは細胞の形態構造を維持する

復時間が著しく遷延することが見出された。STD からのだけでなく，神経伝達において生理的役割を担う可能性

回復時間は二重指数関数で表されるが，MT 脱重合処理が想定されているが，実態は明らかでない。共焦点顕微は遅い時定数を特異的に遷延させた。MT の部分的脱重

鏡と STED 顕微鏡を用いて calyx of Held を観察したとこ

合が神経伝達に及ぼす影響を知るために，calyx 前末端とろ，軸索から終末端に侵入した微小管（microtubule, MT）

後細胞から活動電位（AP）を同時記録して，伝達追随性の断片が末端内の随所に散在し，その一部はシナプス小を評価した。高頻度連続刺激下，前末端 AP に対する後胞と共局在することが明らかになった。次に，シナプス細胞 AP の追随性は，対照群では 100%であったが，前 末 端 に お け る MT の 機 能 的 役 割 を 知 る た め に

vinblastine 処理群では，刺激開始後約 20 秒で後細胞 AP

vinblastine を用いて MT を脱重合した。この条件下ではの脱落が起こり始め，50 秒後には追随性が約 60%に低下

EPSC の振幅，kinetics 共に変化はなく，脱分極性パルスした。以上の結果から，シナプス前末端の MT は小胞輸による Ca2+流入，小胞開口数，endocytosis の時定数のい送による伝達物質の再利用を支えており，高頻度神経伝ずれも変化しなかった。そこで，入力線維を高頻度で刺達を維持する役割を担っていると推論された。更に，同激して EPSC の短期抑圧（STD）を誘発し，STD からの様の実験をアクチンに対して行い，MT とアクチンの役

回復時間を測定したところ，vinblastine 処理によって回割を比較した。

（8）分子動力学計算とカルシウムイメージングによるリアノジン受容体制御機構の解析◯山澤德志子（東京慈恵会医科大学分子生理学）
筋小胞体膜にある１型リアノジン受容体（RyR1）は，種類以上の点突然変異が同定されている。RyR1 遺伝子

Ca2+誘発性 Ca2+放出（Ca2+‐induced Ca2+ release, CICR）

変異の大部分は，3 箇所の「ホットスポット」領域（領の特性を示し，悪性高熱症（MH）やセントラルコア病

域１；35～614 番，領域２；2129～2458 番，領域３；4637（CCD）等の筋疾患を引き起こすと考えられている 300～4973 番）に見出されているが，実際の病態表現型との247

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

相関は不明な点が多い。そこで，領域１に属する N 末領

R402H）の細胞質側の中心部構造が WT に比べて変化す

域（NTD）の変異 RyR1 遺伝子をヒト胎児由来腎臓（HEK）

ることが明らかになった。この理由として D61 と R402

細胞に導入して安定発現細胞株を作成し，CICR 活性をの静電相互作用の消失により，サブドメインが旋回して，

Ca2+イメージングにより解析するとともに，分子動力学

これが CICR 活性を亢進する可能性が明らかになった。

（MD）シミュレーションによりチャネルの動的構造を

今後機能解析と MD シミュレーションを併用することで，再現し，多様な表現型を示した RyR1 変異体の特性をチ

点突然変異が機能的変異を起こす分子内機構が同定さャネル立体構造の側面から検証した。これより NTD の 3

れていけば，悪性高熱発症を予測する低侵襲な検査/治療つのサブドメイン間に位置する突然変異体（R402C との開発に繋がることが期待される。

（9）HEK293 細胞発現系を用いた RyR2 疾患変異の Ca2+遊離促進機構の解析と抗不整脈効果を目指した
RyR2 阻害薬の探索○呉林なごみ（順天堂大学医学部薬理学）
2 型リアノジン受容体（RyR2）は心筋の興奮収縮連関

説明できるかどうか，RyR2 発現 HEK293 細胞を用いた

2+遊離チャネルである。一方で RyR2 の突然

Ca2+イメージングと[3H]リアノジン結合により解析し，

変異はカテコラミン誘発性多型性心室頻拍（CPVT）を始

数理計算により検証した。さらに，上記の過程で確立しめとした様々な催不整脈性疾患を引き起こし，多くの場

た小胞体 Ca2+測定法に基づく大規模スクリーニング法に合は RyR2 からの Ca2+遊離活性を亢進することが原因とより，約 30,000 種類の化合物ライブラリから RyR2 阻害考えられる。RyR2 の Ca2+による制御機構には，細胞質薬および活性化薬の探索を行った。ヒット化合物の一部

側 Ca2+による制御（Ca2+ induced Ca2+ release：CICR）と，については不整脈モデルマウス心筋細胞を用い Ca2+動態

小胞体内腔側 Ca2+による制御（Store-overload induced Ca2+

に対する効果を検討した。一部の RyR2 阻害薬は Ca2+

release: SOICR）の 2 種類が提唱されているが，疾患変異wave の発生を抑制し抗不整脈作用を持つことが示されがどちらの機構を促進するのかまだ決着がついていなた。

に重要な Caい。我々は RyR2 疾患変異の活性亢進が CICR の促進で（10）O2-dependent protein internalization underlies astrocytic sensing of acute hypoxia by restricting
multimodal TRPA1 channel responses◯内山誠，栗田祐希，福士勇人，岡田泰昌，森泰生（京都大学大学院工学研究科分子生物化学）
酸素消費量の高さから酸素欠乏に対して極めて脆弱で我々は TRPA1 を分子基盤として酸素センサー細胞のため，中枢神経系における酸素濃度は厳密に制御がなさ探索を行った結果，呼吸中枢近傍に存在するアストロサ

れなければならない。それにもかかわらず，中枢神経系

イトが TRPA1 を用いる事で高い低酸素感受性を示すこにおける肝心の酸素センサー細胞の局在，また分子実体とが示唆された。非常に興味深い事に本アストロサイト

は未だ不明瞭である。以前の研究で我々は，末梢感覚神における TRPA1 は，高酸素や AITC といった低酸素以外

経において多環境ストレスセンサーとして知られるの TRPA1 応答性刺激に対して応答性を喪失しているこ

TRPA1 が高酸素，および低酸素センサーとして働く事をとが見出された。分子メカニズムの詳細な解析を行った

報告した（Takahashi et al., 2011, Nat. Chem. Biol.）。そこ

結果，アストロサイトにおいて酸素濃度依存的な TRPA1

248

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

タンパク質の Trafficking が存在し，チャネル活性を抑制に見つかった TRPA1 のユニークな環境感知メカニズム

していることが明らかとなった。本発表ではこの偶発的に焦点を合わせ報告した。

（11）レドックスシグナルによる小脳機能制御○柿澤昌 1，遠藤昌吾 2（1 京都大学大学院薬学研究科生体分子認識学，
2 東京都健康長寿医療センター研究所老化脳神経科学研究チーム記憶神経科学）

シナプスにおける可塑的変化は，記憶・学習の細胞レ

いが，一酸化窒素(NO)存在下で GTP より産生される 8-

ベルでの基盤であるとされ，これまで，海馬シナプスでnitro-cGMP は，cGMP とは異なりホスホジエステラーゼの長期増強（LTP）などを対象に，多くの研究がおこなによる分解を受けず，また S-グアニル化と言う比較的安

われてきた。小脳皮質においては，平行線維－プルキン

定な化学修飾をタンパク質に施す。したがって，cGMP とエ細胞シナプスで見られる長期抑圧（LTD）が小脳依存比較して，より長期的にプロテインキナーゼ G を活性化

的な運動学習の基盤となることが，これまでの非常に多することが可能であり，シナプスの可塑的変化及び記くの研究により示されている。しかし，シナプス可塑性

憶・学習の長期化への寄与が推測された。

が記憶・学習の基礎過程であるためには，その変化が「長本発表においては，ROS/8-nitro-cGMP シグナルの小脳期化」することが必要であるが，小脳 LTD においては，

LTD 及び小脳依存的な運動協調・運動学習への関与を示

その長期化のメカニズムは完全に解明されていない。

すことを目的に行われた我々のこれまでの実験結果に我々は，この小脳 LTD の長期化の分子機構の候補としついて，ROS/8-nitro-cGMP シグナル系の阻害が小脳 LTDて，活性酸素(ROS)/8-nitro-cGMP シグナル系に着目した。

及びローターロッドテスト，視運動性眼球運動（OKR）

ROS 自身は反応性が非常に高く分子としての寿命は短に与える影響を中心に，紹介した。

249

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

2．生体コモンスペース研究会
2019 年 7 月 11 日－7 月 12 日
代表・世話人：高井まどか（東京大学大学院工学系研究科バイオエンジニアリング専攻）
所内対応者：久保義弘（生理学研究所 神経機能素子研究部門）（１）Protein adsorption behavior on reduced graphene oxide and boron-doped diamond investigated by electrochemical
impedance spectroscopy○黄依璇 1，原

愛我 2，寺島千晶 2，藤嶋昭 2，高井まどか 1（1 東京大学大学院工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻，
2 東京理科大学

光触媒国際研究センター）（２）Fluorescent Polymer Nanoparticle to Enhance
Förster Resonance Energy Transfer (FRET) for Imaging Analysis of Protein-Specific Sialylation on Cell Surface○趙廷璧，高井まどか（東京大学大学院工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻）（３）スクリーン印刷ダイヤモンド電極の高機能化と生体関連物質の高感度検出○松永智広，近藤剛史，東條敏史，湯浅真（京理科大学理工学部先端化学科）（４）機能性マイクロビーズの開発
岩本晃太，Dung Q. Nguyen，○椎木弘（大阪府立大学大学院工学研究科 物質･化学系専攻応用化学分野）（５）微小水滴センサの開発と結露検知への応用○川喜多仁（物質･材料研究機構センサ･アクチュエータ研究開発センター）（６）中性子散乱を用いた酵母脂質輸送タンパク質 Sec14 の機能評価○中野実，杉浦太一，中尾裕之，池田恵介（富山大学大学院医学薬学研究部(薬学) 生体界面化学研究室）（７）胃酸分泌細胞の膜依存的な異なる酸分泌機能ユニット○藤井拓人 1，清水颯人 1，清水貴浩 1，高橋康史 2，永森收志 3，酒井秀紀 1（1 富山大学大学院医学薬学研究部(薬学) 薬物生理学，2 金沢大学理工研究域 電子情報学系，
3 奈良県立医科大学

生体分子不均衡制御学共同研究講座）（８）Function and structure of heterodimeric amino acid transporters○Pattama Wiriyasermkul，永森收志（奈良県立医科大学 生体分子不均衡制御学）（９）拡散 MRI を利用した生体細胞膜水透過性定量測定の試み○小畠隆行（量研機構 放射線医学総合研究所）（10）改良型イメージング振動計測装置による内耳感覚上皮帯のナノ振動の深度分布○任書晃 1，太田岳 1，崔森悦 2，日比野浩1（1 新潟大学大学院医歯学総合研究科分子生理学分野，
2 新潟大学大学院自然科学系情報電子工学系列）

250

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（11）iPS 細胞を利用した心毒性評価系の構築○黒川洵子 1,2，西田基宏 2, 3，山口賢彦 1,2，三浦進司 4，坂本多穗 1,2（1 静岡県立大学薬学部生体情報分子解析学，2 ExCELLS program，
3 生理学研究所心循環シグナル研究部門，4 静岡県立大学食品栄養科学部）（12）疎水性イオンの過渡的電流による膜双極子電位の測定
松木悠佳 1，山竹真理子 1，岩本真幸 1，○老木成稔 2（1 福井大学医学部分子神経科学，2 福井大学 高エネルギー医学研究センター）（13）三次元培養系における細胞機能計測技術○珠玖

仁 1，梨本裕司 1,2，伊野浩介 1（1 東北大大学大学院工学研究科，2 東北大学際科学フロンティア研究所）（14）走査型プローブ顕微鏡による細胞膜表面の形状イメージング○高橋康史 1,2，東宏樹 1，周縁殊 1，福間剛1（1 金沢大学ナノ生命科学研究所，2JST さきがけ）（15）ナノ流体デバイスと光圧の融合によるナノ物質操作とその展開○許岩 1,2,3，西岡賢史 1，岸本龍典 4,5，細川千絵 4，川端利幸 1，工藤卓5

（1 大阪府立大学大学院工学研究科物質･化学系専攻化学工学分野，
2 国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）さきがけ，
3 大阪府立大学 NanoSquare 拠点研究所，
4 大阪市立大学大学院理学研究科物質分子系専攻，
5 関西学院大学

理工学部 人間システム工学科）【参加者名】
高井まどか（東京大学），川喜多 仁（物質・材料研究（東京理科大学），大石勇太（東京理科大学），酒井秀紀

機構），小畠隆行（量研機構放射線医学総合研究所），日（富山大学），藤井拓人（富山大学），田桑弘之（量研機

比野 浩（新潟大学），任 書晃（新潟大学），緒方元気

構放射線医学総合研究所），
HUANG, YIXUAN（東京大学），（新潟大学），太田 岳（新潟大学），澤村晴志朗（新潟ZHAO, Tingbi（東京大学），椎木 弘（大阪府立大学），

大学），村上慎吾（中央大学），木村 暁（中央大学），

冨田太一郎（東邦大学），黒川洵子（静岡県立大学），坂五味涼太（中央大学），野口秀典（物質・材料研究機構），

本多穂（静岡県立大学），山口賢彦（静岡県立大学），日

許 岩（大阪府立大学），老木成稔（福井大学），珠玖 仁比千尋（静岡県立大学），久保義弘（生理学研究所），立（東北大学），中野 実（富山大学），高橋康史（金沢大山充博（生理学研究所），下村拓史（生理学研究所），陳学），東 宏樹（金沢大学），波多野 亮（千葉大学），

以珊（生理学研究所），Rizki Tsari Andriani（生理学研究

永森收志（奈良県立医科大学），Wiriyasermkul Pattama（奈所），平澤輝一（生理学研究所），LIU Chang（生理学研

良県立医科大学），近藤剛史（東京理科大学），松永智広

究所），Nahid Roohi（生理学研究所）（東京理科大学），西田光志（東京理科大学），渡部寛也【概要】
脳や心臓をはじめとしたヒトのそれぞれの臓器は，種類

ーションの場を「コモンスペース」と定義した。しかし，や機能の異なる多様な細胞集団から成り立つ。個々の細胞

このコモンスペースは，サブマイクロメートルからナノメ

集団は，同種，異種細胞間でコミュニケーションを行い，ートルのスケールといった微小空間であり，さらに形状も

これにより正常に機能する。生命活動に不可欠なこの細胞複雑なため，その中の物質動態や構造，さらに両者の相関間の交信は，イオンや小分子・ペプチドなどの生理活性物の理解は不十分である。
よって，この微小空間と細胞集団・質が担う。さらに交信を行う場所は，細胞に取り囲まれる臓器の活動との関連にも未だ不明な点が多い。以上の課題

細胞外の微小空間である。本研究会では，このコミュニケの解決には，最先端の理工学技術に基づいてこの微小空間251

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告の場を標的にしたナノ計測方法を開発し，生きた生体試料

理論科学・生物学者，そしてこれらの科学者と協働して生に活用してまず微小空間の物質動態を理解する必要がある。

体界面を研究する医・生物・薬学者を集めて議論する。ま

本研究会では，このような先端技術を開発・活用して生たこの研究会をきっかけとして共同研究を実施し「コモン体界面を観測する理工学者，独自のモデルを用いて生体界

スペース」の物質動態を明らかにしていき，世界初の学際面の現象を in vivo, in vitro や in silico で解析する理工学・領域を開拓する。

（1）Protein adsorption behavior on reduced graphene oxide and boron-doped diamond investigated byelectrochemical impedance spectroscopy○黄依璇 1，原

愛我 2，寺島千晶 2 ，藤嶋昭 2，高井まどか 1（1 東京大学大学院工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻，
2 東京理科大学

光触媒国際研究センター）

Among novel carbon materials, reduced graphene oxide

bovine serum albumin (BSA) solutions; BDD showed decreased(rGO) and boron-doped diamond (BDD) have emerged as

impedance response when exposed to high concentration of BSA.

attractive ones. Owing to the unique structural and electronic

They demonstrated special but different impedance response

properties, rGO has been utilized in varies of electrochemical

upon BSA adsorption. Based on fitting results of EIS data andapplications, such as sensor, fuel cell supports, supercapacitance.

hypothesis of protein adsorption, protein adsorption model on

Moreover, it has not been until recently that rGO and BDD are

the interface of protein solution and carbon electrode surfaces

explored as novel biocompatible materials. The rich functional

have been established, which is applicable to rGO and BDD

groups on the rGO surface enable protein molecules tosurface, and is further expected to be applicable to other carbon

efficiently adsorb onto rGO surface from biological fluids.

materials. Besides the in-depth understanding of protein

Contrary to rGO of sp2-carbon, BDD of sp3-carbon structure isadsorption behavior, this study also indicates a potential way to

expected to resist protein adsorption on BDD surface fromcontrol the orientations of protein molecules on solid surface.1

biological fluids. We found rGO and BDD demonstrated special
impedance response regarding protein adsorption compared with

[1] Huang, Y.; Hara, A.; Terashima, C.; Fujishima, A.; Takai,other materials. According to the results of electrochemical

M., Protein adsorption behavior on reduced graphene oxide

impedance spectroscopy (EIS), rGO showed two time constants

and boron-doped diamond investigated by electrochemical(two semicircles in Nyquist plot) when exposed to model protein

impedance spectroscopy. Carbon 2019, 152, 354-362.

（2）Fluorescent Polymer Nanoparticle to Enhance
Förster Resonance Energy Transfer (FRET) for Imaging Analysis of Protein-Specific Sialylation on Cell Surface○趙 廷璧，高井まどか（東京大学大学院工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻）
Sialylation of proteins on cell surfaces is a kind of very

But the over expression of sialic acid, complex microenvironment

important post-translational modification, affects the structure andand probe status on cell surface all make it difficult to realizes andfunctions of glycoprotein, adjusts related biological processes.

inhibit the imaging effect. In this strategy, we designed a dual

Visualization of sialylation condition of specific proteins islabeling FRET system to realize the visualization of protein-significant for understanding their roles in disease development.

specific sialylation with higher efficiency. We designed and252

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

synthesized a kind of fluorescent polymer linked appropriate

polymer structure design, lots of fluorescent molecules can be

FRET donor molecules with hydrophilic, hydrophobic andeasily loaded, and the several fold FRET signal was obtained

reactive monomer units. After linking fluorescent dye, 2-

directly without complicated way to turn on signal, which could

methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC) based polymer

lose the specificity. Moreover, MPC as a very effective biological

nanoparticles (NPs) were prepared using emulsion-evaporation

anti-fouling monomer and with great hydrophilic, would expose

method to build hydrophobic core, which loaded plenty ofoutside of formed NPs to keep probe more stable on cellular

fluorescent dyes and avoided self-quenching. After connected theenvironment. This strategy could provide a potential for

aptamer on the surface, the NPs were used as the FRET donor

investigating protein-specific glycosylation and researching theprobe recognized to target protein on cell surface. Based on therelation between dynamic glycans state and disease process.

（3）スクリーン印刷ダイヤモンド電極の高機能化と生体関連物質の高感度検出○松永智広，近藤剛史，東條敏史，湯浅真（東京理科大学理工学部先端化学科）
導電性ボロンドープダイヤモンド（BDD）電極は高感終端 BDDP（O-BDDP）印刷電極を用いたほうが，明瞭な度な電気化学測定が可能であり，タンパク質などによる酸化ピークが得られ，検量線の傾き（検出感度）も大き

ファウリングが起きにくいため，尿中や血中の物質計測

かった。印刷電極表面の SEM 画像から，O-BDDP 印刷に適した電極材料である。スクリーン印刷ダイヤモンド

電極は H-BDDP 印刷電極よりも BDDP が多く露出し電極は，BDD パウダー（BDDP）と樹脂バインダーを混ていることがわかった。これにより，O-BDDP 印刷電極

合したインクを用いて作製され，高感度かつ使い捨て可では H-BDDP 印刷電極よりも電解反応における電荷移能なセンサー電極への応用が期待される。本研究では，

動抵抗が小さくなり，検出感度が良好になったと考えら

BDDP 表面終端のスクリーン印刷電極における電気化学

れる。また，シプロフロキサシンと同じくピペラジンを検出特性への影響について調べた。シプロフロキサシン

有するレボフロキサシンの電気化学検出においても，O-のリニアスイープボルタンメトリーによる電気化学検

BDDP 印刷電極のほうが良好な結果となった。

出では，水素終端 BDDP（H-BDDP）印刷電極よりも酸素（4）機能性マイクロビーズの開発
岩本晃太，Dung Q. Nguyen ，○椎木弘

（大阪府立大学大学院工学研究科物質･化学系専攻応用化学分野）
チオール基を介した単分子膜の自発的形成によって，評価した。重合反応後のビーズを SEM 観察したところ，

金ナノ粒子で被覆したマイクロビーズ表面に機能性分

表面に均一なポリマー膜の形成が確認された。さらに，子を導入することができる。分子修飾したビーズはマイテンプレートの色素分子の蛍光が観察された。外部刺激

クロサイズの反応場として機能する。本研究では，ビーによる色素分子の吐き出しによって蛍光は消失した。こズ表面での選択的な重合反応を利用した機能性ビーズのビーズを色素溶液に添加した後，ビーズから再び蛍光の開発を行っている。分子インプリンティング法によりが観察され，色素分子の鋳型への色素の再結合が確認でビーズ表面での分子鋳型形成を行い，その分子認識能を

きた。

253

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（5）微小水滴センサの開発と結露検知への応用○川喜多仁（物質･材料研究機構センサ･アクチュエータ研究開発センター）
金属のサビ，ガラス表面の曇り，浴室やエアコン内のように水滴が接触すると，アレー間に自発（ガルバニ）

カビ，野菜や花き，果実の病害といった身の回りの様々作用により生じる電流を検出する。このセンサを利用すな現象は結露との関係が深い場合がある。結露の抑制やることで，結露の抑制や対策に要するエネルギーやコス対策のためには，その検知が重要であり，結露の程度をトの削減，視界の確保やカビ・菌の繁殖抑制による安全小さくするためには，初期・早期に検知できることが望や衛生の向上，金属のサビや食物へのカビの発生の防止

ましい。物質・材料研究機構が取り組んでいる微量・微による品質の向上が期待される。今後は，農業における小な水を高精度・高速に検出可能なセンサ（モイスチャ

結露由来のカビなどの病害の抑制，自動車における窓ガーセンサ）を用いることで，従来の技術よりも初期・早ラスの曇りの防止，物流におけるコールドチェーンの確期に結露を検知できるようになり，さらに従来の技術で認などへの応用を検討している。他方，本センサの特徴は不可能であった結露の事前検知ができることが示唆を生かすことで，ドライアイやドライスキンの状態評価された。このセンサでは，異種金属からなる 1 組の細線といった人体から蒸散される微量な水分を短時間で計（アレー）を絶縁体の上に平行に配置し，アレーを跨ぐ測する医療用途への応用の可能性も探索している。

（6）中性子散乱を用いた酵母脂質輸送タンパク質 Sec14 の機能評価○中野実，杉浦太一，中尾裕之，池田恵介（富山大学大学院医学薬学研究部(薬学) 生体界面化学研究室）
生体内にはリン脂質やスフィンゴ脂質，ステロールなは解消されるが，輸送を計測する際，輸送元（ドナー）ど数千を超える脂質種が存在し，それらが目的の場所にと輸送先（アクセプター）の粒子を分別する操作が必要輸送されて機能を発揮する。生体内には様々な脂質輸送となる。

タンパク質が存在し，それらが特定の脂質を特定の場所

本実験では，酵母の脂質輸送タンパク質である Sec14に輸送することで生体膜の機能を動的に制御している。

の脂質輸送能を評価するため，中性子散乱を用いて脂質脂質輸送タンパク質の多くは２種類の輸送基質をもつ。

の移動（輸送）を検出した。この手法ではアシル鎖を重これによりオルガネラ間の対向輸送を行ったり，輸送基水素化した脂質を用いるため，タンパク質による認識に質の代謝やリン酸化を制御したりしていると考えられ影響を与えない。またこの手法では，ドナーとアクセプているが，脂質の対向輸送を測定した例は少ない。

ターの分離操作は不要で，混合したまま測定を行うため，

タンパク質の脂質輸送能の計測には，脂質にラベルを

時間変化を追跡できるという特長をもつ。今回，本手法入れる必要があるが，ラベルによっては脂質の物性を大により，Sec14 を介したホスファチジルコリンとホスフ

きく変化させ，タンパク質による認識を妨げてしまう可ァチジルイノシトールの対向輸送を検出し，Sec14 によ能性がある。とくに，脂質輸送タンパク質の多くは脂質る脂質輸送サイクルの物理化学的な特性を明らかにし頭部の違いを認識するため，頭部に修飾を入れることはた。

できない。放射性同位体ラベルを用いればこれらの問題

254

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（7）胃酸分泌細胞の膜依存的な異なる酸分泌機能ユニット○藤井拓人 1，清水颯人 1，清水貴浩 1，高橋康史 2，永森收志 3，酒井秀紀 1（1 富山大学大学院医学薬学研究部(薬学) 薬物生理学，
2 金沢大学理工研究域
3 奈良県立医科大学

電子情報学系

生体分子不均衡制御学共同研究講座）

胃酸分泌細胞は，酸分泌刺激時に細胞内の細管小胞がれ高純度で含むベシクル（SAV と TV）において定量プ

互いに融合し頂端膜につながることで，管腔側の表面形

ロテオミクス解析を行い，両ベシクルに発現する膜タン状が劇的に変化する。頂端膜と細管小胞では，胃プロト

パク質の網羅的探索を行った（永森研との共同研究）。

+,K+-ATPase）と機能共役する機能分子が異ンポンプ（H

両ベシクルにおける膜輸送タンパク質の発現プロファなっており，頂端膜と細管小胞により形成される管腔側

イルは大きく異なっており，SAV に高発現する K+チャ

微小スペースの構造や構成分子は非常に複雑であるとネル，Na+/胆汁酸共輸送体およびグルコース輸送体，TV考えられる。我々は，走査型イオンコンダクタンス顕微に高発現するグルタミン酸輸送体や Na+/H+交換輸送体

鏡を用いてラット胃酸分泌細胞の酸分泌刺激に伴う頂が同定された。したがって頂端膜と細管小胞の酸分泌関

端膜微小スペースの動的変化をナノスケールレベルで連機能は異なっているものと考えられる。また細管小胞可視化することに成功した（高橋研との共同研究）。まにおいて，Cl-輸送体や K+輸送体が別々の小胞に局在す

た，ラット胃粘膜よりショ糖-Ficoll 密度勾配遠心を用いることから，小胞機能の多様性が示唆される。

て調製した胃酸分泌細胞の頂端膜と細管小胞をそれぞ（8）Function and structure of heterodimeric amino acid transporters○Pattama Wiriyasermkul，永森收志（奈良県立医科大学 生体分子不均衡制御学）
Heterodimeric amino acid transporters (HATs) are plasma

LAT1-CD98hc were produced at a large scale and reconstituted

membrane amino acid transporter family that play important roles

in a defined liposome composition. The transport properties andin various biological functions, for examples, amino acidkinetics were well illustrated. Extensive studies on the function

homeostasis or renal reabsorption. Members of HATs areand structure of one HAT also provided us better understanding

composed of two subunits, a transporter subunit (SLC7) and anof other HATs, such as SLC7A9-SLC3A1 which are theauxiliary subunit (SLC3). One of HAT members, LAT1/SLC7A5-

cystinuria-causative

CD98hc/SLC3A2 is known as a cancer-specific transporter andcoimmunoprecipitation-mass spectrometry (coIP-MS) andan attractive target in cancer biology. In collaboration withproximity-based labeling-MS (APEX-MS) to identify the

Nureki lab at the Univ of Tokyo, we have recently solved LAT1-

heterodimer-associated proteins. The protein identified allowed

CD98hc structures by cryo-EM. To explore the function and

us to build a network of nutrients signals which lead to unveil thestructure of LAT1-CD98hc in depth, we have developed aimportant roles of LAT1. Our multi-disciplinary approaches

reconstitution method of the purified heterodimer. Purified

shed light under HATs.

255

genes.

Furthermore,

weperformed

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（9）拡散 MRI を利用した生体細胞膜水透過性定量測定の試み○小畠隆行（量研機構 放射線医学総合研究所）
拡散強調 MRI（DWI）はすでに広く臨床の場で使われられる１細胞での細胞内外の水交換時間と比較するこており，その有用性に関しては議論の余地はない。近年，とで，DWI を用いた定量法の信頼性を確認することがで

ハードウェア・画像解析の進歩により，強い拡散強調下きる。本研究では，AQP4 発現・非発現細胞の DWI 信号

で多くの方向に傾斜磁場をかけながら安定した画像をから細胞内外水交換時間を取得し， CARS で観測された得ることが可能となっている。これらの MR 信号から生値と比較した。得られた交換時間は AQP4 発現・非発現

体内の水拡散を解析するモデルは多く報告されている細胞ともに CARS のほうが大きな値となったが，発現細が，細胞膜を壁と考えるモデルで水透過性を考慮に入れ胞のほうが小さな交換時間となる傾向は一致していた。

たものは少なく，また，その実証は簡単ではない。細胞CARS で得られる交換時間のほうが大きかった点に関し膜の水透過性は，アクアポリン（AQP）の発現に大きくては，(a) MRI で検出できる水は比較的移動性に富むも影響されるため，発現をあらかじめ制御した細胞での実のなので交換の遅い水の信号を含んでいない，(b) APQ4

験により，DWI に対する細胞膜水透過性の影響を確認す

での交換が水より遅いといわれている重水の交換を見ることができる。また，水と重水の交換を観測できるている CARS での交換時間が長くなった，などの理由がcoherent anti-Stokes Raman scattering imaging（CARS）で得考えられた。

（10）改良型イメージング振動計測装置による内耳感覚上皮帯のナノ振動の深度分布○任書晃 1，太田岳 1，崔森悦 2，日比野浩1（1 新潟大学大学院医歯学総合研究科 分子生理学分野，
2 新潟大学大学院自然科学系

情報電子工学系列）

ヒトは 0.2 %の音の周波数の違いを認識でき，かつ，製した。この装置は，医療でも用いられている光干渉断100 万倍もの音圧差を受容できる。これらの特性は，音層撮影（Optical Coherence Tomography: OCT）を基礎とす

刺激によって生ずる内耳感覚上皮帯のナノスケールのる。我々は，広い周波数スペクトルを特徴とするスーパ振動に由来する。感覚上皮帯は，複数の層構造，すなわーコンティニュウム光源を導入し，1.8 um の深部分解能

ち，有毛細胞層，支持細胞層，そして基底板から成る。

を達成した。この改造により，生きたモルモットにおけしかし，それぞれの層における振動様式の詳細な違いは，る上皮帯４層の振動振幅と位相を計測することができ

聴覚の特徴に深く関連していると思われるが，技術的なた。本研究で創出した装置は，感覚上皮体の真の動作を課題のため，検出されていない。

同定することで，蝸牛における生物力学的増幅機構成立

本研究で我々は，in vivo で対象物の断層と振動を記録の鍵となる力の伝達メカニズムが解明されると期待される。

することができる新規イメージング振動計測装置を創256

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（11）iPS 細胞を利用した心毒性評価系の構築○黒川洵子 1,2，西田基宏 2, 3，山口賢彦 1,2，三浦進司 4，坂本多穗 1,2（1 静岡県立大学薬学部生体情報分子解析学，2 ExCELLS program，
3 生理学研究所心循環シグナル研究部門，4 静岡県立大学食品栄養科学部）

ヒト iPS 細胞由来心筋細胞は，心毒性評価への創薬応用から解析したところ，心房・心室それぞれのマーカーに応が検討されている。評価対象には心室性不整脈および心機

じて，収縮プロファイルが異なることを見いだした。さら

能低下
（心不全）
があり，いずれも深刻な有害事象である。

に，心筋タンパク質の発現の違いに応じて，薬理学的作用

我々は，in vitro 実験系の開発が遅れている収縮機能の解も違うことを検出した。今回，ヒト iPS 細胞由来心筋細胞

析法を構築することをめざし，これまでに，拍動心筋表面をより成熟化させるために，細胞に微弱電気を印加した。

の超高速ビデオカメラ画像から動きベクトルを計算する

その結果，微弱電流の印加により心筋細胞としての成熟化手法を開発してきた。本法は非侵襲的かつ高解像度であるが進んだことが細胞免疫染色から示され，生体コモンスペ

ことが特徴であり，様々なアプリケーションを可能とする。

ースに影響したことが示唆された。なお，本研究はヒト iPS 細胞由来心筋の細胞ごとのばらつきを収縮特性

ExCELLS の共同研究として行われた。

（12）疎水性イオンの過渡的電流による膜双極子電位の測定
松木悠佳 1，山竹真理子 1，岩本真幸 1，○老木成稔 2（1 福井大学医学部分子神経科学，
2 福井大学高エネルギー医学研究センター）

細胞膜電位は transmembrane potential を中心に議論さかにする必要がある。さらに最近では膜双極子電位を変れてきたが，それに加えて膜双極子電位（membrane dipole化させる薬物の存在が明らかになり，膜双極子電位に注

potential）が存在する。膜双極子電位はリン脂質分子の双目が集まってきた。膜双極子電位は水溶液中に加えた疎極子（グリセロール骨格のカルボニル基など）が脂質 2水性イオン（tetraphenylphosphonium と tetraphyenylborate）

重膜の中で一定の配向を持つことで発生する膜内電位が電圧ジャンプで過渡的電流を発生させることで捉えで，その値は膜中心部で数 100 mV に達すると言われてる。本研究では Contact bubble bilayer 法を使うことによいる。電位依存性チャネルは実際には膜双極子電位を含って，速い電圧固定と小さい静電膜容量という条件下でめた膜内電位に応答するので，膜双極子電位の値を明ら実験を行い，その結果を簡単なモデルで解析した。

（13）三次元培養系における細胞機能計測技術○珠玖

仁 1，梨本裕司 1,2，伊野浩介 1（1 東北大大学大学院工学研究科，2 東北大学際科学フロンティア研究所）
発した。

三次元培養法は，動物実験の代替法として，薬剤評価
や毒性試験への利用に期待が集まっている。電気化学セ

走査型電気化学顕微鏡 SECM では，酸素濃度を記録しンサはリアルタイム計測や定量解析に適している。我々ながら微小電極を走査することで，無侵襲的に測定対象

はプローブ型デバイス，チップ型デバイスを用いて，三近傍の酸素濃度分布を知ることができる。本手法を利用

次元培養系を対象とした電気化学的細胞計測技術を開し，細胞外マトリクス（コラーゲン，マトリゲル）内で257

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

三次元培養した細胞の機能評価を行った。ウェル全体の路デバイスの上のヒト内皮細胞にガラスピペットを近接

酸素消費速度を細胞数で除し，単一細胞あたりの酸素消させることにより，細胞形状を走査型コンダクタンス顕微費量を算出することで，正常細胞/腫瘍細胞の相違を判定

鏡 SICM により取得した。デバイス設計と計測系を工夫すした。1,2

ることにより，細胞間相互作用の評価が可能となる。

Organ-on-a-chip は，マイクロ流体デバイス内で細胞や細胞外マトリクスを配置し，体内の力学環境を模した負荷を

1) YS Torisawa et al., Biotechnol. Bioeng. 97, 615 (2007).

付与することでヒトの組織界面を再現する技術である。流

2) H. Shiku Anal. Sci. 35, 29 (2019).

（14）走査型プローブ顕微鏡による細胞膜表面の形状イメージング○高橋康史 1,2，東宏樹 1，周縁殊 1，福間剛1（1 金沢大学ナノ生命科学研究所，2JST さきがけ）
細胞外分子や細胞膜タンパク質などを細胞内に取りで可視化できる 1。これまで細胞の連続計測を行い，生細込む機構であるエンドサイトーシスには，様々な経路が胞のダイナミックな形状変化を可視化してきた 2。本研

存在することが知られており，ウィルスの感染などと密究では，ナノピペットの微細化により，エンドサイトー

接なかかわりがある。その一方で，エンドサイトーシス

シスの際の細胞表面形状変化を可視化した。

の際に生じるくぼみ（ピット）は，直径 100 nm ほどであり，光学顕微鏡の限界を超えたものである。電子顕微鏡(1) Shevchuk, A. I.; Novak, P.; Taylor, M.; Diakonov, I. A.;によりスナップショットで捉えることはできるが，阻害Ziyadeh-Isleem, A.; Bitoun, M.; Guicheney, P.; Lab, M. J.;剤などの薬効を理解するには，直接エンドサイトーシス

Gorelik, J.; Merrifield, C. J.; Klenerman, D.; Korchev, Y.

を細胞上で可視化する技術が求められてきた。走査型イ

E., J. Cell Biol. 2012, 197 (4), 499-508.
(2) Ida, H.; Takahashi, Y.; Kumatani, A.; Shiku, H.; Matsue,

オンコンダクタンス顕微鏡（SICM）は，ナノピペットを

T., Anal. Chem. 2017, 89 (11), 6015-6020.

プローブとしてイオン電流をフィードバックシグナルに利用することで，細胞表面の形状を非接触かつ非標識（15）ナノ流体デバイスと光圧の融合によるナノ物質操作とその展開○許岩 1,2,3，西岡賢史 1，岸本龍典 4,5，細川千絵 4，川端利幸 1，工藤卓5

（1 大阪府立大学大学院工学研究科物質･化学系専攻化学工学分野，
2 国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)さきがけ，

3 大阪府立大学 NanoSquare 拠点研究所，
4 大阪市立大学大学院理学研究科物質分子系専攻，
5 関西学院大学

理工学部 人間システム工学科）

近年，化学・バイオ技術にオーダーシフト革命をもた

ナノ流体の物理現象・効果と巧みに接合し，同時にマテらすナノ流体デバイス技術が注目されている。ナノ流体

リアルの特性に直接に影響を与えるナノ流路の極微小デバイス内の制御されたナノ流体環境は，物質の可能性

空間特徴を十分に活用することより様々な創造性をもを探求し，新しいマテリアルを創造するための前例のなたらす。

い新しい舞台となることが期待される[1]。この舞台にお一方，微小粒子や物質の操作によく利用される光圧は，いて，マテリアルの機能をナノ流路におけるユニークなナノ物質に働く力があまりに小さく，また環境との相互258

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

作用とも拮抗してしまうため，流体環境において光圧だ

い小さい光圧の威力を容易に発揮できるような fL~aL 液

けではナノ粒子の精密操作，配置が困難である。我々は相空間を提供できると考えられる。さらに，このナノ流

fL (10-15 L)

体デバイスと光圧の融合によるナノ物質操作の手法をナノ流路内にさらに aL (10-18 L)

ナノウェル

を配置した Nano-in-Nano 構造を用いて，ナノ流体環境に化学反応などへ展開した。

おいて個々のナノ粒子のブラウン運動を局所的に制限，[1] Y. Xu, Adv. Mater., 2018, 30, 1870019.

抑制できる 3D ナノ空間ケージ効果を発見した。このよ
うな Nano-in-Nano 構造は，バルクでなかなか発揮しにく259

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

3．イオンチャネルと生体膜のダイナミズム：構造生物学の先にあるもの
2019 年 9 月 30 日－10 月 1 日
代表・世話人：岡村康司（大阪大学大学院医学系研究科･統合生理）
所内対応者：久保義弘（生理学研究所神経機能素子研究部門）（１）Two-pore Na+ channel 3 における特徴的な電位依存的活性化メカニズム○下村拓史，久保義弘（生理学研究所･神経機能素子研究部門）（２）生体膜の特性が支えるイオンチャネル活性○岩本真幸（福井大学 学術研究院医学系部門 分子神経科学分野）（３）酸化感受性 TRP チャネル研究を通した脳内酸素感知機構の解明○森泰生（京都大学大学院 工学研究科 合成･生物化学専攻）（４）視細胞ターミナルや嗅細胞線毛に局在する Ca 活性化 Cl チャネル
○倉橋隆，竹内裕子（大阪大学大学院 生命機能研究科）（５）マウス精子に存在する電位依存性ホスファターゼの機能○河合喬文 1，宮田治彦 2，中西広樹 3，坂田宗平 1,4，渡辺雅彦 5，
崎村建司 6，藤本豊士 7，佐々木雄彦 8，伊川正人 2，岡村康司 1（1 大阪大学大学院医学系研究科，2 大阪大学微生物病研究所，3 秋田大学生体情報研究センター，
4 大阪医科大学，5 北海道大学大学院医学系研究科，6 新潟大学脳研究所，
7 名古屋大学大学院医学系研究科，8 東京医科歯科大学）（６）ホヤの受精における CatSper の役割
木島大雅 1，黒川大輔 1，吉田

薫 2，○吉田学1（1 東京大学大学院理学系研究科附属臨海実験所，2 桐蔭横浜大学医用工学部･生命医工学科）（７）イオンチャネル一分子研究の再構成膜系からのアプローチ◯老木成稔（福井大学 高エネルギー医学研究センター）（８）X 線結晶学とクライオ電顕で得られた構造情報の解釈と上手な活用法～胃プロトンポンプの構造解析を例として～◯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）（９）Mg2+チャネル MgtE の構造と作動機構○服部素之（復旦大学生命科学学院）（10）チャネル機能の操作ツールとしての無脊椎動物光受容体◯塚本寿夫（分子科学研究所，JST さきがけ）（11）膜受容体の細胞内 1 分子動態から薬効を読み解く◯柳川正隆 1，桑島佑太朗 1,2，青柳良平 2，有田誠 2，

阿部充宏 1，廣島通夫 1,3，上田昌宏 3，佐甲靖志 1（1 理化学研究所開拓研究本部佐甲細胞情報研究室，2 慶應義塾大学大学院薬学研究科，
3 理化学研究所生命機能科学研究センター細胞シグナル動態研究チーム）（12）グルタミン酸受容体動態解析のための新たなケミカルラベル化法の開発○清中茂樹 1，小島憲人 2，浜地

格2

（1 名古屋大学大学院工学研究科生命分子工学専攻，
2 京都大学大学院工学研究科合成・生物科学専攻）

260

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（13）全反射顕微鏡を用いた AMPA 型グルタミン酸受容体の動態イメージング○田中洋光，平野丈夫（京都大学大学院理学研究科 生物科学専攻）（14）新規光・化学遺伝学的技術を用いた脳内記憶・学習回路制御○掛川渉，柚﨑通介（慶應義塾大学医学部生理学教室）（15）聴覚の時間情報処理回路におけるイオンチャネルの発現制御◯久場博司，アクトル･ナルギス，安達良太（名古屋大学大学院医学系研究科細胞生理学）

ポスター発表者（１）線毛内情報伝達分子の実時間可視化○竹内裕子，倉橋隆（大阪大学大学院生命機能）（２）1 分子イメージングによる TRPV1 チャネル・脂質間相互作用の時空間動態解析○桑島佑太朗 1,2，柳川正隆 1，阿部充宏 1，青柳良平 2，有田誠 2，佐甲靖志 1（1 理化学研究所開拓研究本部佐甲細胞情報研究室，
2 慶應義塾大学大学院薬学研究科代謝生理化学講座）（３）トリ蝸牛神経核の周波数域に応じた Kv1.1 の発現は Ca2+感受性の違いにより制御される○安達良太，山田玲，久場博司（名古屋大学大学院医学系研究科細胞生理学）（４）機械受容イオンチャネル PIEZO1 の骨格筋再生における役割○原雄二，平野航太郎，高林征史，土谷正樹，梅田眞郷（京都大学大学院工学研究科 合成･生物化学専攻）（５）代謝型グルタミン酸受容体 mGlu2 によるセロトニン受容体 5-HT2aR シグナリングの制御○立山充博，久保義弘（生理学研究所･神経機能素子研究部門）（６）非鎮静性抗ヒスタミン薬による GIRK チャネルの活性阻害機構の解明○陳以珊 1，劉暢 1，立山充博 1，Izhar Karbat2，上杉志成 3，Eitan Reuveny2，久保義弘 1（1 生理学研究所 神経機能素子研究部門，
2Department of Biomolecular Sciences, Weizmann Institute of Science (Israel)，
3 京都大学

物質－細胞統合システム拠点）（７）Voltage Clamp Fluorometry 法を用いた Two-pore Na+ channel 3（TPC3）の膜電位とホスホイノシチドに依存する動的構造変化の解析○平澤輝一 1,2，下村拓史 1,2，久保義弘 1,2（1 生理学研究所 神経機能素子研究部門，
2 総合研究大学院大学

生命科学研究科 生理科学専攻）（８）ホヤ由来電位依存性ナトリウムチャネルの機能解析○河合喬文 1，江口夏生 1,2，Måns Aspåker 1,3，橋本真宜 1，神野有香 1，川鍋

陽 1，岡村康司 1（1 大阪大学大学院医学系研究科統合生理学，
2 University of California Davis, California, USA，
3Uppsala University, Sweden）（９）細胞内膜の膜電位を可視化する：貪食細胞の食胞膜電位計測法の確立○大河内善史 1，筒井秀和 2，岡村康司 1（1 大阪大学大学院医学系研究科統合生理学
2 北陸先端科学技術大学院大学）（10）電位センサーのダイナミクスに着目した電位依存性ホスファターゼの動作原理解明○水谷夏希，岡村康司（大阪大学大学院医学系研究科統合生理学）261

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（11）Microglial proton channel differently functions in brain region and age dependent manner○Sharmin Akter1，河合喬文 1，高雄啓三 2,3，崎村建司 4，宮川剛 2,5，岡村康司 1（1 大阪大学大学院医学系研究科統合生理学，2 生理学研究所行動様式解析室，
3 富山大学生命科学先端研究支援ユニット，4 新潟大脳研究所，
5 藤田医科大学総合医科学研究所システム医科学研究部門）（12）Kir2.1 チャネル内向き整流性の細胞外 K+濃度依存性のメカニズム○柳(石原) 圭子（久留米大学医学部･生理学講座･統合自律機能部門）（13）Structural studies of PTEN involved in phosphoinositide metabolism
成田宏隆，崔文青，神田直樹，松田真，○中川敦史（大阪大学蛋白質研究所 超分子構造解析学研究室）（14）PI(4,5)P2 制御ツールとしての電位依存性ホスファターゼの改良○川鍋

陽＊，水谷夏希，米澤智子，岡村康司（大阪大学大学院医学系研究科統合生理学）（*現所属：香川大学医学部分子生理学）（15）ナトリウム・グルコース共輸送体の糖選択性に関わる分子構造基盤解析○神鳥和代，藤原祐一郎（香川大学医学部分子生理学）（16）ミオトニー症候群に伴う Nav1.4 C 末端の EF ハンド様モチーフ変異は，速い不活性化を障害する○堀江里歩 1，久保田智哉 1，高真守 2，田中里江子 3，

中村優一郎 1，佐々木良元 4，伊東秀文 2，髙橋正紀 1（1 大阪大学大学院医学系研究科 機能診断科学，2 和歌山県立医科大学附属病院 脳神経内科，
3 なないろこどもクリニック，4 桑名市総合医療センター

脳神経内科）（17）容積感受性陰イオンチャネル LRRC8D の構造解析○糟谷豪 1，沼田朋大 2，中村凌熙 3，中根崇智 4，横山武司 5，西澤知宏 3，草木迫司 3，堂前
吉川雅英 7，白水美香子 5，Thomas Jentsch8，石谷隆一郎 3，岡田泰伸 9,10，濡木

直 6，
理3

（1 自治医科大学医学部，2 福岡大学医学部，3 東京大学大学院理学系研究科，4MRC 分子生物学研究所，5 理化学研究所生命機能科学研究センター，
6 理化学研究所環境資源科学研究センター，7 東京大学大学院医学系研究科，
8Max Delbrück センター分子医学，9 京都府立医科大学大学院医学研究科，10 京都府立医科大学大学院医学研究科）（18）日本人嚢胞線維症患者の CFTR 分子病態生理学○相馬義郎，君島莉央，相馬光流，小林奈央，岩井翔吾（国際医療福祉大学･薬･分子病態治療学分野/基礎医学研究センター）（19）新しい選択性フィルター配列を有する原核生物由来膜電位感受性カルシウムチャネルの同定と機能解析
下村拓史 1,3，米川佳樹 2，名倉

仁 1，立山充博 3，藤吉好則 1,4，○入江克雅 1,2（1 名古屋大学細胞生理学研究センター，2 名古屋大学大学院創薬科学研究科，
3 生理学研究所神経機能素子研究部門，4 ㈱CeSPIA）（20）変異型 IKACh チャネルは徐脈性不整脈の治療標的となり得る○山田憲明 1，朝野仁裕 1，稲野辺厚 2，倉智嘉久 2，坂田泰史 1，高島成二 3（1 大阪大学大学院医学系研究科循環器内科学
2 大阪大学大学院医学系研究科分子･細胞薬理学
3 大阪大学大学院医学系研究科医化学）262

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（21）腎糸球体硬化症に関わる TRPC6 変異体におけるフィードバック機構を基盤とした評価
ポラットオヌール 1，井上隆司 2，森泰生 1，○森誠之 1,3（1 京都大学工学研究科合成･生物化学専攻分子生物化学分野
2 福岡大学医学部生理学，3 産業医科大学医学部生体物質化学）【参加者名】
Aktr Sharmin（大阪大学），安達良太（名古屋大学），（分子科学研究所），鳥本真奈美（大阪大学），中川敦

阿部一啓（名古屋大学），荒谷剛史（大阪大学），入江史（大阪大学），中條浩一（自治医科大学），二階堂悠克雅（名古屋大学），岩本真幸（福井大学），老木成稔平（大阪大学），服部素之（復旦大学），林（福井大学），大河内善史（大阪大学），岡村康司（大阪大学），原阪大学），掛川学），堀江里歩（大阪大学），松井美帆（大阪大学），

渉（慶應義塾大学），糟谷

豪（自治雄二（京都大学），藤原祐一郎（香川大医科大学），神鳥和代（香川大学），河合喬文（大阪大

松田

学），川鍋

生（京都大学），森陽（香川大学），清中茂樹（名古屋大学），

美穂（大真（大阪大学），水谷夏希（大阪大学），森幸（マルホ ㈱ ），森

泰

誠之（産

久場博司（名古屋大学），久保田智哉（大阪大学），倉業医大），柳川正隆（理化学研究所），柳(石原)圭子（久智嘉久（大阪大学），倉橋

留米大学），山田憲明（大阪大学），山本旭麻（大阪大隆（大阪大学），桑島佑太朗（理化学研究所），坂田宗平（大阪医科大学），佐甲

学），好岡大輔（大阪大学），吉田学（東京大学），

靖志（理化学研究所），佐々木真理（大阪医科大学），吉田重松秀樹（理科化学研究所），神野有香（大阪大学），

野みゆき（大阪市立大学），稲野辺厚（大阪大学），李杉本俊一（大阪大学），関口皓太（マルホ ㈱ ），相馬鍾國（大阪大学），久保義弘（生理学研究所），立山充義郎（国際医療福祉大学），高橋正紀（大阪大学），竹博（生理学研究所），下村拓史（生理学研究所），陳内裕子（大阪大学），田中洋光（京都大学），塚本寿夫

珊（生理学研究所），平澤輝一（生理学研究所）

薫（桐蔭横浜大学），三好智満（大阪大学），久以【概要】
本研究会は「イオンチャネルと生体膜のダイナミズ

れ，神経生理学，生物物理学の最先端の発表を講演して

ム：構造生物学の先にあるもの」と題して，所外開催といただき，充実した内容となった。また，名古屋大学・して大阪大学吹田キャンパスにある銀杏会館を使用し，阿部一啓准教授には教育講演に近いスタンスで，近年目

イオンチャネル研究に携わった先端的な研究を行って覚ましい技術の向上を遂げたクライオ電顕について，Xいる研究者を集めて二日間行われた。近年，構造生物学

線構造解析との比較でその利点について説明をして頂を初めとする様々な実験技術の向上により，これまで解いた。この他にも，10 名以上の選りすぐりの研究者によ析困難であった事象が次々と明らかになっている。一方る口頭発表，並びに 20 演題を越えるポスター発表を行

で，一つ一つの研究分野が高度に専門化したために，「イ

い，活発な議論が巻き起こった。特に今回の発表では若オンチャネル」という一つの研究課題でさえ多方面から手の発表を積極的に推進し，次世代の活躍を期待させる

奥深いアプローチがなされるようになり，多くの研究者

発表が多く見られた。初日の夜には懇親会の場を設け，にとってこれらを集約して理解することが困難になっ分野の異なる研究者たちがその垣根を越えて積極的にてきた。本研究会ではこのような問題を少しでも解決す意見交換をする姿を頻繁に目にすることが出来た。以上，るべく，生物物理学から神経生理学を含む幅広い分野の二日間という短い期間ではあったが，今後の「イオンチ研究者を集め，お互いの分野の理解を少しでも深めたい

ャネル」研究の発展を強く後押しする充実した研究会をという試みで行われた。とりわけ特別講演の京都大学・

開催することができた。

森泰生教授と，福井大学・老木成稔特命教授にはそれぞ

263

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（1）Two-pore Na+ channel 3 における特徴的な電位依存的活性化メカニズム○下村拓史，久保義弘（生理学研究所･神経機能素子研究部門）
Two-pore Na+ channel（TPC）は，電位センサードメイ

従って，XtTPC3 においては VSD2 の方が VSD1 よりもン（voltage sensor domain; VSD）とポアドメインからなる

電位依存性に主要な役割を果たしていると考えられる。

基本単位が 2 つ連結した分子構造を持ち，それゆえ２つ

また，VSD2-S4 の細胞外側には，TPC3 特異的に保存さの VSD（VSD1，VSD2）により制御される。我々は，れている Asp511 がある。この Asp511 の負電荷を中性化

Xenopus tropicalis 由来の TPC ファミリー3（XtTPC3）をする変異体では電位依存性が大きく正電位側にシフト

対象として二電極膜電位固定法による解析を行い，2 つしたことから，正電荷であるアルギニンだけでなく負電の VSD の機能を調べた。電位依存性に重要であるとさ

荷も電位依存的活性化に寄与していると考えられる。以れる 4 番目のへリックス（S4）に存在する３つのアルギ

上のような，一方の VSD が電位依存性に大きく寄与しニンをそれぞれ中性化した変異を導入したところ，ていることや，正電荷だけなく S4 上の負電荷も重要で

VSD1 への変異導入は電位依存性にほとんど影響しなかあることは，TPC3 特有の電位依存的活性化メカニズム

ったのに対して，VSD2 の場合は大きな変化が見られた。

を反映したものと考えられる。

（2）生体膜の特性が支えるイオンチャネル活性○岩本真幸（福井大学 学術研究院医学系部門 分子神経科学分野）
イオンチャネル機能発現の足場となる生体膜では，多イオンが細胞内ドメインに結合することで活性化する。

様な脂質が混在・流動している。この不均一で動的な脂我々は，活性化した KcsA チャネルの開確率が，脂質二質二重膜環境が，程度の差こそあれ，多くのイオンチャ

重膜の細胞内リーフレット組成や脂質二重膜張力によ

ネルの活性に影響を及ぼしていると考えられる。しかし，って大きく左右されることを，単一チャネルレベルで明

生体膜の脂質二重膜環境を厳密に制御することは難しらかにした。このような結果は，細胞種ごとに異なる脂く，それがイオンチャネル活性に及ぼす影響について，

質組成，および，生体膜に発生する膜張力の生理的役割

分子レベルでの解明は進んでいない。こういった課題にを解明する糸口になる。KcsA チャネルで見つかった膜

対し，我々は独自の人工生体膜実験法，CBB 法を開発し，環境を感知する性質がイオンチャネルに普遍的である

代表的カリウムイオンチャネル，KcsA チャネルを対象か否か，今後明らかにしていきたい。

に研究を進めてきた。KcsA チャネルはリガンドの水素（3）酸化感受性 TRP チャネル研究を通した脳内酸素感知機構の解明○森泰生（京都大学大学院工学研究科合成･生物化学専攻）

脳は酸素の要求性が最も高い組織で低酸素状態に対は TRPA1 を介し，体内の比較的穏やかな低酸素環境をして脆弱であるが脳内の酸素（O2）感知機構は未だ解明

感知する高 O2 感受性を示すこと，また正常 O2 存在下やされていなかった。酸化還元感受性 TRP チャネルの研究

低酸素での TRPA1 活性化物質（CO2 ，親電子・酸化物質の進展の中でアストロサイトの低酸素応答を担う新た等）に対して全く反応を示さないことがわかった。このな機構を明らかにした。TRPA1 チャネルは高い酸化還元感受性は次の機構により担われている。O2 存在下では O2

感受性とユニークな O2 依存性を示す。アストロサイト

依存性のプロリンヒドロキシ酵素により水酸化された264

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

TRPA1 タンパク質は E3 ユビキチンリガーゼ NEDD4-1

TRPA1 遺伝子を欠損させると，脳脊髄単離標本においてによるユビキチン化を受け表面膜から内膜系に移行さは自律性の呼吸出力が強化された。TRPA1 チャネルが可れる。しかし，低酸素ではこの機構が作動せず，TRPA1

逆的に O2 依存的タンパク質内在化機構と連関すること

タンパク質は表面膜に集積し Ca2+流入を引き起こすこと

により脊髄腹側呼吸中枢のアストロサイトに急性の低により ATP をアストロサイトから放出させ呼吸中枢神

酸素に対する選択的応答を付与するという，新規 O2 受

経回路を活性化させる。一方アストロサイト選択的に容機構を明らかにした。

（4）視細胞ターミナルや嗅細胞線毛に局在する Ca 活性化 Cl チャネル
○倉橋隆，竹内裕子（大阪大学大学院生 命機能研究科）

視覚・嗅覚の二種の感覚細胞は，それぞれ「光」「匂い」

直接関与している。
この Cl チャネルの分子的実体は ANO2という全く異なる刺激を受容する感覚であるにもかかわ(TMEM16B)であるとされ，徐々にチャネルの特性に関しらず，サイクリックヌクレオチドを利用する情報変換や線ても知見が集積しつつあるものの，いまだ未知の点が多い。

毛起源の構造などの点でいくつかの共通点がみられる。そその理由の一つはいずれの感覚細胞の場合においても，微の一端に，両者には共に Ca2+感受性 Cl チャネルの存在が細な構造部分にチャネルが局在し，パッチ電極のアクセス知られる。ただし，視細胞ではこのチャネルは神経ターミが困難な点にある。本発表では，native チャネルや ANO

ナルに局在し，感覚情報変換には直接関係しないと考えらファミリー発現チャネルの解析などから必要性が生じた

れるが，嗅細胞では情報変換の場である線毛に局在し，微小生物構造体に対する電極の適用や微小チャネル電流

CNG チャネルと Ca2+を介して機能的にカップルすること

記録などの試みから，チャネル研究の新たな方向性・可能で浸透圧変化耐性や情報増幅などを行い，嗅覚情報変換に性を紹介し，議論した。

（5）マウス精子に存在する電位依存性ホスファターゼの機能○河合喬文 1，宮田治彦 2，中西広樹 3，坂田宗平 1,4，渡辺雅彦 5，
崎村建司 6，藤本豊士 7，佐々木雄彦 8，伊川正人 2，岡村康司 1（1 大阪大学大学院医学系研究科，2 大阪大学微生物病研究所，3 秋田大学生体情報研究センター，
4 大阪医科大学，5 北海道大学大学院医学系研究科，6 新潟大学脳研究所，
7 名古屋大学大学院医学系研究科，8 東京医科歯科大学）

電位依存性ホスファターゼ（VSP）は電位センサードの精子においても機能していることが明らかとなった。

メインとホスファターゼドメインよりなり，膜電位依存

VSP を欠損した精子は体外受精時に受精率が著しく低下

的にイノシトールリン脂質への脱リン酸化活性を示す。

し，これは受精能獲得時の運動能異常に起因していた。

VSP は精子で発現すると考えられているが，その生物学

また，VSP 欠損精子ではカルシウムシグナルに異常が生的機能は分かっていない。本研究では，マウス精子に着じていることも明らかになった。さらにこのような異常

目し，VSP 遺伝子欠損マウスを用いた解析を行った。VSPなカルシウムシグナルシグナルの背景に VSP によるイを欠損した精子はイノシトールリン脂質のプロファイ

オンチャネル制御機構が関与していること分かったのリングに異常を示し，このことから VSP が正常なマウスで，本発表ではこれについても報告した。

265

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（6）ホヤの受精における CatSper の役割
木島大雅 1，黒川大輔 1，吉田

薫 2，○吉田学1（1 東京大学大学院理学系研究科附属臨海実験所，2 桐蔭横浜大学医用工学部･生命医工学科）
近年，精子の運動には CatSper と呼ばれる精子特異的な

我々はこれまでカタユウレイボヤにおいて精子走化性

2+チャネルが重要な役割を担っていることがわかってCaの研究を行い，精子誘引物質が新奇のステロイド誘導体

きた。例えば，哺乳類では精子上で機能している Ca2+チャ

SAAF であること，精子における SAAF の受容は，膜型

ネルは鞭毛に存在する CatSper のみであり，CatSper が精Ca2+/ATPase（PMCA）が担うことを示し，ウニや哺乳類と子内 Ca2＋調節の全てを担う最重要分子とされている。そは異なった精子内 Ca2+調節機構があることを明らかとしの一方で，CatSper は進化的にあまり保存されておらず，た。その一方で，カタユウレイボヤにおいても CatSper は前口動物には存在しないばかりか，脊椎動物の中でも両生存在するため，その機能についても明らかにする必要があ類や真骨魚類等には存在しない。その一方で後口動物であると思われる。そこで，我々は CRISPR/Cas9 法を用いてるウニやホヤには存在し，ウニにおいても精子走化性に関CatSper3 KD カタユウレイボヤ（F0 個体）を作出し，CatSper

与することが示唆されている。

の機能について検討を行い，その成果について報告した。

（7）イオンチャネル一分子研究の再構成膜系からのアプローチ◯老木成稔（福井大学 高エネルギー医学研究センター）
イオンチャネルの本質的機能はイオン選択的透過と

この 20 年間で一種類のチャネルに対して構造・機能に

ゲーティングであり，この機能を実現するために数 10 残

対する最も膨大な情報量が蓄積しており，これを基にチ基のペプチドから何千残基のチャネル蛋白質まで，様々

ャネル分子機構の理解が深まってきた。私達は KcsA チ

な分子種が自然界に存在する。そしてチャネル機能の実

ャネルを対象に，チャネル機能発現の場である膜を新し現に不可欠な膜は，チャネルに対して化学的・物理的環

い再構成膜法（Contact Bubble Bilayer）で実現することに境を提供し，複雑で巧妙な系を構成している。私達のア

よって，生体膜の特徴を抽出し，チャネル－膜相互作用

プローチはチャネル機能を実現するための最小構成要の様々な局面を探ってきた。KcsA チャネルはポスト構素を利用し，そこにある共通の原理をさぐることである。

造時代のチャネルということができるが，その研究史をチャネル蛋白質で最も単純なものが KcsA カリウムチャ

ひもとくとその理解に紆余曲折がある。典型的なケース

ネルであり，160 残基のアミノ酸残基数で高い K+選択性

スタディとしていくつかの局面を紹介した。

と高い透過性，そして様々なゲート様式を示している。

（8）X 線結晶学とクライオ電顕で得られた構造情報の解釈と上手な活用法～胃プロトンポンプの構造解析を例として～◯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）
タンパク質の構造解析のスタンダードともいえる X的な発展によって，これまで結晶学では構造決定の難し

線結晶構造解析は，これまで（これからも！）非常に多かった分子（複合体）の構造が次々と解析されている。

くのタンパク質の構造を高い分解能で決定してきていまるで遺伝子配列を読むように，タンパク質の構造が決る。これに加えて，近年のクライオ電顕単粒子解析の劇

定される時代がすぐそこまで来ているといって過言で266

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告はない。そのような局面でこそ，今も昔も変わらないこである。ここでは，胃プロトンポンプの構造解析の例をとではあるが，『何が知りたいのか』という問いが重要中心にして，得られた構造をどのように解釈していけばであろう。構造解析は決して道の終りではないが，終点

よいかを，できるだけわかりやすく解説した。また，クに辿り着くために『マップ』は欠かせない。構造情報を

ライオ電顕単粒子の構造と X 線の構造の類似点や相違

上手く活用していくことは，我々が真に理解したい生命点，問題点についても触れることで初心者にも分かり易

現象を分子レベルで解き明かす大きな助けになるはずい解説を行った。

（9）Mg2+チャネル MgtE の構造と作動機構○服部素之（復旦大学生命科学学院）
MgtE は，原核生物からヒトを含む真核生物まで保存された Mg体構造が未だ未知であるため，MgtE チャネル開閉機構

2+チャネルであり，生体内における Mg2+恒常の詳細は今なお明らかではない。
そこで，最近，発表者を含む研究グループは，Mg2+非性において重要な役割を果たしている。
過去に報告された Mg2+結合型の MgtE 全長構造および存在下における MgtE の立体構造についてクライオ電顕

立体構造に基づく各種機能解析により「MgtE 細胞質ドを用いた単粒子解析法により決定した。さらに我々は，

Mg2+結合により膜貫通ドメインにおけるイ

このクライオ電顕構造と既知の Mg2+ 結合型閉状態のオン透過孔が閉状態へと固定される。この機構によりMgtE 構造の比較，およびそれら構造情報に基づいた各

MgtE は過剰な Mg2+取り込みを防いでいる」という Mg2+

種機構解析により，MgtE 膜貫通ドメインの開閉運動を恒常性のためのネガティブフィードバック機構が明ら明らかにした。本セミナーでは MgtE チャネルの構造生かとなっていた。

物学研究の歴史およびこれら最近の進展について発表

メインへの

しかしながら，Mg2+非存在下における MgtE 全長の立した。

（10）チャネル機能の操作ツールとしての無脊椎動物光受容体◯塚本寿夫（分子科学研究所，JST さきがけ）
ログを神経細胞に発現させて，光で神経活動を制御する

これまで種々の解析手法を組み合わせてイオンチャ研究が進展している。

ネルの機能特性や機能発現メカニズムが解明されてきた。すなわち，電気生理学解析によって，どのような刺以上の状況をふまえて私は，哺乳類などの動物が持つ激によってどのような電流応答が生じるのかが明らか

イオンチャネルの機能を光で操作することをめざしてにされ，生化学的解析や構造解析により，それらの応答研究を進めている。今回の発表では，無脊椎動物が持つがどのように生じているのかが明らかになった。さらに

光受容タンパク質（オプシン）と哺乳類イオンチャネル

近年，イオンチャネルをツールとして利用することで細について，それぞれの分子特性やシグナル伝達特性を理

胞応答ひいては生命機能を人為的に操作する研究も行解し活用することで，チャネル機能をどのように光操作われている。とりわけ，微生物が持つ光駆動イオンチャできるのかについて議論した。

ネルであるチャネルロドプシンおよびその変異体・ホモ267

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（11）膜受容体の細胞内 1 分子動態から薬効を読み解く◯柳川正隆 1，桑島佑太朗 1,2，青柳良平 2，有田誠 2，

阿部充宏 1，廣島通夫 1,3，上田昌宏 3，佐甲靖志 1（1 理化学研究所開拓研究本部佐甲細胞情報研究室，2 慶應義塾大学大学院薬学研究科，
3 理化学研究所生命機能科学研究センター細胞シグナル動態研究チーム）

膜受容体は主要な薬の標的分子である。細胞中で膜受ト依存的に拡散が遅い分子が増えることが明らかになっ

容体は均一ではなく多状態のアンサンブルとなっていた。さらに，S1PR1 をモデルとした詳細な解析からは，リる。薬刺激に伴い受容体に構造変化・エフェクター分子

ガンドの複数の薬効を 1 計測で推定できることが分かっとの相互作用・リン酸化等の修飾・エンドサイトーシス

た。また，TRPV1 受容体のカプサイシン刺激後の 1 分子などが生じることが知られているが，複数の状態変化を

動態変化を同様の手法で評価したところ，GPCR と同様に同時に定量することは難しい。

刺激依存的に拡散が遅くなることが分かった。しかしなが本研究では，膜受容体（GPCR・TRP）の細胞膜中の 1 分ら，カプサイシン濃度依存性はカルシウム流入と比較して子動態と機能状態の関係を全反射蛍光顕微鏡計測により一桁以上低く，TRPV1 チャネルが空間的に何らかのフィ解析した。その結果，多くの GPCR に共通して，アゴニス

ードフォワード制御を受けている可能性が示唆された。

（12）グルタミン酸受容体動態解析のための新たなケミカルラベル化法の開発○清中茂樹 1，小島憲人 2，浜地

格2

（1 名古屋大学大学院工学研究科生命分子工学専攻，
2 京都大学大学院工学研究科合成･生物科学専攻）

中枢神経において，イオンチャネル型グルタミン酸の脳スライスや培養神経細胞において内在的に発現する一種である AMPA 受容体は，シナプス可塑性に深く関わ

AMPA 受容体をケミカルラベル（蛍光可視化）すること

ることが知られる。我々は，AMPA 受容体の神経細胞内ができる。しかし，ラベル化に１−３時間程度のインキュでの精密動態を解明するための有機化学的な方法論のベート時間を必要とするため，シナプスの微小空間を考開発を進めている。最近，リガンド指向性化学と名付け

えると細胞表層の AMPA 受容体のみを選択的に可視化・た小分子化合物を用いたケミカルラベル化法を用いる

解析できているかどうかを断言できない。そこで，CAM2

ことで，神経細胞に内在する AMPA 受容体の可視化を可を改変した新たなラベル化方法の開発，およびそれを用能とすることに成功した（Wakayama et al, Nat. Commun.

いた AMPA 受容体の精密動態解析を進めた。本発表では2017）。小分子化合物（CAM2）を用いたこの手法では，その進捗状況を報告した。

（13）全反射顕微鏡を用いた AMPA 型グルタミン酸受容体の動態イメージング○田中洋光，平野丈夫（京都大学大学院理学研究科生物科学専攻）
中枢神経系の興奮性シナプス後膜では，イオンチャネル「シナプス可塑性」と呼ばれ，記憶・学習の基礎過程と考共役型の AMPA 型グルタミン酸受容体（AMPA 受容体）

えられている。AMPA 受容体の数は，大別してエキソサイの数が，シナプス活動に依存した伝達効率の変化時に増減

トーシス，エンドサイトーシス，側方移動の 3 種類の分子することが知られている。このシナプス伝達効率の変化は動態によって変化する。先行研究では，AMPA 受容体の側268

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

方移動は，量子ドット等を用いた可視化によって詳しく調増強現象（long-term potentiation: LTP）や長期抑圧現象

べられてきた。その一方，シナプス後膜におけるエキソサ（long-term depression: LTD）の発現時に，AMPA 受容体のイトーシスやエンドサイトーシスの変化を定量する研究

動態がどのように変化するのかを紹介した。また，アルツ

は，これまでほとんど無かった。そこで本研究では，これハイマー病の発症原因分子であるアミロイドベータの毒らの現象をリアルタイムで可視化する実験系を新たに構性に着目して，シナプス病変時における AMPA 受容体の築し，シナプス可塑性発現時における AMPA 受容体の動動態異常化についても報告し，議論した。

態変化を解析した。本講演では，最近の研究を中心に長期（14）新規光・化学遺伝学的技術を用いた脳内記憶・学習回路制御○掛川渉，柚﨑通介（慶應義塾大学医学部生理学教室）

私たちの脳は約 1,000 億個もの神経細胞が「シナプス」

まったく新しい化学遺伝学（Chemogenetics）および光遺を介して互いに結合し，記憶・学習をはじめとする高次伝学（Optogenetics）的技術を世界に先駆けて報告した

脳機能に必須な神経回路を構築している。シナプスの形（Kiyonaka et al., Nat Chemistry, '16; Kakegawa et al., Neuron,

成過程や動作機構を明らかにすることは，記憶・学習を'18）。とりわけ，新規光遺伝学的技術（PhotonSABER）

分子レベルで理解する上で重要な課題の１つであるがでは，シナプス機能ばかりでなく，小脳依存的な運動記（掛川渉, 柚﨑通介: BRAIN and NERVE, '18），複雑環境

憶・学習の獲得過程にまで介入することにも成功したにある脳内において，特定のシナプスに対して選択的に（Kakegawa et al., Neuron, '18）。これらの新規光・化学遺介入しうる技術は，今も尚，発展途上にある。

伝学的手法は，従来の技術では困難であった「脳内の特私たちは最近，協調運動や運動記憶・学習をささえる

定のシナプス機能を人為的に操作しうる強力なツール」

小脳のシナプス回路を対象とし，シナプス伝達を担うグとして用いられ，シナプス機能と個体レベルの事象とのルタミン酸受容体の機能や動態を人為的に制御しうる因果関係をより詳細に追究できるものと期待される。

（15）聴覚の時間情報処理回路におけるイオンチャネルの発現制御◯久場博司，アクトル･ナルギス，安達良太（名古屋大学大学院医学系研究科細胞生理学）
発達期の脳の感覚神経回路では，感覚入力によってイ発現増加は抑制され，周波数域に応じた Kv1.1 の発現量

オンチャネルの発現量が適切に調節され，このことによの違いも減弱する。3) 一方，音刺激により聴覚入力を増り正確な回路動作が可能となる。我々は，トリ脳幹の聴加させても，低音域での Kv1.1 の発現に増加はみられな

覚神経回路を対象に，この入力依存的なイオンチャネル

い。これらの知見は，発達期の Kv1.1 の発現増加には聴の発現制御原理の解明を目指している。この回路では，

覚入力が重要であり，さらに周波数域に応じた Kv1.1 の電位依存性カリウムチャネル（Kv1.1）の発現量が周波数

発現量の違いには，周波数域間での入力量の違いではな

域毎に異なり，高音域ほど高い。今回我々は，この回路

く，細胞特性の違い，すなわち Kv1.1 の入力依存的な発での周波数域に応じた Kv1.1 発現の発達変化を調べ，以現効率の違いが関わることを示している。本発表では，下の知見を得た。1) Kv1.1 発現は，聴覚入力が高まる時

上記に加え，この細胞毎にプログラムされた入力依存的期に大きく増加し，その傾向は高音域で顕著である。2)な発現効率の分子基盤の解明に向けた最近の試みにつ

この時期に聴覚入力を遮断すると，高音域での Kv1.1 のいても紹介した。

269

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（ポスター発表者）（1）線毛内情報伝達分子の実時間可視化○竹内裕子，倉橋隆（大阪大学大学院生命機能）

嗅細胞は線毛という微細構造にて化学情報を生体信を確保した。刺激によって Ca は局所的に上昇し，同時号へ変換する。この情報変換には CNG チャネルと Cl (Ca)にチャネル電流が記録された。Ca はチャネルの開口や閉チャネルが共役して働き，共に線毛に高密度に発現して口とほぼパラレルに変化したが，順応の時間経過とは異いる。両チャネルは線毛内の cAMP や Ca により開口し，なっていた。つまり，Fluo4 は Cl(Ca) チャネルの Ca 応

同時に線毛内の Ca は順応を制御している。しかし，線答を表現しているといえる。また，ここで見られる局所

毛内でのこれらの分子の挙動は殆ど知られていない。今Ca シグナルは線毛全体には拡散せず，一部位に留まるこ

回線毛内へパッチ電極から Fluo4 をロードし Ca 分子をとが示された。Fluo4 では見ることはできないが，電流記可視化，同時にパッチ電極からチャネル活動を記録した。

録では順応に係る Ca 拡散も制限されることも確認でき

更にケージド cAMP を線毛内にロード，UV で局所的にた。これらの結果は，匂い 1 分子応答や嗅覚順応の時間

線毛内 cAMP を上昇させた。つまり，cAMP 濃度は細胞経過をうまく説明し，また，これらの手法や知見は他ののダイナミックレンジを超えることのない生理的範囲

微小生体組織への応用発展が考えられる。

（2）1 分子イメージングによる TRPV1 チャネル・脂質間相互作用の時空間動態解析○桑島佑太朗 1,2，柳川正隆 1，阿部充宏 1，青柳良平 2，有田誠 2，佐甲靖志 1（1 理化学研究所開拓研究本部佐甲細胞情報研究室，
2 慶應義塾大学大学院薬学研究科代謝生理化学講座）

TRPV1 は，カプサイシンや熱，炎症性メディエーター

その結果，カプサイシン刺激後，拡散の速い４量体の割といった様々な刺激に反応して活性化する侵害受容イ合が減少し，静止した高次多量体の割合が増加することオンチャネルである。TRPV1 の活性は PIP2 をはじめとがわかった。拡散動態変化は，カルシウムイオン流入やする膜リン脂質との相互作用によって調節を受けるこ

エンドサイトーシスを引き起こす濃度よりも一桁以上ともよく知られているが，生細胞膜上における TRPV1 と低い濃度で観測された。さらに PIP2 との共局在解析によ

膜リン脂質の時空間的な組織化については明らかでなり，カプサイシン刺激後，TRPV1 と PIP2 の親和性が低下い。

することが示唆された。PIP2 は TRPV1 の正の共同因子

本研究では，全反射蛍光顕微鏡を用いて生細胞膜上にとして知られることから，PIP2 との空間的な分離は発現した TRPV1 チャネルの動態を経時的に解析した。

TRPV1 の一つの脱感作機構である可能性が考えられる。

（3）トリ蝸牛神経核の周波数域に応じた Kv1.1 の発現は Ca2+感受性の違いにより制御される○安達良太，山田玲，久場博司（名古屋大学大学院医学系研究科細胞生理学）

ニワトリの蝸牛神経核である大細胞核は聴覚情報のKv1.1 の遺伝子発現は高音域の細胞で多く，その電流は伝達のために正確なタイミングでの発火が必要とされ，音入力の増大する孵化後に増加する。これらの知見から+（Kv）チャネル，Kv1.1 がその機能に重要

電位依存性 K

活動が Kv1.1 の発現に関わると考えられるが，領域毎にな役を担っている。大細胞核は周波数局在構造を有し，細胞の性質が異なる可能性も残る。そこで脳幹切片培養

270

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告を用いて，大細胞核の周波数局在構造形成のしくみを解て領域に限らず細胞内 Ca2+濃度が上昇した。これらの結明する目的で実験を行った。

果は大細胞核での Kv1.1 の発現調節が細胞毎の Ca2+感受

高音域，低音域それぞれの細胞を含む切片を培養した性の違いにより起こることを示唆しており，活動に対すが，どちらの細胞でも Kv1 電流は小さかった。ところが，る異なる応答性が周波数局在構造を形成するのではな

高 K+濃度培養では高音域の細胞で Kv1 電流が有意に増いかと考えられる。さらに cAMP の関与を示す結果も得加した。この増加は電位依存性 Ca2+チャネルの阻害によており，これについても議論した。

り抑制された。Ca2+イメージングの結果，脱分極に応じ（4）機械受容イオンチャネル PIEZO1 の骨格筋再生における役割○原雄二，平野航太郎，高林征史，土谷正樹，梅田眞郷（京都大学大学院工学研究科 合成･生物化学専攻）

骨格筋を構成する筋線維は高い再生能を有しており，
絶

星細胞に依存した再生過程を解析したところ，Piezo1 欠損

え間ない筋収縮・弛緩に伴う筋損傷に対して筋線維を再生

マウスでは筋再生能が低下することを見出した。単離筋線することで筋恒常性を維持している。筋幹細胞（筋衛星細維上の筋衛星細胞の挙動を観察したところ，Piezo1 欠損細胞）は筋損傷時に膜伸展感知や液性因子等によりに活性化

胞の増殖能低下とともに，細胞質分裂の遅延が認められた。

され，筋線維の新生をもたらすが，その過程の全容は未ださらに内在性 PIEZO1 の C 末端に tdTomato タグが付加さ明らかではない。我々は，膜張力などの機械刺激に応じてれる Piezo1-P1tdTomato マウスを用いて PIEZO1 の動態解活性化される PIEZO1 イオンチャネルが筋衛星細胞にて析を行ったところ，筋衛星細胞の細胞質分裂時において高発現することに着想を得て，本研究では筋衛星細胞特異

PIEZO1 の中央体への集積が観察された。以上，PIEZO1 は的 Piezo1 欠損マウスの解析を通じ，PIEZO1 の骨格筋再生

筋線維の再生過程において，筋衛星細胞の細胞質分裂に重過程における機能解明を試みた。筋線維変性誘導後に筋衛要な役割を果たすと考えられる。

（5）代謝型グルタミン酸受容体 mGlu2 によるセロトニン受容体 5-HT2aR シグナリングの制御○立山充博，久保義弘（生理学研究所･神経機能素子研究部門）
セロトニン受容体 5-HT2aR は Gq シグナル伝達経路を

mGlu2 との共発現により 5-HT2aR-Gq 経路の活性化が抑活性化することが知られているが，近年，5-HT2aR が Gi/o

制されること，この抑制がグルタミン酸投与により解除

共役型代謝型グルタミン酸受容体 2 型（mGlu2）と複合されることが明らかとなった。一方，mGlu2-Gi/o 経路活体を形成することで，各々のシグナル伝達の効率などを性化を G タンパク質依存性カリウム（GIRK）チャネル

変化させ，高次脳機能に影響を与えるという報告がなさの活性化を指標に解析したところ，mGlu2-GIRK チャネれた。しかしながら，受容体間相互作用については共通

ル活性化が 5-HT2aR の共発現により抑制を受けることの見解が得られていない。そこで，我々はこれらの相互が明らかとなった。以上の結果は，5-HT2aR と mGlu2 の作用について検討した。先ず，5-HT2aR-Gq シグナル経路

相互作用により各シグナル伝達様式および伝達効率が活性化を PIP2 結合ドメイン付加蛍光タンパク質の細胞変化することを示すものである。

膜から細胞質への移動を指標として解析したところ，

271

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（6）非鎮静性抗ヒスタミン薬による GIRK チャネルの活性阻害機構の解明○陳以珊 1，劉暢 1，立山充博 1，Izhar Karbat2，上杉志成 3，Eitan Reuveny2，久保義弘 1（1 生理学研究所 神経機能素子研究部門，
2Department of Biomolecular Sciences, Weizmann Institute of Science (Israel)，
3 京都大学

物質－細胞統合システム拠点）

GIRK チャネルは神経興奮性・心拍・膵島ホルモン分泌域の解析を行った。その結果，Terfenadine を含む複数の非の調節において重要な分子である。我々はこれまでに，鎮静性抗ヒスタミン薬が GIRK チャネルの電流を阻害す

GIRK チャネルの活性に影響する複数の小分子を見出しることが明らかとなった。さらに，変異体を用いた解析にた。その中のひとつは，非鎮静性抗ヒスタミン薬

より Terfenadine 作用部位の同定を試みた結果，GIRK1 のTerfenadine である。Terfenadine は hERG チャネルの活性

ポア領域の Pore helix の中央部，イオン選択性フィルターを阻害し，不整脈を誘発する可能性があることが報告されの背後に位置する Phe137 がこの薬による活性阻害作用にているが，Terfenadine による GIRK チャネルの影響に関重要であることが明らかとなった。また，Phe137 はイオ

する報告は未だない。本研究では，電気生理実験及び分子

ン選択性や膜電位依存的活性化にも寄与することが明ら

ドッキング法を用いて，非鎮静性抗ヒスタミン薬によるかになった。本研究の成果は Pore helix による新規制御機

GIRK チャネル活性の変化とその制御作用の鍵を握る部

構の理解につながるものである。

（7）Voltage Clamp Fluorometry 法を用いた Two-pore Na+ channel 3（TPC3）の膜電位とホスホイノシチドに依存する動的構造変化の解析○平澤輝一 1,2，下村拓史 1,2，久保義弘 1,2（1 生理学研究所 神経機能素子研究部門，2 総合研究大学院大学 生命科学研究科 生理科学専攻）
Two-pore Na+ channel 3 (TPC3) は電位依存性 Na+チャネルであり，その単量体は 2 つのリピート（1st性がある。本研究ではこの可能性を検証するために，，2nd リ

Voltage Clamp Fluorometry (VCF) 法により，2nd VSD の動ピート）から成る。各リピートは電位感知ドメイン（VSD）

的構造変化と，PI 結合がそれに与える影響を解析した。

とポアドメインを持つ。2 つの VSD のうち，主に 2nd VSD

2nd VSD 中の Ser527 を蛍光性非天然アミノ酸に変異させが電位感知を担っており，1st リピートにホスホイノシチ

VCF を行った結果，電位依存的な蛍光強度変化が検出さド（PI）が結合すると TPC3 の電位感受性が亢進する。

れた。これは 2nd VSD の構造変化を反映するものと考え

このメカニズムとして，1st リピートへの PI 結合が 2nd

られる。また，その蛍光変化の電位依存性が PI 結合の有VSD の電位依存的な構造変化に影響を与えている可能無によって変化することが示唆された。

（8）ホヤ由来電位依存性ナトリウムチャネルの機能解析○河合喬文 1，江口夏生 1,2，Måns Aspåker 1,3，橋本真宜 1，神野有香 1，川鍋

陽 1，岡村康司 1（1 大阪大学大学院医学系研究科統合生理学，
2 University of California Davis, California, USA，3Uppsala University, Sweden）

電位依存性 Na+チャネル（NaV）は神経や筋の興奮に進化上脊索動物の一つの NaV に由来している。また哺乳必須のイオンチャネルである。哺乳類の全ての NaV は，類の NaV では β サブユニットがその機能を修飾してい272

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

るが，興味深いことに脊索動物の段階ではゲノム上に β

カツメガエル卵母細胞を用いて電流の測定に成功した。

+チ

また，CiNaV1 に対するヒト β サブユニットによる作用

ャネルの活性制御は，脊椎動物の進化の過程で得られたも検証し，ラット NaV に対する作用との間に違いが認めものと考えられる。本研究ではカタユウレイボヤ（Ciona

られたので，そのメカニズムについても考察した。

サブユニットが存在せず，β サブユニットによる Na

intestinalis）から Na+チャネル CiNaV1 を同定し，アフリ（9）細胞内膜の膜電位を可視化する：貪食細胞の食胞膜電位計測法の確立○大河内善史 1，筒井秀和 2，岡村康司 1（1 大阪大学大学院医学系研究科統合生理学，
2 北陸先端科学技術大学院大学）

近年，細胞内小器官で機能するイオンチャネルが次々るために，食胞膜に着目した。食胞は免疫細胞の一種でと発見され，その中には電位依存性イオンチャネルが存ある貪食細胞が病原菌や死細胞を細胞内に取り込む過在することが明らかにされた。すなわち，細胞内小器官

程で形成される小胞である。当研究室にて開発された膜においても膜電位が変化している可能性が浮上した。し電位感受性蛍光タンパク Merm2 をマクロファージ系のかしながら，細胞内小器官の膜電位が実際に変化するの培養細胞 RAW264.7 に導入し，IgG でコートしたビーズ

かよく分かってない。また，細胞内小器官の膜電位の意を貪食させて，食胞膜における蛍光を観察した。Merm2

義についても分かっていない。その理由の１つには，細は細胞膜に局在し，食胞が形成された際には食胞にも局胞内の膜電位を計測する方法が確立していないためで在した。この系を用いて，細胞膜と食胞膜それぞれの膜ある。

電位の変化を調べたところ，食胞膜電位は細胞膜電位よりも過分極していることが分かった。

我々は，細胞内小器官の膜電位を計測する系を確立す（10）電位センサーのダイナミクスに着目した電位依存性ホスファターゼの動作原理解明○水谷夏希，岡村康司（大阪大学大学院医学系研究科統合生理学）
電位依存性ホスファターゼ VSP は，膜電位の脱分極に研究では VSD の変異体を解析することで，VSD の構造

よって細胞膜上の PI(4,5)P2 を脱リン酸化するユニークなに生じる変化と酵素活性の関連性を明らかにすること分子であり，イオンチャネル等の PI(4,5)P2 感受性の解析が目的である。現在 VSD の変異に起因する次の 3 つのツールや膜電位プローブの材料などとして広く利用さ可能性を想定している。①S4 が十分に動かない，②S4 のれてきた。しかしながら，VSP の電位センサーがどのよ

動きのパターンが変化する，③S4 の変異によって局所のうに酵素活性を制御するかという基本動作原理はいま膜構造が変化する。今回はカタユウレイボヤ由来 VSP

だ不明な点が多い。これまでに我々は膜電位を感知する（Ci-VSP）の S4 に前述の変異を含めて網羅的に変異導S4 において，アミノ酸変異を導入することでゲート電流入を行い，各変異体の S4 の動きと酵素活性を電気生理が観測されるにもかかわらず酵素活性が減弱する部位

学的に解析した結果と共に酵素活性が減弱する理由をを見出しており，動作原理の解明に向けて電位センサー

考察した。

ドメイン（VSD）のアミノ酸変異体に注目している。本273

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第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（11）Microglial proton channel differently functions in brain region and age dependent manner○Sharmin Akter1，河合喬文 1，高雄啓三 2,3，崎村建司 4，宮川剛 2,5，岡村康司 1（1 大阪大学大学院医学系研究科統合生理学，2 生理学研究所行動様式解析室
3 富山大学生命科学先端研究支援ユニット，4 新潟大脳研究所
5 藤田医科大学総合医科学研究所システム医科学研究部門）

The recent studies reveal that the properties of microglia

VSOP/Hv1 is less obvious in striatum. We also performed

largely differ depending on aging as well as brain regions. We

battery behavioral test of VSOP/Hv1-deficient mice both at

foundchannelyoung and aged stages. VSOP/Hv1-deficient mice specifically(VSOP/Hv1) encoding gene shows brain region-dependent

showed marked difference in light/dark transition test only inheterogeneity with highest expression in striatum. Therefore,

aged animals, indicating that anxiety may be altered in aged

we studied the function of VSOP/Hv1 in different brain regions

VSOP/Hv1 mice. The present study suggests that combinationand its relationship with aging. In cortex, we observed the age-of brain region heterogeneity and animal aging govern thedependent importance of VSOP/Hv1 by analyzing oxidative

functional importance of VSOP/Hv1, and it may specificallystress, microglial morphology, and gene expression profile.

regulate anxiety in aged animals.

thatexpressionofmicroglial

protonUnexpectedly, however, the age-dependent importance of（12）Kir2.1 チャネル内向き整流性の細胞外 K+濃度依存性のメカニズム○柳(石原) 圭子（久留米大学医学部･生理学講座･統合自律機能部門）
固有心筋細胞の静止電位を決める内向き整流性カリていることや，中心腔と細胞質領域の二か所に想定されウムチャネル（IK1 チャネル）は膜電位センサーを持たなているポリアミン結合部位を含む Kir2 チャネルの長いい２回膜貫通型の Kir2 サブユニットで構成される。生理

ポア全体が果たして K+選択的な構造をとっているかな

学的に重要な性質であるチャネルの強い内向き整流性

ど不明な点が多く，詳細なメカニズムは解明されていな（外向き電流抑制）は，細胞内の有機陽イオンであるポい。本研究では，細胞内 K+濃度とスペルミン（ポリアミ

リアミンが引き起こす電位依存性ブロックによるとさン）によるブロックの関係について，細胞内 Na+の効果れるが，その電位依存性は細胞外 K+濃度が変化すると K+を含めて解析を行った。その結果，細胞内陽イオンが K+の平衡電位の変化分だけシフトする。これは細胞内陽イのみの場合にはポリアミンブロックは確かに K+輸送とオンによる電位依存性ブロックと K+輸送がカップルしカップルしているが，カップリングは細胞内 Na+によっていることを示唆するが，これまで細胞内 K+濃度は内向て一部置換可能であることが分かった。

き整流性の電位依存性に大きく影響しないと報告され（13）Structural studies of PTEN involved in phosphoinositide metabolism
成田宏隆，崔文青，神田直樹，松田真，○中川敦史（大阪大学蛋白質研究所 超分子構造解析学研究室）
Phosphatidyl (3,4,5)-trisphosphate (PIP3)は細胞膜を構成様々な細胞内シグナル伝達経路を活性化し細胞の増殖・するリン脂質であり，セカンドメッセンジャーとして生存など多様な情報伝達の役割を担う。PTEN は，PIP3 を274

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第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

PI(4,5)P2 へと代謝し，これらシグナル伝達経路を負に制類似性をもつ電位依存性脱リン酸化酵素 VSP の酵素領

御する酵素であり，その活性異常はある種の腫瘍と強い域が，3 位と 5 位の脱リン酸化活性を有することに着目相関があることが知られている。一方で PTEN - PIP3 複

し，PTEN と VSP のキメラ酵素を作製し，脱リン酸化活合体の立体構造情報はなく，PTEN が 3 位リン酸基を特性の変化から両酵素の基質特異性に関わる領域の特定

異的に脱リン酸化する分子メカニズムは明らかになっを行った。本発表では，PTEN-PIP3 複合体構造解析の現ていない。本研究では，PTEN と高い配列相同性と構造状についても報告した。

（14）PI(4,5)P2 制御ツールとしての電位依存性ホスファターゼの改良○川鍋

陽＊，水谷夏希，米澤智子，岡村康司（大阪大学大学院医学系研究科統合生理学）（ *現所属：香川大学医学部分子生理学）
細胞膜の構成成分であるイノシトールリン脂質は，リVSP) がそのまま PI(4,5)P2 制御に利用されてきた。最近

ン酸化状態により７種類存在し，細胞内の情報伝達の役

われわれは，ホヤ由来 VSP(Ci-VSP) の研究より得られた割も担う。その中でも形質膜に主要に存在する PI(4,5)P2

知見から着想を得，Dr-VSP をより使いやすい強力なツーは，膜貫通・可溶性を問わず多様なタンパク質の機能をルへと改良することに成功した。改良点は主に以下の２直接制御することが知られている。その機能解析をする点である。①酵素活性の強化，②膜局在の改善。これら

上で，細胞内の PI(4,5)P2 レベルを積極的に操作することの改良を組み合わせることで見かけの酵素活性が上昇ができるツールが従来から必要とされてきた。これまで

し，これまで評価できなかった PI(4,5)P2 結合能が高いタ培養細胞においては，ゼブラフィッシュ由来 VSP(Dr-

ンパク質の機能解析などに適用できると考えている。

（15）ナトリウム・グルコース共輸送体の糖選択性に関わる分子構造基盤解析○神鳥和代，藤原祐一郎（香川大学医学部分子生理学）
ナトリウム・グルコース共輸送体（SGLT）は，体内でについて，二本刺し膜電位固定法による電気生理学的手

単糖をナトリウムとともに細胞内に取り込む膜タンパ法を用いて解析した。さらに単糖輸送体のうち唯一結晶ク質である。5 個のサブタイプのうち SGLT1 は小腸にお構造が報告されている，Vibrio parahaemolyticus（腸炎ビけるグルコース，ガラクトースの吸収を担っている。まブリオ）由来ナトリウム・ガラクトース共輸送体

た腎臓においてグルコースは主に SGLT2 により再吸収（vSGLT）とガラクトースとの複合体の構造をテンプレされることから，SGLT2 阻害薬は新しいタイプの糖尿病

ートに，ホモロジーモデリングにより hSGLT1 の構造を治療薬として期待されている。一方 SGLT は種々の癌細作成した。この構造と，SGLT1～5 のアミノ酸配列と糖胞で発現が高く，グルコースの取り込み，細胞増殖を促

選択性の関係を基に，糖結合部位において糖選択性に関進することから，癌の診断法・治療法開発のターゲット

与するアミノ酸を予測した。それらのアミノ酸に変異をとしても注目されており，SGLT の分子レベルでの駆動

入れて種々の単糖の透過性を検討することにより，糖選機構を理解する必要性が高まっている。

択性の鍵となるアミノ酸を同定し，糖結合部位付近の立本研究ではまず human SGLT1 の種々の単糖の選択性

体構造に関する知見を得た。がいとう275

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（16）ミオトニー症候群に伴う Nav1.4 C 末端の EF ハンド様モチーフ変異は，速い不活性化を障害する○堀江里歩 1，久保田智哉 1，高真守 2，田中里江子 3，

中村優一郎 1，佐々木良元 4，伊東秀文 2，髙橋正紀 1（1 大阪大学大学院医学系研究科機能診断科学，2 和歌山県立医科大学附属病院脳神経内科，
3 なないろこどもクリニック，4 桑名市総合医療センター脳神経内科）

骨格筋型電位依存性ナトリウムチャネル α サブユニッ

頭痙攣による新生児仮死を呈した。また T1700_E1703delト（Nav1.4）をコードする SCN4A 遺伝子の変異は，乳幼変異も，ミオトニーの病原性変異として欧米で報告され児突然死症候群（SIDS）を含む非ジストロフィー性ミオている。本研究では E1702del，E1702K，T1700_E1703del

トニー症候群を引き起こす。 Nav1.4 は，4 つの相同のドの３つの CTerm 変異を培養細胞に発現させ，ホールセル

メイン（DI-DIV）で構成されているが，近年 C 末端（CTerm）

パッチクランプ法により電流記録し，CTerm の機能につに位置する変異の症例が散見される。我々は新規変異

いて検討した。その結果，いずれの変異チャネルでも速E1702del をもつミオトニー患者，既報変異 E1702K を有い不活化の障害が確認できた。本研究の結果は Nav1.4 のしミオトニー症状を呈する母娘例の２家系を経験した。

CTerm がチャネルの速い不活化に重要な役割を果たすこE1702K の発端者である母親は繰り返す横紋筋融解を呈とを示し，その分子機構解明に貢献しうる。

し，娘は乳幼児突然死症候群（SIDS）のリスクである喉（17）容積感受性陰イオンチャネル LRRC8D の構造解析○糟谷豪 1，沼田朋大 2，中村凌熙 3，中根崇智 4，横山武司 5，西澤知宏 3，草木迫司 3，堂前
吉川雅英 7，白水美香子 5，Thomas Jentsch8，石谷隆一郎 3，岡田泰伸 9,10，濡木

直 6，
理3

（1 自治医科大学医学部，2 福岡大学医学部，3 東京大学大学院理学系研究科，4MRC 分子生物学研究所，5 理化学研究所生命機能科学研究センター，
6 理化学研究所環境資源科学研究センター，7 東京大学大学院医学系研究科，
8Max Delbrück センター分子医学，9 京都府立医科大学大学院医学研究科，10 京都府立医科大学大学院医学研究科）

容積感受性陰イオンチャネル（Volume-regulated anion

体を構成するアイソフォームの組み合わせのバリエー

channel:VRAC）は細胞内への水分子の流入に伴う細胞膨ションが，VRAC の機能に多様性をもたらすと考えられ-張を感知して活性化し，Cl イオン等の浸透圧調節物質をている。今回，我々はヒト由来 LRRC8D ホモ 6 量体の立細胞外へ放出する陰イオンチャネルである。LRRC8体構造を決定した。そして，構造情報に基づく電気生理(leucine-rich repeat-containing 8) は，VRAC の分子実体と解析から，LRRC8D は，イオンの透過孔のうちもっともして近年同定された膜タンパク質で，5 種類（LRRC8A-

狭窄した部位が LRRC8A よりも広いこと，N 末端領域にE）あるアイソフォームが，ヘテロ 6 量体を形成し VRACLRRC8A には見られなかったヘリックスを 1 本有するこ活性を発揮するとされている。また，LRRC8 ヘテロ 6 量と，の 2 つの特徴を持つことを明らかにした。

276

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（18）日本人嚢胞線維症患者の CFTR 分子病態生理学○相馬義郎，君島莉央，相馬光流，小林奈央，岩井翔吾（国際医療福祉大学･薬･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，白人種における代糖鎖修飾等の成熟過程が正常に行われず，細胞膜での発現

表的な遺伝性疾患のひとつである。日本人を含む他人種が阻害されて（classⅡ変異）いることが明らかになったにおいては，CF 患者の数は少ないが，白人種とは異なる（Wakabayashi-Nakao et al. JPS 2018）。
日本で同定された 21 種類の病因性 CFTR 変異のうち，タイプの CFTR 変異がみられる。
日本人に最も高頻度にみられる病因性変異はエクソン蛋白が合成されない class I 変異が１種類，
Δ (G970-T1122)

16-17ｂにわたる大規模欠損変異である（Nakakuki et al. J

変異に加え，2 番および 3 番目に多い L441P と H1085R

Hum Genet 2012）。16-17ｂ欠損変異では，CFTR 蛋白にお変異を含む classⅡ変異が 11 種類，そして細胞膜への発ける 970 番目に位置するグリシン（G970）から，1122 番

現は正常であるが，チャネル機能が障害されている class

目のトレオニン（T1122）までの 153 個のアミノ酸の欠損

Ⅲ/Ⅳ変異が 10 種類含まれていた。さらに，欧米で最もがフレームシフトなしに起こるため（Δ (G970-T1122) 変

多くみられる classⅡ変異 ΔF508 の治療薬として開発さ異），3 つの膜貫通ヘリックス TM9-11 および 4 番目の細れた VX-809 (Lumacaftor) の，日本人特有の CFTR 変異

胞内ループ ICL4 に相当する部分が失われる。この (G970-

への効果についても検討した。

T1122) 変異体では，蛋白は合成されるが，ゴルジ体での（19）新しい選択性フィルター配列を有する原核生物由来膜電位感受性カルシウムチャネルの同定と機能解析下村拓史 1,3，米川佳樹 2，名倉

仁 1，立山充博 3，藤吉好則 1,4，○入江克雅 1,2（1 名古屋大学細胞生理学研究センター，2 名古屋大学大学院創薬科学研究科，
3 生理学研究所神経機能素子研究部門，4 ㈱CeSPIA）

膜電位感受性 Ca2+チャネル（Cav）は電位依存性 Na+チフィルター配列をもちながら Na+を主に透過し，選択性ャネル（Nav）と立体構造が類似している。原核生物のフィルターを CavMr の配列に置き換えた NavPp 変異体

Nav（BacNavs）は選択性フィルターへの負電荷の導入には高い Ca2+選択性を示した。さらなる変異解析により，より Ca2+選択性を得るが，天然の原核生物由来 Cav はい

CavMr 選択性フィルターのグリシン残基が Ca2+選択性のまだ同定されていなかった。

決定因子であることが明らかになった。この位置のグリ我々が同定した天然の原核生物 Cav である CavMr は

シン残基は真核生物の Cavs のサブドメイン I と III の間

選択性フィルターが変異体 Cav のものよりも少数の負電でよく保存されており，普遍的に保存される Ca2+選択性荷の配列で高い Ca2+選択性を有する。対照的に，CavMr機構への新しい知見を与えるものである。

の類縁種である NavPp は，変異体 Cavs と同様の選択性

277

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（20）変異型 IKACh チャネルは徐脈性不整脈の治療標的となり得る○山田憲明 1，朝野仁裕 1，稲野辺厚 2，倉智嘉久 2，坂田泰史 1，高島成二 3（1 大阪大学大学院医学系研究科循環器内科学，
2 大阪大学大学院医学系研究科分子･細胞薬理学，
3 大阪大学大学院医学系研究科医化学）

心臓の洞結節細胞は自発興奮機能（自動能）を有するした（c.247A>C, p.N83H）。電気生理学的実験において，が，この自動能の発生にはいくつかのイオンチャネルが変異型 IKACh チャネルはアセチルコリン非刺激時の重要な役割を果たしており，自律神経による心拍数制御

basal current が既に大きく，変異の存在によるチャネルのに関与している。遺伝性不整脈を来たすイオンチャネル

異常活性化が考えられた。また，ゼブラフィッシュ疾患

病において，分子レベルで発症機序を理解することがでモデルを作製し，IKACh チャネル阻害剤が徐脈性不整脈

きれば，そのイオンチャネルを分子標的とした薬物治療に対する新規治療薬となり得ることを確認した。最近海法の開発につながる。我々は，徐脈性不整脈の家系解析

外から，IKACh チャネルのもう片方のサブユニットをコから，自動能を規定するイオンチャネルの 1 つであるアードする KCNJ5（GIRK4）の遺伝子変異によっても，同セチルコリン活性化カリウムチャネル（IKACh チャネル）様の徐脈性不整脈を来たすことが報告され，IKACh チャ

をコードする KCNJ3（GIRK1）遺伝子の新規変異を同定

ネルは治療標的として興味深い。

（21）腎糸球体硬化症に関わる TRPC6 変異体におけるフィードバック機構を基盤とした評価
ポラットオヌール 1，井上隆司 2，森泰生 1，○森誠之 1,3（1 京都大学工学研究科合成･生物化学専攻分子生物化学分野，
2 福岡大学医学部生理学，3 産業医科大学医学部生体物質化学）

巣状糸球体硬化症（Focal segmental glomerulosclerosis,

全ての FSGS 型 TRPC6 において分子構造体の異常を伴FSGS）は，腎不全を引き起こす可能性のある代表的な病った CDI の破綻を認めた。更に CDI の破綻が，ポドサイ

変である。以前から TRPC6 チャネルの変異が家族性

ト（腎糸球体上皮細胞）の細胞骨格異常を引き起こすこ

FSGS に関連していることが報告されていた。しかし変とを確認した。これらの結果は TRPC6 の CDI 分子機構

異が生じると何が起きているのか，詳細は不明であり原を明らかにすると共に，FSGS 発症原因の一つが TRPC6

因究明が求められていた。今回我々は，TRPC6 の活性にの CDI 破綻であるという新規の概念を提唱するものでブレーキをかける，Ca2+依存的不活性化（Ca2+-dependent

治療，診断へ向けた重要な手掛かりになると考えられた

inactivation:CDI）機構に関する分子的知見を得た。本知見（Polat OK et al., JASN, 2019）。

をもとに FSGS 型の TRPC6 を解析したところ，解析した278

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

4．2019 年 生理学研究所研究会研究の新展開：その普遍性と多様性
2019 年 6 月 6 日－6 月 7 日
代表・世話人：福田光則（東北大学大学院生命科学研究科）
深田正紀（生理学研究所生体膜研究部門）（１）細胞内輸送を介した神経成熟の分子機構
川内健史（先端医療研究センター）（２）初期発生に向けたメンブレントラフィックによる細胞内リモデリングの分子メカニズム佐藤健（群馬大学生体調節研究所）（３）ER exit site の形成と巨大分子分泌に関与する TANGO1 複合体の解析
齋藤康太（秋田大学大学院医学系研究科）（４）メンブレンコンタクトの機能と制御
中津史（新潟大学大学院医歯学総合研究科）（５）リソソームとエクソソームの分泌機構とその生理的・病理的意義の解析
華山力成（金沢大学ナノ生命科学研究所）（６）Src ファミリーキナーゼによるエクソソーム形成分泌制御
小根山千歳（愛知県がんセンター研究所）（７）細胞の極性形成を司る細胞内極性輸送の分子機構の解明
原田彰宏（大阪大学医学系研究科）（８）上皮細胞の細胞膜極性形成におけるタイトジャンクションの役割
古瀬幹夫（生理学研究所細胞構造研究部門）（９）低分子量 G 蛋白質 Rab ファミリーによる分泌経路の制御
福田光則（東北大学大学院生命科学研究科）（10）リン脂質フリッパーゼによる生体膜ダイナミックス申惠媛（京都大学大学院薬学研究科）（11）自然免疫分子 STING の活性を厳密に制御する細胞内物質輸送
田口友彦（東北大学大学院生命科学研究科）（12）シナプスにおけるエクソサイトーシス・エンドサイトーシスのライブイメージング
平野丈夫（京都大学大学院理学研究科）（13）AMPA 型グルタミン酸受容体の精密動態を明らかにするためのケミカルラベル化法
清中茂樹（名古屋大学大学院工学研究科）【参加者名】
健（群馬

裕理（生理学研究所），稲橋宏樹（生理学研究所），江史（新潟大学），

川孝彦（生理学研究所），田中洋光（京都大学），疋田

華山力成（金沢大学），小根山千歳（愛知県がんセンタ智也（愛知県がんセンター研究所），法月拓也（基礎生ー研究所），原田彰宏（大阪大学），古瀬幹夫（生理学

物学研究所），本間悠太（東北大学），齋藤泰輝（名古研究所），福田光則（東北大学），申屋市立大学），亀高

川内健史（先端医療研究センター），佐藤大学），齋藤康太（秋田大学），中津惠媛（京都大学），

諭（名古屋大学），小島憲人（名田口友彦（東北大学），平野丈夫（京都大学），清中茂

古屋大学），三谷文美絵（愛知県がんセンター研究所），

樹（名古屋大学），深田正紀（生理学研究所），深田優

前島郁子（群馬大学），山内友恵（愛知県がんセンター子（生理学研究所），横井紀彦（生理学研究所），宮崎

研究所），亀高279

愛（分子学研究所），中山啓（基礎生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

生物学研究所），泉研究会報告

裕士（生理学研究所），佐藤幸治

礎生物学研究所），高田律子（基礎生物学研究所），西（生命創生探求センター），森田美代（基礎生物学研究

田基宏（生理学研究所），久保義弘（生理学研究所），所），平澤輝一（生理学研究所），菅原太一（生理学研

吉村由美子（生理学研究所）究所），高田慎治（基礎生物学研究所），青木玲奈（基【概要】
細胞は細胞膜により外界から隔てられているため，独方で，これらの分泌を支える分子機構の実態はほとんど

自の細胞内膜系を発達させ，細胞内外の物質のやり取り明らかにされていない。また，古典的な分泌経路においを可能にしている。特に，細胞外への物質の放出や細胞ても新たな輸送制御因子が同定されており，その制御機

膜への膜蛋白質・脂質の輸送には，小胞体・ゴルジ体を構の理解が深まりつつある。そこで本研究会では，種々経由する「分泌経路」が重要な役割を果たしている。近の分泌形態を様々な角度から解析する研究者を一同に年，この古典的な分泌経路やシナプス小胞などの調節性

集め，最新の研究成果を発表して頂くと共に，分泌機構

分泌に加え，小胞体・ゴルジ体を経由しない非典型的なの普遍性・多様性とその共通原理について活発な議論を分泌やエクソソームに代表されるように小胞ごと放出行う。

を行う新形態の分泌の生理機能が注目を集めている。一（1）細胞内輸送を介した神経成熟の分子機構
川内健史（神戸医療産業都市推進機構先端医療研究センター老化機構研究部，慶應義塾大学医学部生理学教室）
神経細胞は軸索や樹状突起などいくつかのコンパー性神経細胞の移動には，低分子量 G タンパク質 Rab5 おトメントに分かれており，それぞれ異なる機能をもつ。

よび Rab11 を介した細胞接着分子 N-カドヘリンのエン

このため，神経前駆細胞から成熟神経細胞へと変化する

ドサイトーシスと細胞膜へのリサイクリングが重要で過程において，特定の膜タンパク質や脂質を細胞膜の局あることを報告した（Neuron 2010; Development 2014）。

所へ輸送して集積させることが必要である。しかし，個

この結果から，神経成熟における膜タンパク質の細胞膜

体脳における神経成熟は多段階の形態変化を伴う複雑移行には，ゴルジ体からの分泌経路だけではなく，エンな過程であることから，それぞれの成熟段階における膜

ドサイトーシスを起点としたリサイクリング経路も必タンパク質や脂質の動態制御メカニズムについては，ほ要であることが分かった。さらに我々は，in vivo 特異的

とんど分かっていなかった。発生期のマウス大脳皮質にな神経成熟過程である未成熟突起の刈り込みには，おいて，脳室近辺で誕生した神経前駆細胞は，まず複数

Caveolin-1 を介したクラスリン非依存性エンドサイトーの未成熟突起を伸長して多極性となるが，約 24 時間後シスが重要であること，このエンドサイトーシス経路は，には未成熟突起を退縮させ，１本の太い先導突起と軸索未成熟突起の刈り込みとほぼ同時に起きる先導突起のを形成することにより，双極性の形態へと変化する。分

伸長にも必要であることを明らかにした（iScience 2018

散培養した神経細胞は先導突起を形成せず，未成熟突起および未発表データ）。本シンポジウムでは，未成熟突がそのまま樹状突起へと変化するのに対して，個体脳で起の形成と刈り込み，それに続く先導突起の形成についは，双極性の神経細胞が軟膜近くまで移動した後，先導て，細胞内輸送経路を介した細胞接着分子の動態制御に突起が樹状突起へと成熟する。これまでに我々は，双極着目しつつ，その分子メカニズムを概説したい。

280

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第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（2）初期発生に向けたメンブレントラフィックによる細胞内リモデリングの分子メカニズム佐藤健（群馬大学生体調節研究所）

受精は発生の出発点であり，精子と受精した卵母細胞

タンパク質が選択的にエンドサイトーシスされ，分解さはすべての細胞に分化しうる全能性を獲得し，接合子へれることを見い出している（Sato et al, MBC, 2006, JCS,と変化する。この際，染色体の構造や遺伝子の発現様式

2008; Development, 2014）。また，線虫初期胚において精が大きく変化することはもちろん，細胞質やそこに存在子由来のミトコンドリアや膜成分が選択的にオートフ

するオルガネラなどの膜成分も劇的に変化し，減数分裂

ァジーにより分解されることがミトコンドリア DNA

期の細胞から体細胞分裂である胚発生に向けた細胞内(mtDNA) の母性遺伝に重要であることを明らかにして成分の変換が起こる。受精後には役割を果たした卵母細いる（Sato & Sato, Science, 2011, Sato et al., Nature Cell Biol.

胞由来の一群の mRNA や細胞質タンパク質が選択的に2018）。さらに，受精卵において細胞内のユビキチンの分解されることが知られており，これらの現象は正常な動態がダイナミックに変化し，これらの分解プロセスを胚発生に必須である。私達は線虫 C. elegans の生殖細胞制御していることを見出している。本セミナーでは，こを用いたライブイメージング解析により，受精に連動しのような初期発生におけるメンブレントラフィックのて細胞内膜成分も劇的に変換することを見出している。

新たな生理機能とその分子メカニズムについて最新の

例えば，受精が完了すると卵母細胞由来の一群の細胞膜研究成果を紹介する。

（3）ER exit site の形成と巨大分子分泌に関与する TANGO1 複合体の解析
齋藤康太（秋田大学大学院医学系研究科情報制御学･実験治療学講座）
小胞体で合成された分泌タンパク質は，小胞輸送によ分泌に必要な小胞体膜複合体（cTAGE5/TANGO1/Sec12）ってゴルジ体へと運ばれ，様々な修飾がなされたのち，を単離・同定し，その機能解析を行ってきた。これまで

細胞膜から分泌される。小胞体からの分泌タンパク質のの解析から，コラーゲンのような巨大分子の分泌には，出芽は，小胞体上の特殊なドメインである ER exit site かER exit site 近傍における Sar1 の効率的な活性化が必要で

ら COPII 被覆小胞によって担われる。ER exit site は哺乳あることが明らかになった。

細胞１細胞あたり数百個存在するが，細胞周期や栄養状

最近われわれは，TANGO1 がコラーゲン分泌のみなら態に応じて，その数や大きさ，局在が変化することが知ず，ER exit site 形成時の局在規定因子としてはたらき，られている。しかしながら，どのようにして ER exit site

ER exit site の形成に必須であることを見出した。今回，の形成が制御されているのか，詳しいメカニズムはほと

TANGO1 がリン酸化修飾によって，その機能が制御されんど明らかになっていない。

ている可能性を見出したので，本研究会で報告したい。

われわれはこれまでに巨大分子であるコラーゲンの（4）メンブレンコンタクトの機能と制御
中津史（新潟大学大学院 医歯学総合研究科分子細胞機能学分野）

細胞内では様々な情報や物質が交換・共有されて細胞つである。しかし近年，これら生体膜は輸送小胞などを機能が発揮される。輸送小胞を介した細胞内物質輸送は，介さずに，直接，物質や情報をやりとりしていることが細胞膜やオルガネラ膜間でのコミュニケーションの一明らかになりつつある。

281

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

メンブレンコンタクト（membrane contact site）とは，な生理機能の場となっていることがわかってきた。

細胞膜やオルガネラ膜が 10-30 nm の距離で近接した領本研究会では，新たなオルガネラ間コミュニケーショ

域で，その存在自体は古くから形態学的に知られていたンの場として機能するメンブレンコンタクトに関して，が，分子実体や機能の詳細は不明であった。しかし近年，

特に我々が着目している脂質交換輸送とその生理機能

メンブレンコンタクトは，脂質輸送・代謝，カルシウムに焦点を絞り，最近得られた知見も含めてご紹介したい。

制御，膜輸送，シグナリング，リン酸化など様々な重要（5）リソソームとエクソソームの分泌機構とその生理的・病理的意義の解析
華山力成（金沢大学ナノ生命科学研究所／医学系免疫学）
理的・病理的意義を解析した。

リソソームは小胞膜の内側にプロテアーゼなどの加水分解酵素を保有する細胞内小器官であり，細胞内消化

一方，エクソソームは直径 30-100 nm の分泌型膜小胞の場として広く研究されている。リソソームの一部は分で，分泌細胞由来の蛋白質や mRNA，microRNA などを泌型リソソームとして細胞膜と融合し，リソソーム内の内包し，これらの分子を介して標的細胞の機能を制御す

加水分解酵素や内容物を細胞外へと開口放出することると考えられている。中でも神経細胞由来のエクソソー

が知られている。特にマクロファージや好中球などの炎

ムは神経変性疾患や脳内炎症発症への関与が注目され症性細胞によるリソソーム酵素の放出は他者融解と呼ているが，実際に我々は Ca2+刺激によって神経細胞からばれ，腫瘍細胞や細菌を融解して死滅させる生体防御機

放出促進されたエクソソームがグリア細胞に取り込ま構の一つとして古くから報告されている。一方，リソソ

れると，グリア細胞に補体成分 C3 の発現を誘導するこーム酵素の放出が過剰になると，周囲の健常な細胞を融とによって，不要なシナプスの貪食除去を促進すること

解・死滅させ，様々な病態を引き起こすと考えられる。

を見出した（Sci Rep. 5: 7989, 2015）。一方，未刺激の神

しかしながら，リソソームの開口放出を制御する分子機

経細胞由来エクソソームには，このような活性が認めら

構はこれまで明らかではなく，他者融解が生体内でどのれないことから，我々は Ca2+刺激によってエクソソーム

ような生理的・病理的現象に関与するのかは殆ど解明さの構成分子に変化が生じると考え，エクソソームに内包

れていない。私達は最近，この過程を促進する分子化される分子群を網羅的に同定した。更に，このエクソ

myoferlin を同定した（J Immunol. 201: 3051, 2018）。このソームがグリア細胞に取り込まれると，炎症や蛋白質分

分子は細胞質側にある 7 つのＣ2 ドメインを介して Ca2+

解に関与する様々な遺伝子群の発現を誘導する事を見依存的に細胞膜のリン脂質と結合し，リソソームの開口出した。そこで，これらの過程を制御する分子機構とそ放出を促進することが判明した。そこで，私達はの異常によって引き起こされる病態について解析した。

myoferlin 欠損マウスを樹立し，リソソーム開口放出の生連絡先：hanayama@med.kanazawa-u.ac.jp（6）Src ファミリーキナーゼによるエクソソーム形成分泌制御
小根山千歳（愛知県がんセンター研究所腫瘍制御学分野，JST さきがけ）
エクソソームはエンドソーム由来の分泌膜小胞であ内の制御メカニズムあるいはその破綻の様相について

り，液性因子，細胞間接着に次ぐ第三の細胞間コミュニ

はほとんど明らかにされていない。我々は，代表的な非ケーションシステムと考えられる。その分泌量や内包分

受容体型チロシンキナーゼである c-Src がエンドソーム

子は，疾病によって変化することが知られ，診断への応

膜に存在し，SH3 ドメインを介して ESCRT 関連タンパ用が注目されている。しかし，その変化をもたらす細胞

ク質 Alix と相互作用することで，エクソソーム形成を亢282

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告進することを明らかにした。また，細胞のがん形質獲得

Src シグナルがエクソソームを介して伝播しているように伴うエクソソーム分泌変化に，Src の膜での局在性にな現象を見出している。本講演では，これらの知見に基依存して発信される下流シグナルが寄与していること

づき，Src family tyrosine kinase によるエクソソーム形成を見出した。興味深いことに，Src がん化細胞から分泌

分泌制御，およびその破綻とがん形質発現との関わりにされたエクソソームをマウス線維芽細胞に添加すると，ついて議論する。また，細胞のエクソソーム分泌を解析

エクソソーム取り込み側の細胞において，自身の Src 活

するために開発した技術とその応用についても紹介す

性が亢進するとともに形質転換した。つまり，あたかもる。

（7）細胞の極性形成を司る細胞内極性輸送の分子機構の解明
原田彰宏（大阪大学 医学系研究科細胞生物学教室）
上皮細胞，神経細胞といった細胞は方向性（極性）をし，recycling endosome 上で，Rab8 と共に apical 面への持ち，その極性がそれらの細胞の機能に重要な役割を果輸送に関わる可能性を提示した。また，Rab11 についてたす。しかし細胞極性の形成や維持に関わる分子機構には RELCH という新規の effector 分子を同定した。この分は未だに不明の点が多い。我々は細胞極性に関わる遺伝

子は apical 面への輸送に関与する可能性は高くないが，子を欠損したマウスを網羅的に作製し，低分子量 GTP 結

細胞外から細胞内へ取り込まれたコレステロールが合タンパクの Rab8, 11 が上皮細胞の極性の形成，特にそ

lysosome で遊離コレステロールとなって膜に組み込まれの apical（頂上）面の微絨毛の形成や apical 面に局在する

た後， recycling endosome から TGN への小胞輸送を介さ分子の輸送に関与することを明らかにした。しかし Rab8,

ず直接膜接触部位を介して輸送される際に重要な分子

11 がどのような effector 分子と結合して apical 面への輸であることが示唆された。本研究によって Rab11 が小胞送に関与するか不明な点がまだ多い。そのため，我々は輸送のみならず，膜接触部位でのコレステロールの直接

これらの Rab の effector 分子の同定を試みた。

輸送にも重要ということが明らかとなった。

Rab8 については，EHBP1L1 という effector 分子を同定（8）上皮細胞の細胞膜極性形成におけるタイトジャンクションの役割
古瀬幹夫，大谷哲久（生理学研究所 細胞構造研究部門）
上皮のバリア機能に寄与する細胞間接着装置タイト

ム編集にもとづき多重欠失させた細胞を樹立した。解析

ジャンクション（TJ）は，上皮細胞の細胞膜極性の形成・の結果，ZO 欠失細胞では TJ が消失して細胞間隙が開き，維持にも重要な役割を果たすと考えられてきた。そのし細胞膜の極性が失われていた。一方，クローディン欠失

くみとして，TJ が細胞膜の頂端側ドメインと基底膜側ド細胞では，TJ の形態学的特徴である TJ ストランド構造

メインの境界で膜タンパク質・脂質の側方拡散を妨げる，が消失したものの，細胞膜の極性は正常であった。さらいわゆる「フェンス機能」が古くから提唱されてきたが，に興味深いことに，クローディン欠失細胞では一見 TJ に

その正否についてはいまだ議論がある。我々は，この問見間違える細胞膜の近接構造が依然保持されていた。こ

題にアプローチするために，安定した細胞極性をもつ培

れらの観察は，TJ の成り立ちに関する通説に再考が必要

養上皮細胞において，TJ の中核構造を構成する膜タンパであること，クローディン欠失細胞で見出された細胞膜

ク質クローディンファミリー，あるいはその細胞質側に近接構造の解析が細胞膜極性形成における TJ の役割を結合して TJ 形成に必要とされる ZO ファミリーを，ゲノ知るための鍵を握ることを示している。

283

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（9）低分子量 G 蛋白質 Rab ファミリーによる分泌経路の制御
福田光則（東北大学大学院 生命科学研究科･膜輸送機構解析分野）
細胞は，いわゆる「分泌経路（小胞体 → ゴルジ体 →集技術により全ての Rab のノックアウト（KO）細胞株の細胞膜を経由する小胞輸送経路）」を用いて様々な可溶樹立を試みた。その結果，致死になるためか得ることが性分子を細胞外に放出したり，細胞膜に膜蛋白質や脂質できなかった Rab1A/B-KO と Rab5A/B/C-KO 株を除き，分子を輸送したりしている。この分泌経路の仕組みに関全ての Rab サブファミリーの KO 細胞（例えば，Rab3-する研究は歴史が深く，2013 年度にはノーベル生理学・

KO では Rab3A/B/C/D の 4 種類のアイソフォームを同時医学賞の対象ともなっている。一般的に，小胞体やゴルに KO）の作製に成功した。各種オルガネラマーカーのジ体から積み荷を含む小胞が出芽する際には，可溶性蛋

局在などを検討した結果，一部の KO 細胞でオルガネラ

白質と膜蛋白質は同じ輸送小胞に選別されると考えらの分布・サイズに異常が観察されたが，驚いたことに，れており，多くの細胞生物学の教科書でもそのように記

いずれの KO 細胞でも頂底極性を有するほぼ正常な上皮

載されている。しかし，ゴルジ体からの小胞出芽の詳細

細胞様の組織（2 次元モノレイヤー及び 3D シスト）を形な分子機構は未だ不明な点も多く，例えば，ゴルジ体か成することが明らかになった。さらなる解析の結果，ら出芽する可溶性蛋白質の小胞と膜蛋白質の小胞が本

Rab6-KO 細胞では，3D シストにおいて細胞外マトリッ

当に同一であるかという問題も，これまで実験的には検クス層が形成されず，その原因がラミニン，コラーゲン

証されていなかった。そこで私達は，すべての真核生物などの可溶性蛋白質の分泌阻害に起因することが明らに保存された小胞輸送の制御因子である低分子量 G 蛋かになった。一方，細胞膜上の膜蛋白質の量については

白質 Rab ファミリーに着目し，分泌経路の制御機構の解定常状態ではほとんど影響が見られなかった。これらの明に取り組んだ。

結果から，哺乳類細胞においては，ゴルジ体からの可溶

ヒトやマウスなどの哺乳類には，58 種類もの Rab が共性蛋白質を含む小胞の輸送は Rab6 に依存するが，膜蛋通して存在しており，約 40 種類のサブ ファミリー

白質の細胞膜への輸送には別の仕組みが存在する可能（Rab1~43）に分類されている。これらの Rab の分泌経性が強く示唆される（Homma et al. (2019) J. Cell Biol., in

路における役割を明らかにするため，まず腎臓上皮細胞

press）。

由来の MCDK 細胞を用いて，CRISPR/Cas9 のゲノム編（10）リン脂質フリッパーゼによる生体膜ダイナミックス申惠媛（京都大学大学院薬学研究科）

生体膜の脂質二重層間においては脂質組成の非対称オンを輸送し膜内外のイオン濃度勾配を調節する役割

性が存在する。このような脂質二重層の非対称性は，ATPを果たすのに対して，P4-ATPase はイオンよりはるかに依存的にリン脂質を細胞外からサイトゾル側へとフリ大きいリン脂質を輸送する。これまでに，酵母の遺伝学ップするフリッパーゼとその反対方向にリン脂質を輸的研究から P4-ATPase がメンブレントラフィックに関与送するフロッパーゼ，ATP 非依存的に二重層間のリン脂することが示されていた。近年では私たちおよび他の研質をかき混ぜるスクランブラーゼによって調節されて究から，多細胞生物においても P4-ATPase がメンブレンいる。P4-ATPase は，フリッパーゼとして働く膜 10 回貫

トラフィック，細胞運動，細胞の形態変化に関与するこ通型のタンパク質であり，P-type ATPase スーパーファミとが示唆された。メンブレントラフィックにおける小胞

リーのサブファミリーである。多くの P-type ATPase（Ca-の形成においては膜の形態変化が必須であり様々なタ

ATPase (SERCA), Na/K-pump, H/K-ATPase など）が陽イ

ンパク質が関与することが示されていた。一方で，膜の284

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

曲率形成に脂質二重層間のリン脂質の組成変化が関与

対するフリップ活性が亢進すると細胞膜の形状が変化すると考えられていたが，P4-ATPase のフリップ活性がすることを示唆した。さらに，膜曲率を認識し結合する

生体膜の曲率形成に関わるかどうかは不明であった。

BAR ドメインを利用した実験手法を用いて，ATP10A に

これまでに私たちは，細胞膜に局在する P4-ATPase のよる PC フリップ活性の亢進が脂質二重層間のリン脂質

うち，主に細胞膜の内葉に存在するホスファチジルセリ

量の変化をもたらすことで膜曲率を駆動することを示

ンおよびホスファチジルエタノールアミンをフリップした。本発表では，局所における脂質二重層間のリン脂する ATP11A や ATP11C に加えて，細胞膜の外葉に多く

質量の変化による膜曲率の形成とメンブレントラフィ

存在するホスファチジルコリン（PC）をフリップするックの関係について紹介し議論したい。

ATP8B1, ATP8B2, ATP10A を同定した。その中で，PC に（11）自然免疫分子 STING の活性を厳密に制御する細胞内物質輸送
田口友彦，向井康治朗（東北大学大学院生命科学研究科 細胞小器官疾患学分野）
自然免疫は，侵入してきた病原体や異常になった自己

STING は無刺激状況でも小胞体局在を失っていること，の細胞をいち早く感知し，それを排除する仕組みであり，

C88/91S 変異を導入することでその活性が抑制されるこ

生体防御の最前線に位置している免疫応答である。最近，となども明らかにした（1）。小胞体からの輸送と連動しDNA ウイルスの感染などにより細胞質に持ち込まれるたゴルジ体でのパルミトイル化修飾が STING の活性化

ウイルス DNA に応答し，自然免疫応答を惹起するタンに重要であることが個体レベルでも示唆された。

パク質 STING が同定された。STING は小胞体局在性の上述したように，もともと STING 経路は DNA ウイル

4 回膜貫通タンパク質であるが，興味深いことに細胞質

ス感染応答経路として同定されたが，最近では自己由来

DNA の出現に応じて核近傍のオルガネラに輸送されるDNA を介した STING 経路の活性化が，老化や腫瘍免疫ことが示されていた。しかしながら，その細胞内局在変において重要な役割を果たすことが報告され，多いに注化の意義は不明であった。

目されている。老化に伴う炎症を抑制するには STING 経

我々は，STING の活性化が，刺激を受容する小胞体で路を阻害する必要があるが，腫瘍排除においては樹状細はなく，小胞体から脱出して運搬された先のゴルジ体で胞の STING 経路を活性化する必要があり，STING 経路

起こっていることを明らかにした（1-2）。さらに，そのの活性化・不活性化両面の分子機構を理解することは，活性化のメカニズムとして，ゴルジ体で起こる STING

重要な課題である。本講演では，STING の活性化・不活Cys88/91 のパルミトイル化修飾が必須であることも明ら性化を制御する細胞内物質輸送経路についての最新のかにした。また，デンマークの研究グループとの共同研

我々の知見を紹介し，議論させていただきたい。

究により，STING の Cys88/91 に共有結合することによってパルミトイル化反応を阻害してしまう内在性の【参考文献】STING 活性阻害分子（ニトロ化不飽和脂肪酸）を同定し1. Mukai et al. Nat Commun 7, 11932 (2016)

た（3）。

2. Taguchi and Mukai. Curr. Opin. Cell Biol. in press

STING の変異により STING が恒常的に活性化してし

3. Hansen et al. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 115, E7768-E7775

ま う 炎症 性疾患 （ SAVI: STING-associated vasculopathy(2018)

with onset in infancy）が知られているが，その変異型

285

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（12）シナプスにおけるエクソサイトーシス・エンドサイトーシスのライブイメージング
平野丈夫（京都大学大学院理学研究科生物科学専攻生物物理学系）
神経細胞間での情報伝達を担うシナプスでは，シナプ

ラスをコートし，その上に pH 感受性蛍光タンパク質で2+濃度上昇をある SEP を融合した AMPA 型グルタミン酸受容体等を介して，すみやかにシナプス小胞のエクソサイトーシス発現させた海馬神経細胞を培養し，シナプス後膜またはが引き起こされ，その後シナプス小胞の再生に寄与する

シナプス前膜をガラス面上に形成させて蛍光観察を行

エンドサイトーシスが起こる。また，シナプス伝達効率った。その結果，シナプス内外での個々のエクソサイト

はシナプスの使用状況等に依存して変化する可塑性をーシスを観察でき，LTP 発現に際しては，各 AMPA 受容示すが，伝達効率が持続的に亢進する LTP（Long-Term体サブタイプが異なるエクソサイトーシス制御を受けPotentiation）に際しては受容体のエクソサイトーシス増ることが判明した。また，細胞外液を 0.1-0.2 ミリ秒で変加等が起こり，持続的な減弱である LTD（Long-Term

化させる手法を用いることによって，エンドサイトーシ

Depression）に際しては受容体のエンドサイトーシスがスされた直後の細胞内小胞を検出することもできた。こ亢進すると想定されてきた。

の方法を用いることによって，LTD 発現は AMPA 受容ス前部に活動電位が到達すると，細胞内 Ca

私たちの研究室では，こうしたシナプスでのエクソサ

体のエンドサイトーシス亢進によるのではなく，エクソ

イトーシス・エンドサイトーシスを高時空間分解能でリサイトーシス抑制により引き起こされることも明らか

アルタイム可視化することをめざして，独自の実験系をになった。シナプス前部では，シナプス小胞膜タンパク確立した。それは，シナプス前膜または後膜をガラス面質であるシナプトフィジンに SEP を融合した分子の観直上に形成させ，そこで受容体等膜タンパク質を蛍光標

察により，活動電位と良く同期したエクソサイトーシス

識し，全反射顕微鏡を用いて背景蛍光を低く抑えること

はシナプス前膜の特定領域で起こりやすいこと，同期性により，蛍光タンパク質シグナルの高 SN 比画像を取得の弱いエクソサイトーシスはそことは異なる領域で起する手法である。具体的には，シナプス形成誘導能を有

こりやすいことが明らかになった。

するニューレキシンまたはニューロリジンでカバーガ（13）AMPA 型グルタミン酸受容体の精密動態を明らかにするためのケミカルラベル化法
清中茂樹（名古屋大学 大学院工学研究科 生命分子工学専攻）
中枢神経において，グルタミン酸は記憶や学習に必須

ル化法を用いることで，神経細胞に内在する AMPA 受容

な興奮性神経伝達物質である。グルタミン酸を認識して体の可視化に成功した。その際には，有機小分子 CAM2

下流に情報を伝達するグルタミン酸受容体はイオンチ(chemical AMPAR modification 2) 試薬を用い，CAM2 試

ャネル型と代謝型に大別され，イオンチャネル型グルタ薬は高い組織浸透性を有しているために，脳組織深部のミン酸受容体は主にポストシナプスに発現して早い興内在性 AMPA 受容体を可視化できた。

奮性神経伝達を司る。イオンチャネル型受容体の中でも，前述した通り AMPA 受容体の細胞内動態は記憶学習

AMPA 型グルタミン酸受容体（AMPA 受容体）の動態変と強く相関すると言われているため，その動態解析研究

化は，記憶の分子メカニズムとして知られるシナプス可が活発に行われている。また，その動態を精密に解析す

塑性に深く関わることが知られる。我々は，AMPA 受容るためには，膜表層など特定の細胞内環境の AMPA 受体の神経細胞内での精密動態を解明するための有機化

容体を厳密に可視化する必要がある。一方で，シナプ学的な方法論の開発を進めている。最近，リガンド指向

スの微小空間を考えると，我々が開発した CAM2 を用い性化学と名付けた小分子化合物を用いたケミカルラベ

たラベル化方法では，蛍光顕微鏡の限られた空間分解能286

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

ゆえに，神経細胞・脳組織において細胞表層の AMPA 受て報告する。

容体のみを選択的に可視化できているかどうかを断言できない。そこで，CAM2 法を改変したラベル化方法を

1) Wakayama S, Kiyonaka S*, Arai I, Kakegawa W, Matsuda

開発することで，蛍光顕微鏡の分解能では区別できない

S, Ibata K, Nemoto YL, Kusumi A, Yuzaki M, Hamachi I*.

細胞内外の AMPA 受容体の動態解析を試みている。本発

Chemical labeling for visualizing native AMPA receptors

表では，CAM2 を改変した新たなラベル化方法，およびin live neurons. Nat. Commun. 8, 14850 (2017).

それを用いた AMPA 受容体の動態解析への展開につい287

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

5．上皮膜・間質の機能連関と病態発現機構解明のためのストラテジー
2019 年 9 月 5 日－9 月 6 日
代表：風間逸郎（宮城大学看護学群 専門基礎領域（医学））世話人・所内対応者：古瀬幹夫（生理学研究所 細胞構造研究部門）（１）TRPV1 チャネルの細胞内 ATP による制御メカニズム清水貴浩（富山大学 大学院医学薬学研究部 薬物生理学研究室）（２）炎症性腸疾患の線維化狭窄における消化管筋線維芽細胞 TRPA1 チャネルの役割
倉原琳（香川大学 医学部 自律機能生理学）（３）嚢胞性線維症および慢性呼吸器症状を有する患者の TPPP ファミリー遺伝子解析
樋口万佑子（名古屋大学 大学院医学系 健康栄養医学）（４）日本人嚢胞線維症患者の分子病態生理学と治療学
相馬義郎（国際医療福祉大学 大学院薬学研究科 分子病態治療学分野･基礎医学研究センター）（５）CFTR 相互作用分子解析に基づく気道上皮非感染性炎症応答機構の解明
福田亮介（関西学院大学 理工学部 生命医化学科 沖米田研究室）--（６）気道粘膜下腺からの Cl および HCO3 イオンの分泌調節機序の解明と病的分泌の制御
玉田勉（東北大学 大学院医学系研究科 呼吸器内科学分野）（７）Toll-like receptor 7 シグナルによる気道分泌抑制効果の細胞内機序解析と COPD 病態における関与の検討
蒲生俊一（東北大学 大学院医学系研究科 呼吸器内科学分野）（８）骨髄巨核球の電気的細胞膜容量測定と慢性腎臓病における病的意義
風間逸郎（宮城大学 看護学群 専門基礎領域（医学））（９）NKCC2 のエンドサイトーシスと電解質再吸収における Moesin の役割の解明
川口高徳（立命館大学 薬学部 分子生理学研究室）（10）上皮―間葉の相互作用による腎臓オルガノイドの作製
高里実（理化学研究所 生命機能科学研究センター ヒト器官形成研究チーム）（11）尿酸排出トランスポーターABCG2 に関する生理学的・薬理学的研究
高田龍平（東京大学 医学部附属病院 薬剤部）
（12）Paracellular transport across tricellular tight junctions in the large intestine of ILDR1 knockout mice
Hempstock Wendy（静岡県立大学 薬食生命科学総合学府 生理学研究室）（13）肺扁平上皮がん細胞におけるクローディンの異常発現と抗がん剤感受性の関係
五十里

彰（岐阜薬科大学 薬学部 生化学研究室）（14）癌細胞内ナトリウムポンプを起点としたグルコース輸送体トラフィッキング制御機構
藤井拓人（富山大学 大学院医学薬学 薬物生理学研究室）（15）腎臓の酸塩基調節機能：再考
河原克雅（仙台白百合女子大学 人間学部健康栄養学科）-（16）Effects of removing mucus on HCO3 and CO2 transport in guinea-pig pancreatic duct
Liu Libin（名古屋大学 大学院医学系研究科 健康栄養医学）（17）唾液腺からの Cl と水分泌の維持に関与する Na+ -グルコース共輸送体活性-杉田誠（広島大学 大学院医系科学研究科 口腔生理学研究室）

288

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告【参加者名】
院医学薬学研究部薬物生理学研究室），杉田

風間逸郎（宮城大学看護学群専門基礎領域（医学）），玉田

大学大学院医系科学研究科口腔生理学研究室），河原克勉（東北大学大学院医学系研究科呼吸器内科学分野），五十里雅（仙台白百合女子大学人間学部健康栄養学科），丸中彰（岐阜薬科大学薬学部生化学研究室），

安西尚彦（千葉大学大学院医学研究院薬理学），倉原（香川大学医学部自律機能生理学），林誠（広島

良典（京都工場保健会，立命館大学），川口高徳（立命琳

館大学薬学部分子生理学研究室），高里久由（静岡県実（理化学研

立大学食品栄養科学部生理学研究室），Hempstock Wendy

究所生命機能科学研究センターヒト器官形成研究チー（静岡県立大学薬食生命科学総合学府生理学研究室），

ム），矢崎友結（静岡県立大学食品栄養科学部生理学研

石塚典子（静岡県立大学食品栄養科学部生理学研究室），

究室），杉岡汐里（静岡県立大学食品栄養科学部生理学

蒲生俊一（東北大学医学部大学院医学系研究科呼吸器内研究室），伊久美直毅（静岡県立大学薬食生命科学総合科学分野），高田龍平（東京大学医学部附属病院薬剤部），

学府），中莖みゆき（名古屋大学医学系研究科健康栄養清水貴浩（富山大学大学院医学薬学研究部薬物生理学研医学），浅野真司（立命館大学薬学部分子生理学研究室），

究室），沖米田司（関西学院大学理工学部生命医化学科

斎藤大地（立命館大学薬学部分子生理学研究室），原田

沖米田研究室），Liu Libin（名古屋大学大学院医学系研

大毅（立命館大学薬学部分子生理学研究室），高橋昂平

究科健康栄養医学），樋口万佑子（名古屋大学大学院医（立命館大学薬学部分子生理学研究室），栗原史弥（静学系研究科健康栄養医学），石黒

岡県立大学），古瀬幹夫（生理学研究所細胞構造研究部

洋（名古屋大学大学

院医学系研究科健康栄養医学），福田亮介（関西学院大門），泉裕士（生理学研究所細胞構造研究部門），大学理工学部生命医化学科沖米田研究室），相馬義郎（国谷哲久（生理学研究所細胞構造研究部門），菅原太一（生

際医療福祉大学薬学部薬学科･基礎医学研究センター分

理学研究所細胞構造研究部門），平澤輝一（生理学研究

子病態治療学分野），酒井秀紀（富山大学大学院医学薬所神経機能素子研究部門）

学研究部薬物生理学研究室），藤井拓人（富山大学大学【概要】
本研究会では医学・薬学・歯学・栄養学などを専攻す

筋線維芽細胞 TRPA1 チャネルの発現亢進と炎症性腸疾る研究者が集まり，とくに上皮膜のシグナルセンサーま患における線維化狭窄，Toll 様受容体を介した気道粘膜

たはジェネレーターとしての機能について，間質の細胞下腺の分泌調節と慢性閉塞性肺疾患の病態，気道上皮細や因子との関連も含めながら，各々の研究成果を発表し胞 CFTR クロライドチャネルの遺伝子変異と嚢胞性線維た。

症の発症，骨髄巨核球の電気生理現象と慢性腎臓病におまず，上皮膜が輸送体を介し，生体内部環境の恒常性

ける造血機能との関連，についての報告がなされた。こを維持する例として，腎臓尿細管や膵外分泌腺，唾液腺，れらの研究成果では，疾患における新たな病態発現機構

消化管に発現する各種トランスポーターの生理的意義を解明するだけでなく，発現または機能異常の原因となについての報告がなされた。そして，上皮膜が間質由来

った特定分子を標的とした新たな治療戦略をも導き出のシグナルを感知するセンサーとして機能する例とししている。

て，細胞の癌化におけるナトリウムポンプや細胞間接着

本研究会を通し，分子・細胞生理学的な視点から上皮因子の異常発現についての報告がなされた。また，上皮膜の機能を研究する者と，病態生理学的な視点からそれと間葉における直接的な相互作用の例として，発生・再を研究する者とが，活発な討論を行うことができた。ま生医学の分野から，ヒト iPS 細胞由来の腎臓オルガノイ

た，参加者総数 38 名中，大学院生 7 名，学部学生 4 名でド作製についての報告がなされた。さらに，上皮膜に発あり，発表 17 演題中 4 演題が大学院生（または医員）に現する輸送体の機能異常が，間質の細胞に向けてシグナよるものであったことから，若手研究者にも発表と十分ルを発し，それが病態の発現に強く関与する例として，な議論の場を提供することができた。

289

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（1）TRPV1 チャネルの細胞内 ATP による制御メカニズム清水貴浩，柳瀬宣広，藤井拓人，榊原陽香，酒井秀紀（富山大学大学院医学薬学研究部(薬学)･薬物生理学）
消化管の感覚神経にも発現していることが知られてPNP ではこの外向き電流がランダウンしたことから，いる transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) は，ト

TRPV1 チャネル活性の維持には ATP 加水分解が必要でウガラシの辛味成分であるカプサイシン，熱，酸などのあることが示された。また TRPV1 チャネル活性には，イ刺激により活性化する非選択性カチオンチャネルであノシトールリン脂質シグナルが関与することが示唆さ

り，消化管の生理機能を制御することが明らかになってれた。さらに細胞内 ATP 濃度の上昇は，TRPV1 外向ききている。本研究では，ヒト TRPV1 を過剰発現している

電流の時間依存的な活性化も促進したことから，細胞内HEK293T 細胞にパッチクランプホールセル記録法を適ATP は TRPV1 チャネルの開閉機構を制御することが明

用し，カプサイシン非存在下で観測される TRPV1 外向らかとなった。TRPV1 は，虚血時に産生される酸性物質

き電流に対する細胞内 ATP の影響について検討した。こ等により活性化し，内臓痛への関与も示唆されているが，の TRPV1 外向き電流は，細胞内 ATP 濃度が上昇するに

今回の結果から，虚血に伴う細胞内 ATP 減少により，つれて増加した。ATP の非分解性アナログである AMP-

TRPV1 電流が負に調節される可能性が示唆された。

（2）炎症性腸疾患の線維化狭窄における消化管筋線維芽細胞 TRPA1 チャネルの役割
倉原

琳 1，平石敬三 2，胡耀鵬 2，古賀佳織 3，鬼塚美樹 3，井上隆司 2，平野勝也 1（1 香川大学医学部 自律機能生理学，
2 福岡大学医学部

生理学，

3 福岡大学医学部

病理学）

クローン病患者の小腸・大腸の粘膜固有層の線維芽細（研究背景・目的）
炎症性腸疾患の治療において，消化管線維化狭窄対す胞に TRPA1 の発現を認め，線維化狭窄部位で発現が上る薬物治療法の開発は重要な課題である。炎症・線維化昇した。大建中湯の成分（hydroxy α-sanshool，6-shogaol），

部位における線維芽細胞には TRPA1 チャネルが発現す

甘草，ローズマリー，セージおよびメースのエタノール

る。本研究では，炎症部位における組織線維化における抽出成分，甘草由来ステロイド，プレドニゾロン，メチ

TRPA1 の役割を明らかにし，これを標的とする消化管線

ルプレドニゾロン，ピルフェニドンが，筋線維芽細胞の維化狭窄治療法の有効性を検証した。

TRPA1 チャネルを活性化し，コラーゲン合成を抑制した。

（方法）

大建中湯またはプレドニゾロンは，TNBS マウス消化管
線維化を抑制した。

クローン病患者の消化管生検標本および消化管筋線
維芽細胞を用いて TRPA1 の発現を解析し，スクリーニ（結論）

ングを行なった。Trpa1 ノックアウトマウスをゲノム編

消化管線維化部位に TRPA1 の発現が亢進し，その活集により作製し，TNBS 慢性炎症・線維化モデルを作成

性化が線維化を抑制する。TRPA1 を活性化し，抗線維化し，消化管線維化に対して治療効果を検討した。

作用を示す化合物を，大建中湯，植物抽出成分，既存の（結果）

抗線維化薬から見出した。

290

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第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（3）嚢胞性線維症および慢性呼吸器症状を有する患者の TPPP ファミリー遺伝子解析
樋口万佑子，篠原恭介，中莖みゆき，山本明子，石黒洋（名古屋大学大学院医学系研究科健康栄養医学）る。当研究室は，全国の医療機関から依頼されて CFTR 遺

嚢胞性線維症（Cystic Fibrosis；CF）は，CFTR（CF-transmembrane conductance regulator）Cl チャネルの機能伝子解析を行っているが，CF 様の呼吸器症状がありながが失われることにより発症する劣性遺伝性の難病であら CFTR 遺伝子変異が検出されない患者がいる。そのたる。全身の上皮膜のイオン・水輸送が障害されるが，気め，本研究では，CFTR 遺伝子の両アレルに CF 原因変異

道では気道液（airway surface liquid）が過度に粘稠になっが検出された患者 30 名，呼吸器症状があり CFTR 遺伝子て粘膜線毛輸送系が不調になることにより，感染を繰り変異が検出されなかった患者 34 名を対象として，TPPP，返し気管支拡張症や慢性副鼻腔炎が生じる。

TPPP2，TPPP3 の遺伝子変異を検索した。検索範囲として

CF との鑑別が必要な疾患の一つに原発性線毛運動不は，エクソン及びその前後のイントロン部分のシーケンス

全症（Primary Ciliary Dyskinesia；PCD）がある。PCD でを行った。合計 24 種類の SNV（single nucleotide variant）

は，線毛の障害により，CF と同様に気管支拡張症や慢性が見つかり，そのうち MAF（minor allele frequency）が低副鼻腔炎を呈する。線毛の形成や運動には多くの分子が値であったものは 5 つであった。さらにその 5 つについ関わっているが，近年 TPPP が注目されている。

て Mutation Taster (http://www.mutationtaster.org/）で調べた

TPPP（tubulin polymerization promoting protein）ファミリ

結果，疾病と関係があると予測されたものは 1 つであっ

ーには，TPPP，TPPP2，TPPP3 の 3 つのパラログが存在すた。

（4）日本人嚢胞線維症患者の分子病態生理学と治療学
相馬義郎，君島莉央，相馬光流，小林奈央，岩井翔吾（国際医療福祉大学･薬･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，白人種における代ゴルジ体での糖鎖修飾等の成熟過程が正常に行われず，

表的な遺伝性疾患のひとつである。日本人を含む他人種

細胞膜での発現が阻害されて（classⅡ変異）いることがにおいては，CF 患者の数は少ないが，白人種とは異なる

明らかになった（Wakabayashi-Nakao et al. JPS 2018）。
日本で同定された 21 種類の病因性 CFTR 変異のうち，タイプの CFTR 変異がみられる。
日本人に最も高頻度にみられる病因性変異はエクソ蛋白が合成されない class I 変異が１種類，Δ(G970-T1122)

ン 16-17ｂにわたる大規模欠損変異である（Nakakuki et al.

変異に加え，2 番および 3 番目に多い L441P と H1085R

J Hum Genet 2012）。16-17ｂ欠損変異では，CFTR 蛋白に変異を含む classⅡ変異が 11 種類，そして細胞膜への発おける 970 番目に位置するグリシン（G970）から，1122

現は正常であるが，チャネル機能が障害されている class

番目のトレオニン（T1122）までの 153 個のアミノ酸のⅢ/Ⅳ変異が 10 種類含まれていた。さらに，欧米で最も欠 損 が フ レ ー ム シ フ ト な し に 起 こ る た め （ Δ(G970-

多くみられる classⅡ変異 ΔF508 の治療薬として開発さT1122) 変異），3 つの膜貫通ヘリックス TM9-11 およびれた VX-809 (Lumacaftor) の，日本人特有の CFTR 変異

4 番目の細胞内ループ ICL4 に相当する部分が失われる。

への効果についても検討した。

この Δ(G970-T1122) 変異体では，蛋白は合成されるが，

291

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（5）CFTR 相互作用分子解析に基づく気道上皮非感染性炎症応答機構の解明
福田亮介，沖米田司（関西学院大学 理工学部 生命医化学科）

気道上皮細胞は感染や環境ストレスに対する生体バリ

形質膜に輸送される正常な CFTR に特異的な相互作用分

アの最前線であり，種々の炎症性疾患の発症に関わってい子群を BioID 法により探索した結果，形質膜局在性の新規る。CFTR は気道上皮細胞の形質膜上に発現する cAMP 依

相互作用分子を 12 種同定した。その中でも受容体型チロ-

存性 Cl イオンチャネルであり，細胞外水分量や pH の調

シンキナーゼである Receptor X (RX) は CFTR の欠失に伴節に寄与する。CFTR の発現や機能の低下は呼吸器炎症病

い誘導される IL-8 放出を正に調節していることが siRNA態を示す嚢胞性線維症（CF）や慢性閉塞性肺疾患（COPD）

及び阻害剤を用いた検討より示された。CFTR は隣接するで認められ，非感染性及び感染性の炎症応答を生じること

細胞間における RX とそのリガンドのトランス相互作用から初期の病態形成と慢性化の両方に関与すると考えらを安定化すること，また，RX の形質膜からのターンオー

れる。そこで本研究では CFTR 相互作用分子に焦点を当

バーを促進し，炎症性シグナルを抑制することも示された。

て，CFTR 機能低下が非感染性炎症を誘導する機構を解明

これらの結果より RX が CFTR 制御性の気道上皮非感染することを目的にした。CF 患者由来気道上皮細胞を用い，性炎症における新たな治療標的として同定された。

（6）気道粘膜下腺からの Cl-および HCO3-イオンの分泌調節機序の解明と病的分泌の制御
玉田勉（東北大学大学院医学系研究科呼吸器内科学分野）

慢性閉塞性肺疾患（COPD）や重症喘息などにおいて，って過剰に酸性に傾いた気道被覆液を中和し，②気道被覆

慢性的に喀痰の多い症例は呼吸機能の経年的低下率が大液 pH の緩衝能を高めて適度な pH を維持する，など気道

きく，増悪頻度が有意に多く，予後不良であり，その対策

粘膜の恒常性に寄与する。我々は，気道漿液腺由来培養細は急務である。ヒト気道分泌の中心は気道粘膜下腺が担っ胞である Calu-3 細胞に Microelectrode 法を用いて，細胞膜ており，迷走神経末端からのアセチルコリン（Ach）刺激

電位測定と細胞内 pH の評価により，Isoproterenol など細の強弱で分泌量が調節されているものの，病的状態におけ

胞内 cAMP を上昇させる刺激が CFTR からの HCO3-イオる過剰分泌や質的異常の機序は未解明の部分が多い。

ン分泌を惹起し，ACh などの細胞内カルシウムを上昇させる刺激がこの反応を Cl-分泌にシフトさせることを明ら

我々は，ヒトと機能的および構造的に類似した分泌腺を有する新鮮ブタ気管を用いて，生理的環境下での気道粘膜かにした。

下腺からの電解質分泌機序の解明と病的条件下での変化

ブタ気管をミネラルオイルで被覆し，気管内腔に分泌-について検討を行った。パッチクランプ法を用いた Cl イ

される様子，いわゆる hillock formation を実態顕微鏡でオン電流による評価では，低濃度 ACh 刺激後に細胞内カ可視化することにも成功し，生体内でも同様の調節機序

ルシウム Oscillation に伴いイオン電流が惹起され，このイが存在することを解明しつつある。現在 COPD 治療薬とオン電流の維持に細胞内一酸化窒素（NO）の適度な上昇して広く使用されている長時間作用性抗コリン薬

が関与していることを明らかにした。過分泌を伴う COPD

（LAMA）や 長時間作用性 β2 刺激薬（LABA）が気道の気道では細菌の慢性的な定着が認められることが多い

分泌液に与える影響も検討している。

が，これらの細菌由来の成分のいくつかが分泌腺細胞表面

本研究会では我々がこれまで行ってきた気道粘膜下に発現する Toll 様受容体（TLR）システムを介して分泌液

腺からの水分-電解質分泌調節機序に関する知見を紹介の量的異常を引き起こすことも明らかにした。

し，慢性気道炎症疾患の新たな治療戦略を考察する。

-

気道粘膜腺からの HCO3 イオン分泌は，①慢性炎症によ292

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（7）Toll-like receptor 7 シグナルによる気道分泌抑制効果の細胞内機序解析と COPD 病態における関与の検討
蒲生俊一，玉田勉（東北大学大学院医学系研究科呼吸器内科学分野）(Cl-)･potassium (K+) 各イオン電流に対し，TLR7 リガン（背景・目的）Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) の中でも，ドが抑制効果を示した。細胞内 Ca2+ アッセイおよび

慢性的に喀痰の多いタイプは増悪し易い事が知られていsarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase2 (SERCA2) 阻害る。また COPD や気管支喘息等の慢性気道炎症病態にお薬を用いた薬理学的検討で，TLR7 リガンドが SERCA2

いて，自然免疫の関与が注目されつつある。今回我々は，に直接作用し活性化させる事で，低濃度 ACh 刺激による

Toll-like receptor (TLR) 7 シグナルの生理的気道分泌に対す

生理的細胞内 Ca2+ 濃度 ([Ca2+]i) 上昇からの定常状態へる影響と COPD 気道での TLR7 発現の変化を検討した。

の回復を促進した。免疫組織学的検討では，気道粘膜下（方法）

腺細胞で TLR7 と SERCA2 が近傍に発現し，かつ COPD
気道で TLR7 発現が低下していた。

食肉工場で得た屠殺後の新鮮ブタ気管と，当院での肺癌に対する手術検体から得たヒト気管を実験に用いた。

（結論）

ブタ・ヒト気管への免疫組織学的検討の他，ブタ気道にTLR7 シグナルは SERCA2 活性化を介し漿液性気道分

ついては粘膜下腺を単離分散し，パッチクランプ法，細泌を抑制した。COPD 増悪は多くの場合ウィルス感染を契

胞内 calcium (Ca2+)機とし，気道過分泌の関与が知られている。正常気道ではアッセイを施行した。

Rhinovirus，influenza virus 等を認識する TLR7 が気道過分（結果）
パッチクランプ法では，低濃度アセチルコリン（Ach）

泌を制御し得るものの，COPD 気道ではその発現低下から刺激による生理的水分・電解質分泌を反映する chloride

TLR7 機能不全を来し増悪に至る可能性が示唆された。

（8）骨髄巨核球の電気的細胞膜容量測定と慢性腎臓病における病的意義
風間逸郎（宮城大学看護学群 専門基礎領域（医学））肥満細胞と同様，骨髄巨核球における血小板産生過程

板産生能について検討した。その結果，これらの巨核球

も，電気的細胞膜容量（membrane capacitance; Cm）の経では単位球面積当りの膜容量が有意に増加しており，

時的な増加として検出できる。われわれは先の研究で，Di-8-ANEPPS 染色の結果と併せ，血小板産生能が亢進

ラット骨髄由来の巨核球に対し本電気生理学的手法をしているためと考えられた。さらに，各組織における用いることにより，サリチル酸やクロルプロマジンなど

Thrombopoietin (TPO) の発現を，リアルタイム PCR 法の両親媒性の薬物が，Cm を有意に減少させることによにより調べた結果，腎不全ラットでは，とくに肝臓と骨り，薬剤性の血小板減少症を引き起こすメカニズムを明髄において発現が有意に増加していた。以上の結果よらかにした。

り，腎不全病態下の骨髄における血小板産生能の亢進

腎不全の病態下では血小板機能が低下するが，血小は，血小板機能低下に対する反応性変化であると考え

板産生能については知られていない。そこでわれわれられた。また，肝臓と骨髄における TPO 産生亢進は，は，腎不全モデルラット骨髄由来の巨核球に対して電腎臓での TPO 産生低下に対する代償性変化であると考

気的細胞膜容量測定法を用いることにより，その血小

えられた。

293

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（9）NKCC2 のエンドサイトーシスと電解質再吸収における Moesin の役割の解明
川口高徳（立命館大薬学部）
波多野亮（千葉大学大学院医学研究院）
浅野真司（立命館大薬学部）

Na+/K+/2Cl−共輸送体 2（NKCC2）は腎尿細管の太いヘン

欠損時の NKCC2 のエンドサイトーシスへの影響と尿細管での再吸収に関わるフェノタイプを解析した。

レの上行脚の管腔膜上において電解質の再吸収を担う輸送体であり，遺伝的変異が電解質再吸収不全を特徴とする

その結果，MKO マウスでは，細胞膜上での NKCC2 の

I 型 Bartter 症候群を引き起こすこと，ループ利尿薬の標的発現上昇が見られ，これに対応したフロセミド感受性の分子であることなどから生理的な重要性が高い。近年，腎K+輸送活性の上昇が観察された。また，MKO マウスで尿 細 管 に お い て 細 胞 骨 格 関 連 タ ン パ ク 質 Moesin がは，エンドサイトーシスの抑制，エンドサイトーシスに

NKCC2 と複合体を形成し，NKCC2 の細胞内小胞輸送に重要である脂質ラフトでの NKCC2 の発現レベルの低下関与することが報告された。しかし，腎臓における Moesinが見られた。in vivo における解析では，MKO マウスはの生理機能については未だ明らかとなっていない。本研究Na+および Cl−の尿中への排泄量が低下し，高 Cl−血症をでは，
Moesin ノックアウト（MKO）
マウスを用いて，
Moesin呈することが明らかとなった。

（10）上皮―間葉の相互作用による腎臓オルガノイドの作製
高里実（理化学研究所 生命機能科学研究センター）

末期腎不全に対する有効な治療法が開発されない中，（糸球体，近位尿細管，遠位尿細管，集合管，腎間質細人工的な腎臓を作成し移植する手法の開発が期待され胞，血管）を内包するだけでなく，再吸収機能など一部ている。しかし，複雑な 3 次元構造を取る腎臓を人工的の腎臓機能も備えていた。これは，腎臓オルガノイドがに構築するなど本当に可能なのであろうか。我々は 2015

腎毒性検査用途として，ある程度有用なプラットフォー

年，自己組織化と呼ばれる細胞の天性の力を利用した自ムになる可能性を示している。ただ，移植可能な一個の律的な 3 次元組織構築法を用いることで，ヒト iPS 細胞

臓器を作るという目的に照らすと，腎臓オルガノイドはから腎臓オルガノイド（ミニ腎臓）を作成した。その誘

本物の腎臓とは形も大きさも成熟度も異なる未熟な組導過程でヒト iPS 細胞は後部原始線条を経て，中間中胚織であり，ヒト腎臓を代替できる程には本当の腎臓形成

葉から腎臓の 2 つの前駆細胞（上皮細胞と間葉細胞）をを模倣しているとは言えない。本講演では，腎臓オルガ

辿り，最終分化地点である腎臓組織へと変化する。このノイドの持つ特徴と，医療応用可能な腎臓を作成するた過程は，モデル動物から得られた腎臓発生の知見と合致めに克服しなければならない課題について紹介し，腎臓するものである。腎臓オルガノイドは主要な腎臓組織

再生医療の未来を展望する。

（11）尿酸排出トランスポーターABCG2 に関する生理学的・薬理学的研究
高田龍平，宮田大資，豊田優，山梨義英，山本武人，鈴木洋史（東京大学 医学部附属病院 薬剤部）

痛風や尿路結石の病態発症に深く関わるとともに，動注目が集まっている尿酸について，トランスポーターに脈硬化症，腎疾患やパーキンソン病などとの関連性にもよる全身動態制御を中心に，私達はさまざまな研究を行294

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

さらに，ABCG2 が消化管から糞中への尿酸排出を担ってきました。
まず，新規尿酸トランスポーターとして ABCG2/BCRP

うこと，ABCG2 の機能低下による高尿酸血症が消化管を見出し，ABCG2 が ATP 依存的に尿酸を細胞外に排出への尿酸排泄の低下によることを，Abcg2 ノックアウト

することを in vitro 実験により示しました。また，日本人

マウスを用いた in vivo 実験および臨床サンプルを用いたに高頻度に見られる ABCG2 遺伝子の機能半減型または解析により示しました。本講演においては，個別化医療

機能欠損型遺伝子多型を持つヒトは血清尿酸値が高値

や予防医学への応用が期待されているこれら一連の研であること，両多型の組み合わせにより見積もられる究成果について，尿毒素輸送，慢性腎不全との関連性やABCG2 機能が低いヒトほど痛風発症リスクが高いこと

薬物治療など，最新の知見を交えて紹介する予定です。

を，ヒト血液検体を用いた解析により見出しました。

（12）Paracellular transport across tricellular tight junctions in the large intestine of ILDR1 knockout mice
Wendy Hempstock1，Shiori Sugioka1，Noriko Ishizuka1，Mikio Furuse2，Hisayoshi Hayashi1（1Department of Food and Nutritional Science, University of Shizuoka，
2Department of Cellular Structure, National Institute of Physiological Sciences,

Department of Physiological Sciences, The Graduate University for Advanced Studies）
It has previously been reported that ILDR1 KO mice have

ILDR1 and the tTJ protein LSR was assessed. There was nowater transport abnormalities in the kidney. Since ILDR1 is thechange in 22Na and 3H-mannitol flux or water transport in KO

main tTJ protein in the large intestine, the goal of this research

mice. ILDR1 KO mice could concentrate urine, but after 24 hour

was to examine the effect of ILDR1 KO on large intestinal

water restriction, there was a significant difference in urine

paracellular transport. Using ILDR1 KO mice, urine, stool, andosmolality (2.6 ± 0.17 vs 3.7 ± 0.09 Osmol/Kg H2O KO vs WT,

luminal contents were analyzed for Na+ and K+ content. Urine

p=0.003, independent t-test). Relative mRNA abundance ofosmolality was also measured in normal and water restricted

other tTJ proteins did not change, however immunofluorescenceconditions. Paracellular 22Na and 3H-mannitol flux and water

showed that in ILDR1 KO mice, LSR compensates for ILDR1

transport were measured. Expression of tTJ proteins wasin the tTJ by changing its expression pattern, and likely as a result,measured by real time RT-PCR and immunofluorescence ofparacellular transport is maintained.

（13）肺扁平上皮がん細胞におけるクローディンの異常発現と抗がん剤感受性の関係
五十里

彰（岐阜薬科大学 生命薬学大講座 生化学研究室）

細胞間接着分子であるクローディン（CLDN）の異常

有意に変化しなかった。トランスウェルに培養したとこ

発現が，多くの固形がん組織で報告されているが，そのろ，上皮膜間電気抵抗値は低い値を示したが，lucifer

発現制御機構や病態生理的意義は不明な点が多い。我々

yellow（細胞間透過性蛍光マーカー）と DXR の透過性がはヒト肺扁平上皮がん組織を用いて，CLDN1 と CLDN11抑制された。三次元培養下でスフェロイドを形成したとの発現量が増加することを見出した。そこで，ヒト肺扁

ころ，CLDN1･11 のノックダウンによって，DXR に対す

平上皮がん由来 RERF-LC-AI 細胞を用いて，CLDN1・11

る感受性が亢進した。次に，CLDN1･11 の発現低下作用が抗がん剤感受性に及ぼす効果を検討した。二次元培養を有する化合物を探索した。数種類のフラボノイドの効

下で CLDN1･11 の発現をノックダウンしたところ，抗が果を検討し，chrysin が CLDN1･11 発現量を低下させるこん剤の cisplatin や doxorubicin（DXR）に対する感受性はとを見出した。Chrysin は Akt の阻害を介して，CLDN1･295

第 41 巻（Dec,2020）

生理学研究所年報

研究会報告

11 発現量を低下させることが示唆された。肺扁平上皮がり，chrysin はアジュバント薬として有用であると考えらん細胞に高発現する CLDN1･11 は新たな治療標的になれる。

（14）癌細胞内ナトリウムポンプを起点としたグルコース輸送体トラフィッキング制御機構
藤井拓人 1，大坪愛実 1，Nguyen Thi Tu Oanh1，加藤瑞希 1，清水貴浩 1，竹島浩 2，酒井秀紀 1（1 富山大学院薬 薬物生理学，2 京都大学院薬 生体分子認識学）
上皮において正常細胞のエネルギー代謝の恒常性維シスおよび分解が促進される一連の新規スキームが明

持には細胞膜を介したグルコース輸送が重要であるが，らかとなった。また，[3H]-ouabain を用いたトレーサー実

癌化により原形質膜においてグルコース輸送体 GLUT1

験より ouabain が時間依存的に HepG2 細胞に取り込まれの発現が異常亢進することでエネルギー代謝の制御機ること，原形質膜のナトリウムポンプの ouabain に対す構は大きく変化する。我々は，ナトリウムポンプ阻害剤

る親和性がヒトに比べて著しく低いラット肝癌細胞の強心配糖体（ouabain，oleandrin，digoxin）が，ヒト肝（dRLH-84）を用いた実験より，強心配糖体の標的が原癌由来 HepG2 細胞における GLUT1 発現レベルを濃度依

形質膜のナトリウムポンプではなく，癌細胞に異常発現

存的（20-2000 nM）に減少させ，癌細胞内へのグルコーする細胞内ナトリウムポンプであることが示唆された。

ス取込みを阻害することを見出した。強心配糖体は，

本研究により，癌細胞内ナトリウムポンプを起点として

HepG2 細胞の増殖に対しても同様の濃度依存性で抑制

GLUT1 のトラフィッキングを制御する新たな抗癌メカした。各種阻害剤を用いた実験を行い，強心配糖体がニズムが明らかとなった。

CaMKII を活性化することで，GLUT1 のエンドサイトー（15）腎臓の酸塩基調節機能：再考
安岡有紀子（北里大学医学部生理学）
野々口博史（北里大学メディカルセンター内科）
戸恒和人，関野慎（宏人会中央クリニック）

河原克雅（北里大学医学部生理学，宏人会中央クリニック，仙台白百合女子大学）
健康なヒトの血漿 pH は，肺（呼吸）と腎臓（尿生成）Pendrin** KO マウスを低 Pi 食で 6 日間飼育すると，通常が相互に補完し合う重炭酸イオン緩衝（HCO3- buffer）系

食飼育マウスに比べ依然高 Ca 血症（9.0 mg/dL）を示した。

で正常域内に維持されている。しかし，腎臓のセンサー機

この血漿データで酸性尿（pH 5.0）を排出し，血漿 pH は能が全身性（代謝性）アシドーシス（MA）を見逃し（Case「正常~アルカリ化」した（pH 7.38）。これらの結果は，

1），自らがアシドーシスの原因になる（高 Ca 血症性アル「腎臓が，必ずしも全身の血漿 pH 制御（正常域内維持）

カリ尿分泌）（Case 2）。Case 1: TASK2* KO マウスは，を第一義的に考えていないこと」を意味する。

血漿 pH と[HCO3 ] が正常値以下（MA）でも，近位尿細*TASK2: TWIK-related acid sensitive K+ (TASK) 2 channels;

管の代償的アンモニア産生と尿の酸性化がおきなかった。

TWIK: tandem of P domains in a weak inwardly rectifying K+

一方，低 Pi 食で飼育されたマウスは，血漿[Pi]は正常域内

channel; Expressed in the basolateral membrane of theに維持されたが，高 Ca 血症（9.8 mg/dL）になった。さらproximal tubule cells.

に，MA（pH 7.32 (低 Pi 食) vs. 7.37 (標準食)）を示したが，**Pendrin: Apical Cl-/HCO - exchanger (Pendrin); expressed3

逆説的なアルカリ尿（7.31±0.09** vs. 6.13）を排泄した。

in the kidney collecting ducts type B intercalated cells (IC-B).

-

296

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（16）Effects of removing mucus on HCO3- and CO2 transport in guinea-pig pancreatic duct
Libin Liu，Akiko Yamamoto，Itsuka Taniguchi，Nao Nomura，Miyuki Nakakuki，Hiroshi Ishiguro（Department of Human Nutrition, Nagoya University Graduate School of Medicine）
Exocrine pancreas not only contains acinar and duct cells, but

significant (p<0.05) pHi increase by 0.14± 0.017 (n=6).To

also a number of goblet cells. Goblet cells secrete high-examine HCO3- and CO2 transport across the apical membrane,molecular-weight glycoproteins, mucins. When mucins isbath and lumen were first perfused with HCO3--CO2 -freesecreted out of the cell and hydrated, mucins form mucus. The

Hepes-buffered solution and the luminal perfusate was

mucus layer is largely composed of glycoproteins, proteoglycans,switched to 125 mM HCO3- -5 % CO2 solution. pHi rapidly

lipids, electrolytes, and water. Thus, mucus exists on the luminal

decreased due to CO2 diffusion into the cells and cells

surface of pancreatic duct epithelial cells. However, theremained acidified. Initial pHi decline was ~36 % fasterphysiological role of mucus in pancreatic duct is largely(p<0.05) after luminal treatment with acetylcysteine (n=6). To

unknown.

examine HCO3- permeability of the apical membrane, duct

In the present study, we examined the effects of removing

cells were stimulated by forskolin (1 μM) and depolarized bymucus on HCO3- and CO2 transport in guinea-pig pancreatic

applying 70 mM K+ to the bath. When the luminal perfusate

duct cell. Interlobular pancreatic duct segments (diameter: 100-was switched to 125 mM HCO3—5 % CO2 solution, pHi

150 μm) were isolated and the lumen was microperfusedtransiently dropped and then steadily increased due to HCO3-

separately from the bath. We tried to remove luminal mucus byentry cell via CFTR. The rate of pHi increase was ~43 % faster

applying N-acetyl-L-cysteine (acetylcysteine, 6 or 12 mg/ml)(p<0.05) after treatment with acetylcysteine (n=6).

for 6 min to the luminal perfusate. Intracellular pH (pHi) was

These data suggest that removal of luminal mucus enhances
HCO3- and CO2 permeability of the apical membrane in guinea-

measured in duct cells loaded with BCECF.
When ducts were luminally perfused with 125 mM HCO3- -pig pancreatic duct cell.

5 % CO2 solution, luminal application of acetylcysteine caused（17）唾液腺からの Cl-と水分泌の維持に関与する Na+ -グルコース共輸送体活性杉田

誠 1，竹安美彩 2，村上知徳 1，寺地桃未 1，香西克之 2（1 広島大学大学院医系科学研究科･口腔生理学研究室，
2 広島大学大学院医系科学研究科･小児歯科学研究室）

糖尿病患者では唾液分泌量の減少がみられるが，減少機

ルコース濃度を 2.5 mM より低下させた場合，
および 5 mM

構には不明な点が多い。唾液腺腺房細胞では副交感神経性より上昇させた場合には水分泌速度は減少した。Na+ -グル

刺激により細胞内 Ca2+濃度が上昇し，Ca2+依存性 Cl-チャ

コース共輸送体 SGLT1 を阻害する phlorizin の投与により-ネル（TMEM16A）が開口し腺腔側へ Cl が分泌され，水分水分泌は抑制され，SGLT1 を介する細胞内へのグルコー（NKCC）
泌を駆動する。
基底側方膜の Na+-K+-2Cl-共輸送体

ス輸送は水分泌を維持するためにリアルタイムで必要と--を介する細胞内への Cl 取り込みが Cl 分泌を持続させ，水される。細胞外グルコース濃度の低下時と phlorizin 投与

分泌を維持する。本研究では摘出顎下腺の灌流標本での唾時，および逆にグルコース濃度を上昇させた際も，細胞内液分泌速度測定，および分離腺房細胞でのグラミシジン穿

Ca2+濃度上昇は影響されず，水分泌速度が減少した。細胞孔パッチクランプ解析を用い，carbachol 刺激により誘発

外グルコース濃度の上昇時とは対照的に，グルコース濃度

される水分泌の細胞外グルコース濃度とグルコース輸送

低下時には NKCC 依存的な TMEM16A を介する Cl-分泌体活性への依存性とその機構を探究した。carbachol 刺激が抑制され，水分泌が抑制されることが示唆された。

は顎下腺より持続的な水分泌を引き起こしたが，細胞外グ297

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

6．温熱生理研究会
2019 年 8 月 22 日－8 月 23 日
代表世話人：山下均（中部大学）

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）単離した脳血管/くも膜標本による炎症時のプロスタグランジン E2 産生機構の解析
北川大夢 1，伊吹京秀 2，長瀬幹英 3，岡村将汰 3，松村潔1

（1 大阪工業大学 工学研究科，2 京都府立医科大学 麻酔科，3 大阪工業大学 工学部）
（２）温熱刺激が骨格筋代謝に及ぼす影響
後藤亜由美 1，江川達郎 2，吉原利典 3，柿木亮 3，都築孝允 3，内藤久士 3，林達也 2（１中部大学 生命健康科学部，2 京都大学 総合人間学部，3 順天堂大学 スポーツ健康科学部）（３）心臓のマルチスケールな構造に備わっている温度を活用する仕組みの研究
新谷正嶺 1，樋口秀男 2，鷲尾

巧3

（1 中部大学 生命健康科学部 生命医科学科，2 東京大学 理学部 物理学科，
3 東京大学大学院

新領域創成科学研究科 人間環境学専攻）（４）暑熱順化によるマウスの自発的運動量の変化
増田雄太，丸井朱里，加藤一聖，永島計（早稲田大学 人間科学研究科 体温･体液研究室）（５）生体信号採取による温熱負荷の評価法の検討
加藤一聖 1，増田雄太 1，丸井朱里 2，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）（６）性周期が就寝中の胸部皮膚温度に及ぼす影響
丸井朱里，伊藤花歩, 永島 計（早稲田大学 人間科学学術院 体温･体液研究室）（７）Effect of menstrual cycle phase on skin temperature and thermal sensationin the feet during menthol application in young women
Yuki Uchida1，Chinami Tsunekawa1，Izumi Sato1，Keiko Morimoto2（1Women’s Environmental Science Laboratory, Faculty of Human Life and Environment, Nara Women’s University，
2Faculty of Human Life and Environment, Nara Women’s University）（８）Thermal Gradient Ring を用いたマウスの温度依存的行動解析
宇治澤知代 1，DEROUICHE Sandra1,2，富永真琴 1, 2
（1 生命創成探究センター 温度生物学研究グループ，2 生理学研究所 細胞生理研究部門）（９）ヒト褐色脂肪組織活性の日内変動
斉藤昌之 1，松下真美 2，二連木晋輔 3，坂根直樹 3，李相逸 4，若林斉4（1 北海道大学，2 天使大学 看護栄養学部栄養学科，
3

京都医療センター 予防医学研究室，4 北海道大学 工学研究院 環境人間工学研究室）（10）介護者と利用者の視点から見た高齢者施設の夏期の温熱・におい環境について横江

彩 1，光田恵 2（１中部大学 工学部，2 大同大学 工学部）

（11）褐色脂肪細胞およびベージュ細胞が持つ新たな可能性 〜尿路結石形成の抑制〜
杉野輝明 1，田中勇太郎 1，海野岡田淳志 1，最上怜 1，田口和己 1，濵本周造 1， 安藤亮介 1，
徹 1，郡健二郎 1，山下

均 2，安井孝周 1（1 名古屋市立大学大学院 医学研究科 腎･泌尿器科学分野
2 中部大学298

生命健康科学部 生命医科学科）

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（12）CREG1 の病態生理学的役割の解明
山下均 1，橋本理尋 2，竹内環 1，遠藤優貴 1，後藤亜由美 1,

片岡直也 3，岡田只士 4，向井貴子 5，楠堂達也 5（1 中部大学 生命健康科学部，2 旭川医科大学 CARE，3 名古屋大学大学院 医学研究科,
4 富山県立大学

工学部，5 帝塚山学院大学 人間科学部）（13）ハムスターにおける褐色脂肪組織の生後発達と恒温性の獲得
岡松優子 1，坪田あゆみ 1，長屋一輝 1，前潤之助 1，小林純子 2，木村和弘 1（1 北海道大学大学院 獣医学研究院，2 北海道大学大学院 医学研究院）（14）マウス Torpor の近交系での比較
吹田晃享 1,2，砂川玄志郎 2，森松博史 1，高橋政代 2（1 岡山大学大学院 医歯薬総合研究科 麻酔･蘇生学分野，
2 理化学研究所

網膜再生医療研究開発プロジェクト）（15）Cold-inducible RNA-binding protein の冬眠様選択的スプライシング調節機構の解明
堀井有希 1，島岡弘樹 1，堀井和広 1，椎名貴彦 1，志水泰武 1,2（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

生命の鎖統合研究センター(G-CHAIN) ）（16）マウス日内休眠を制御する神経回路の解析
山口裕嗣（名古屋大学 環境医学研究所 神経系分野 2）（17）シリアンハムスターの脳内で産生される硫化水素の体温に及ぼす影響
渡邊正知，門田麻由子，田村豊（福山大学 薬学部)

【参加者名】
斉藤昌之・岡松優子（北海道大学），永島希（奈良女子大学），砂川玄志郎・吹田晃享（理化学研

計・丸井

朱里・加藤一聖・増田雄太（早稲田大学），松田真由美

究所），眞野博彰（情報通信研究機構），松村（国際医療福祉大学），志水泰武・堀井有希（岐阜大学），川大夢（大阪工業大学），渡邊正知（福山大学），中村山下康平（トヨタ紡織 ㈱ ），富永真琴・齋藤均・横江彩・新谷正嶺・後藤亜由美・遠藤優貴（中部大学），中村和弘・山口裕嗣（名古屋大学），杉Sandra・宇治澤知代・李野輝明（名古屋市立大学），中村

Nguyen Thi Hong Dung・鄧毅（小山田記念温泉

潔・北茂・Derouiche

天邦・水藤拓人・Feng Xiaona・
香梅・Deveci Aykut・雷晶・

Boudaka Ammar（生理学研究所）

病院），岩崎有作・大林健人（京都府立大学），内田有【概要】
2019 年度の温熱生理研究会（代表中部大学・山下 均

就寝中の胸部皮膚温から性周期の基礎体温を推定でき（以下敬称略））には温熱生理学の研究者が参集し，２ることを報告した。内田は若齢女性足指へのメントール

日間にわたって１７題の研究成果発表と活発な討論が塗布が皮膚温並び温度感覚に及ぼす影響を排卵期との行われた。

関連から示した。宇治澤は circular thermal gradient 装置を

北川はラット脳血管では炎症時 PGE2 産生における用いて各種 TRP-KO マウスの温度感受性の違いを明らか

AA 供給にカナビノイド系が関わる可能性を示した。後にした。斎藤はサーモグラフィー褐色脂肪評価法により

藤はラット単離筋への温熱刺激は AMPK 活性化を介し褐色脂肪活性の日内変動を報告した。横江は高齢者介護て糖取込を促進すること，新谷は温度依存的な自律振動

施設における温熱環境とにおいの関係について解析結特性が心拍を支える重要因子であること，増田は暑熱環果を報告した。杉野は褐色・ベージュ細胞の尿路結石抑境下における自発運動と体温変化に対する順化の影響

制作用に関する知見を紹介し，山下は褐色脂肪化を促進を其々示した。また装着型センサーを用いて，加藤は暑する内分泌因子 CREG1 に関する成績を報告した。岡松

熱下運動時の体温上昇と心血管系負荷との関連，丸井ははハムスター褐色脂肪組織の生後発達と恒温性獲得と299

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告の関連を示した。吹田は２種類のマウス ES 細胞を用いと，渡邊はグリア細胞で産生される硫化水素がハムスタて生育温度による増殖と糖消費速度の違いについて，堀ーの休眠時体温を制御する可能性を報告した。いずれの井はハムスターの温度感受性 RNA 結合蛋白の遺伝子調報告においても有意義な議論がなされ，懇親会において節機構について報告した。また山口は視床下部視索前野も議論が継続された。

の TRPM2 神経活性化が日内休眠の誘導に必要であるこ（1）単離した脳血管/くも膜標本による炎症時のプロスタグランジン E₂産生機構の解析
北川大夢 1，伊吹京秀 2，長瀬幹英 3，岡村将汰 3，松村潔1

（1 大阪工業大学 工学研究科，2 京都府立医科大学 麻酔科，3 大阪工業大学 工学部）【目的】炎症時の発熱と痛覚過敏には，脳内 Prostaglandin【方法】雄ラットの後肢皮下に完全フロイントアジュバン

E2 (PGE2) が関わっている。炎症時の PGE2 産生に用いらトを投与した。24 時間後にラット脳から脳血管/くも膜をれる Arachidonic acid (AA) の供給には，従来から考えら単離し，各種酵素阻害剤またはその溶媒存在下で培養した。

れていた Phospholipase A2 ではなく，カナビノイド分解

培養液中に放出された PGE2 を ELISA により測定した。

酵素 Monoacylglycerol lipase (MGL) が関わるという説が【結果・考察】単離培養を行なった脳血管/くも膜におい2015 年に発表された。一方私達はこれまでの研究から，て，Cyclooxygenase-2 阻害では有意な PGE2 量減少が見ら

炎症時の PGE2 の産生の場は脳血管内皮細胞と考えていれた。しかしカナビノイド系酵素である Diacylglycerolる。しかし脳血管での PGE2 産生にカナビノイド系が関lipase-α, β 及び MGL の阻害では有意な減少は確認できな

わっているかは不明である。そこで本研究では単離脳血かった。このことから，少なくとも脳血管においては炎症管の PGE2 産生に対するカナビノイド系酵素阻害剤の効時の AA 供給に，カナビノイド系が関わっている可能性は果を検討した。

低い。

（2）温熱刺激が骨格筋代謝に及ぼす影響
後藤亜由美 1，江川達郎 2，吉原利典 3，柿木亮 3，都築孝允 3，内藤久士 3，林達也 2（1 中部大学 生命健康科学部，2 京都大学 総合人間学部，3 順天堂大学 スポーツ健康科学部）
食生活の欧米化や運動不足などの生活習慣により，糖こで本研究では，温熱刺激が骨格筋代謝活性に及ぼす影

尿病有病者数は増加の一途を辿っている。さらに加齢は響について詳細に検討し，糖尿病の治療や予防となる新糖尿病の発症危険因子の一つであり，超高齢社会を迎え

規治療法への基礎資料を得ることを目的とした。in vitro

た我が国にとって糖尿病の予防・治療は解決すべき最重におけるラット単離筋への短時間の温熱刺激は，骨格筋要課題である。これまでに，入浴や遠赤外線サウナなど

細胞内エネルギー低下に伴う 5’-AMP-activated proteinの温熱刺激が糖尿病患者の血糖値を減少させること，さkinase (AMPK) α の活性化を介した骨格筋糖輸送活性をらにラット単離筋に温熱刺激を与えることで骨格筋糖促進した。さらに，in vivo における加齢マウスへの長期輸送が亢進することが報告されている。したがって，生間の温熱刺激は，血中インスリン濃度を低下させること

体への温熱刺激が骨格筋糖輸送を活性化させ，全身の糖が明らかとなった。したがって本研究の結果は，温熱刺

代謝を改善することが考えられるものの，温熱刺激によ激が糖尿病など糖代謝疾患の治療や予防を目的とした

る骨格筋糖輸送活性の亢進メカニズムは不明である。そ

新規治療法になる可能性を示唆することが考えられる。

300

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（3）心臓のマルチスケールな構造に備わっている温度を活用する仕組みの研究
新谷正嶺 1，樋口秀男 2，鷲尾

巧3

（1 中部大学 生命健康科学部 生命医科学科，2 東京大学 理学部 物理学科，
3 東京大学大学院

新領域創成科学研究科 人間環境学専攻）

を妨げる，収縮活性の維持を支えていることが示唆され

近年，心臓から単離した，心筋の収縮ユニット（サルる。

コメア）の構成単位である細いフィラメントとミオシン分子を用いた滑り運動評価の実験で，細いフィラメント

そんな環境下で，心臓は如何にして速やかな弛緩を行とミオシンの相互作用，力発生の機構は，35 °C 以上の温い，頑強で持続的な心拍リズムを生み出すのか，我々は，度であれば，トロポニン，トロポミオシンが存在し，カ発見した現象，温めた心筋細胞内のサルコメアが，細胞ルシウムイオンが不在の状況でも発生することを明らの自発的なカルシウム濃度変動に応答しつつも一定周

かにすることが出来た。心臓を収縮させるために連続し期の収縮・弛緩を繰り返すようになる事実に注目し，ミて起こり続けるカルシウム濃度上昇による残留カルシ

オシン分子の化学力学反応に基づくマルチスケールな

ウ ムの存在や，心臓の動きに伴うメカノレセプター

心拍シミュレーションモデルと実験事実の比較研究を（TRPV2 等）の開閉によるカルシウム流入の効果から，行った。その結果，サルコメアに備わった温度依存で顕心臓は弛緩期にもカルシウム濃度が一定濃度残ってお在化する自律振動特性が心拍を支える重要な因子であり，完全な弛緩はしていないと指摘されていたが，深部ることを示唆する結果を得た。

体温の温かさが，さらに輪をかけて弛緩期の完全な弛緩

（4）暑熱順化によるマウスの自発的運動量の変化
増田雄太，丸井朱里, 加藤一聖,

永島計（早稲田大学 人間科学研究科 体温･体液研究室）
暑熱下での運動は体温の上昇をきたし，運動の自発的（Pre-25 °C）を行い，自発運動の走行距離を測定した。

な停止の原因となる。この原因として，広義の運動疲労

両試行後に 33 °C の環境で 14 日間暑熱暴露し，暴露後にが関わっていると推測されている。ヒトでは，暑熱順化

同様の試行（Post-33 °C，Post-25 °C）を行った。

により運動時の心理的疲労感が低下することが報告さ

暗期中の走行距離は Pre-33 °C 試行で有意な低値を示しれているが，定量的な解析はなされていない。本研究でた（Pre-33 °C, 8.98±0.86 km vs Pre-25 °C, 13.68±1.18 km;

はマウスを用いて暑熱順化に伴う広義の疲労感低下のPost-33 °C, 14.73±1.32 km; Post-25 °C, 14.50±0.66 km）。
暑熱暴露後に暑熱下における走行距離が上昇したこメカニズム解明の一助とすることを目的とした。
C57BL/6J 雄マウス 12 匹を 25 °C の環境温で飼育し，とから，暑熱順化により環境温度の上昇に対する自発的

ケージ内にランニングホイールをおき自発運動をさせ運動の抑制が軽減することが示された。また，皮膚からた。最初に 1 日の暗期中 6 時間に 33 °C の暑熱暴露とすの温度入力に起因するヒトの運動疲労モデルとしてマる試行（Pre-33 °C），および環境温を変化させない試行

ウスが使用できる可能性が示唆された。

301

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（5）生体信号採取による温熱負荷の評価法の検討
加藤一聖 1，増田雄太 1，丸井朱里 2，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）
暑熱環境における運動は労作性熱中症の危険性を高

人工気候室内にて暑熱条件（35 °C, 65 % RH），対照条件

める。熱中症の完全な予防には深部体温のモニタリング（25 °C, 30 % RH）においてトレッドミル走行運動を行が望ましいが実際の運動現場においては難しい。我々はった。運動は 6 - 8 分間の負荷漸増運動（4 - 10 km/h）とこれまでに運動の現場においてウェアラブル生体セン

2 分間の立位安静を交互に繰り返す 46 分間の間欠的運サーを用いて体幹部加速度，心拍数の連続測定を行って動を行った。運動中の直腸温度，心拍数および体幹部加きている。これらのパラメータは湿球黒球温度（WBGT）

速度を測定した。

により評価した環境条件によって変化することが示唆

暑熱条件において対照条件と比較して有意な直腸温されたが，その生理学的なメカニズムは明らかでない部

度の上昇が見られた。また，暑熱条件において立位安静分が大きい。本研究では実験室内において運動現場での時の心拍数が対照条件と比較して高値を示した。この安運動を模したトレッドミル運動により，これらのメカニ

静時心拍数の変化は，深部体温に上昇に伴ってみられ，ズムを明らかにすることを目的とした。

原因として暑熱下での運動の継続による脱水に伴う心健康な男性 10 名を対象として実験を行った。実験は血管系への負荷の増大によるものと考えられる。

（6）性周期が就寝中の胸部皮膚温度に及ぼす影響
丸井朱里，伊藤花歩，永島計（早稲田大学 人間科学学術院 体温・体液研究室）
女性の体温は，女性ホルモンの作用により，約 1 ヶ月の床後，市販の基礎体温計を用いて舌下温度を測定するこ性周期の中で排卵日を境に，低温期と高温期の二相に分かとで基礎体温とした。また，布団内部に温度ロガー1 つれる（基礎体温）。先行研究より，安静時の体幹部の皮膚を固定させて 15 分毎に測定することで，各被験者の測温度は，直腸温度と有意に相関すると報告されている。ま定環境温度をモニタリングした。測定期間は，月経開始

た就寝中の女性では，体幹部である胸骨と乳房の皮膚温度

日から次の月経開始日までの約 1 ヶ月間とした。

が二相性を示すことが明らかになっているが，基礎体温と被験者内において就寝中の胸部皮膚温度と起床後の相関するかは明らかでない。そこで本研究では，性周期と舌下温度には有意な正の相関が認められた。さらに，低

就寝中の胸部皮膚温度に関連があるか検討した。

温期と高温期に 0.5 °C 程度の差がみられた被験者におい被験者は 20-34 歳，月経周期が比較的安定している健ては，同様の差が胸部皮膚温度でも確認された。本研究

康な女性 26 名を対象とした。左胸下部に直径 1.5 cm のより，性周期は就寝中の胸部皮膚温度に影響を及ぼすこ温度センサ付きロガーが固定された衣類を毎就寝時にとが示唆された。また，就寝中の胸部皮膚温度からも，装着し，就寝中に 15 分間隔で皮膚温度を測定した。毎起

基礎体温の推定が可能であると考えられた。

302

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（7）Effect of menstrual cycle phase on skin temperature and thermal sensationin the feet during menthol application in young women
Yuki Uchida1，Chinami Tsunekawa1，Izumi Sato1，Keiko Morimoto2（1Women’s Environmental Science Laboratory, Faculty of Human Life and Environment, Nara Women's University
2Faculty of Human Life and Environment, Nara Women’s University）

pressure monitor, and VAS scale were examined at 25 C.

The feet are sensitive to cold stimulation. Menstrual cycle
affected skin blood flow in the great toe during mild cooling of

After application of the 0.5% menthol solution to the right foot,the sole in young women (Uchida et al., 2018, J Physiol Sci);

the measurements were continued for 20 min. The skinhowever, it was not investigated the effect of menstrual cycle

temperature of the second and third right toes in the preovulatory

phase on skin temperature and thermal sensation in the feet via

phase were lower than that in the luteal phase. The skin

TRPM8 that is a peripheral cold receptor. Menthol was used as

temperature of the little right toe in the preovulatory phase wasan agonist of TRPM8 in the present study. The aim of thelower than that in the luteal and menstrual phases. No significant

present study was to investigate the effect of menstrual cycle

differences were observed in the skin temperature of the dorsum

on skin temperature and thermal sensation of the foot duringof right foot, cutaneous Laser-Doppler flow in the right great toe,menthol application in young women.

tympanic temperature, blood pressure, heart rate, thermal
sensation and pleasantness among the phases.

The skin temperature and partial cutaneous blood flow in thefoot, tympanic temperature, blood pressure, heart rate, thermal

The menstrual cycle phase did not affect the skin temperaturesensation and pleasantness during the preovulatory, luteal, andin the dorsum of the foot and thermal sensation, but it affected

menstrual phases during menthol application in young womenthe skin temperature in some toes during menthol application.

using thermography, laser Doppler flowmetry, a digital blood（8）Thermal Gradient Ring を用いたマウスの温度依存的行動解析
宇治澤知代 1，DEROUICHE Sandra1,2，富永真琴 1,2（1 生命創成探究センター 温度生物学研究グループ，2 生理学研究所 細胞生理研究部門）
生物は適した温度環境を選択し，極端に高い温度や低度勾配の分解能に欠け，装置の形状からマウスの端を好い温度を避けて生存している。温度感受性 TRP チャネル

む性質などが結果に反映される可能性があった。今回，は，それ自体が温度を感知することが知られている。温

新しく circular thermal gradient 装置を用いた TRP チャネ

度感受性 TRP チャネルには 10 の活性化温度閾値の異なル 欠 損 マ ウ ス の 行 動 テ ス ト の 結 果 を 得 た 。 Thermal

るものが存在する。しかし，温度が引き起こす行動に，

Gradient Ring (TGR) 装置はより高い温度分解能を有し，温度感受性 TRP チャネルがどのようにして関与していより多くのデータを得ることができる。さらに装置が輪るのかは不明な点が残されている。マウスが不快に感じ状なため，マウスが端を好んで移動する問題を排除できる温度に対する忌避行動テストや温度選択テストはこる。この装置を用いて TRP チャネル欠損マウスの温度選れまでにもいくつか報告されてきた。これらは two-

択性を解析し，TRP チャネルの温度行動への関与性を見temperature choice assay または linear temperature gradient

出したい。

assay として解析されてきた。しかし，これらの装置は温303

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（9）ヒト褐色脂肪組織活性の日内変動
斉藤昌之 1，松下真美 2，二連木晋輔 3，坂根直樹 3，李相逸 4，若林斉4（1 北海道大学，2 天使大学 看護栄養学部 栄養学科,
3 京都医療センター

予防医学研究室，4 北海道大学 工学研究院 環境人間工学研究室）

目的：体温を始めとして多くの生理機能は，体内時計

結果と考察：CIT は朝夜共に BAT 高活性者の方が低活が環境因子に同調しながら日内変動し，その乱れが様々

性者よりも高く，CIT に対する BAT の寄与が確認されな疾病を誘発する。褐色脂肪組織（BAT）は，非震え熱た。朝と夜で比較すると BAT 高活性者では朝の方が夜産生活性によって体温やエネルギー代謝の自律的調節

よりも高かったが，低活性者では有意差が無かった。鎖に関わっているが，その量や活性変動，特にヒトでの日骨上窩部（BAT 部）と胸部（非 BAT 部）の体表温を比内変動についてはほとんど知見が無い。本研究では，寒較すると前者の方が高く，その差は BAT 活性と正相関

冷暴露時の BAT 熱産生（CIT）と体温応答の日内変動にしたが，寒冷暴露後の応答は朝の方が夜よりも大きかっ

ついて検討した。

た。

方法：健常成人男性 23 名を対象に朝 8～10 時と夜 7～

これらの結果は，human calorimeter での結果（ヒト BAT

9 時に 90 分間の寒冷暴露（27 °C→19 °C）を行い，CITが朝食後の熱産生や脂肪酸酸化に寄与する）とも一致し（呼気分析）と体表温（サーモグラフィ）の測定を行い，ており，ヒト BAT の活性が日内変動し，朝の方が夜より

FDG-PET/CT で評価した BAT 活性と比較検討した。

も高いことを示している。

（10）介護者と利用者の視点から見た高齢者施設の夏期の温熱・におい環境について横江１.

彩 1，光田恵 2（1 中部大学 工学部，2 大同大学 工学部）

コンを設置し，設定温度は外気温に応じて 26-28 °C とはじめに

高齢者施設には，入所者である高齢者のみならず，介し，室内が 28 °C 以上になると ON にしていた。施設 B

護者である若年者も滞在し，異なる生理・心理反応を有ではビル用マルチエアコンを設置し，設定温度は 27 °C

した高齢者と若年者が滞在しているが，双方に着目したとし常時運転していた。施設 A の換気回数は 2.6 回/h 程

研究は少ない。一方，高齢者介護環境のにおいについて

度，B では 1.9 回/h 程度であった。本調査は 2017 年夏期

は，介護者からの改善要求が高く，対象となるにおいのに行った。温熱環境は連続，一日計測を，におい環境は，種類は，「便臭」「尿臭」「体臭」である。においの発一日計測のみ実施した。

生は温熱環境と関係すると考えられるが，施設調査にお３.

いて，両者の測定結果の相互関係についての検討はなさ

３．１ 高齢者と介護者双方の視点かられていない。そこで本研究では，温熱環境とも影響する

高齢者の活動量は約 1.0 [met]，介護者は 1.0~5.0 [met]と考えられるにおい環境についても同時に調査を行い，の活動量を計測しているため，同じ温熱環境下では高齢におい環境の実態と温熱環境との相互関係についても者の PMV が低くなった。同じ場所にいる介護者と高齢調査を行った。

者とでは活動量の低い高齢者にとっては温熱的に快適

２.

結果範囲である室内温熱環境であっても，活動量の高い介護

調査概要

対象施設は，愛知県春日井市にある施設 A（小規模特者にとっては，「暑く」「不快」になる可能性があった。

別養護老人ホーム）と施設 B（介護老人保健施設）であ

３．２ 快適推奨範囲

った。施設 A はユニット型ケア，施設 B は従来型のケア

高齢者に配慮した温熱環境評価基準値は，夏期には居である。施設 A では家庭用エアコン，ビル用マルチエア

間・食堂団欒室にて 25±2 [°C] と設定している。湿度は304

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

建築物環境衛生管理基準に基づき 40~70 [％RH] を適切[㎥/h]，施設 B では 7,560 [㎥/h] が得られた。施設 A では範囲とすると高齢者の推奨範囲を作成できた。成人に対現状の 2.6 回/h よりも 6.3 倍の換気量を必要とし，施設 B

しては，27±2 [°C]，同じく 40~70 [％RH] が快適推奨範

は現状の 1.9 回/h で必要換気量を満たした。
施設 A は温熱環境では大幅に推奨範囲を超えており，

囲である。施設 A および B の期間内温湿度の結果から施におい環境では現状の 6.3 倍の換気量を必要としていた。

設 A は大幅に推奨範囲を超えていた。
３．３ 温熱環境とにおい環境との関係

一方，施設 B では温熱環境は推奨範囲内にある部分があ発生源はにおい評価と臭気成分分析の結果から，定常的り，におい環境は必要換気量を満たしていた。つまり，に汗臭と建材臭であると推定した。臭気発生量（OER），

温熱環境として厳しい状態であるとにおいの発生につOER[㎥/h] ＝（臭気濃度）×（換気量[㎥/h]）を求めた結

ながり，より換気量が必要となる。今後データの蓄積が果，施設 A では 192,780 [㎥/h]，施設 B では 75,600 [㎥/h]必要であるが，温熱環境がある程度適切に保たれていれとなった。日本建築学会臭気規準から談話室では，臭気濃ば 2 回/h 程度の換気回数で良いと考える。

度 10 が推奨値であるため，
必要換気量は，
施設 A は 19,278（11）褐色脂肪細胞およびベージュ細胞が持つ新たな可能性 〜尿路結石形成の抑制〜
杉野輝明 1，田中勇太郎 1，海野岡田淳志 1，最上怜 1，田口和己 1，濵本周造 1，安藤亮介 1，
徹 1，郡健二郎 1，山下

均 2，安井孝周 1（1 名古屋市立大学大学院 医学研究科 腎･泌尿器科学分野，
2 中部大学

生命健康科学部 生命医科学科）与した（Control, CL）。投与 6 日目から GOX 80 mg/kg を

背景：腎結石は血尿や腹痛などの症状を呈するが，時並行して投与し，腎結石を形成させた。

として腎不全に至ることもある。近年，腎結石とメタボ
リックシンドロームの深い関連が指摘されており，私た

結果：研究 1：X-BAT では Sham と比較して，腎結石

ちは，抗肥満作用を持つ褐色脂肪細胞およびベージュ細形成量が有意に多く，腎の定量 PCR で炎症性マーカーの胞が，腎結石形成を抑制する可能性があると考えた。

発現が高かった。研究 2：CL では，精巣上体・鼠蹊部脂方法：研究 1：8 週齢雄 C57BL/6 マウスを，褐色脂肪肪におけるベージュ細胞への分化を認め，Control と比較

組織の除去または Sham 手術を行う群に分けた（X-BAT,して腎結石形成量が有意に少なく，腎の定量 PCR で炎症

Sham）。術後 3 週目からグリオキシル酸（GOX）80 mg/kg

性マーカーの発現が低かった。

を 6 日間腹腔内投与し，腎結石を形成させた。研究 2：7

結論：褐色脂肪細胞およびベージュ細胞は，腎の抗炎

週齢雄 C57BL/6 マウスを，生理食塩水または CL316243

症作用を通して結石形成を抑制する可能性がある。

を投与する群に分け，各々1.0 mg/kg を 12 日間腹腔内投（12）CREG1 の病態生理学的役割の解明
山下均 1，橋本理尋 2，竹内環 1，遠藤優貴 1，後藤亜由美 1,

片岡直也 3，岡田只士 4，向井貴子 5，楠堂達也 5（1 中部大学 生命健康科学部，2 旭川医科大学 CARE，3 名古屋大学大学院 医学研究科,
4 富山県立大学

工学部，5 帝塚山学院大学 人間科学部）

我々は褐色脂肪細胞の分化を促進する新規因子としgenes 1(CREG1)を同定した。現在までに CREG1 は，１）て分泌糖タンパク質 Cellular Repressor of E1A-stimulated

白色脂肪細胞の分化には影響しないが，褐色脂肪細胞の305

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

分化をオートクリン/パラクリンに促進すること，２）

どが明らかとなっている。しかしながら，褐色脂肪化を

Ucp1 ばかりでなく Fgf21 の mRNA 発現も促進すること，促進する作用メカニズムの詳細については未だ不明な

３）褐色脂肪分化において甲状腺ホルモン T3 の作用を点が多く，CREG1 のベージュ細胞の分化促進作用につい代償すること，４）IGF2 受容体と RXRα と結合するこても明らかではない。今回の発表では，これらの点につと，５）動物実験においても CREG1 は白色脂肪組織のいて検討した成績を示し，CREG1 の病態生理学的役割に

褐色脂肪化を促進し，食事誘導性肥満を改善することなついて考察したい。

（13）ハムスターにおける褐色脂肪組織の生後発達と恒温性の獲得
岡松優子 1，坪田あゆみ 1，長屋一輝 1，前潤之助 1，小林純子 2，木村和弘 1（1 北海道大学 大学院獣医学研究院，2 北海道大学 大学院医学研究院）
褐色脂肪組織は体温維持に重要な非震え熱産生の部に小型で脂肪滴を持たない褐色脂肪細胞の前駆細胞が位である。褐色脂肪組織による熱産生は新生児期の体温出現し，日齢とともにその数が増加した。14 日齢頃には調節にも重要であるため，ほとんどの動物種は出生時に前駆細胞が組織全体を占め，その後前駆細胞が褐色脂肪

機能的な褐色脂肪組織を有している。しかし，冬眠動物

細胞へと分化して 16 日齢頃には褐色脂肪組織としてのであるハムスターにおける褐色脂肪組織の形成機構は形成が完了した。完了と共にハムスターは室温 23 度に独特で，出生時には褐色脂肪組織を持たず，出生後に形おいて体温を維持できるようになった。組織形成過程は成される。本研究ではハムスターの褐色脂肪組織の生後

環境温度の影響を受けるものの，転換のタイミングには発達機構について検討を行った。多くの動物種で褐色脂

予めプログラムされた細胞自律的な制御機構が存在す

肪組織が存在する肩甲間の部位には，出生時には肉眼的る可能性が示唆された。ハムスターは出生後に褐色脂肪に白色の脂肪組織が存在し，大型の脂肪滴を有する白色組織が形成されると共に恒温性を獲得すると考えられ脂肪細胞で占められていた。生後 5 日目頃に組織の辺縁た。

（14）マウス Torpor の近交系での比較
吹田晃享 1,2，砂川玄志郎 2，森松博史 1，高橋政代 2（1 岡山大学大学院医歯薬総合研究科 麻酔･蘇生学分野
2 理化学研究所

網膜再生医療研究開発プロジェクト）

レイン（STM2）と，ほとんど体温が下がらないストレイ

マウスは危機的状況（冬期や飢餓など）に陥ると能動ン（MYS/Mz）が見つかった。

的に基礎代謝を低下させる休眠を行う。休眠中は酸素消次にマウス ES 細胞を樹立し，細胞増殖や糖消費速度

費が抑制され低体温となる。
近交系 C57BL/6J（以後 B6J）は餌なし外気温 20 °C の条の生育温度による差の測定を試みた。まず B6J および件で 24 時間以内に休眠を効率よく誘導できた（Sunagawa

STM2 由来のマウス ES 細胞が樹立できたため，2 種類の

et al., 2016）。B6J と遺伝子的に似ている C57BL/6N（以後ストレインで比較した。フィーダーフリーで培養維持し，B6N）で同様に休眠中の酸素消費および体温を調べたとこ

3 種類の培養温（37 °C，34 °C，31 °C）へ移動し 2 日間

ろ，B6N の方が休眠時の体温が高く，酸素消費の抑制が少培養した後に細胞数と培地中の糖濃度を測定した。得らないことが分かった。

れたデータから，細胞の倍化時間及び糖の消費速度をハ

さらに，B6J と B6N 以外の近交系マウス 6 ストレイン

イパーパラメータ化し推定した。
見積もられたパラメータからは，倍化時間に関してはで比較した。休眠時の体温が外気温近くまで下がるスト

306

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

B6J と STM2 で差が少なかったが，糖の消費速度に関し

くい傾向があった。

ては STM2 の方が B6J に比して温度による変化を受けに（15）Cold-inducible RNA-binding protein の冬眠様選択的スプライシング調節機構の解明
堀井有希 1，島岡弘樹 1，堀井和広 1，椎名貴彦 1，志水泰武 1,2（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

生命の鎖統合研究センター(G-CHAIN)）

一部の哺乳動物は，低温環境下で体温を低下させる冬的に低体温とし RT-PCR 法を行った。平常時の臓器では眠を行なう。冬眠時には，低体温による障害は起こらな

CIRP 遺伝子から複数のスプライシングバリアントが発い。したがって，冬眠動物には低体温耐性メカニズムが現していた。一方，低温時には冬眠様のスプライシング

存在していると考えられる。我々は，冬眠中のシリアンパターンが観察された。この結果は，CIRP のスプライシ

ハ ム ス タ ー に お い て ， 低 温 耐 性 能 と 関 連 す る cold-

ングレベルでの調節は，冬眠時特有の機構ではないこと

inducible RNA-binding protein (CIRP) の発現動態を明らを示唆する。また，無処置のマウスから採取した白血球かとした。RT-PCR 法を用いた結果，ハムスターの冬眠を用い，温度低下の直接的な影響を in vitro で調べた。白時には，CIRP 遺伝子の発現がスプライシングレベルで変血球を低温にすると冬眠様のスプライシングが認めら化することが明らかとなった。そこで，非冬眠動物におれたため，温度低下が直接的な要因であることが明らかいても同様の選択的スプライシング調節が存在するかとなった。

を検証した。マウスを麻酔下で冷却することにより強制（16）マウス日内休眠を制御する神経回路の解析
山口裕嗣（名古屋大学 環境医学研究所 神経系分野 2)
ハムスターやリスは，冬季に基礎代謝を大きく低下さ

hypothalamus）に強いシグナルがみられた。また DMH のせ冬眠する。動物が示す能動的な低体温・低代謝状態をリン酸化 S6 陽性細胞は主に VGAT 陽性の GABA 作動性

torpor（休眠）というが，冬季に長期間に渡り torpor に入神経であった。この DMH-GABA 作動性神経の脱分極をることが冬眠の定義である。torpor は，げっ歯類，霊長類

阻害すると寒冷環境で絶食させてもマウスは torpor に入を含めた恒温動物で広く見られるが，どのようにして動らないことから，この神経の活性化が torpor の誘導に必物が torpor に入るのかそのメカニズムは全く不明である。

須であることがわかった。次いで，DMH-GABA 作動性

一方，よく確立したモデル生物である C57BL/6J マウス

神経の投射先である視床下部視索前野（POA; preoptic

を寒冷環境で絶食させると daily torpor（日内休眠）と呼area）の解析を行った。POA にある TRPM2 チャネル陽

ばれる一時的な torpor 状態に入る。我々は，C57BL/6J マ性細胞を活性化すると体温が下がることが知られていウスの daily torpor をモデルとして，torpor を制御する神る。この TRPM2 チャネル陽性細胞の活動を抑制された経回路の探索を行った。まずマウスに torpor を誘導した

マウスは，寒冷環境で絶食しても torpor を起こさないこ

後，脳切片を活性化神経細胞のマーカーであるリン酸化とから，POA-TRPM2 神経細胞の活性化が torpor の誘導

S6 に対する抗体で免疫染色した。その結果，torpor をおに必須であることがわかった。

こしたマウスでは視床下部背内側部（DMH; dorsal medial307

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（17）シリアンハムスターの脳内で産生される硫化水素の体温に及ぼす影響
渡邊正知，門田麻由子，田村豊（福山大学薬学部)

我々はこれまでに，シリアンハムスター（Mesocricetus

H2S 合成酵素の一種であるシスタチオニン β 合成酵素

auratus；以下ハムスター）の冬眠時体温制御には，中枢（CBS）はグリア細胞に存在する。CBS 活性化剤の S-ア

神経系におけるガストリン放出ペプチド，アデノシン，

デノシルメチオニン（SAM）を側脳室に投与したところ，

β エンドルフィン，甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン，

用量依存性の体温低下が観察された。また，SAM の体温

およびオレキシンが関与することを明らかにしてきた。

低下は CBS 阻害剤である O-(Carboxymethyl) hydroxylamine

しかし，冬眠時体温制御における上記物質以外の関与はの前投与により抑制された。さらに SAM の投与により脳いまだ不明である。

脊髄液中の H2S 濃度が上昇することも確認された。
一方，

硫化水素（H2S）は脳内で産生され，神経調節物質とし神経細胞に存在する H2S 合成酵素を活性化しても体温低て機能することが報告されている。さらに，マウスに H2S

下は観察されなかった。

を吸入させると，体温が低下して冬眠様の低活動状態が以上の知見より，CBS によりグリア細胞で産生される

誘導されることも報告されている。そこで本研究では，

H2S がハムスターの冬眠時体温を制御する可能性が示唆

ハムスターの体温に対する脳内で産生される H2S の作用された。

を検討した。

308

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

7．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
2019 年 9 月 21 日－9 月 22 日
代表・世話人：山内敏正（東京大学大学院医学系研究科 代謝･栄養病態学）
所内対応者：箕越靖彦（生理学研究所 生殖･内分泌系発達機構研究部門）（１）食物由来中鎖脂肪酸によるグレリン抵抗性の誘導
青谷大介（名古屋市立大学大学院医学研究科 消化器代謝内科学）（２）廃用性筋萎縮モデルにおける骨格筋・肝代謝動態の連関による生体機能制御
三島優奈（徳島大学大学院医歯薬学研究部 代謝栄養学分野）（３）骨リモデリングの制御機構の解明
中島友紀（東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科 分子情報伝達学）（４）甘味とその美味しさを選択的に伝える神経細胞の発見
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）（５）幹細胞治療におけるアディポネクチン及び T-カドヘリンの意義
中村勇斗（大阪大学内分泌･代謝内科学）（６）食由来栄養シグナルと腸内環境を介した宿主エネルギー代謝制御
宮本潤基（東京農工大学大学院農学研究院）（７）アルツハイマー病の体組成変化と認知機能に及ぼす効果
櫻井孝（国立長寿医療研究センター･もの忘れセンター）（８）絶食誘導性長鎖ノンコーディング RNA の代謝調節における機能の解明
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）（９）バソプレッシンシグナルによる時差環境下での概日行動リズム制御
山口賀章（京都大学大学院薬学研究科 システムバイオロジー分野）（10）人参養栄湯による食欲促進：抗フレイルのストラテジー
矢田俊彦（関西電力医学研究所統合生理学研究部）（11）GLP-1 の自律神経反射を介した体熱産生作用
岩崎有作（京都府立大学大学院生命環境科学研究科）（12）エネルギー代謝調節機構における転写因子 IRF7 の役割
黒田雅士（徳島大学大学院医歯薬学研究部 代謝栄養学分野）（13）糖・エネルギー代謝調節における PTP1B の役割について
坂野僚一（名古屋大学大学院医学系研究科 健康社会医学専攻健康増進医学講座）（14）糖尿病におけるグルカゴン分泌障害小林雅樹（群馬大学生体調節研究所 代謝シグナル解析分野）（15）悪性腫瘍の存在が精神機能に与える影響
池田弘子（星薬科大学薬物治療学研究室）（16）高齢者疾患・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 加齢医学）【参加者名】
青谷大介（名古屋市立大学），池田弘子（星薬科大学），

岩部真人（東京大学），岩部美紀（東京大学），植田大伊藤禎浩（名古屋大学），岩崎有作（京都府立大学），

暉（星薬科大学），大林健人（京都府立大学），岡本士

309

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

毅（琉球大学），小川純人（東京大学），喜多俊文（大松本道宏（国立国際医療研究センター研究所），三島優

阪大学），北野(大植)隆司（東京農工大学），黒田雅士奈（徳島大学），三須宏武（理化学研究所/東京農工大学），（徳島大学），小林雅樹（群馬大学），阪上

満島

浩（徳島

勝（国立国際医療研究センター研究所），宮本潤孝（国立長寿医療研究センター），清水基（東京農工大学），柳沼裕史（名古屋大学），矢田俊

天幸（京都府立大学），高木博史（名古屋大学医学部付彦（関西電力医学研究所），山内敏正（東京大学），山属病院），滝岸愛実（星薬科大学），山口賀章（京都大学），米持奈

大学），櫻井啓吾（名古屋大学），田中智洋（名古屋理恵（徳島大学），土居雅夫（京都大央美（星薬科大学），菊地晶裕（生理学研究所），近藤学），中島友紀（東京医科歯科大学），長沼孝雄（国立邦生（生理学研究所），中島健一朗（生理学研究所），

国際医療研究センター研究所），中村勇斗（大阪大学），

傅

坂野僚一（名古屋大学），古橋眞人（札幌医科大学），

箕越靖彦（生理学研究所）

市立大学），堤欧（生理学研究所），堀尾修平（生理学研究所），【概要】
運動は，筋骨格系の形態と機能を制御するだけでなく，代表世話人事務局を岩部美紀が担当し，運動器／代謝

代謝をはじめ，脳神経系機能や免疫制御機能など様々な系連関に関わる若手研究者の教育と人材育成にも取り生命システムを制御し，老化をも制御する。そして，運組み，大学院生を含む若手研究者 9 名に加え，各分野の動器から分泌される分子が，生体機能に関与する一方，トップランナーとして 7 名の研究者に発表をお願いした。

破綻・異常が，逆に運動機能に影響を与える両方向的な

具体的な発表は，病態・老化・長寿における代謝制御（三関係が見出されているが，生体恒常性の制御機構として

島・櫻井・池田・小川等），ホルモンにおける代謝調節の俯瞰的理解は不十分である。

（青谷・中村・小林等），エネルギー代謝制御（宮本・本研究会においては，筋骨格系，内分泌，神経，免疫黒田・坂野等），肝臓・運動器における代謝制御（中島・等の専門家が一堂に会し，共同研究を推進することによ長沼等），中枢・神経における代謝制御（中島・岩崎・り，生命現象を理解するだけでなく，超・超高齢社会の矢田・山口等）について行った。

我が国において，健康寿命の延伸に寄与することを目的

本研究会は，シンポジウム形式で行い，最新の技術ととした。本研究会を通し，多層的オミックス，栄養学，データの共有，自由・活発な発表・議論が行われ，知見・運動生理学，加齢・老化，時計遺伝子等を網羅する異分研究技術・人的交流を深めることができ，運動器/代謝系

野連携共同研究のネットワーク形成の起点とすること連関による生体機能制御とその変容の仕組みに関するを視野に入れ，本研究会を開催した。

有機的共同研究の推進に繋がるものとなった。

（1）食物由来中鎖脂肪酸によるグレリン抵抗性の誘導〇青谷大介 1，有安宏之 2，田中智洋 1（1 名古屋市立大学 大学院医学研究科 消化器代謝内科学，
2 和歌山県立医科大学

糖尿病･内分泌代謝内科）

グレリンは，外来性に投与すると，GH 分泌促進作用，スを交配し，グレリンを過剰分泌するマウス（double Tg マ

摂食促進作用など多彩な作用を発揮することが知られてウス）を作製した。double Tg マウスの血中グレリン濃度

おり，種々の消耗性疾患への臨床応用が期待されている。

は，標準食摂餌下では野生型に比較して約 2 倍に，中鎖脂グレリンを臨床応用へ展開する上で，基礎的検討を行うた

肪酸含有食摂餌下では約 10 倍にまで上昇していた。しかめに，グレリン過剰産生マウスを作製し，摂食行動を解析

し Double Tg マウスの摂餌量は，標準食摂餌下，中鎖脂肪した。Serum-Amyroid-P promoter を用いて des-acyl グレリ

酸含有食摂餌下のいずれの条件下でも，野生型と比較してンを過剰するマウスと Ghrelin-O-acyltransferase を過剰発有意な差は認めなかった。つぎに，マウスに浸透圧ポンプ

現する 2 系統の Tg マウスを作製した。更にこれらのマウを用いてグレリンを持続的に皮下投与し，その血中濃度が310

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

非投与時の約 10 倍になるように調整すると，有意な摂食

進作用はキャンセルされた。これらの検討から，グレリン量の増加を認めた。しかしながら，このマウスに中鎖脂肪の摂食促進作用に関して，食物由来中鎖脂肪酸はグレリン酸を高濃度含有する餌を与えると，グレリンによる摂食促抵抗性を惹起することが示唆された。

（2）廃用性筋萎縮モデルにおける骨格筋・肝代謝動態の連関による生体機能制御〇三島優奈（徳島大学大学院 代謝栄養学分野）【目的】骨格筋代謝動態は加齢や疾病により変化する。

ンの mRNA 発現はギプス固定により早期から増加傾向

当研究室では代謝性疾患モデルの骨格筋において，病態にあった。骨格筋および肝臓のメタボローム解析では，発症に伴う糖代謝の低下と遊離アミノ酸濃度の上昇と骨格筋において解糖系が亢進しており，5 日後においていう筋萎縮過程の代謝変動を見出している。そこで本研も持続していた。ギプス固定 3 日後に 3H-L-ロイシンを究は，筋萎縮過程における骨格筋代謝動態を解明するこ

尾静脈投与したところ，骨格筋のロイシン取り込みは低とを目的とした。

下傾向にある一方，肝臓では増加傾向にあった。このと【方法・結果】10 週齢・雄・C57BL/6J マウスの後肢にギき骨格筋遊離アミノ酸濃度は上昇傾向にある一方，肝臓

プス固定を施し，固定から 10H・1・3・5・7 日後に剖検では低下傾向にあった。

を行った。筋湿重量は，ギプス固定 5 日後にヒラメ筋と【結論】不動化早期の骨格筋では糖代謝亢進による適応

腓腹筋において有意な減少を示した。（p < 0.01）骨格筋応答が生じる可能性が示唆された。ギプス固定後のエネの糖取り込みは，ギプス固定 3 日後に一時的に増加し，ルギー代謝には骨格筋と肝臓の臓器連関が行われてい5 日後に減少傾向，7 日後にヒラメ筋において有意に減る可能性が示唆された。

少した。(p < 0.001）GLUT1 や HIF1α，炎症性サイトカイ（3）骨リモデリングの制御機構の解明〇中島友紀（東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科分子情報伝達学，
日本医療研究開発機構 AMED-CREST 研究開発代表者）
骨は破壊と形成のバランスにより常に新しく作り替

明を目指ざし，力学的な環境変化に伴う in silico 実験とえられており，この再構築は“骨リモデリング”と呼ばin vivo 実験の融合研究に取り組んだ。力学的負荷に伴いれ，強靭な骨組織の維持のみならず，生命維持に必須な骨細胞が産生する Sclerostin の発現低下に加え，Igf1 が発

ミネラルの代謝器官である骨を巧妙に制御している。骨現誘導されることで骨形成が促進されることを見出し

リモデリングは，骨を構成する細胞，破骨細胞，骨芽細た（Sci Rep 2019）。

胞，骨細胞の細胞間コミュニケーションによって厳密に閉経に伴う骨粗鬆症において，骨細胞の細胞生命維持制御されており，この破綻が様々な骨疾患に繋がる。破が病態発症の鍵となる。我々は，骨細胞の網羅解析から

骨細胞と骨芽細胞が骨表面で機能する一方で，骨に埋没

miRNA-Semaphorin3A アクシスが，骨細胞の生存シグナ

した骨細胞は，力学的刺激やホルモンなどを感知し応答ルを制御していることが明らかにした。さらに，この生することで骨リモデリングを制御している。

存シグナルを制御するケミカルを同定し，骨疾患の新たな治療戦略を確立した（Cell Metab 2019）。

我々は，骨リモデリングの実態と破綻メカニズムの解311

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（4）甘味とその美味しさを選択的に伝える神経細胞の発見〇中島健一朗（生理学研究所 生殖･内分泌系発達機構研究部門）
摂食行動は，ヒトを含む動物にとって最も重要な本能

果を照らし合わせて精査したところ，脳幹の中でも橋結の 1 つである。なかでも，味覚は，栄養豊富な食物を積合腕傍核（PBN）とよばれる部位に味刺激に応答する神

極的に摂取し，有害な成分を忌避するなど，食物の価値

経細胞が偏在しており，転写因子の一つである SatB2 をを判断する際に大きな影響を与える。

発現している可能性が示唆された。

味覚情報は，舌を起点に脳内の複数の中継点をリレー

そこで，この神経細胞の機能を細胞種選択的除去・in

する事で認識されるが，近年，舌の上で味覚が伝わる仕vivo カルシウムイメージング・オプトジェネティクスに組みについては味覚受容体の同定を起点に研究が大きよる人工的な活性化など一連の実験により検証したとく進展した。一方，脳内で味を伝えるメカニズムについころ，SatB2 発現神経は，甘味およびそれに伴う心地よては未だ不明な点が多い。

さ（美味しさ）を選択的に伝える役割を担っている事がこのため，本研究ではマウスをモデルに，味覚情報伝判明した。マウスの橋結合腕傍核において，味覚応答神達の重要な中継点である脳幹において，味覚伝達神経の経の存在が報告されてから 40 年以上経つが，哺乳類の探索を行った。

脳内において味覚伝達神経の特定に成功したのは，本研究が初めてである。

過去に報告されている電気生理学と組織学の解析結（5）幹細胞治療におけるアディポネクチン及び T-カドヘリンの意義〇中村勇斗（大阪大学 内分泌･代謝内科学）
エクソソーム（Exo）は直径 30 – 100 nm の細胞分泌小し，心血管保護作用，骨格筋再生促進作用を発揮する。

胞であり，産生細胞の不要物排出を通じて細胞の機能維

最近，多量体 APN は細胞膜上の T-cad に結合すること

持に働くのみならず，様々な生理活性タンパクや核酸ので，Exo 産生を促進し，その作用は個体の血中 Exo レベ

細胞間伝達を媒介することで，細胞・組織・個体の恒常ルをも規定することを報告した（Obata Y, Nakamura Y et

性維持に重要な役割を果たしている。中でも近年急速にal., 2018）。本研究では，APN/T-cad システムによる Exo

臨床開発が進められている間葉系幹細胞（MSCs）移植療産生制御が間葉系幹細胞による治療効果に重要である法の治療効果は，MSCs の産生する Exo の寄与も想定さ可能性を検討した。

れており，心不全や糖尿病，移植片対宿主病など多彩な

本研究は，①hMSCs の全身投与は圧負荷心不全モデル

疾患に対して臨床的治療効果が示されている。しかしなの心機能を改善すること，②hMSCs は APN による T-cad

がら，現在これら幹細胞を用いた再生医療は初期段階でを介した Exo 産生能を有すること，③hMSCs の圧負荷心あり，効果を最大化・標準化するための投与方法や培養不全モデルへの治療効果の大部分は hMSCs の産生する方法の最適化など様々な検討が行われているものの，未Exo を介していること，④血中 APN を増加させるピオグ

だ有力な方法はない。

リタゾンの併用は間葉系幹細胞治療の治療効果を増強

アディポネクチン（APN）は 3 量体，6 量体，及び 18することを明らかにした。

量体以上の多量体を形成して脂肪細胞から特異的かつ以上の結果は，脂肪細胞由来分泌因子 APN が再生医

多量に分泌される善玉アディポサイトカインとして知療の発展に直接的に寄与し得ることを示す。また肥満にられる。様々な臨床研究より活性分子種とされる多量体伴う低 APN 血症が一因となる多くの疾患において，APN

APN は，GPI アンカー型膜蛋白 T-カドヘリン（T-cad）による全身の組織常在性 MSCs を介した Exo 産生機能のと KD=1nM の高親和性に相互作用することで組織に集積低下が病態形成に関与している可能性を示唆している。

312

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（6）食由来栄養シグナルと腸内環境を介した宿主エネルギー代謝制御〇宮本潤基，木村郁夫（東京農工大学大学院農学研究院, AMED-CREST）
食事脂質中に豊富に含まれるリノール酸（ω6 脂肪酸）

内環境と脂肪酸受容体の相互連関に着目して検討を行や α リノレン酸（ω3 脂肪酸）などの多価不飽和脂肪酸っている。我々は以前の研究で，腸内細菌によって食事（PUFAs）は，我々が生命を維持するために重要な必須

脂質中の PUFAs から代謝された食事脂質由来腸内細菌

脂肪酸であるが，ω6 脂肪酸の過剰な摂取は肥満症や炎症

代謝物が脂肪酸受容体を介して腸管バリア保護作用に性疾患などを惹起することも知られている。一方，この寄与することを明らかにしている。さらに，近年の食のような PUFAs は，細胞膜上の脂肪酸受容体に認識される

欧米化に伴う ω6/ω3 バランスの破綻が宿主エネルギー代

ことで，単なるエネルギー源としてだけではなく，生体謝と密接に関与することが示唆されているが，我々は独におけるシグナル伝達分子としての役割を果たすこと

自に，栄養環境の違いと腸内細菌叢変化に着目し，食事も明らかにされている。また，腸内細菌学の発展に伴い，脂質由来腸内細菌代謝物が宿主エネルギー代謝を制御

腸内環境の変化が宿主の生体恒常性維持と密接に関与していること明らかにした。本研究の成果は，食事–腸内することが明らかにされており，我々は食事による栄養

環境–宿主の相互連関によるエネルギー代謝異常疾患にシグナルが宿主エネルギー代謝制御に及ぼす影響を，腸対する予防・治療薬の開発に寄与することが期待される。

（7）アルツハイマー病の体組成変化と認知機能に及ぼす効果〇櫻井孝，杉本大貴，木村藍（国立長寿医療研究センター･もの忘れセンター）

中年期の肥満は認知症リスクであるが，高齢者では逆陰性）において，FDG-PET によるブドウ糖代謝（rCGM）に保護的に働く。アルツハイマー病（AD）では発症の 10と BMI との関連を調べた。MCI・早期 AD 群では，BMI

年前より体重減少がみられることが関連する可能性がは前帯状皮質，内側前頭前皮質（MPFC），眼窩前頭皮質ある。そこで私どもは，AD の体組成変化と認知機能との rCGM と正の関連を示した。体組成との関連では，FMIの関連について検討した。

は MPFC の rCGM と正の関連を示した。

国立長寿医療研究センターを受診した 60 歳以上のさらに，2335 名の高齢者を対象として，体組成と認知

4,235 名（認知機能健常（CN），軽度認知障害（MCI），

機能の関連を後向き縦断観察で調査した（FFMI,FMI を 3

AD を含む）を対象に，初診時の BMI, FFMI, FMI を測定部位に分け，MMSE をアウトカム）。FMI 低値群と比べした。男性 AD では，BMI,FEMI,FMI とも低値，女性でて，FMI 中間群，高値群では認知機能は高く維持されては BMI,FMI が低値であった。次に，脳の局在機能と体組いた（年齢，性別，教育年数，APO E4 で調整後）。上記

成との関連を調べるため，34 名の MCI・早期 AD 群（アより，AD では脂肪量が保たれているほど rCGM，認知機

ミロイド PET 陽性），55 名の CN 群（アミロイド PET

能もより高く維持されていることが示唆された。

（8）絶食誘導性長鎖ノンコーディング RNA の代謝調節における機能の解明〇長沼孝雄（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）
絶食応答は生体に必須のエネルギー代謝の恒常性維おける高血糖をきたすように，その病的亢進は代謝性疾持機構であり，間欠的飢餓などによるその適度な亢進は患の病因ともなることから，絶食応答の分子機構の解明

寿命延伸に寄与する。一方，肝糖新生の亢進が糖尿病には疾患治療法の開発および健康長寿の達成の鍵となる。

313

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

絶食応答は，これを担う代謝酵素群の遺伝子転写を介答性と GCN5-CITED2 モジュール依存性，マウス肝臓にした制御を受けている。近年我々は，こうした遺伝子転おける絶食応答性を指標として『絶食誘導性 lncRNA』の写にアセチル化酵素 GCN5 と転写コレギュレーター

探索を行い，その 1 つとして核内局在を示し，ヒトオル

CITED2 からなる核内シグナル伝達モジュールが必須でソログの存在が推定される Lnc-FR1 を同定した。初代培あることを明らかにした。また近年，長鎖ノンコーディ

養肝細胞における機能喪失／獲得実験から，Lnc-FR1 は

ング RNA（lncRNA）が新たな代謝調節因子として注目

糖新生系酵素遺伝子の転写を活性化し，糖新生の亢進にを集めている。そこで本研究では，絶食時に本モジュー必須であることが明らかになった。現在，Lnc-FR1 が絶ルを介して発現が誘導される『絶食誘導性 lncRNA』を同

食時の肝細胞において糖新生を促進する分子メカニズ

定し，その代謝調節における役割の解明を試みた。

ムを明らかにしているところであり，それについても本
発表で合わせて報告する。

我々は，初代培養肝細胞におけるグルカゴン-cAMP 応（9）バソプレッシンシグナルによる時差環境下での概日行動リズム制御〇山口賀章（京都大学大学院薬学研究科 システムバイオロジー分野）
生体は，地球の自転に伴う明暗の環境変化を予測し適そこで私たちは，概日リズムの中枢である脳の視交叉応するために，概日時計システムを獲得した。これによ

上核（SCN）を対象とした研究を行い，SCN で高発現すり，例えば起床前からコルチゾールを分泌して血糖値をるバソプレッシンの受容体である V1a と V1b を共に欠上げ，起床時にすぐに活動できる。一方で，概日リズム

損したダブルノックアウトマウスが，明暗の変動による異常は種々の病態を誘因するとされている。特に，シフ

時差症状を示さないことを見出した。また，これまでに，

トワークは疫学研究により生活習慣病のリスク要因とシフトワークの動物モデルとして，慢性時差環境下で老なることが示され，近年注目されている。これは，慢性齢マウスの死亡率が増加するという報告があったが，私的な勤務時間のシフトに伴い，食事や睡眠時間は変動す

たちは，時差症状を示さない V1aV1b ダブルノックマウ

るが，概日リズムの位相はその恒常性から安定している

スでは，行動は常に明暗リズムと一致し，生存率は WT

ため，これらの時間が乖離することが要因とされている。

マウスと比べて有意に上昇することを示した。本研究は，

しかしながら，概日リズムの恒常性の分子神経機構に関シフトワーカーの病態に対する創薬を加速させるもの

する研究はほとんどなく，根本的な対策はないのが現状と期待できる。

である。

（10）人参養栄湯による食欲促進：抗フレイルのストラテジー〇矢田俊彦，王磊（関西電力医学研究所 統合生理学研究部，神戸大学大学院医学研究科 システム生理学）

高齢者とがん患者は，しばしば，広範な心身機能の低下

与すると，摂食量と体重の低下は顕著に改善した。摂食からなるフレイル症状を呈する。複雑なフレイル症状の機亢進に中心的役割を担う視床下部弓状核ニューロペプ

序には不明な点が多く，有効な予防・治療法が無い現状でチド Y(NPY) ニューロンに対する作用を検討したとこある。そこで，食欲不振に伴うアミノ酸，グルコースなど

ろ，人参養栄湯は単離 NPY ニューロンに直接作用しての低下が筋量や脳機能の低下を招くとの視点から，最上流活性化した。NPY ニューロンの 40 %は空腹ホルモンのの食欲不振に介入してフレイル改善を目指している。

グレリンにより活性化されるが，このグレリン応答性マウスに抗がん剤シスプラチンを投与すると摂食量，

NPY ニューロンを人参養栄湯は活性化したことから，人体重が低下する。その際，漢方薬の人参養栄湯を経口投

参養栄湯がグレリンと協働して摂食を亢進することが314

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告示唆される。一方，グレリンに応答しないグレリン非応

グレリン非応答性 NPY ニューロンを活性化することに

答性 NPY ニューロン（60 %）も存在するが，人参養栄湯より食欲不振を改善する可能性がある。人参養栄湯は，はこれも活性化した。高齢者では，グレリンによる摂食

NPY ニューロンを活性化して食欲不振を解除し，心身の亢進が障害されるが（グレリン抵抗性），人参養栄湯はフレイルの改善に繋がると考えられる。

（11）GLP-1 の自律神経反射を介した体熱産生作用〇岩﨑有作 1，矢田俊彦 2, 3（1 京都府立大学大学院生命環境科学研究科，
2 関西電力医学研究所統合生理学研究センター，3 神戸大学大学院医学研究科システム生理学）（propranolol）により著しく抑制された。GLP-1 によるア

【背景と目的】
腸ホルモン glucagon-like peptide (GLP-1) は，食後に分泌ドレナリン分泌促進作用は，カプサイシンによる感覚神経が亢進し，食後生理機能である食後高血糖抑制（インスリの脱感作，及び副腎交感神経の外科的切断により著しく障

ン分泌促進）や満腹感創出に寄与することが明らかにされ害された。

ている。一方，食後の体熱産生（食事誘発性熱産生）はよ

意識下のマウスへ液体食を経口投与すると，血中 GLP-

く知られている。しかし，GLP-1 のエネルギー消費，特に1，アドレナリン，直腸温は有意に上昇した。GLP-1 受容

熱産生への関与については明らかでない。本研究では，

体欠損マウスに液体食を与えると，血中 GLP-1 は上昇す

GLP-1 の体温・エネルギー代謝調節作用，および，その機るものの，血中アドレナリン値と直腸温には全く変化がみ

序として感覚神経-副腎交感神経反射とアドレナリンの関られなかった。

与を検討した。

【結論】
外因性及び内因性 GLP-1 は，＜感覚神経-脳-交感神経＞【結果】
麻酔下ラットへの GLP-1 静脈内投与は，アドレナリン

軸を介して副腎からのアドレナリン分泌を促進し，エネル

分泌を亢進させ，酸素消費量と体温を上昇させた。GLP-1

ギー代謝亢進及び体温上昇を誘導していることが示唆さによるエネルギー代謝亢進及び体温上昇は，β ブロッカー

れた。

（12）エネルギー代謝調節機構における転写因子 IRF7 の役割〇黒田雅士（徳島大学 大学院医歯薬学研究部 代謝栄養学分野）【背景】3T3-L1 脂肪細胞における DNA マイクロアレイ

度の上昇が有意に抑制されていた。３）高脂肪食給餌および領域配列データベース GenomatixSuit©を用いたモ

IRF7 欠損マウスでは酸素消費量の増加が観察された。４）

チーフ解析によって脂肪細胞肥大化時の遺伝子発現に

皮下脂肪組織におけるミトコンドリア脱共役たんぱく

関与する転写因子を探索した。同定された転写因子 IRF7

質 UCP1 (uncoupling protein1) 遺伝子発現は高脂肪食給餌(Interferon regulatory factor 7) の生理的役割について解析

により減少するが，IRF7 欠損マウスでは UCP1 発現が維した。

持されていた。５）IRF7 の過剰発現は培養ベージュ様培【方法・結果】１）高脂肪食給餌下で IRF7 欠損マウスは養脂肪細胞における UCP1 発現を優位に抑制した。

野生型マウス比べて，体重増加や脂肪組織肥大，肝脂肪【考察】肥満によって発現誘導される転写因子 IRF7 は蓄積が顕著に抑制されていた。２）経口糖負荷試験によベージュ脂肪細胞の機能調節によるエネルギー代謝調る耐糖能評価の結果，高脂肪食給餌 IRF7 欠損マウスは節機構を介し，肥満におけるエネルギーバランスの崩壊

野生型マウスと比べて血糖値および血中インスリン濃に関与する可能性があることが示唆された。

315

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（13）糖・エネルギー代謝調節における PTP1B の役割について〇坂野僚一（名古屋大学大学院医学系研究科 健康社会医学専攻健康増進医学講座，
健康スポーツ医学 / 名古屋大学総合保健体育科学センター）
Protein tyrosine phosphatase 1B（PTP1B）は全身に発現を投与した第 2 相臨床試験の結果，有害な副作用を来す

している分子量 50kDa の酵素であり主に小胞体に局在しことなく患者の体重を有意に減らし血糖値の改善を認ている。げっ歯類において肥満の原因となる高脂肪食をめた。

摂取させると PTP1B の発現は増強することが知られてこれまでの研究で，PTP1B は脳においてエネルギーバ

いる。PTP1B はレプチンおよびインスリン受容体シグナ

ランス，肝臓において耐糖能，筋肉においてインスリンルを阻害する作用を有しており，肥満に伴う PTP1B の発感受性を調節することが報告されている。本講演では，

現増加はレプチンおよびインスリン抵抗性の原因とな

糖・エネルギー代謝調節において重要な役割を果たす

る。逆に PTP1B の発現を欠損させると両受容体シグナル

PTP1B について，視床下部ニューロンおよびグリア細胞が亢進することから高脂肪食摂取に伴う肥満形成に抵における役割を自験データに基づいて紹介し，さらに抗抗性を示し糖代謝は改善する。

PTP1B 薬がインスリン非依存性糖尿病のみならずインスリン依存性糖尿病の治療にも応用可能である知見を肥満症の内科的治療法は確立しておらず抗肥満薬の紹介する。

開発は喫緊の課題となっている。2018 年の報告で，米国で施行された肥満を伴う 2 型糖尿病患者へ抗 PTP1B 薬（14）糖尿病におけるグルカゴン分泌障害〇小林雅樹（群馬大学 生体調節研究所 代謝シグナル解析分野）
糖尿病においては食後のインスリン分泌低下に加え，ルカゴン濃度が顕著に増加することを改めて確認した。

グルカゴン過剰分泌も生じるとされている。しかし，従そこで，糖尿病病態における食後のグルカゴン過剰分泌

来のグルカゴンイムノアッセイは精度が低く，血中グルの原因を栄養素によるグルカゴン分泌刺激と考え，糖尿カゴンの変化についてのデータついての信頼性は乏し病モデルマウスに対し各種栄養素を経口投与したとこ

いものであった。この問題を克服するため，申請者らはろ，たんぱく質投与によりグルカゴン分泌が増加した。

イムノアッセイに代わる測定法として質量分析装置を

さらに分岐鎖アミノ酸（バリン，ロイシン，イソロイシ用いた高精度グルカゴン測定系を開発した。これによりン）の経口投与においても同様のグルカゴン過剰分泌がグルカゴン測定系の精度評価，およびその評価に基づく認められた。

信頼性の高いグルカゴン測定が可能となったため，糖尿これらの結果より，膵 α 細胞の分岐鎖アミノ酸(食事中病モデルマウスを用いたグルカゴン分泌動態の再検証のたんぱく質に由来する) に対するグルカゴン分泌調節を行っている。

が糖尿病では障害され，これが食後のグルカゴン過剰分
泌の一因である可能性が考えられる。

そのなかで，摂食により糖尿病モデルマウスの血中グ316

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（15）悪性腫瘍の存在が精神機能に与える影響〇池田弘子（星薬科大学 薬物治療学研究室）
がん患者では，うつ病や適応障害といった精神疾患の告されている。これらのことを考えあわせると，がん患罹患率が高いことが報告されている。一般的に，がん患者における精神疾患は，単に精神的なストレスが原因に者ではがんの告知や再発などが強いストレスとなり，精なるだけでなく，悪性腫瘍関連物質により発症する可能神疾患に繋がると考えられている。このような精神疾患

性が考えられる。そこで私たちは，悪性腫瘍の存在が精は，それ自体が問題であるばかりでなく，がん治療を行

神機能に与える影響を明らかにする目的で，脳に転移しう上でも障害となり，患者の QOL を低下させるのみなない骨肉腫 AXT 細胞を移植した担がんマウスを用いて，らず，その予後にも影響を及ぼすと考えられている。悪悪性腫瘍の存在により末梢で増加したサイトカインが性腫瘍やその周囲からはサイトカインなど様々な物質

中枢機能に影響を及ぼすか検討した。その結果，末梢由が産生され，これが異所性に働くことで全身に大きな影

来のサイトカインが中枢機能に影響を及ぼすことを示

響を及ぼす可能性が指摘されている。一方，最近では炎唆する結果が得られたため，その研究成果の詳細につい症性サイトカインが精神疾患の発症に関わることも報て紹介させて頂きたい。

（16）高齢者疾患・フレイルとホルモン〇小川純人（東京大学大学院医学系研究科加齢医学）
高齢者のフレイルは，加齢に伴う身体機能や認知機能な要因が関与している可能性が明らかになってきていの低下や臓器予備能の低下など，種々の要因によって生る。中でもアンドロゲンレベルの低下は，男性更年期障じると考えられ，要介護リスクの増大や QOL，生命予後

害（LOH: Late-onset Hypogonadism）の要因であることににも大きな影響をおよぼすことが知られている。超高齢加えて，フレイルや高齢者疾患・動脈硬化などとも関連社会を迎えたわが国において，高齢者疾患の管理ととも性を有する可能性が次第に明らかになってきている。今に，早期からの介護予防やフレイルの啓発・対策は重要回，高齢者疾患やフレイルの病態とその対策について，と考えられる。

加齢に伴うホルモン動態や栄養状態の変化，およびホル

近年，フレイルの発症や進展に，加齢に伴う栄養不良

モン補充やアミノ酸栄養をはじめとした薬物・非薬物

やホルモン・液性因子の動態変化をはじめとする，様々（運動・栄養）療法とその可能性について紹介したい。

317

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

8．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）
2019 年 8 月 26 日－8 月 27 日
代表・世話人：佐々木努（京都大学･大学院農学研究科）

所内対応者：箕越靖彦（生理学研究所）（１）呼吸が味嗅覚統合に及ぼす影響
和田有史（立命館大学）（２）「味」の正体 -味嗅覚統合の時間からのアプローチ
小早川達（産業技術総合研究所）（３）意識的および無意識的な視覚的食刺激に伴う神経活動石田梨佳（大阪市立大学）（４）嗅神経回路の形成メカニズム中嶋

藍（東京大学）（５）甘味およびそれに伴う心地よさを選択的に伝達する神経細胞の発見
中島健一朗（生理学研究所）（６）脳から末梢組織へシグナルを伝達する神経回路の解析
近藤邦生（生理学研究所）（７）食嗜好における大脳基底核神経回路機構の解析
疋田貴俊（大阪大学）（８）動機づけ行動とオレキシン神経
溝口博之（名古屋大学）（９）雌性 Mecp2 ヘテロノックアウトマウスの高度肥満発症メカニズム
福原正太（京都府立医科大学）（10）発酵調味料の匂いは上肢運動機能を向上させる箭野豊（高知大学）（11）嗅結節の食行動への関与
村田航志（福井大学）（12）混合味溶液の識別
山村知暉（朝日大学）（13）ビタミン C 欠乏と摂取行動
安尾敏明（朝日大学）（14）カルシウムによる食欲抑制
五十嵐晶帆（北海道大学）（15）ニューロペプチド Y 可視化発現マウスの作製と発現解析
中澤和雄（豊橋技術科学大学）（16）フタホシコオロギの臓器連関が体内の栄養状態および摂食行動に与える影響
福村圭介（東京大学）（17）視床下部分泌性小タンパク質 NPGL による摂食調節作用
浮穴和義（広島大学）（18）脂質と摂食
酒寄信幸（福島県立医科大学）

318

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（19）若年男女における舌への脂肪刺激が脂肪酸感受性および脂肪嗜好性に与える影響
山内優歩（奈良女子大学）（20）FGF21-Oxytocin axis と糖質嗜好性松居翔（京都大学）（21）FGF23-αKlotho 系と摂食調節
小森忠祐（和歌山県立医科大学）（22）末梢オキシトシン投与による摂食抑制作用の脳内機構の解析
岩崎有作（京都府立大学）（23）非栄養な食品因子による腸管ホルモン分泌
藍原祥子（神戸大学）（24）霊長類オルガノイド研究の最前線
岩槻健（東京農業大学）（25）疫学研究から見た人の食選択
朝倉敬子（東邦大学）（26）食に関連する 12q24 領域
五十嵐麻希（東京大学）（27）環境温度による腸内細菌叢変動が及ぼす食嗜好制御機構の探索
宇賀神道彦（東京海洋大学）（28）脂質嗜好性を担う臓器連関シグナルの探索佐々木努（京都大学）【参加者名】
藍原祥子（神戸大学大学院），朝倉敬子（東邦大学），

志村拓哉（筑波大学），上瀧将史（日本たばこ産業㈱），安藤貴史（フリーランス），五十嵐晶帆（北海道大学），

白石郁美（味の素㈱），杉山宗太郎（京都大学），鈴木未五十嵐麻希（東京大学大学院），五十嵐美樹（東京農工大

宇（八千代病院），田中智洋（名古屋市立大学），田中 都学），石田梨佳（大阪市立大学），稲葉明彦（東京農業大（名古屋大学），田中義将（生理学研究所），谷口睦男（高学），今井啓雄（京都大学），岩崎有作（京都府立大学），

知大学），十枝内厚次（至学館大学），豊原良和（高砂香岩槻 健（東京農業大学），上田修平（名古屋大学環境医料工業㈱），長阪玲子（東京海洋大学），中澤和雄（豊橋学研究所），上原優子（あおぞら在宅クリニック），宇賀技術科学大学），中嶋 藍（東京大学），中島健一朗（生

神道彦（東京海洋大学），浮穴和義（広島大学），應本 真

理学研究所），新田貴大（ハウス食品グループ本社㈱），（東京工業大学），大栗弾宏（サントリー食品インターナ

根岸剛大（ハウス食品㈱），濵野初恵（富山県立大学），

ショナル㈱），大槻智也（京都大学大学院），岡 和（豊林 美紗（京都大学），疋田貴俊（大阪大学），比良 徹

田中央研究所），岡 佳輝（雪印メグミルク㈱），加藤成（北海道大学），傅 欧（生理学研究所），深澤朋子（早樹（福島県立医科大学），金内則子（東都大学），河野通稲田大学），福島 篤（聖マリアンナ医科大学），福原正生（雪印メグミルク㈱），菊地晶裕（生理学研究所），菊太（京都府立医科大学），福村圭介（東京大学大学院），

池真和（㈱ロッテ），岸 さくら（ハウス食品㈱），河内藤井 徹（八千代病院），藤平杏子（早稲田大学大学院），

花菜子（京都大学），小早川 達（産業技術総合研究所），

堀尾修平（生理学研究所），松居 翔（京都大学），松田

小森忠祐（和歌山県立医科大学），小山博之（名古屋市立

烈士（日本たばこ産業㈱），三坂 巧（東京大学），溝口大学大学院），近藤高史（味の素㈱），近藤邦生（生理学

博之（名古屋大学），箕越靖彦（生理学研究所），宮竹 将研究所），酒寄信幸（福島県立医科大学），硲 哲崇（朝（㈱大塚製薬工場），宮本理人（徳島大学），村上太郎（至日大学），佐々木 努（京都大学），柴田諒祐（日本製粉

学館大学），村田航志（福井大学），森 紀之（同志社女㈱），清水愼太郎（ハウス食品㈱），清水彬礼（京都大学），

子大学），森本恵子（奈良女子大学），八木崇志（名古屋319生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

市立大学），安尾敏明（朝日大学），箭野 豊（土佐リハ（朝日大学大学院），吉川貴仁（大阪市立大学），和田有ビリテーションカレッジ），山内優歩（奈良女子大学），

史（立命館大学），Yu Long（NIPS Internship）

山口正洋（高知大学），山下敦子（岡山大学），山村知暉【概要】「食欲・食嗜好」をテーマに，多分野からの研究者を物学が中心だったが，生物学領域を含め，周辺領域を取集めた学際的な研究会として，第４回食欲・食嗜好の分り込んだ学際化への発展を期待させる構成となった。演子・神経基盤研究会が 8/26-27 に岡崎カンファレンスセ

題を公募しているが，会を重ねるごとに研究会の質が向ンターで開催された。今年から平日開催にしたにも関わ上している。
各セッション間の休憩時間を十分に確保し，演者へのらず，例年通りの規模の参加者が集まった。
分野横断的に集まった参加者（合計 89 名。アカデミア

追加質問や，参加者間の情報交換などに活用された。参68 名，産業界 16 名，その他 5 名）が，unpublished data

加者全員が作成したプロフィールを事前共有したため，を中心とした 28 演題（10 の口頭発表，7 の Short talk，発表者以外の強みとニーズのマッチングも休憩時間のおよび 11 のポスター発表）に対して様々な観点から議間に行われた。
参加をオープンにし，毎回新しい切り口の研究者が流論を行った。十分に討論時間を確保し，通常の学会より入する存在意義の非常に高い会になってきている。特にも多くの質疑応答が活発になされた。

産業界の研究者の参加が増えており，本会が産学連携を昨年度指摘された問題点への対策として，本年度から口頭発表を Oral と Short talk の 2 種類に分けた結果，よ模索する良い機会と認知されてきたと感じられる。
本会は，質・量ともに学術領域の学際化と変革を担う

り早期段階の研究に対する建設的なディスカッション研究会に発展してきた。来年度も，研究会と学術領域をが可能となった。

発展させるために，改善策を準備したい。

本年度は，認知科学や疫学を対象とする研究者も参加・発表を行った。これまでの研究会では，生理学・生（1）呼吸が味嗅覚統合に及ぼす影響
和田有史，天野祥吾（立命館大学），
鳴海拓志（東京大学）
本研究では，呼吸と味嗅覚統合の関連について検討し呈示した。その結果，ショ糖溶液に対する甘味強度は，た。実験では嗅覚刺激にはバニラエッセンスを，味覚刺

味覚刺激後の後鼻腔経路経由で呈示したバニラ香によ

激にはショ糖溶液を用いた。味覚刺激呈示では，溶液のって増強されることが示された。加えて，嗅覚刺激呈示

入ったシリンジを参加者に持たせ，指示に合わせてプラと味覚刺激呈示の順序を入れ替えた条件においては，嗅ンジャーを押し込ませて溶液を飲ませ，味覚強度を評価

覚呈示経路によらず嗅覚刺激による味覚増強は観察ささせた。前鼻腔経路嗅覚刺激を味覚刺激呈示前に，後鼻れなかった。つまり，嗅覚刺激による味覚増強において腔経路嗅覚刺激を味覚刺激呈示後に嗅覚刺激を呈示す

は嗅覚呈示経路および味覚と嗅覚の時間的な順序が重る条件と，反対に，前鼻腔経路嗅覚刺激を味覚刺激呈示

要な要因であり，後鼻腔経路経由の嗅覚刺激を味覚刺激

後に，後鼻腔経路嗅覚刺激を味覚刺激呈示前に嗅覚刺激後に呈示することで味覚増強が引き起こされたのであを呈示する条件を設けた。また，両条件ともに前鼻腔経る。これは，呼吸という運動感覚との連動も味嗅覚によ

路では吸気，後鼻腔経路では呼気に合わせて嗅覚刺激をるフレーバーに関係することを示している。

320

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（2）「味」の正体 -味嗅覚統合の時間からのアプローチ
小早川達，後藤なおみ（産業技術総合研究所）

五感の中でも味覚，嗅覚は他の視覚，聴覚，触覚とは覚情報を有効に使うことができないことが示唆された。

異なり，一般的なアプローチとして「好き・嫌い」「快・(2) 同時性判断課題を用いた味覚と嗅覚の統合過程の考不快」の切り口から語られることが多い。しかしながら察：

味嗅覚も感覚である以上，当然，知覚や認知の過程があ

味覚と嗅覚を用いた同時性判断課題を行った。その結果，味覚・嗅覚が含まれる場合は物理感覚を組み合わせる。
そこで本発表では多感覚統合の結果である「味」知覚た場合と比較して時間分解能が低くなること，また味覚について，味覚と嗅覚の統合の視点から次の二点についと嗅覚の組み合わせが日常的に経験している組み合わて研究紹介を行う。

せはそうでない組み合わせと比較して有意に時間分解(1) 羊羹を用いた日独の食経験の有無による嗅覚情報の能が下がることがわかった。また味嗅覚の組み合わせに活用のされ方：おいて「同時」と判断された場合は「同時ではない」と日本の実験参加者とドイツの実験参加者において鼻判断された場合と比較して味覚一次野の活動が有意にをつまんだ状態(嗅覚情報を遮断)で食した場合と，そう抑制されていることが事象関連電位の計測からわかっでない場合で五基本味に対する強さと気づきやすさのた。

関係が異なることがわかり，その食品を知らなければ嗅（3）意識的および無意識的な視覚的食刺激に伴う神経活動石田梨佳，石井聡，松尾貴司，中村千華，宇治正人，吉川貴仁（大阪市立大学）
マスキング法を用いた。心電図の測定を行い，RR 間隔の〇背景

周波数解析により自律神経活動を評価した。

食品画像を意識に上らない様に提示した場合に，交感神〇結果

経活動の活発化や，日常の食行動を反映した脳活動が生じることが報告されている。本研究では先行研究で用いたモ

無意識条件で食品画像提示により交感神経活動の増ザイク画像ではなく，食品ではない物体の画像（非食品画加を認めた。食品画像提示による脳活動は，両条件間で像）を対照とした場合も同様な結果が得られるか，食品画

変化しなかった。無意識条件において，画像提示後 500-像を意識に上る（意識）条件と意識に上らない（無意識）1000 ms で補足運動野における θ 帯域のパワー値が増加

条件で提示した時の脳活動に違いがあるかを検討した。

し，その程度は非食品画像に比して食品画像を提示した〇方法

場合により大きかった。

健康成人男性 31 名を対象に，食品画像と非食品画像〇考察を各々意識条件と無意識条件で提示し，その間の脳磁図

対照に物体を用いた場合にも交感神経系の活動の増測定を実施した。各脳部位における θ（4-8 Hz），α（8-加が生じることが確認された。また，補足運動野におけ

13 Hz），β（13-25 Hz），γ（25-58 Hz）帯域のパワー値

る脳活動が無意識下での食品画像処理に関わっているの変化を検討した。無意識下画像提示にはバックワード

ことが示唆された。

321

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（4）嗅神経回路の形成メカニズム
中嶋藍，伊原尚樹，池谷裕二，竹内春樹（東京大学）

神経活動は，成熟した脳においては神経ネットワーク

細胞集団は異なる神経活動パターンを示すことを見出中にある神経細胞同士が互いに情報をやりとりする手した。さらに人為的に神経活動パターンを操作すること段として使われているが，発達期の脳においては正確なで，神経活動パターンが回路構築に関わる軸索選別分子

ネットワークそのものを作るために使われている。しかの特異的な発現を制御して嗅神経回路の形成を指令しし，電気パルスのオン・オフで表される神経活動がどのていることを発見した。これらの結果から，嗅細胞の回ようにして神経細胞の複雑かつ精緻なネットワークを路構築は，神経活動パターンという情報に基づいて行な

構築しているのかについては，「神経活動の同期性にしわれることが明らかとなった。また，異なる神経活動パ

たがって神経回路形成が行なわれる」というヘブ則が提ターンは，異なる軸索選別分子の発現を活性化したこと唱されている以外には長い間謎のままであった。我々は，から，多様な神経活動パターンによって個々の神経細胞

嗅覚系をモデル系として嗅神経細胞(嗅細胞)の神経活動の個性を反映した多様な「分子コード」を作り出すことの観察を行い，接続先を同じくする嗅細胞の集団は同様

で複雑かつ精緻な回路構築が可能にしていると考えらの神経活動のパターンを示す一方で，接続先の異なる嗅れる。

（5）甘味およびそれに伴う心地よさを選択的に伝達する神経細胞の発見
傅

欧 1，岩井優 2，近藤邦生 1，三坂

巧 2，箕越靖彦 1，中島健一朗 1（1 生理学研究所，2 東京大学）

摂食は，ヒトや動物にとって最も重要な本能の 1 つで傍核（PBN）とよばれる部位に味刺激に応答する神経細胞ある。なかでも，味覚は，栄養豊富な好ましい食物を積極が偏在しており，転写因子の一つである SatB2 を発現して的に摂取し，有害な成分を忌避するなど，食物の価値を判いる可能性が示唆された。
そこで，この神経細胞の機能を細胞種選択的除去・in

断する際に大きな影響を与える。
味覚の情報は，舌を起点に脳内の複数の中継点をリレー

vivo カルシウムイメージングによる活動測定・オプトジェ

する事で認識されるが，近年，舌の上で味覚が伝わる仕組

ネティクスによる人工的な活性化などの実験により検証

みについては研究が大きく進展した。一方，脳内で味を伝したところ，SatB2 発現神経は，他の味ではなく，甘味おえる神経メカニズムについては未だ不明な点が多い。

よびそれに伴う心地よさを選択的に伝える役割を担ってこのため，本研究ではマウスをモデルに，味覚情報伝達いる事が判明した。マウスの橋結合腕傍核において，味覚の重要な中継点である脳幹において，味覚伝達神経の探索

応答神経の存在が報告されてから 40 年以上経つが，哺乳を行った。

類の脳内において味覚伝達神経の特定に成功したのは，本研究が初めてである。

過去に報告されている電気生理学と組織学の解析結果を照らし合わせて精査したところ，脳幹の中でも橋結合腕322

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（6）脳から末梢組織へシグナルを伝達する神経回路の解析
近藤邦生，箕越靖彦（生理学研究所）
ヒトを含む動物には，摂取したエネルギー量に応じて

仮性狂犬病ウイルス Bartha 株は神経細胞に感染するとエネルギー消費量を制御し，体内のエネルギー量を一定

シナプス結合を介して上流の神経細胞に逆行的に輸送に保つ，エネルギー恒常性の制御機構が存在する。エネされる。今回我々は，糖の産生と消費を行う末梢組織でルギー恒常性の制御は，我々が健康な食生活を営む上である骨格筋・褐色脂肪・肝臓に蛍光タンパク質を発現す必須である。脳は，体内のエネルギー状態を検知して，る仮性狂犬病ウイルスを感染させ，その後にウイルスがその状態に応じて各組織のエネルギー代謝を制御して輸送される脳領域を解析することにより，これらの末梢おり，エネルギー恒常性の制御に重要な役割を果たして組織を制御する脳領域を網羅的に同定した。その結果，いる。脳の中では，視床下部の腹内側核などの領域が末延髄と視床下部の特定の領域が，脳内の情報を統合し末梢組織のエネルギー代謝を制御することがわかってい梢組織を制御する役割を果たすことを見出した。この結る。しかし，これらの脳領域からどのような神経回路を果をもとに，脳によるエネルギー代謝制御に関わる神経

介して末梢組織へシグナルが伝えられ，エネルギー代謝回路が明らかになることが期待される。

が制御されるかはまだあまり解明されていない。

（7）食嗜好における大脳基底核神経回路機構の解析
疋田貴俊（大阪大学）
大脳基底核は運動や認知学習に重要な神経核であり，それぞれに特異的な可逆的神経伝達阻止法を用いて，D1

精神神経疾患病態に深く関連している。大脳基底核神経経路は報酬学習や薬物依存形成，D2 経路は忌避学習や学回路のうち，特に腹側被蓋野-側坐核-腹側淡蒼球と連な

習柔軟性に重要であり，これらの経路選択はドーパミン

る神経回路は報酬回路として，食欲・食嗜好に重要な回入力により制御されていることを示してきた。また，腹路の一つである。側坐核から腹側淡蒼球に投射する神経側淡蒼球の特異的神経回路操作により，さらなる忌避学

回路は，構成する投射神経細胞に選択的に発現するドー習の回路機構を示した。現在，側坐核の経路特異的な神パミン受容体の種類から D1 経路と D2 経路に大別され

経活動イメージングを試みており，食欲・食嗜好における。私たちは，これまでに側坐核の D1 経路と D2 経路のる大脳基底核神経回路機構を明らかにしていきたい。

（8）動機づけ行動とオレキシン神経
溝口博之（名古屋大学）
視床下部に起始核をもつオレキシン神経系は摂食・エ

能と動機づけ行動との関連性は十分に分かっていない。そネルギー代謝，学習・活動，情動，睡眠・覚醒といった複こで本研究では，orexin-Cre ラットを用いて，食欲，報酬数の生理機能を制御する神経である。また，オレキシン神に対する動機づけ行動におけるオレキシン神経の機能的

経はやる気の根幹をなすドーパミン神経を中心とした報役割について行動科学的側面から検討した。実験にはギャ酬回路システムを調節することが報告されている。これら

ンブル試験，タッチスクリーン式オペラント条件付け試験の事から，オレキシン神経系の働きが報酬に対する動機づを用いて動機づけ行動を解析した。Designer Receptors

け行動に影響することが想像できるが，オレキシン神経機

Exclusively Activated by Designer Drugs (DREADD) テクノ

323

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

ロジーを用いることで，オレキシン神経活動を操作した。

い行動や行動選択に影響することを見つけた。

その結果，オレキシン神経の活性化は報酬に対する諦めな（9）雌性 Mecp2 ヘテロノックアウトマウスの高度肥満発症メカニズム福原正太，中島久和（京都府立医科大学）
自閉症性発達障害の疾患の一つであるレット症候群は，

で体重や摂餌量，視床下部の摂食調節ペプチドの発現量に遺伝子の転写調節に中心的な役割を持つ Methyl-CpG

差はなかった。ドパミン報酬系の Th, Dat, D1R, D2R,

binding protein 2 遺伝子（MeCP2）の遺伝学的異常に起因

Darpp32 mRNA の発現低下がみられた。一方，Mecp2+/-マ

するが，レット症候群の軽症型が肥満を合併しやすいこと

ウス+HFD 群は WT マウス+HFD 群と比較すると有意に体が知られている。今回，レット症候群の肥満形成に関する

重と摂餌量，皮下・内臓脂肪の増加，血漿レプチンの増加

メカニズムについて分子生物学的な検討を行った。4 週齢を認めた。視床下部ではリン酸化 STAT3 が増加していたの野生型（WT）マウスあるいは Mecp2+/-マウスを，普通が，AgRP 蛋白の発現増加，POMC 蛋白の発現低下を認め

食（ND）か高脂肪食（HFD）で 12 週間飼育し，視床下部

た。
また報酬系の Darpp32 mRNA の顕著な低下を認めた。

の摂食調節機構，報酬系の食行動調節機構について分子生

Mecp2+/-マウスは条件付け場所嗜好性試験にて HFD を強物学的に検討し，視床下部における Agrp，Pomc の発現量，く嗜好した。本研究により，Mecp2+/-マウスは高脂肪食の報酬系におけるドパミンニューロン関連遺伝子の発現量

条件下で過食による肥満が重度になること，高脂肪食はをリアルタイム PCR 法やウェスタンブロット法で解析しMecp2+/-マウスの視床下部の摂食抑制障害と報酬系の食た。Mecp2+/-マウス+ND 群と WT マウス+ND 群の両群間

行動調節障害を一層増悪することが解明された。

（10）発酵調味料の匂いは上肢運動機能を向上させる箭野

豊 1，山本学 2，門田真治 3，椛

秀人 1，宮田

剛 4，山口正洋 1（1 高知大学，2 近森病院，3 白菊園病院，4 高知工業高等専門学校）
人を含む多くの哺乳類は食物の認知，危険の察知，仲増加した。また，脳卒中片麻痺患者 20 名に対し，味噌の間や交配相手の識別等の多様な機能に嗅覚神経系を用

匂い曝露前後の FRT 値と麻痺側肩関節屈曲角度は曝露いている。近年，アルツハイマー型認知症やパーキンソ後で有意に増加した。以上の結果より，調理工程におけン病等，中枢変性疾患の前駆症状に嗅覚障害が認められる発酵調味料の匂いは，「食べたい」という意欲と同時ており，嗅覚機能の低下が，高齢者の情動・運動機能にに姿勢筋緊張の変化を誘導し，上肢運動（特に肩甲骨周影響を及ぼすことが知られている。

囲筋の運動）を促通する可能性が示唆された。現在，健私は頭部外傷患者への作業療法として調理活動を導常人に対して，3 つの匂い曝露前後の FRT において，上入した経験から，調理中の食べ物の匂いが運動機能を改肢運動に関わる体幹筋の筋電活動を計測し，周波数パワ

善する可能性があると考えた。そこで，健常人 72 名を 3ースペクトル解析・コヒーレンスを用いて比較検討して群に分け，醤油，水，バラの匂いを曝露し，曝露前後のいる。意欲の座である腹側線条体や淡蒼球内節のドーパ

Functional Reach Test（以下，FRT）と立位体前屈の値をミン作動性神経回路と，橋網様体脊髄路系を介した姿勢測定した。3 群間で立位体前屈には有意な差はなかった

筋の抑制回路の関連が指摘されており，興味深い。

が，醤油の匂い曝露後の FRT 値が他の 2 群に比べ有意に

324

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（11）嗅結節の食行動への関与
村田航志（福井大学）
欲・食嗜好形成への関与を探ってきた。

食べ物がおいしいと，体の栄養状態とは関係なくついつい食べ過ぎてしまう。では脳はどのような神経メカニ

マウスが餌のありかと関連付けた匂いに対して探索

ズムで食べ物の感覚情報，ここでは特に匂いの感覚によ行動を示すとき，嗅結節内では前内側部の D1 陽性ニュって食欲と食嗜好を形成するのだろうか。

ーロンが強く c-fos 応答を示した。オプトジェネティク

匂いの情報を脳内で最初に受け取る嗅球の投射ニュスと場所嗜好性試験を用いて嗅結節前内側部 D1 陽性ニーロン群は，その軸索を嗅皮質と総称される広大な脳領ューロンの機能を調べたところ，このニューロン群の光野へと投射する。嗅皮質内の一領野である嗅結節には，刺激はマウスにとって誘引的に作用した。薬理遺伝学的

側坐核とともに腹側線条体を構成する解剖学的特徴がに同ニューロン群を活性化すると，活性化中は飼料の摂ある。嗅結節の投射ニューロンは，背側線条体や側坐核

食量が増え，さらに活性化中に食べた飼料に対して嗜好の投射ニューロンと同様にドーパミン受容体 D1 または性を獲得する傾向が予備実験で見られた。以上の結果は，

D2 を発現し，腹側被蓋野からドーパミン入力を受ける。

嗅結節の前内側部 D1 陽性ニューロンが，食べ物の匂い

ドーパミンは報酬系と呼ばれる行動を強く動機づけるによる食行動への動機づけに関わる可能性を示唆する。

神経回路の主要な構成要素であり，我々は嗅結節の食（12）混合味溶液の識別
山村知暉，安尾敏明，諏訪部武，硲

哲崇（朝日大学）

我々ヒトを初めとした動物が通常摂取しているのは，法をもとに解析を続け，ラットが混合味溶液を認識する

単一の味溶液ではなく，様々な味質の味溶液を含有した

際，その含有成分が，嗜好性のものであろうが，嫌悪性複合体であるはずである。しかしながら，動物が，混合のものであろうが，十分認識していることを明らかにし

味溶液を与えられた時，それを含有物の単なる混合味質

た（Katagawa et al., 2016）。本発表では，この研究をさらと認識するのか，あるいは，含有物の性質を残さないまに進歩させた結果得られた，(1) 味溶液識別に関わる刺ったくユニークな味であると認識するのかについては，

激溶液の濃度に関わる要因，(2) 各種混合味刺激に対す

過去にもいくつかの報告があり一致した見解をみなかる味覚神経応答の特徴，(3) 味覚識別とその記憶に関わったのが実情である。近年，我々のグループは，この点る行動学的要因などについて，我々が，これまで得ていを明らかにするため，行動学的および電気生理学的な手る最新データをもとに発表する予定である。

（13）ビタミン C 欠乏と摂取行動
安尾敏明，諏訪部武，山村知暉，硲

哲崇（朝日大学）

ビタミン C 欠乏（壊血病）の症状の一つとして，食欲不行い，ビタミン C 欠乏前と比べ欠乏時には，ビタミン C 水振が生じることは広く知られている。これまでに我々は，溶液摂取量が増加すること，食餌量，体重，飲水量や尿量

欠乏微量栄養素の選択摂取行動の機序を明らかにするためが減少することを報告してきた。しかし，ビタミン C 欠乏に，Osteogenic Disorder Shionogi（ODS）/ShiJcl-od/od（ビタで生じる食欲不振がビタミン C 水溶液の選択摂取行動に影ミン C 合成能欠如）ラットを用いた 48 時間 2 瓶選択法を響を与えているのかどうかはまだ明らかにしていない。そ325

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

こで，本発表では，上記のことを明らかにするために，同重コントロール群」に分け，48 時間 2 瓶選択法を行い，ビ様のラットを VC を摂取させない「欠乏群」と VC を摂取

タミン C 水溶液摂取量，蒸留水摂取量及び総摂取量を測定させ欠乏群と同じ体重になるように食餌量を調整した「体し，比較解析したので，その成果を報告したい。

（14）カルシウムによる食欲抑制
五十嵐晶帆，小笠原奨之，原博，比良徹（北海道大学）

塩化カルシウムを経口投与し再給餌 15，30 分後に麻酔下≪背景≫
ヒトにおいてカルシウムを捕捉した食事が食欲を抑にて門脈より採血し血中消化管ホルモン濃度を測定した。

制すること，またカルシウム感知受容体の活性化は食欲実験３：塩化カルシウム経口投与直後に PYY 受容体の阻抑制ホルモン分泌を誘導することが報告されている。本

害剤を腹腔内投与し摂食量への影響を観察した。

研究ではカルシウムの経口投与がラットの食欲に与え≪結果と考察≫る影響とその時の消化管ホルモン濃度について，さらに実験１：塩化カルシウム投与群ではコントロール群と比カルシウムによる摂食抑制作用に消化管ホルモンの一較して４時間後まで有意な摂食量減少が持続した。

つである Peptide-YY (PYY) が関与するか検討した。

実験２：投与 15 分後の血中 PYY 濃度が塩化カルシウム≪方法≫

投与群ではコントロール群に比べて高かった。

AIN-93G 標準食で飼育した SD 系雄性ラットを一晩絶実験３：PYY 受容体阻害剤投与によりカルシウムによる摂食抑制作用が減弱した。

食後，試験溶液を経口投与し直後に飼料を自由摂取させ24 時間後までの摂食量を測定した。実験１：塩化カルシ

以上よりラットにおいて塩化カルシウム単回経口投がウム，陽性対照として L-リシン，または溶媒のみ（コントは短期的に摂食量を減少させることが明らかとなり，このロール）を経口投与し経時的に摂食量を測定した。
実験２：

作用には PYY 分泌促進が関与することが示唆された。

（15）ニューロペプチド Y 可視化発現マウスの作製と発現解析
中澤和雄 1，坪井貴司 2，沼野利佳 1（1 豊橋技術科学大学，2 東京大学）
視床下部弓状核に存在するニューロペプチド Yムを示す。このことは，各時間帯における SCN 周辺での（Neuropeptide Y：NPY）産生ニューロンは，その軸索をNPY の分泌量を測定することで，摂食行動の概日リズム

視床下部外側野に存在する食欲促進ホルモンであるオの制御機構の解明につながると考えられる。そこで本研

レキシンや黒色素凝集ホルモン産生ニューロンや，室傍

究では，緑色蛍光タンパク質 Venus に NPY を融合させ核に存在する副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン産生

た NPY::Venus を全身性に発現する NPY 可視化発現トラ

ニューロンに伸ばし，それらのニューロンの活動を促進

ンスジェニック（Tg）マウスを作出し，SCN 周囲の NPY

または抑制することで食欲を調節している。

の発現解析を行った。本 Tg マウスを用いることで，計

概日リズムの中枢である視交叉上核（SCN）に対して，

時的に SCN 周囲の NPY 分泌量の測定が可能であった。

外側膝状体から NPY が分泌されるが，その分泌量は夜そこで今回は，自由給餌群と摂食制限群における SCN 周間にピークとなる概日リズムを示す。これにより夜行性

辺の NPY 分泌量の変化について報告を行う。

動物のマウスは，夜間に食欲が促進するという概日リズ326

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（16）フタホシコオロギの臓器連関が体内の栄養状態および摂食行動に与える影響
福村圭介，永田晋治（東京大学）
生体内の栄養状態は，適切な栄養分の摂取や栄養状態にの神経ペプチドの受容体が認められた。次に，これらの受応答した各組織の連携により維持されている。これまでに容体を RNA 干渉法により転写抑制したところ，AKH 受容

我々は，哺乳類のグルカゴンに相当する昆虫の神経ペプチ

体をノックダウンした個体（AKHRRNAi）では，脂肪体のドである Adipokinetic hormone (AKH) が，体液中の脂質量

代謝関連遺伝子の転写量が変動した。また，AKHRRNAi でや脂肪酸組成を調節することを見出した。このことは，昆は，不飽和脂肪酸の摂食量が顕著に多かった。このことは，

虫の脳神経系と脂肪組織が内分泌系により連関することを脂肪体の代謝変化が摂食行動を調節することを意味する。

意味する。本発表では，内分泌系が体内の栄養状態および

そこで，末梢組織での代謝変化を脳神経系に伝達する分泌摂食行動に与える影響を明らかにすることを目的とした。

性因子を探索したところ，インスリン様ペプチドなどの複

先ず，内分泌系が栄養状態に与える影響を検討するため，数のホルモンが脂肪体で認められた。すなわち，脳神経系

脂質代謝を担う脂肪体で発現する神経ペプチド受容体を探と脂肪体での臓器連関により，体内の栄養状態および栄養索した。その結果，AKH や short neuropeptide F などの複数

分選択的行動が調節されることが分かった。

（17）視床下部分泌性小タンパク質 NPGL による摂食調節作用
浮穴和義，鹿野健史朗，齋藤鷹也，古満芽久美，岩越栄子（広島大学）
本研究では，マウス（C57BL/6J）を用いて NPGL の生

我々は最近，鳥類や哺乳類において脳の視床下部に特異的に発現し，80 アミノ酸残基からなる分泌性小タンパ

理作用の探索を行った。

ク質をコードする新規遺伝子を発見している。この小タ脳室内へ NPGL を 2 週間慢性投与し，マクロ栄養素飼

ンパク質を C 末端部分のアミノ酸配列（Gly-Leu-NH2）

料給餌条件下での摂食量，体重，脂肪蓄積量を解析した。

から Neurosecretory protein GL (NPGL) と命名した。本遺その結果，トータルの摂食量が増加したが，中でも投与伝子は，絶食時や糖尿病モデル動物で発現が上昇する。

開始 5 日目まで脂肪摂取量が増加した。さらに，体重及ラット（Wistar）を用いて視床下部での NPGL 遺伝子のび脂肪組織重量が増加していた。一方，形態学的解析か

過剰発現及び小タンパク質の脳室内慢性投与を行った

ら，脂肪摂取に関わる神経ペプチドであるガラニンとところ，脂肪組織における de novo 脂肪合成が亢進する

NPGL が同一細胞で産出されていることを見出した。

ことで脂肪蓄積が生じることがわかった。さらに，マク以上の解析から，マウスでは，ラットとは異なり，

ロ栄養素飼料給餌条件下で NPGL を脳室内投与したとこ

NPGL には脂肪摂取を促す作用があることが示唆された。

ろ，炭水化物摂取を増加させる効果が認められた。

（18）脂質と摂食
酒寄信幸，小林和人（福島県立医科大学）
現代社会における肥満人口の増加は著しく，その重要るかについては解明が遅れており，地球規模で増加するな要因としてジャンクフードなどの嗜好食品を快楽の肥満の原因となる生活環境の解明は社会的急務である。

ために過剰摂取してしまうことが挙げられる。しかしど多価不飽和脂肪酸（PUFA）は主要な脂質の一つであり，n-6 と n-3 に分類される。現代の多くの国々では n-6 PUFAのような環境因子によって嗜好食品の摂取が制御され

327

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告を豊富に含む調理油の摂取増加や n-3 PUFA を豊富に含因果関係を解明するため，マウスにコントロール飼料まむ魚類の摂取減少が見られ，高 n-6/低 n-3 食が拡大してたは高 n-6/低 n-3 飼料を投与し，高嗜好性飼料に対するいる。肥満人口の増加と食の高 n-6/低 n-3 化との間には摂餌行動，および摂餌行動の神経基盤として腹側被蓋野

正の相関があり，高 n-6/低 n-3 食摂取が肥満を増加させにおけるドパミン作動性ニューロンに着目した組織学る一因である可能性が示唆されている。

的解析などを行った。研究会では我々の最新データを発本研究では，肥満の増加と高 n-6/低 n-3 食の拡大との表したい。

（19）若年男女における舌への脂肪刺激が脂肪酸感受性および脂肪嗜好性に与える影響
山内優歩，井下真美子，中山治香，森本恵子（奈良女子大学）
近年，食物の中性脂肪は口腔内で脂肪酸に分解され，脂らに，油脂添加ジェルによる舌刺激を 5 分間行い，再度肪酸受容体を介して「脂肪味」が起こると報告された。さオレイン酸検知閾値を測定した。また，舌刺激前後で異らに，高脂肪の食習慣は口腔内脂肪酸感受性を低下させ，なる脂質濃度のチーズを用いて脂肪嗜好性を評価した。

肥満を招くとの報告があるが，急性の舌への脂肪刺激によ加えて，ビュッフェ形式の自由摂食試験により脂質摂取

る脂肪酸感受性の変化については明らかではない。本研究

量を測定し，唾液由来細胞におけるエストロゲン受容体

では若年男女を対象に，舌への脂肪刺激が口腔内脂肪酸感

α および脂肪酸受容体 CD36 mRNA レベルを分析した。

受性を変化させ，脂肪嗜好性・脂質摂取量に影響を与える

本実験結果により，男性では 5 分間の脂肪・甘味刺激可能性を検討するとともに，これら指標における性差や女によりオレイン酸感受性が低下し，脂肪嗜好性が増加し，性の月経周期性変動についても検討を加えた。

脂質摂取量に影響を与える可能性が示された。しかし，男性は任意の 1 日，女性は月経期，排卵前期，黄体中

女性では舌刺激によるオレイン酸感受性の低下は黄体期の 3 期に実験を行った。脂肪酸感受性の指標としてオ中期のみで生じ，排卵前期ではオレイン酸感受性に変化

レイン酸検知閾値を 3 肢強制選択法により測定した。さはなく，月経周期に依存することが判明した。

（20）FGF21-Oxytocin axis と糖質嗜好性
松居

翔 1，北村忠弘 2，佐々木努 1（1 京都大学，2 群馬大学）

用いて糖質嗜好性試験を行った。また，OK-KO マウスを【背景】
糖質は食行動の引き金として強力に作用し，必要以上用いて，2 ボトルテスト[水 vs. スクロース（単純糖質），のエネルギー摂取をもたらすことで，肥満発症の要因にデキストリン（多糖類），サッカリン（人口甘味料），

なる。これまでに，Fibroblast growth factor 21（FGF21）

キニーネ（苦味物質）]を行った。

は糖質嗜好性を抑制することが報告されている。また【結果】

我々は，FGF21-Oxytocin（Oxt）axis の存在を明らかにしOK-KO マウスは，糖質嗜好性が増加することが明らかている。そこで本研究では，FGF21-Oxt axis が糖質嗜好になった。また，OK-KO マウスは，スクロースに対する性を制御するのかを検証した。

嗜好性の増加が認められたが，デキストリン，サッカリ【方法】

ン，キニーネに対する嗜好性の変化を示さなかった。

FGF21 受容体を構成する βKlotho の発現が Oxt 神経特【結論】
FGF21-Oxt axis は，糖質に対する嗜好性を制御する。

異的に欠損している Oxt ニューロン特異的 Klb (β-Klotho)
ノックアウト（OK-KO）マウスを作製し，そのマウスを

328

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（21）FGF23-αKlotho 系と摂食調節
小森忠祐，森川吉博（和歌山県立医科大学）
食欲は，末梢臓器からの液性，及び神経性の情報が，摂αKlotho のリガンドである FGF23 の血中濃度や視床下部

食・エネルギー代謝の中枢である視床下部において統合さにおけるタンパク質の発現が絶食により上昇していたこ

れて生じる。我々は，視床下部において絶食により誘導さとから，絶食時に FGF23 が視床下部に作用している可能れる遺伝子を cDNA マイクロアレイにより解析し，抗老性が示唆された。絶食後のマウスに FGF23 を脳室内投与化遺伝子である αKlotho を同定した。αKlotho ヘテロ欠損

し摂食量を検討したところ，FGF23 投与群で摂食量の増マウスを解析したところ，野生型マウスと比較して，絶食加が認められ，また，視床下部における NPY や AgRP の後の再摂食量が減少していた。また，野生型マウスで認め発現も増加していた。これらのことから，FGF23 は視床下られた絶食時の視床下部における NPY と AgRP の増加が，部において NPY/AgRP の発現を増加させ，摂食促進作用

αKlotho ヘテロ欠損マウスでは減弱していた。これらの結を有することが考えられた。以上の結果より，FGF23-

果より，絶食時の視床下部において αKlotho は NPY/AgRP

αKlotho 系は，絶食時の摂食促進機構に対して重要な役割の発現を介して摂食を促進している可能性が示唆された。

を担っている可能性が示唆された。

（22）末梢オキシトシン投与による摂食抑制作用の脳内機構の解析
岩崎有作（京都府立大学）
矢田俊彦（関西電力医学研究所）
オキシトシンは，下垂体後葉ホルモンとしての末梢臓序は不明であった。我々は，末梢オキシトシンが求心性器作用のみならず，脳内でも神経伝達物質/神経修飾物質

迷走神経の一部サブクラスを活性化して摂食量を抑制として作用し，摂食抑制，食嗜好性，社会性向上などのする経路を発見した（Y. Iwasaki et al., Am J Physiol Regul

機能を示す。近年，オキシトシンの末梢投与（皮下投与

Integr Comp Physiol 2015）。今回，この＜末梢オキシトシや経鼻投与）によって肥満や糖尿病が改善する事が明ら

ン→求心性迷走神経→脳＞軸を介した摂食抑制作用にかとなってきた。一方で，オキシトシンの血液脳関門の関与する視床下部ニューロンを解析したので，その成果

通過率は極めて低く，末梢オキシトシンの脳への作用機を発表する。

（23）非栄養な食品因子による腸管ホルモン分泌
藍原祥子（神戸大学）
腸管は，食事刺激，すなわち糖，脂質，タンパク質やそう味覚受容体が挙げられる。これには栄養となる成分(糖・の代謝物といった成分に応じて消化機能や食欲を調節す

アミノ酸など)を認識するもののほかに，忌避すべき成分

るホルモンを分泌する。この経路は刺激―受容の仕組み，(植物毒など)に応答する分子群が存在する。忌避を担う苦生理応答の各レベルで冗長性がある。摂食行動に対するこ味の受容体である TAS2R の分子群は，植物が光障害や防の経路の作用機序を解明するにあたり，体内で代謝されな虫のために産生する植物二次代謝産物によって活性化す

い刺激物質を用いることは，腸管での食品受容の仕組みをることが知られている。構造の異なる数種のポリフェノー

切り取るよいツールとなりうる。腸上皮で食物の化合物をルを利用し，培養細胞を用いて消化管ホルモン分泌を促進認識する化学受容体の候補として，口腔内で化学受容を担する食品因子を探索したところ，緑茶に含まれるエピガロ

329

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

カテキンガレート（EGCG）がグルカゴン様ペプチド 1

おける EGCG の作用をライブイメージングをすると，腸（GLP-1）などの分泌を促進することを見出した。2 mM の上皮の一部の細胞においてカルシウム濃度上昇が観察さ

EGCG 溶液をマウスに経口投与すると，摂食量が低下した。

れた。以上より，EGCG は腸管ホルモンを介し摂食を調節

カルシウムセンサーを導入したマウスを用いて腸上皮にする可能性が示された。

（24）霊長類オルガノイド研究の最前線
岩槻健（東京農業大学），今井啓雄（京都大学）

れているが，これまで培養細胞などのツールが乏しく，

消化器は内胚葉由来の器官であり，消化管，肝臓，膵

研究は進んでいない。

臓を含む消化や代謝の要となる臓器群である。上部消化管の末端には舌が配置されており，味覚センサーとして我々はこれまでに，味細胞や消化管の３次元培養系での役割を担っている。また，消化管には栄養素の消化・あるオルガノイド培養系を導入し，消化管のオルガノイ

吸収機構や生体防御機構の他に，味細胞様細胞による栄ドが生体を反映している細胞群であることを確認して養素検知機構が備わっている。興味深いことに，膵臓にきた。現在，霊長類から味蕾オルガノイド，消化管オル

も味細胞様細胞が存在し，内外分泌機能を適正化するたガノイド，膵臓オルガノイドを作製しそれぞれの臓器にめに化学受容機構が働いていると示唆される。このようおけるセンサー機能を in vitro において再現させることに，内胚葉由来の臓器には味細胞様細胞が散在し，それを目的に研究している。本会では，霊長類オルガノイド

ぞれの臓器特有のセンサー機能を担っていると考えらを使った最近の進捗を short talk にて報告する。

（25）疫学研究から見た人の食選択
朝倉敬子（東邦大学）
人が何を食べるか考えるとき，その選択に影響するのであった。保護者と十分にコミュニケーションがあるとはどのような因子であろうか。個人の生理的欲求以外に，答えた児童，家族の結束が強いと答えた児童の栄養摂取食に対する知識や意識，家族・食事を共にする人の行動

状況も良好であった。保護者が暮らし向きが苦しいと答やその人との関係性，生活環境など様々な因子によってえている場合，児童の栄養摂取状況は不良であった。保人の食事内容は決まってくると考えられる。某県 7 市町

護者個人の収入に関する情報は得られなかったが，課税の 14 公立小学校において，保護者-児童 2650 組に対し前対象所得の多い調査地域ほど野菜摂取量が多い，清涼飲

述の因子に関する質問票調査を実施し，栄養素・食品摂

料水摂取量が少ないなどの関連が認められた。調査地域

取量との関連を検討した。

ごとの栄養摂取状況の違いは大きく，個人レベル因子

保護者-児童両方の質問票の提出があり，適切な回答の（例：各人の栄養知識質問票正答率）と地域レベル因子

得られた 2002 組を解析対象とした。栄養知識質問票の（例：当該地域の大卒率）の食事内容への影響について

正答率は保護者-児童で正の関連があり，正答率の高い児は慎重な検討が必要と考えられた。既存研究の結果も含童においては「食事に気を付けることで自分に利益があめて考察する。

る」と考える者の割合が高く，かつ栄養摂取状況は良好

330

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（26）食に関連する 12q24 領域
五十嵐麻希 1，野川

駿 2，川舩かおる 2，八谷剛史 2，

高橋祥子 2，斉藤憲司 1，賈慧娟 1，加藤久典 1（1 東京大学，2 ㈱ ジーンクエスト）
近年，食に関連するゲノム領域の存在が明らかとなっよって，各食品・食嗜好と 12q24 領域の関連を飲酒で調てきた。個人の遺伝的体質に合わせた食を提案する「パ

整すると，魚の摂取頻度および甘味嗜好性は関連性が減ーソナルゲノム栄養」は，健康寿命の延長に貢献できる

弱化したことから，飲酒を介した関連であることが明らと期待されている。

かとなった。他方，コーヒーおよび紅茶消費量は，飲酒

われわれは，パーソナルゲノム栄養の実現を目的に，を介さない関連であった。また，魚の摂取頻度，甘味嗜

日本人 1 万 2 千人のゲノムワイド関連解析を行い，食に好性およびコーヒー消費量と 12q24 領域は，男性で強く関連する遺伝座を探索した。その結果，魚の摂取頻度，

関連することが示された。

甘味嗜好性，コーヒー消費量，紅茶消費量は，12q24 領

今後は，食と関連する 12ｑ24 領域の分子機構解明や，域と関連することが明らかになった。12q24 領域は，2 Mb

パーソナルゲノム栄養に向けた新たな取り組みを行っにおよぶ連鎖不平衡領域であり，この中にアルコール代ていく予定である。

謝に関与する ALDH2 遺伝子の rs671 が含まれている。

（27）環境温度による腸内細菌叢変動が及ぼす食嗜好制御機構の探索
宇賀神道彦，永野夢紡，石川雄樹，長阪玲子（東京海洋大学）
現在，腸内細菌に関する研究が発展し，宿主の代謝動態を計測，1 週間ごとに採血をして ELISA にて血漿レプチとの関連性が示されてきているが，腸内細菌が宿主の食嗜ン濃度を測定，期間移行時に糞便を採取し腸内細菌 DNA好を制御するという報告は少ない。また，環境温度の変動を抽出したのちにリアルタイム PCR にて解析を行った。

により，食嗜好性が変化していることが確認されている。

解析対象の腸内細菌は宿主の代謝動態との関連が報告さそこで本研究では環境温度で変動する腸内細菌による，宿れている腸内細菌 Roseburia intestinalis，Lactobacillus reuteri，

主の食嗜好制御機構を探索することを目的とした。

Akkermansia muciniphila を始めとする 6 種とした。
環境温度の上昇により嗜好性に変化が見られ，腸内細環境温度の差異によって生じる，マウスの腸内細菌叢

菌叢および血漿レプチン濃度も有意に変化した。これら

および食嗜好・摂食関連因子を評価した。
マウスを 7 日間温度馴化後，10℃区・30℃区で高炭水化のことから，環境温度の変化による食嗜好性制御には腸物餌と高脂質餌を 20 日間選択摂餌させた。隔日で摂餌量

内細菌叢が関与していることが考えられた。

（28）脂質嗜好性を担う臓器連関シグナルの探索佐々木努（京都大学）SIRT1 は NAD+依存性のタンパク脱アセチル化酵素では，身体のニーズを反映するホルモン（Leptin, Insulin,あり，全身に発現している。末梢組織では，エネルギー産

FGF21 など）に対する感受性を調節し，生体恒常性を維持生のための利用基質を糖（解糖系）から脂質（脂肪酸燃焼）するためのネガティブ・フィードバック制御の効きをよくへと切り替える役割を果たす。他方，中枢神経系の SIRT1する作用がある。そこで，申請者らは，「中枢神経系の331

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

SIRT1 は，末梢組織が求めている利用基質に対する嗜好性

中鎖脂肪酸（特に C8 トリグリセリド）に対する嗜好性を高める」と考え，神経系特異的な SIRT1 増加・欠損マウ

が，神経系特異的 SIRT1 増加マウスでは高まっていた。

スの栄養素嗜好性を測定した。そして，「神経系の SIRT1

そこで，C8 トリグリセリドの摂取を制御するメカニズム

は，脂質嗜好性を高め，糖質嗜好性を抑制する」ことを報を解明するために，肝臓でのマルチオミクス解析（RNA，

告した（Matsui S et al., Nature Communications, 2018）。

タンパク質，代謝産物）と，脳内の遺伝子発現解析を行った。本講演では，その解析結果について報告する。

次に，どの脂質成分に対する嗜好性が高まっているかを探索した。その結果，脂肪酸燃焼への利用効率が高い

332

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

9．Neurobiology of Learning & Memory Meeting2019 年 9 月 12 日－9 月 13 日
代表・世話人：JOSHUA, Johansen（理化学研究所･脳神経科学研究センター）
所内対応者：鍋倉淳一（生体恒常性発達研究部門）（１）A hypothalamic novelty signal modulates hippocampal memory
Tom McHugh (RIKEN CBS)
（２）Monitoring and updating of action selection through the striatal direct and indirect pathways
Minoru Kimura (Tamagawa University)（３）Multi-scale analysis of network effect of local perturbation: chemogenetic functional imaging & electrophysiology
in macaques
Toshiyuki Hirabayashi (National Institute of Radiological Sciences)（４）Brainstem-to-amygdala control of emotional associative learning
Josh Johansen (RIKEN CBS)
（５）Non-canonical local dopamine release evoked by postsynaptic neurons
Minoru Saitoe (Tokyo Metropolitan Institute of Medical Sciences)（６）Disinhibitory gating of discrimination learning and spine enlargement by dopamine D2 receptors in the nucleus
accumbens
Sho Yagishita (University of Tokyo)（７）Social interactions modulate attention and song perception during zebra finch song learning
Yoko Yazaki-Sugiyama (OIST/University of Tokyo)（８）Heterogeneity in the neural systems mediating fear learning and extinction
Akira Uematsu (University of Tokyo)（９）A new role of CaMKII as a postsynaptic crosslinker
Yasunori Hayashi (Kyoto University)（10）Multi-scale Understanding of Synaptic Pathology of Psychiatric Disorders
Akiko Hayashi-Takagi (RIKEN CBS)
（11）RNA epigenetics in neurons and synapses
Dan Ohtan Wang (Kyoto University/iCeMS)（12）Roles of hippocampus in fear memory reconsolidation and extinction
Satoshi Kida (University of Tokyo)【参加者名】
林丸（東京大学大学院･医学系研究科･神経生化学教室），

朗子（理研･脳神経科学研究センター･多階層精神
實（玉川大学･脳科学研究所），

松尾直毅（九州大学･大学院理学研究院･行動神経科学），

McHugh Thomas（RIKEN･Center for Brain Science･Lab for小林曉吾（九州大学･大学院理学研究院･行動神経科学），

Circuit & Behavioral Physiology），喜田聡（東京大学･大

天野大樹（北海道大学･大学大学院薬学研究院･薬理学研

学院農学生命科学研究科），渡邉真弓（理化学研究所･脳究室），上野耕平（東京都医学総合研究所･･学習記憶プ

神経科学研究センター･学習･記憶神経回路研究チーム），

ロジェクト），藤川

南

科学科･精神薬理学研究室），高橋純平（東京理科大学･疾患研究チーム），木村雅文（北海道大学･薬学研究院･薬理学研究室），山諒（東京理科大学･薬学部生命創薬

薬学研究科薬科学専攻･精神薬理研究室），植松

田大輔（東京理科大学･薬学部･薬理学研究室），下田藍

333

朗（東

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

京大学･大学院理学系研究科生物科学専攻･脳機能学研

協医科大学先端医科学統合研究施設･先端医科学研究セ究室），柳下祥（東京大学･医学系研究科･構造生物学），

ンター･認知･記憶研究部門），Sulkes Cuevas Jessica Sulkes

丹（京都大学･高等研究院物質ー細胞統合システム（University of Tokyo･Graduate School of Arts and Sciences,

拠点･Wang グループ），杉山(矢崎)陽子（OIST･東大 WPI-

Department of Multidisciplinary Sciences ･ Lab. for Neural

IRCN･臨界期の神経メカニズム研究ユニット），大野駿

Circuitry of Learning and Memory (Riken CBS)），榎木亮介

太郎（富山大学･医学薬学研究部･生化学研究室），林康（自然科学研究機構･生命創成探究センター），PAN紀（京都大学大学院･医学研究科），Johansen Joshua（理MIAO（名古屋大学環境医学研究所･･分子神経科学），金化学研究所･脳神経科学研究センター･学習･記憶神経回亮（東京大学大学院･医学系研究科･神経生化学分野），

路研究チーム），平林敏行（量子科学技術研究開発機構･

堀尾修平（自然科学研究機構生理学研究所･生殖内分泌

放射線医学総合研究所･脳機能イメージング研究部），山研究部門），竹本さやか（名古屋大学･環境医学研究所），

口真広（名古屋大学･創薬科学研究科･細胞薬効解析学

堀金慎一郎（名古屋大学･環境医学研究所･神経 1），小(小坂田研)），Yeh Li-Feng（理化学研究所･脳神経科学研

澤享弘（名古屋大学･医学部環境医学研究所･神経系Ⅰ），究センター･学習･記憶神経回路研究チーム），白方基揮

許（東京理科大･薬学部･斎藤研究室），齊藤

久保義弘（生理学研究所･神経機能素子），鍋倉淳一（生

王

実（公益財

伊凡（名古屋大学･医学系研究科･神経情報薬理学），

団法人東京都医学総合研究所･学習記憶プロジェクト），理学研究所），江藤

櫻井航輝（大阪大学･蛋白質研究所･高次脳機能学研究堀内室），片山和希（大阪大学蛋白質研究所･理学研究科･高（生理学研究所･生体恒常性発達），張次脳機能学），春日優佑（理化学研究所･脳神経科学研究

研究所･生体恒常性発達），佐藤

センター･記憶･学習神経回路研究チーム），野村

体恒常性発達），吉村由美子（生理学研究所･視覚情報），洋（北圭（生理学研究所･生体恒常性発達），浩（生理学研究所･生体恒常性発達），竹田育子
Dennis（生理学

彩（生理学研究所･生海道大学･大学院薬学研究院･薬理学研究室），水谷晃大

近添淳一（生理学研究所･生体機能情報解析室），郷（大阪大学･理学研究科･高次脳機能学研究室），Gu広（生理学研究所），Janpen Bangsumruaj （Huachiew

Xiaowei（RIKEN･Center of Brain Science･Laboratory for

Chalermprakiet University）

康

Neural Circuitry of Learning and Memory），大川宜昭（獨【概要】
The goal of this meeting was to bring together speakers fromrodents and monkeys. A poster session was held and several

different disciplines working in different model organisms toposters were selected for talks, giving junior researchers an

discuss cutting edge research on learning and memory. The

opportunity to discuss their work publicly and receive more

speakers

juniordetailed feedback. Overall the meeting was highly successful,investigators to world leaders and was gender diverse. The

providing an incisive view into cutting edge neuroscience on

topical focus was on different areas of learning and memory

learning and memory research within Japan, sparking discussion

research including neural circuits, neuromodulation, disease andand collaborations and laying a foundation for future cross-molecular underpinnings of synaptic plasticity examined in flies,

disciplinary research efforts.

spanneddifferent

careerstagesfrom（1）A hypothalamic novelty signal modulates hippocampal memory
Tom McHugh (RIKEN CBS)
Episodic memory requires converging streams of contextual,

mice, we have found that parallel, anatomically distinctsocial and temporal information along the longitudinal axis ofprojections from the supramammillary nucleus (SuM) of thethe hippocampus. However, how content-specific modulatory

hypothalamus to the dentate gyrus (DG) and CA2 hippocampal

inputs shape this mnemonic process remains unclear. Using

regions modulate memory in a content-specific manner. At the334

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

population level, both contextual and social novelty activate

to deficits in recognizing contextual change while stimulation

the SuM; however, circuit-based tracing and recordings in aof the SuM-CA2 projections impairs the expression of social

newly developed SuM-Cre transgenic mouse reveal that DG-

memory. This segregation of social and spatial signals in the

projecting SuM neurons respond to contextual novelty whereas

hypothalamus suggests bottom-up novelty signaling canthose targeting CA2 are preferentially engaged by social

flexibly modulate hippocampal memory.

novelty. Furthermore, inhibition of the SuM-DG pathway leads（2）Monitoring and updating of action selection through the striatal direct and indirect pathways
Minoru Kimura (Brain Science Institute, Tamagawa University)
The basal ganglia play key roles in adaptive behaviors

indirect pathway. Our data reveal the basal ganglia

guided by reward and punishment. We investigated signals of

mechanisms underlying monitoring and updating of action

the direct and indirect pathways of the basal ganglia as rats

selection for goal directed behavior.

performed a lever push/pull task for a probabilistic reward. In

Collaborators: S Nonomura, Y Isomura, Y Sakai, K

the dorsomedial striatum, we found that optogenetically and

Yamanaka, K Enomoto, S Soma, J Yoshida, K Samejima inelectrophysiologically identified direct pathway neurons

Tamagawa BSI, K Kobayashi, K Nishizawa, S Kato inencoded reward outcomes, whereas indirect pathway neurons

Fukushima Medical University, A Nambu, Y Kawaguchi, S

encoded no-reward outcome and next-action selection.

Chiken, H Sano in NIPS, M Watanabe, M Uchigashima in

Outcome coding occurred in association with the chosen action.

Hokkaido University, M Ogawa in Kyoto University. Supports

Light activation induced a bias on repeat selection of the samefrom KAKENHI, MEXT and AMED.

action in the direct pathway, but on switch selection in the（3）Multi-scale analysis of network effect of local perturbation:
chemogenetic functional imaging & electrophysiology in macaques
Toshiyuki Hirabayashi (National Institute of Radiological Sciences)
Causal understanding of the brain function is one of coreunderstand the physiological effect of such local perturbation.

issues in contemporary systems neuroscience. Behavioral

Furthermore, electrophysiological technique is indispensable

impact of functional manipulation of a given brain region

for neuron-level understanding of the network effect revealed

usually leads to simple interpretation that the manipulated

by whole brain imaging at the macroscopic level. We are now

region is required for that behavior. Even such manipulation of

combining chemogenetics with whole brain imaging and“local” brain activity, however, would induce the changes inelectrophysiology in macaques towards such multi-scale

the operation of large-scale network, and the resultant network-

understanding of network effect of local perturbation. In thislevel change is not necessarily predictable from only direct

symposium, I will talk about our recent researches on suchanatomical

multi-modal approach in the context of perception, emotion

connections

with

the

manipulated

region.

and cognitive memory.

Therefore, whole brain imaging concurrent with local
perturbation would be a powerful tool to more precisely335

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（4）Brainstem-to-amygdala control of emotional associative learning
Joshua Johansen (RIKEN CBS)
Aversive experiences are powerful triggers for memory

identified a specific glutamatergic mesencephalic reticularformation and alter neural circuits to adaptively shape behavior.

formation pathway which integrates aversive sensory and

The lateral amygdala (LA) is a critical site of neural plasticity

defensive behavioral response information and triggers fear

mediating aversive memory formation, but how aversive

learning through a direct projection to the LA. Inactivation ofexperiences are transduced by the nervous system into neuralthis pathway abolishes fear learning and reduces shock evokedsignals which produce learning and memory is not well

responding in LA neurons. Furthermore, stimulation of thisunderstood. I will discuss our recent studies examining how

pathway is sufficient to produce fear learning. Together, theseaversive sensory and bodily state information reaches the LA

findings reveal a potential neural mechanisms through which

through parallel brainstem neural circuits to trigger aversive

neural circuits transduce aversive external sensory and internal

associative learning. Using cell type specific optogenetic,

bodily experiences into neural signals which trigger emotional

neural recording and anatomical tracing approaches, wememories.

（5）Non-canonical local dopamine release evoked by postsynaptic neurons
Minoru Saitoe (Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science)
In canonical synaptic transmission, synaptic vesicle (SV)the postsynaptic mushroom body (MB) neurons that have been

2+ influx to axonal release sites incoincidentally activated by two different sensory pathways. In

response to presynaptic neural activity. Hence, dopaminergic

this talk, I will show data demonstrating that coincidentally(DA) neurons, characterized by a large number of release sites,

activated MB neurons produce a retrograde signaling molecule,are thought to execute volume transmission. Recently,

thereby evoke local SV exocytosis. Strikingly, local SV

however, a second form of SV exocytosis, which does not

exocytosis requires neither activity of DA neurons nor Ca2+

conform to canonical synaptic transmission, has been

influx at the release sites. Instead, it requires Ca2+ efflux from

implicated in DA neurons, although its entity and underlying

internal Ca2+ store in presynaptic DA terminals. Our datamechanisms remain unknown. We found a unique form of SV

propose that DA neurons utilize two distinct modes of

exocytosis in Drosophila DA neurons that occurs locally ontotransmission to produce global and local DA signaling.

exocytosis is evoked by Ca（6）Disinhibitory gating of discrimination learning and spine enlargement by dopamine D2 receptors in
the nucleus accumbens
Sho Yagishita (University of Tokyo)
The striatum consists of two types of spiny-projection neurons

nature of D2R-dependent behaviors and the cellular mechanisms(SPN), dopamine 1 receptor (D1R)-expressing and D2R-

for detection of dopamine signaling has been unclear. The highexpressing SPNs. While the role of D1R-SPNs has been wellaffinity of D2R has implies that it has a role in the detection ofcharacterized in the detection of a phasic burst of dopamine todecreases in dopamine concentration (DA dip) for punishment

regulate synaptic plasticity and reward-related learning, thelearning. We thus addressed the D2R function in plasticity and336

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

learning using optogenetic control of DA dips and inhibition offound that a repeated methamphetamine treatment, a model for

D2R signalling, both in vivo and in slice and found that D2R-

psychosis, hindered the discrimination learning and a D2R

SPNs detected DA dips for spine enlargement to refine theantagonist restored it by enhancement of the plasticity, providing

generalized reward learning formed by D1Rs. Moreover, wea novel view to understand psychotic symptoms of schizophrenia.

（7）Social interactions modulate attention and song perception during zebra finch song learning
Yoko Yazaki-Sugiyama(Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University / WPI-IRCN the University of Tokyo)
Juvenile zebra finches learn to sing intensively throughBoth LC and NCM neurons increased their firing rates during

vocal communications with adult tutors, compared to passive

the TUT playbacks, but responded more intensely to live tutor

listening to recorded tutor song (TUT). This suggests that highsingings. Moreover, the responses to TUT of LC neurons as

attention level, induced by interacting with tutors, enhances

well as TUT-selective neurons in the NCM became greater

song learning. Here we investigated whether social interactions

after hearing hours of live tutor singing. Anatomical analysis

change attention level and how that change affects songshowed that LC neurons, which were activated by live tutor

learning by recording neural activities of neurons in thesinging, project to the NCM. Taken together, we suggest that

attention control brain area, the nucleus locus coeruleus (LC),social interactions with tutors modulate neuronal activity of theand the higher auditory area, the caudomedial nidopallium

LC, which affects selective auditory responses of the NCM(NCM), where tutor song memories are suggested to be stored.

neurons, resulting in tutor song memory formation.

（8）Heterogeneity in the neural systems mediating fear learning and extinction
Akira Uematsu (University of Tokyo)
Emotional memory is crucial to guide behaviors forheterogeneous populations in locus coeruleus noradrenaline

individual’s survival. Organisms need to respond to stimuli thatsystem differentially engage in fear learning and extinction. In

predict dangerous or desirable outcomes. When this predicted

addition, I will present recent experiments with longitudinaloutcome no longer exists, this emotional memory is weakened

calcium imaging from medial prefrontal cortex which is a key

and associated behavioral response is reduced through a process

region of gating extinction and discuss how unique population incalled extinction learning. In this talk, I will describe thatthe prefrontal cortex controls fear extinction.

（9）A new role of CaMKII as a postsynaptic crosslinker
Y. Hayashi (Kyoto University)
Despite the lack of demarcating membranous structure, amodifies its components to meet its demand has not been

synapse can not only maintain the integrity of its components

totally understood. Here we report that CaMKII, a well-known

but also dynamically modifies it in response to the neuronalkinase implicated in the synaptic plasticity, serves as a

activity. The mechanism by which the synapse maintains andpostsynaptic structural element that captures various proteins.

337

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

This is mediated by a binding site on CaMKII normallyof the kinase opens up T-site to facilitate the binding and one

occupied by the autoinhibitory domain called T-site. Manybound, the binding persists even after Ca2+ wanes. In this way,proteins including synaptic scaffolding, structural, and

CaMKII serves as a universal mechanism to capture synaptic

signaling proteins binds with T-site and are cross-linked

proteins activity dependently.

through the dodecameric structure of CaMKII. The activation（10）Multi-scale Understanding of Synaptic Pathology of Psychiatric Disorders
Akiko Hayashi-Takagi (Lab for Multi-scale Biological Psychiatry, RIKEN CBS)
Various lines of evidence have suggested that synaptopathy

head size and its synaptic efficacy, whereby the large spines

is involved in schizophrenia. However, it is unknown whether

can generate a larger synaptic current. This led us tosynaptopathy is an underlying mechanism of disease or ahypothesize that large spines can non-linearly affect thesecondary consequence. Thus, we performed a longitudinal indendritic computation, causally resulting in subsequentvivo 2-photon imaging analysis of the brain of a schizophrenia

behavioral alterations. To test this hypothesis, we use amodel (DISC1 knockdown mice) and found that this model

multiscale analysis that consists of an uncaging-evoked single

exhibited a decrease in the density of dendritic spines, where

spine EPSC measurement and Ca2+ imaging to visualize thethe majority of excitatory synapses are formed. Furthermore,

synaptic input, dendritic event, action potential, and behavioral

we found a significantly greater number of large dendritic

manifestations. In addition, with use of in vivo optical and inspines in the model mice. The presence of the large spines insilico manipulation of the spines in the model animals, we are

the schizophrenia mice model mirrors findings from anothernow trying to causally examine what kind of synaptic

schizophrenia mice model, calcineurin knockout mice. It is

pathology would underlie the pathology of disorders.

well-known that there is a strong correlation between spine（11）RNA epigenetics in neurons and synapses
Yoshie Fujiwara1, Rohini Roy2, Momoe Sukegawa2, Soundhar Ramasamy1,
Wan-Ting Hong1, Ikumi Oomoto1, Kei Iida3, Dan Ohtan Wang1( 1Institute for Integrated Cell-Material Sciences, Kyoto University, Japan，
2Institutefor Integrated Cell-Material Sciences, Kyoto University, Japan /Graduate School of Biostudies, Kyoto University, Japan，
3Medical Research Support Center, Kyoto University, Japan)

Single-cell analyses have revealed that compared to other cell

neuronal synapses. We have found that the synaptically pre-types in the brain, neurons not only contain higher RNA content,

deposited mRNA species can respond to stimuli that induce

but also higher RNA species diversity, suggesting complex

long-term synaptic plasticity and undergo synapse-, transcript-,translational regulatory mechanisms that neurons actively

and stimulus-specific translation. In search for the regulatory

engage to achieve their function. To better understand spatial

components accounting for such molecular specificity, we havegene expression in neurons, our lab has focused on a cellular

found that methylation at adenosine RNA residues (m6A) canmechanism that physically uncouples transcription andfunctionally mark the localized RNA species and positivelytranslation through mRNA trafficking and local translation at

regulate their translation. Reducing proteins that recognize and338

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

bind to m6A in neurons causes neuronal deficits in spinogenesis,

RNA methylation-mediated translational mechanisms may play

activity-dependent spine maturation, synaptic transmission,

important roles in regulating dynamic microtubule networks thatlearning, and memory retention. Furthermore, we show that

underlie building and remodeling of neuronal circuits.

（12）Roles of hippocampus in fear memory reconsolidation and extinction
Satoshi Kida (Graduate School of Agriculture and Life Sciences, The University of Tokyo)
Memory retrieval is not a passive process. Fear memory

expression is inactivated when memory is extinguished. These

retrieval initiates reconsolidation or extinction; reconsolidation

findings raised the possibility that hippocampal silencing is amaintains or enhances fear memory, while extinction weakens it.

crucial step to extinguish fear memory. To investigate this, we

We have tried to understand mechanisms for regulation of

examined the function of engrams in the hippocampus using c-contextual fear memory after retrieval. We found that

fos-tag system and found that inactivation of engram neurons

reconsolidation of fear memory requires gene expression in theduring retrieval erases fear memory by blocking reconsolidation,

hippocampus, mPFC and amygdala while extinction requires

whereas activation of these engrams during retrieval blocks

gene expression in the mPFC and amygdala, but not

extinction. These results suggest that modulation of hippocampal

hippocampus. Interestingly, hippocampal gene expression isfear memory engram cells are crucial processes to determine theactivated when memory is reconsolidated while this genefate of memory; reconsolidation or extinction.

339

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

10．情動の生起と変容の多面的理解に向けて2019 年 9 月 11 日－9 月 12 日
代表・世話人：竹本さやか（名古屋大学 環境医学研究所）
所内対応者：鍋倉淳一（生体恒常性発達研究部門）（１）うつ病における手綱核神経回路と神経炎症の役割
相澤秀紀（広島大学大学院 医系科学研究科）（２）精神的ストレスによる不安様行動発現の神経メカニズム
笠井淳司（大阪大学大学院 薬学研究科）（３）意欲調節の神経メカニズムとその障害―サル分子イメージングによる探索
南本敬史（量子科学技術研究開発機構 放射線医学総合研究所）（４）T 細胞活性化に起因するメタボロームシフトを介した情動行動変化
宮島倫生（理化学研究所 生命医科学研究センター）（５）仮説ベース/仮説フリーアプローチによる精神疾患の脳機構解明
田中沙織（国際電気通信基礎技術研究所 脳情報通信総合研究所）（６）異なる２つの前頭前皮質-扁桃体経路におけるストレス応答性のシナプス伝達変化
國石洋（国立精神･神経医療研究センター 神経研究所）（７）自閉症モデルマウスにおけるセロトニンと脳機能発達中井信裕（理化学研究所 脳神経科学研究センター）（８）扁桃体延長部を介した情動制御の分子神経基盤の探索
竹本さやか（名古屋大学 環境医学研究所）（９）断眠ストレスや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の解析
永井裕崇（神戸大学大学院 医学研究科）（10）手綱核-脚間核回路による中央縫線核活動の抑制が，社会的闘争においての劣位化を決定付ける
松股美穂（理化学研究所 脳神経科学研究センター）（11）恐怖情動記憶を制御する分子メカニズム
金（12）慢性痛による抑うつ様行動の神経機構

亮（東京大学大学院 医学系研究科）— 慢性痛とうつ病をつなぐもの —南雅文（北海道大学大学院 薬学研究院）【参加者名】
南雅文（北海道大学･薬学研究院･薬理学研究室），

免疫研究チーム），天野大樹（北海道大学･大学院薬学研

相澤秀紀（広島大学大学院･医系科学研究科･神経生物究院･薬理学研究室），沼学），國石洋（国立･精神神経医療研究センター･精神研究科･古屋敷研究室），山田大輔（東京理科大学･薬学

薬理研究部），古屋敷智之（神戸大学･大学院医学研究科･部･薬理学研究室），谷口将之（神戸大学･医学研究科･薬薬理学分野），松下和敏（神戸大学大学院･医学研究科･

理学分野），小林曉吾（九州大学･大学院理学研究院･行薬理学分野），山本亮（金沢医科大学･医学部･生理学

動神経科学），田中沙織（㈱国際電気通信基礎技術研究１），関口正幸（国立精神･神経医療研究センター神経研所脳情報通信総合研究所･認知機構研究所･数理知能研

究所･疾病研究第 4 部･電気生理室），竹内絵理（国立精究室），聶

神･神経医療研究センター･神経研究所疾病研究第四部），

野），南本敬史（量子科学技術研究開発機構放射線医学

宮島倫生（理化学研究所･生命医科学研究センター･粘膜総合研究所･脳機能イメージング研究部･システム神経340

知里（神戸大学大学院･医学

翔（神戸大学大学院･医学研究科･薬理学分生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告諒（東京理科大学･薬学部生人（愛知県医療療育総合センター発達障害研究所･障害

命創薬科学科･精神薬理学研究室），白方基揮（東京理科

モデル研究部），深田太郎（名古屋大学大学院･医学系研大･薬学部･斎藤研究室），高橋純平（東京理科大学･薬学究科･分子神経科学研究室），野村

研究科薬科学専攻･精神薬理学研究室），石川由香（神戸学院薬学研究院･薬理学研究室），兵頭布実（名古屋大学

大学･医学研究科･薬理学分野），上田修平（名古屋大学･院･医学系研究科･分子神経科学研究室），揚妻正和（生環境医学研究所･神経系分野 I）堀金慎一郎（名古屋大理学研究所･生体恒常部門），則武

学･環境医学研究所･神経 1），黒田啓介（名古屋大学･神構生理学研究所･認知行動発達機構研究部門･磯田研究

経情報薬理学），山橋幸恵（名古屋大学･医学研究科･神室），PAN MIAO（名古屋大学環境医学研究所･分子神経

経情報薬理），永井裕崇（神戸大学･医学研究科･薬理学科学），小澤享弘（名古屋大学･医学部環境医学研究所･分野），橋本泰昌（国立精神･神経医療研究センター神経

神経系 1），遠藤のぞみ（奈良県立医科大学･医学部･第研究所･遺伝子疾患治療研究部･遺伝子治療技術開発室），

一解剖学），石塚佳奈子（名古屋大学医学部附属病院･親竹本さやか（名古屋大学･環境医学研究所･神経系分野 I），と子どもの心療科），藤原万櫻（名古屋大学･理学部生命金亮（東京大学大学院･医学系研究科･神経生化学教

理学科･），中武優子（東京理科大学大学院･薬学研究科室），中井信裕（理化学研究所･脳神経科学研究センター･

薬科学専攻･疾患薬理学研究室），渡部文子（東京慈恵会

精神生物学），菅原朋子（豊田中央研究所･ヒューマンサ

医科大学･総合医科学研究センター･臨床医学研究所），

イエンス領域･脳機能解析プログラム），本岡弓佳（神戸許大学大学院･医学研究科･薬理学分野），山口真広（名古植松明子（生理学研究所･認知行動発達），吉村由美子（生屋大学･創薬科学研究科･細胞薬効解析学 (小坂田研)），

理学研究所･視覚情報），近添淳一（生理学研究所･生体溝口博之（名古屋大学･環境医学研究所･次世代創薬研究

機能情報解析室），鍋倉淳一（生理学研究所），江藤

センター），三島（生理学研究所･生体恒常性発達），堀内

回路研究グループ），藤川零（神戸大学大学院･医学研究科･薬洋（北海道大学･大厚（自然科学研究機

伊凡（名古屋大学･医学系研究科･神経情報薬理学），

圭

浩 （生理学

理学分野），松股美穂（広島大学大学院･医系科学研究科

研究所･生体恒常性発達），竹田育子（生理学研究所･生（医）･神経生物学研究室），水谷晃大（大阪大学･理学

体恒常性発達），張 Dennis（生理学研究所･生体恒常性研究科･高次脳機能学研究室），櫻井航輝（大阪大学･蛋発達），佐藤白質研究所･高次脳機能学研究室），北岡志保（神戸大学･

竹伸一郎（生理学研究所神経シグナル），郷医学研究科･薬理学），片山和希（大阪大学蛋白質研究所･（EXCELLS 認知ゲノム），村越秀治（生理学研究所多理学研究科･高次脳機能学研究室），堀由紀子（量子科

光子顕微鏡室），植松明子（生理学研究所認知行動発達

学技術研究開発機構,放射線医学総合研究所･脳機能イメ

研究部門），木村梨絵（生理学研究所視覚情報処理研究

ージング研究部･システム神経回路研究チーム），浅井真

部門）

彩（生理学研究所･生体恒常性発達），佐康広【概要】
生物の生存のために必須である情動は，感覚系，運動用による情動制御についての研究も近年盛んになりつ系なども関係する統合機能である。我々の行動は情動につある。

よって制御され，またその障害は時に精神疾患やストレ

そこで，本研究会では，情動の生起と変容について，スなどで顕在化し，社会的にも大きな問題となっている。

多彩な動物種およびモデル系を用いて研究を推進する

近年では，ヒトを対象としたイメージング技術，モデル

12 名の研究者を岡崎に招集し，精神疾患やストレス，慢動物を対象とした神経活動計測や回路操作技術，分子的性痛などに伴う情動生起・変容についての研究について

解析技術など，情動の生起における脳内機構の理解に必講演をいただいた。いずれの講演においてもそれぞれの要な研究技術が著しく発展し，各分野において新たな知立場から，双方向に活発な議論が展開された。第一線で見が続々と積み重なっている。また，ゲノム解析技術や実際に研究を行っている若手研究者にも講演を依頼す

モデル動物における遺伝子改変技術の発展などにより，るとともに，多くの大学院生や若手研究者の参加を頂い情動変容をもたらす多彩な疾患モデルが確立されつつた。講演の内容は，これまで明らかとされてきた情動にある。更に，脳に起点をおかず，他システムとの相互作

関連する脳領域（前頭前皮質，扁桃体，手綱核など）に

341

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

主眼を置いた研究に加え，他の領域や，領域間の相互作よび障害について，多面的な理解を深める良い機会とな

用，また，免疫系との相互作用など，多岐および多階層った。2 日間にわたる本研究会での講演と議論を通じて，にわたるものであったが，個々の研究内容は有機的につこの分野の医学・生物学における重要性と多岐に広がるながりを持っており，参加者の研究発展に役立つ情報を発展の可能性を確認するとともに，新たな学術展開の可共有するとともに，情動を支える神経基盤とその変容お能性を示す有意義な研究会となったと考えている。

（1）うつ病における手綱核神経回路と神経炎症の役割
相澤秀紀（広島大学大学院 医系科学研究科 神経生物学）
近年，うつ病における手綱核の機能異常が相次いで報核で特異的に発現する Proprotein convertase (Pcsk5) と呼告され，うつ病発症におけるその役割が急激に注目を集

ばれる MMPs の活性化酵素がストレス負荷により上昇めているが，このような手綱核の病的活動異常がどのよしていた。この酵素は手綱核神経細胞で産生されており，

うにして引き起こされるかは不明な点が多い。

in vitro における microglia の遊走を増強した。Pcsk5 の機

この問題に取り組むため，我々は慢性ストレス下でう能抑制が慢性敗北ストレスによる回避行動を抑制してつ病様の行動異常を示すマウスの手綱核の細胞外環境

おり，Pcsk5 のうつ病様行動発現における因果関係が明に注目し，解析を進めている。最近の研究結果によるとらかとなった。

慢性ストレスは手綱核における細胞外マトリックスのこれらの事実は，手綱におけるストレス応答因子とし再編成を制御する Matrix metalloproteinases (MMPs) の過て Pcsk5 の重要性を示唆するものであり，うつ病病態に剰活性化及び単球などの炎症性細胞の遊走を惹起しておける脳内モノアミン異常の分子基盤を明らかにするおり，向炎症性サイトカイン産生が上昇していることがものとして期待される。

明らかになった。網羅的遺伝子発現解析によると，手綱（2）精神的ストレスによる不安様行動発現の神経メカニズム
笠井淳司（大阪大学大学院 薬学研究科 神経薬理学分野）
過度の精神的ストレスは，広範囲の脳領域の神経活動

した脳の全脳活動マッピングを実施した。得られた全てを変化させ，カテコラミンなどの神経調節物質を介して，の dVenus 陽性細胞の脳内空間分布を用いて，ストレス不安亢進などの情動変化やその後の情動行動を引き起の有無による判別分析を実施した結果，既知の情動系神

こす。この情動行動を制御する神経基盤を理解するには，経回路には含まれない微小な神経核が２つのストレス

高度に機能局在した脳の広範な領域の神経活動をバイ

モデルに共通して活性化することを見出した。さらに，

アス無しに捉え，比較解析する研究が必要である。そこ

この領域のストレスに応答した神経細胞を特異的に再で我々が開発した全脳を高精細に観察するため FAST シ

活性化した結果，細胞外カテコラミン量の増加や不安様

ステムと，最初期遺伝子レポーターArc-dVenus マウスを行動を惹起した。これらの最新の知見を紹介するととも用いて，社会的敗北ストレスおよび拘束ストレスを負荷に，情動行動制御に関わる神経回路について議論したい。

342

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（3）意欲調節の神経メカニズムとその障害―サル分子イメージングによる探索
南本敬史，堀

由紀子，永井裕司（量子科学技術研究開発機構･放射線医学総合研究所･
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え，である。ヒトの意欲低下の症候を再現するモデルザルを

その結果を大きく左右する「意欲」（やる気・モチベー

作出し，報酬獲得行動のデータを数理モデルで解析するション）は脳でどのようにコントロールされているのことで，ドーパミンシステムがコスト− ベネフィットにか？ また，うつなどの精神疾患でしばしば見られる「意基づく意欲制御に深く関わる一方，セロトニンの減少は，欲低下」の背景にはどのような分子・回路病態があるの

報酬や欲求とは無関係に意欲低下を生み出すことを見か？私たちは脳内での意欲制御の基本的な仕組みの理出した。PET イメージングと薬理操作を組み合わせた解解をめざし，ヒトと近縁で発達した脳をもつサルを対象

析により，このドーパミン/セロトニンシステム障害にとしてポジトロン断層撮影（PET）など分子イメージン

よる意欲低下は，前部帯状皮質，腹側線条体，扁桃体かグによる研究に取り組んでいる。喉が渇いたサルがジュらなる脳回路の変調が起因している可能性を明らかにースの報酬を獲得するための行動の意欲は，報酬の量やした。講演ではこの話題を中心に進行中の研究ついても行動のコストなどの外的要因，欲求レベルなどの内的要合わせて紹介したい。

因の複数のパラメータからなる数理モデルで説明可能（4）T 細胞活性化に起因するメタボロームシフトを介した情動行動変化
宮島倫生 1，章白浩 1,2，杉浦悠毅 3，園村和弘 2，マッテオ・グェッリーニ 1，筒井裕美 1，

茶本健司 2，本多久楽々3，疋田貴俊 4，秦
石濱

泰 6，松田文彦 2，末松鸿雁，佐貫理佳子 5，古川貴久 5，

誠 3，本庶佑 2，シドニア･ファガラサン 1（1 理化学研究所 生命医科学研究センター 粘膜免疫研究チーム，
2 京都大学大学院

医学研究科 免疫ゲノム医学講座，

3 慶應義塾大学
4

医学部 医化学教室，

大阪大学 蛋白研究所 蛋白質高次機能学研究部門 高次脳機能学研究室，
5 大阪大学

蛋白研究所 蛋白質高次機能学研究部門 分子発生学研究室，
6 京都大学大学院

薬学研究科 プロテオミクス研究室）

我々の体は多くの生理システムで構成されているが，やアミノ酸の細胞内取り込み量の増加が認められた。さそのシステム間の相互作用については不明な点が多くらに PD-1 欠損マウスのリンパ節ではアミノ酸量が増加

残されている。本研究では免疫系の恒常的な活性化がメしていた。一方で，PD-1 欠損マウスの脳内アミノ酸濃度

タボローム変化を介して脳神経系に及ぼす影響，特に情および神経伝達物質濃度を測定した結果，PD-1 欠損マウ動に与える影響について解析した。

スの脳内では血清と同様にトリプトファンおよびチロ

T 細胞活性化モデルである PD-1 欠損マウスの解析のシンの含有量が低下していたことに加え，セロトニンお結果，PD-1 欠損マウスではアミノ酸減少により特徴づけ

よびドーパミンの含有量も低下していた。また PD-1 欠られる血清メタボロームの変化が認められた。PD-1 欠損

損マウスの不安様行動や恐怖反応を解析した結果，PD-1

マウスのリンパ節では T 細胞が増殖・活性化しており，欠損マウスでは不安様行動および恐怖反応が亢進して活性化 T 細胞ではアミノ酸トランスポーターの発現上昇いることが示された。

343

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

以上の結果から，T 細胞の活性化はその細胞内へのア度の低下につながり不安様行動や恐怖反応を亢進させ

ミノ酸取り込みを上昇させることにより全身性のアミることが示唆された。

ノ酸減少を引き起こし，そのことが脳内神経伝達物質濃（5）仮説ベース/仮説フリーアプローチによる精神疾患の脳機構解明
田中沙織（国際電気通信基礎技術研究所 脳情報通信総合研究所）
脳の複雑な機能の解明には，物質や回路の働きについて

規模データベース化・精緻化が国際的に進み，脳・行動デの数理モデルを仮定し，それを実験的手法で検証する「計ータを多次元データとして「仮説フリー」なアプローチで算論的神経科学」のアプローチが有効であることは近年神扱うことが可能となり，機械学習によるデータ駆動型解析

経科学のみならず，臨床や経済学といった様々な分野に広の活用が本格化している。その例として，疾患の判別や，く浸透してきた。さらに近年，このような「仮説ベース」

バイオタイプの同定，さらには個人特性の予測などが挙げ

アプローチを精神疾患患者へ応用することで，精神疾患のられる。疾患判別として強迫性障害のバイオマーカーに関メカニズムを数理モデルとして理解する「計算論的精神医する研究，個人特性としての不安を予測する研究により，学」という分野が注目を浴びている。講演者のグループでこれまでの仮説ベースのアプローチに新しい視点を加えも，注意欠如・多動症や強迫症を対象に，将来や過去の減ることに成功している。本公演では，これまで講演者のグ

衰係数の特徴を明らかにしている。一方，ヒト脳画像研究

ループで実施した仮説ベース/仮説フリーアプローチによの分野では，脳画像に加え行動指標や生体指標を含んだ大る研究を紹介する。

（6）異なる２つの前頭前皮質-扁桃体経路におけるストレス応答性のシナプス伝達変化
國石

洋 1,2，山田光彦 2，関口正幸 1（1 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，
2 国立精神･神経医療研究センター

精神保健研究所 精神薬理研究部

ストレスへの暴露は，脳の神経回路に様々な影響を与単離計測系を確立した。加えて，それぞれのシナプス伝える。特に，前頭前皮質と扁桃体を中心とする回路は情達特性に対し，Repeated tail-shock stress が及ぼす影響を

動発現や制御に重要な機能を持っており，ストレスがこ調べた。その結果，OFC-BLA シナプスにおいて，ストレれらの回路に影響することで，情動の変容を招く可能性

スによる AMPA/NMDA 電流比の増大および，カルシウ

がある。しかし，これらの領域間の情報伝達に対し，ス

ム透過性 AMPA 受容体の挿入などのポストシナプスのトレスが与える直接の影響を明らかにした研究は未だ可塑性の変化が観察された。一方，興味深いことに，ACC-に少ない。

BLA シナプスでは，ストレスによる AMPA/NMDA 電流

そこで我々は，光遺伝学とパッチクランプ法を用い，比の低下が観察された。これらの結果は，扁桃体への異マウスの 2 つの前頭前皮質領域，眼窩前頭皮質（OFC:

なる入力経路において，それぞれ異なるストレス応答性

Orbitofrontal Cortex）と前部帯状回皮質（ACC: Anteriorの可塑性が引き起こされることを示唆するとともに，こCingulate Cortex）から扁桃体基底外側核（BLA: Basolateral

れらの可塑性がストレス誘導性の情動変容の基盤の一

nucleus of Amygdala）に投射する経路のシナプス伝達の部である可能性を示唆している。

344

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（7）自閉症モデルマウスにおけるセロトニンと脳機能発達中井信裕 1，永野昌俊 2，齋藤文仁 2，鈴木秀典 2，内匠透1

（1 理化学研究所 脳神経科学研究センター，2 日本医科大学 薬理学）
自閉スペクトラム症（ASD）は，社会性コミュニケー

マウスの脳機能発達に及ぼす影響を調べた。我々はセロションの欠如や常同・反復行動，感覚刺激に対する過敏・トニン神経の投射先である体性感覚皮質において，抑制

鈍感性の知覚異常を示す神経発達障害のひとつである。

機能の低下やひげ刺激に対する受容野機能異常を明ら

ASD の原因はいまだ不明であるが，遺伝要因が大きく関かにした。また，薬理学的手法により発達期の脳内セロ与していることが示唆されている。我々は ASD 患者でトニンレベルを亢進させることで，体性感覚皮質の抑制

高頻度に見つかっているゲノム変異の 15 番染色体重複

機能が改善することが明らかとなった。さらに，セロトを模した ASD モデルマウス（15q dup マウス）を解析す

ニン介入後の成体においても 15q dup マウスの社会性行ることで，ASD 発症につながるメカニズム解明を目指し動が改善しており，発達期のセロトニン異常が自閉症発ている。本研究では，15q dup マウスの発達期における脳症につながる要因となることが明らかとなった。

内セロトニン減少に着目し，セロトニン異常が 15q dup（8）扁桃体延長部を介した情動制御の分子神経基盤の探索
竹本さやか（名古屋大学環境医学研究所･神経系分野 I）
扁桃体延長部は，結合性や細胞構築が類似した扁桃体

見出し，その機能解明を推進してきた。独自に作出したおよび分界条床核などによって構成され，生理的あるい本酵素のノックアウトマウスは，恐怖記憶や社会行動なは病的な情動の制御に深く関わるとされる領域である。

どの非常に限定された情動行動において顕著な異常をこれらの領域はいずれも 10 以上の微小な神経亜核から示し，本酵素発現細胞によって構成される神経回路が，構成されており，大変複雑な組織構築を有している。各

これらの情動行動に関わる脳内情報処理を担う可能性

亜核の分子マーカーや機能分子が同定されれば，亜核レが示唆された。更に，扁桃体と分界条床核の亜核を蛍光ベルでの機能的理解や，分子制御基盤の解明が進むと期標識により分離し，両者の類似性を多面的に検討するこ待される。我々は独自に，カルシウム依存性タンパク質とで，両領域の各亜核を介した情動制御機構の解明を目

リン酸化酵素 CaMKIγ/CaMKI-III が，扁桃体中心核およ指しており，これまでに得られた知見を紹介する。

び分界条床核の特定亜核に発現する分子であることを（9）断眠ストレスや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の解析
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）
個性や記憶の解剖学的基盤である神経細胞間結合のの強度や期間に応じて個体行動における適応的反応や在り方は，学習や睡眠，ストレスなど様々な環境因子に適応不全を生ずるが，その基盤である神経結合の変化並より絶え間なく変化し，脳活動や個体の行動を制御する。

びにその機序については殆ど分かっていない。

しかし，長期間の睡眠不足や慢性の心理ストレスなど過本研究においては，神経結合ネットワークにもたらす度の環境因子は情動変容や認知機能異常を生じさせ精発達期睡眠の生理的役割や断眠の影響を調べるため，生神疾患のリスク因子となる。このように，環境因子はそ後 2 週齢のマウスの行動パターン並びに樹状突起スパイ345

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

ンに形成されるシナプスの強度や頻度を調べた。その結が睡眠後よりも低下し，シナプス密度が増加することが果，発達期マウスの睡眠覚醒リズムには概日リズム制御分かった。これらの結果は断眠によるシナプス強度変化が無い一方で，恒常性制御が存在することが分かった。

が二相性であるということを示唆する。また，現在は社

さらに，短期断眠により運動皮質におけるシナプス強度会挫折ストレスに供したマウスの行動変化と三次元電が増大したことから，覚醒により増大したシナプス強度

顕による組織学的変化を解析中であるため，その内容にを低下させ再正常化させる働きが発達期睡眠にあるこ

ついても紹介したい。

とが分かった。加えて，長期断眠を行うとシナプス強度（10）手綱核-脚間核回路による中央縫線核活動の抑制が，社会的闘争においての劣位化を決定付ける
松股美穂 1，木下雅恵 1，平尾顕三 1，小林琢磨 1，杉山

拓 1，半田剛久 1，Tanvir Islam1，

小林祐樹 2，Arthur J. Huang3，崎村建司 4，Thomas J. McHugh3，糸原重美 2，岡本仁1

（1 理化学研究所 脳神経科学研究センター 意思決定回路動態研究チーム，
2 理化学研究所
3 理化学研究所

脳神経科学研究センター 行動遺伝学技術開発チーム，

脳神経科学研究センター 神経回路･行動生理学研究チーム，
4 新潟大学

脳研究所 細胞神経生物学分野）

手綱核（Hb）は内側部と外側部に分かれ，内側部はさ

IPN の γ アミノ酪酸（GABA）神経細胞の投射先の一つらに背側部と腹側部（vMHb）に分けられる。vMHb の投が中央縫線核（MnR）との報告を鑑み，vMHb-IPN-MnR

射はほとんどが脚間核（IPN）に入力しグルタミン酸とアの連絡を電気生理学的に確認した上で，MnR のセロトニ

セチルコリン（ACh）が IPN に興奮性シナプス伝達するン（5HT）神経細胞を化学遺伝的手法で抑制すると，cCKOことが知られている。我々は Hb 特異的に ACh 合成酵素

マウスにおいてさえチューブテストで対戦相手に敗北を欠失し vMHb-IPN 回路でのみ ACh が放出抑制される

しやすい傾向が認められた。最後に，居住者侵入者パラ

マウスを作製し（cCKO）社会的闘争に関わる試験を行っダイムで侵入者として社会的敗北者になったマウスにた。cCKO では同腹仔の対照群に比べ対戦相手に勝利し対して MnR・5HT 神経細胞を活性化したところ，居住者

やすく（チューブテスト）攻撃性も高かった（居住者侵マウスを対戦相手としたチューブテストで，対照群に比入者テスト）。一方，光遺伝学手法により vMHb-IPN 回

べて有意に敗北しにくい傾向が見られた。
以上の結果より vMHb-IPN 回路の MnR 抑制が社会的路を特異的に活性化すると，全てのマウスは対戦相手に劣位を決定すると結論付けた。

敗北した。

（11）恐怖情動記憶を制御する分子メカニズム
金亮，尾藤晴彦（東京大学大学院 医学系研究科 脳神経医学専攻 神経生化学分野）

恐怖記憶は，動物にとって必要不可欠であるとともに，にすることを試みてきた。まず，海馬依存的なフェーズ

不安行動を亢進させるなど，情動面においても変化が誘における転写因子 CREB の coactivator である CRTC1 の導される。恐怖記憶は脳の様々な領域によって制御され役割について調べたところ，意外なことに海馬におけるる。特に，記憶形成からの時期に応じて海馬から皮質へ

CRTC1 ノックダウンは恐怖記憶形成に影響しなかったと記憶の保持・想起に係る脳領野が変化することが知らものの，扁桃体においては恐怖記憶形成を有意に阻害しれている。我々は，海馬・扁桃体・前頭前野（帯状回）た。よって，CRTC1 は，領野によって恐怖記憶に対する領域に注目し，恐怖記憶制御の分子メカニズムを明らか役割が異なることが示唆された。次に，皮質依存的なフ346

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

ェーズにおける CREB リン酸化を誘発するリン酸化酵素

いて指導的役割を果たすことが示唆された。これらの結

CaMKIV の役割について調べた。その結果，前頭前野（帯果から，恐怖記憶の制御機構は，形成されてからの時期

状回）CaMKIV は皮質依存的な恐怖記憶の長期化に必要に応じて，メカニズムはダイナミックに変動することがであることが示された。さらに，帯状回 CaMKIV は海馬示された。

依存的フェーズから皮質依存的フェーズへの移行にお（12）慢性痛による抑うつ様行動の神経機構 — 慢性痛とうつ病をつなぐもの —南雅文（北海道大学大学院薬学研究院薬理学研究室）

痛みは，感覚的側面と情動的側面よりなる複雑な体験で

界条床核における CRF 神経情報伝達と NPY 神経情報伝ある。痛みによる負情動生成は，生体警告系としての痛み

達が，負情動生成において相反的な役割を果たしているこの生理的役割に重要であるが，慢性的な痛みでは，痛みにとも見出している。さらに，組織化学的解析により，CRF

より引き起こされる不安や抑うつなどの負情動は，生活のによる分界条床核内神経細胞の活性化が，３本の GABA

質（QOL）を著しく低下させるだけでなく，精神疾患・情神経を介して腹側被蓋野ドパミン神経を抑制的に調節す動障害の引き金ともなる。我々は，行動薬理学的解析や電る可能性を示した。最近，慢性痛モデル動物では分界条床

気生理学的解析により，腹側分界条床核におけるノルアド

核内神経情報伝達の可塑的変化により脳内報酬系機能がレナリン神経情報伝達亢進および背外側分界条床核にお持続的に抑制されていること示す実験結果を得たので，そける CRF 神経情報伝達亢進が，痛みによる負情動生成にれらのデータを示し，慢性痛による抑うつ症状の神経機構

重要な役割を果たしていることを明らかにした。背外側分について論じたい。

347

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

11．ミクロからマクロに至る脳の構造と機能のダイナミクス
2019 年 11 月 7 日－11 月 8 日
代表・世話人：河崎 洋志（金沢大学医学系）
所内対応者：吉村 由美子（視覚情報処理研究部門）（１）Excitability plasticity and mental depressiveness during acute inflammation in the cerebellum
大槻 元（京都大学）（２）精神疾患関連エピジェネティクス因子の欠損が，マウス内側前頭前野錐体細胞への興奮性シナプス入力の減弱と異常行動を引き起こす
長濱 健一郎（東京大学）（３）マウス側頭皮質における新規高次視覚野は，小領域ごとに異なる神経投射を示す
西尾 奈々（東京大学）（４）Oscillatory activities in the cortical circuits
大塚 岳（生理学研究所）（５）異なったシナプス前モジュールの組み合わせによるシナプス伝達の不均一性
中村 行宏（東京慈恵会医科大学）（６）Spatiotemporally Asymmetric Excitation Supports Mammalian Retinal Motion Sensitivity
米原 圭祐（オーフス大学）（７）Top-Down Cortical Circuit for Perception and Memory Consolidation in Mice
村山 正宜（理化学研究所）（８）Exploring the regulation of ER-mitochondria contact and its physiological roles in neurons
平林 祐介（東京大学）（９）小胞型グルタミン酸輸送体の発現量が中枢神経系シナプス伝達に与える影響堀 哲也（同志社大学）（10）Q-SNARE Syntaxin-7 defines a reluctant recycling pool of synaptic vesicles in hippocampal neurons
森 靖典（同志社大学）（11）海馬苔状線維シナプス前終末における開口放出および小胞リサイクリングのカルシウム依存性
宮野 里菜子（同志社大学）（12）トリ蝸牛神経核シナプスにおける Src キナーゼの機能
山田 玲（名古屋大学）（13）Cerebellar circuit mechanism for rapid sensorimotor associations
堤 新一郎（東京大学）【参加者名】
米原 圭祐（オーフス大学），神谷 温之（北海道大学），

志（金沢大学），深澤 有吾（福井大学），久場 博司（名村山 正宜（理化学研究所），平林 祐介（東京大学），

古屋大学），山田 玲（名古屋大学），林 康紀（京都大狩野 方伸（東京大学），堤 新一郎（東京大学），西尾

学），大槻 元（京都大学），堀 哲也（同志社大学），

奈々（東京大学），長濱 健一郎（東京大学），藤野 修

森 靖典（同志社大学），三木 崇史（同志社大学），宮平（東京大学），掛川 渉（慶應義塾大学），中村 行宏

野 里菜子（同志社大学），岡崎 里紗（同志社大学），（東京慈恵会医科大学），石川 太郎（東京慈恵会医科大中久保 佑太郎（同志社大学），川田 聖香（同志社大学），学），入江 智彦（国立医薬品食品衛生研究所），河崎 洋

萩原 淳（同志社大学），大橋 俊孝（岡山大学），橋本

348

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

浩一（広島大学），中川 直（鹿児島大学），菅森 義真

林 健二（生理学研究所），木村 梨絵（生理学研究所），（ウエイブフロント有限会社），郷 康広（生理学研究所），

米田 泰輔（生理学研究所），山本 真理子（生理学研究

鳴島 円（生理学研究所），榎木 亮介（生理学研究所），所），唐木 智充（生理学研究所），呉 嘉豪（生理学研大塚 岳（生理学研究所），森島 美絵子（生理学研究所），究所），吉村 由美子（生理学研究所）

上原 一将（生理学研究所），平澤 輝一（生理学研究所），【概要】
脳神経系では，神経細胞がシナプスを介して情報をや究所にて開催された。国内外の研究者約 40 名が参加し，りとりすることにより，その機能が実現される。また脳招待講演 3 題，公募による一般演題の口頭発表 10 題が神経系の機能的理解のためには，分子，シナプス，細胞，行われた。一般演題は若手の研究者を中心として，電気神経回路から動物行動に至るまで幅広い階層における生理技術を用いたシナプス伝達機構や神経可塑性の研研究成果を統合することが重要である。さらに形成過程，

究，二光子顕微鏡による in vivo イメージングや動物行動

可塑的変化や老化・疾患など様々局面での理解も重要でに関する研究など，最先端の研究データが発表された。

あるなど，多角的視点からの解析が必須であることが脳

今回の研究会では，徹底的な議論を行うために質疑応答

神経研究の特徴である。近年，分子イメージング技術やの時間を長く取るとの工夫を行った。その結果，熱のこ

光遺伝学的操作技術の確立により，真の多階層的研究がもった議論が行われ，大きな学会では少人数で濃密な議実現可能となり，シナプス研究は新たな時代を迎えよう

論することは難しいことから本研究会の意義は大きいとしている。そこで本研究会は，最先端の脳神経科学研との声が多く寄せられた。懇親会では，シニアの研究者

究に携わる研究者が一同に会して多角的研究テーマのと若手研究者との交流が行われ，活発な意見交換が行わ

情報交換を行い，徹底的に議論を行うことを通じてシナれていた。研究会の期間中には，世話人会による来年度

プス研究を新次元へと発展させることを目的として企の方向性も議論され，さらに発展させるための工夫が議画された。研究会は，2019 年 11 月 7 日-8 日に生理学研

論されるなど有意義な研究会となった。

（1）Excitability plasticity and mental depressiveness during acute inflammation in the cerebellum
Gen Ohtsuki1,2（1The Hakubi Center for Advanced Research, Kyoto University,
2Department of Biophysics, Kyoto University Graduate School of Science）

Cerebellar dysfunction is related to various psychiatric disorders,reverted such behavioral abnormality. Rest-ing-state functional

including au-tism-spectrum disorders and schizophrenia. However,

MRI revealed overconnectivity between the inflamed cere-bellum

the physiological aspect is less advanced. Recently, I haveand prefrontal neocortical regions. Thus, immune activity in theinvestigated the immune-triggered hyperex-citability in thecere-bellum induces neuronal hyperexcitability and disruption of

cerebellum. Activated microglia via exposure to bacterial endo-

psychomotor be-haviors in animals (Yamamoto et al./ *Ohtsuki,

toxin lipopolysaccharide or heat-killed Gram-negative bacteria

2019 Cell Reports).

induced poten-tiation of the intrinsic excitability in Purkinje cells

Excitability plasticity of the dendrites may be related to(PCs), which was suppressed by microglia-activity inhibitor or

selection of electro-conductivity of synaptic transmission along

microglia-depletion. An inflammatory cytokine, tumor necrosis

dendritic processes (Ohtsuki et al., 2012 Neuron; Ohtsuki andfactor-α (TNF-α) released from microglia via toll-like receptor 4

Hansel, 2018 iScience). In the later part of the talk, I will present

triggered this plasticity. Region-specific inflammation in thethe evidence of discordance of concurrent EPSCs between soma

cerebellum in vivo showed depression- and autistic-like behaviors.

and dendrite of PCs. My results suggest that this discordance

Furthermore, both TNF-α-inhibition and microglia-depletion

contributed to form a cluster of the synaptic transmission. Both349

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告of the induction of intrinsic plasticity and inhibition of SK

activity-dependent modulation of the excitability at dendrites

channels reduced the number of clus-ters, implying that the(*Ohtsuki, in press, J.Neurosci.). Thus, the excitability plasticity

heterogeneous excitability among PC dendrites may endow

may be linked to physiological mal-function at a disease state,neurons with branch-specific computational power and thelike as in the acute cerebellar inflammation.

（2）精神疾患関連エピジェネティクス因子の欠損が，マウス内側前頭前野錐体細胞への興奮性シナプス入力の減弱と異常行動を引き起こす
長濱 健一郎（東京大学）っていない。

統合失調症，自閉症スペクトラム障害などの精神疾患
は，幻聴・妄想または社会相互性障害などの症状を呈し，今回，我々は，一部の精神疾患患者で rare variant とし遺伝的要因を含めた多数の因子がその発症に関与するて遺伝子変異が報告されたヒストン修飾酵素に着目しことが知られている。これらの精神疾患の病態には，大た。CRISPR/Cas9 法により，実際の患者で報告されてい脳皮質の神経活動の異常が関与すると考えられており，

る遺伝子変異を模した変異を持つ遺伝子改変マウスを

特に内側前頭前野の関与が，患者を対象とした機能的作製し，行動学的解析，急性脳スライスを用いたホール

MRI の画像研究で示唆されている。遺伝的要因の関与のセルパッチクランプ法によるシナプス機能解析を行っ観点から，数多くのゲノムワイド関連解析（GWAS）やたところ，実際の臨床症状を反映する行動異常とマウス

エキソームシーケンス解析によりシナプス機能に関わ

内側前頭前野におけるシナプス伝達異常を同定した。さるものを含めた様々な精神疾患関連遺伝子の報告がさらに，RNAi 機構による遺伝子のノックダウン効果を利れており，シナプス機能の病態への関与も示唆されてい用し，子宮内エレクトロポレーション法を用いて，マウる。

ス大脳皮質前頭前野の一部の神経細胞において目的の近年，それらの様々な関連遺伝子の発現制御を司る機

ヒストン修飾酵素の発現を低下させ，シナプス機能解析

構として，エピジェネティクス機構の病態への関与が考と行動学的解析を行ったところ，同様のシナプス伝達異えられており，いくつかの転写因子やヒストン修飾因子

常とともに遺伝子改変マウスでみられた行動異常の一の de novo 変異が患者で報告されている。しかし，個々部を呈することがわかった。以上から，内側前頭前野ののエピジェネティクス因子が如何にして精神疾患の発特定の細胞群がマウスにおいて一部の精神疾患様の行症・病態に関与しているか，その全貌は未だ明らかとな動異常に寄与しうることが示唆された。

（3）マウス側頭皮質における新規高次視覚野は，小領域ごとに異なる神経投射を示す
西尾 奈々1,2，澁木 克栄 3，大木 研一 1,2（1 東京大院医統合生理，2 東京大学ニューロインテリジェンス国際研究機構，
3 新潟大脳研基礎神経科学システム脳生理）

霊長類の視覚情報処理は，大きく 2 つの経路，背側経の周囲にある高次視覚野群のうち，内側・前方の群は背路と腹側経路に分けられることが明らかにされている。

側経路に，側方の群は腹側経路に分かれることが報告さ

このうち腹側経路は What pathway とも呼ばれ，見たものれているが，それ以降の経路は不明であった。我々はの物体認知に機能すると考えられている。様々な実験ツ

GCaMP トランスジェニックマウスを用いて覚醒下で広ールを適用できる有用なモデル動物マウスの視覚情報

域カルシウムイメージングを行い，これまで視覚応答が処理についても近年研究が進められており，一次視覚野

知られていなかった側頭皮質の Ectorhinal cortex (ECT,350

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

TEa/36a) が顕著な視覚応答特性を持つことを見出した。

う，物体サイズを表現するような反応を示した。本研究

ECT の特に興味深い応答性は，刺激の物体サイズに従っ会ではその応答性の詳細と，前方領域（大サイズ領域）て応答位置がシフトするというものであった。すなわち，と後方領域（小サイズ領域）の神経投射パターンの違い

小さいサイズの物体刺激に対しては領域後方が，大きいについて報告した。

サイズの物体刺激に対しては領域前方が応答するとい（4）Oscillatory activities in the cortical circuits
Takeshi Otsuka（Division of Cerebral Circuitry, National Institute for Physiological Sciences）
The cortex outputs the information to several brain areas

oscillatory activities, pattern learning task was examined using

through different sets of pyramidal cells (PC). It has been shown

forced wheel running system, which animals learn irregularly-that cortical PCs form intra- and inter-laminar subnetworks,

patterned intervals between step bars to drink water from thedepending on pyramidal projection subtypes. However, it

supply port, while M1 area was stimulated during running. To

remains unknown how individual PC subnetworks concern inevaluate motor learning, we used the falling rate from step bars

cortical information processing and the high order brainof a rotating wheel. Time courses of pattern learning formation

functions. In the present study, we investigated the effects ofwere affected by optogenetic manipulations of specific PC

optogenetic manipulations of each PC subtype activities onsubtypes. To examine cortical network activities during a task,

network activities. Channel rhodopsin (ChR2) or archaerhodopsin

in vivo recordings were obtained. We found that oscillatory(eArch) was selectively expressed in L2/3 PCs or L5 PC

activities in local field potentials during learning were generated

subtypes of rat motor cortical areas by in utero electroporation.

and enhanced by light stimulations. Our results suggest that

In slice preparations, oscillatory activities were observed in FS

oscillatory activities induced by specific L5 PC subtype

cells as well as in the L5 PC subtype by light stimulations to thecontribute to formation of the motor learning.

specific PC subtype. To investigate physiological roles of（5）異なったシナプス前モジュールの組み合わせによるシナプス伝達の不均一性
中村 行宏（東京慈恵会医科大学 医学部 薬理学講座）
シナプス伝達の不均一性を生み出す細胞内機構についに観察され，幹全体に約 400 個，隆起部１つ当たりに 10て，脳幹の巨大シナプス calyx of Held で調べた。成熟した個のアクティブゾーンが存在していた。以上の実験結果に

calyx は軸索に接続している茎と，そこから分岐した

数理シミュレーションを適用して解析したところ，幹ではbouton 状の隆起部からなる。隆起部の数に基づいて calyx

大きな Ca2+チャネルクラスターが短い距離でシナプス小を単純型と複雑型に分類したところ，複雑型 calyx では胞と結合し放出確率を上昇させるのに対し，隆起部では小EPSC の振幅，即時放出可能プールのサイズ，シナプス前

さな Ca2+チャネルクラスターがより長い距離でシナプス末端 Ca2+電流が大きく，放出確率は小さかった。複雑型

小胞との結合し放出確率を低下させているという結論にcalyx の EPSC は EGTA によって強く抑制された。さらに至った。シナプスは，2 種類のアクティブゾーンの比率を

calyx に発現する Cav2.1 チャネルを蛍光標識したノックイ

変えることで，幅広い放出確率を実現しコーディング能力

ンマウスで形態観察を行ったところ，蛍光はクラスター状を拡張できると考えられる。

351

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（6）Spatiotemporally Asymmetric Excitation Supports Mammalian Retinal Motion Sensitivity
Akihiro Matsumoto1, Kevin L. Briggman2, Keisuke Yonehara1（1Danish Research Institute of Translational Neuroscience - DANDRITE, Nordic-EMBL Partnershipfor Molecular Medicine, Department of Biomedicine, Aarhus University
2Centerof Advanced European Studies and Research (caesar) ）The detection of visual motion is a fundamental function ofasymmetrically filtered glutamatergic inputs along motion-

the visual system. How motion speed and direction are

preference axis from asymmetrically wired bipolar andcomputed together at the cellular level, however, remains

amacrine cell types with distinct release dynamics. A

largely unknown. Here we suggest a circuit mechanism bycomputational model shows that, with this spatiotemporal

which excitatory inputs to direction-selective ganglion cells in

structure, the input amplitude becomes sensitive to speed andthe mouse retina become sensitive to the motion speed anddirection by a preferred direction enhancement mechanism.

direction of image motion. Electrophysiological, imaging, andOur results highlight the role of an excitatory mechanism inconnectomic analyses provide evidence that the dendrites ofretinal motion computation by which feature selectivity

ON direction-selective cells receive spatially offset andemerges from non-selective inputs.

（7）Top-Down Cortical Circuit for Perception and Memory Consolidation in Mice
Murayama Masanori（RIKEN Center for Brain Science）
Top-down control of sensory processing by higher corticalthat returns from M2 to S1, that 2) anatomically, the circuit

areas is essential for sensory perception. Despite its importance,

comprises a long-range recurrent intracortical connection

little is known about the mechanisms executing this control.

between S1 and M2. Axons from M2 to S1 target both deep

Recently, we identified a reverberating cortical circuit thatand superficial cortical layers in a bidirectional projection

underlies somatosensory perception in the mouse hindpaw. We

pattern that is characteristic of top-down projections. In thisrevealed that 1) physiologically, the circuit consists of sensory

talk, I will introduce physiological roles of the top-down

input from the primary somatosensory cortex (S1) to secondary

pathway in brain functions including perception and its

motor cortex (M2) that is converted into a feedback projection

memory consolidation of tactile information.

（8）Exploring the regulation of ER-mitochondria contact and its physiological roles in neurons
平林 祐介（東京大学 工学系研究科 化学生命工学専攻）
Ca2+ はニューロンのシナプス伝達において中心的役割

membrane, MAM）で起こることが知られているが，MAM

2+を果たすイオンである。従ってニューロンにおける Caはその他にもミトコンドリアの形態制御，脂質合成，オー

動態制御は非常に重要である。我々はニューロンの樹状突

トファゴソーム形成など様々な細胞の恒常性維持に必須

起においてシナプス活動に伴い小胞体からミトコンドリの役割を担う。MAM 形成にはミトコンドリア-小胞体のCa2+が流入することを見出した（Hirabayashi et al.,

数十 nm の近接が必要であることが示唆されているが，多Science, (article) 2017）。Ca2+ のミトコンドリアへの流入は細胞生物におけるミトコンドリア-小胞体繋留分子は未だ

小胞体-ミトコンドリアの接触面（Mitochondria-associated

決定的なものが発見されておらず，この分野の進捗の妨げ

アへ

352

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告となっていた。しかし我々は出芽酵母のミトコンドリア-

KO 細胞を調べたところ，MAM はコントロールに比べ２小胞体繋留タンパク質が持つ一部のドメインを手がかり

割程度まで大きく減少していた。また，培養細胞およびニとして膜タンパク質 PDZD8 に注目し，PDZD8 が哺乳類

ューロンの樹状突起において小胞体からミトコンドリア

細胞のミトコンドリア-小胞体の接触に必須であることをへ Ca2+ の流入を調べたところ，PDZD8 KD 細胞では流入初めて示した（Hirabayashi et al., Science, 2017）。内在性のする Ca2+ がコントロールと比べ大きく減少していた。興PDZD8 に CRISPR-Cas9 システムを用い蛍光タンパク質を味深いことに樹状突起においてはミトコンドリアに取り融合させ超解像度顕微鏡を用いその局在を調べたところ，込まれなかった Ca2+ により細胞質のCa2+ 濃度が上昇してPDZD8 は小胞体，中でも MAM に局在していた。正確にいた。以上の結果から PDZD8 は小胞体とミトコンドリア

ミトコンドリア-小胞体間の距離を定量するには電子顕微を繋ぐのに必須のタンパク質であることが明らかとなっ

鏡（EM）による観察が必須であるが，我々は３次元 EM

た。以上の結果は細胞の代謝を始めとした恒常性維持メカ

画像取得の最適化を行 い， FIB (Focus Ion Beam)-SEM

ニズムの研究から神経疾患の治療法に至るまで，幅広く大(Scanning EM) 画像の３次元再構築により正確に MAM のきなインパクトを持つ発見であると考えている。

割合を定量することに成功した。この手法を用い PDZD8（9）小胞型グルタミン酸輸送体の発現量が中枢神経系シナプス伝達に与える影響
中久保 佑太郎 1，阿部 冴華 1，伊佐 真幸 2，高森 茂雄 2，堀 哲也 1
（1 同志社大･生命医科学，2 同志社大･院･脳科学）
シナプス小胞あたりの VGLUT の発現量は，小胞へのグ

持続的な神経活動中は，WT マウスでは calyx シナプス

ルタミン酸充填速度に影響し，このことがシナプス伝達効

前終末での活動電位発火が 10 秒間安定して後細胞に破率にシナプス前性に影響を与える可能性があるが，実験的綻なく活動電位を発生するのに対し，VGLUT1 KO マウ

知見は少ない。我々はげっ歯類脳幹スライス標本において，

スでは，高頻度活動中に後細胞の活動電位発生に顕著なシナプス前終末内ケージドグルタミン酸光分解を行い，破綻をきたすことが観測された。

VGLUT1 ノックアウト（KO）マウスにおけるシナプス小高速に活動するシナプスにおいては，十分量の神経伝
達物質輸送体の発現と，回収再利用されたシナプス小胞

胞再充填速度と，その生理学的影響を観測した。
シナプス小胞枯渇処理を施したシナプスにおいて，グへの素早い神経伝達物質再充填が，高頻度かつ持続的なルタミン酸アンケージング後の EPSC 回復時間を観測す

神経伝達の維持に重要であることを示唆する研究内容

ると，WT マウスと比較し VGLUT1 KO では回復が約３を生理研研究会「ミクロからマクロに至る脳の構造と機倍遅い事が観測された。また，100 Hz10 秒間の高速かつ能のダイナミクス」演題として発表し，報告した。

（10）Q-SNARE Syntaxin-7 defines a reluctant recycling pool of synaptic vesicles in hippocampal neurons
Yasunori Mori1, Koichiro Takenaka1, Yugo Fukazawa2, Shigeo Takamori1（1Laboratory of Neural Membrane Biology, Graduate School of Brain Science, Doshisha University,
2Department of Histological and Physiological Sciences, Faculty of Medical Science, University of Fukui）

Presynaptic terminals contain recycling pool of synaptic

whether all recycling vesicles share a common release property

vesicles (SVs) that are responsible for sustained neurotransmitterhas been unclear. Although the neuronal SNARE proteins haverelease during repetitive stimulation. Despite morphologically

been shown to be essential for SV exocytosis, SVs also containhomogeneous appearance of SVs at the presynaptic terminals,

various kinds of endosomal SNARE proteins as minor353

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

components whose functional significance at the presynaptic

recycling vesicles requires high intracellular Ca2+ and also

terminals is poorly understood. Here, by monitoring recycling

depends on actin dynamics. Notably, blockade of Syntaxin-7

behavior of endosomal SNAREs (Syntaxin-6, -7, -8, -12/13, -16,

functions in neurons attenuated the rate of recruitment of SV

vti1a, VAMP-7) tagged with pH sensitive GFP (SEP; super-

recycling pool, rather than the total recycling pool size. Our data

ecliptic pHluorin) in cultured hippocampal neurons, wecollectively suggest that within total recycling vesicle pool, ademonstrate that vesicles harboring endosomal Q-SNARE

distinct subset of SVs is recruited for release depending on neural

Syntaxin-7 undergo exocytosis only upon high frequency

activities, and that Syntaxin-7, at least in part, contributes to form

stimulation at 20-40 Hz. The release of this subpopulation of

the functionally segregated recycling vesicle pool.

（11）海馬苔状線維シナプス前終末における開口放出および小胞リサイクリングのカルシウム依存性
宮野 里菜子（同志社大学大学院脳科学研究科 シナプス分子機能部門）
シナプス前終末において，即時放出可能プール（RRP）

うな脱分極刺激を与えると，開口放出により細胞膜の表面にあるシナプス小胞の開口放出，エンドサイトーシスおよ

積が増えて膜容量が増加し，その後，増加した膜容量はエ

びシナプス小胞の補充は，シナプス伝達を持続的に行うたンドサイトーシスによって徐々に減少した。このとき，細めに必要な過程である（シナプス小胞サイクリング）。海

胞内液にカルシウムイオンのキレート剤を加え，その効果

馬の苔状線維シナプスでは，頻回刺激によるシナプス前終をみた。すると，キレート剤の濃度を上げたとき，小胞の末内のカルシウム濃度上昇で，顕著な短期シナプス増強を

放出量は減少したが，エンドサイトーシスの時間経過はほ示すことが知られている。しかし，カルシウム濃度の上昇

とんど変わらなかった。また，2 発の RRP 枯渇刺激を様々により，シナプス小胞サイクリングの各過程がどのようなな間隔で与えて RRP の回復速度をみたところ，キレート

影響を受けているのかは明らかになっていなかった。そこ

剤の濃度の影響を受けないことが分かった。これらの結果で，海馬の急性スライス標本を作製して苔状線維シナプス

から，RRP の消費はカルシウムに依存するが，エンドサイ

前終末に膜容量測定法を適用し，これらの細胞内カルシウ

トーシスや RRP への補充過程はカルシウムに依存しない

ム依存性を調べた。シナプス前終末に RRP が枯渇するよ

ことが分かった。

（12）トリ蝸牛神経核シナプスにおける Src キナーゼの機能
山田 玲，古田 孝行，久場 博司（名古屋大学 医学系研究科 細胞生理学）
Src キナーゼは非受容体型チロシンキナーゼであり，細胞キナーゼ阻害剤（PP2）の投与により回復した。累積プロッ

における様々なシグナル伝達経路に関わる。神経細胞にもトを用いた解析から，EPSC の変化はシナプス小胞の即時

広く存在し，海馬では NMDA 受容体の促進作用を介した放出可能プール（RRP）サイズの変化と相関することが分

長期シナプス増強への関与が報告されている。高頻度神経かった。さらに PP2 を事前に投与した標本では，連続刺激

活動を繰り返す聴覚系においても Src キナーゼは発現するによる EPSC の減衰は観察されなかった。つまり NM 細胞が，その生理作用は良く分かってない。本研究ではトリ蝸

では聴神経活動に応じて Src キナーゼが活性化し，RRP サ

牛神経核（NM）細胞を対象に，Src キナーゼの聴神経シナイズを減少させることによってシナプス小胞放出を抑制す

プス伝達に対する作用を調べた。孵化後ニワトリ脳幹スラる。免疫染色において GLT-1 との共存が示唆されたことか

イス標本を用い，NM 細胞から聴神経刺激による EPSC をら，Src キナーゼはシナプス周囲のアストロサイトに発現す記録した。連続刺激（100 Hz，22 回，20 秒間隔）を与え続ると考えられる。今後は聴覚情報伝達における Src キナー

けると EPSC の振幅は徐々に減衰するが，この減衰は Src

ゼの機能的意義について検討する予定である。

354

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（13）Cerebellar circuit mechanism for rapid sensorimotor associations
Shinichiro Tsutsumi1, Oscar Chadney, Tin-Long Yiu, Lavinia Farragiana, Edgar Bäumler, and Michael Häusser（1 東京大学）
The key question in neuroscience is how the brain uses

lasting (~2 s) modulation predicts the rate of motor actions.

sensory information to flexibly adapt motor behavior. The

Optogenetic activation of Purkinje cells in Crus I shifts the

cerebellum has a well-known role in precise motor control. In

simple spike decreases toward increases, which corresponds toaddition, recent studies emphasize its role in sensory processing

the inability of the animals to initiate motor behavior. Two

which could be used for rapid sensorimotor associations.

photon calcium imaging across entire Crus I reveals that

However, how the cerebellum processes sensory information to

behaviorally relevant complex spike signals are organized into

rapidly adapt motor behavior remains largely unexplored. Herealternating parasagittal bands (zones). The probability, latency

we invented a behavioral paradigm which requires animals toand magnitude of coherent complex spike signals within these

rapidly discriminate multimodal sensory information to generatezones discriminated sensory modality. Coherence level of

temporally precise motor initiation. We probed how the cerebellar

complex spikes within the salient zones was specificallycortex contributes to the rapid sensorimotor associations byenhanced during sensory-evoked motor actions, but not for

optogenetic manipulation, high density electrical recordings

voluntary movement. Coherent complex spike signals in the(Neuropixels recordings), and two photon imaging of cerebellar

salient zones during sensorimotor associations were correlated

Purkinje cell activity in the folium Crus I in head-fixed mice.

with temporally precise motor initiation.

Optogenetic activation of Purkinje cells shows that cerebellar

These results suggest that short latency sensory-evokedcortical activity in Crus I during the sensory cue is crucial for

decreases in simple spikes are crucial for rapid sensorimotor

temporally precise motor initiation in response to sensory stimuli,

associations, and subsequent enhancement of coherence in

but not for the motor performance per se. Neuropixels recordings

sensory-evoked complex spikes in spatially organized Purkinje

from Purkinje cells during the task reveal dual phase andcells contributes to temporal precision of sensory-evoked motor

bidirectional modulation of simple spikes. Short latency (~200

initiation. Elaborate coordination of these two systems in thems) modulation of simple spikes is sensory modality-specific,

cerebellar cortex may sophisticate sensorimotor associations.

and the decreases predict subsequent motor initiation. Long355

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

12．認知神経科学の先端～脳の理論から身体・世界へ
2019 年 9 月 1 日－9 月 2 日
代表：島崎秀昭（京都大学）
所内対応者：磯田昌岐（生理学研究所･認知行動発達）
世話人：吉田正俊（生理学研究所･認知行動発達）（１）Introduction to discrete active inference
Martin Biehl（Araya Co.）
（２）Learning action-oriented models through active inference
Chris Buckley（University of Sussex）（３）Active Inference: a principled approach to the exploration-exploitation dilemma in reinforcement learning ?
Alec Tschantz（University of Sussex）（４）知覚から思考までの基本機構を明らかにする自由エネルギー原理
乾敏郎（追手門学院大学）（５）Biological plausibility of variational free energy as a cost function for neural networks
Takuya Isomura（RIKEN Center for Brain Science）（６）in-vivo imaging of the telencephalic neural activities in the closed-loop virtual reality environment revealed active
inference in decision making
Hitoshi Okamoto（Lab. for Neural Circuit Dynamic of Decision Making, RIKEN Center for Brain Science）（７）逆強化学習による動物行動戦略の解読
本田直樹（京都大学 生命科学研究科 生命動態研究センター）（８）再認の段階的創発を時間構造の変形から考える
平井靖史（福岡大学）（９）学習と認識の熱力学：ニューラルエンジンとはなにか？
島崎秀昭（京都大学）【参加者名】
新居桂陽（生理学研究所），Martin Biehl（アラヤ），大学），工藤和俊（東京大学），金沢星慶（東京大学），

Christopher Buckley（University of Sussex），遠藤拓己（ス

久保義弘（生理研），中村絢斗（東京大学），大羽成征（京マートニュース㈱），原田 勉（神戸大学），平井靖史（福都大学），落合幸治（理化学研究所），落合哲治（京都拘岡大学），廣田隆造（東京大学），本田直樹（京都大学），

置所医務課），小笠原淳（慶應義塾大学医学部大学院），

堀井隆斗（大阪大学），飯田正仁（㈱三菱総合研究所），

小笠原慶太（名古屋大学），荻野正樹（関西大学），岡田乾 敏郎（追手門学院大学），磯村拓哉（理化学研究所），

康佑（東京大学），岡本 仁（理化学研究所），奥村 唯，

岩沖晴彦（霊長類研究所），岩下素子（㈱デンソー），金

太田 陽（名古屋大学），榊原清美（トヨタ自動車㈱），

子 順（東海大学），上林厚志（㈱竹中工務店），金原秀

坂本 嵩（慶応義塾大学），佐藤大地（マツダ㈱），佐藤行（豊田中央研究所），北城圭一（生理学研究所），小林

那由多（大阪大学），関澤太樹（東京大学），島崎秀昭（京秀章，小山雄太郎（生理学研究所），熊谷 亘（理化学研

都大学），宗田卓史（東京医科歯科大学），須田晃充（順究所），倉重宏樹（東海大学），栗原勇人（早稲田大学），

天堂大学），菅原朋子（トヨタ中央研究所），砂川純也（北松本有央（産業技術総合研究所），松嶋達也（東京大学），

海道大学），鈴木大地（NINS, ExCELLS），高橋 徹（早道川貴章（理研光量子工学研究センター），宮崎美智子（大稲田大学），竹井成和（SmartNews / 産業技術大学院大学），

妻女子大学），宮崎崇史（ヤフー㈱），森 裕紀（早稲田田中 大（東京大学），谷本悠生（理研 CBS），富田健太356

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（愛知大学），鳥越万紀夫（理研 CBS），Alexander Tschantz

Xiang Felix Yan（早稲田大学），山内 智（ヤフー㈱），（University of Sussex），上田奈津貴（NCNP, 東京医科歯吉田正俊（生理学研究所），柴山康太郎（東京大学），Acer科大学），植松明子（生理学研究所），和田幹彦（法政大Chang（アラヤ），Yeng Yu（アラヤ），磯田昌岐（生理学学），ユーハオワン（大阪大学），渡部綾一（京都大学），

研究所）

【概要】
人間の心の仕組みを，脳を起点にして明らかにするこ域から，2) アクティブに研究成果を出している実際上のとを目指す認知神経科学は，神経生理学，心理物理学，研究実施者を中心にして人選を行った。各発表では分野

脳機能イメージング，計算論的神経科学といったさまざ

ごとのイントロダクションに重点を置き，議論の時間を

まな discipline からなる学際的領域である。このような学

多く取ることによって，特定のテーマについて様々な角際的領域を発展させるためには 1) 専門分野を超えた共度から議論を深めることを本会の特色とする。また，同研究（情報交換）の促進と 2) 研究者の層の厚みを増す

NINS 分野融合型共同研究事業による「自由エネルギー

こととが不可欠である。そこで本研究会では，「身体・原理チュートリアル・ワークショップ」に続けて開催す

世界との関わりを志向した脳の理論」をキーワードに 1)

ることによって，とくに若手研究者が計算論的方法をそテーマに関連する神経生理学，心理物理学，脳機能イメ

れぞれの分野に応用できるようになることを目指した。

ージング，計算論的神経科学といったさまざまな研究領（1）Introduction to discrete active inference
Martin Biehl（Araya Co.）In this talk I will give an overview of the formal ingredients

future actions results in an up-to-date posterior (we call it theand assumptions of Friston's active inference. Starting from a

active posterior) which represents what the model predicts about

Markov chain I will clarify the relation of the "standard" orthe consequences of future actions. A policy can then be derived"internal" formulation of active inference to the "external" freeby evaluating its consequences according to some given criteria.

energy principle associated to Markov blankets. The internal

The standard criterion in active inference is the expected freeversion can be seen as an approach to reinforcement learning forenergy but other choices are equally compatible with the overall

partially observable Markov decision problems (POMDPs) i.e.

approach. For example, in the reinforcement learning setting it is

to POMDPs where the transition function is not known to thethe expected sum over a particular sensor value called the reward.

agent. The external version claims that a particular dependency

Obtaining the active posterior and choosing the optimal future

structure (called a Markov blanket) between subsets of variables

action exactly are generally intractable problems. Active

in a dynamical system always leads to some subset "appearing"

inference therefore proposes to turn both of these problems intoto perform Bayesian inference on another.

a single optimization problem. This is achieved by by

I will then present in detail the internal active inference

introducing two new objects. The first is a variational active

procedure. This procedure relies on a powerful but also

posterior to approximate the true active posterior. There is thencomputationally intractable graphical generative model. The

an optimal policy associated to this variational active posterior,model includes parameters for the transition function of thethe variational optimal policy. The second object is a policy toenvironment states and for the dependency of the sensor values

approximate this variational optimal policy. The single

on these environment states. The generative model then specifies

optimization procedure then minimizes the sum of thea joint probability distribution over these parameters as well as

divergence between the variational active posterior and the true

all past and future actions, sensor values, and environment states.

active posterior and the divergence between the approximate

Conditioning on past taken actions, observed sensor values, andpolicy and the optimal variational policy.

357

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（2）Learning action-oriented models through active inference
Chris Buckley（University of Sussex）
In predictive processing accounts of perception and action,accurate models, these models are not tuned to any particular

great importance is placed on generative models that encode

behavioural niche and are therefore inefficient. Here, we

predictions about the sensory consequences of actions. Suchdemonstrate a principled and pragmatic approach to learningmodels, which underpin ‘active inference’ formulations ofaction-oriented models. Our approach balances goal-directed

predictive processing, provide a computational basis for theories

and epistemic behaviours through minimization of ‘expectedof perception and phenomenology that emphasize sensorimotor

free energy’ according to principles of active inference. We

interactions or contingencies. How such action-oriented models

demonstrate this approach using a simple model of bacterial

are learned, especially in complex environments, remains an

chemotaxis in which agents learn models that are parsimonious,

open question. One approach is to learn in the presence of goal-

tailored to action, and which avoid ‘bad bootstraps’. Intriguingly,

directed actions, however this strategy can suffer from so-called

our model shows how probabilistic models can support adaptive‘bad bootstraps’ by prematurely converging to suboptimal

behaviour not only in spite of, but because of, their departure

solutions. Another approach is to learn in the presence offrom veridical representations of the external environment.

exploratory or epistemic actions: while this approach can deliver（3）Active Inference: a principled approach to the exploration-exploitation dilemma inreinforcement learning ?
Alec Tschantz（University of Sussex）
In recent years, models of active inference have provided

will first present empirical results that demonstrate that thiscompelling accounts for a number of empirical phenomena.

model is competitive with both model-free and model-based RL,

However, these models have tended to focus on low-dimensional

before discussing the similarities that the model shares with these

problems. It, therefore, remains unclear whether active inference

approaches. I will then move on to highlight novel aspects of thecan be successfully applied at scale. In this talk, I will introduce

active inference framework that could be beneficial for the fielda model of active inference that is applicable to high-dimensionalof RL, before finally considering whether the proposed model isdomains, such as complex control tasks based on pixel inputs. I

biologically plausible.

（4）知覚から思考までの基本機構を明らかにする自由エネルギー原理
乾敏郎（追手門学院大学）

自由エネルギー原理は脳のさまざまな機能を説明でき（Friston, 2009）。これにより，知覚以外のさまざまな機能

る重要な理論である。特に事後信念と呼ばれる主観を扱うを説明してみせる理論となった。この理論では基本的に脳理論として注目される。自由エネルギー原理という名前はがあらゆる感覚の予測器であると考える。そこには運動指

Friston et al. (2006) で初めて登場する。2009 年になると，令というものもなく，運動もまた感覚の予測（期待）と考

自由エネルギー原理は大きく発展する。それは能動的推論えるのである。基本的に「ベイズ脳（Bayesian brain）」の（active inference）という考え方を導入したことによるアプローチである。この予測は入力された感覚信号に基づ

358生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

き，外環境や内環境（内臓などの内受容系）の状態を推論

本講演では，知覚，運動，感情，意思決定，思考などの機する。これは基本的にはベイズ推定であり，学習を通じて能がいかにして，一つの式から導出されるさまざまな関係

ベイズ最適な（Bayes-optimal）推論を行っていると考える。

式で説明されるのかを紹介する。

（5）Biological plausibility of variational free energy as a cost function for neural networks
Takuya Isomura（RIKEN Center for Brain Science）
This presentation comprises two parts. In the first part, I will

synaptic strengths, and the behavior of an organism to minimize

review the free-energy principle proposed by Karl Friston. Thisvariational free energy. I will mathematically describe how

theory aims at explaining various functions and behaviors ofneural and synaptic update rules are derived from variational freeneural networks and biological organisms in terms ofenergy minimization.

minimization of variational free energy, as a proxy for surprise.

In the second part, I will introduce our recent work. We

Variational free energy minimization provides a unified

consider a class of biologically plausible cost functions for neuralmathematical formulation of inference and learning processes in

networks, where the same cost function is minimized by bothterms of self-organizing neural networks that function as Bayes

neural activity and plasticity. We analytical show that such cost

optimal encoders. Moreover, biological organisms can use thefunctions can be cast as variational free energy under an implicit

same cost function to control their surrounding environment bygenerative model. Our results suggest that any neural network

sampling predicted (i.e., preferred) inputs, known as active

minimizing its cost function implicitly minimizes variational

inference. The free-energy principle suggests that active

free energy, indicating that variational free energy minimization

inference and learning are mediated by changes in neural activity,

is an apt explanation for a canonical neural network（6）in-vivo imaging of the telencephalic neural activities in the closed-loop virtual reality environment
revealed active inference in decision making
Hitoshi Okamoto（Lab. for Neural Circuit Dynamic of Decision Making, RIKEN Center for Brain Science）
Selecting a logical behavioral choice from the available

by reaching the goal compartment. These ensembles recovered

options, i.e. decision making is essential for animals. We aimed

throughout the trials under the open-loop condition. These

at directly addressing this process by establishing the closed-loop

results suggest that these two ensembles encode the prediction

virtual reality system for the head-tethered adult zebrafish witherrors between the status represented by the real sensory inputs

the 2-photon calcium imaging system. The adult zebrafish

and the favorable predicted status to successfully escape from theharboring G-CaMP7 in the excitatory neurons were trained todanger, and the behaviors are taken so that these errors become

perform visual-based active avoidance tasks and simultaneously

minimum. Our result supports that the adult zebrafish behaves in

the neural activities were imaged at the cellular level.

decision making based on the active inference in the free energy

Furthermore, after learning was once established in the closed-

principle, where agents take actions to suppress the prediction

loop condition, we suddenly removed the visual feed-back toerrors by trying to make the internal representation of themake the system open-loop. The Non-negative Matrix

bottom-up sensory states match those of the top-down

Factorization analysis revealed the one ensemble of neurons

predictions, and demonstrate the strong conservation of the basic

whose activities were suppressed by the recognized backward

principle of decision making throughout the evolution.

movement of the landscape, and the other ensemble suppressed359

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（7）逆強化学習による動物行動戦略の解読
本田直樹（京都大学 生命科学研究科 生命動態研究センター）
動物やヒトは外界の状況に応じて，より多くの報酬ががどのような戦略にしたがって行動しているのかは全期待できる行動戦略を持って行動していると考えられくの不明であった。線虫を温度勾配において追尾するこる。しかし，報酬には食料などの直接的なもののみならとで，行動時系列データを取得し，そして逆強化学習法

ず，間接的にそれらに結びつくものもあるため，動物のにより，線虫にとっての報酬を推定した。その結果，餌行動を単に観察しているだけでは，「動物が何を報酬とが十分ある状態で育った線虫は，「絶対温度」および「温して行動しているのか，何に価値を置いて行動している度の時間微分」に応じて報酬を感じていることを明らかのか？」を知ることは困難であった。また脳内では，報にした。この報酬に基づく戦略は２つの異なるモードか酬はドーパミンによって表現されていることから，動物ら構成されており，一つは効率的に成育温度に向かう移にとって何が報酬となっているのかを明らかにするこ動，もう一つは同じ温度の等温線に沿った移動を説明すとは，行動戦略を司る神経メカニズムの理解のためにもるものであった。また飢餓を経験した線虫は「絶対温度」

重要ある。そこで我々は行動時系列データからその裏にのみに依存した報酬により，飢餓温度を避ける戦略を持潜む戦略や未知の報酬を解読する機械学習法（逆強化学っていることを明らかにした。さらには，推定された報習）を考案した。この手法を線虫の温度走性行動へと応酬を用いて線虫行動をシミュレーションすると温度走用することで，線虫にとっての報酬や行動戦略を明らか

性行動が再現され，逆強化学習法の妥当性が示された。
この手法は行動とそれに伴う状態変化が定量的に観にした。
一定の温度で培養した線虫は，その培養温度を記憶し，測可能な場合，線虫に限らず他の動物へも適用可能であ

温度勾配下では培養温度を目指して移動し，逆に一定のることから，神経科学や行動生態学の基盤技術になるこ

温度で餌のない飢餓状態を経験した線虫は，温度勾配下とが期待される。

で飢餓温度を避けることが知られている。しかし，線虫（8）再認の段階的創発を時間構造の変形から考える
平井靖史（福岡大学）
あるタイプの対象や性質をそれとして同定することたか」ではなく，「脳が可能にしたのはどのような再認なしには，生物の認知も行動も成り立たない。生物の知であったのか」であり，さらに「脳以前にシステムはど覚に見られる再認（分類・同定）の働きは，そもそもどのようにして再認を実現したのか」である。

のようにして成立したのか。進化の偶有的産物である特

このような観点から，ベルクソンが素描していた「時定の器官に訴えることなしにこれを説明するためには，間を組み込んだシステム論的描像」を紹介する。以下の（器官でも生物でもなく）環境世界と生物の相互作用連

三つの時間スケールで再認可能性の変形が生じること

関のシステム全体が，進化を通じてどのように変形してを確認する。進化論的時間スケールで説明される刺激選

きたかをモデル化する起源論的アプローチが有効と考別の水準，学習する生物の行動可能性によって説明されえられる。一般的な意味での再認は脳を持つ生物の特権るカテゴリー化の水準，オンラインの知覚において動的ではないから，問題は「どうやって脳が再認を可能にしに生じる注意的焦点化の水準。

360

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（9）学習と認識の熱力学：ニューラルエンジンとはなにか？
島崎秀昭（京都大学）
本講演では脳が外界を学習し，推論する仕組みを情報キングや TMS 刺激を用いた人に対する研究では，この理論・機械学習・ベイズ統計学の視点から概観し，加え遅延部分の活動の選択的阻害により意識的体験が消失て神経活動のエントロピー変化に基づいて脳の学習・推することが示されている。講演では刺激応答の神経ダイ論を記述する熱力学的な枠組みを紹介する。脳の学習・ナミクスが観測と事前知識を統合する動的なベイズ推推論は順方向結合・リカレント結合からなる神経回路網論として記述されることを示し，さらにリカレント回路の非線形なダイナミクスによって実現される。感覚野でによる遅延変調を伴う推論過程が情報論的なエンジン

は順方向結合による初期応答は刺激特徴のみに依存し，を構成することを示す（ニューラルエンジン）。これに気づき・注意・報酬価値等の有無にかかわる内発的な状より感覚入力に対する内発的な変調の程度やその効率

態は初期応答後の活動に対する変調として表れること

を神経活動のエントロピー変化に基づいて定量化するが報告されている。この遅延変調は高次領野からのリカ

方法を提案する。

レント結合に起因するものと考えられている。逆向マス361

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

13．視覚・認知脳機能研究の先端
2019 年 9 月 26 日－9 月 27 日
代表：西本伸志（情報通信研究機構･脳情報通信融合研究センター）
所内対応者：磯田昌岐（生理学研究所）
世話人：二宮太平（生理学研究所）（１）情報表現モデルを用いた定量的脳機能研究
西本伸志（情報通信研究機構･CiNet）（２）皮質脳波による視覚情報の decoding と BCI への応用
柳澤琢史（大阪大学･高等共創研究院）（３）ニューロフィードバックを用いた恐怖記憶の解読と制御
小泉愛（ソニー･コンピュータサイエンス研究所）（４）視覚皮質と海馬の細胞外電位に含まれる情報の解読への試み
松本信圭（東京大学･大学院薬学系研究科）（５）視覚情報処理のクロックとしてのアルファ波
天野薫（情報通信研究機構･CiNet）（６）Eye movements and visual salience in schizophrenia
吉田正俊（生理学研究所･認知行動発達機構研究部門）（７）生物視覚のモデルとしてコンピュータビジョンの可能性と，問題解決の新たな方法論としての深層学習について岡谷貴之（東北大学･大学院情報科学研究科）（８）ヒトの時間知覚における周期的神経活動の役割
四本裕子（東京大学･大学院総合文化研究科）（９）ミラーシステムおよびメンタライジングシステムの神経活動およびその機能連関
二宮太平（生理学研究所･認知行動発達機構研究部門）（10）意識の場所と境界
大泉匡史（東京大学･大学院総合文化研究科）（11）脳機能イメージングから社会的認知機能の起源を探る
横山ちひろ（理化学研究所･生命機能科学研究センター）（12）意思決定の「ゆらぎ」の生物基盤と計算機構
小村豊（京都大学･こころの未来研究センター）【参加者名】
青山俊弘（鈴鹿高専），天野

タサイエンス），郷田直一（生理学研究所），古賀敬之

薫（情報通信研究機構），

新居桂陽（生理学研究所），安藤博士（アステラス製薬（早稲田大学），小濱㈱），イウンソウ（同志社大学），石田裕昭（東京都医都大学），小山雄太郎（生理学研究所），酒井雅子（㈱学総合研究所），磯田昌岐（生理学研究所），上原一将

エクォス・リサーチ），眞田尚久（関西医科大学），高（生理学研究所），植松明子（生理学研究所），オジョ

橋友太（早稲田大学），近添淳一（生理学研究所），拓ンミン（霊長類研究所），大泉匡史（東京大学），岡谷

殖仁美（科学技術振興機構），戸松彩花（生理学研究所），

貴之（東北大学），小山健一（科学技術振興機構），呉

富田健太（愛知大学），西本伸志（情報通信研究機構），

嘉豪（生理学研究所），小泉

二宮太平（生理学研究所），則武

愛（㈱ソニーコンピュー362

剛（近畿大学），小村豊（京厚（生理学研究所），

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

正岡明浩（玉川大学），松本信圭（東京大学），三宅佑

学研究所），北城圭一（生理学研究所），後藤優仁（慶果（KDDI），柳澤琢史（大阪大学），横井功（生理学

應義塾大学），岡崎由香（生理学研究所），揚妻正和（生研究所），横山ちひろ（理化学研究所），吉田正俊（生理学研究所），安井貴一（愛知大学），木村梨絵（生理理学研究所），四本裕子（東京大学），和泉友人（鈴鹿学研究所），宍戸恵美子（名古屋大学）

高専），吉本隆明（生理学研究所），西尾亜希子（生理【概要】
本研究会は，様々なアプローチで高次認知機能の神経

2 番目のセッションでは，ヒト脳波におけるアルファ波

基盤の解明を目指す研究者による研究内容紹介・交流をの視覚や時間知覚における役割から，生物視覚モデルな図ることを目的として，「視覚・認知脳機能研究の先端」

どへの応用が盛んな深層ニューラルネットワークの現というタイトルで開催された。26 日は「認知機能情報の状の総括，またマーモセットを用いた統合失調症モデル

解読と制御へのアプローチ」および「視覚・認知機能理に関する研究紹介がおこなわれた。最後のセッションで解への理論的・実験的アプローチ」，27 日は「社会的認は，理論的アプローチによる意識研究，マーモセットや

知機能理解への理論的・実験的アプローチ」の計 3 つのマカクザルを用いた社会的認知機能に関する研究，同じセッションを企画し，各セッション 4 名の講演者による

くマカクザルを対象とした意思決定に関する電気生理研究紹介がおこなわれた。最初のセッションでは，ヒト学的研究が紹介された。また，初日の夕方からはポスタを対象とした fMRI や脳波測定等により得られた神経活ーセッションもおこなわれ，講演と同じく幅広い分野・

動のデコーディング，更にはニューロフィードバック技

手法による研究結果について活発に議論がなされてい術や Brain-Computer interface への応用といった研究紹介

た。当初の狙い通り，普段触れる機会の少ない様々なアとともに，げっ歯類の海馬を対象とした神経活動の詳細

プローチによる先端的研究の成果発表が多くあり，非常な計測と情報表現の検討に関する講演がおこなわれた。

に有意義な研究会となった。

（1）情報表現モデルを用いた定量的脳機能研究
西本伸志（情報通信研究機構･CiNet）
私達の日常は，視聴覚を代表とする膨大な感覚入力をを含む複雑な入力条件下における脳活動を予測する定処理し，合目的な行動を生み出す複雑な脳機能によって量的モデルを構築する。様々な脳機能に関する仮説は，支えられている。標準的な神経科学の方法論においては，モデルが内包する特徴空間として実装され，その妥当性

これら複雑多様な入力，あるいはそれを契機に生成されはモデル構築には用いられない新規の条件下における

る内発的な情報の一部に着目し，それらを表現する神経

脳活動の予測能力として定量的に検証される。私達の研基盤に関する仮説検証に特化した実験を行うことで研究グループでは，この方法論によって視聴覚から認知機究が進められてきた。このような仮説特化型の実験は，能を含む様々な脳機能に関する研究を進めてきた。本講

特定仮説を定性的に検証する強力な手法である一方，そ演においては，これらモデリングアプローチを用いた研こで得られた知見がより複雑な状況である日常生活に究について紹介を行う。またこれまで用いられてきたどの程度一般化できるのか，またある特定部位の神経活

個々のモデルについては，情報表現レベルやアルゴリズ

動について仮説が説明する成分はどの程度の割合なのムレベル等，いくつかの記述段階のものが存在する。講か，等を定量的に検討することが困難である。

演においては，これらについて具体例を挙げながら，それぞれ予測性，解釈可能性，生物学的妥当性の観点からより直接的に日常的条件下における脳機能を研究す議論を行う。

るための枠組みとして，モデリングアプローチが挙げられる。この枠組では，たとえば視聴覚においては動画等

363

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（2）皮質脳波による視覚情報の decoding と BCI への応用
柳澤琢史（大阪大学･高等共創研究院）
Brain-Computer Interface (BCI) は，人の運動意図などを以上の入力が報告されている。

脳信号から読み解き，機械を制御する技術として開発さ皮質脳波は刺入電極と比較して脳の広い領域から信れ，重度麻痺患者の意思伝達装置などへの医療応用が期号を計測できる。そこで我々は，皮質脳波を後頭・側頭

待されている。近年は，多チャンネルの体内埋め込み型

葉の広い領域で計測し，分散的に表現されている視覚情の脳信号計測装置が開発され，BCI の医療応用が現実的報を得ることで，新たな BCI の開発を目指している。特な課題となっている。我々は，人の脳表面に電極を留置に，多様な視覚的意味情報を皮質脳波から推定すること

して脳波を計測する皮質脳波を用いた BCI を開発してきで，３次元の位置や速度の情報に限られる運動情報を基た。皮質脳波は刺入電極などと比較して脳への侵襲が低にした BCI よりも，高次元の視覚情報を基にした BCI をく，安定した信号を得られることから臨床応用に適して目指している。このために，人が様々な意味内容の動画いると考えられている。しかし，刺入電極によるスパイを知覚する際の皮質脳波を計測した。動画を１秒毎の静ク計測と比べると，得られる情報が少ない。特に運動情止画に変換し，その意味を文章で記述し，その中の単語報の推定では，運動野の population coding を基にした BCI

を Word2Vec により意味空間のベクトルに変換することと比較すると，ロボット制御や PC への文字入力においで，動画を１秒毎の意味ベクトルで表現した。この意味て精度と速度に大きな差がある。実際，我々が治療対象

ベクトルを皮質脳波から推定することで，被験者が見てと考える重症の筋萎縮性側索硬化症患者に対して，皮質いる画像の意味を推定した。視覚情報を用いた皮質脳波

脳波を用いた BCI では 10 秒に１文字程度の文字入力を

BCI の可能性について議論する。

実現したが，刺入電極を用いた BCI では 1 分に 30 文字（3）ニューロフィードバックを用いた恐怖記憶の解読と制御
小泉愛（ソニー･コンピュータサイエンス研究所）

本講演では，ニューロフィードバック技術（Decoded

な PTSD の治療法としての応用可能性が期待できます。

Neurofeedback, DecNef）を用いて，恐怖記憶に関わる脳

そうしたニューロフィードバック手法の開発を目指
し，本研究では，一つ目のステップとして，健常な被験活動パターンを解読し制御する研究を紹介します。
心的外傷後ストレス障がい（PTSD）患者の恐怖記憶を者におけるシンプルな恐怖記憶の緩和に取り組みまし和らげるためには，恐怖の対象（例えば，自動車事故にた。この基礎研究では，視覚野に恐怖記憶の対象を表す

関連する赤い車）を繰り返し見せたり，あるいはイメー

空間的脳活動パターンを検出する毎に，被験者に報酬をジさせる手法が効果的です。しかし，そうした手法自体

与える訓練により，恐怖記憶の対象への恐怖反応を緩和

がストレスになり，PTSD の治療を断念するケースも少できることが確認できました。さらに二つ目ステップとなくありません。もし，ニューロフィードバック技術をして，現在は，実際の PTSD 患者におけるより複雑な恐用いて，被験者が無自覚のうちに恐怖記憶を緩和できる

怖記憶を緩和する試みに取り組んでいます。本講演では，手法を開発することができれば，ストレスの少ない新た

これらの研究を紹介し，今後の課題について議論します。

364

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（4）視覚皮質と海馬の細胞外電位に含まれる情報の解読への試み
松本信圭（東京大学･大学院薬学系研究科）
視覚皮質および海馬では，感覚刺激や，抽象概念，動今回の発表では，視覚皮質と海馬の細胞外電位に関連物の状態に対応した神経活動が観察される。例えば，一

し，次の二つの内容を発表する。(1) ラットの頭部を固定

次視覚皮質のニューロンは特定の方向に動く縞模様にし，視覚刺激（縞模様）を提示した際の一次視覚皮質の対して選択的に発火する「方位選択性」を持つ。また，

細胞外電位を記録した。一次視覚皮質の細胞外電位から海馬のニューロンは，動物が特定の位置を通過した時に視覚情報のデコードをおこなうことができるか検討し発火する「場所選択性」を持つ。視覚皮質や海馬におけた。(2) げっ歯目の海馬の局所場電位においては，シータる，個々のニューロンの発火の選択性は広く知られてい波やリップル波が観察され，前者は動物の探索行動時，る一方で，それらの脳領域における細胞外電位（特に局REM 睡眠時に，後者は無動覚醒時や non-REM 睡眠時に所場電位）にはどのような情報が含まれるのかは詳細に頻繁に観察される。海馬の局所場電位は，動物の場所を調べられていない。さらに，局所場電位が個々のニュー符号化していることが示されているが（Agarwal et al.,ロンによるどのような神経活動によって生み出されて2014），局所場電位が個々のニューロンのどのような神

いるかもほとんど明らかにはなっていない。

経活動から生み出されているかは明らかではない。そこ

当研究室では，麻酔下および課題遂行中の動物から，で，局所場電位の中でもシータ波に着目し，パッチクラ様々な電極を用いて細胞外電位および細胞内電位を計

ンプ法を用いて，個々のニューロンの膜電位を最大 4 細測し，特定の神経活動にはどのような情報が内包されて胞から同時に記録することで，シータ波発生時の膜電位

いるかを検討している。

の集合ダイナミクスに迫った。

（5）視覚情報処理のクロックとしてのアルファ波
天野薫（情報通信研究機構･CiNet）

我々は，非侵襲的な脳活動操作手法を用いてヒトの視たことから，ジター錯視の知覚にアルファ波が因果的に知覚や行動を生み出す脳活動を調べている。本講演では，寄与していることが示された。最後に，ジター錯視を知

経頭蓋交流電気刺激（tACS）法を用いてアルファ波の機覚している際の MEG 信号に対する活動源推定から，ア能を調べた研究，拡散強調 MRI (dMRI) を用いてアルフ

ルファ帯域における背側視覚領域と腹側視覚領域の間

ァ波の神経解剖学的基盤を調べた研究を紹介する。

での情報のやり取りが増大している可能性が示唆され近年の研究から，10 Hz 程度の神経律動であるアルフた。二つ目の研究では，アルファ波周波数の個人差の神

ァ波が視知覚と密接に関連していることが示されてい

経解剖学的基盤を明らかにするため，MEG を用いた安静

るが，因果関係については明らかでない。一つ目の研究

時のアルファ波計測と拡散強調 MRI の計測を行った。ア[1]では，視覚情報処理におけるアルファ波の機能を検討

ルファ波の生成には視床と視覚皮質からなるネットワ

するためジター錯視と呼ばれる現象を利用した[2]。まずークが関与しているとする仮説に基づき，外側膝状体

始めに，アルファ波の周波数が個人によって 8-13 Hz の

（LGN）と第一次視覚野を結ぶ白質線維である視放線に範囲で異なることに着目し，その個人差に対応してジタ着目しこの線維の特性を分析した。その結果，線維束内ー錯視の見えの周波数も変化することを示した，さらに，での軸索の構造特性を反映していると考えられる

強度変調交流電気刺激を用いることで，後頭－頭頂部へOrientation Dispersion Index (ODI) と呼ばれる指標とアルの電気刺激中のアルファ波計測を実現し，アルファ周波

ファ波周波数の間に負の相関が観察された。
二つの実験の結果を合わせて考えると，LGN と V1 の数の増減に対応したジター錯視の周波数変化を観察し365

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

ループで生成されたアルファ波のリズムが，他の視覚領要である。

域においても共有され，視覚領域間での情報のやり取り[1] Minami, S., Amano, K. (2017) Illusory jitter perceived atのタイミング信号として機能している可能性が示唆さ

the frequency of alpha oscillations, Current Biology 27

れる。白質線維構造の違いからアルファ周波数の違いが(15), 2344-2351.
[2] Arnold, D.H. & Johnston, A. (2003) Motion induced spatial

生じるメカニズムや，電気刺激によってアルファ波の周

conflict. Nature, 425, 181-184.

波数が変化するメカニズムについては今後の検討が必（6）Eye movements and visual salience in schizophrenia
吉田正俊（生理学研究所･認知行動発達機構研究部門）
Abnormality in eye movements during free-viewing is

Then we evaluated a pharmacological model of schizophrenia in

potentially an efficient biomarker for schizophrenia (Miura et.al.

marmosets using intramuscular injection of ketamine at a sub-2014; Morita et.al. 2016). We examined whether aberrant

anesthetic dose. Since mismatch negativity (MMN) is a well-salience hypothesis (Kapur 2003) explains the abnormalities inestablished brain marker for schizophrenia, we developed aneye movements during free-viewing in schizophrenic subjects.

experimental setup for simultaneous recording of eye

We analyzed eye movement data obtained from 87

movements and the MMN. For this purpose, silver-ballschizophrenic subjects and 252 healthy control subjects who

electrodes were epidurally implanted on the auditory cortices.

viewed natural and/or complex images (n=56) for 8 seconds. We

Then eye movements and LFPs were recorded during free-calculated the saliency map of the images (Yoshida et.al. 2012)

viewing of the identical images with tone stimuli (10 % deviants

and evaluated the time course of the salience value at the position

and 90 % standards). Ketamine (0.5 mg/kg) reduced the medianof the gaze. We obtained evidence supporting aberrant visual

amplitude of saccades and attenuated the MMN with a similarsalience during free-viewing in the schizophrenic subjects.

time course. These results suggest that free-viewing is apromising experimental paradigm for establishing “translatable

As a first step toward establishing “translatable” markers formarkers” for schizophrenia in humans and in marmosets.

schizophrenia, we measured eye movements from normal
marmosets with the EyeLink 1000 Plus eye-tracker. The natural

MY was funded by the program for Brain Mapping by

and/or complex images identical to those used for the humanIntegrated Neurotechnologies for Disease Studies (Brain/MINDS)

subjects were randomly presented for 8 seconds. In four

from Ministry of Education, Culture, Sports Science, MEXT andmarmosets, saccades were reliably detected and characterized as

the Japan Agency for Medical Research and Development

the mean saccade frequency and the main sequence relationship.

(AMED).

（7）生物視覚のモデルとしてコンピュータビジョンの可能性と，問題解決の新たな方法論としての深層学習について
岡谷貴之（東北大学･大学院情報科学研究科）
コンピュータビジョンは，
人の視覚の機能を計算機上で

ンおよび深層学習と神経科学との，今後のつながりを考え実現することを主要な目標として，今から 40 年ほど前にるための材料を提供できればと思う。具体的なつながりと始まった分野である。7 − 8 年前の深層学習の登場によっして，コンピュータビジョン＋深層学習には生物の視覚情て，コンピュータビジョンは劇的に発展し，今の AI ブー

報処理のモデルとしての価値が考えられ，深層学習には神ムの中核を担ってきた。本講演では，コンピュータビジョ

経科学に役立つツールとしての価値が考えられる。

366

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

まずモデルとしての価値を考える。深層学習の登場によ

点では講演者は，そこにはかなりな違いがあるのではないり，深層ニューラルネットワークの性能は，個別のタスクかと見ている。少なくとも違うと考える蓋然性があり，そで人と比較できるレベルに到達しているとされ，その中身の辺りを議論したい。

（情報処理）を生物のそれと比較する必然性は十分にある。

次に，ツールとしての側面について考える。今や深層学

ただし，深層ニューラルネットワークは，外から見るとブ習は，コンピュータビジョン，自然言語処理，音声情報処

ラックボックスでしかなく，（生物の神経回路網と同じよ理などのいわゆる AI の関連分野を大きく超え，多様な工うに）計算アルゴリズムがすぐにはわからないという問題

学・サイエンスにおける新しい問題解決の方法として，広がある。これは，実世界応用において深層学習に現在，強がりつつある。そこでは，数学や物理に基づく従来のモデく求められている「説明性」や「信頼性」といったこととリングの代わりに，データを通じた学習が中心的な役割をも重なり合う。そこで，これらに関する研究の状況を説明果たす。見落としてはいけないのは，それに加え，個々のする。関連して，コンピュータビジョンや深層学習で何が問題解決のためにネットワークの構造をどのように設計

出来て，何が出来ないかを概観する。

するかが大きなウェイトを占めることである。新たな応用の開拓とともに，ネットワークの新しい構造要素が盛んにこれと独立に，そもそも深層ニューラルネットワークが生み出されてきており，これについても説明する。

データの学習を通じて獲得した情報処理の方法が，そもそも生物のそれと近いのだろうか，という疑問がある。現時（8）ヒトの時間知覚における周期的神経活動の役割
四本裕子（東京大学･大学院総合文化研究科）
数百ミリ秒から数秒の間隔時間の知覚には，複数の皮は，任意の周波数で時間変調する刺激を用いて神経引き質領域が関与する。そして，時間情報のエンコーディン込みを誘発し，それに伴う時間知覚を測定することで，グには，アルファ波などの周期的神経活動が関与する。

時間知覚における周期的神経活動の役割を検証した。そ講演では，以下の 3 つのリサーチクエスチョンを取り上の結果，時間の過大視量が周波数に依存すること，視覚げる。

皮質におけるアルファ周波数帯域の神経活動が知覚される時間長と相関すること，引き込みの効果は大脳にお（1）同期的神経活動はいかにして時間をコーディン

ける皮質間距離に依存することなどを見出した。また，グするのか？

視覚と聴覚では，時間のコーディングに関わる神経活動（2）周期的神経活動の効果はモダリティによって異の周波数が異なることや，触覚でも周期的刺激が時間知

なるのか？
（3）時間知覚における高次認知の役割は？

覚に影響することを示唆する結果を得た。さらに，予測明滅（フリッカ）する視覚刺激が知覚時間の過大視をや期待という高次の認知が時間知覚に及ぼす効果や，時間の記憶表象の特性についても議論する。

もたらすことが広く知られている。一方で，その背景にある神経相関ははっきりわかっていない。我々の研究で（9）ミラーシステムおよびメンタライジングシステムの神経活動およびその機能連関
二宮太平（生理学研究所･認知行動発達機構研究部門）
我々は日常的に，他者の行動とその結果について観察

長類の脳には 2 つのシステムが存在することが指摘されし，自らの行動を決める手がかりとしている。多くの研ている。1 つは腹側運動前野（PMv）を中心とするミラ究で，このような社会的認知機能の神経基盤として，霊ーシステムであり，もう 1 つは内側前頭皮質（MFC）を367

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告中心とするメンタライジングシステムである。これら 2連関について検討した。その結果，実在の相手と課題をつのシステムは，いずれも社会的情報処理に関与していおこなっている際は，PMv から MFC への情報流が増加るにも関わらず，その機能的役割の違いや機能連関の有しているのに対し，ビデオ上の相手と課題をおこなって無についてはいまだに議論の対象となっている。これらいる際は，MFC から PMv への情報流が増加しているこの問題について検討するために，マカクザルに対して実とが明らかになった。最後に，経路選択的かつ可逆的に在の他個体，ビデオ上の他個体，ビデオ上の棒状の物体

神経活動を制御できる，ウイルスベクターの 2 重感染法の 3 種類のパートナーを相手に行動観察と行動実行を繰

を用いて，PMv から MFC への入力を遮断する実験をおり返す役割交替課題をトレーニングし，課題遂行中のこなった。PMv → MFC 神経路の活動を遮断中，サルはPMv および MFC から神経活動の同時記録をおこなった。

パートナーの行動エラー情報を，次に自らがおこなう選単一神経細胞活動を解析した結果，PMv と MFC には，択に利用することができなくなった。以上の結果は，ミ

自己の行動，他者の行動，またはそのどちらにも応答す

ラーシステムとメンタライジングシステムが相補的にる神経細胞が，異なる割合で存在した。またパートナー

機能することで，様々な「他者」から行動とその結果にによって応答の強さが変化する細胞が多く観察された。

関する情報を抽出し，自らの行動選択に役立てているこ

次に，PMv と MFC から同時記録した局所電場電位にグとを示唆する。

レンジャー因果解析を適用することで，2 領野間の機能（10）意識の場所と境界
大泉匡史（東京大学･大学院総合文化研究科）
我々の脳の中にある多数の神経細胞が，外界の刺激に対に生じる意識を考える際に重要となる。通常の脳では，左して活動することにより，我々の主観的な体験（意識）が脳と右脳が脳梁によって強くつながれることにより，左脳生みだされている。ただし，脳の中で生じる神経活動の全と右脳で処理された情報の両方が統一された意識が生じてが意識に直接的な関連があるわけではないことが，これていると考えられる。しかしながら，脳梁が切断されるこまでの神経科学の知見から分かっている。従って，意識経とにより，左脳と右脳の間のつながりが弱くなると，左脳験を担うのに必要十分な最小の脳活動とは何かを同定すと右脳のそれぞれに独立した意識が生じる可能性が示唆ることは重要な問題である。この問題は，1990 年代頃よされている。境界という言葉を使ってこの現象を説明する

り Crick と Koch によって，Neural Correlate of Consciousnessと，通常の脳は左脳と右脳の間に意識の境界がなく，分離（NCC, 意識の神経相関）を実験的に探す問題として提唱

脳は左脳と右脳の間に意識の境界がある状態である。それ

され，意識の科学的研究の端緒となった。NCC の探求にでは一体，どれくらい左脳と右脳のつながりが弱くなるとよって，様々な知見が得られ，意識研究は大きく前進する

意識が分離し，あるいはどれくらいつながりが強くなればこととなったが，脳の中で意識を担う場所はどこかという意識が統合されるのだろうか？この問題もまた，現状の神根本的な問題は現状でも全く明らかになっていない。

経科学の知見からは全く明らかになっていない。

意識の場所を同定するという問題は，別の言い方をすれ

本講演では，
脳の中における意識の場所あるいは境界をば意識の「境界」を定める問題である。すなわち，脳は多同定するための，理論的なアプローチを紹介する。これま数の神経細胞がつながったネットワークと考えることがで様々な理論が意識の場所を予測するための仮説を提唱できるが，このネットワークの中で意識の場所を定める境してきたが，本講演では特に，Integrated Information Theory

界を引く問題である。意識の境界の問題は特に，分離脳と（IIT, 統合情報理論）の仮説を紹介し，その仮説を実験的呼ばれる，左脳と右脳をつなぐ脳梁が切断された状態の脳に検証する試みについても紹介する。

368

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（11）脳機能イメージングから社会的認知機能の起源を探る
横山ちひろ（理化学研究所･生命機能科学研究センター）
脳機能イメージングとは，非侵襲的にヒトの脳機能をれる。では，非ヒト霊長類を用いた脳機能イメージング

画像化し精神神経疾患の診断や治療に役立てようとす

研究の意義とは何だろうか。そのメリットのひとつは，る技術である。これによって，疾患特異的な，あるいはヒトと同じ計測法を用いることで実現する，社会認知機疾患の症状である社会的認知機能障害に関連した，脳ネ能を支える脳ネットワークや神経伝達物質活動の種間ットワークや神経伝達物質活動が同定されつつある。生比較である。本講演では，マーモセットの脳機能イメー

物学的にヒトに最も近縁な非ヒト霊長類は，その社会構

ジングを通じて得られた，社会認知機能を支える神経基造もヒトと類似している。非ヒト霊長類を用いた脳神経盤に関する知見をいくつか紹介し，非ヒト霊長類の脳機活動の直接計測や介入実験は，ヒト研究では実施困難で能イメージングを進化的な視点で活用する試みについあり，これらの研究成果はヒト社会認知機能の詳細な神て概説したい。

経科学的基盤解明に大きな役割を果たすことが期待さ（12）意思決定の「ゆらぎ」の生物基盤と計算機構
小村豊（京都大学･こころの未来研究センター）

我々の日常生活は，意思決定の連続である。しかし，次に，ヒトにおいても，同様の心理物理実験をしたとその意思決定は，様々な要因によって揺らぐ。本講演でころ，視床枕の神経活動のチューニングカーブは，ヒトは，その様式と要因を，神経生理，行動心理，計算モデの主観的確信度のチューニングカーブと，一致していた。

ルの観点から，論じたい。

そのカーブ特性は，確率分布をベースにしたカテゴライ

まず，マカクサルにおいて，意思決定のゆらぎに伴うズモデルから，説明できたので，霊長類の意思決定の確迷いを，wagering paradigm という課題を用いて，行動学

信度は，ヒト・サルにおいて，共通の計算機構が働いて的に抽出することに成功した。その遂行中に，視床枕が，いることが示唆された。

その確信度を表現することを見出し，その神経活動を，最後に，確信度の揺らぎから，自己参照能力を評価する手法と，その適用例を紹介する。

抑制すると，リスキーな選択を回避する，すなわち，確信度が低下するような適応行動を示した。

369

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

14．脳神経ダイナミクスの可視化と制御
2019 年 7 月 16 日－7 月 17 日
代表・世話人：武見充晃（東京大学大学院教育学研究科）
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）脳局所の活動パターンに基づく全脳活動パターンの推定
近添淳一（生理学研究所）（２）大脳神経活動の遷移ダイナミクスと精神疾患
渡部喬光（理化学研究所）（３）共感覚における色字対応づけのダイナミクス
浅野倫子（立教大学）（４）運動制御・学習系における掛け算と割り算
野崎大地（東京大学）（５）半側空間無視の動物モデルにおける皮質注意経路の機能的結合
吉田正俊（生理学研究所）（６）マーモセット広域皮質脳波でみる霊長類大脳皮質内の情報伝搬
小松三佐子（理化学研究所）（７）脳神経データの振動子分解
松田孟留（東京大学）（８）Toward a comprehensive understanding of the neural mechanisms of decoded neurofeedback
柴田和久（放射線医学総合研究所）（９）ニューロフィードバックによるトラウマ記憶の克服
小泉愛（SONY CSL）

（10）歩行時脳律動制御による片麻痺歩行の回復
小金丸聡子（獨協医科大学）（11）経頭蓋脳電気刺激による多様な脳状態下での運動学習
武見充晃（東京大学）（12）サプライズによる fmθ と偶発的記銘の変調
鹿内友美（理化学研究所）（13）人とボットのハイブリッド・システムによる協調行動の向上
白土寛和（Carnegie Mellon University）（14）バーチャルリアリティによる知覚・認知の制御
鳴海拓志（東京大学）【参加者名】
武見充晃（東京大学），北城圭一（生理学研究所），

淳一（生理学研究所），鳴海拓志（東京大学大学院），

上原一将（生理学研究所），岡崎由香（生理学研究所），

野崎大地（東京大学），松田孟留（東京大学大学院），

愛（SONY CSL），小金丸

吉田正俊（生理学研究所），渡部喬光（理化学研究所），

聡子（獨協医科大学），小松三佐子（理化学研究所），

樋口貴広（首都大学），芝田純也（立命館大学），土元

鹿内友美（理化学研究所），柴田和久（放射線医学総合

翔平（国立長寿医療研究センター），辻本憲吾（東京大研究所），白土寛和（Carnegie Mellon University），近添

学医学部付属病院），水口暢章（国立長寿医療研究セン

浅野倫子（立教大学），小泉370

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告ター），渡邊龍憲（名古屋大学），金子直嗣（東京大学

應義塾大学），加藤荘志（広島大学大学院），井出拓見大学院），座間拓郎（理化学研究所），小林稔季（東京（中京大学），彦坂幹斗（中京大学），澁澤柊花（大阪大学大学院），岩間清太朗（慶應義塾大学大学院），杉大学大学院），山口真広（名古屋大学），小笠原

野広尭（慶應義塾大学），加藤健治（国立長寿医療研究

應義塾大学），平島純奈（慶應義塾大学大学院），梶村

センター），牧野勇登（東京大学大学院），後藤優仁（慶昇吾（京都工芸繊維大学），宮田紘平（生理学研究所）

淳（慶

【概要】
脳神経細胞の発火には，ある程度の数の神経細胞によ的な活動パターンの可視化により脳の情報表現・処理機

る同期的な入力が必要であるように，脳は様々なスケー構の解明を目指す研究者と，神経ダイナミクスの制御にルの機能的に組織された神経細胞のネットワークによより疾患治療や人間拡張を目指す研究者が，お互いの最って構成されている。では，空間的に分散した神経ネッ

新知見に対する理解を深めて，新たな技術開発の方向性

トワークはどのようにして，感覚情報を逐次処理し，周や共創を導くことを目指して開催された。口頭発表を行

囲の環境変化に応じた動的な意思決定・運動制御を可能なった 14 名の演者（内，女性 5 名，ポスドク以下の若手にしているのか。このような脳情報処理における神経ダ

5 名）は，8 名は神経科学を専門とする者であったが，6

イナミクスの機能的役割の解明には，入力に対する神経

名はそれぞれ認知心理学・身体教育学・統計科学・リハ

ダイナミクスの応答を可視化して現象を記述するだけ

ビリテーション医学・認知工学・計算社会科学を専門とでなく，ダイナミクスを担う脳システム自体を制御してする者であった。研究会には合計 40 名（内，ポスター発機能変化をみることによりその因果律を示すことが望

表者 12 名）が参加し，普段学会等では出会わない研究者

ましい。そこで本研究会は，神経ネットワークの時空間間での非常に活発な質疑が展開された。

（1）脳局所活動パターンに基づく全脳活動パターンの推定
近添淳一（生理学研究所 生体機能情報解析室）
安静時機能的 MRI においては明確な課題や行動を行パターンの線形結合でモデル化し，このモデルを全脳のっていない状態の脳活動において様々な情報を抽出でパターンに適用することで，推定を行った。全脳を 360

きることが示されている。近年の，機能的 MRI と電気生の小領域（Glasser et al., 2016）に分割して，この推定を理を組み合わせた研究（Park et al., 2017）により，隣り合適用したところ，どの小領域においても，有意に全脳のう神経細胞が異なる脳領域と結合していることが明ら

活動パターンを推定可能であることが示された。さらに，

かにされており，この結果から局所の脳活動においても局所からの全脳パターン推定精度は，局所領域の大きさ

全脳のネットワーク情報が含まれていることが示唆さに比例する傾向が見られたが，precuneus などのハブ領域れている。本研究では，局所の脳活動パターンから全脳においては特に高い推定精度が観察された。これらの結の活動パターンを推定できるという仮説をおき，これを果は，局所に集約されている全脳ネットワーク情報の密検証した。具体的には，各時点での局所の脳活動を基底

度は領域によって異なることを示唆している。

（2）Data-driven approach to illustrate brain dynamics and its application
渡部喬光（理化学研究所 脳神経科学研究センター）
Coordinated whole-brain neural dynamics are essential for

integration of complex and multimodal information, and smoothproper control of functionally different brain systems, efficient

adaption to transient daily-life situations. Here, I will talk about371

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

a data- driven approach to illustrate such global brain dynamics

usefulness in reorganizationof confusing neuropsychiatricand another data-driven manner to depict local neural dynamics

disorders. Moreover, based on the paradigm, I will propose athat should be closely related to local neural informationnovel non- invasive intervention method to control humanprocessing. Afterwards, I will show a new paradigm to integratecognitions and mitigate neuropsychiatric disorders.

these global and local neural dynamics and demonstrate its（3）共感覚における色字対応づけのダイナミクス
浅野倫子（立教大学 現代心理学部）
文字に対して，その物理的な色とは独立に，特定の色の味で，共感覚色は脳内の文字認知処理過程の「可視化」で印象を感じることを色字共感覚といい，少数の人がこの認あるとみなせる可能性がある。この話題提供では，このよ

知処理特性を持つ。従来の研究で，色字共感覚は脳内の感

うな共感覚色のダイナミクスに関する研究を 2 つ紹介す

覚・知覚処理の単なる「混線」ではなく，言語など高次処る。一つ目は，既知の文字について新しい情報（新しい読理が関与した複雑な現象であることが明らかにされてきみや意味）を学んだ際の共感覚色の変化について検討したた。個々の文字に付随する情報がその色字共感覚者個人の研究である。二つ目は，新奇文字（一般的に，知らない文

脳内でどのように扱われているかが共感覚色（文字に感じ

字には共感覚色は生起しない）の学習時の共感覚色の生起る色）に反映されていると考えられる側面もあり，その意について調べた研究である。

（4）運動制御・学習系における掛け算と割り算
野崎大地（東京大学 大学院教育学研究科）
視覚・固有感覚など多感覚情報の統合，運動指令に基づ

Pouget & Sejnowski, J Cogn Neurosci 1997）に則って統合さいて予測された感覚情報と実際の感覚情報の照合，両腕協れることで柔軟な両腕協調運動が可能になっていること

調運動における両腕情報の統合など，身体運動制御・学習（Yokoi et al., J Neurosci 2011; 2014），視覚および固有感

プロセスには，複数の神経情報をどのように統合・活用す

覚エラー情報が Divisive Normalization（除算的）（Carandini

るかという問題が遍在している。ここでは，制御される腕& Heeger, Nat Rev Neurosci 2011）の処理を経て統合され，の情報と，反対側の腕の情報が内部モデル（制御器）内で腕運動適応に活用されていること（Hayashi et al., bioRxiv

ゲインフィールド（乗算的）（Andersen et al., Science 1985;2019）の 2 点についてお話しする。

（5）半側空間無視の動物モデルにおける皮質注意経路の機能的結合
吉田正俊（生理学研究所 認知行動発達機構研究部門）
半側空間無視（USN）の神経機構に関する現在最も有力ていない。そこで本研究ではサルの右上側頭回を損傷させな説では，腹側注意経路の損傷で同側の背側注意経路て無視症状が発現するか検証した。視覚刺激を妨害物の中（DAN）の機能的結合が低下することによって左右半球から選択する視覚選択課題およびフリービューイング中間の不均衡が生じることが提唱されている。これまでの研の視線計測から，ヒト USN と同様の症状が起きているこ

究では半側空間無視の動物モデルはまだ充分に確立できとが明らかになった。また，麻酔下での安静時 fMRI の計

372

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

測によって，サル USN モデルにおいてもヒト USN 患者

USN の神経メカニズムおよび機能回復メカニズムの解明と同様な DAN の左右半球間の不均衡が見られることが明のために有望であることを示している。

らかになった。以上のことはマカクザル USN モデルが（6）マーモセット広域皮質脳波でみる霊長類大脳皮質内の情報伝搬
小松三佐子（理化学研究所 脳神経科学研究センター）
我々の認知機能は脳全域が協調して活動することによ

大脳半球の前頭極から後頭極，側頭極までを連続的に覆い，り実現されている。とりわけヒトで発達した新皮質は高次高い時空間分解能で大脳皮質内の信号伝搬を可視化する

認知機能に関わると考えられているが，新皮質での情報処ことができる。音刺激により誘発される神経活動の皮質内理様式の多くの部分は未だ謎に包まれている。我々は小型伝搬を調べたところ，1 次聴覚野から高次聴覚野へ連続的霊長類マーモセットの皮質全域から神経活動を同時計測に活動が伝搬していることに加え，前頭極から頭頂部へもする多電極皮質脳波電極の開発を行った。マーモセットは神経活動が伝搬していることが明らかになった。これらのヒトと同様に複雑な皮質の階層構造を持つこと，脳溝が少結果から，聴覚情報処理は皮質広域が並列的に関わることないことから皮質脳波計測に適している。開発した電極はが示唆された。

（7）脳神経データの振動子分解
松田孟留（東京大学 大学院情報理工学系研究科）
Many time series are considered to be a superposition of

the given time series and that the oscillators superpose on eachseveral oscillation components. Matsuda & Komaki (Neuralvariable with amplitude and phase modulation. These models are

Comput2017a) developed a method for decomposing univariate

fitted to data by using empirical Bayes method and modeltime series into oscillation components and estimating theirselection with Akaike information criterion. Thus, our methods

phases, and Matsuda & Komaki (Neural Comput2017b)

extract underlying oscillators in a data-driven manner (unlike

extended it to multivariate time series. These methods are based

Fourier analysis and wavelet analysis) and enables investigation

on statistical models that assume that several oscillators underlieof the phase dynamics of a given time series.

（8）ニューロフィードバックによって行動変容が起こる仕組みの理解をめざして
柴田和久（放射線医学総合研究所 脳機能イメージング研究部）
われわれの研究グループは，機能的磁気共鳴画像法

果起こる神経可塑性を反映している，と考えることができ（fMRI）を用いたリアルタイム・ニューロフィードバックる（神経可塑性モデル）。本講演では，第一に，DecNef のと機械学習手法を組み合わせ，被験者の気づきが伴わない

結果がプラセボ効果や生理学的アーチファクトでは説明

状態で，ターゲットの脳部位に特定の賦活パターンを誘導できないことを指摘する。第二に，計算モデルをもとに，する方法（Decoded Neurofeedback, DecNef）を開発した。

DecNef に伴い神経可塑性が起こる仕組みについて解説すDecNef を用いることで，さまざまな知覚認知機能を変化る。第三に，これまでの DecNef 研究を対象にしたメタ解させることができる。この機能変化は，DecNef によって

析およびシミュレーションから得られた，神経可塑性モデ

特定のニューロン活動パターンが繰り返し誘起された結ルを支持する証拠について議論する。

373

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（9）ニューロフィードバックによるトラウマ記憶の克服
小泉愛（ソニー コンピュータサイエンス研究所）

心的外傷後ストレス障がい（PTSD）患者の恐怖記憶を象への暴露によるストレスを回避し，被験者が無自覚の和らげるには，恐怖の対象（例えば，自動車事故に関連

うちに恐怖記憶を緩和する研究を紹介します。具体的にする赤い車）を繰り返し見せたり，あるいはイメージさは，視覚野に恐怖記憶の対象を表す空間的脳活動パターせる手法が最も効果的です。しかし，そうした手法自体ンを検出する毎に，被験者に報酬を与える訓練により，がストレスになり，PTSD の治療を断念するケースも少恐怖記憶の対象への恐怖反応を緩和した基礎研究を解なくありません。本講演では，ニューロフィードバック

説します。さらに，臨床応用に向けた PTSD 患者を対象

技術（Decoded Neurofeedback, DecNef）を用いて，恐怖対とした試みも紹介します。

（10）歩行時脳律動制御による片麻痺歩行の回復
小金丸聡子（獨協医科大学 医学部）
ヒト二足歩行中においては，脊髄の律動的神経活動の残存するという臨床知見からも，ヒト二足歩行中の脳ダ

みならず，歩行周期依存的な脳ダイナミクスが認められイナミクスの重要性が示唆される。本講演では，ヒト二る事が報告されてきた。動物の 4 足歩行では，障害物を足歩行中の脳ダイナミクスについて既報告を紹介し，歩またぐなど，認知を必要とする複雑な応用歩行でのみ大

行周期依存性の律動性脳活動が非侵襲的脳刺激である

脳皮質活動が重要となるが，ヒト二足歩行では意識的制経頭蓋交流電流刺激（DC offset あり）を用いて制御され御を必要としない通常の快適速度の二足歩行でも大脳る事，歩行周期に同期させた経頭蓋交流電流刺激が歩行

皮質活動が認められる。その活動がヒト二足歩行を制御

中脳ダイナミクスを変化させ，脳卒中後歩行障害患者のしている事を示唆する Neuroimaging 研究も近年報告さ歩行機能を回復させるという我々の知見について紹介れている。またヒト脳損傷患者における歩行障害が，脊する。

髄が正常に機能しているにも関わらず回復せず，障害が（11）経頭蓋脳電気刺激による多様な脳状態下での運動学習
武見充晃（東京大学 大学院教育学研究科）
記憶は形成された時と環境・状況が近いほど想起しや記憶の想起が阻害されることが示されている（Javadi etすい。この特性は記憶の文脈依存性と言われ，近年そのal., J Neurosci 2017; Nozaki et al., eLife 2016）。では，複数神経実体として，記憶が形成される時と想起される時のの脳状態を操作的に作り出し，その全ての状態下で同じ脳状態の対応関係が示唆されている。例えばマウスでは，運動課題を学習することで，多様な文脈に単一の運動記

脳神経を直接刺激してその状態を恐怖記憶が形成され憶を紐づけることはできないだろうか。本発表では，経た時と一致させると，周辺の環境に関わらず突如として

頭蓋脳電気刺激が多様な脳状態を惹起できること，多様

恐 怖 記 憶 が 蘇 る こ と が 示 さ れ て い る （ Ramirez et al.,な脳状態下で形成された運動記憶が定着に優れること，

Science 2013）。ヒトにおいても，記憶の形成と想起時にその理由が神経細胞における記憶表現の冗長性に由来異なるパターンの脳刺激を与えると，宣言的記憶や運動することを示した一連の研究を報告する。

374

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（12）サプライズによる fmθ と偶発的記銘の変調
鹿内友美（理化学研究所 脳神経科学研究センター）
似た特徴を持つ刺激（例えば高音）が繰り返し現れる

は，適応が偶発的記銘にどのような影響を及ぼすかを検と，次も同じようなものだろうという予測が働く。その証するために，oddball 課題に改変を加えた記銘課題と再ため，予測を裏切る特徴の刺激（低音）が提示された場

認課題を用いて脳波計測を行った。また，予測の生成と合，ミスマッチネガティビティなど特徴的な脳活動が観予測外れ，予測の更新を表現できる数理モデル，ベイジ

察される。このような連続した同一特徴の刺激への適応

アンサプライズを用いて，適応の脳内情報処理過程を推については多くの神経科学研究があるが，記憶を含む他定した。推定された適応の状態の変化と，記銘課題時脳の認知機能との関わりを調査した例は少ない。本研究で波・再認課題成績との対応について報告する。

（13）人とボットのハイブリッド・システムによる協調行動の向上発表演題名
白土寛和（Carnegie Mellon University, School of Computer Science）
本発表では，人が協調行動をとる際に生じる集合行為

集団として全体最適に至るまでの時間を計測した。その問題を取り上げ，個人の振る舞いが集団の協調能力に与結果，ボットがある程度ランダムに振る舞うことで，集える影響を調べた実験結果を示す。実験では，オンライ団の協調行動が最も早く全体最適に至ることを明らかン上で集められた 4000 人ほどの被験者を，人工エージにした。また，個人のランダムな振る舞いは，ネットワ

ェントである「ボット」と共に，仮想的なネットワーク

ークを通して，集団全体に波及することがわかった。最上に配置し，集団の協調能力を測る「グラフ配色ゲーム」

後に，協調行動の難しさを示す具体的な例として，災害に参加させた。その上で，ボットのランダムな振る舞い

に対する社会的ネットワーク上の情報と行動の伝搬にの度合いとそのネットワーク内での位置を実験操作し，関する社会実験の結果を紹介する。

（14）バーチャルリアリティによる知覚・認知の制御
鳴海拓志（東京大学 大学院情報理工学系研究科）
昨今のバーチャルリアリティ（VR）研究におけるブレなバーチャル身体を扱えるようになり，そうした身体変ークスルーのひとつに，人間の脳の情報処理特性をうま

容錯覚がヒトの認知にも大きな影響を与えることが明く利用した錯覚応用型のインタフェース技術の登場がらかになってきている。本講演では，触覚・味覚・嗅覚ある。なかでも，感覚間の相互作用を誘発し，提示が容等を扱うクロスモーダルインタフェースの事例を紹介

易な刺激を組み合わせるだけで複雑な五感を提示する

するとともに，これらに基づいて生じる身体知覚の変容

クロスモーダルインタフェースは，VR において多様なによって運動や情動，認知能力を制御することが可能な

五感知覚の制御を可能にした。さらには，こうした五感

次世代の VR 技術を紹介し，VR が脳神経ダイナミクスの制御技術を活用することで，VR においてヒトが多様の理解と制御に活用できる可能性を議論する。

375

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

15．力学系の視点からの脳・神経回路の理解
2019 年 11 月 28 日－11 月 29 日
代表・世話人：北野勝則（立命館大学 情報理工学部）
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）ニューロンとシナプスの二重の確率性による大脳皮質の学習計算原理
寺前順之介（京都大学大学院情報学研究科）（２）連発刺激印加による振動抑制法に対する分岐点近傍解析
上田肇一（富山大学 学術研究部理学系）（３）時系列情報の規則的構造を学習する神経回路モデル
朝吹俊丈（東京大学大学院 新領域創成科学研究科）（４）階層的予測情報処理プロセスの失調としての精神障害：神経ロボティクス的アプローチ
山下祐一（国立精神･神経医療研究センター 神経研究所）（５）脳の機能分化の神経機構解明のための変分原理による発展力学系
津田一郎（中部大学 創発学術院）（６）MRI データ駆動型マーモセット全脳モデルと局所神経回路記憶モデル
塚田啓道（沖縄科学技術大学院大学 神経計算ユニット）（７）自発的神経活動の機能的意義
栗川知己（関西医科大学 物理教室）（８）Multiple pattern generations and chaotic itinerant dynamics in reservoir computing
末谷大道（大分大学 理工学部）【参加者名】
上原一将（生理学研究所），北城圭一（生理学研究所），

YE SONG（立命館大学），藤原正幸（北陸先端科学技術岡崎由香（生理学研究所），戸松彩花（生理学研究所），

大学院大学），金子直嗣（東京大学大学院），松森唯益

小山雄太郎（生理学研究所），水原啓暁（京都大学），（㈱豊田中央研究所），竹川高志（工学院大学），遠藤横山寛（生理学研究所），末谷大道（大分大学），栗希美（東京大学），山本祥太（大阪大学大学院），橋和

川知己（関西医科大学），松山裕典（名古屋大学ニュー田隆志（立命館大学），岩下素子（㈱デンソー），萩原

ロサイエンス研究センター）北野勝則（立命館大学），

淳（同志社大学），大西津田一郎（中部大学創発学術院），朝吹俊丈（東京大学

慶太（東京大学），笹岡優樹（立命館大学），菅原朋子

大学院），山下祐一（国立研究開発法人国立精神・神経（豊田中央研究所），関澤太樹（東京大学），鳥居拓馬

医療研究センター神経研究所），上田肇一（富山大学），（北陸先端科学技術大学院大学），日髙昇平（北陸先端田中琢真（滋賀大学）寺前順之介（京都大学），塚田啓

科学技術大学院大学），市川航平（東京大学），青柳富道（沖縄科学技術大学院大学），橋爪善光（九州情報大誌生（京都大学），鮫島和行（玉川大学脳科学研究所），学），加納

岩田 拡（あさひが丘ホスピタル），千野直仁（愛知学

周（名古屋大学大学院），垣内田翔子（徳山工業高等専門学校），西井朔（東京大学大学院），徳田

院大学），伊藤嘉房（藤田医科大学）

淳（山口大学），二木大樹（立命館大学グローバルイノベーション研究機構），376

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

【概要】
経時的に変化する外界に柔軟に適応できる脳機能は，係があるが，その詳細は不明な点が多い。一方，マルチ脳神経系が有する動的な特性により実現されると考えニューロン活動計測や脳波・皮質脳波など，多点計測デられ，実際に，この特性は，単一ニューロンやシナプスータの取得により，脳神経系の動的特性やその機能的意などのミクロなスケールから全脳レベルの大域的回路義について，多自由度力学系の観点から解析することがに至るあらゆる階層において観測することができる。し可能となり，近年，こうした研究に注目が集まりつつあ

かしながら，こうした動的特性が，脳機能の仕組みにおる。本研究会は，こうした研究課題で活躍する研究者のいて，どのように寄与しているかはまだ十分に理解され議論の場となることを期待して開催した。研究会開催当ていない。とりわけ，リズムや同期といった脳活動は，日，会場では，優れた発表と活発な質疑・議論が行われ，認知機能のみならず，脳疾患時の機能不全とも密接な関開催目的は十分に達成できたと思われる。

（1）ニューロンとシナプスの二重の確率性による大脳皮質の学習計算原理
寺前順之介（京都大学大学院 情報学研究科 先端数理科学専攻）
大脳皮質では，ニューロンとシナプスの両方が高い確かは未解明に残されていた。この発表では，この二重の率性を持って動作している。ニューロンは不規則なスパ

確率性が，既存の多くの知見に合致する大脳皮質の学習

イク列を生成し，シナプスは確率的に伝達物質を放出す則を与えることを示す。この学習則は，皮質局所回路のる。シナプス可塑性も大きな揺らぎを伴って実現してい統計性やニューロンの応答特性など，実験的に観測される。これら確率的挙動には，幾つかの利点が存在するこた大脳皮質の様々な性質を再現し，皮質ニューロンとシとが先行研究によって指摘されてきた。しかしそれらはナプスの確率的な動作特性に整合的な説明を与える。こ個別論に留まっており，ニューロンとシナプスの二重のの学習則によって，神経ネットワークに対する入力情報

確率性が，総体としてどんな皮質情報処理を実現するのの，最も効率性な符号化が実現することも紹介する。

（2）連発刺激印加による振動抑制法に対する分岐点近傍解析
上田肇一（富山大学 学術研究部理学系）
ニューロンの異常活動の原因として細胞外カリウム部刺激を加えることによってカリウム振動及びそれに濃度の影響が指摘されている。Cressman らはグリアによ伴うニューロンの異常活動を消滅させる手法を提案するカリウムイオンの取り込み効果に着目した数理モデる。さらに，複合分岐点近傍解析を行い，提案手法が成ルを導出し，細胞外カリウム濃度とニューロン活動の関功するための条件を明らかにする。

係を調べた[1]。本講演では Cressman らが提案したモデ[1] Cressman, J. R., et al. (2009). Journal of computational
neuroscience, 26(2), 159-170.

ルに外力項を追加した方程式の数値実験を行い，連発外377

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（3）時系列情報の規則的構造を学習する神経回路モデル
朝吹俊丈（東京大学大学院 新領域創成科学研究科 複雑理工学専攻）
我々の脳は，外界からの入力情報に含まれる規則的なた力学系の分岐構造にチャンクを埋め込むものや，入力短い時系列を，一つのまとまり（チャンク）として学習・時系列に対する遷移確率を元にしたベイズ推定とは本認識することで複雑な情報に対応していると考えられ質的に異なるものである。また，我々が提案したモデル

るが，そのメカニズムはまだよくわかっていない。我々は，従来のチャンク学習モデルで検出できなかった複雑

は，チャンクの教師なし学習を行う二つのモデルを提案

な構造を持つ場合でも学習でき，さらにチャンクの学習した。二つのモデルは異なる構造を持つものの，入力ににとどまらずブラインド信号源分離などの問題にも適対する出力の予測可能性を最大化することで学習を行用可能であることがわかった。

う点で共通している。これは，これまでに提案されてき（4）階層的予測情報処理プロセスの失調としての精神障害：神経ロボティクス的アプローチ
山下祐一（国立精神･神経医療研究センター 神経研究所）
脳とは予測装置であり，階層的に構成される内部モデプが存在している。本講演では，予測情報処理の計算プ

ル（生成モデル）に基づく予測と予測誤差最小化が，人ロセスを階層的なリカレントニューラルネットワークの柔軟で多様な認知・行動を可能にする一般的計算原理（RNN）モデルとして具体化し，この RNN によって駆である，という仮説（予測情報処理）が有力視されてい動されるロボットを用いた神経ロボティクス的アプロる。精神障害の症状を，この予測情報処理プロセスの変ーチにより，計算理論，神経ダイナミクス，知覚・認知

調として理解しようとする試みも盛んになっているが，行動とその変調としての精神症状の各水準の観察とを概念的仮説と症状・行動レベルの病像との間にはギャッ

実験的に橋渡する試みを紹介する。

（5）脳の機能分化の神経機構解明のための変分原理による発展力学系
津田一郎（中部大学 創発学術院）
ヒトの大脳新皮質は５０程度のそれぞれ異なる機能を的に分割されていることが分かってきた。これを機能分割持つ領域に分かれている。これは発見者にちなんでブローという。ここではこの機能分割も含めて機能分化と呼ぶこ

ドマンの機能地図と呼ばれている。また，皮質下にはさらとにする。しかしながら，この問題に対する理論的なアプに多くの機能領域が存在する。それぞれの機能領域ではさローチはほとんどなかったと言ってよい。そこで，我々はまざまなニューロン（神経細胞）活動によって機能が表現

脳が処理する問題に応じて脳全体に特異な拘束がかかるされている。このように脳の発達過程で機能が分かれていことで，拘束を満たすように機能要素になるニューロン群くことを機能分化という。少なくとも哺乳類の脳や鳥類のが生成されるという作業仮説を立て，機能分化を変分問題

脳は特徴的な機能を発現する領域に分かれていて機能分として定式化する研究に着手した。まだ研究は初歩的な段化が進んでいる。最近，ヒトの大脳新皮質において与えら階であるが，本講演ではこの試みについて触れ，さまざまれた課題を遂行するときに神経活動のシンクロ（同期）になレベルの機能分化を典型的に表現する数理モデルを提よって同一機能を表現する機能結合領域が調べられた。そ案する。提案モデルは進化的に力学系を発展させたものでの結果，大脳新皮質は１００以上のさらに細かい領域に動

ある。

378

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（6）MRI データ駆動型マーモセット全脳モデルと局所神経回路記憶モデル
塚田啓道（沖縄科学技術大学院大学 神経計算ユニット）
本講演の前半では革新脳プロジェクトのデータベー

習則を用いた局所神経回路の文脈記憶モデルを紹介す

スに蓄積されているマーモセットの構造的・機能的デーる。この研究では時空間パターンの時間情報分離能力にタを利用した全脳モデルを紹介する。この研究ではマー

優れた時空間学習則（STLR）と空間パターンの統合（補モセットの構造的結合に基づいて全脳モデルを構築し，完）能力に優れた Hebb 型学習則を同一回路内で競合さシミュレーションによって fMRI データの再現性を確認せることによって，時空間文脈情報を安定して記憶できすることで，局所回路の興奮性と抑制性の結合のバランる領域が存在することを明らかにした。これらの異なる

スの重要性や種間の脳のダイナミクスの違いを検討し２つのアプローチによって脳の神経回路をどのようにている。講演の後半では生理学的に尤もらしい２つの学理解できるのかを議論したい。

（7）自発的神経活動の機能的意義
栗川知己（関西医科大学 物理教室）
経活動の構造は未だに明らかになっていない。

近年のライブ多点計測技術の進展により，神経活動を高次元ダイナミクスとして観察し，その機能的意義を問うこ本発表では，
まず自発的神経活動とラットの意思決定ととが可能になってきた。多くの研究が，対象となる特定のの関係，具体的には自発活動の susceptibility の違いがラッタスクに対応した軌道構造を解析し，対象の機能とダイナ

トの意思決定の個体差を説明できるという研究を紹介すミクスとしての神経活動を対応させている。しかし，そのる。その後，神経活動の入力に対する変化＝分岐を用いたタスクの際の軌道を生成する背後にある構造＝自発的神

時系列学習の話を紹介したい。

（8）Multiple pattern generations and chaotic itinerant dynamics in reservoir computing
Hiromichi Suetani（Oita University）
In his seminal book, Donald Hebb raised a problem how

using FORCE-learning framework [4], we consider theincessant activity in the brain (he called “existing activity” )problem of multiple temporal pattern generations via a single

builds the psychological behaviors including attention, set andrecurrent neural network (RNN) that are selectable by the

expectancy, and conducted landmark notions, i.e., Hebbian law,combination of trigger pulses through multiple channels. We

cell assemblies, and phase sequence [1]. Although theshow that weak chaos meaning that the maximal Lyapunov

importance of spontaneous activity of the brain has been paid

exponent is small but strictly positive (this is not the so-called

less attention until recently, intensive developments of“edge of chaos” ) is required as a generic property of the RNN

methodological tools reveals that spontaneous activity in thefor giving optimal performances. Furthermore, when the RNN

brain is not merely random but rather is more structured withexhibits optimal performance against the external inputs, thecoherent patterns [2].

RNN also exhibits intermittent switching processes among

In this study, we discuss a constructive role of spontaneous

several quasi-stable patterns without the external inputs. Such

activity in the information processing of the brain from thea behavior reminds us a prominent behavior of the high-viewpoint of the reservoir computing paradigm [3]. Especially,

dimensional nonlinear dynamical systems called chaotic379

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告(2009).

itinerancy [5]. We characterize such an itinerant behavior interms of the fluctuations of the finite-time Lyapunov exponents[3] J ger, H., Tech. Rep. GMD Report 148, German Researchand the eigenvalue spectra of the recurrent weight matrices

Center for Information Technology (2001); Maas, W. et al.,after learning [6]. We also discuss a low-dimensional

Neural Comp. 14, 2351(2002).

visualization of itinerant behavior using the methodology of[4] Sussillo, D., and Abbott, L.F., Neuron 63, 544 (2009).

manifold learning.

[5] Kaneko, K., and Tsuda, I., Chaos 13, 926 (2003).
[6] Suetani, H., in Proceedings of the 28th International
Conference on Artificial Neural Networks (ICANN) Part V[1] Hebb, D.O., The Organization of Behavior : A(Lecture Notes in Computer Science 11731), 76 (Springer,

Neuropsychological Theory (Wiley, 1949).

2019).

[2] Luczak, A., Bartho, P., and Harris, K.D., Neuron 62, 413

380

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

16．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2019 年 8 月 5 日－8 月 6 日
代表・世話人：高草木薫（旭川医科大学）
所内対応者：南部篤（生体システム研究部門）（１）拘束条件付き自己組織化と機能分化
津田一郎（中部大学）（２）身体性の発達と自閉スペクトラム症におけるその障害
和田真（国立障害者リハビリテーションセンター研究所）（３）霊長類の皮質―皮質下における自己と他者の報酬情報表現
則武

厚（生理学研究所）（４）脳性まひ児に対するリハビリテーション実践と課題
木野本誠（大阪発達総合療育センター）（５）脳領域間抑制の観点からみたヒト脳機能分化の発達過程
守田知代（大阪大学）（６）自ら動くことがない新しい人間支援ロボットのかたち
平田泰久（東北大学）（７）ヒトの二足歩行の個体発生と系統発生
荻原直道（東京大学）（８）ヒト立ち上がり動作における筋シナジーとバイオマーカーとしての利用
安琪（東京大学）【参加者名】
高草木 薫（旭川医科大学），
千葉龍介（旭川医科大学），大学），柳原 大（東京大学），温 文（東京大学），安高橋未来（旭川医科大学），中島 敏（旭川医科大学），

琪（東京大学），金沢星慶（東京大学），丸田茂樹（東京福山秀青（旭川医科大学），大木 紫（杏林大学），四津大学），阿部勇貴（東京大学），高田謙一（東京大学），

有人（茨城県立医療大学），村田 哲（近畿大学），望月

山川博司（東京大学），吉田和憲（東京大学），湖上碩樹

圭（近畿大学），和田 真（国立障害者リハビリテーショ（東京大学），矢野史朗（東京農工大学），市川寛子（東ンセンター研究所），花川 隆（国立精神・神経医療研究

京理科大学），平田泰久（東北大学），サラザルホセ（東

センター）
，関 和彦
（国立精神・神経医療研究センター），北大学），出江紳一（東北大学），菅原朋子（豊田中央研

内藤栄一（情報通信研究機構），雨宮 薫（情報通信研究究所），下田真吾（理化学研究所），園尾萌香（理化学研機構），射場一寛（清恵会第二医療専門学院），守田知代

究所），上田彩子（理化学研究所），植松明子（生理学研（大阪大学），鈴木恒彦（大阪発達総合療育センター），

究所），則武 厚（生理学研究所），上原一将（生理学研木野本誠（大阪発達総合療育センター），津田一郎（中部究所），本多結城子（生理学研究所），南部 篤（生理学

大学創発学術院），渡部大志（中部大学創発学術院），舩

研究所），畑中伸彦（生理学研究所），纐纈大輔（生理学戸徹郎（電気通信大学），今水 寛（東京大学），荻原直研究所），知見聡美（生理学研究所），佐野裕美（生理学

道（東京大学），淺間 一（東京大学），太田 順（東京研究所），西條琢真（生理学研究所）【概要】
本国における「超高齢者人口の増加」，「労働者人口のが必要である。特に「少子化」が抱える問題は「生まれて減少」，そして，「少子化の急速な進行」は，本国の存亡くる子供」の数が少ないという単純な問題として扱うことに関わる重要な課題であり，可及的な解決法の確立と実行が出来ない。近年では周産期医療の進歩によって「低体重381生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告児」の出生数が多くなってきている。低体重児では，高次築する必要がある。そこで本研究会では，脳神経科学・小脳機能や運動機能の障害（脳性麻痺や学習障害など）のリ

児神経学・工学・リハビリテーション医学，精神医学，心スクが増加する。従って，「このようなハンディキャップ

理学を背景とする研究者が参加・議論することにより，上を持つ幼小児の適切な発達と成長をサポートし，適切な高記の枠組みの構築を目指す。

次脳機能と運動機能を維持・獲得するための枠組み」を構（1）拘束条件付き自己組織化と機能分化
津田一郎（中部大学）
かにしようと計画した。本講演では，拘束条件付き自己脳の機能分化はいかにして起こるのか。脳の機能モジ

組織化理論の概略と機能分化の数理モデルを紹介する。

ュールはいかにして構築されるのか。
そもそもニューロンはどのような原理で分化するのシステムにかかる拘束条件の種類に応じて，異なる階層か。こういった生物学的に重要な問題に対して，従来のの機能分化が起こりうることをニューラルネットモデ

自己組織化理論は十分な解答を与えることができない

ルを使って示す。また，この理論は再組織の問題にも適でいた。そこで私たちは，数学者の立場からこれらの機用可能であり，将来は神経修復の問題にも一定の寄与が能分化の過程で数学的に何が起こっているのかを明らできるのではないかと考えている。

（2）身体性の発達と自閉スペクトラム症におけるその障害
和田真（国立障害者リハビリテーションセンター研究所）

自閉スペクトラム症（Autism spectrum disorder, ASD）られる。

の中核は，社会性とコミュニケーションの障害とされて本講演では，ASD 者の身体の捉え方の特徴と，それにいるが，背景にある様々な感覚情報処理の問題が知られ関連した感覚情報処理特性について，マウスとヒトのそている。道具の扱いや球技の不得手もその一つで，自己れぞれを対象とした研究を紹介し，身体性に関わる日常

身体と外部空間の関連付けに問題が生じていると考え生活上の問題との関連を考察する。

（3）霊長類の皮質―皮質下における自己と他者の報酬情報表現
則武

厚（生理学研究所）

これまで我々は，他者の報酬に影響を受ける自己の報

本発表では，社会的条件づけ下の行動データおよび大酬価値に焦点を当て，新たに考案した社会的条件づけを脳皮質皮質下の神経細胞活動について報告し，社会性発用いてその神経基盤を探ってきた。社会的条件づけでは，達の要因となり得る自他の報酬情報表現の神経基盤に対面したサル二頭それぞれに異なる報酬確率を同時について議論したい。
また，ヒトの発達過程に対する社会的条件づけの有用

知らせ，結果，一方の個体しか報酬を得られない競争的性について，専門家のご意見を伺い議論したい。

状況を模した。さらに各個体の報酬確率を操作し，他者の報酬に影響される自己の報酬価値を推定した。

382

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（4）脳性まひ児に対するリハビリテーション実践と課題
木野本誠（大阪発達総合療育センター）
医療技術の進歩によって脳性まひ児の臨床像は変化

1. 姿勢制御：目標の姿勢あるいは動作にとって必要なしている。早期産による未熟が一因であり，脳内の器質

筋，筋活動のタイミング，神経システム，2. 感覚システ的な損傷だけでなく，神経系や筋骨格系等が十分に準備

ム：必要な筋活動が得られない状態，あるいは不必要なされないままに重力下での発達を余儀なくされること

姿勢筋緊張の亢進や動揺（不随意運動）に対して適切なで生じる問題も少なくない。

筋活動を促すための感覚情報，3. 運動学習：小脳，大脳基底核，皮質における学習，神経可塑性。本講演では，そのため脳性まひ児の潜在能力を最大に発揮し成長これら神経科学や神経生理学などを考慮し，どのようにを促すことは容易なことではない。

治療を展開するのか実際の様子を示しつつ議論をする。

このような幼・小児に対して，治療介入を行う上で以下に示す重要な 3 つの要素について説明する。

（5）脳領域間抑制の観点からみたヒト脳機能分化の発達過程
守田知代（大阪大学）
一般にある課題を遂行中の成人の脳活動を機能的着目し，ヒトの認知・運動機能の発達に伴い脳領域間で

MRI で計測すると，課題に関連する脳領域の活動が増加

みられる抑制の進行と行動との関係を調査している。

する一方で，課題とは無関係な領域の活動は抑制されう

本講演では，手指運動中の同側運動野の抑制や感覚領る。この Negative BOLD 現象の生理学的背景は完全な理域間抑制，また自己身体認知機能の右半球側性化に関わ解に至っていないが，神経系の抑制機構が関与するといる半球間抑制の発達などを紹介し，脳機能分化におけるう知見が近年多く報告されている。私たちはこの現象に

脳領域間抑制の重要性について議論したい。

（6）自ら動くことがない新しい人間支援ロボットのかたち
平田泰久（東北大学）
本講演では，ロボットを駆動するためのモータを極力

また，人が主体的に動くということを前提に，人が移使わず，人の加える力によって動かされる非駆動型ロボ

動すべき方向のみを教示するハプティックデバイス（振ットを紹介します。これは，人が助けて欲しい，もしく

動呈示装置）を用いて，人にスポーツを教える研究を紹は危険な状態にあるというときだけ支援を行うロボッ介します。これにより，高齢者や障がい者はもちろん健トです。本講演では，非駆動型ロボットの例として，歩常者も，楽しくかつ上手にスポーツを楽しむことができ

行器型ロボットや車いす型ロボットを紹介します。

るような支援を目指します。

383

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（7）ヒトの二足歩行の個体発生と系統発生
荻原直道（東京大学）
乳幼児期におけるヒトの二足歩行の運動発達につい歩行の進化との関連について議論する。

てまとめ，系統発生，すなわちヒトの系統における二足（8）ヒト立ち上がり動作における筋シナジーとバイオマーカーとしての利用
安琪（東京大学）

ヒトの立ち上がり動作は日常動作の起点となる重要

それに対して，脳卒中で片麻痺の障害が残った患者にな動作である。本発表では，ヒト立ち上がり動作におけおいては 4 つの筋協調はあるものの，それらを適切なタる筋シナジー構造に関して発表を行う。

イミングで活動させられず，筋シナジーの活動の開始時

特にヒトが異なる環境において立ち上がる時におい間やピーク時間を用いることで，患者における運動障害ても 4 つの共通する筋協調が見られる一方でそれら筋シの程度が推定できることから，筋シナジーの活動パター

ナジーの活動の振幅や継続時間を変化させて適応的にンが運動障害の程度を知るバイオマーカーになり得る

運動していることが分かった。

ことについて議論する。

384

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

17．行動の多様性を支える神経基盤とその動作様式の解明
2019 年 12 月 13 日－12 月 14 日
代表・世話人：関和彦（国立精神・神経医療研究センター）
所内対応者：南部篤（生体システム研究部門）（１）周期性に基づく時間予測における線条体と小脳の役割
亀田将史（北海道大学）（２）サル補足眼野ニューロンによる注意の広がりの表現横山修（東京都医学総合研究所）（３）価値に基づく眼球運動を制御する大脳基底核神経路
網田英敏（霊長類研究所）（４）構成的アプローチによって脳の情報処理機構を解明するための基盤技術開発
正水芳人（理化学研究所）（５）霊長類高次脳機能研究のためのマーモセット前頭皮質の機能マッピング
纐纈大輔（生理学研究所）（６）自他行動モニタリングにおける社会脳ネットワークの機能解析
二宮太平（生理学研究所）（７）霊長類における，前頭前野-皮質下連絡の機能解明－DREADD による神経路選択的な機能操作による検討－
小山佳（放射線医学総合研究所）（８）弁別行動の獲得過程における線条体局所領域間の機能シフト
瀬戸川将（福島県立医科大学）（９）経頭蓋磁気刺激（TMS）の作用メカニズムの探索とサル認知・情動機能研究への応用中村晋也（東北大学）【参加者名】
中村加枝（関西医科大学），加藤利佳子（京都大学），

海道大学医学部），正水芳人（理化学研究所），網田英

武井智彦（京都大学），近藤崇弘（慶應義塾大学），関敏（霊長類研究所），井上謙一（霊長類研究所），木村和彦（国立精神･神経医療研究センター神経研究所），禰慧（霊長類研究所），高田昌彦（霊長類研究所），チェ

占雅史（筑波大学），松本正幸（筑波大学），野々村

ンアンディ（霊長類研究所），山中聡

創（霊長類研究所），（東京医科歯科大学），笹川瑛貴（東京大学），松崎政田中宏和（北陸先端大学），上原一将（生理学研究所），

紀（東京大学），佐野暢哉（東京都医学総合研究所），

高橋泰伽（生理学研究所），二宮太平（生理学研究所），

中山義久（東京都医学総合研究所），横山

戸松彩花（生理学研究所），則武修（東京都

厚（生理学研究所），

医学総合研究所），中村晋也（東北大学），筒井健一郎

横井功（生理学研究所），郷田直一（生理学研究所），（東北大学大学院生命科学研究科），羽鳥康裕（東北大南部

篤（生理学研究所），畑中伸彦（生理学研究所），

学電気通信研究所），瀬戸川将（福島県立医科大学），

知見聡美（生理学研究所），佐野裕美（生理学研究所），

小山 佳（放射線医学総合研究所），南本敬史（放射線纐纈大輔（生理学研究所），長谷川拓（生理学研究所），

医学総合研究所），三村喬生（放射線医学総合研究所），

西條琢真（生理学研究所），菊田里美（生理学研究所），

宮川尚久（放射線医学総合研究所），田中真樹（北海道

Dwi Wahyu Indriani（生理学研究所），Polyakova Zlata（生大学），亀田将史（北海道大学医学院），澤頭理学研究所），Nondhalee Pimpimon（生理学研究所）

亮（北

385

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

【概要】
齧歯類を対象とした神経回路研究が世界中で，大変な勢や神経機能の研究の重要性が加速度的に増加してゆく時

いで進んでいます。新しい実験技術が次々と開発され，そ代になります。時として下等動物を対象とした研究にはなれを用いた巧みな実験によって，私達の脳神経回路に対すい困難が伴いますが，やはり私達は巨大で複雑なヒト・霊る理解は，従来にない解像度で深化しています。しかし，長類の脳神経に立ち向かわなくてはなりません。

齧歯類は一つのモデル動物種に過ぎません。神経科学の究本研究会では，このような問題意識を共有する研究者

極の目標がヒトの精神機能の理解にあるとすれば，齧歯類が集まり，お互いの研究発表，情報交換を行う場を提供の脳を理解するだけで満足してはいけないはずです。今後，することを目的とします。そして，システム神経科学の霊長類などよりヒトに近い動物種を対象とした神経回路

未来を楽しく議論できればと期待しています。

（1）周期性に基づく時間予測における線条体と小脳の役割
亀田将史（北海道大学）
音楽を聴いているとき，次のビートのタイミングを容易応答が増加した。一方，残りの 24 %（12/49）は短い時間に予測することができる。このような周期性に基づく時間

間隔で最大応答を示し，小脳と異なる特徴をもっていた。

予測には大脳皮質に加えて大脳基底核や小脳が関与する

視覚刺激の欠落または偏倚の直前に記録部位への微小電ことが知られており，実際にパーキンソン病や脊髄小脳変

気刺激を行ったところ，電気刺激によって欠落検出の反応性症でリズム知覚や同期運動に障害がみられることが報

時間は有意に短縮したが，偏倚検出の反応時間には変化が告されている。しかし，その神経基盤の多くは明らかでは認められなかった。以上の結果から，小脳に加えて線条体ない。我々の研究室では一定時間間隔で繰り返し提示されも周期性に基づく時間予測に関与することが示唆された。

る視覚刺激のタイミングを予測するようニホンザルを訓

しかし，これまでに用いた行動課題では視覚刺激のタイミ

練し（欠落検出課題），脳内から直接神経活動を記録する

ング予測に関与する成分と運動準備に関与する成分を明ことでこの問題に取り組んできた。先行研究で小脳歯状核

確に分離できなかったため，課題を改変し，視覚刺激と眼ニューロンの関与（Ohmae et al., 2013, Uematsu et al., 2017）

球運動の標的を左右視野に独立して提示することで感覚・を報告してきたが，今回は線条体（尾状核）から記録を行

運動成分を分離することを試みた。これまでに線条体と小い，小脳との比較を行った（Kameda et al., 2019）。

脳核からそれぞれ 28 個と 30 個のニューロン活動を記録

線条体では繰り返し刺激に応答するニューロンのうち，し，小脳では視覚刺激の位置によって，線条体では眼球運

74 %（84/109）が刺激回数に応じて活動を上昇させ，その動の方向によって活動が大きく変化することを見出して多くは時間予測を必要とする欠落検出課題で予測を必要いる。これらの結果から，線条体ニューロンは運動のタイとしない偏倚検出課題より有意に活動が増加していた。繰

ミング制御，小脳ニューロンは視覚刺激のタイミング予測

り返し刺激の時間間隔による活動変化を調べると，76 %に深く関与していることが示唆された。

（37/49）では小脳核ニューロンと同様に間隔が長いほど（2）サル補足眼野ニューロンによる注意の広がりの表現横山修（東京都医学総合研究所）

視空間的注意は，環境中に存在する視覚情報のうち，象の大きさや状況に応じて調節される。たとえば，自動

そのときどきの状況に応じて適切なものを優先的に処車の運転や視覚的手がかりを用いるスポーツにおいて理することを可能にする。視空間的注意の広がりは，対は，注意の広がりを制御する能力はパフォーマンスに影386

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告響する。一方，自閉症患者や薬物使用者では，注意の広ターゲットの方向（比較的狭い注意），の両方を順に表

がりが縮小しがちであることが報告されている。これま現することがわかった。最も大きな活動を示すターゲッ

で，ヒト機能的イメージング研究によって，視空間的注

ト方向（preferred direction, PD）はニューロンによって異意を向けられた位置の視覚情報を処理する後頭葉視覚なっていたが，半側視野へ注意を向けたとき，それぞれ野の神経活動が上昇すること，さらに，注意の広がりののニューロンは，PD が注意を向けた半側視野に含まれ変化に対応して，そのような神経活動上昇を示す視覚野ていたとき，そうでなかったときよりも大きな活動を示の広がりが変化することがわかってきた。しかし，こうした。また，こうした活動変化を示すニューロンの多くした視覚野の神経活動変化が，上流のどの脳領域においは，視覚応答を示す一方で眼球運動時には活動しなかって，どのように制御されているのかはよくわかっていな

た。これらの結果から，半側視野に注意を向けたとき，かった。そこで本研究では，前頭葉の眼球運動関連領域

その半側視野内の視覚情報処理を担当するニューロンのひとつであり，注意に関連する活動を示すことが知ら群が活動を上昇して準備し，その空間内に出現するター

れている補足眼野が注意の広がりを表現するかどうか

ゲットの処理を促進する，というメカニズムが考えられを検討した。ニホンザル２頭に，注意の広がりを変化さた。補足眼野ニューロンの PD は注視点を中心として全せることを要求する課題，具体的には，画面中央の注視方向に万遍なく分布していたため，理論上は，こうした点を注視したまま，左または右の半側視野に注意を向け，メカニズムによって任意の空間位置に任意の広がりを次に，それらの内側に呈示した小さなターゲットに注意持つ注意を表現することができる。こうした補足眼野ニを向けることが要求される課題を訓練した。課題の要求

ューロンの活動は，後頭葉視覚野の神経活動を調節するの変化に対応して，補足眼野ニューロンの多くが，左まトップダウン信号の源として，注意の広がりの制御に寄たは右半側視野（すなわち，比較的広い注意），および，与している可能性がある。

（3）価値に基づく眼球運動を制御する大脳基底核神経路
網田英敏（霊長類研究所）
彦坂らは，大脳基底核が上丘の神経活動を脱抑制するこ

価値に基づく神経活動を示した一方，応答を示さなかったとにより衝動性眼球運動（サッケード）を制御しているとニューロン群は価値に基づく活動を示さなかった。このこ提唱した（Hikosaka, Takikawa and Kawagoe 2000）。しかとは，尾状核から黒質網様部への抑制性投射が価値情報をし，大脳基底核が直接路と間接路を介してどのようにサッ伝達していることを示唆する。さらに，光刺激時に上丘ニケードを制御しているか，価値に基づく視覚探索に各神経

ューロンを記録し，眼球運動を計測したところ，上丘ニュ

路がどのように寄与しているかについてはまだわかってーロンは興奮性応答（脱抑制）を示し，それに伴って対側いなかった。そこで，光遺伝学的手法及び薬理学的手法を

サッケードの促進が観察された。したがって，尾状核を起用いて，直接路と間接路を選択的に操作することにより，点とする直接路は，従来唱えられていた通り，二重抑制に

マカクザル大脳基底核神経路の機能とメカニズムを調べた。

よって上丘を興奮（脱抑制）させることで，サッケードを

まず，直接路を選択的に操作するため，順行性の AAV

促進していることがわかった。

ベクターを尾状核に注入し，尾状核ニューロンにチャネル

つぎに，間接路を選択的に操作するため，淡蒼球外節にロドプシン 2 を発現させた。直接路の尾状核ニューロン

ビククリンを局所注入し，尾状核からの抑制性入力を選択

は黒質網様部に直接投射しているため，光ファイバーによ的に阻害する実験をおこなった。通常，黒質網様部ニューり黒質網様部を光刺激することで，直接路の尾状核ニューロンは報酬をもらえない視覚刺激に対して興奮性応答をロン軸索末端を選択的に興奮させることができる。その結示す。しかし，ビククリンを淡蒼球外節に注入すると，こ果，黒質網様部ニューロンは光刺激に対して抑制性応答をの興奮性応答が減弱し，サルは報酬をもらえない視覚刺激示した。また，これら抑制性応答を示したニューロン群はに対してもサッケードしてしまうようになった。以上の結387

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

果から，尾状核を起点とする間接路は，黒質網様部の興奮

これらの実験を通じて，神経路選択的操作と神経活動記（脱抑制）を介して，報酬をもらえない視覚刺激に対して録を合わせる実験手法が，特定の神経路の機能とメカニズ

サッケードしないよう抑制していることがわかった。

ムを調べる方法として非常に有用であることを示したい。

（4）構成的アプローチによって脳の情報処理機構を解明するための基盤技術開発
正水芳人（理化学研究所）
構成的アプローチ（新たな神経回路の創出）で，どの最近，我々は，課題実行時のマーモセット・大脳新皮質ような脳機能を獲得できるかを解明することは，脳の情で，in vivo 2 光子カルシウムイメージングをおこなう系を報処理機構解明につながる。このための基盤技術として，確立した（Ebina#, Masamizu# et al., Nature Communications,

神経回路創出法と in vivo 2 光子カルシムウムイメージ法

2018）。具体的には，手を使った運動課題実行時の神経細が，有用である。本研究会では，現在開発中の神経回路

胞の細胞体，軸索，樹状突起の活動を計測することに成功創出法とその将来展望，これまでの研究で開発したげっした。はじめに，マーモセットのための手を使った運動課

歯類（マウス）および霊長類（マーモセット）での in vivo

題装置の開発をおこなった。しかし，これまでにマーモセ

2 光子カルシムウムイメージ法（Masamizu#, Tanaka# et al.,ットでは頭部固定状態で，運動課題を成功した例がなく，

Nature Neuroscience, 2014, Ebina#, Masamizu# et al., Nature

その訓練は難しいと考えられていた。2 光子励起顕微鏡下

Communications, 2018, # Co-first authors）に関して，紹介でイメージングをおこなうためには，マーモセットの頭部する。

と胴体を固定した状態で行動課題をおこなわせる必要が神経回路創出法に関しては，マイクロ流体デバイスをある。従来のアクリル板による固定方法では，マーモセッ

用いて，神経細胞ファイバーを作製することに成功し，

トがストレスを感じて行動課題をおこなわなかった。この脳への移植を検討している。この神経細胞ファイバーは，ため，これまで用いられていた頭部と胴体を固定する装置

将来，脳損傷などで途切れた神経回路の再生医療への応の胴体部分を改良し，ストレスを低減させるためにジャケ用も期待される。in vivo 2 光子カルシムウムイメージ法

ットを着させて胴体を拘束する方法に変更した。さらに，に関しては，異なる色の蛍光カルシウムセンサーを用い

頭部固定状態前におこなう訓練方法を確立した。マーモセ

ることによって，2 色同時イメージングが可能である。2

ットは，一度，嫌な記憶ができてしまうと，その記憶が長色同時イメージングで，脳に移植した神経細胞ファイバ

期間維持され，訓練をおこなわなくなってしまうため，ーと，脳の活動を同時に計測できるため，in vivo 2 光子

徐々に難易度を上げていく段階を踏んだ訓練が重要であ

カルシムウムイメージ法は，構成的アプローチによってる。本研究会ではこれらのプロトコールに関しても紹介す脳の情報処理機構を解明するための重要な基盤技術で

る。

ある。

（5）霊長類高次脳機能研究のためのマーモセット前頭皮質の機能マッピング
纐纈大輔（生理学研究所）
小型の霊長類動物であるマーモセットが神経科学研－400ｇほどでラットと同程度でありハンドリングが容究のための実験動物として世界的に注目を集めている。

易であり，④大脳皮質が平坦で，マッピングに適していマーモセットを研究に用いる利点としては，①連合野皮るなどが挙げられる。しかし，これまで動物を用いた神質をはじめとする高次領野が発達しており，②ライフス

経科学研究は，マウス•ラットなどのげっ歯類，マカクサ

パンが短く，遺伝子改変動物を作りやすい，③体重が 300

ルなどの旧世界サルで行われることが多く，新世界サル388

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告であるマーモセットに関するデータや，実験方法，例え場所の手がかり刺激を用いた遅延見本合わせ課題をば覚醒下，課題遂行中の神経活動を記録する方法などが行ったところ，80 % 以上の正答率を示した。また 30 秒

圧倒的に不足しているのが現状である。我々の研究室での遅延期間をおいても記憶の保持か可能であった。または，これまでマーモセットの運動野，感覚野，大脳基底その他にも行動課題を行ったが，マーモセットは PFC の核の機能マッピングと，それらの線維連絡について解析

機能マッピングを十分行えるパフォーマンスを示した。

を行ってきた。現在は，霊長類で特に発達している前頭

今後は，記憶課題遂行中のマーモセットの PFC から神経

連合野（PFC）をターゲットにした機能マッピングを目

活動を記録して機能マッピングを行っていく。またマー指している。PFC をマッピングするためには，PFC の機

モセットの前頭皮質には脳溝がなく，PFC は全領域が脳能解析に適した行動課題を遂行中のマーモセットから表に露出しており，イメージングが容易である。そこで神経活動を記録する必要がある。そこでマーモセットをイメージング技術を組み合わせて，PFC 内の機能分化なチェアーに座らせた状態で，記憶課題（遅延見本合わせ

どを明らかにしていきたい。

課題）を行うようにトレーニングした。

（6）自他行動モニタリングにおける社会脳ネットワークの機能解析
二宮太平（生理学研究所）
我々は日常的に，他者の行動とその結果に関する情報の種類によって応答の強さが変化する細胞が多く観察を，自らの行動を決める手がかりとしている。先行研究された。次に，PMv と MFC から同時記録した局所電場から，霊長類の脳にはこのような社会的認知機能に関わ電位にグレンジャー因果解析を適用することで，2 領野

る 2 つのシステムが存在することが指摘されている。1間の機能連関について検討した。その結果，実在の相手

つは腹側運動前野（PMv）を中心とするミラーシステムと課題をおこなっている際は，PMv から MFC への情報

であり，もう 1 つは内側前頭皮質（MFC）を中心とする流が増加しているのに対し，ビデオ上の相手と課題をおメンタライジングシステムである。これら 2 つのシステ

こなっている際は，MFC から PMv への情報流が増加し

ムは，いずれも社会的情報処理に関与しているにも関わていることが明らかになった。最後に，経路選択的かつらず，その機能的役割の違いや機能連関についてはいま

可逆的に神経活動を制御できる，ウイルスベクターの 2だに不明な点が多い。これらの問題について検討するた

重感染法を用いて，PMv から MFC への入力を遮断し，めに，マカクザルに対して実在の他個体，ビデオ上の他行動への影響を検討した。PMv → MFC 神経路の活動を個体，ビデオ上の棒状の物体の 3 種類のパートナーを相遮断中，サルはパートナーの行動エラー情報を，次に自手に行動観察と行動実行を繰り返す役割交替課題をト

らがおこなう選択に利用することができなくなった。以レーニングし，課題遂行中の PMv および MFC から神経

上の結果は，ミラーシステムとメンタライジングシステ

活動の同時記録をおこなった。単一神経細胞活動を解析

ムが様々な「他者」に応じて相補的に機能することで，した結果，PMv と MFC には，自己の行動，他者の行動，相手の行動とその結果に関する情報を抽出し，自らの行

またはそのどちらにも応答する神経細胞が，異なる割合

動選択に役立てていることを示唆する。

で存在した。またいずれの領野においても，パートナー389

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（7）霊長類における，前頭前野-皮質下連絡の機能解明－DREADD による神経路選択的な機能操作による検討－
小山佳（放射線医学総合研究所）

脳の前方部に位置する前頭前野は様々な高次認知機

不可欠である。しかし，前頭前野が高度に発達した霊長能を司っていることが知られている。例えば，背側部に類（サル）を対象としたそのような経路選択的な介入操位置する前頭前野背外側部は，作業記憶（ワーキングメ

作技術は発展途上であり，霊長類における神経経路レベモリ）の保持や行動戦略の決定などを行うことで自身のルでの機能の理解はあまり進んでいない。

目的を適切に実行・遂行することに，脳底部に位置する

そこで我々は，化学遺伝学的手法の一つ，DREADD

前頭眼窩野は，過去に得られた結果や現在の状況を蓄（ Designer Receptors Exclusively Activated by Designer

積・分析することにより将来得られる結果が最適になる

Drugs）とその人工受容体を可視化する PET イメージン

ための判断等に，それぞれ重要な役割を果たしていると

グ技術を用いた，サルにおける経路選択的な機能阻害法

考えられている。また，各々の領域内においても，異なの確立を試みた。本発表では，その技術を用いた，２つる他の脳領域との解剖学的結合様式を基にした，神経経の前頭前野領域（前頭前野背外側部・前頭眼窩野）と線

路単位での機能分化が存在することが近年示されつつ

条体・視床とを結ぶ各神経路を選択的に抑制操作した次ある。例えば，前頭前野の各領域は線条体や視床などのの２つの研究結果について紹介する。

様々な皮質下領域に投射を送っており，それぞれを結ぶ

１．視空間作業記憶における前頭前野背外側部および神経路は異なる機能を担っていることが，主にげっ歯類

線条体・視床 MD 核ヘの神経路特有の役割を用いた研究により明らかにされている。そのような神

２．報酬の価値に基づいた柔軟な意思決定における前

経経路単位での機能的役割を理解するためには，それぞ

頭眼窩野および線条体・視床 MD 核への神経路のれの経路の機能を特異的に操作するための技術が必要

特異的な役割。

（8）弁別行動の獲得過程における線条体局所領域間の機能シフト
瀬戸川将（福島県立医科大学）

大脳基底核は，大脳皮質－基底核－視床を介した機能

内の生理機能変化の解明は大きな課題であった。そこで的に異なるループ回路により構成されており，“連続的本研究では，小動物脳機能イメージング法（18F-FDG-な動作”や“適切な行動の選択（弁別行動）”を獲得すPET）を用いて，音弁別課題学習中の線条体全域の糖代る際に重要な役割を担っている。基底核の主要な入力核

謝変化（脳活動）を同一個体のラットから経時的に計測である背側線条体では，連続動作の獲得に伴い，前頭連した。その結果，線条体前方部の脳活動が学習過程の初

合野より入力を受ける尾状核（あるいは背内側線条体）

期に増加し，後方部が後期に増加することを発見した。

から一次運動野・体性感覚野より入力を受ける被殻（あ次に，前・後部線条体の神経活動を一過性に阻害するこるいは背外側線条体）へと機能的役割を担う回路が変化とにより，異なるタイミングで領域選択的な正答率の低する。この線条体の領域間にて生じる機能変化は，ヒト下が生じることが明らかとなった。また，前・後部線条

やサル，げっ歯類を対象とした多くの先行研究により強体への薬理阻害がラットの異なる行動パターンを誘導く支持されてきた。一方で，感覚情報をもとにした弁別したことから，２つの領域が聴覚弁別行動の獲得過程に行動の獲得と線条体の関連性を調べた先行研究は，必ずおいて異なる機能を担うことが示唆された。更に，薬理しも連続動作の獲得過程にて生じる機能変化を支持す

学的な慢性破壊実験により，双方の領域が弁別行動の獲るものではなく，刺激弁別行動の獲得中における線条体

得に寄与することが分かった。前・後部線条体の解剖学

390

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

的な接続の違いを調べるためにＣＴｂを微量注入した

前・後部線条体が聴覚弁別課題の異なる学習段階に寄与

結果，２領域は異なる神経回路であることが明らかとなすることが明らかとなった。

った。これらの結果より，別々の神経回路で構成された（9）経頭蓋磁気刺激（TMS）の作用メカニズムの探索とサル認知・情動機能研究への応用中村晋也（東北大学）
TMS は，頭皮上に配置したコイルに電流を流すことでまた，遅延反応課題遂行中のサルに対し，遅延期間中生じる誘導磁場によって脳内に微弱な電流を誘起するに 1 秒間（計 10 発）の rTMS を前頭前野背外側部，運動

非侵襲的な脳刺激法である。反復刺激では，その刺激パ

前野，あるいは後頭頂皮質に与えることでその機能を一ターンを変えることで脳活動の抑制や促進を行うこと

過性に阻害し，それにより課題遂行に生じる障害を調べができる極めて有用なツールである。我々は，本手法をることで，各脳領域の機能的役割を評価する実験を行っサルに適用し，その作用メカニズムを探るための神経生た。その結果，刺激領域の違いにより課題の遂行に異な理学的基礎実験や，サル大脳皮質の認知・情動機能につるパターンの障害を引き起こすこと，すなわち，領域毎

いての認知神経科学的実験を行ってきた。本発表では，の役割分担を示すことに成功した。この結果は，遅延反これまでに我々が行った 3 つの研究の成果について議論

応課題を正しく実行するために，これらの 3 領域が異なしたい。

る役割を持って協調的にはたらいていることを示唆し

TMS の作用メカニズムを探るための基礎実験として，ている。

サルの一次運動野への反復 TMS（rTMS）が，硬膜下皮質

さらに，サル内側前頭皮質の気分・情動調節機能につ

表面電位（ECoG）や一次運動野への単発の TMS によりいて調べるために，20 分間（計 1200 発）の低頻度 rTMS

その支配筋で生じる筋電図（運動誘発電位：MEP）に与によって脳の特定部位に一時的な機能不全を引き起こえる影響を調べる実験を行った。異なる刺激頻度を用いすことでその部位の神経活動と行動との因果関係を調て 20 分間（計 1200 発）の rTMS を施した結果，低頻度べる実験を行った。その結果，内側前頭皮質の腹側部を

rTMS 後には，MEP の振幅の減弱（一次運動野神経活動

ターゲットとした際に，ケージ内自発活動量の低下，血の抑制）に伴う β 帯域のパワーの減弱が，高頻度 rTMS

中コルチゾール濃度の上昇，意欲・社会性の低下がみら

後には，MEP の振幅の増大（一次運動野神経活動の促進）

れ，その効果は，最近，即効性の抗うつ作用があるとしに伴う γ 帯域とりわけ High-γ 帯域のパワーの増大が生じて注目されているケタミンの投与によって改善したこていることが分かった。これらの結果は，rTMS によるとから，内側前頭皮質腹側部への低頻度 rTMS によって神経活動の抑制や促進作用の背景には異なる神経メカ

サルが抑うつ状態に陥ったことが示唆された。

ニズムが関与していることを示唆している。

391

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

18．電気生理学的手法を用いたヒト脳神経活動の計測
2020 年 2 月 8 日
代表・世話人：岡本秀彦（国際医療福祉大学）
所内対応者：定藤規弘（自然科学研究機構生理学研究所）（１）感覚記憶計測のパラダイム
乾幸二（愛知県医療療育総合センター発達障害研究所）（２）手指の巧緻的運動時における体性感覚領域の活動
和坂俊昭（名古屋工業大学）（３）外的環境要因がヒト脳認知機能へ及ぼす影響中田大貴（奈良女子大学）（４）内受容感覚と皮質脊髄路興奮性
大鶴直史（新潟医療福祉大学）（５）アスリートの脳に起こる可塑的変化
山代幸哉（新潟医療福祉大学）（６）末梢機能障害による脳活動変化寳珠山稔（名古屋大学）（７）聴覚の注意バイアスに関する研究田中慶太（東京電機大学）（８）漢字熟語の逸脱検出に関連する視覚誘発脳磁場の検討
軍司敦子（横浜国立大学）（９）運動知覚を支える脳の神経基盤今井章（信州大学）（10）注意と知覚に関わる脳律動リズムの変動
野口泰基（神戸大学）【参加者名】
幸二（愛知県医療療育総合センター発達障害研究赤塚康介（久留米工業高等専門学校），安宅光倫（生理学所），今井 章（信州大学），大鶴直史（新潟医療福祉大研究所），江頭優佳（国立精神・神経医療研究センター），学），軍司敦子（横浜国立大学），田中慶太（東京電機大門脇誠一（国際医療福祉大学），小崎瑞貴（東海光学㈱），学），中田大貴（奈良女子大学），野口泰基（神戸大学），

鈴木雅也（東海光学㈱），中川 慧（広島大学），二橋尚寳珠山 稔（名古屋大学），山代幸哉（新潟医療福祉大学），志（小牧市民病院），則武 厚（生理学研究所），羽鳥康

和坂俊昭（名古屋工業大学），柿木隆介（生理学研究所），

裕（東北大学），廣江総雄（ATR 脳情報解析研究所），水木田哲夫（愛知県医療療育総合センター発達障害研究所），

野 嶺（東海光学㈱）乾【概要】
ヒトの複雑な脳活動を非侵襲的に計測することは，基くニューロンの電気的活動を計測するため，ヒトの脳活

礎研究のみならず臨床研究でも非常に重要である。現在，動を高い時間分解能で計測することが可能である。また，様々なニューロイメージング技術が開発され使用され脳から生じた反応を受動的に計測するだけなので，完全ているが，どの手法にも長所と短所があるため，目的にに非侵襲的で安全な計測方法である特徴も備える。しか合わせてうまく組み合わせることが重要である。脳波やしその一方で，計測データの解析方法も多様で複雑にな脳磁図などの電気生理学的な計測方法は，血流等ではなってきており，ヒト脳の電気生理学的な研究を行う際に392

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

障壁となっている。本研究会において，電気生理学的なや統合機能に関する研究発表であった。動物実験では難手法，特に脳磁計を用いた様々な研究の発表を通して，

しいヒト固有の脳機能に関する研究で，ヒト脳神経活動

ヒト脳の神経機能の解明や，新しい解析法に対する理解，を直接計測できる利点を活用していた。参加者は途中で臨床への応用等，さらなる研究の発展に貢献できたと考退出することなく最後まで活発な質疑応答が行われた。

える。前半は主に体性感覚や運動，内臓知覚といった分

発表者の半数以上が，生理学研究所の脳磁計を共同研究

野に関しての最先端の話が中心であった。ヒトの素早いで利用しており，良い情報交換の場になったと考える。

脳活動を計測できるという電気生理学的手法の利点を今後も定期的に開催することで，この研究領域における生かした研究が多く発表された。後半は，主に認知機能情報のアップデートに役立てていきたいと考えている。

（1）感覚記憶計測のパラダイム
乾幸二（愛知県医療療育総合センター発達障害研究所）

感覚記憶は持続が数秒と短く，観察するのは容易ではその性質を明らかにしてきました。これまでの研究成果ありません。私たちは，感覚入力に対す脳の応答が，直から感覚記憶の機能は，自己を取り巻く環境のリアルタ

前の感覚入力履歴に顕著な影響を受ける性質を利用しイムモニターであると考えています。計測パラダイムと，て，感覚記憶を客観的に計測するパラダイムを考案し，最近の研究成果を紹介します。

（2）手指の巧緻的運動時における体性感覚領域の活動
和坂俊昭（名古屋工業大学）
運動には日常生活でみられる様々な動作や，アスリー

随意運動遂行に関連する一次体性感覚野の活動は減トにみられる高度な熟練を要する動作に至るまでさま少する。この現象は，運動に関連しない筋からの情報をざまなものがある。このような運動を行うとき，身体部排除することによって，運動の妨げとなる反射などを抑位の動きに関わる感覚情報は運動の制御に対してどの制していると考えられている。しかし，手指の巧緻的なような働きを担っているのであろうか。随意運動の準備

運動時には，一次体性感覚野に由来する体性感覚誘発脳過程では，感覚情報は運動プログラム形成に必要である。

磁場の成分は，抑制するものばかりではなく，その活動

運動遂行中には，時々刻々と変化する運動環境に対応すを増大させる成分があるという新たな知見を明らかにるために，感覚情報は身体部位の運動状態を調節し，修した。特に，物体を操作するために手指を複雑に動かす正するために用いられる。本研究では，人体の中で最も時，一次体性感覚野における活動は増大することから，巧緻性が高い身体部位の一つである手指の運動に注目

巧緻的な運動の制御に関わる一次体性感覚野の働きのし，手指の様々な運動時における体性感覚情報の活動に一端が明らかとなった。

ついて，脳磁図を用いて検討した。

393

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（3）外的環境要因がヒト脳認知機能へ及ぼす影響
中田大貴 1，柿木隆介 2，芝﨑
トップアスリートに限らず，大学運動競技においても，

学 1（1 奈良女子大学，2 生理学研究所）

低下が関係していると考えられる。高地では，平地に比高地トレーニングの導入が高まりつつある。また登山人

べ低酸素・低温・低圧・低湿といった特徴があり，この気も高まり，高地滞在の機会は一般的に普及されてきてような外的環境要因が高地での認知機能を低下させている。しかし，高地での滞在機会の増加は，高山病や滑いる可能性があるが，その実態は明らかになっていない。

落・遭難事故の増加も招いている。登山であれば，適切

本研究では，事象関連電位（ERP）と体性感覚誘発電位・なルートを選択できなかったり，周りの状況にあった判脳磁場（SEP・SEF）を用い，外的環境要因（低酸素，低断ができないことなどが事故の原因の 1 つとして考えら温，低圧）によって，ヒト脳認知機能にどのような影響れる。これらには，ヒト脳高次機能における認知機能のを与えるのかを検討することを目的とした。

（4）内受容感覚と皮質脊髄路興奮性
大鶴直史（新潟医療福祉大学）
近年，
心臓や消化器など身体内部からの求心性入力であ蓋磁気刺激（TMS）を用いて一次運動野を刺激し（それぞる内受容情報が注目を集めている。これまでに，心臓かられ R0，R100，R200，R300，R400 条件），運動誘発電位の求心性入力によって，内受容情報が触覚や痛覚などの体（MEP）を記録した。また，個人ごとの内受容感覚鋭敏性

性感覚に影響を及ぼすことが報告されてきた。この影響はの指標として，心拍検出課題を用いた。結果，心拍検出課

心電図における R 波から約 300 ミリ秒後に生じることが題の成績と MEP 振幅は，R200 では有意な正の相関を示報告されている。しかしながら，心臓からの内受容情報がし，R400 では有意な負の相関を示した。このことは，R 波

運動の経路である皮質脊髄路にどのタイミングでどのよから 200－400 ミリ秒後に，皮質脊髄路の興奮性が変動しうな影響を及ぼすかは，まだ不明な点が多い。そこで，本ていることを示唆し，さらにその変動は個人の内受容感覚研究では R 波から 0，100，200，300，400 ミリ秒後に経頭の鋭敏性によって異なることが示された。

（5）アスリートの脳に起こる可塑的変化
山代幸哉（新潟医療福祉大学）
近年，卓越した身体能力や技術を持つアスリートの脳に

運動遂行には体性感覚野の働きが密接に関与しているこ

注目が集まり，様々なニューロイメージング手法を用いて，とが知られており，発表者はアスリートの体性感覚野に生その計測も頻繁に行われるようになってきた。それらの研じる可塑的変化に着目してきた。本研究では，特に野球選

究は，日常のトレーニングによってアスリートの脳には可手に起こった可塑的変化，1）手指の刺激に対する体性感

塑的な変化が生じ，パフォーマンスを高めている可能性を

覚誘発電位および単純反応時間の短縮，2）Nogo 電位の短示唆している。

縮と増大および Go/Nogo 識別時間の短縮，3）これらの変化がモダリティ特異的に生じている可能性について報告

これまでのアスリート研究では，視覚刺激を用いて事象関連電位（ERP）を計測したものが多い。しかしながら，

394

する。

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（6）末梢機能障害による脳活動変化寳珠山稔（名古屋大学）

神経系の末梢－中枢連関や相互作用について，四肢末報告する。末梢神経障害や切断肢，慢性疼痛等を有する

梢の疾患や外傷による末梢機能障害状態での脳磁場を解患者を対象とし，誘発脳磁場および安静時脳磁場の解析

析することで，体性感覚脳活動の適応的（adaptive）な変から明らかとなる脳機能構築の変化について呈示する。

化や自律的不適応（mal-adaptive）状態を生じた脳活動を（7）聴覚の注意バイアスに関する研究田中慶太（東京電機大学）
両耳分離聴タスクは，左右の耳に同時に異なる刺激音

れ 35 Hz と 45 Hz に振幅変調したものを使用した。振幅（数字，有意味語，言語音など）を呈示し，指示された変調の変調度は 1.0 とし呈示音圧は 90 dB とした。実験

耳からの刺激音を回答する。このタスクでは，行動実験

中に左右から知覚した言語音を無音区間で記入するよにより右耳優位が報告されているが，右耳優位と神経生

うに指示し各耳の正答率を求めた。

理学的な報告は少ない。そこで本研究では，両耳分離聴行動実験の結果，左耳に比べて右耳の正答率が有意にタスクを用いて，左右に異なる二音節の言語音を同時に高く，先行研究と同様に右耳優位が示された。さらに左呈示したときの脳反応を脳磁図により計測し，聴性定常聴覚野において，右耳入力の ASSR 振幅は，左耳入力の応答（ASSR）を用いて，同側・対側反応を弁別し，両耳

ASSR の振幅よりも有意に大きかった（p<0.05）。これら

分離聴タスクに対する聴覚情報処理の様式を視覚化すの結果より両耳分離聴における右耳優位に対する神経る。

生理学的な関連を ASSR により明確にできることを示唆呈示する刺激音は，呈示時間は 330-503 ms の 48 種類する。

の二音節の言語音（「アカ」，「イヌ」など）をそれぞ（8）漢字熟語の逸脱検出に関連する視覚誘発脳磁場の検討
軍司敦子（横浜国立大学）
2 の割合で提示した。解析には最小ノルム法（MNE）を周辺視野における漢字熟語のチャンキング知覚にか用い，左大脳半球の後頭領域を解析対象とした。

かわる神経基盤を明らかにするため，視覚ミスマッチ反二峰性の成分（1M:130 ms, 2M:230 ms）について検討

応の計測手法を用いて検討した。
健常成人を対象に，中心視野に無音動画を，周辺視野したところ，形態や輝度の知覚における記憶痕跡からのに視覚刺激を提示しているときの脳磁場を記録した

逸脱を反映した 1M 成分は，紡錘状回に推定された。こ（Elekta-Neuromag 社製 306 チャネル全頭型脳磁計）。

の結果は，先行研究で報告された発生源とは一致しない

視覚刺激には 2 つの課題を設け，（1）文字課題では①フものの，複雑図形あるいは漢字の表象知覚の点で記憶痕

ォントの異なる同一の漢字熟語（文字条件）と②線画跡の鋳型を検出した可能性はある。

（非字条件），（2）単語課題では，漢字を組み合わせて一方で，単語課題では視覚性記憶痕跡の逸脱反応は検作成した①意味のある熟語（単語条件）と②成立しない

出できなかったが，V1～角回付近に推定された 1M，2M

漢字の羅列（非単語条件）の組み合わせをそれぞれ 8 対

成分がこれまで学習した単語よりも非単語に増大した395

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

ことから，学習単語における長期記憶からの逸脱を検出

もなう音韻処理も非侵襲的に評価できた可能性が指摘したと思われる。併せて，漢字熟語のチャンキングにとされた。

（9）運動知覚を支える脳の神経基盤今井章（信州大学）

視空間的に 2 点の離れた位置に第 1，第 2 刺激を順次

2 では，実際運動条件について検討した結果，運動感が提示して仮現運動（ベータ運動）を生起させ，脳磁図

強い条件における中心部と側頭部における賦活化が顕（MEG）によるその神経基盤を探った。視運動感が，①

著に認められた。実験 3 では，第 1 と第 2 刺激の形が異最適に知覚される最適条件，②2 刺激が同時に提示されなる条件，第 4 実験では色が異なる条件で検討した。そ運動視が成立しない同時条件，③2 刺激が時間的に分離の結果，実験 3 では最適条件で刺激提示後 300－399 ms

して提示され運動視が成立しない継時条件の 3 条件下での前頭部の賦活化が，実験 4 では，刺激提示後 100－199

刺激を観察中の MEG を 8－10 名の実験参加者から取得

ms の中心部の賦活化が増大していた。以上から，運動視した。事象関連脳電場を約 80 回の加算平均で求め，最小に関わる脳活動は，100 ms 以内で頭頂部に出現し，形の電流推定法（MCE）による信号源推定を脳の 10 領野に

変化は前頭部へ，色の変化は中心部へと，それらが運動

ついて行なって賦活量を推定した。その結果，実験 1 で関連情報として伝えられることが示唆される。運動知覚は第 2 刺激後 0－99 ms の時間帯で頭頂部の最適条件のにおける空間視経路と物体視経路との関連性を示す結賦活化が他の条件に比較して有意に増大していた。実験

果と考えられる。

（10）注意と知覚に関わる脳律動リズムの変動
野口泰基（神戸大学）
脳波や脳磁図で記録される律動信号，特にシータ波

視覚刺激を左視野または右視野に提示すると，対側後（4－8 Hz）やガンマ波（> 30 Hz）の振幅増大（event-頭葉ではアルファー波（8－12 Hz）・ベータ波（13－30

related synchronization, ERS）は，注意や記憶といった高Hz）の ERD が観察された。律動規則性の指標としてそ

次心的機能と深く関わることが報告されている。心的れらの頂点間時間間隔（inter-peak interval, IPI）の分散機能の発動には多くのニューロンの協調的な活動が必を計算したところ，ERD 中は分散が小さくなっている

要となるため，それら時間的に同期した活動がマクロ（リズムが規則正しくなっている）ことが分かった。同レベルの律動信号を発生させる（ERS）と考えられてき様の規則性上昇は，知覚だけではなく注意でも見られた 。 一 方 で 律 動 信 号 の 振 幅 減 少 は event-related

た（被験者が左視野に注意を払っているときは，右後desynchronization（ERD）と呼ばれ，個々のニューロン

頭・頭頂領域で IPI 分散の縮小が見られた）。これらのがバラバラに活動する「不規則な状態」と見なされるこ

結果は「心的処理の遂行のため，脳は律動信号の規則性とが多かった。

を上昇させていること」，そして「この律動信号の変化

このような見解とは逆に，今回の研究では ERD 中のがアルファー・ベータ帯域の信号に反映されているこ

律動信号が規則性をむしろ上昇させていることを示す。

396と」を示唆する。

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

19．第９回社会神経科学研究会「社会科学的アプローチによるヒトの社会神経回路の理解」
2019 年 11 月 21 日－11 月 22 日
代表・世話人：高岸治人（玉川大学 脳科学研究所）
所内対応者：定藤規弘（自然科学研究機構 生理学研究所）（１）行動経済学の現在：統合行動科学としての経済学に向けて
犬飼佳吾（明治学院大学 経済学部）（２）「神経政治学（neuropolitics, political neuroscience）」の研究動向
谷口尚子（慶應義塾大学大学院 システムデザイン･マネジメント研究科）（３）“和解の心理学”への神経科学的アプローチ
大坪庸介（神戸大学大学院 人文学研究科）（４）向社会性を支える心と社会の相互構築
清成透子（青山学院大学 社会情報学部）（５）将来世代に対する利他行動
上條良夫（高知工科大学 経済･マネジメント学群 マネジメント学部）（６）ソーシャルメディアと社会の分断笹原和俊（名古屋大学大学院 情報学研究科）【参加者名】
高岸治人（玉川大学），定藤規弘（生理学研究所），

田中大貴（玉川大学），寺本理紗（京都大学），仁科国鮫島和行（玉川大学），犬飼佳吾（明治学院大学），大之（高知工科大学），二宮太平（生理学研究所），則武

坪庸介（神戸大学），上條良夫（高知工科大学），清成厚（生理学研究所），保坂太志（東京大学），本多結城透子（青山学院大学），笹原和俊（名古屋大学），谷口子（生理学研究所），松永昌宏（愛知医科大学），村田尚子（慶應義塾大学），青木隆太（首都大学東京），赤香織（麻布大学），柳澤邦昭（京都大学），山田順子（玉石れい（理化学研究所），西谷正太（福井大学），高橋

川大学），吉岡英彦（東京医科歯科大学），松田哲也（玉川大学），Adam研究所），小池耕彦（生理学研究所），郷田直一（生理Smith（名古屋大学），伊藤文人（高知工科大学），尾形

学研究所），小山雄太郎（生理学研究所），近添淳一（生清一（京都大学），木下泰輝（奈良先端科学技術大学院

理学研究所），南條啓孝（生理学研究所），濱野友希（生大学），近藤崇弘（慶應義塾大学），酒井雅子（㈱エク理学研究所），福永雅喜（生理学研究所），丸山修紀（生ォス・リサーチ），桜井芳生（鹿児島大学），寿秋露理学研究所），山本哲也（生理学研究所），吉本隆明（生鈺蕾（名古屋大学），鈴木友美子（名理学研究所），上原一将（生理学研究所），中江俊介（藤（玉川大学），沈歩（名古屋大学），伊藤嘉邦（生理学

田保健医科大学）

古屋大学），田中宏季（奈良先端科学技術大学院大学），【概要】
近年，ヒトが示す社会性に関する神経科学研究が盛ん

学問を創成させていくことが重要と考えらえる。本研究に進んでおり，日本においてもインパクトのある研究成会では，神経科学者と社会科学者の専門家が一同に会し，果がだされてきている。その一方，我が国における社会社会科学分野におけるヒトの社会性の重要な問題を共神経科学の研究は，神経科学者による研究と社会科学者有することで，今後の社会神経科学の進むべき道筋を考による研究がそれぞれ独立して進めてられており，両者えることを目指す。具体的には，社会科学の中心的な役が融合された研究を行うには厳しい環境であった。その割を果たす経済学，政治学，社会学，および人文科学と壁を取り除き，分野を超えた新しい社会神経科学というの学際領域である社会心理学を専門とする研究者の方397

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告れることを期待する。

に，それぞれの分野において「どのような問いが重要な問題として現在考えられているか」を説明していただく研究会では社会科学，神経科学を専門とする研究者 50

ことで，その問題に対して最先端の神経科学的アプロー

名が参加し，質疑応答において多くの議論が交わされた。

チがどのような役割を果たせるのかをフロア全体で議また 8 件のポスター発表も行われ，社会科学における問論する。そのような試みを行うことで，社会科学の重要題に対して神経科学的アプローチをどのように用いれな問題に根付いた新しい社会神経科学の研究が創生さば有効であるかを中心に議論が行われた。

（1）行動経済学の現在：統合行動科学としての経済学に向けて
犬飼佳吾（明治学院大学 経済学部）との関係と異分野融合研究の可能性について，意思決定

今世紀初頭以降，経済学の研究手法や研究対象は大きや社会的選好の研究を参照しつつ，議論を行った。

く変容している。こうした変容を牽引しているのは，行
動経済学や実験経済学，ランダム化比較実験を利用した

発表では，経済学における神経科学的な手法を用いたフィールド実験である。この流れは，従来の経済学と心研究の流れについて概観し，Crowding-out 現象という，

理学や社会学といった他領域との境界をより一層曖昧

罰システム制度が人の協力に関する選好を低下させるなものにしている。一方で，行動経済学や実験経済学の点について注目し，公共財ゲームを用いた行動実験を用流れを受けて展開してきた神経経済学分野の研究についることによって Crowding-out 現象が実際に生じている

いては，その扱いについて経済学者間で様々な議論が存ことを示した。

在する。これらの背景を受け，近隣分野の研究と経済学（2）「神経政治学（neuropolitics, political neuroscience）」の研究動向
谷口尚子（慶應義塾大学大学院 システムデザイン・マネジメント研究科）
神経科学アプローチを用いた政治学の研究は，2000 年

いにくい「生々しい」反応を計測するのに利用されてき代以降，増加傾向にある。Jost et al.（2014）の包括的なレた。近年試みられている，公正感や協力的態度の基盤のビューによれば，fMRI 等を用いた手法は，有権者の認探索，また政治選択の合理性／非合理性に関する実験等

知・意思決定の中でも，人種偏見・党派的対立・性差・も含め，研究動向の紹介を行った。

利益供与による支持形成など，アンケート調査等では扱（3）“和解の心理学”への神経科学的アプローチ
大坪庸介（神戸大学大学院 人文学研究科）
和解を理解するためには加害者側・被害者側の要因（謝関係を重視している程度に強く規定される。これら和解の罪・赦し）を考慮する必要がある。謝罪が和解を促すかど

両側面は，これまで主に進化・社会心理学的アプローチでうかは，相手がそれを誠実な謝罪と受け止めてくれるどう

検討されてきた。本発表では，これらの研究テーマへの神

かに大きく左右される。一方，赦しは被害者が加害者との経学的アプローチの可能性について考える。

398

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（4）向社会性を支える心と社会の相互構築
清成透子（青山学院大学 社会情報学部）
生物学的存在としての「ヒト」を社会的存在としての学の双方において，学問の境界を越えて様々な研究が取「人間」たらしめる最も大きな要因は，向社会性（協力り組まれている。本発表では，山岸を中心に行った「向性・利他性・共感性・互恵性等）である。けれども，ヒ

社会性を支える心と社会の相互構築」に関する一連のプトの向社会性の進化の謎は血縁淘汰や互恵性の理論でロジェクト研究を紹介する。

は説明できず，その説明原理を巡って自然科学と社会科（5）将来世代に対する利他行動
上條良夫（高知工科大学 経済･マネジメント学群 マネジメント学部）
グレタ・トゥーンベリさんの国連における演説は記憶わる基盤の解明に注力してきたように思える。それゆえ，に新しい。彼女の訴えは真摯で正当であるにも関わらず，経済学において神経科学に期待される役割とは，多種多

彼女の叫びを冷めた目で見ている大人たちが多いよう

様な理性的選択の神経基盤を明らかにすることである。

に見える。なぜだろうか。遠い将来の不利益を予測して例えば将来世代に対する利他行動のような，共感という

現在の意思決定を行うことは高度に理性的判断である。

よりかはむしろ理性によってドライブされる利他行動

ましてや，それが自分と関わらないことであれば，未来などがその一例であると考えられる。本講演では，将来の人々の不幸に共感することはますます困難を極める。

世代への利他行動の測定に挑戦した最近の研究につい経済学では，感情的選択よりも，むしろ理性的選択を重て紹介する。

視してきた。一方，心理学や神経科学は感情的選択に関（6）ソーシャルメディアと社会の分断笹原和俊（名古屋大学大学院 情報学研究科）
人々をつなぐ技術であるはずのソーシャルメディア

意見の分極や社会的分断が加速されることを示す。2 つが，むしろ社会の分断を助長しているという問題が顕在

目は，「食」と社会的分断についてで，オーガニック系化してきている。本発表では，分断をテーマとする計算の食を好むユーザとファストフード系を好むユーザに

社会科学の研究を 2 つ紹介する。1 つ目は，フェイクニ

は，食以外の価値観や購買意識にも違いがあり，社会的ュースの温床となるエコーチェンバーについてで，人間ネットワークも分断されていることを示す。

の認知特性とソーシャルメディアの相互作用によって399

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

20．クライオ電子顕微鏡によるタンパク質の高分解能単粒子構造解析～みんなのクライオ電顕～2019 年 11 月 26 日－11 月 27 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）北大クライオ電顕と犬ジステンパーウイルス膜融合タンパク質の単粒子解析
福原秀雄（北海道大学）（２）ウェルシュ菌二成分毒素：膜孔複合体の単粒子解析
山田等仁・津下英明（京都産業大学）（３）感染症の理解と対策に向けた，リボソームのクライオ電顕単粒子解析
横山武司（東北大学）（４）クライオ電顕によって明らかになった脂質フリッパーゼ P4-ATPase の輸送サイクル
西澤智宏（東京学）（５）緑藻の光化学系 Iー集光アンテナ超複合体の構造
菅寛（岡山大学）（６）Cryo-EM processing of membrane protein complexes: quirks and pitfalls
Ray Burton-Smith（生理学研究所）（７）Cryo electron tomography of cellular specimens
福田善之（東京大学）（８）Performance Contributions of Energy Filtering and Phase Plates for Single Particle Analysis of Membrane Proteins
Radostin Danev（東京大学）【参加者】
講演者を含め１０８名【概要】
ら発信することができればと考えた。

クライオ電子顕微鏡を用いた生体分子の構造解析が世界で急速に拡大する中，我が国における研究成果の最

まずは，最近クライオ電子顕微鏡施設を整備された北先端を研究者間で共有し，生理研研究所がその中核とな大からの報告を行って頂いた。次に従来の X 線結晶構造るべく「クライオ電子顕微鏡によるタンパク質の高分解

解析では不可能な中間体等の構造解析例として，種々の能単粒子構造解析」は企画された。そこで，特に最近新試料について，山田等仁・津下英明博士，横山武司博士，

しい結果を報告した若手研究者に講演を依頼した。それ

西澤智宏博士，菅寛博士に発表を行って頂いた。これら

ら演者には得られた結果だけでなく，それを得るに至っ

4 件の発表のうち 3 件は膜タンパク質という試料の扱いた過程を紹介頂くようお願いした。特に苦労した点，失が困難なターゲットについての報告であり，試料調製の敗した点などネガティブな面も紹介して頂き，参加者全

技術も向上していることを窺える発表だった。

員でそれを共有することを目的とした。副題にあるよう

生理研の Ray Burton-Smith からは，そうした膜タンパに，「クライオ電子顕微鏡の専門家」になるトレーニン

ク質の解析について，方法論の観点からより普遍的な特グを積まなければ生体分子の構造解析ができないと考徴について発表頂いた。また，クライオ電子顕微鏡で次えるのではなく，生体分子の構造解析を行いたい研究者に期待されているクライオ電子線トモグラフィーを手が誰しもクライオ電子顕微鏡解析を使えることを目標法とした，細胞内構造解析の高分解能化について福田善に，また，現在そのような動きがあることを本研究会か之博士に現状を報告頂いた。Radostin Danev 博士には，400

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

生物学的な成果だけでなく博士が開発した位相板を含題が紹介され，講演に引けを取らない活発なディスカッ

むハードウェアの最先端について，発表頂いた。

ションが行われた。

ポスター発表においても未発表のデータを含む 21 演

（1）北大クライオ電顕と犬ジステンパーウイルス膜融合タンパク質の単粒子解析
福原秀雄（北海道大学大学院薬学研究院創薬科学研究教育センター）
我々はモルビリウイルスを研究対象として，細胞への侵これまでに MV と CDV の H タンパク質について結晶構入機構の解明を目指してきた。麻疹ウイルス（Measles

造を決定してきたが，CDV の F タンパク質については発

virus; MV）や犬ジステンパーウイルス（Canine distemper

現量が低かったため，クライオ EM による単粒子解析を

virus; CDV）といったモルビリウイルスは，エンベロープ試みた。今回はその進捗とともに，３月に北大へ導入され上に受容体結合タンパク質（H タンパク質）と膜融合タン

た Glacios について，現在の状況を紹介したい。

パク質（F タンパク質）の２種類の糖タンパク質をもつ。

（2）ウェルシュ菌２成分毒素：膜孔複合体の単粒子解析
山田等仁，津下英明（京都産業大学）
E 型ウェルシュ菌は標的細胞の細胞骨格を形成するアの構造が解かれたが，酵素成分が通過すると考えられる

クチンを ADP リボシル化することでポリマー化阻害に

中央の膜孔に直径 6 Å しかない部分（φ クランプ）があよる攻撃をするイオタ毒素を産生する。イオタ毒素は二ることが明らかにされた。この直径はタンパク質の二次成分毒素であり ADP リボシル化毒素 Ia と，Ia を膜を介構造よりも小さいことから，酵素成分の膜孔通過に際しして細胞内に侵入させる膜結合成分 Ib からなる。Ib はて φ クランプの拡張か酵素成分の完全なアンフォールド

標的細胞膜上で中央に孔を持つ可溶性オリゴマー（プレが必要とされるが，これまで詳細なメカニズムが明らか膜孔）を形成し Ia がこれに結合する。次にイオタ毒素複にされなかった。

合体はエンドソームに取り込まれ，エンドソーム内の pH

我々は単粒子構造解析によってイオタ毒素複合体（Iaの低下によって Ib オリゴマーは膜貫通型のバレルを持が結合した Ib 膜孔）の高分解能における構造解析に成功

つ膜孔に構造変化し，Ia がこの中を通過する。

した。この構造は，ユニークな Ia の結合と中性 pH にお炭疽菌が産生する 2 成分毒素（膜結合成分:PA, 酵素成

いて Ib への結合によって Ia の N 末端のアンフォールド

分:LF,EF）のプレ膜孔複合体は結晶構造解析によって構される様子を明らかにした。講演ではこの構造から得ら造が解かれた。2015 年には単粒子解析によって PA 膜孔れた知見と，結果にたどり着くまでの経緯を紹介します。

（3）感染症の理解と対策に向けた，リボソームのクライオ電顕単粒子解析
横山武司（東北大学大学院 生命科学研究科，理化学研究所 生命機能科学研究センター）
After infection to the host cell, viruses utilize the hosttranslation system is important for the deep understanding of themachinery including translation system to replicate their own

mechanism of infectious diseases. In terms of the prevention tocopies. To reveal the details of how virus captures the host

infectious diseases, translation system is also an important piece401

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

since the ribosome is one of main targets of antibiotics in

However, in the current study, by using single particle cryo-

pathogens. In this presentation, two cryo-EM studies ofelectron microscopy (cryo-EM) we observed that the HCV IRES

ribosome complexes will be shown. One is for the understandingis capable to binds to an actively translating 80S ribosome, whichof the mechanism of Hepatitis C virus (HCV) infection and thewas reconstituted in a human in vitro translation system. In theother is for the development of a new aminoglycoside antibiotic,

elucidated structure, the HCV IRES “body” binds to the 40S

which shows a promising efficacy against multidrug-resistancesubunit, while the “long arm” remains flexible and does notbacteria.

impede the ongoing translation. In addition, biochemical

In the first study, how HCV genomic RNA captures the hostexperiments showed the cap-dependently translating ribosometranslation machinery will be shown. Translation initiation of

becomes a better substrate for the HCV IRES than the free

HCV genomic RNA is induced by an internal ribosome entry site

ribosome. Therefore, we proposed a new model that the HCV(IRES). In all previously proposed models, HCV IRES RNA

IRES captures translating ribosomes. As soon as ongoing cap-targets a free 40S ribosome in the host cell to start translation of

dependent translation terminates, bound HCV IRES RNA willproteins encoded on the down-stream mRNA sequence.

predominantly be used for the next round of protein synthesis.

（4）クライオ電顕によって明らかになった脂質フリッパーゼ P4-ATPase の輸送サイクル
西澤知宏（東京大学）
タイプ 4 に属する P 型 ATPase（P4-ATPase）は脂質を的な能動輸送体ファミリーである。このファミリーに属

基質として flippase としてはたらく輸送体である。P4-

する多くのメンバーはイオンを基質として輸送するのATPase は真核細胞における脂質の不均一性に関わる。たに対して，P4-ATPase のみが脂質という非常に大きな分

とえばフォスファチジルセリン（PS）は P4-ATPase のは子を基質とすることから，その独自な機構が予想されてたらきによって脂質二重膜の細胞内側（inner leaflet）にいた。しかし，その仕組みは発見以来の謎であった。最

多く存在するが，アポトーシスを起こした細胞ではこの近，我々はクライオ電子顕微鏡単粒子構造解析によって，不均一性が崩れて細胞外側（outer leaflet）に露出する。

ヒトのもつ P4-ATPase の一つである ATP8A1 とアクセサ

これが“eat me”シグナルとして認識されることでマク

リータンパクとしてはたらく CDC50a のヘテロ複合体を，

ロファージによって貪食される。P4-ATPase の属する P

6 つの反応中間体構造で決定することに成功した。これ

型 ATPase ファミリーは，筋小胞体カルシウムポンプ

らの構造から，ATP8A1 による脂質輸送サイクルの全体（SERCA）やナトリウム・カルシウムポンプ（Na+/K+ -像が見えてきたので，これを紹介したい。.

ATPase）などを代表的なメンバーとして含む ATP 依存（5）緑藻の光化学系 Iー集光アンテナ超複合体の構造
菅倫寛（岡山大学，JST さきがけ）

緑藻の光化学系 I は集光複合体 I と超複合体をとってネットワークの詳細が判明しただけでなく，光化学系 I

存在することが知られており，この構造基盤は弱い光のが高い相同性を持つ 8 種類の集光複合体 I タンパク質を高効率な利用を可能にしている。我々は緑藻クラミドモ

いかに判別し超複合体構造を形成するのかが明らかとナス由来の光化学系 I の立体構造を最大で 9 個の集光複なった。

合体 I との超複合体状態でクライオ電顕により 2.9 Å 分

ラボ間のコラボレーションも含めると緑藻の光化学解能で決定した。電顕構造より，励起エネルギー伝達の系 I の結晶化は 10 年近く取り組んできたことになるが，

402

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告

良い結晶を得ることはできていなかった。今回の解析でストシアニンとの超複合体状態を捉えることができた。

は，サブユニット数の異なる状態を一網打尽に構造決定

これはクライオ電顕がなければ為し得なかったと考えし，さらに意図せずして電子伝達タンパク質であるプラている。

（6）Cryo-EM processing of membrane protein complexes: quirks and pitfalls
Ray Burton-Smith（National Institute for Physiological Sciences）
Membrane proteins and complexes play critical roles inquality data is acquired, the purely random nature of theevery living organism, for diverse roles such as signaling,stabilizer provides a further challenge for processing; the signal

interaction and chemical transport. Further, embedding proteinfrom the stabilizer is a necessary, but unwanted, addition which

complexes in membranes has a variety of advantages for large

can blur what would be clear particles if they were from soluble

multi-protein arrays. The first challenge of membrane protein

protein. Examples using a range of different lipid replacements

study occurs long before the sample will even approach aare shown, reprocessed from data publicly available on

microscope: extraction of the protein from the native lipid

EMPIAR (1) using either RELION 3 (2) or cisTEM (3).

environment without excessive damage or denaturation. The
second challenge is keeping the extracted protein(s) stable and1. Iudin, A., Korir, P. K., Salavert-Torres, J., Kleywegt, G. J.,

homogeneous. Many methods have been tested with a range ofand Patwardhan, A. (2016) EMPIAR: a public archive for raw

ingenious ways developed to stabilize hydrophobic regions ofelectron microscopy image data. Nat Methods 13, 387-388

protein by additives to buffer, detergents, synthetic polymers

2. Zivanov, J., Nakane, T., Forsberg, B. O., Kimanius, D., Hagen,or lipid frameworks. Once the protein complex is (relatively)

W. J., Lindahl, E., and Scheres, S. H. (2018) New tools forstable, comes the challenge of grid preparation and data

automated high-resolution cryo-EM structure determinationacquisition. Free stabilizing agents in the buffer can impact

in RELION-3. Elife 7

behavior of the complex with solvent/air interface or the grid

3. Grant, T., Rohou, A., and Grigorieff, N. (2018) cisTEM, user-

itself, or worse, cause the protein(s) to aggregate. When highfriendly software for single-particle image processing. eLife 7（7）細胞のクライオ電子線トモグラフィー
福田善之（東京大学 大学院 医学研究科）
In situ studies of molecular sociology and macro molecularconformational changes by subtomogram averaging andassemblies are critical for our understanding of cellular functions.

classification of macro molecular complexes in the cell.

Cryo electron tomography (CET) of vitrified, frozen-hydrated

However, applications of this method are typically restricted tocells is a rapidly developing method for three-dimensional

peripheral cellular regions. Focused ion beam (FIB) milling is a

visualization of cellular structures preserved in their natural,

method that allows thinning of vitrified samples and thus enables

cellular environment. CET aims to analyze morphology of

CET observations of the entire cellular interior. Thus, thecultured cells or organelles. In recent years, it has become

combined application of CET with VPP and FIB has a potential

possible to detect macro molecular protein complexes directly into open a window to the next stage of cellular ultrastructural

cell by combining Volta phase plate. Thereby, an in situ visualmorphology.

proteomics which is a method for analysis of structure and403

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

研究会報告（8）Performance Contributions of Energy Filtering and Phase Plates
for Single Particle Analysis of Membrane Proteins
Radostin Danev（The University of Tokyo）
during the early stages of a project is attracting many researchers

Cryo-electron microscopy （ cryo-EM ） has seen greatfrom the X-ray field.

advances in recent years. It has become a method of choice formany researchers working on high-resolution structural studies

The wide-ranging success of cryo-EM keeps manyof proteins and complexes. There are a few remaining challenges,

researchers busy with the discovery of new structures. However,such as sample preparation, but overall cryo-EM has alreadythere is still room for improvement of the technique and many

entered the mainstream and is generating a constant flow ofparameters can be optimized further. On the experimental side,

outstanding results.

the effects of energy filtering, phase plates and objective lensMembrane proteins are one area where X-ray crystallography

aperture have not been well quantified. In my talk, I will present

may require significant effort and resources in order to produce

a summary of our recent results about the effect and benefits

the needed crystals. Cryo-EM on the other hand, needs just a few

from such experimental options. The overall conclusion is thattens of microliters of purified native protein solubilized inthe Volta phase plate does not provide practical benefits anddetergent or embedded in nanodisks. It typically takes several

noticeably reduces the achievable resolution. On the other hand,sample preparation trials to prepare the sample for high-zero-loss energy filtering gives a slight advantage in terms ofresolution data acquisition. The straightforward nature of cryo-

resolution.

EM and its ability to produce useful structural information404

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会

国際研究集会〔目

次〕

1．International Workshop on Frontiers in Defensive Survival Circuit Research（代表・世話人：加藤総夫

2020 年 1 月 7 日－1 月 8 日） ····························································· 408

2．食・栄養・環境情報の感知と統合的代謝調節
Sensing food/nutrient/environment toward integrative metabolic regulation（代表・世話人：矢田俊彦

2019 年 7 月 7 日－7 月 8 日） ····························································· 420

407

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会

1．International Workshop on Frontiers in Defensive Survival Circuit Research2020 年 1 月 7 日－1 月 8 日
代表・世話人：加藤総夫（東京慈恵会医科大学）
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）Role of ATP/HMGB1/RAGE and H2S/Cav3.2 axes in cystitis-related bladder pain
Atsufumi Kawabata（Laboratory of Pharmacology & Pathophysiology, Faculty of Pharmacy, Kindai University）（２）The role of amygdala CGRP in modulating visceral pain
Benedict Kolber（Duquesne University）（３）Dual and opposing functions of the central amygdala in the modulation of pain
Yarimar Carrasquillo（NCCIH, NIH）
（４）Supraspinal mechanisms modulating itch and pain processing
Robert Gereau IV（Washington University）（５）DREADD-MEMRI reveals a hub function of the amygdala in spontaneous inflammatory pain-associated activation oflimbic pain networks
Fusao Kato（Jikei University）（６）Sensory TRPA1 activation by thiazoline-related odorants orchestrate life- protective effects
Ko Kobayakawa（Kansai Medical School）（７）Sensitization of GRPR-expressing dorsal horn neurons under chronic itch condition requires an astrocytic factor
Keisuke Koga（Dept. Life Innovation, Grad. Sch. Pharm. Sci., Kyushu Univ.）（８）An intero-exteroceptive brain circuit for producing aversive emotional memories
Joshua P Johansen（CBS, Riken）（９）Exercise promotes active defensive response and prevents pain chronification
Emiko Senba（Osaka Yukioka College of Health Science）（10）A neuropeptide-mediated descending inhibitory pathway in Drosophila nociception
Ken Honjo（Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba）（11）Nociceptor Orchestrates Brain Energy Metabolism to Protect Septic Death
Kenta Maruyama（National Institute for Physiological Sciences）（12）Role of amygdala CRF neurons in pain
Volker Neugebauer（Texas Tech University）（13）Parabrachial CGRP-expressing neurons establish and maintain threat memories
Richard D. Palmiter（University of Washington）（14）Neuronal mechanism of chronic pain-induced negative emotional states
Masabumi Minami（Faculty of Pharmaceutical Sciences, Hokkaido University）（15）General anesthetics activate a potent central pain-suppression circuit in the amygdala
Thuy Hua（Duke University Medical Center）（16）A novel therapeutic approach for modulating astrocyte activation in chronic pain
Ikuko Takeda（National Institute for Physiological Sciences）（17）Transcriptome analysis of brain network remodeling in chronic post-surgical pain
Yutaro Kumagai（National Institute of Advanced Industrial Science and Technology）

408

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第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（18）Microglial contribution to reserpine-induced mechanical hypersensitivity
Hidetoshi Tozaki-Saitoh（Department of Life Innovation, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University）
ポスター発表P1．Suppressive effects of amitriptyline and duloxetine on spinal dorsal horn neurons sensitized in a rat model of fibromyalgia.
Daisuke Uta，Katsuyuki Tsuboshima，Hisao Nishijo，Toru Taguchi
P2．Involvement of macrophage cells in herpes zoster pain in herpes simplex virus type I infected mice.
Soichiro Tanbo，Daisuke Uta，Toshiaki Kume，Tsugunobu AndohP3．Prophylactic repetitive administration of aucubin attenuates oxaliplatin-induced mechanical allodynia through the inhibition of
spinal astrocyte activation.
Miki Maesaka，Daisuke Uta，Toshiaki Kume，Tsugunobu AndohP4．Reversal of widespread mechanical hyperalgesia induced by chronic back pain during inhibition of GABAergic neurons in thecentral nucleus of the right amygdala.
Ryota Tokunaga，Yukari Takahashi，Sara Touj，Harumi Hotta，Hugues Leblond，Fusao Kato，Mathieu Piché
P5．FK506 (tacrolimus) causes pain sensation through the activation of transient receptor potential ankyrin 1 channels.
Kunitoshi Uchida，Tomo Kita，Kenichi Kato，Yoshiro Suzuki，Makoto Tominaga，Jun Yamazaki
P6．Mechanically-insensitive afferents in the rat skeletal muscle.
Hiroki Ota，Takanori Matsubara，Harumi Hotta，Kazue Mizumura，Toru Taguchi
P7．The roles of glycosphingolipids in spinal cord and skin during inflammatory pain.
Shun Watanabe，Motoki Morita，Marie Abe，Satoshi Sugama，Mami Sagawa，MitsuoTanabe
P8．How mindfulness effects for chronic pain?: a questionnaire study.
Toshizumi Muta，Tetsuri Abe，Haruyuki Ishikawa，Fusako Koshikawa
P9．Lateral parabrachial neurons regulate the nociception-respiration coordination.
Akiko Arata，Sotatsu Tonomura，Hirotaka Ooka，Yoko Fujiwara-Tsukamoto，Koichi Noguchi
P10．Pain-related neurons in primary somatosensory cortex contribute to anxiety behavior
Tatsuya Ishikawa，Hiroaki Okuda，Kiyomi Hori，Noriyuki Ozaki
P11．Study on analgesic effect of mosquito saliva -Examination of action on TRPV1 receptor by patch-clamp method-.
Seiji Aoyagi，Yuya Sakai，Tomokazu Takahashi，Masato Suzuki，Ryota Hosomi，Kenji Fukunaga，Daisuke Uta，Tomonori Takazawa，Tomoyuki Hikitsuchi，Yumi Kawajiri，Koji Nakayama，Tianbang Li，Makoto Tominaga
P12．Area- and layer-specific distribution of nociceptive neurons in the mouse primary somatosensory cortex.
Hironobu Osak，Moeko Kanaya，Yoshifumi Ueta，Mariko Miyata
P13．Hepatic injury aggravates oxaliplatin-induced peripheral neuropathy in mice: possible involvement of HMGB1 derived fromthe liver.
Riki Kamaguchi，Risa Domoto，Fumiko Sekiguchi，Maho Tsubota，Masahiro Nishibori，Atsufumi Kawabata
P14．Neuronal mechanism of chronic pain-induced negative emotional states.
Masabumi Minami

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第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会【参加者名】
みゆき・林Volker Neugebauer（Texas Tech University），Robert Gereau

和寛（愛知医科大学），坂野裕洋（日本福IV（Washington University），Richard D. Palmiter（University祉大学），中西美保・岩下成人（滋賀医科大学），和中

of Washington）Benedict Kolber（Duquesne University），

明生・田中達英（奈良県立医科大学），柴田政彦（奈良Yarimar Carrasquillo（NIH – NCCIH），
Joshua Johansen（CBS,学園大学），眞下Riken），Thuy Hua（Duke University Medical Center），南

行岡医療大学），川畑篤史・釜口雅文(北海道大学)，本庄

柳誠司・酒井裕也（関西大学），小早川令子・小早川賢（筑波大学），熊谷雄太郎（産節（大阪大学），仙波恵美子（大阪
力（近畿大学），青高

業技術総合研究），尾崎弘展（東京女子医科大学），加（関西医科大学），古江秀昌・荒田晶子（兵庫医科大学），

藤総夫・杉村弥恵・高橋由香里・宮沢祐太・浮地里佳子・

宮地孝明・真鍋松下嵩之・奥田崇雄・布間寛章（東京慈恵会医科大学），

古賀啓祐（九州大学），内田邦敏（福岡歯科大学），八徳永亮太（カナダ Quebec 大学 Trois-Rivieres 校），水村

坂敏一・山形和彰（鹿児島大学），糸瀬 邦之（ライオン

和枝・山本清文（日本大学），渡辺㈱），勝沼功吉・塩見俊（北里大学），星（岡山大学），津田

誠・齊藤秀俊・

喜弘（ゼリア新薬工業㈱），石牟田季純（早稲田大学），上園保仁（国立がん研究セン

川敏三（ニプロ㈱），加藤貴大（小野薬品工業㈱），眞ター研究所），濱田祐輔・小島彩絢（星薬科大学），太野博彰（情報通信研究機構），鍋倉淳一・竹田育子・中田大樹（新潟医療福祉大学），瀬尾憲司（新潟大学），

島健一朗・近藤邦生・Misbah Rashid・富永真琴・曽我部

歌

隆彰・齋藤

大介・丹保宗一郎・前坂未紀・黒川葉好（富山大学），

茂・Derouiche Sandra・宇治澤知代・水藤拓

尾崎紀之・石川達也（金沢大学），竹本さやか（名古屋

人・李

天邦・馮

暁娜・NguyenThi Hong Dung・Deveci大学），杉浦健之・藤掛数馬・宮本啓補・稲波千尋・上Aykut・雷晶・鄧香梅・丸山健太（生理学研究所），

田莉奈・山崎久朗・渡邉僚介（名古屋市立大学），水谷Tatjana Strom（生理学研究所/Humboldt University）【概要】
国 際 研 究 集 会 「 International Workshop on Frontiers in

炎症性疼痛活性化回路の活性化に及ぼす扁桃体活動

Defensive Survival Circuit Research 防御的生存回路研究のDREADD 抑制の影響の MRI 可視化（加藤），匂い情報に最先端」を１月７日～８日に岡崎コンファレンスセン

よる生命維持応答制御機構（小早川），脊髄後角痒み制御

ター大隅ホールで開催した。副題を「Pain and Survival

機構（古賀），運動による防御行動と慢性痛の制御（仙波），Strategy 痛みと生存戦略」とし，国内から 87 名，国外か

ショウジョウバエに存在する下行性疼痛制御系（本庄），ら 7 名，計 94 名の参加者を得て盛大に催された。18 題の敗血症に対する防衛機構としての新しい侵害受容神経の口演，14 題のポスター発表があった。痛み，痒みを中心役割（丸山），慢性痛の情動状態を規定する腹側被蓋―分とした防御的生存回路として注目されている扁桃体およ界条床核連関（南），手術後疼痛の脳内分子発現解析（熊び腕傍核の防御的な意義に関する海外演者 5 名および国谷），ならびに，線維筋痛症モデルにおける脊髄および脳内演者 1 名の特別講演（膀胱痛における腕傍核から扁桃におけるミクログリアの活性化（斎藤）などの痛み研究の

体への CGRP 放出線維の役割（Kolber），扁桃体中心核

最前線の研究成果が報告され，活発に討論された。また，

PKCδ ニューロンとソマトスタチンニューロンの痛み制

ポスター・セッションでは，さらに幅広い最新痛み研究の御における役割（Carrasquillo），化学遺伝学による痒み行

成果が報告されポスター会場も熱心な討論の場となった。

動と痛み行動の制御と細胞機構（Gereau），全身麻酔薬の講国内研究会だけでは望みえない，学術の最先端の知見・鎮痛効果に関与する扁桃体ニューロン Hua，有害情報警

技術・認識を広く共有し，痛みと防御的生存回路の研究の告核としての腕傍核（Palimiter），体性感覚及び内臓感覚

最前線に到達することを可能にした有意義かつ刺激的なを統合する有害情動記憶回路（Johansen））に加え，日本研究会となった。

からの演者 12 名が，パターン認識受容体と膀胱痛（川畑），410

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（1）Role of ATP/HMGB1/RAGE and H2S/Cav3.2 axes in cystitis-related bladder pain

Atsufumi Kawabata（Laboratory of Pharmacology & Pathophysiology, Faculty of Pharmacy, Kindai University）
Damage-associated molecular patterns (DAMPs) including

suppressed by inactivation of HMGB1, pharmacologicalhigh mobility group box 1 (HMGB1) and ATP play a key role inblockade of RAGE or P2X4/P2X7 receptors, an antioxidant or

innate immunity and participate in neuroinflammation and pain

macrophage depletion. Acrolein, a hepatic metabolite of CPA,

signaling. We have reported that cystitis-related bladder pain

caused ATP release from urothelial cells, and ATP triggered

involves the activation of two different pathways, i.e. H2S/Cav3.2

redox-dependent HMGB1 release from macrophages. Na2S, an

T-type Ca2+ channels (Br J Pharmacol 2012;167:917-28) andH2S donor, enhanced T-type membrane currents in Cav3.2-

HMGB1/RAGE (Neuropharmacology 2014;79:112-8). We thus

expressing HEK293 cells, and genetic deletion of Cav3.2 as wellanalyzed the mechanisms for possible crosstalk between the two

as a CSE inhibitor suppressed CPA-induced bladder pain in mice.

pathways in mice. Cyclophosphamide (CPA) caused cystitis-

Together, our data unveiled novel neuroimmune mechanisms

related bladder pain and upregulation of cystathionine-γ-lyase

underlying cystitis-related bladder pain.

(CSE), an H2S-generating enzyme, in the bladder, which were

（2）The role of amygdala CGRP in modulating visceral pain

Benedict Kolber，Heather Allen，Harley Bobnar（Duquesne University, Department of Biological Sciences and Chronic Pain Research）
Abstract: Urologic chronic pelvic pain syndrome (UCPPS) is(CeA) is a bilateral, mid-brain limbic region that processes both

among the most common visceral pain conditions in the United

pain and emotion and can modulate bladder pain. Afferent

States, affecting between 5 and 10 million Americans andneurons from the parabrachial nucleus relay information fromcosting over $ 5 billion in healthcare annually. UCPPS patientsthe bladder to the CeA express high levels of calcitonin gene-

experience debilitating symptoms that severely impact quality ofrelated peptide (CGRP), a peptide with a well-established role inlife, including increased urgency and frequency of urination,

pain processing. Although there is ample evidence that CGRP isintense and burning pain during bladder filling and voiding,

pro-nociceptive in the right CeA, a few studies indicate thatreferred pain in the back and pelvic area, and co-morbidities such

CGRP may act anti-nociceptively in the left CeA. Here, we will

as anxiety and depression. The underlying cause of UCPPS ispresent data exploring CGRP’s contribution to the left CeA’s

largely unknown, and therefore treatments are poor andanti-nociceptive role in the context of bladder pain using

ineffective. Recent imaging studies have identified changes inmolecular, optogenetic, and pharmacologic techniques.

cortico-limbic areas in UCPPS patients. The central amygdala（3）Dual and opposing functions of the central amygdala in the modulation of pain

Yarimar Carrasquillo（National Center of Complementary and Integrative Health, National Institutes of Health, Bethesda MD, United States）
Pain perception is essential for survival and can be amplified

neural mechanisms underlying bidirectional modulation of painor suppressed by expectations, experiences, and context. The

remain largely unknown. Here, we demonstrate that the central411

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会nucleus of the amygdala (CeA) functions as a pain rheostat,

pain-related responses. In contrast, cells expressing somatostatin

decreasing or increasing pain-related behaviors in mice. This

(CeA-Som) are inhibited by nerve injury and their activity drives

dual and opposing function of the CeA is encoded by opposing

antinociception. Together, these results demonstrate that thechanges in the excitability of two distinct subpopulations of

CeA can amplify or suppress pain in a cell-typespecific manner,

GABAergic neurons that receive excitatory inputs from theuncovering a previously unknown mechanism underlying

parabrachial nucleus (PB). Thus, cells expressing protein kinasebidirectional control of pain in the brain.

C-delta (CeA-PKCδ) are sensitized by nerve injury and increase（4）Supraspinal mechanisms modulating itch and pain processing

Robert W. Gereau IV（Department of Anesthesiology, Washington University Pain Center，Washington University School of Medicine）
Recent findings suggest that afferent neural pathways thatprovide a framework for testable hypotheses. This presentation

signal pruritus (itch) are very similar to those that signal

will describe a series of studies that point to the essential role

nociception (pain). It is not clear whether supraspinalof descending supraspinal circuitry at the level of the central

modulatory systems for itch and pain are also homologous, but

nucleus of the amygdala and periaqueductal gray in modulating

the similarities in anatomical pathways for pain and itch

pain and itch processing.

（5）DREADD-MEMRI reveals a hub function of the amygdala in spontaneous inflammatory
pain-associated activation of limbic pain networks
Daigo Arimura1,2,3，Kei Shinohara1,2,3，Yukari Takahashi1,3，Yae Sugimura1,3，Mariko Sugimoto1,3，
Yuta Miyazawa1,3，Tomokazu Tsurugizawa1,3,4，Keishi Muramo2,3 and Fusao Kato1,3（1Department of Neuroscience, 2Department of Orthopaedics,
3Centerfor Neuroscience of Pain, Jikei University school of Medicine, 4NeuroSpin, CEA-Saclay, Gif-sur-Yvette）

To visualize the brain activity associated with spontaneously

amygdala in the latent formalin inflammation model (Miyazawa

occurring pain during the shift from acute to chronic pain under

et al, Mol Pain, 2018), we analyzed the role of the right amygdala

anesthetic-free conditions, we used manganese-enhancedin these post-formalin MEMRI signals using a chemogenetic

magnetic resonance imaging (MEMRI) with a 9.4-T scanner inapproach. In mice with the inhibitory “designer receptors

the brains of mice with hind paw inflammation. Formalin

exclusively activated by designer drugs” (DREADD) expressed

injection to the left hind paw significantly increased MEMRI

in the right amygdala, their pharmacological activation

signal in various brain areas, including the right insular cortex,

significantly attenuated MEMRI signals in the bilateralright nucleus accumbens, right globus pallidus, bilateral caudate

infralimbic cortex, bilateral nucleus accumbens, bilateral caudate

putamen, right primary/secondary somatosensory cortex,

putamen, right globus pallidus, bilateral ventral tegmental area,bilateral thalamus, right amygdala, bilateral substantial nigra,

and bilateral substantia nigra. These results suggest that theand left ventral tegmental area at 2-6 h after injection. As we

inflammatory pain-associated activation of these structures

have demonstrated a right side-specific activation of the central

depends on the activity of the right amygdala.

412

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（6）Sensory TRPA1 activation by thiazoline-related odorants orchestrate life- protective effects

Ko Kobayakawa（Institute of Biomedical Science, Kansai Medical University）
Innate fear has evolved to fulfil life-preservation; however,in cutaneous and cerebral ischemia/reperfusion injury andthe genetic and neuronal substrates underlying its intrinsic

sepsis models. Importantly, activation of TRPA1 is notprotective effects and their potential activators remain unclear.

sufficient but Sp5/NST activation in the brainstem is also

Thiazoline-related fear odors (tFOs) induce robust fearfulnecessary for exerting life-protection. Whole brain activity

behaviors via activation of sensory Trpa1 gene. Here, we

mapping identified the central crisis pathway responsible for

identified that trigeminal/vagal activation of TRPA1 by tFOs

tFOs-induced life-protection, and artificial activation of theorchestrated robust hypothermia, hypometabolism which

pathway led to robust hypothermia, hypometabolism and anti-enable survival in lethal hypoxia, and enhancement of innate

inflammation.

immunity; however, suppression of excessive inflammation.

combination of tFOs-TRPA1 orchestrate intrinsic survival fate

These responses collectively exerted potent therapeutic effects

via activation of the central crisis pathway in the brain.

Sensory

representationofappropriate（7）Sensitization of GRPR-expressing dorsal horn neurons under chronic itch condition requires
an astrocytic factor

Keisuke Koga，Ryo Yamagata，Miho Shiratori-Hayashi and Makoto Tsuda（Dept. Life Innovation, Grad. Sch. Pharm. Sci., Kyushu Univ.）
Chronic itch is a major symptom in various skin diseases, suchastrocyte-derived lipocalin-2 (LCN2) are crucial for maintaining

as atopic and contact dermatitis. Recent studies have revealed

chronic itching. Interestingly, we found that the enhancement ofneuronal circuits for itch sensation. Especially, gastrin-releasing

GRP-induced excitation was reduced by genetic inhibition of

peptide (GRP) and its receptor (GRPR) signaling in the spinal

signal transducer and activator transcription 3 (STAT3) in SDH

dorsal horn (SDH) is crucial for acute physiological itch behavior.

astrocytes. Using the CRISPR-Cas9 system, a site-specificHowever, alternations of GRP-GRPR signaling under chronic itch

genome editing tool, we further found that a mutation of Lcn2 genecondition is poorly understood. In this study, we investigatedin SDH astrocytes ameliorated the enhancement of GRP-induced

GRP-evoked excitation of GRPR-expressing (GRPR+) SDH

depolarization, and also repetitive scratching and skin damage

neurons using Grpr-EGFP mice. Electrophysiological andassociated with contact dermatitis. Moreover, co-application of

immunohistochemical analyses showed that GRPR+ SDH

LCN2 and GRP was sufficient to potentiate GRP-induced

neurons were mainly excitatory. We found that GRP-induced

depolarization of excitatory GRPR+ neurons. Our findings

depolarization of excitatory GRPR+ neurons was greatly

indicate that facilitation of GRP-mediated itch signaling in thepotentiated in Grpr-EGFP mice with contact dermatitis. However,SDH under chronic itch condition requires LCN2 derived fromthe levels of Grpr mRNA in the SDH was not upregulated.

reactive astrocytes.

Recently, we have shown that activation of SDH astrocytes and413

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（8）An intero-exteroceptive brain circuit for producing aversive emotional memories

Joshua P. Johansen（CBS, Riken）
Aversive experiences trigger memory formation and alter

neurons which receive convergent synaptic inputs from auditoryneural circuits to adaptively shape behavior. The lateralthalamus and cortex. Inactivation of this projection abolishes

amygdala (LA) is a critical site of synaptic plasticity mediating

fear memory formation and its stimulation is sufficient toaversive memory formation, but how aversive experiences areproduce fear learning. Notably, inactivation of this pathway

transduced by the nervous system into neural signals which

reduces sensory-shock and aversive-behavioral escape-evoked

produce learning and memory is not well understood. Using cell

responding in LA neurons. Together, these findings reveal antype specific optogenetic, neural recording and anatomical

aversive signaling circuit which conveys information about bothtracing approaches, we identified a novel glutamatergic

external noxious stimuli and the internal bodily reactions tobrainstem pathway which integrates aversive sensory andaversive events to the LA to trigger fear learning. This allows for

defensive behavioral response information and triggers fear

emotional memory formation in the presence or absence oflearning through a direct projection to the LA. This pathway

noxious stimulation and for scaling of the strength of aversive

makes synaptic connections with a specific population of LA

memories by the magnitude of aversive bodily reactions.

（9）Exercise promotes active defensive response and prevents pain chronification
Emiko Senba1,2，Katsuya Kami2（1Dept. of Physical Therapy, Osaka Yukioka College of Health Science,
2Dept. of Rehabilitation Medicine, Wakayama Medical University）

We have previously shown that voluntary exercise induced

On the contrary, if they are confronted to their threatening

exercise-induced hypoalgesia (EIH), which is due in part to thesituation and seek for appropriate treatment, their pain will be

activation of dopamine (DA) neurons in the ventral tegmental

reduced.

area (VTA) (Kami et al., Sci Rep, 2018). Activation of nucleus

It has been demonstrated that active avoidance requires a basal

accumbens (NAc) by dopaminergic input may hold the key to

amygdala (BA) to NAc circuit, while an inhibitory pathway from

EIH. In neuropathic pain model mice (partial sciatic nerve

CeA to the ventrolateral periaqueductal grey (PAG) produces

ligation: PSL), lateral VTA-DA neurons and NAc-lateral shellfreezing, passive defensive response (Ramirez F et al., JN, 2015).

neurons are deactivated, while central amygdala (CeA)-GABAIn PSL mice that were allowed to run freely on a running
wheel for 2 weeks after the surgery, lateral VTA-DA neurons,

neurons are activated.
Survival in threatening situations, such as chronic pain or

NAc-lateral shell neurons and BA-Glu neurons projecting tostress, depends on the selection and rapid execution of an

NAc were dramatically activated, while CeA-GABA neurons

appropriate active or passive defensive response (Tovote P et al.,were totally deactivated.

Nature, 2016). In fear avoidance model of pain chronification,Thus, exercise therapy and active life style can prevent pain

patients suffering pain are apt to select passive defense response

chronification by activating BA-NAc circuit and inhibiting CeA-

(freezing) and prolonged immobilization may aggravate pain.

GABA neurons.

414

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（10）A neuropeptide-mediated descending inhibitory pathway in Drosophila nociception
Izumi Oikawa1，Shu Kondo2，Akiho Kashiwabara1，Kao Hashimoto3，
Hiromu Tanimoto4，Katsuo Furukubo-Tokunaga5，Ken Honjo5（1 Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba,
2 Invertebrate Genetics Laboratory, National Institute of Genetics,
3 College of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba,
4 Graduate School of Life Sciences, Tohoku University,
5 Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba）

Nociception, a neural process encoding potentially tissue-

neuropeptide system constitutes of a descending inhibitory

damaging stimuli, is a crucial sensory function for animals topathway regulating nociception in Drosophila. Through genetic

survive. Since nociception often leads to a perception of pain inscreens, we have identified an evolutionarily conserved

humans, a better understanding of the mechanisms underlying

neuropeptide that negatively regulates nociception in Drosophila.

nociception is crucial to develop better treatment for pain.

Expression analyses of this neuropeptide revealed that theAmong the molecules controlling nociception, neuropeptides

neuropeptide is expressed only in larval brain. The receptors, on

have been known to play important roles in the transmission andthe other hand, are found to be expressed in numerous neurons

regulation of nociception signaling. However, due to thein the central nervous system (CNS), which include previously

overwhelming complexity of the neuropeptide systems,

identified nociceptive interneurons locating in ventral ganglia of

elucidation of how neuropeptides control nociception has been alarval CNS. Specific RNAi knockdown of the receptor in thechallenging task especially in mammals. In order to study

nociceptive interneurons phenocopied hypersensitive nociception

detailed mechanisms of neuropeptide functions, we believe thatphenotype, suggesting the receptor expressed in the nociceptive

Drosophila can serve as a very beneficial model organism withinterneuron is a target of the neuropeptide in negatively

its powerful genetic tools, straightforward behavioral paradigm

regulating nociception. Finally, our Ca2+ imaging revealed thatand relatively simple structures of nervous system. Since thethe nociceptive interneurons in the receptor mutants showedneuropeptide systems are well conserved between flies andhighly exaggerated responses to noxious heat stimuli. Taken

humans, new findings in Drosophila will provide useful insights

together, these data support the idea that the evolutionally

toward a comprehensive understanding of neuropeptide

conserved neuropeptide system functions as a descending

functions in humans.

inhibitory mechanism in larval nociception.

Here we show evidence that an evolutionarily conserved（11）Nociceptor Orchestrates Brain Energy Metabolism to Protect Septic Death

Kenta Maruyama（Division of Cell Signaling, National Institute for Physiological Sciences）
Sepsis is a dysregulated systemic inflammatory response to

septic death are unknown. Here we identify a type of c-type

infection and still a high mortality rate with no cure. It is

lectin protein as a Nav1.8 positive nociceptor-enriched,established that pain sensing ion channels regulate innate

secreted protein and protects host from septic death. During

immunity, but the mechanisms of nociceptive modulation inseptic conditions, secreted c-type lectin protein penetrate into

415

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会brain and suppresses glial IDO-1 expression. Polymicrobial

impaired cellular respiration. Strikingly, brain injection ofsepsis induction or LPS administration after Nav1.8 positive

IDO-1 inhibitor or a type of c-type lectin protein protects micenociceptor ablation showed high mortality rate accompaniedfrom septic death. By identifying nociceptor-derived c-type

by impaired brain ATP and serum c-type lectin levels. Brain

lectin protein as a brain protective hormone, our preliminary

metabolome analysis revealed that nociceptor-ablated micefinding broadens our understanding of septic death andexhibited increased IDO-1 mediated Kynurenine pathway withsuggests promising strategy to survive systemic inflammation.

（12）Role of amygdala CRF neurons in pain
Volker Neugebauer1,2，Takaki Kiritoshi1，Vadim Yakhnitsa1，Mariacristina Mazzitelli1（1Dept. of Pharmacology and Neuroscience, School of Medicine,
Texas Tech University Health Sciences Center, Lubbock, TX, USA,
2Garrison Institute on Aging, Texas Tech University Health Sciences Center, Lubbock, TX, USA）

The amygdala plays an important role in emotional-affective

are focused on corticotropin releasing factor (CRF) neurons.

aspects of behavior and disorders. The amygdala also receives

CRF neurons undergo excitability changes in neuropathic pain.

nociceptive information through thalamo-cortical inputs andOptogenetic activation or silencing of CRF neurons modulates

the spino- parabrachial pathway. The central nucleus (CeA)

pain-related behaviors. Inputs to CRF neurons are modulated

contains neurochemically distinct neurons that project to otherby kappa opioid receptors (KOR). KOR activation impairs

brain regions involved in the expression and modulation of

feedforward inhibition of CRF neurons to increase pain

pain and other behaviors. Work from our group initiallybehaviors. CRF neurons may link nociception to emotionaldescribed neuroplastic changes in CeA neurons that are linked

processing and stress conditions.

to pain behaviors in different pain models. More recent studies（13）Parabrachial CGRP-expressing neurons establish and maintain threat memories

Richard D. Palmiter（HHMI and Dept. Biochemistry, University of Washington, Seattle, WA, USA）
The parabrachial nucleus (PBN) receives somatosensory anda general alarm signal to the rest of the brain, including theviscerosensory inputs and relays them to other brain regions.

central nucleus of the amygdala (CeA), bed nucleus of the stria

The functions of several genetically identified sub-populations

terminalis (BNST), thalamic (VPMpc) and parasubthalamicof PBN neurons are beginning to be elucidated. Among these(PSTN) nuclei. Optogenetic activation of CGRP neurons is

are neurons that express calcitonin gene-related peptide

aversive, inhibits appetite, affects the autonomic nervous(CGRP).

The CGRP neurons are activated (assessed by Fos

system and can elicit catatonic, freezing behavior. Optogenetic

expression and/or GCaMP fluorescence) by a wide variety ofor chemogenetic activation of CGRP neurons can substitute forthreats including, pinch, foot shock, hot plate, itch, visceralfoot shock or visceral malaise in classical fear or tastemalaise (LiCl, LPS or large meal), threatening sensory stimuli

conditioning paradigms.

and cues that predict pain or malaise. Remarkably, virtually all

neurons after fear or taste learning is important for expression

CGRP neurons respond to each of these threats; thus, they relayof learned behaviors and retention of these memories.

416

Furthermore, the activity of CGRP

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（14）Neuronal mechanism of chronic pain-induced negative emotional states

Masabumi Minami（Department of Pharmacology, Faculty of Pharmaceutical Sciences, Hokkaido University）
Negative emotions such as dysphoria, anxiety and fear playthereby suppress VTA dopaminergic neurons leading to thean important role in pain as a biological warning system.

induction of negative emotion like dysphoria. This neuronal

However, in chronic pain, these negative emotions often lead

circuit plays, at least in part, an important role in pain as ato mental illnesses such as depression and anxiety disorders. In

biological warning system.

fact, the comorbidity of chronic pain and depression has long

We previously reported that intra-nucleus accumbens (NAc)

been recognized in the clinic, and several preclinical studies

dopamine release induced by sucrose solution intake as ahave reported depression-like behaviors in animal models of

reward is suppressed in chronic pain rats (Neurosci Lett 629

chronic pain. We have studied neuronal mechanisms(2016) 73-78). Recently, we demonstrated that the frequency

underlying pain-induced negative emotions and demonstratedof spontaneous IPSCs (sIPSCs) significantly increased in

the involvement of the bed nucleus of the stria terminalis

VTA-projecting dlBNST neurons 4 weeks, but not 2weeks,(BNST). Specifically, activation of noradrenergic (J Neurosci

after surgery for neuropathic pain. NBI27914, a CRF type 1

28 (2008) 7728-7736) and CRFergic (J Neurosci 33 (2013)

receptor antagonist, decreased the frequency of sIPSCs in

5881-5894) neurotransmission in the ventral and dorsolateral

VTA-projecting BNST neurons in the chronic pain rats but not

BNST, respectively, plays an important role in pain-inducedin the sham-operated control animals. In addition, bilateralaversive behaviors in rats. CRF depolarized type II BNST

injections of NBI27914 into the dlBNST of chronic pain rats

GABAergic neurons, which increased inhibitory inputs to typeincreased

III BNST GABAergic neurons projecting to the ventral

conditioned place preference. Taken together, these results

tegmental area (VTA). We also demonstrated that VTA-

suggest that the mesolimbic dopaminergic system is tonicallyprojecting BNST GABAergic neurons made synapses onto

suppressed during chronic pain by enhanced CRF signaling

VTA GABAergic neurons (J Neurosci 32 (2012) 18035-

within the dlBNST via increased inhibitory inputs to VTA-

18046). Therefore, inhibition of VTA-projecting type III

projecting dlBNST neurons (J Neurosci 36 (2019) 8376-8385).

BNST GABAergic neurons should lead to activation of VTA

This may be involved in the depressive mood and anhedonia

GABAergic neurons through a disinhibition mechanism,

under the chronic pain condition.

intra-NAc

dopaminereleaseandinduced（15）General anesthetics activate a potent central pain-suppression circuit in the amygdala
Thuy Hua1，Bin Chen1，Dongye Lu1，Katsuyasu Sakurai1，Shengli Zhao1，
Bao-Xia Han1，Jiwoo Kin1，Luping Yin1，Yong Chen2，Jinghao Lu1，Fang Wang1（1Department of Neurobiology, Duke University Medical Center2

Department of Neurology, Duke University Medical Center）

General anesthesia (GA) can produce analgesia (loss ofneurons activated by GA in the mouse central amygdalapain) independent of inducing loss of consciousness, but the(CeAGA neurons). In vivo calcium imaging revealed that

underlying mechanisms remain unclear. We hypothesized thatdifferent GA drugs activate a shared ensemble of CeAGA

GA suppresses pain in part by activating supraspinal analgesic

neurons. CeAGA neurons also possess basal activity thatcircuits. We discovered a distinct population of GABAergic

mostly reflect animals’ internal state rather than external417

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会

stimuli. Optogenetic activation of CeAGA potently suppressed

produced strong aversion, and cancelled the analgesic effect ofboth pain-elicited reflexive and self-recuperating behaviors

low-dose ketamine. CeAGA neurons have widespread

acrossabolishedinhibitory projections to numerous affective pain-processing

hypersensitivity.

centers. Our study points to CeAGA as a potential powerful

sensory

neuropathic

modalities,

pain-induced

andcompletely

mechanical

Conversely, inhibition of CeAGA activity exasperated pain,

therapeutic target for alleviating chronic pain.

（16）A novel therapeutic approach for modulating astrocyte activation in chronic pain

Ikuko Takeda，Junichi Nabekura（Division of Homeostatic Development, National Institute for Physiological Sciences）
Current clinical management of chronic pain is suboptimal as

in facilitating neural circuit rewiring, we developed a novel

patients often continue to experience unpleasant pain. Chronic

approach for modulating S1 astrocyte activation in order topain’s pathophysiology involves the aberrant formation of

stimulate the reorganization of noxious circuits in chronic pain

noxious “pain causing” circuits in somatosensory cortex (S1).

into innocuous circuits. Activated astrocytes have the potential

Given the growing appreciation for the importance of astrocytes

to cure chronic pain by facilitating of circuit reorganization in S1.

（17）Transcriptome analysis of brain network remodeling in chronic post-surgical pain
Yutaro Kumagai1，Kunihiro Nakai2，Yutaka Suzuki3，Aya Nakae4（1National Institute of Advanced Industrial Science and Technology，
2University of Fukui Hospital，3Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo，
4Graduate School of Frontier Biosciences, Osaka University）

Chronic post-surgical pain (CPSP) is a cause of pain

These results indicate that strong inflammation and migration

suffering even after recovery from surgical insult withof monocytes into the brain caused by surgical insult are

incidence rate of 5-50 %. Prior studies suggest that excessive

essential molecular basis for CPSP. Moreover, to clarify

activation of peripheral neurons as well as remodeling of neuralmolecular mechanism under inflammatory remodeling of thecircuit by microglia and/or astrocytes are cause of CPSP.

brain, we performed transcriptome analysis of whole brain of

However, its molecular mechanism is still elusive. To elucidate

CPSP mice, and have found that expression levels of genes

the mechanism of CPSP, we devised our original CPSP animal

specific for myelinated oligodendrocytes was reduced. Thismodel and investigated the mice with deficiency in various

indicated that CPSP accompanies brain functional network

genes involved in inflammatory response and migration of

remodeling with demyelination-like reduction of myelinatedimmune cells. We have found that mice deficient in genes

oligodendrocytes.

involved in inflammatory response were resistant to CPSP.

418

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（18）Microglial contribution to reserpine-induced mechanical hypersensitivity

Hidetoshi Tozaki-Saitoh, Makoto Tsuda（Department of Life Innovation, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University）
Microglia, which are pathological effectors and amplifiers inmodel of fibromyalgia. We found that conditional knockout of

the central nervous system, undergo various forms of

microglial transcription factor, IRF8 and MafB, suppressed theactivation. There is extensive evidence indicating activation ofreserpine-induced pain hypersensitivity. Although there is no

spinal microglia is a key event for the development of chronic

apparent morphological activation observed in microglia in thepain after neuronal damage or dysfunction. However

spinal cord and the prefrontal cortex when analyzed byphenotypic and functional change and significance of brain

immunohistochemistry, analysis of single cell transcriptome of

microglia in the chronic pain model was less understood. Using

prefrontal cortex microglia made it appear that some

CX3CR1-creERT2 mediated microglia selective conditional

phenotypic change in the brain microglia in the reserpine-

knockout mice, we investigated whether microglia were

induced pain model mice.

involved in the reserpine-induced pain model that is used as a419

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会

2．食・栄養・環境情報の感知と統合的代謝調節
Sensing food/nutrient/environment toward integrative metabolic regulation
2019 年 7 月 7 日－7 月 8 日
代表・世話人：矢田俊彦（関西電力･医学研究所）
所内対応者：箕越靖彦（生殖･内分泌系発達機構）（１）Meal-related hormones regulate insulin release via TRP channel signaling in islet β-cells
Katsuya Dezaki（Jichi Medical University, Japan）（２）Ion channel synapses of the taste bud
Akiyuki Taruno（Kyoto Prefectural University of Medicine, Japan）（３）Genetic identification of sweet taste neurons in the mouse brainstem
Ken-ichiro Nakajima（National Institute for Physiological Sciences, Japan）（４）Mechanism of the perception of “kokumi” substances
Chiori Ijichi（Ajinomoto Co., Inc., Japan）（５）Discovery of AMPK-activated CRH neurons that induce dietary preference for carbohydrate over fat
Yasuhiko Minokoshi（National Institute for Physiological Sciences, Japan）（６）Sensing environmental energy needs: Astrocytic glutamate uptake drives brain glucose utilization
Luc Pellerin（University of Lausanne, Switzerland）（７）Neuronal Suppression of Astrocytic Respiration
L. Felipe Barros（Centro de Estudios Científicos, Chile）（８）Importance of the neuronal environment: role of the neighboring astrocytes in brain activation
Anne-Karine Bouzier-Sore（French National Centre for Scientific Research, France）（９）Obesity and body composition change in older adults with cognitive decline
Takashi Sakurai（National Center for Geriatrics and Gerontology, Japan）（10）Brain glycogen: a potential linkage between endurance and cognition
Takashi Matsui（University of Tsukuba, Japan）（11）Amygdala NPY circuits promote the development of accelerated obesity under chronic stress conditions
Herbert Herzog（Garvan Institute of Medical Research, Australia）（12）FGF21-oxytocin axis regulates simple sugar preference
Tsutomu Sasaki（Kyoto University）（13）Object representations in the orbitofrontal cortex are sensitive to metabolic states
Junichi Chikazoe（National Institute for Physiological Sciences, Japan）（14）Intestinal GLP-1 release by oral administration of rare sugar Dallulose ameliorates arrhythmic-overeating andobesity via vagal afferents
Yusaku Iwasaki（Kyoto Prefectural University, Japan）（15）Role of MCH neurons in the regulation of metabolism, sleep/wakefulness and memory
Akihiro Yamanaka（Nagoya University, Japan）（16）Early developmental exposure to environmental chemicals and energy metabolism
Fumihiko Maekawa（National Institute for Environmental Studies, Japan）（17）DMH neurons control sleep, metabolism, and aging
Akiko Satoh（National Center for Geriatrics and Gerontology, Japan）

420

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（18）Regulation of skeletal muscle mass via a WWP1/KLF15 axis
Wataru Ogawa（Kobe University, Japan）（19）Ninjin-yoeito activates NPY neurons and restores appetite and body weight in mice under chemotherapy: anti-frailty
potential
Toshihiko Yada（Kansai Electric Power Medical Research Institute, Japan）

P-1

Hypothalamic neuronal circuits regulating hunger-induced taste modification
Ou Fu（National Institute for Physiological Sciences, Japan）

P-2

Perinatal exposure to dioxins impacts on gene expression and infant behavior in the mouse
Eiki Kimura（National Institute for Environmental Studies, Japan）

P-3

NPY mediates fasting-induced excitatory synaptic depression onto oxytocin neurons in the PVN
Lei Wang（Jichi Medical University, Japan）

P-4

Changes in intramuscular fat and the effects on taste-traits during postmortem aging of beef
Yanan Zhao（Kobe University, Japan）

P-5

Mechanism of the perception of “kokumi” substances
Ryo Matsumoto（Ajinomoto Co., Inc. ,Japan）【参加者名】Luc Pellerin（University of Lausanne），L. Felipe Barros

小川（Centro de Estudios Científicos），Anne-Karine Bouzier-Sore本凌（味の素㈱食品研究所），趙（French National Centre for Scientific Research, France），

王磊（関西電力 医学研究所），木村栄輝（国立環境研

Herbert Herzog（Garvan Institute of Medical Research），Lei

究所），林由佳子（京都大学），重岡Zhang（University of New South Whales），矢田俊彦（関藤記沙耶華（京都大学），藍原祥子（神戸大学），豊田

西電力 医学研究所），出崎克也（自治医科大学），樽野行康（名城大学），山之上稔（神戸大学），箕越靖彦（生陽幸（京都府立医科大学），伊地知千織（味の素㈱），理学研究所），中島健一朗（生理学研究所），近藤邦生（生

櫻井

崇（筑波

理学研究所），菊池晶裕（生理学研究所），傅 欧（生理

努（京都大学），岩崎有作（京都府立学研究所），Rashid Misbah（生理学研究所），田中義将（生大学），山中章弘（名古屋大学），前川文彦（国立環境理学研究所），堀尾修平（生理学研究所），斎藤久美子（生研究所），佐藤亜希子（国立長寿医療研究センター），

理学研究所），林 めぐみ（生理学研究所）

孝（国立長寿医療研究センター）松井大学），佐々木渉（神戸大学），近添淳一（生理学研究所），松婭楠（神戸大学），

徹（京都大学），【概要】
国際学術集会「食・栄養・環境情報の感知と統合的代ある Luc Pellerin 博士（University of Lausanne, Switzerland），

謝調節」は，環境受容から生体機能制御に至る過程に関Felipe Barros 博士（Centro de Estudios Científicos, Chile），

する，個体から分子細胞のレベルに至る多領域の研究を

Anne-Karine Bouzier-Sore 博士（French National Centre for

対象とし，海外から４名の著名な研究者を招き，国内かScientific Research, France）から最新の成果が紹介された。

ら数十名の参加者が参加し，研究発表と交流を行った。

神経ペプチド Y の研究を開拓してきた Herbert Herzog 博

多領域の中に，トピックとして，味覚と嗜好，神経ペプ

士から，扁桃体に発現する神経ペプチド Y とストレス応

チド，脳のエネルギー利用，運動と脳機能，老化などを答性肥満の関連が紹介された。箕越教授からは AMPK に取り上げた。

よる炭水化物嗜好性，山中教授からは MCH による代謝と睡眠の統合的制御の神経機構について紹介された。

脳の活動には栄養の供給が必要であり，血管壁から取り込まれた栄養素が，脳の適切な部位に供給される仕組

マウス，
ラットの研究に加えてヒトにおける運動や脳機みには謎が残されている。この分野を先導する研究者で能解析，認知機能の臨床研究も紹介され，定藤教授のご好421

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会

意により生理学研究所の fMRI 施設の見学も行われた。大

究会と懇親会はもちろん終日活発な討論が行われ，国際交学院生を含む多くの若手研究者が参加し，ポスター発表も流，領域間交流，若手〜教授までの交流が進み，生理学研行われた。世界６カ国からの産学を含む参加者により，研究所国際学術集会としての目的を達した。

（1）Meal-related hormo nes regulate insulin release via TRP channel signaling in islet β-cells

Katsuya Dezaki，Toshihiko Yada（Jichi Medical University, Tochigi, Japan）
Glucose-stimulated insulin secretion in β-cells is initiated by

TRPM2 current in islet b-cells. In islets from TRPM2-KO mice,closure of the ATPsensitive K+ (KATP) channel, followed byghrelin failed to attenuate glucose-induced insulin release.

plasma membrane depolarization. In this process, opening of

GLP-1 and ghrelin are released in a reciprocal pattern: uponbackground inward current through non-selective cation

meals, plasma level of GLP-1 rises and that of ghrelin falls,

channels (NSCCs) might facilitate depolarization after KATP

which may collaborate to effectively activate TRPM2 channels

channel closure. It has been reported that the TRPM2 channel,in β-cells, leading to rapid and efficient insulin release for thea type of NSCC, in β-cells plays an essential role infine postprandial glucose disposal. Furthermore, oxytocin, a

glucoseinduced and incretin-potentiated insulin secretion. Bothneurohypophysial hormone that reducing food intake, activates

glucose metabolism and glucagon-like peptide-1 (GLP-1), an

TRP-like NSCC currents and depolarizes the membraneinsulin releasing gastric hormone, increase the activity ofpotential in β-cells. Developing approaches to specifically

TRPM2 channels. Ghrelin, a stomach-derived hormone,intervene the TRP signaling in β-cells might provide a potential

markedly counteracted the glucose-induced activation oftherapeutic tool to treat patients with type 2 diabetes.

（2）Ion channel synapses of the taste bud
Akiyuki Taruno1,2，Zhongming Ma3，Makoto Ohmoto4，Makiko Kashio5，Ichiro Matsumoto4，
Mizuho A. Kido6，Michael G. Tordoff 4，J. Kevin Foskett3（1Department of Molecular Cell Physiology, Kyoto Prefectural University of Medicine, Kyoto, Japan，
2JST, PRESTO, Saitama, Japan， 3Department of Physiology, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA, USA，
4Monell Chemical Senses Center, Philadelphia, PA, USA，
5Department of Physiology, Aichi Medical University, Nagakute, Japan，
6Department of Anatomy and Physiology, Saga University, Saga, Japan）

Taste cells in the taste bud relay taste information to sensory

ATP-permeable channels possesses the properties required forneurons through cell-tocell communications. However, theaction potentialdependent activation. Thus, the chemical

neurotransmission machinery of sweet-, bitter-, and umami-

neurotransmission mechanism in type II cells has remained

sensing type II taste cells has been elusive because they do not

unknown. Recently, we discovered a novel voltage-gated non-possess classical synaptic structures including synaptic vesicles,

selective ion channel composed of CALHM1 and 3, andyet transmit information to neurons by releasing ATP as a

identified it as the bona fide ATPrelease channel in type II cells

neurotransmitter. In response to taste stimuli, type II cells fire

required for perception of sweet, bitter, and umami tastes.

action potentials leading to non-exocytotic release of ATP,Previously, exocytosis of synaptic vesicles was the only

suggesting the possibility that a voltage-gated ion channel acts asneurotransmitter-release pathway for action potential-mediateda conduit for ATP release. However, none of known

neurotransmission. However, our discoveries here provide the422生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会

first demonstration of an ion channel-mediated mechanism of

discovery, structure and function of ion channel synapses in the

rapid chemical neurotransmission, which we call “ion channel

taste bud will be reviewed.

synapse” in contrast to the classical “vesicular synapse”. The（3）Genetic identification of sweet taste neurons in the mouse brainstem
Ken-ichiro Nakajima1，Ou Fu1，Yuu Iwai2，Kunio Kondoh1，Takumi Misaka2，Yasuhiko Minokoshi1（1National Institute for Physiological Sciences, Japan，2The University of Tokyo Japan）
The gustatory system plays an important role in sensing

neuroanatomically and electrophysiologically taste-responsive

appetitive and aversive tastes for evaluating food quality. In mice,neurons are localized. Using SatB2-Cre mice that selectively

taste signals are relayed by multiple brain regions, including theexpress Cre recombinase in SatB2 neurons, we found thatparabrachial nucleus (PBN) of the pons, before reaching theablation of SatB2PBN neurons lead to large loss of sweet taste

gustatory cortex via the gustatory thalamus. The PBN, which isrecognition, but no effects on other tastes. Importantly, in vivo

composed of multiple subnuclei, functions as a hub to receive

calcium imaging experiments showed that the majority of theseand transmit various types of information, such as interoceptive

neurons are activated only when tasting sweet substances.

(hunger and satiety) and exteroceptive (gustatory, pain, itch, andOptogenetic activation of the gustatory thalamus-projecting

thermal sensation) senses. While the existence of taste-

SatB2PBN neurons induces appetitive lick behavior. These data

responsive PBN neurons was first reported more than 40 years

strongly suggest that SatB2PBN neurons are critical forago, the molecular identity of gustatory neurons in the PBN has

transmitting sweet specific appetitive signals. To our knowledge,

remained unknown due to lack of molecular markers. To address

SatB2PBN neurons are the first molecularly-defined gustatory

this issue, here we focused on transcription factor SatB2, because

neurons not only in the PBN but also in the mammalian brain.

of its unique localization in the waist area of the PBN, where（4）Mechanism of the perception of “kokumi” substances

Chiori Ijichi（Chemosensory Research Group, Technology Development Center,
Institute of Food Sciences and Technologies, Food Products Division, AJINOMOTO CO., INC. Japan）
Recent progress in molecular biology have revealed that thecharacteristics of “kokumi” substances. We further demonstrated

five basic tastes, sweet, salty, sour, bitter and umami arethat these molecules are perceived through the calcium-sensing

recognized

subsequent

receptor (CaSR) in humans and the activation of CaSR by themtransduction pathways. However, some foods have flavors thatare positively correlated with the sensory activity of “kokumi”

cannot be explained by the five basic tastes alone, such as

substances, suggesting that γ-glutamyl peptides-CaSR signaling

continuity, mouthfulness and thick flavor. Previous studies

pathway mediates “kokumi” flavor. Among these γ-glutamyl

identified that some γ-glutamyl peptides such as glutathione

peptides, γ-Glu-Val- Gly was identified as the most potent(GSH) were associated with this flavoring effect and proposed“kokumi” substances. We have successfully developed it as foodthat these substances should be referred to as “kokumi”

additive for “kokumi” flavor.

through

specific

receptors

andsubstances. We confirmed that GSH and its related γ-glutamyl(This work will also be presented as a poster by Ryo
Matsumoto (P-5))

peptides modified the five basic tastes, possessing the423生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（5）Discovery of AMPK-activated CRH neurons that induce dietary preference for carbohydrate over fat

Yasuhiko Minokoshi（Division of Endocrinology and Metabolism, National Institute for Physiological Sciences, Japan）
Food selection is influenced by food palatability, nutritional

Studies with DREADD technology and expression ofstate, and social factors such as stress. However, theconstitutively active AMPK or shRNA for AMPK in PVH

mechanisma

CRH neurons revealed that the activation of AMPK in CRH

highcarbohydrate diet (HCD) and a high-fat diet (HFD)

neurons of the PVH is necessary and sufficient for the selection

remains unknown. In rodents, fasting increases intake of an

of an HCD over an HFD during refeeding after fasting.

HCD when they are presented with both an HFD and an HCD

Furthermore, the effect of AMPK is mediated by carnitine

in two-diet choice experiments. This is associated with a rapid

palmitoyltransferase 1c (CPT1c). We also showed that therecovery from the change in ketone metabolism during

CRH neurons are involved in the increase in HCD selection

refeeding of a carbohydrate compared with that of a fat in diets.

after social defeat stress in mice. Thus, AMPK-regulated CRH

We recently found that activation of a subset of corticotropin-

neurons in the PVH regulate selection between carbohydrate

releasing hormone (CRH)–positive neurons in the rostraland fat in diets. Our results identify the specific neuron in theregion of the paraventricular nucleus of the hypothalamus

hypothalamus and intracellular signaling pathway responsible(PVH) is necessary to induce the selection of an HCD over anfor regulation of the complex behavior of selection between

HFD in mice during refeeding after fasting. These neurons

carbohydrate and fat in diets.

responsibleforselection

betweenmanifested activation of AMPK during food deprivation.

（6）Sensing environmental energy needs: Astrocytic glutamate uptake drives brain glucose utilization

Luc Pellerin（Department of Physiology, University of Lausanne, Switzerland and Centre deRésonance Magnétique des Systèmes Biologiques, University of Bordeaux, France）
As part of the Astrocyte-Neuron Lactate Shuttle (ANLS)

by neurons). In vivo evidence supporting this hypothesis andhypothesis proposed 25 years ago, it was postulated that astrocytes

obtained by two distinct strategies will be presented. In the firstdetect neuronal activity at glutamatergic synapses. The mechanism

case, transgenic mice in which glial glutamate transporters are

Na+-dependent

invalidated have been used to perform cerebral activation

glutamate transporters which is necessary for recycling glutamate

visualized by 14C-2-deoxyglucose autoradiography. Results show

and maintaining glutamatergic neurotransmission. As these activethat following stimulation of the animal whiskers, the normal

neurons need energy, in parallel, it leads to enhanced glucose

enhancement in glucose utilization observed in the corresponding

utilization by astrocytes and release of lactate as a supplementarybarrel cortex of wildtype mice is strongly reduced in knockout

energy substrate. Such a concept bears an important corollary formice. In the second approach, using 18Fluorodeoxyglucose

brain imaging techniques based on the measurement of glucose(18FDG) and Positron Emission Tomography (PET), it was

consumption rate using the analog deoxyglucose. It predicts thatobserved that injection of Ceftriaxone (an antibiotic that wassuch functional brain imaging techniques indirectly highlightfound to stimulate the activity of the glial glutamate transporter

neuronal activation by measuring in reality a surrogate marker forGLT1) in adult rats caused an enhancement in the 18FDG signal

this activity, which is glucose consumption by astrocytes (and notproportional to the density of glial glutamate transporters. These

involves glutamate uptake via high affinity424

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会

results obtained in vivo establish that astrocytes represent theMoreover, they suggest that astrocytes might play a critical role

primary source of signal for functional brain imaging techniques

for brain function by providing lactate as a necessary energy

based on the measurement of glucose consumption rate.

substrate to sustain certain forms of neuronal activity.

（7）Neuronal Suppression of Astrocytic Respiration

L. Felipe Barros（Centro de Estudios Cientificos-CECs, Valdivia, Chile）
Synaptic transmission is accompanied by high neuronalglycolytic energy production prompted by neuronal cues. Threeenergy demand, which is mostly met by mitochondrial oxidative

signals have been so far proposed to inhibit astrocytic

phosphorylation. The production of ATP in active neurons is

respiration: nitric oxide, ammonium and potassium. While nitricsupported by reactive hyperemia, a local vasodilation thatoxide and ammonium target mitochondria, the primary effect ofelevates capillary oxygen and underlies the fMRI blood oxygen-potassium is the activation of glycolysis leading to increased

level dependent (BOLD) signal. Here we will discuss evidence

ATP/ADP and secondary inhibition of respiration via theof a complementary strategy for the delivery of oxygen to

Crabtree effect. The effect of glutamate on astrocytic respirationneurons, namely the suppression of astrocytic respiration. The

is not clear. In this light, the physiological role of aerobic

idea is that under resting conditions housekeeping astrocytes

glycolysis in brain tissue does not seem to be the generation of

consume more oxygen than neurons and that they switch to

ATP but the timely supply of oxygen and lactate to neurons.

（8）Importance of the neuronal environment: role of the neighboring astrocytes in brain activation

Anne-Karine Bouzier-Sore（CR1, CNRS, Centre RMSB, Bordeaux Cedex, France）
The hemodynamic and metabolic responses to brain

barrel field (S1BF). We found that lactate increases in theactivation have been the subject of intense investigations in the

S1BF during whisker stimulation. Using genetically-modified

past twenty years. However, we still do not understand clearlyrats, down-regulated for the lactate transporters (MCTs), wethe mechanisms at play. Considering the development andwere able to demonstrate that 1) the lactate increase linked towidespread use of brain imaging techniques, it remains ofbrain activity is lost and 2) no more positive fMRI signal isimportance to provide valid explanations for the signals

observed. These results strongly suggest that lactate shuttlingmonitored in order to provide correct interpretations. In thisis mandatory for brain activation. To go further, if lactate is ancontext, the existence of intercellular lactate shuttling between

important fuel for neurons, we investigated its potential

astrocytes and neurons is of utmost importance. Indeed, in theneuroprotective role in a hypoxic-ischemic pup model (rat).

astrocyte-neuron lactate shuttle (ANLS), it is proposed that

We will present results showing that lactate (and not pyruvate

astrocytes, the cells in the close environment of neurons,

or glucose) administrations lead to early brain lesion regression

increase their glucose consumption in response to neuronalas well as nearly complete motor and memory recoveries atactivation. Using in vivo localized 1H-NMR spectroscopy andlater time. This presentation will therefore illustrate thefunctional MRI (fMRI), we were able to follow metabolic

importance of cerebral lactate shuttling, from physiologicalfluctuations during brain stimulation and to visualize thesituation to therapeutic application.

activated area, the somatosensory cortex area, also called the425生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（9）Obesity and body composition change in older adults with cognitive decline

Takashi Sakurai（National Center for Geriatrics and Gerontology, Japan）
In Japan, incidence of dementia is increasing, thus making

Compound-B (PiB)-PET, fluorodeoxyglucose (FDG)-PET,

the prevention of dementia an urgent priority. Obesity in mid-and structural MRI. The subjects were 34 Ab-positive

life is a risk factor for dementia, but overweight and obesity are

individuals with MCI or early AD (prodromal/early AD), andprotective for development of cognitive decline in older people

55 Ab-negative CN subjects. Nutritional status of the subjects(obesity paradox). Underlying mechanism linking weight loss

was assessed by BMI and waist to height ratio (waist(WL) and cognitive decline remains to be unclear. Many

circumference/height). The associations between nutritional

studies have demonstrated that patients with Alzheimer’s

status and brain changes were examined by multiple regression

disease (AD) lose weight from the early stage, and especiallyanalysis using statistical parametric mapping. In thein the moderate to severe stages of AD. The causes of WL in

prodromal/early AD group, nutritional status was significantly

AD seem to be multifactorial and different in various stages of

positively

dementia. We aimed to clarify the nutritious conditions in 361

metabolism (rCGM) in the medial prefrontal cortices. Ab

cognitively normal (CN) persons, 619 persons with mild

deposition and gray matter volume were not significantly

cognitive impairment (MCI), 514 with mild AD, and 702 withassociated with nutritional status. Subanalysis in themoderate AD. As results, body mass index (BMI) did not show

prodromal/early AD group demonstrated that fat mass index,

any significant change among these individuals, but AD

but not fatfree mass index, was positively correlated withpatients exhibited smaller fat-free mass and fat mass in men

rCGM in the medial prefrontal areas. These preliminary results

and women, which is different from older persons with ageing.

suggest that hypometabolism in the medial prefrontal areas is

Next, we investigated the associations between nutritional

specifically associated with AD-related weight loss andstatus and AD-related brain changes using Pittsburgh

decrease in fat mass may have a key role.

correlatedwithregional

cerebralglucose（10）Brain glycogen: a potential linkage between endurance and cognition

Takashi Matsui（Laboratory of Exercise Biochemistry, Institute of Health and Sport Sciences, University of Tsukuba, Tsukuba, Japan）
A common aim in health and sport sciences is to enhancewith prolonged exhaustive exercise. Furthermore, blockade ofhuman performance (e.g. endurance and cognition) exerted bybrain glycogenolysis and lactate transport during exercise

integrated functions of body and mind through exercise. The

decreased endurance capacity associated with brain ATP levels.

brain as a regulating organ for functions of body and mind is

These findings indicate that lactate borne from brain glycogenfueled by carbohydrates. Although brain glycogen localized in

is a critical energy source to maintain exercise endurance. Here,astrocytes, the sole brain carbohydrate storage, is degraded into

we also show the increase in brain glycogen with exercise

lactate as a neuronal energy source to retain memory function,

training that enhances endurance and cognitive performance,

how this is metabolized and functions during exercise weresuggesting brain glycogen as a potential linkage between

unknown. We recently found that brain glycogen decreases

endurance and cognition.

426

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（11）Amygdala NPY circuits promote the development of accelerated obesity underchronic stress conditions
Chi Kin Ip1，Lei Zhang1，Yue Qi1，Ramon Tasan2，Günther Sperk2，Herbert Herzog1（1Neuroscience Division, Garvan Institute of Medical Research,
384 Victoria Street, Darlinghurst, Sydney, NSW, 2010, Australia，
2Departmentof Pharmacology, Medical University Innsbruck, 6020 Innsbruck, Austria）

Neuropeptide Y (NPY) exerts powerful orexigenic effect inoverexpression mimics the obese phenotype seen in a

the hypothalamus. However, extra-hypothalamic nuclei alsostress/high fat diet model, which is prevented by the selective

produce NPY but its influence on energy homeostasis isablation of Npy in this nucleus. Using food intake and energy

unclear. We have now uncovered a previously unknown

expenditure as readouts we were able to demonstrate thatfeeding stimulatory pathway that is activated under conditions

selective activation of central amygdala NPY neurons resultsof stress in combination with calorie-dense food with NPY

in increased food intake and decreased energy expenditure.

neurons in the central amygdala being responsible for an

Mechanistically it is the diminished insulin signalling capacity

exacerbated response to a combined stress and high fat dieton central amygdala NPY neurons under stress/high fat dietintervention. Central amygdala NPY neuron specific Npy

conditions that leads to the exaggerated development of obesity.

（12）FGF21-oxytocin axis regulates simple sugar preference

Tsutomu Sasaki，Sho Matsui（Laboratory of Nutrition Chemistry, Division of Food Science and Biotechnology,
Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Japan）
Fibroblast growth factor 21 (FGF21) is an endocrine

sensitivity (Matsui S, Sasaki T et al., Nature Communications,subfamily of FGF. The circulating FGF21 level is mainly2018). Contrary to the previous reports, the preference to an

regulated by the secretion of FGF21 from the liver. FGF21 canartificial sweetener saccharin was not altered in naïve in

be secreted by various metabolic stimuli, including fasting andoxytocin neuron-specific SIRT1 manipulated mice, but it was

simple sugar intake. Two groups reported that FGF21 regulates

decreased in sugar solution-exposed mice, suggesting that“sweet preference” by acting on the paraventricular nucleus of

FGF21 may be secreted through the cephalic phase response.

the hypothalamus (von Holsten-Rathole et al., Cell Metab,

To address this discrepancy and conclusively show that FGF21

2016; Talukdar et al., Cell Metab, 2016) without affecting

signaling in oxytocin neuron is necessary for regulating simple

sweet taste reactivity. However, the FGF21 targets thatsugar preference, we analyzed oxytocin neuron-specific Klb

mediates the regulation of “sweet preference” remained elusive.

knockout (Oxt-Klb-cKO) mice (Klb encodes beta-Klotho,

When we analyzed how neuronal SIRT1 regulates nutrient

which is an obligatory co-receptor for FGF21). As expected,

preference, we found that FGF21 regulates simple sugar

the Oxt-Klb-cKO mice showed increased preference to simple

preferencethesugars, but not to saccharin. Therefore, we conclude thatparaventricular nucleus of the hypothalamus and that SIRT1

FGF21-oxytocin axis regulates simple sugar preference, but

suppressed simple sugar preference by enhancing FGF21

not “sweet” preference.

by

activatingoxytocinneuronsin427

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（13）Object representations in the orbitofrontal cortex are sensitive to metabolic states

Junichi Chikazoe（Section of Brain Function Information, Supportive Center for Brain Research,
National Institute for Physiological Sciences, Japan）
The orbitofrontal cortex (OFC) is thought to play a critical role

identity”, however, if those were maintained only in the samein value-based decision making. The abundant evidence for the

metabolic states, those could be interpreted as reflecting

specific role of the OFC has been provided by reinforcer

qualitative gustatory experiences. By analyzing the structure ofdevaluation tasks which tap the ability to represent identity,

representational similarity across objects, we found that object

sensory qualities and subjective values of the expected outcomes.

representations in the OFC were stable only in the same

Although the OFC involvement in devaluation tasks is well-metabolic states, which were altered by feeding. Importantly,

established, it still remains unclear which aspect is specificallyaltered object representations in the OFC were not fully

represented in this region. Here, by conducting functional MRI

explained by subjective value whereas the OFC representations

experiments before and after meal, we investigated whether thewere tightly associated with it. These results suggest that thehuman OFC represented object identity, sensory qualities or

OFC does not represent object identity, rather, it represents

value. If object representations in the OFC were invariant acrossinferred sensory qualities as well as value.

different metabolic states, those could be taken as “object（14）Intestinal GLP-1 release by oral administration of rare sugar D-allulose
ameliorates arrhythmic-overeating and obesity via vagal afferents
Yusaku Iwasaki1，Toshihiko Yada2,3（1Laboratory of Animal Science, Graduate School of Life and Environmental Sciences,
Kyoto Prefectural University, Japan，
2Center for Integrative Physiology, Kansai Electric Power Medical Research Institute, Japan，
3System Neuroscience, Graduate School of Medicine, Kobe University, Japan）

Glucagon-like peptide-1 receptor agonists (GLP-1RAs)

et al. Nat. Commun. 2018). Therefore, Allu could be use ineffectively ameliorate type-2 diabetes, hyperphagia and obesity.

studying about endogenous GLP-1. The intestinal GLP- 1,

However, GLP-1RAs also elicit adverse action including nausea

released by Allu ingestion, interacts with GLP-1 receptor (GLP-and vomiting due to their direct action on the brain. The

1R) in vagal afferent neurons to suppress food intake without

endogenous intestinal GLP-1 is rapidly cleaved by DPP4 enzyme

aversive behavior in mice and rats. Allu, when added once daily

within a few minutes. Therefore, it is unclear how endogenous

in morning, corrects arrhythmic overeating, obesity and diabetes

GLP-1 acts on the brain and regulates feeding behavior. Recently,

in high fat diet fed mice. Taken together, intestinal GLP-1 release

we identified non-metabolic monosaccharide D-allulose (Allu) as

by Allu may provide a promising tool for restoring feeding

a selective GLP-1 releaser, which is one of rare sugar (Y. Iwasaki

rhythm and thereby ameliorating obesity and diabetes.

428

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会（15）Role of MCH neurons in the regulation of metabolism, sleep/wakefulness and memory

Akihiro Yamanaka（Research Institute of Environmental Medicine, Nagoya University, Japan）
MCH neurons are exclusively located in the hypothalamus

vitro inhibited firing of hippocampal pyramidal neurons by

and these neurons project throughout the brain. Ablation ofincreasing inhibitory inputs. In vivo calcium imaging indicated

MCH neurons decreased body weight and increased metabolicthat wake- and REM sleep-active MCH neurons are distinct

rate without affecting feeding amount suggesting role in energy

populations that are randomly distributed in the hypothalamus.

homeostasis. On the other hand, MCH neurons densely innervate

Sleep/wakefulness state-dependent optogenetic inhibition of

the dorsal hippocampus where is center of memory. To reveal

MCH neurons revealed that REM sleep-active MCH neurons

the role in memory, activation or inhibition of MCH neurons

impaired hippocampusdependent memory without affecting

using chemogenetics or optogenetics were performed andsleep architecture or quality. Together, these results demonstratehippocampusdependent memory was significantly impaired orthat REM sleep-active MCH neurons in the hypothalamus are

improved, respectively. Activation of MCH nerve terminals in

involved in active forgetting in the hippocampus.

（16）Early developmental exposure to environmental chemicals and energy metabolism

Fumihiko Maekawa（Center for Health and Environmental Risk Research,
National Institute for Environmental Studies, Tsukuba, Japan）
The adverse effects of contaminated arsenic in drinking

found the increase of weight with adipocyte hypertrophy inwater have become a concern in developing countries. A

prenatally arsenic-exposed males. According to the increase of

possible association between early developmental exposure tofat pad, plasma leptin level was significantly increased. Thirdly,

arsenic and higher incidence of diabetes has been reported in

we analyzed several gene expressions related to energy

certain epidemiological studies. In order to elucidate themetabolism and insulin sensitivity in the fat pad by realtime

mechanism how developmental arsenic exposure alters energy

PCR. Among the genes, the gene expression of TNF-alpha, ametabolism in mice, we administered sodium arsenite (85cytokine linked to insulin resistance, was significantlyppm) in drinking water to pregnant mice from gestational day

increased, indicating the possibility that higher expression of

8 to 18. Firstly, we found impairments in energy metabolism

TNF-alpha impairs insulin action in prenatally arsenic-exposedof male offspring at 60 weeks of age, such as hyperglycemia,

male. Taken together, these results suggest that the adverse

glucose intolerance and insulin insensitivity. Secondly, we

effect by developmental exposure of arsenic could be mediatedexamined the weight and histology of perirenal fat pad andby the dysregulation of adipose tissue.

（17）DMH neurons control sleep, metabolism, and aging

Akiko Satoh（Sleep and Aging Regulation Research Project Team,National Center for Geriatrics and Gerontology, Obu, Japan）
Aging has significant impacts on sleep, resulting in increases

also display severe sleepiness during sleep deprivation.

in sleep fragmentation and sleep onset latency, and a decrease

Intriguingly, diet restriction (DR), a dietary regimen well-in sleep quality in mammals. We have found that aged mice

known to delay the aging process and to extend lifespan in a429

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会

wideorganisms including

mammals, can

has been shown to control age-associated physiologicaldramatically attenuate some of age-associated sleep alterations.

changes and longevity through SIRT1. We have recently foundFor example, DR significantly reduces the levels of age-that conditional DMH-specific Prdm13-knockout mice mimic

associated sleep fragmentation and sleep attempt during sleep

age-associated sleep alterations including sleep fragmentation

deprivation. Therefore, DR may delay the aging process andand severe sleepiness during sleep deprivation. We areextend lifespan by critically altering sleep control in aged

currently testing whether PRDM13 is necessary to promoteanimals. To further elucidate mechanisms by which DR

DR-induced sleep phenotypes. In this talk, I will discuss aboutameliorates age-associated sleep alterations, we focus on thea role of DMH neurons on age-associated sleep alterations. I

gene called PR-domain containing factor 13 (PRDM13).

will also propose how poor sleep quality promotes the age-

PRDM13 is a SIRT1 downstream gene and is exclusively

associated pathophysiology in peripheral organs/tissues andexpressed in the dorsomedial hypothalamus (DMH). The DMH

ultimately affects longevity.

variety of（18）Regulation of skeletal muscle mass via a WWP1/KLF15 axis

Wataru Ogawa（Division of Diabetes and Endocrinology, Kobe University Graduate School of Medicine, Japan）
Sarcopenia, the age-dependent decline of muscle mass andspecific KLF15 deficiency are protected from the diabetes-

physical performance, is a major health burden of aging

induced decline of skeletal muscle mass. Hyperglycemia waspopulations. Diabetes mellitus is associated with various

found to up-regulate the KLF15 protein in skeletal muscle ofdisorders of the locomotor system including the decline in massdiabetic animals, which is achieved via down-regulation of theand function of skeletal muscle and is a well-established risk

E3 ubiquitin ligase WWP1 and consequent suppression of thefactor for sarcopenia. Underlying mechanism responsible forubiquitin-dependent degradation of KLF15. Our results

the relationship between diabetes mellitus and muscle massreveled that hyperglycemia, a central disorder in diabetes,

decline remains unknown. We have found that the abundance

promotes muscle atrophy via a WWP1-KLF15 pathway. Thisof the transcription factor KLF15 as well as the expression ofpreviously unrecognized pathway linking diabetes andgenes related to muscle atrophy are increased in skeletalsarcopenia may serve as a therapeutic target for this lattermuscle of diabetic model mice, and that mice with muscle-

important health problem of the elderly.

（19）Ninjin-yoeito activates NPY neurons and restores appetite and body weight inmice under chemotherapy: anti-frailty potential
Toshihiko Yada1,2,3，Lei Wang1,2,3，Chayon Goswami1,2,3，Katsuya Dezaki3（1Center for Integrative Physiology, Kansai Electric Power Medical Research Institute, Japan，
2System Neuroscience, Kobe University Graduate School of Medicine, Japan，
3Division of Integrative Physiology, Department of Physiology, Jichi Medical University, Japan）

The elder subjects and cancer patients often display

appetite/feeding. Administration of cisplatin, an anti-cancer

reduction of physical and mental activities, being recognized

drug, reduces food intake and body weight. Co-administration

as frailty. The diverse symptoms of frailty appear complex. We

of Ninjin-yoeito (NYT), an herbal medicine, counteracts the

hypothesize that all the symptoms could result from reduced

cisplatin-induced reduction of food intake and body weight.

430

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会

The Ca2+ imaging in single neurons isolated from theactivate NPY. In the latter case, NYT activates ghrelin-

hypothalamicwithunresponsive or resistant NPY neurons, an effect that could

immunocytochemistry revealed that NYT directly activates

restore appetite in the elderly with ghrelin resistance. These

neuropeptide (NPY) neurons of ARC. The NYT-activatedresults show that NYT activates both ghrelin-responsive and

NPY neurons contained ghrelin-responsive and unresponsive

unresponsive NPY neurons, and restores appetite in anorectic

neurons. In the former case, NYT collaborates with ghrelin tomice under chemotherapy, suggesting anti-frailty potential.

arcuatenucleus(ARC)

combinedP-1 Hypothalamic neuronal circuits regulating hunger-induced taste modification
Ou Fu1，Yu Iwai2，Masataka Narukawa2，Takumi Misaka2，Kentaro Ishii2，Ken Murata2，Kazushige Touhara2，
Ayako Ishikawa3，Yumiko Yoshimura3，Yasuhiko Minokoshi1，Ken-ichiro Nakajima1,2（1Division of Endocrinology and Metabolism, National Institute for Physiological Sciences, Japan，
2Department of Applied Biological Chemistry, Graduate School of Agricultural and Life Sciences,

The University of Tokyo, Japan，
3Divisionof Visual Information Processing, National Institute for Physiological Sciences Japan）

The gustatory system plays a critical role in sensing appetitive(AgRP)-expressing neurons in the hypothalamus projecting toand aversive taste stimuli for the evaluation of food quality.

the lateral hypothalamus, but not to other brain regions.

Although taste sensitivity and food preference are known to

Glutamatergic neurons in the lateral hypothalamus function aschange depending on internal states, such as hunger, thedownstream neurons of AgRP neurons. Importantly, thesemechanistic insight remains unclear. Here we examine theneurons are sufficient and necessary to modulate sensitivities forneuronal

tasteboth appetitive and aversive tastes by using two distinct

modification in the mouse brain. Starved mice exhibit anpathways projecting to the lateral septum or the lateral habenula,increased sensitivity for sweet taste and tolerance for aversive

respectively. Our results suggest that these hypothalamic circuits

taste. This hunger-induced taste modification is recapitulated byfor taste modification would be important for optimizing feeding

selective activation of orexigenic Agouti-related peptide

behavior under energy deficit conditions.

P-2

mechanisms

regulating

hunger-induced

Perinatal exposure to dioxins impacts on gene expression and infant behavior in the mouse

Eiki Kimura, Go Suzuki, Naoto Uramaru, Fumihiko Maekawa（Center for Health and Environmental Risk Research, National Institute for Environmental Studies, Japan）
Exposure to environmental chemicals has been reported togroup of dioixns, impairs ultrasonic vocalization (USV) of infant

induce a variety of toxicities, such as impaired liver function andmouse offspring. The aryl hydrocarbon receptor (AhR), a ligand-behavioral abnormalities in humans and laboratory animals. We

activated transcription factor, binds TCDD, and then induce

have shown that perinatal exposure to 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-

expression of target genes, such as Cyp1a1. Since brominatedp-dioxin (TCDD), the most toxic chlorinated congeners in theanalogues of chlorinated dioxins can activate AhR, it is431

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会

reasonable to consider that brominated dioxins have toxicities. Inchanges in expression of 1,181 genes in the liver between thethe present study, we examined effects of perinatal exposure tovehicle- and TBDF-treated groups. Gene microarray revealed

2,3,7,8-tetrabromodibenzo furan (TBDF) on USV and liver genesignificant changes in expression of 1,181 genes in the liver

expression of mouse offspring. Pregnant C57BL/6J mice were

between two groups. Among them, Cyp1a1, Cyp1a2, and Fmo3

orally administered TBDF at a dose of 0 or 45 μg/kg b.w. on

mRNAs were significantly increased, and Tff3, Ocstamp, andgestational day 12.5. USV of offspring on postnatal day 3–5 was

Kcnk16 mRNAs were significantly decreased in the TBDF-

measured for 1 min in sound-attenuated chamber, and the USV

treated mice compared to those in the vehicle-treated mice. On

frequencies of 60–100 kHz were analyzed. The liver and brain

the other hand, no significant difference in expression of Cyp1a1

tissues on postnatal day 5 were collected, and the expression of

and Tff3 mRNAs was observed in the TBDF-treated mice. Our

the top three mRNAs that were significantly increased orfindings show gene expression changes in the liver, but not thedecreased between the vehicle- and TBDF-treated mice wasbrain, of the TBDFtreated offspring, which suggests that

confirmed by quantitative PCR. As a result, total USV duration

suppressed USV might be partly involved in impairment ofof the TBDF-treated mice was significantly lower than that in the

peripheral tissues, including the liver.

vehicle-treated mice. Gene microarray revealed significant

P-3 NPY mediates fasting-induced depression of excitatory synapse on oxytocin neurons
in the paraventricular nucleus
Lei Wang1,2,3，Shigetomo Suyama4，Toshihiko Yada1,2,3（1Center for Integrative Physiology, Kansai Electric Power Medical Research Institute，
2Division of Integrative Physiology, Jichi Medical University，
3Division of System Neuroscience, Kobe University Graduate School of Medicine，
4Division of Neurophysiology, Keio University School of Medicine, Japan）

We previously reported that 24 hours fasting suppressed

hours fasting. Thus, both NPY and fasting induced NMDAR-

excitatory synaptic transmission onto anorexigenic oxytocin

dependent depression of excitatory synaptic transmission onto(Oxt) neurons of paraventricular nucleus (PVN) in a NMDA-

Oxt neurons in PVN. In the presence of Y1 receptor antagonist

type glutamate receptor (NMDAR) dependent manner in rats.

or by increasing intracellular cAMP with IBMX, NPY failed to

However, signal molecules mediating the fasting-induced

alter mEPSC onto Oxt neurons in PVN. Furthermore, intra-

depression of synaptic transmission remain unknown.

PVN injection of Y1 receptor antagonist abolished the effects

Neuropeptide

orexigenic

of fasting to depress excitatory synaptic transmission onto Oxt

neuropeptide, which is released under fasting and potently

neurons and to increase daily food intake. These results

stimulates feeding. In this study, we investigated whether NPY

indicate that NPY, via Y1 receptor-mediated suppression ofmediates fasting-induced synaptic depression onto Oxt neuronscAMP signaling, decreases NMDAR and thereby depresses

Administration of NPY decreased mEPSC amplitude andexcitatory synaptic transmission onto Oxt neurons in PVN,

increased AMPA-NMDA ratio, similarly to the effect of 24

possibly contributing to stimulation of appetite under fasting.

Y

(NPY)

is

a

well-known432

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

国際研究集会P-4 Changes in intramuscular fat and the effects on taste-traits during postmortem aging of beef
Yanan Zhao1，Shuji Ueda1，Yasuhito Shirai1，Sayaka Ichimura2，Yuka Yoshida2，
Masaaki Habara3，Hidekazu Ikezaki3，Minoru Yamanoue1（1Graduate School of Agricultural Science, Kobe University，
2Japan Meat Science andTechnology Institute，
3Intelligent Sensor Technology, Inc., Japan）

Nowadays, there are many important attributes of beeftaken from Japanese Black Wagyu and Holstein carcasses werepalatability and the most influential factor is taste besides

purchased and stored at 4 °C. We took raw beef samples fromtenderness, juiciness and aroma. Amounts and fatty acidparts of rib eye including intramuscular fat tissues at 7-, 14-,composition of intramuscular fat are considered to contributeand 21-days postmortem, minced and boiled them in distilled

to beef tenderness and aroma, but the effect on taste-traits

water for preparation of beef broth. We found that increased

remains poorly understood. A lot of research examining theamounts of FFA in beef broth from Japanese Black Wagyu

relationship between taste substances and sensory evaluation

cattle during postmortem aging were associated with taste-

has been conducted until electronic taste sensing system wastraits such as acid bitterness, umami and sweetness. Results ofdeveloped as a main method to evaluate taste-traits of meat andrichness in Japanese Black Wagyu beef from both analyses bymeat products. In this study, effects of intramuscular free fatty

the system and sensory evaluation coincided with each other,acids (FFAs) on taste-traits were investigated in stored andso richness can be probably used as an index of deliciousness

cooked beef broth prepared by boiling method using electronicof Japanese Black Wagyu beef.

taste sensing system and sensory evaluation. Beef samples

P-5

Mechanism of the perception of “kokumi” substances

Ryo Matsumoto（Chemosensory Research Group, Technology Development Center,
Institute of Food Sciences and Technologies, Food Products Division, AJINOMOTO CO., INC. Japan）
peptides modified the five basic tastes, possessing the

Recent progress in molecular biology have revealed that thefive basic tastes, sweet, salty, sour, bitter and umami arecharacteristics

recognized through specific receptors and subsequent

demonstrated that these molecules are perceived through thetransduction pathways. However, some foods have flavors thatcalcium-sensing receptor (CaSR) in humans and the activation

cannot be explained by the five basic tastes alone, such asof CaSR by them are positively correlated with the sensory

continuity, mouthfulness and thick flavor. Previous studies

activity of “kokumi” substances, suggesting that γ-glutamyl

identified that some γ-glutamyl peptides such as glutathione

peptides-CaSR signaling pathway mediates “kokumi” flavor.

(GSH) were associated with this flavoring effect and proposed

Among these γ-glutamyl peptides, γ-Glu-Val- Gly wasthat these substances should be referred to as “kokumi”

identified as the most potent “kokumi” substances. We havesubstances. We confirmed that GSH and its related γ-glutamyl

successfully developed it as food additive for “kokumi” flavor.

433

of

“kokumi”

substances.

We

further生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

各種シンポジウム

2019（令和元）年度 生理研国際シンポジウム

The 50th NIPS international Symposium“MIRACLES in Cardiovascular Physiology”“MIRACLES in Cardiovascular Physiology”と題した第 50 回生理研国際シンポジウムを，2019（令和元）年 12 月 5 日7 日に，岡崎コンファレンスセンターにて開催しました。西田基宏教授がオーガナイザー兼事務局長を務めました。海
外講演者 8 名と国内講演者 18 名による 26 題の講演と，40 題のポスター発表が行われました。参加者は，招待講演者
を含め 100 名でした。
本シンポジウムは，「温故知新」を重要視し，Metabolism（代謝），Interaction（連関），Regulation（制御機構），Application（技術開発），Chemical biology（化学生物学），Longevity（寿命），Exercise（運動），Signaling（情報伝達）の分野で最先端の研究成果を挙げているシニアと若手両方の先生方を招聘しました。各々がもつ中心的問題を共有し，その問題を解決するためにどのような有機的連携を展開すべきかについて，活発に議論が交わされました。
全ての講演が聴衆の関心を惹きつける素晴らしい内容でした。心血管分野を牽引する Rui Ping Xiao 先生（中国）による CaMKII アイソフォーム特異的な心筋アポトーシス制御機構に関する講演，David Carling 教授（英国）による AMPKの構造生物学的解析と AMPK 欠損マウスの解析から明らかにされた新たな役割に関する講演，清水逸平准教授（新潟大）による脂肪組織由来因子（セノメタボライト）による心血管リスク制御についての講演，木村航先生（理研）による酸化的代謝と心筋細胞周期との関連に関する新知見等，多くの優れた講演が行われました。また，若手研究者に生理研の研究内容を紹介していただく Local symposium やポスター発表者のフラッシュトークも行い，活発な情報交換および質疑応答が行われました。

The 50th NIPS International Symposium“MIRACLES in Cardiovascular Physiology”
The 50th NIPS International Symposium “MIRACLES in Cardiovascular Physiology” was held at Okazaki
Conference Center from December 5th to 7th, 2019. Professor Motohiro Nishida organized the symposium and also
served as Secretary-General. Eight oversea and 18 domestic speakers gave presentations, and there were also 40 poster
presentations. The number of participants were as many as 100.
This symposium values the concept of ‘developing new ideas by studying the past’, and both established and risingsun investigators promoting cutting-edge researches in Metabolism, Interaction, Regulation, Application, Chemical
biology, Longevity, Exercise, and Signaling got together to share the respective central questions and actively discuss
how to develop an organic collaboration to solve them.
All lectures highly attracted the attention of audience. Professor Rui Ping Xiao, a top runner of cardiovascularresearch in China, presented her recent finding on the isoform-specific role of CaMKII in cardiac apoptosis. Professor
David Carling presented their new finding on the role of AMPK in vivo revealed by the analyses using AMPK isoformspecific deficient mice. Dr. Ippei Shimizu presented the new finding that Senometabolite promotes pathologies in
cardiovascular disorders. Dr Wataru Kimura (Riken) presented the relationship between oxidative metabolism andcardiomyocyte cell cycle regulation. Active discussion and fruitful exchange of research information were done bothin oral sessions (both main and local symposiums) and in poster sessions.

437

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

各種シンポジウム

Program
December 5, 2019Local Symposium (Chairs: Motohiro Nishida and Hyoung Kyu Kim)
1. Tomohiro Tanaka

Cardiocirculatory Signaling, NIPS

Pathology-dependent protein-protein interactions (PPIs) as a new therapeutic target of heart failure
2. Kazuhiro Nishiyama Kyushu University, Grad. Sch. Pharmaceu. Sci.
Atypical GPCR signaling regulated by cysteine-based post-translational modification and its physiological significance3. Sandra Derouiche Cell Signaling, NIPS
Involvement of thermosensitive TRP channels in temperature-dependent microglia movement
4. Kenichiro Nakajima Endocrinology and Metabolism, NIPS
Hypothalamic regulation of feeding-related behaviors
5. I-Shan Chen

Biophysics and Neurobiology, NIPS

Regulatory mechanisms of GIRK channels by small molecules
6. Cheung, Dennis Lawrence Homeostatic Development, NIPS
Holographic light patterning for fine scale interrogation of cellular networks
7. Hideji Murakoshi Biophysics Neuroscience, NIPS
Spatiotemporal manipulation and imaging of signaling molecules in neurons

438

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

各種シンポジウム

Main Symposium
Opening Remark by Prof. Junichi Nabekura Director General of NIPS
Session 1 (Discussion Leaders: Motohiko Sato and Takeda)
1. Rui Ping-Xiao Institute of Molecular Medicine, Peking University
Ca2+/calmodulin-dependent Kinase II and Cardiac Cell Death
2. Jin Han College of Medicine, Cardiovasc. Metab. Disease Center, Inje University
Molecular mechanism of exercise-induced cellular adaption
3. Mitsuhiko Yamada Shinshu University School of Medicine
A β arrestin-bias AT1 receptor agonist improves the survival of neonatal knock-in mice bearing a human dilated cardiomyopathy
mutation
4. Satomi Adachi-Akahane Grad. Sch. of Med. and Facul. of Med., Toho University
Ventricular diastolic dysfunction in the early stage of diabetic cardiomyopathy: involvement of insulin-mediated regulation of
Ca2+ signaling

Session 2 (Discussion Leaders: Jin Han and Kazuho Sakamoto)
5. David Carling MRC London Inst. of Med. Sci., Imperial College London
Investigating the role of AMPK activation in vivo
6. Yasuhiko Minokoshi Endocrinology and Metabolism, NIPSAMPK is the metabolic sensor that induces dietary preference for carbohydrate over fat
7. Ippei Shimizu Niigata University Grad. Sch. of Med. and Dent. Sci.
Senometabolite promotes pathologies in cardiovascular disorders
8. Wataru Kimura RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research
Oxidative Metabolism and Cardiomyocyte Cell Cycle Regulation
9. Ken Suzuki

William Harvey Research Institute / Queen Mary University of London

Myocardial repair, cardiac macrophages and mesenchymal stromal cell-based therapy

December 6, 2019
Session 3 (Discussion Leaders: Woong Sun and Takuro Numaga-Tomita)
1. Junko Kurokawa University of Shizuoka, Sch. of Pharmaceu. Sci.
Multidisciplinary approaches for functional evaluation of human iPS-derived cardiomyocytes439

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

各種シンポジウム

2. Yasunari Kanda National Institute of Health Sciences (NIHS)
Development of in vitro cardiotoxicity assessment using human iPS cell technology
3. Satoshi Matsuoka Faculty of Medical Sciences, University of Fukui
Property and roles of mitochondrial Na+-Ca2+ exchange in heart

Session 4 (Discussion Leaders: Satomi Adachi-Akahane and Akiyuki Nishimura)
4. Yoshihiro Ishikawa

Yokohama City University School of Medicine

Mechanical Stress and Vascular Regeneration
5. Sang Geon Kim Seoul National University, College of Pharmacy
G12/G13 regulation of systemic energy metabolism
6. Hitoshi Kurose Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University
G12 family G protein-mediated signaling

Session 5 (Discussion Leaders: Ippei Shimizu and Taichiro Tomida)
7. Soojka Kim Chung Macao University of Science and Technology
Global Proteomics of Skeletal Muscle and Validation Lead to Identification of PGC-1 alpha and Fatty Acid Metabolism
Downstream to Exchange Protein Directly Activated by cAMP (Epac) for Forced Treadmill Exercise Capacity
8. Utako Yokoyama Tokyo Medical University
Prostaglandin E receptor EP4-mediated regulation of vascular elasticity
9. Hisao Yamamura Grad. Sch. of Pharmaceu. Sci., Nagoya City University
Pathophysiological significance of TRPC6 channels in pulmonary arterial hypertension

Session 6 (Discussion Leaders: David Carling and Kazuhiro Nishiyama)
10. Keiji Kuba

Akita University Graduate School of Medicine

mRNA deadenylation-mediated control of cardiac homeostasis
11. Mariko Omatsu-Kanbe Shiga University of Medical Science
Identification of ANP-marked cardiac progenitor cells in mouse heart that develop into beating cells
12. Shigeki Kiyonaka Graduate School of Engineering, Nagoya University
Coordination chemogenetics, a new technique for allosteric regulation of membrane receptors

Flash talk by poster presenters440

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

各種シンポジウム

December 7, 2019
Session 7 (Discussion Leader: Nobuhiko Ohno)
1: Akiyuki NishimuraGrad. Sch. of Pharmaceu. Sci., Kyushu University

Pathology-dependent aberrant interaction between mitochondria and actin cytoskeleton causes cardiac fragility
2: Woong Sun

Korea University College of Medicine

Mitochondrial quality surveillance by Drp1-dependent regulation of mitochondrial structure and function

Session 8 (Discussion Leaders: Yasunari Kanda and Nobuhiko Ohno)
3: Seiryo Sugiura UT-Heart Inc
A Heart simulator coupling the molecular dynamics with the finite element model – Cross-scale integration of our knowledge onheart
4: Hyoung Kyu Kim Cardiovascular and Metabolic Disease Center, Inje University
Tetrahydrobiopterin rescues late-stage diabetic heart failure via restoring mitochondria function through CaMKK2/CREB/PGC1α signaling
5: Junken Aoki

Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Tohoku University

Lysophospholipid Signaling Protects the Heart from Ischemic Damage by regulating the Vagal Nerve

Closing Remark (by Motohiro Nishida)441

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

トレーニングコース

第 30 回生理科学実験技術トレーニングコース
2019 年 7 月 29 日－8 月 2 日
担当：久保義弘（神経機能素子研究部門）【概要】
生理科学実験技術トレーニングコースは，今年で 30 回目を迎え，7 月 29 日（月）より 8 月 2 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：久保義弘）。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。本年度は，下記 18 コースの募集を行ったところ 156 名の応募があった。111 名が採択され，107 名が下記のコースを受講した。受講者の約 5 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。
【講演】「シナプス生物学と病態」
深田正紀（生理学研究所 生体膜研究部門 教授）「脳活動ダイナミクスと脳機能の個人特性」
北城圭一（生理学研究所 神経ダイナミクス研究部門 教授）【紹介】「生理学研究所の紹介」
南部

篤（生理学研究所 生体システム研究部門 教授）「総合研究大学院大学の紹介と説明会の案内」
吉村由美子（生理学研究所 視覚情報処理研究部門 教授）【教育訓練】「動物実験教育訓練：－生理学研究と動物実験－」山根到（生理学研究所・動物実験コーディネーター）【実習内容】
1.

In vitro 発現系を用いたイオンチャネル・受容体の機能解析

2.

海馬神経初代培養法とシナプス超解像観察

3.

心臓の圧受容・適応シグナル評価法

4.

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

5.

培養細胞と組織凍結切片の蛍光免疫染色法

6.

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

7.

ウイルスベクターの作製と導入遺伝子の発現観察

8.

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

9.

遺伝子改変マウスの基本的実験手技と学習・記憶行動解析入門

10.

パッチクランプ法を用いた温度感受性 TRP チャネル解析445

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

トレーニングコース

11.

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

12.

2 光子励起顕微鏡を用いた生体イメージング法

13.

脳特定部位内への薬物微量注入法と摂食行動解析入門

14.

覚醒下実験動物からの神経活動記録法入門

15.

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

16.

SPM を用いたヒト脳の fMRI データ解析入門

17.

脳波ダイナミクスのデータ解析入門

18.

生体アンプ回路工作と機械工作入門

各コースの具体的な内容に関しては，以下に掲載した。

http://www.nips.ac.jp/training/2019/courses2.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。

http://www.nips.ac.jp/training/2019/questionnaire/TC2019Q.pdf

446

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

セミナー報告セミナー報告1. 神経自発活動と脳内情報表現の関係
大橋一徳（国立精神神経医療研究センター・神経研究所・疾病研究第三部・流動研究員）(2019.4.10)
ルの自発活動に焦点を当てる。

脳は特定のタスクや外部刺激がなくとも常に活動している。この活動は自発活動と呼ばれ，全脳か

ネコ初期視覚野において自発活動パターンが方ら細胞レベルまで脳内の様々なスケールで観測さ位選択性マップに類似することが知られているが，れている。特に細胞集団レベル以上の解像度で自方位マップは脳両半球に渡って一致すること，及発活動を計測した場合，機能コラムや脳領野とびマップの構造遷移パターンが２通り存在するこ

いった脳内で特定の情報を処理する機能構造と一と紹介し，そのメカニズムを数理モデルを用いて致した同期活動が出現することが報告されている。

説明する。その後，領野レベルでは従来知られていまた，生まれた直後から存在しており，外部環境にる脳領野以外の構造が自発活動パターンとして複応じて活動パターンを変化させる。これらの事実

数の動物で観測されることを示し，マウス共通のは，自発活動が外界の知覚や行動に関わる情報処

情報処理の存在について議論する。

理過程に影響することを示唆している。今回の発＊本セミナーは日本語で行われます。

表ではネコとマウスを用いた，コラムと領野レベ

2. 高速・高精細全脳イメージング法 FAST の開発と全脳機能解析
笠井淳司（大阪大学大学院薬学研究科 神経薬理学分野 助教）(2019.5.7)
感情や運動など様々な機能を制御する脳は，多三次元構造や神経活動パターンを細胞単位の精細数の細胞で構成され，領域や神経回路毎に異なるさで調べられる FAST は，マウスからサルまで幅機能が担われています。そのしくみを詳細に調べ

広い種類の実験動物に利用できるだけでなく，ヒる上で，脳全体を詳細に観察することが必要と考ト死後脳組織の三次元イメージングにも応用できえられます。しかし，マウスの脳でさえ，その全体るため，ヒトへの橋渡し研究のための新技術としを細胞レベルでとらえる研究は困難でした。そのて貢献できると考えられます。本講演では，FAST

ため，研究者自身の仮説や予測などに基づき，非常開発のポイントなどに重点をおき，その後の脳機にかぎられた脳部位に絞った研究が行われること

能研究についても紹介したいと思います。

がほとんどでした。そこで我々は，脳の細胞や神経線維レベルの微細な構造を識別できる分解能で，1. Kaooru Seiriki, Atsushi Kasai CA, Hitoshi Hashimoto

マウスや非ヒト霊長類の脳全体を高速に観察する

CA, et al. Whole-brain block-face serial microscopy

イ メ ー ジ ン グ 装 置 （ block-face serial microscopy

tomography at subcellular resolution using FAST.

tomography, FAST）を開発しました。脳神経疾患分Nature protocols, (2019), in press.

野における医学や創薬の発展のためには，実験動2. Kaoru Seiriki*, Atsushi Kasai*,CA, et al., High-speed

物を用いて得られた知見が，ヒトにどの程度あて

imaging and scalable whole-brain imaging in rodents

はまるのかを検証していくことも大切です。脳のand primates. Neuron, 94:1085-1100 (2017)449

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

セミナー報告3. ヒトの運動制御メカニズムの理解 - 非侵襲的計測による実験的・数理的な一考察
横山寛（ ㈱ センタン･研究員）(2019.5.23)

ヒトは冗長な筋骨格系を巧みに制御し，柔軟な

まず，脳波の位相同期現象とその機能的役割に運動を実現している。こうした運動制御に関するついて焦点を当てた研究について紹介する。ここ

研究は，大きく 2 通りのアプローチにわけられる。

では，位相同期現象の時系列ダイナミクスと運動

１つは脳活動データをもとに運動表現の神経基盤の切り替えのメカニズムとの関係について考察すを明らかにする生理学的なアプローチであり，他る。つぎに，ヒト腕到達運動における等時性現象と方は，最適な運動制御の実現に必要とされる計算

運動軌道計画との関係について焦点を当てた研究

理論について議論する数理的アプローチによる研について紹介し，既存の軌道計画規範に基づく数究である。本発表では，ヒトを対象とした 2 つの研理的仮説と運動中の関節トルクや筋活動との関係

究成果について紹介し，脳波の位相同期現象におについて議論する。また，これらに加え，発表の最ける機能的役割，ならびに，ヒト腕到達運動の計算

後には，現在進行中の研究や，今後の展望について

論，それぞれの観点から議論を進める。

も併せて紹介する。

4. Interact therefore I am: Two-person psychophysiology to study interpersonal (mis-)attunement
in social interaction
Bolis Dimitrios（Max Planck Institute of Psychiatry, Ph.D. Student）(2019.5.27)
psychophysiology

In this talk, we draw on dialectics and Bayesianandmultilevel

analysisofaccounts of cognition, suggesting that a fine-grainedintersubjectivity as a means to formally study the self

analysis of social interaction might allow us toand psychopathology beyond the individual brain. In

reconsider the self beyond the static individual, that isbrief, our results indicate that in real-time social

how it emerges and manifests itself in social relations. In

interactions humans highly align with each other acrossthis light, we put forward the dialectical misattunement

multiple levels of description, from decision-making andhypothesis, which views various psychiatric conditions,gaze behavior to facial expressions and metacognition.

such as autism, not as a (disordered) function withinInterestingly, such an alignment is most prominent insingle brains but rather as a dynamic interpersonalcollaborative contexts and between people who have amismatch, unfolding across various time scales. To

bond of mutual affection.

operationalize our suggestion, we present two-person

450

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

セミナー報告5. 棘皮動物卵活性化時の電気的変化と細胞内カルシウム
毛利

達磨（生理学研究所 個別研究）(2019.5.30)

生物学的に，受精とは精子が卵に近づき，卵と接いるのかということです。受精時卵内で非常に多触し卵を活性化して精子が進入する現象と考えらくのことが起こりますが，２つのことに注目しまれています。受精は，生物にとって次世代を生み出した。卵細胞膜の電気的変化と卵細胞内 Ca 濃度変すための，発生プログラムを動かす引き金になる化です。電気的な変化についてはこれまで色々調

非常に重要な現象です。しかし，ほとんどの動物でべられてきましたがあまりきちんとした結論が出

精子がどのように卵に近づきどうやって卵を活性ていませんでした。また，卵細胞内 Ca 濃度変化を化するのか未だに明確ではありません。ウニやヒ

電気的変化と比較して論じられることはありませ

トデはその取扱いの簡便さのため，約 150 年前かんでした。この２つの現象についてこれまでわらモデル動物として研究されてきましたが，まだかったこと，両者の関係，まだ不明なことなどをセ

その卵活性化機構については不明です。私が特にミナーではお話しします。

惹かれているのは受精の時，卵内で何が起こって

6. Structure and Function in the Drosophila Renal Epithelium
Aylin Rodan（Department of Internal Medicine, University of Utah）(2019.6.12)
Vectorial movement of ions and water across polarized

We have also been investigating the role of the septate

renal epithelia is essential for maintaining homeostasis of(occluding) junction protein, Mesh, first identified bybody chemistries in the face of fluctuating electrolyte

Professor Furuse, in the Malpighian tubule. I will discuss

intake and losses. Our laboratory studies epithelial ion

recent results on ion transport through basolaterallytransport in the Drosophila melanogaster renal epithelium,

localized ion transporters and channels, as well as our

the Malpighian tubule. We study ion channels andfindings on the role of Mesh in epithelial structure andtransporters, and the signaling pathways regulating them.

function in developing and adult tubules.

7. From Connections to Cognition: A new look at the brain spacetime
Denis Le Bihan（フランス NeuroSpin, Cea-Saclay Center･所長）(2019.6.20)
要旨はありません。
このセミナーは英語で開催します。

451

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

セミナー報告8. Studying Human Cortex with Large-Scale Electron Microscopy
Daniel Berger（Lichtman Lab, Harvard, USA）
(2019.6.20)
Most invasive brain research is done on model species

samples available to us which would otherwise be discarded.

like mice and rats, but for many neuroscientists the ultimate

In our largest electron-microscopic dataset to date, wegoal is to understand the human brain. Small biopsy

acquired over a Petabyte of image data from a piece of adultsamples of human brain can be acquired from medical

human cortex, which we are currently analyzing insurgeries and prepared for large-scale electron microscopy.

collaboration with the Google Connectomics team. In thisThis opens the opportunity to investigate the ultrastructure

talk I will highlight some of our recent findings on theof the human brain directly.The Lichtman Lab at Harvard

ultrastructural properties of human cortex.

collaborates with several hospitals which make tissue

9. Two color volumetric imaging of neural activity of cortical columns in vivo
Shuting Han（Columbia University (she will soon be a postdoctoral researcher at University of Zurich)）(2019.6.21)
High-speed volumetric imaging of neural activity at

jRGECO in layer 5, respectively. An electrically tunable

cellular resolution is important to capture the emergent

lens or a spatial light modulator was implemented in thefunctional properties of neural circuits. While two-photon

beam path to enable fast sequential or simultaneous

calcium imaging provides a power tool to study

imaging of different focal planes. Using this beam

population activity in vivo, standard two-photon

multiplexing strategy, we image the neuronal activity of

microscopes

planes.

cortical circuits at high speed in primary visual cortex

Expanding it to three-dimensions while maintaining afrom awake mice (600 μm deep volumes at 10 vol/s). We

high spatiotemporal resolution appears necessary. Here,analyze the orientation tuning properties of cells in cortical

we extended the sequential volumetric two-photon

columns, as well as the spatial structures of visually-

imaging by a novel hybrid approach that acquires two

evoked neuronal ensembles. We also simultaneously

volumes simultaneously through wavelength multiplexing,

image functional correlations between presynaptic layer 1

combining dual color excitation and emission withaxons and postsynaptic layer 2/3 neurons. Wavelength

ETL/SLM-based fast z- scan approaches. We use 920 nm

multiplexing enhances high-speed volumetric microscopy

and 1064 nm lasers to image, at the same time, neurons

and can be combined with other multiplexing schemes tolabeled with GCaMP6 in mice cortical layer 2/3, and witheasily boost imaging throughput.1.

only

image

two-dimensional452

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

セミナー報告10. Dopamine improves cognitive deficits and modulates synaptic plasticity in hippocampal CA1
region in kindled mice
Nahid Roohi（Ph.D student of physiology, Faculty of Medical Science, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran）(2019.7.8)
Hyperexcitability inducing factors such as seizure andexamined, however, how a neuromodulator such as

epilepsy potentiate the synapses and impair learning anddopamine can affect LTP and Learning and memory has

memory. Moreover, Dopamine (DA) as a neurotransmitternot been inspected. We have recently demonstrated a

modulates synaptic plasticity and has an important role indeficit in motivation to explore and its link with the poorer

cognitive functions. However, how the modulatory effectspatial memory in PTZ kindled mice. And we showed thatof DA on plastic properties of a neuron as well as

DA by improving plastic properties at the synaptic levelcognitive functions will change as a consequence ofand novelty driven exploration at behavioural level

epilepsy is not well understood. In our laboratory, we

improves spatial memory. Previously we examined thecompared the effect of exogenous DA on synaptic

effect of tonic stimulation of DA neurons on short term

plasticity of both ventral and dorsal hippocampal CA1

memory and exploration using optogenetic stimulation ofregion, Stratum Radiatum and Stratum Oriens layers,

Ventral Tegmental Area (VTA) dopaminergic neurons.

using field potential recording. Our results demonstrated

Tonic stimulation significantly improved short termthat DA has a reversal role on LTP in intact and kindled

spatial memory and novelty driven exploration in kindled

mice such that application of DA prevented LTP induction

mice. Since, LTP is considered as the basic mechanism of

in intact slices while rescued LTP in kindled slices. Taken

memory formation, therefore it can be concluded that DA

together, our results highlight the importance of DAergic

has improved spatial memory through increasing themodulation in normal and disease conditions.

ability of LTP induction in kindled mice.

Memory deficit following epilepsy has been frequently

11. 脳活動の振動同期ダイナミクスの計算論的解明
北城圭一（神経ダイナミクス研究部門）(2019.7.19)
ヒトの脳活動を脳波，脳磁図等で計測するとリ

まず，健常者での運動，知覚，認知等の課題時の振ズミックな振動現象がみられる。またこの振動は動同期ダイナミクスについての研究を紹介する。

過渡的で，遠隔の脳領域間で位相同期を示す。我々

また，脳卒中患者での安静時の脳波振動同期ダイ

はこの振動同期ダイナミクスは単なる物理現象でナミクスのデータ解析による病態予測研究を議論はなく脳情報処理における機能的役割を果たしてする。さらに，非侵襲脳刺激手法と脳波同時計測をいると考えている。そこで，本セミナーでは，脳活用いた振動同期ダイナミクスの操作的な研究結果

動の振動同期ダイナミクスの機能的役割についても紹介し，計算論的な観点での統合的な議論を行の計算論的な観点での研究結果を紹介，議論する。

う。

453

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

セミナー報告12. Redox sensing and signalling in the cardiovascular system
Philip Eaton（William Harvey Research Institute, Queen Mary University of London）(2019.9.12)
Oxidants, which can be produced in cells and tissues,

cyclic nucleotide-dependent kinases, being activated byhave been causatively implicated in the pathogenesis of

the second messenger cAMP or cGMP respectively. The

most major diseases.

Regulatory RIasubunit of PKA and the PKG Iaisoform are

Whilst this paradigm is still prevalent, and oxidants

each able to form homo interprotein disulfides in response

may indeed play important roles in the disease etiology, it

to increased oxidants. These oxidative modifications alter

is now also understood that they can also serve as

the function of PKA and PKG and have a complex

regulatory entities that are important for the maintenanceinterrelationship with their cyclic nucleotide-dependentof homeostasis during health and disease. Oxidants can be

regulation. Comparing PKA C17S RIaor C42S PKG

sensed and transduced into a biological event via their

Iatransgenic knock-in mice, engineered so that the they

reaction with select cysteine thiol side chains on somecannot form the interprotein disulfides, to wild-type

proteins. Such reactions can result in oxidative post-controls has allowed the importance of these oxidativetranslational modifications of proteins that in some cases

modifications to be defined in terms of cardiovascularalter their function to enable adaptation and homeostasis.

function.

Protein kinase A (PKA) and protein kinase G (PKG) are

13. ショウジョウバエ腸管の恒常性における上皮バリアの役割
泉

裕士（細胞構造研究部門）(2019.10.3)

動物の腸管上皮は，消化酵素や微生物を含む腸させるとともに，幹細胞の過剰増殖と上皮細胞の管腔の過酷な環境から身体の内部環境を保護する

過剰蓄積を伴う腸管の肥大化を招くことを見出しバリアとしての機能を担っている。しかし，その機た。また，この腸肥大には，IL-6 様サイトカインが能の低下がもたらす腸管の恒常性への影響につい関与していることを明らかにした。このようにては依然として不明な点が多い。これまで私は，

ショウジョウバエ腸管において，上皮バリアは体

ショウジョウバエ腸管上皮の細胞間隙バリアとし内への異物の侵入あるいは体外への生体成分の流て機能する細胞間接着装置セプテートジャンク出を防ぐだけでなく，幹細胞の増殖と上皮細胞へション(SJ，タイトジャンクションの機能に相当)のの分化の制御を介して腸管の恒常性維持にも寄与

分子構築と機能の解析を進めてきた。その過程で，することが示唆された。

SJ 構成分子の欠失が腸管上皮のバリア機能を破綻454

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

セミナー報告14. A natural history of skills
Thomas Boraud（Directeur de recherche, CNRS/Université de Bordeaux, France）(2019.10.30)
I propose a new theory on skills learning based on thetested. This approach makes it possible, among otheridea that the development of automatisms is not anthings, to resolve a number of paradoxes and proposesarchaism but rather an advantage evolutionarily linked

new pathophysiological pathways for decision disorders.

to the development of a specialized dorsal pallium (the

大脳基底核の生理学的•病態生理学的意義につ

structure we call the cortex in mammals) that has

いて世界的に著名なフランスボルドー大学 Boraud

evolved in parallel in different vertebrate lineages.

先生が，新学術領域研究「オシロロジー」の国際シBased on examples from the literature and my own work,

ンポジウム（11 月 17 日〜19 日京都開催）のため

I support my demonstration on a minimal computational

来日されるので，セミナーをお願いしました。是非，model by which this hypothesis could be explicitly

御来聴下さい。

15. two-pore Na+ channel 3 の PI(3,4)P2 依存性とその生理的役割について下村

拓史（神経機能素子研究部門）(2019.11.1)

Two-pore 型 Na+チャネルファミリー3（TPC3）は，た。すなわち，脱分極刺激により生産された

膜電位依存性 Na+チャネルの１種であり，卵母細胞PI(3,4)P2 の TPC3 への結合が，TPC3 の電位依存性に発現しているとの報告があるがその生理的意義を調節する。さらに，TPC3 の立体構造モデルを利は不明確なままである。TPC3 はツメガエル卵母細

用して，この PI(3,4)P2 依存的な調節メカニズムを胞に過剰発現すると，長時間の脱分極刺激を与え

原子レベルで説明するモデルを提示した。

ることでその膜電位依存性が亢進するというユ

本セミナーでは，以上のような生物物理学的なニークな特性を持つ。我々は，この特性が，卵母細解析の結果に加えて，preliminary ではあるが，卵母胞に内在するシステムによる PI(3,4)P2 と呼ばれる細胞における生理的役割を示唆するデータについホスホイノシチドの産生に依存することを見出しても議論できればと考えている。

16. Relationship between bone, immunity and sensation 〜How do integrated systems work?〜
丸山

健太（細胞生理研究部門）(2019.11.19)

本邦における要介護認定を受けた 75 歳以上の高ルの増加に伴い，老年医療における主訴の大部分

齢者は 500 万人を突破し，その 4 人に１人は骨粗が疼痛で占められるという事態も進行中である。

鬆症を背景とする関節疾患や骨折によって寝たき

それ故，骨破壊・敗血症・痛みの三者を適切にマネ

りに近い毎日を送っている。長期臥床は肺炎や尿ジメントするための治療標的の同定は，生活の質

路感染に伴う敗血症リスクを増大させるのみならの低下に苦しむ超高齢化社会に課せられた喫緊のず，いわゆる褥瘡とよばれる皮膚の炎症を伴った課題である。我々は，遺伝子改変動物を用いて骨代損傷を誘発する。こうした皮膚や骨格系のトラブ

謝と炎症を同時に制御する因子を探索してゆくな

455

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

セミナー報告かで，これまで知られていなかった複数の骨自然る巧みな恒常性維持機構を内包していることを見

免疫系制御因子の同定に成功してきた。また，遺伝出した。本講演では，「骨-自然免疫-痛覚トライア

学的に痛覚神経を除去した無痛マウスの表現型解ングル系」ともいうべき生理システムを俯瞰的に析をすすめる過程で，骨代謝系・自然免疫系・侵害解き明かすことを通じて新たな医療の創発を目指

受容系は個々の系が独立に機能している訳ではな

す我々の試みを紹介したい。

く，外部環境への適応を目的とした相互作用によ

17. 原始内胚葉幹細胞の樹立と幹細胞による人工胚盤胞作製の試み
大日向康秀（理化学研究所 生命医科学研究センター，千葉大学大学院医学研究院 分子細胞医学講座）(2019.11.20)
胚盤胞は栄養膜(trophoblast)，着床前エピブラストる。我々は最近，原始内胚葉から原始内胚葉幹細胞(pre-implantation epiblast) ， 原 始 内 胚 葉 (primitive(primitive endoderm stem cell, PrES 細胞)を樹立するこ

endoderm)からなる数十の細胞の集合である。しかし，とに成功，報告した。即ち，我々は胚盤胞を構成す

この様な単純な構造が如何にして生命の起源としる細胞の全ての幹細胞を手にしたことになる。

て機能するのかについて，分子細胞レベルで理解す本セミナーにおいては，新規 PrES 細胞の樹立，性るためには，我々はまだ多くのことを知らなければ質について概説するとともに，我々が現在進めていならない。

る，これら幹細胞を時空間的に精密に配置すること

これまでに栄養膜からは栄養膜幹細胞(trophoblast

によって，試験管内で人工的に胚盤胞を作製し，幹stem cell, TS 細胞)，着床前エピブラストからは胚性細胞から生命を再構成する試みについて議論した幹細胞(embryonic stem cell, ES 細胞)が樹立されていい。

18. Marmoset as a Model System for Studying Neural Basis of Vocal Communication
Xiaoqin Wang（Professor, Department of Biomedical Engineering, Johns Hopkins University, USA）
(2019.11.26)
Vocal communication is one of the most important

repertoire in captivity, a relatively short postnatal

natural behaviors of both humans and many animal

development period and the feasibility in generating

species. In the past, studies of echolocating bats andgenetically modified models. In the past 20 years, mysongbirds have provided important insights into neurallaboratory has pioneered a number of behavioral andmechanisms of vocal communication. In comparison,electrophysiological techniques to study neural activity

much less has been learned from non-human primates.

in the marmoset brain during natural vocal behaviors.

The common marmoset (Callithrix jacchus), a highly

Our studies have shed important light on the brain

vocal New World monkey species, has emerged inmechanisms for processing communication sounds.

recent years as a promising model system for studying

They also demonstrated the tremendous potentials of theneural basis of hearing and vocal communication.

marmoset as a primate model for studying neuralMarmoset offers several critical advantages over othermechanisms underlying vocal communication and social

non-human primate species, including a rich vocal

interactions.

456

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

セミナー報告19. Formative Pluripotency
木下将樹（ケンブリッジ大学 Wellcome Trust-MRC 幹細胞研究所）(2019.11.26)
多能性は発生初期の胚において一過的に存在す

formative 期へと移行する必要がある。一方，primed

る。この間，エピブラスト細胞は多能性を維持しつ

Epi 幹細胞は生殖細胞分化能を喪失している，かつつもその特徴を時間軸とともに変えていく。我々は分化に偏りがあることが知られている。Formative 細これらの異なる多能性を，naïve，formative，primed

胞は分化応答性を持ち，かつ ES 細胞と同等の分化と区別することを提案した。マウスにおいてこれら能を持つ細胞である。我々はこの formative 期の特徴に相当する細胞として，naïve ＝ ES 細胞，primed ＝を備えた自己複製する細胞株の樹立に成功した。

Epi 幹細胞があるが formative 期に相当するものは樹

今回，我々がどのようにして formative 期の細胞を立されていない。ES 細胞は生殖系列を含めた全ての培養株として樹立したか，およびどのような特徴を体細胞系へと分化する能力を保持しているが，未分持つのかを紹介したい。

化状態では分化シグナル応答性を持たず，必ず20. 実験動物と動物実験に関わる法律等の改正が我が国の科学技術戦略に及ぼす影響浦野徹（動物資源共同利用研究センター）(2019.11.27)

座

長：箕越靖彦（動物資源共同利用研究センターセンター長）

21. 疾患モデル動物の開発と系統保存
西島和俊（秋田大学

バイオサイエンス教育・研究サポートセンター動物実験部門）(2019.11.27)

座

長：箕越靖彦（動物資源共同利用研究センターセンター長）

22. 多様なるマクロファージ；新たな治療法の開発に向けて
Ken Suzuki（Translational Cardiovascular Therapeutics, William Harvey Research Institute,
Barts and The London School of Medicine and Dentistry, Queen Mary University of London, UK）(2019.12.4)
近年マクロファージに関する理解が大きく進展

開発につながることが期待されています。我々のしています。特に組織修復能を持つマクロファー研究室でもこの細胞を応用した心不全に対する新ジが臓器特異的に在住あるいは集積し，様々な疾規治療法，さらに術後癒着予防療法を検討してき患の病因及び治癒において主要な役割を果たすこましたので，本セミナーではその試みについて紹とが明らかになり，これらの知見が新たな治療法

介致します。

457

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

セミナー報告23. 温度感覚の進化と環境適応：センサー分子からフィールドまで
齋藤

茂（生理学研究所 細胞生理研究部門／生命創成探究センター 温度生物学研究グループ）(2019.12.12)

動物は進化の過程で多様な温度条件の環境に適縁種の比較を行い，高温センサー機能の種間差と応してきた。異なる温度環境に適応する過程では生息環境との関連について調べた研究について紹

細胞や組織レベルの至適温度や生存限界温度が動介する。また，著しい高温耐性を持ち，幼生が温泉物種の間で変化するのと連動し，個体レベルの温でも成育できるリュウキュウカジカガエルを対象

度感覚も変化していくと考えられる。このようなに，フィールド調査，行動実験，TRP チャネルの機

環境適応に関連した温度感覚の進化機構に興味を

能解析を通して分子から生態レベルで環境適応機

持ち，温度受容体としてはたらく TRP チャネルの構を調べる研究にも取り組んでおり，その近況に比較解析を行ってきた。本発表では，ツメガエル近ついても報告したい。

24. シナプス可塑性のシグナル伝達から EM コネクトミクスへ：拡大するコンピュテーションの役割
浦久保秀俊（京都大学大学院 情報学研究科 システム科学専攻）(2020.1.10)
脳の記憶の神経基盤であるシナプス可塑性のシ空間局在し，時空間ダイナミクスとして機能する。

グナル伝達（メカニズム）を明らかにしようとする

空間ダイナミクスの器である神経の形状データは

研究は盛んに行われている。しかし，中々わかった

電子顕微鏡（EM）３次元画像に埋め込まれている。

ような気になれない。実験では要素還元的に分子

しかし，画像から形状データを抽出するセグメン

を対象にせざるを得ず，システム的理解を得るこテーションと呼ばれる情報処理の工程には困難がとができないためである。ここで登場するのが，計伴う。本セミナーでは，セグメンテーションを容易

算モデルを用いて分子と可塑性ルールの間を繋ごに行うためのソフトウェア UNI-EM を紹介するとうとするアプローチである。本セミナーでは，線条

共に，シグナル伝達の時空間ダイナミクスを明ら

体のドーパミン依存シナプス可塑性を対象に，計かにするためのシミュレーション例を紹介したい。

算モデルの成功例を紹介したい。

さらに，EM コネクトミクスにおける情報論的研究の役割について議論したい。

可塑性の計算モデルでは分子の時間ダイナミクスに着目した。ただし，現実のシグナル伝達分子は25. 活性イオウによる心筋ミトコンドリア品質制御と心臓恒常性維持・変容機構の解明
西村明幸（九州大学大学院薬学研究院創薬育薬研究施設統括室）(2020.1.22)
病的な心臓リモデリングの進行に伴う心筋細胞

引き金となることを見出した。Drp1 の新規活性化の早期老化は心機能低下の主要な要因である。私因子としてアクチン結合蛋白質 FilaminA を同定し，たちは，ミトコンドリア分裂因子 Drp1 の活性化を疾患特異的な Drp1-FilaminA 複合体形成が心筋早介したミトコンドリアの過分裂が心筋早期老化の期老化を誘導すること，薬理的にこの複合体形成458

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

セミナー報告を阻害することで心不全の進行を抑制できること

参考文献：

を明らかにした。また，活性イオウによる Drp1 の1. Nishimura A, et. al. Hypoxia-induced interaction of

硫黄付加（ポリイオウ化）修飾が FilaminA との複filamin with Drp1 causes mitochondrial hyperfission-

合体形成を制御すること，Drp1 のポリイオウ化状

associated myocardial senescence. Science Signal. 11,

態が心疾患リスクに関与することを見出した。本

eaat5185 (2018)

セミナーでは，心臓の恒常性における活性イオウ

2. Nishimura A, et. al. Depolysulfidation of Drp1 inducedを介した心筋ミトコンドリア品質制御の重要性に

by low-dose methylmercury exposure increases cardiac

ついて紹介する。

vulnerability to hemodynamic overload. Science Signal.
12, eaaw1920 (2019)26. 1. The Motor Cortex as a Model System for Studying Dendritic Physiology
2. The Network Dynamics of M1 Cortex in Parkinson's Disease Mice
Speaker 1: Jackie Schiller,

Speaker 2: Yitzhak Schiller MD,（Technion, Israel）(2020.2.5)(1) In our laboratory, we are interested in understanding

consequences BG disruption leading to motor disability is

how dendrites contribute to various computations

expected to be mediated by impairment of the M1 network

performed by cortical neurons. We and other labs, havedynamics.

shown that nonlinear dendritic properties can contribute toplace field formation, visual and somatosensory receptive

We in control and 6-hydroxydopamine (6OHDA)

fields. We aimed to investigate how these nonlinear

induced Parkinsonian mice. Our findings showed that

dendritic properties contribute in computations performedexperimental PD dramatically disrupted motor performance.

in the motor cortex. I will describe the integrated

Concomitantly, activation intensity of individual layer-5 PT

behavioral and imaging platform we built to investigate

neurons was markedly attenuated, and activation network

the motor cortex in mice. We use a dexterity task, calcium

dynamics of both layer-5 PT neurons and layer 2-3

imaging, optogenetic perturbations, and behavioral

pyramidal neurons was disrupted after induction PD.

manipulations.

Optogenetic activation of M1 partially improved motor
performance of PD mice. General linear model (GLM)(2) Parkinson's Disease (PD) is a common neurodegenerative

analysis revealed reduced encoding of discrete motor

disease, which markedly disrupts motor performance. The

parameters of layer-5 PT neurons in Parkinsonian mice.

basal ganglia (BG), the main brain system affected by PD,

Finally, PD disrupted the stability of the layer-5 PT

exerts their physiological effects mostly by modulatingneuronal network with respect to both recruitment order

neocortical activity via the cortico-BG-cortical loop. The

dynamics of neurons and encoding of individual motor

primary motor cortex M1, integrate data from multiple

parameters of the task. These findings shed new light on

brain regions, including the BG, to generate motor output

the mechanisms underlying motor disabilities in PD, andcommands to the brain stem and spinal cord. Thus,

identifies novel potential therapeutic targets for PD

although PD primarily targets the basal ganglia, the motor

patients.

459

生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

セミナー報告27. 光と機械学習による感覚・記憶に関する脳内情報処理機構の解明
揚妻正和（生体恒常性発達研究部門）(2020.2.12)
脳内の情報は，その最小構成単位である「神経細が一部の患者にのみ欠損が見られたり，人種に胞」が作り出すネットワークにより処理される。こよって影響の偏りがあったりと，関連遺伝子を把れまで，個々の神経細胞の機能についての研究は，握しただけでは脳機能を完全に理解するのは難し

電気生理学的な記述に始まり，近年の分子生物学，い。

遺伝学などの発達により大いに発展してきた。し我々はその理解に向け，「光学的なアプローチ」
・かし，個別の神経細胞レベル，あるいは遺伝子・タ「機械学習」を用いた研究を進めている。そこで今ンパク質の理解のみでは，脳機能を理解するのに回は，これらの技術により新たに見えてきた「神経は不十分である。例えば，統合失調症の原因遺伝子

細胞集団による情報処理メカニズム」に関する知がこれまでに数多く報告されているが，その多く見を紹介し，また今後の展望についても議論する。

28. Identification of a novel mechanism regulating SERCA activity and heart function in Drosophilamelanogaster
Heiko Harten（Division of Biology/Chemistry Section of Zoology / Developmental Biology University of Osnabrück）(2020.2.17)
Muscle contraction represents a well characterized

homeostasis and turnover of such peptides are regulated.

molecular process that is, to a considerable extent, regulated

We found that increased expression of the peptidaseby variable Ca2+ concentrations within the cytosol.

Neprilysin 4 (Nep4) phenocopied the depicted effects on

A major player responsible for modulating thisheart physiology. Significantly, Nep4 catalytic activity

concentration is the Sarcoplasmic/Endoplasmic Reticulum

was essential, thus confirming abnormal peptide

Calcium ATPase (SERCA) that transports Ca2+ from thehydrolysis as a causative factor. By combining in vitro andcytosol into the sarcoplasmic reticulum (SR). This activity

in vivo analyses, we identified Nep4 mediated hydrolysis

significantly reduces cytosolic Ca2+ levels and thus marksof SERCA regulatory Sarcolamban peptides as the criticalthe beginning of the muscle relaxation phase. Accordingly,

physiological event. Furthermore, Nep4 and SERCA

tight regulation of SERCA-activity is critical to proper

coprecipitated and exhibited substantial colocalization

functionality of muscle tissue.

with Sarcolamban in membranes of the SR, indicating thatAs known for vertebrates and insects, activity ofclose spatial proximity is of high mechanistic relevance.

SERCA is regulated by peptides that bind to the enzyme

By identifying a neprilysin as a novel and essential

and thereby modulate its activity. Vertebrate and fly loss-

regulator of SERCA activity, these data advance theof-function mutants for corresponding peptides exhibit

current understanding of muscle physiology andimpaired Ca2+ transients in heart cells as well as severefunctionality in health and disease.

heart arrhythmia. Up to now, it is largely unknown how

460生理学研究所年報

第 41 巻（Dec,2020）

大学院特別講義

大学院特別講義1.

第 224 回（2019.4.24）
演者：生体機能調節研究領域

細胞生理研究部門

富永真琴

教授

演題：温度生物学

2.

第 225 回（2019.5.8）
演者：基盤神経科学研究領域

大脳神経回路論研究部門

川口泰雄

教授

演題：大脳皮質ニューロン多様性と結合様式

3.

第 226 回（2019.6.19）
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

郷

康広

特任准教授

演題：脳構造・機能解析のためのマルチオミックス研究4.

第 227 回（2019.7.10）
演者：脳機能計測・支援センター

生体機能情報解析室

近添淳一

准教授

吉村由美子

教授

演題：Neuroimaging 研究と機械学習

5.

第 228 回（2019.8.7）
演者：基盤神経科学研究領域

視覚情報処理研究部門

演題：大脳皮質視覚野の機能発達メカニズム6.

第 229 回（2019.10.30）
演者：基盤神経科学研究領域

生体恒常性発達研究部門

揚妻正和

准教授

演題：光による脳神経活動観察と操作

7.

第 230 回（2019.11.13）
演者：生体機能調節研究領域

生殖・内分泌系発達機構研究部門

中島健一朗

演題：脳による味覚や食欲の調節メカニズム8.

第 231 回（2019.12.4）
演者：分子細胞生理研究領域

神経機能素子研究部門

久保義弘

教授

演題：イオンチャネルの構造と機能の動的側面

9.

第 232 回（2020.1.15）
演者：システム脳科学研究領域

神経ダイナミクス研究部門

北城圭一

演題：神経ダイナミクスと脳情報処理

10. 第 233 回（2020.2.5）
演者：システム脳科学研究領域

心理生理学研究部門

定藤規弘

演題：社会脳研究の展望：脳機能イメージングによるアプローチ

463

教授

教授

准教授

生理学研究所年報
発
行
編 集 者
発 行 者

2020 年 12 月 25 日
深 田 正 紀自然科学研究機構生理〒444-8585

編集協力

第４１巻

学

研

究

所

岡崎市明大寺町字西郷中 38
電話〈0564〉55-7700
FAX〈0564〉52-7913
URL:https://www.nips.ac.jp/

株式会社 エニウェイ〒171-0014

東京都豊島区池袋 2-19-3
万葉ビル 2F
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