42

2021

２０20

はじめに生理学研究所年報第 42 巻をここに刊行し、2020（令和 2）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。2020 年度におきましては、新型コロナウイルス感染拡大で研究者の移動が大きく制限されるなか、
コミュニティ研究者の皆様の御協力と、所員一同の努力によって、例年と同様の多数（185 件；法人化以前の約２倍）の共同研究・共同利用実験を行い、成果を挙げることができました。今後とも研究レベルの向上と大学共同利用機関としての更なる機能強化に努力していく所存であり、関係者各位の評価を仰ぐ次第です。今後とも皆様方のご支援・ご鞭撻を心よりお願い申しあげます。

2021 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（2020 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 ................................................................... 28
システム脳科学研究領域 ................................................................. 38
個 別 研 究 ............................................................................ 54
研究連携センター ....................................................................... 57
脳機能計測・支援センター ............................................................... 60
行動・代謝分子解析センター .............................................................. 65
動物資源共同利用研究センター ............................................................ 69
技 術 課 ............................................................................ 73
研究発表
ａ．発 表 論 文 ........................................................................ 87
ｂ．学 会 発 表 ....................................................................... 103
一般共同研究報告 ......................................................................... 123
計画共同研究報告 ........................................................................ 159
生体機能イメージング共同利用実験報告 .................................................... 207
研究会報告 .............................................................................. 237
国際研究集会 ............................................................................ 399
トレーニングコース
第 31 回生理科学実験技術トレーニングコース ................................................. 423

セミナー報告 ............................................................................. 427
大学院特別講義 ........................................................................... 437

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

職員

職員（2020年度）
所

長

鍋

倉

淳

細胞生理研究部門

一教【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

DEROUICHE, Sandra（～2021.1.31）

授

久

保

義

弘

特任助教

授

立

山

充

博

NIPS リサーチフェロー 水

藤

拓

教

下

村

拓

史

研

齋

藤

くれあ

特任助教

陳

以

珊

〃

水

藤

拓

人（～2020.4.30）

NIPS リサーチフェロー ANDRIANI, Rizki Tsari（～2020.9.30）

〃

馮

暁

娜（～2020.9.30）

〃

佐

翔

馬（2020.4.1～）

ポスドク研究員

ANDRIANI, Rizki Tsari（2020.10.1～）〃

NGUYEN, Thi Hong Dung（2020.10.1～）

大学院生

平

教
准

教

助

〃
技術支援員

澤

輝

一

究

員

藤

人（2020.5.1～）

LIU, Chang

日本学術振興会特別研究員
宇治澤

知

内

特別共同利用研究員 笹

沙知子

藤

知津江

生体膜研究部門

大学院生

島

香

邓

代

梅

授

深

田

正

紀

〃

DEVECI, Aykut

授

深

田

優

子

〃

雷

教

横

井

紀

彦

〃

特任助教

宮

崎

裕

理

NGUYEN, Thi Hong Dung（～2020.9.30）

総研大生

江

川

孝

彦

技術支援員

福

岡

慶

子

技術支援員

鈴

木

由

美

〃

橋

本

照

美

〃

渡

邊

聖

愛

事務支援員

伊

藤

嘉

美

〃

古

川

佐千子

心循環シグナル研究部門

〃

原

早

教

教
准

教

助

苗

神経発達・再生機構研究部門
客員教授

澤

本

和

授

西

田

基

宏

特任准教授

西

村

明

幸（2020.8.1～）

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 弘延

【生体機能調節研究領域】

大学院生

小

田

〃

下

田

〃

阿

部

愛

杜（2020.4.1～）

技術支援員

藤

森

仁

美

細胞構造研究部門
教

授

古

授

泉

教

大

特任助教

藤

大学院生

NGUYEN, Thanh Phong

准

教

助

瀬

幹

夫

裕

士

谷

哲

久

原

佐知子（2020.10.1～）

〃

長

澤

有

祐（2020.4.1～）

技術支援員

渡

邊

美

香

〃

古

瀬

京

子

晶

紗矢香（～2021.3.31）
翔

生殖・内分泌系発達機構研究部門
教

授

箕

越

靖

授

中

島

健一朗

教

近

藤

邦

生

特任助教

菊

地

晶

裕

准
助

教

NIPS リサーチフェロー 傳
特別協力研究員

i

堀

彦

欧
尾

修

平

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

日本学術振興会特別研究員
上 原

優

職員

子（2020.4.1～）

技術支援員

大

村

幸

恵（～2021.3.31）

事務支援員

比

賀

昌

子

大学院生

RASHID, Misbah

バイオフォトニクス研究部門

大学院生

RATTANAJEARAKUL, Nawarat

教

〃

三

准

〃

YU, Long（2020.10.1～）

助

技術支援員

林

〃

佐

藤

香

織

〃

乙

部

晶

代

〃

藤

原

香菜子（2021.1.4～）

大

野

伸

須

宏

武（2020.4.1～）

めぐみ

授

根

本

知

己

授

榎

木

亮

介

教

大

友

康

平

特任助教

堤

元

佐

〃

石

井

宏

和

特別共同利用研究員 山口和志（～2021.3.31）

蒼太（～2021.3.31）

開人（～2021.3.31）

〃

廣

〃

中

〃

張

菁 圃（2020.8.1～）

〃

李

明 亮
（2020.11.1～2021.3.31）

大学院生

安

宅

光

倫（2020.4.1～）

一

〃

高

橋

泰

伽（2020.4.1～）

円

技術支援員

土

屋

加

奈

超微形態研究部門
客員教授

教

彦

田

【基盤神経科学研究領域】
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

特任助教

堀

内

特任研究員

CHEUNG, Dennis Lawrence

認知行動発達機構研究部門

竹

田

育

子
（2020.4.1～2020.4.30）

教

竹

田

育

子（2020.5.1～）

特別共同利用研究員 佐

藤

技術支援員

大

場

多津子

〃

市

橋

結

貴

〃

石

田

順

子（～2021.3.31）

〃

小

林

知

子

〃

稲

垣

貴

士
（2020.8.1～2021.2.28）

〃

辻

真

治
（2020.8.1～2020.9.30）

事務支援員

小

林

文

〃

永

田

みづほ

村

由美子

准

教

〃
特別訪問研究員淳正和浩【システム脳科学研究領域】

彩（～2021.3.31）

授

吉

助

教

林

絵

特任助教

木

〃

健

二

村

梨

絵（～2021.3.31）

米

田

泰

輔

NIPS リサーチフェロー 山本

真理子（2020.4.1～）

大学院生

唐

木

智

充（～2021.3.31）

〃

呉

嘉

豪

技術支援員

石

神

磯

昌

岐

特任准教授

郷

康

広

〃

戸

松

彩

花

二

宮

太

平

〃

則

武

厚

〃

横

井

功

特任助教

植

松

明

子（2020.11.1～）

NIPS リサーチフェロー 植

松

明子（～2021.10.31）

大学院生

新

居

桂

陽

特任専門員

柴

田

あゆみ

〃

山

西

ユ

ミ

技術支援員

高

田

和

子（～2020.11.30）

〃

城

地

智

子

助

教

田

生体システム研究部門

視覚情報処理研究部門
教

授

教

授

南

部

助

教

畑

中

伸

彦

〃

知

見

聡

美

〃

佐

野

裕

美

纐

纈

大

輔

研

久美子

ii

究

員

篤

〃

長谷川

拓

〃

WONGMASSANG, Woranan〃

POLYAKOVA, Zlata（～2020.9.30）

生理学研究所年報

研

究第 42 巻（Dec,2021）員

職員

個別研究（山肩研究室）

DWI WAHYU, Indriani（～2020.12.31）

助

日本学術振興会特別研究員
菊

田

教

山

肩

葉

子

個別研究（佐竹研究室）
里美（～2021.3.31）

助

教

佐

竹

大学院生

NONDHALEE, Pimpimon

技術支援員

磯

谷

ひとみ

【研究連携センター】

〃

粟

村

香奈子

センター長（併任） 久

〃

鈴

木

規

子（～2020.10.31）

共同利用研究推進室

〃

宮

本

香

奈

教

神経ダイナミクス研究部門

伸一郎（～2021.3.31）

保

義

弘

授（併任） 久保義弘特 任 助 教（併任） 西

尾

亜希子

教

授

北

城

圭

一

学術研究支援室

助

教

上

原

一

将

客員教授

狩

野

方

伸

〃

岡

崎

由

香

〃

彦

特任助教

横

山

技術支援員

佐

藤

藤

高

田

昌

寛

特任准教授（併任） 丸

山

めぐみ

明

子

特任専門員

林

事務支援員

土

井

優（～2020.6.30）

規弘授（併任） 南部

篤

心理生理学研究部門
教授定

NBR事業推進室

客員教授

LE BIHAN, Denis

教

准

授

福

永

雅

喜

事務支援員

教

小

池

耕

彦

流動連携研究室

〃

郷

田

直

一

特任助教

中

川

恵

理

〃

山

本

哲

也

NIPS リサーチフェロー 濱野友希（～2021.3.31）

研

教

助

究

員

土

元

翔

平
（2020.4.1～2021.3.31）

大学院生

吉

本

隆

明（～2020.9.30）

〃

丸

山

修

紀（～2021.3.31）

〃

南

條

啓

孝

〃

小

山

雄太郎

〃

綾

部

宏

明（2020.4.1～）

〃

橋

口

真

帆（2020.4.1～）

〃

小笠原

香

苗（2020.4.1～）

特任専門員

木

村

玲

子

〃

岩

瀬

技術支援員

竹

中

〃

吉

岡

〃

伊 藤

センター長（併任） 磯

大

橋

紀

田

昌

岐

准

教

授

村

田

和

義

研

究

員

向中野

信

一（～2021.3.31）

BURTON-SMITH, Ray

〃

子

大学院生

角

田

潤

〃

千

原

あかね

〃

渡

邊

凌

人

技術支援員

山

田

幸

子

〃

竹

市

祐

介（2020.11.1～）

事務支援員

河

口

美

江

授

村

越

秀

治

博士研究員

柴

田

明

裕（～2020.5.31）

技術支援員

恩

田

麻

紀

〃

佐

藤

愛

子

授（併任） 古瀬幹夫

多光子顕微鏡室准子（2020.5.16～）

個別研究（大橋研究室）
教友

形態情報解析室

【個 別 研 究】
助

本【脳機能計測・支援センター】

歩（2020.4.1～）
直岡国際連携研究室恵（2020.4.1～）
邦愛教

電子顕微鏡室
正

人

教

iii

生理学研究所年報

准第 42 巻（Dec,2021）

職員

教授（併任） 村

田

和

義

技術支援員

吉

田

史

香

〃

（併任） 窪

田

芳

之

〃

大

西

皆

子

到

宖（～2020.12.31）

技術支援員

新

関

奈央子（～2021.2.15）

授（併任） 箕

越

靖

特任助教

宋

特任研究員

松

本

真

実（2020.4.1～）

代謝生理解析室

技術支援員

今

井

篤

子

教

〃

服

部

宣

子

【情報処理発信センター】

生体機能情報解析室
教授（併任） 定藤規

弘センター長（併任） 深添

淳一（～2021.3.31）

アーカイブ室

准

教

授

近

研

究

員

PHAM, Quang Trung

技術支援員

丹

羽

開

紀（～2020.12.31）

医学生理学教育開発室

〃

加

藤

征

広（～2020.3.18）

教

〃

畔

栁

伊

吹（～2020.11.30）

ネットワーク管理室

〃

松

倉

柊

平
（2020.7.1～2020.8.15）

〃

石

黒

太

志（～2020.9.30）

〃

西

山

翔

太（～2021.3.31）

〃

成

田

泰

基（～2021.3.31）

〃

犬

塚

小百合
（2020.4.1～2021.3.31）

〃

堀

〃

田

辺

〃

野

〃

宮

〃

石

教

琴（2020.4.1～）

教授（併任） 南部

篤〃（併任） 深

田

正

紀

雄

大
（2020.4.1～2021.2.28）〃（併任） 箕越靖彦〃（併任） 吉

村

由美子

原

裕

太（2020.4.16～）

特命教授

浦

野

徹

本

麻梨菜
（2020.4.16～2021.1.31）

特任准教授

丸

山

めぐみ

特任助教

西

尾

亜希子

特任研究員

NARGIS, Akter

井秀俊（2020.7.1～2020.8.31）

永

真

琴

太

技術支援員

影

山

梨

衣

〃

山

根

到

特任専門員

内

山

千保美

〃

岡

安

友

美

事務支援員

安

井

亜

紀

〃

太

田

美穂子

〃

芝

村

賞

篤

子

【動物資源共同利用研究センター】

遺伝子改変動物作製室

究

真

永

弘

憲

研

授（併任） 富

義

林

助

琴

保

小

教

真

（併任） 久

授

准

永

〃

部

教

紀

涼
（2020.4.1～2021.3.31）

授（併任） 南准正

【研究力強化戦略室】

ウイルスベクター開発室
教授（併任） 富田

【安全衛生管理室】【行動・代謝分子解析センター】
センター長（併任） 富彦

センター長（併任） 箕

越

靖

彦

和

俊（2020.9.1～）

授

平

林

真

澄

教

西

島

教

小

林

俊

寛（～2021.3.31）

特 命 教 授（併任） 浦

野

員

及

川

真

実（～2021.3.31）

助特別共同利用研究員 長 江 麻佑子

授

徹（2020.4.1～）

教

王

振

吉

技術支援員

水

野

みどり

〃

岩

月

研

祐（～2020.9.30）

〃

松

永

ゆう子（～2020.9.30）

技術支援員

山

内

恵

子

〃

不

退

久

iv

恵

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

職員

技術支援員

岩

瀬

悦

子

基盤神経科学研究領域 技術係

〃

小

林

明

子

係

長

髙

木

正

浩（2020.4.1～）

〃

浦

川

裕

乃

係

員

渡我部

ゆ

き（2020.4.1～）

〃

本

多

千

佳

システム脳科学研究領域 技術係

〃

梅

村

佳

子（2020.9.16～）

係

長

佐

藤

茂

基

〃

大

島

由

揮（2021.3.16～）

主

任

髙

橋

直

樹

〃

新

関

奈央子（2021.2.16～）

特任専門員

岩

瀬

〃

橋

本

遙（2021.3.1～）

研究施設技術班〃

橋本

恵（2021.2.16～）

班

吉

村

伸

明

〃

青

木

江里子
（2020.11.16～2021.1.31）

研究連携 技術係
吉

友

美

樹

〃

重

本

久

脳機能計測･支援 技術係

長

係

実

長

恵（2020.4.1～）

係

長

山

口

登（2020.4.1～）【動物実験コーディネータ室】

主

任

山

田

元

研

情報処理･発信

究

員

山

根

到

事務支援員

松

倉

さゆり

技術係

主

任

村

田

安

永

係

員

稲

垣

茉利子

【生命創成探究センター】（生理学研究所関連）

係

長

廣

江

猛

創成研究領域

主

任

窪

田

美津子

神

谷

絵

山

中

高

橋

動物実験 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（ i 頁の細胞生理研究部門を参照）

員〃心循環ダイナミズム創発研究グループ

美（2020.4.1～）
緑伸明（2020.4.1～）

行動･代謝分子解析 技術係

心循環シグナル研究部門（兼務）主（ i 頁の心循環シグナル研究部門を参照）

研究基盤 技術係

バイオフォトニクス研究グループ

任

係

長

三

寳

森

誠

将

浩（2020.4.1～）

バイオフォトニクス研究部門（兼務）

研究力強化戦略室（ ii 頁のバイオフォトニクス研究部門を参照）

特任専門員

内

山

千保美

特任専門員

岡

安

友

【技

術

課

長

課】

美

技術支援員・事務支援員
大河原

浩

技術支援員

青

木

江里子
（2020.11.16～2021.1.31）

雄

〃

粟

村

香奈子

分子細胞生理研究領域 技術係

〃

石

神

久美子

係

長

山

本

友

美（2020.4.1～）

〃

石

田

順

係

員

稲

橋

宏

樹

〃

磯

谷

ひとみ

生体機能調節研究領域 技術係

〃

市

川

修

係

長

福

田

直

美

〃

伊

藤

嘉

主

任

石

原

博

美

〃

犬

塚

小百合

係

員

加

納

雄一朗

〃

岩

瀬

悦

子

平

山

祐

〃

梅

村

佳

子（2020.9.16～）

研究領域技術班課長補佐（班長）

〃

戸

川

森

哉

v

子（2020.4.1～）

邦（2020.4.1～）

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

職員

技術支援員

福

岡

慶

子

揮（2021.3.16～）

〃

藤

森

仁

美

子

〃

不

退

久

恵

場

多津子

〃

本

多

千

佳

小

原

正

裕

〃

松

永

ゆう子（～2020.9.30）

〃

小

林

明

子

〃

水

野

みどり

〃

佐

治

俊

幸（2020.4.1～）

〃

山内

〃

佐

藤

明

子

〃

山

田

幸

子

〃

重

本

久

実

〃

渡

邊

美

香

〃

城

地

智

子

事務支援員

小

澤

祐

子

〃

鈴

木

由

美

〃

小

林

文

絵

〃

竹

市

裕

介（2020.11.1～）

〃

坂

本

〃

土

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加

奈

〃

柴

田

利

江

〃

内

藤

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〃

芝

村

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子

〃

永

田

〃

杉

山

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美

〃

新

関

〃

高

松

〃

橋

本

恵（2021.2.16～）

〃

長

尾

法

子

〃

橋

本

遥（2021.3.1～）

〃

安

井

亜

紀

〃

林

技術支援員

浦

川

裕

乃

〃

大

島

由

〃

大

西

皆

〃

大

〃

治（2020.4.1～）
奈央子

めぐみ

vi

恵子（2021.3.16～）

愛香生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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 の膜電位依存的動的構造変化の，膜電位固定下蛍光測光法による解析（Rizki Tsari Andriani，久保義弘）
GIRK チャネルの変異による異常なイオン選択性の発生の新規機構の解明（陳 以珊（I-Shan Chen），久保義弘）
THIK チャネルの活性を制御する遠位 C 末端両域の同定（立山充博，久保義弘）
Two-pore Na+ channel 3（TPC3）の２番目の膜電位センサードメインの機能解析（下村拓史，山本友美，久保義弘）
ホスホイノシチドによる 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，膜タンパク質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）
細菌由来の膜電位依存性 Ca2+ チャネルの同定（下村拓史，立山充博，入江克雅，米川佳樹，名倉仁，藤吉好則）生体膜研究部門 ···················································································· 14
概 要
LGI1-ADAM22-MAGUK 複合体によるナノカラムの配列制御とシナプス伝達制御の解明（深田優子，平野瑶子，稲橋宏樹，深田正紀，南部 篤，知見聡美，平林真澄，三宝深井周也，Roger Nicoll）
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，平林真澄，三宝誠，後藤哲平）知的障害と関連する脳内分泌蛋白質 LGI3 の性状解析（宮﨑裕理，深田優子，深田正紀，平林真澄，三宝誠）

誠，後藤哲平，PSD-95 の脱パルミトイル化酵素 ABHD17 の性状解析（江川孝彦，深田優子，深田正紀）
自閉症関連蛋白質 Neuroligin3 による新規のシナプス誘導と社会調節機構（吉田知之，深田優子，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
トリセルラータイトジャンクション形成の分子機構（菅原太一，古瀬幹夫）

3

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告トリセルラータイトジャンクション構成分子の集積機構（菅原太一，小田裕香子，深田優子，深田正紀，古瀬幹夫）
上皮細胞の細胞間接着構造の恒常性維持機構の解析（Thanh Phuong Nguyen，大谷哲久，藤森俊彦，古瀬幹夫）
ショウジョウバエ消化管上皮の細胞間隙バリア形成と幹細胞制御に関わる新規膜タンパク質の同定（泉 裕士，古瀬幹夫）

細胞生理研究部門 ·················································································· 19
概 要
マウス食道上皮細胞の創傷治癒過程への TRPV4 の関与（Ammar Boudaka，齋藤くれあ，富永真琴）
マウス非髄鞘化シュワン細胞での TRPV4 の生理学的意義（Xiaona Feng，大野伸彦，曽我部隆彰，富永真琴）
TRP チャネルに対するモノテルペン化合物の作用の構造基盤（Thi Hong Dung Nguyen，富永真琴）
マウスミクログリアの温度依存性運動への TRPV4 の関与（西本れい，Sandra Derouiche，Aykut Deveci，加塩麻紀子，江藤圭，鍋倉淳一，富永真琴）

蚊とマウスの唾液による TRPV1, TRPA1 の機能阻害（Sandra Derouiche, Tianbang Li, 富永真琴）

心循環シグナル研究部門 ············································································ 22
概 要
心臓の圧ストレス抵抗性における P2Y6 受容体の役割（下田 翔，西村明幸，田中智弘，西田基宏）
心筋の交感神経刺激応答における TRPC6 チャネルの役割（小田紗矢香，西村明幸，田中智弘，西田基宏）
Covid-19 重症化・後遺症発現における TRPC3-Nox2 の関与（加藤百合，西山和宏，西村明幸，西田基宏）
非アルコール性肝炎における TRPC3/6 チャネルの役割（西山和宏，田中智弘，西田基宏）

生殖・内分泌系発達機構研究部門 ···································································· 24
概 要
脂肪組織炎症反応に及ぼす視床下部腹内側核 SF1 ニューロンによる調節作（Misbah Rashid，近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦，George Palfalvi）
エネルギー代謝を制御する新たな視床下部神経細胞の同定（近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦）
シングル核 RNA 解析を用いた視床下部室傍核 CRH ニューロン群の解析（菊地晶裕，近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦，郷 康広）

超微形態研究部門 ·················································································· 26
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
生体恒常性発達研究部門 ············································································ 28
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（堀内 浩，揚妻正和，Dennis Chung，和氣弘明，鍋倉淳一）
慢性疼痛モデルマウスにおける大脳皮質神経回路再編（竹田育子，小泉修一，江藤 圭，鍋倉淳一）

4

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告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 ·············································································· 30
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）
マウス一次視覚野におけるコレシストキニン陽性介在細胞由来の抑制性シナプス結合の発達（唐木智充，吉村由美子）
内因性カンナビノイドによる大脳皮質視覚野の層特異的な臨界期時期制御（米田泰輔，高木正浩，吉村由美子）
一次視覚野神経細胞における脳状態に依存した視覚応答特性の変化（呉 嘉豪，米田泰輔，吉村由美子）

バイオフォトニクス研究部門 ········································································ 31
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，金尚宏，深田吉孝，三枝理博，戸田知得，江川潔

二光子スピニングディスク共焦点顕微鏡の技術開発と生物学応用（大友康平，中田開人，安宅光倫，堤 元佐，石井宏和，榎木亮介，根本知己，村田 隆，長谷部光泰，
中村咲耶，泉 正範，上原亮太，木村 暁，木村幸太郎，渡辺美咲，関本弘之，中山博史）
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

琳，有澤光弘，鈴木健之）

深層学習を用いた三次元時系列画像から細胞自動検出・追跡（山口和志，堤 元佐，大友康平，根本知己，Wen Chentao，木村幸太郎，山本 啓，青木一洋）
画像解析による新規超解像顕微鏡法 SRRF の二光子イメージングへの適用（堤 元佐，髙橋泰伽，根本知己，小林健太郎）
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 誠，橋本信幸）

大脳神経回路論研究部門 ············································································ 35
概 要
ラットの前頭皮質における視床前外側核(VL)由来神経終末のシナプスターゲット構造
窪田芳之，江川尚美，北 啓子，江藤智子，孫 在隣，川口泰雄，倉本恵梨子）
皮質オシレーション活動による運動学習形成の制御（大塚 岳，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）
スパイン―デンドライト空間における生体分子の反応拡散シミュレーション環境の開発（浦久保秀俊，窪田芳之）

システム脳科学研究領域
認知行動発達機構研究部門 ·········································································· 38
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）

5

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告遺伝子変異個体を対象とした自己と他者の動作情報処理の神経機構の解析（二宮太平，則武 厚，磯田昌岐）
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）
素材知覚における多感覚的知覚獲得の神経機構（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 ·············································································· 40
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－大脳基底核経路の情報伝達異常がパーキンソン病症状を引き起こす
（知見聡美，Woranan Wongmassang，高田昌彦，南部 篤）
大脳皮質から線条体への入力様式の解析（佐野裕美，小林憲太，加藤成樹，小林和人，南部篤）

抗パーキンソン病薬が L-DOPA 誘発性ジスキネジアに与える行動学的影響（佐野裕美，南部 篤）
パーキンソン病モデルマウスを利用した L-DOPA 誘発性ジスキネジアの病態生理学的解析（Dwi Wahyu Indrian，知見聡美，長谷川 拓，佐野裕美，南部 篤）
ジストニア様症状を示す変異マウスの筋活動の解析（佐野裕美，吉岡 望，知見聡美，竹林浩秀，南部篤）

大脳基底核の間接路が淡蒼球外節の神経活動に及ぼす影響の解析（佐野裕美，Laura Andreoli，知見聡美，Angela Cenci Nilsson，南部篤）

大脳基底核の直接路における KCNQ2 が神経活動に及ぼす影響の解析（佐野裕美，坪井大輔，小林憲太，貝淵弘三，南部 篤）
マーモセット前頭皮質の機能マッピング（纐纈大輔，南部 篤）
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 ·········································································· 44
概 要
神経活動のゆらぎの機能的意義を理解する研究（上原一将，萩原 淳，北城圭一）
脳卒中患者の脳波位相同期ネットワークの柔軟性と機能回復との関連（岡崎由香，服部憲明，河野悌二，畠中めぐみ，宮井一郎，北城圭一）
脳波位相同期ネットワークの時系列推定と変化点検知（横山 寛，北城圭一）
脳波パワースペクトルの個人特性の多様体学習手法による可視化（末谷大道，北城圭一）
脳波ダイナミクスの準安定性と自閉症傾向の関連（佐瀬 巧，北城圭一）

心理生理学研究部門 ················································································ 46
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）

MRI による社会活動と脳白質微細構造の関連解析（福永雅喜，松本純弥，三浦健一郎，根本清貴，越山太輔，岡田直大，森田健太郎，渡邊嘉之，橋本亮太）
リアルタイムでのアイコンタクトの神経基盤：Dual fMRI および Dual 脳波-fMRI を用いた研究（小池耕彦，中川恵理，角谷基文，定藤規弘）

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告内的な情報を他者と共有する神経基盤：Dual fMRI 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）
みつめあいと共同注意の神経基盤の関連性：Dual fMRI を用いた研究（小池耕彦，土元翔平，小笠原香苗，橋口真帆，定藤規弘）
ひらめきに関係する神経基盤の解明：RAT 課題と RAVEN 課題を用いて（小池耕彦，山本哲也，原田 勉，定藤規弘）
スムースな情報共有の学習に関連した神経基盤の解明：迷路ゲーム課題を用いて（小池耕彦，角谷基文，定藤規弘）
映像に対する意見交換が映像視聴に与える影響の検討：Dual fMRI を用いて
（小池耕彦，Angela Zhang，定藤規弘）
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）
行動に随伴した社会的フィードバックの神経基盤：fMRI による検討（中川恵理，角谷基文，小池耕彦，定藤規弘）
7 テスラ高分解能 fMRI の脳表面ベース解析における空間的歪み補正の定量評価（山本哲也，福永雅喜，菅原 翔，濱野友希，定藤規弘）
両手指系列運動学習の動作特異的神経基盤の解明：7 テスラ fMRI
（濱野友希，菅原 翔，福永雅喜，定藤規弘）
二者間の社会的行動選択中の神経基盤：Dual fMRI を用いた研究（土元翔平，小池耕彦，二宮太平，磯田昌岐，定藤規弘）
認知制御は一次運動野における GABA の局所変化を介して運動学習に影響する（丸山修紀，福永雅喜，菅原 翔，濱野友希，山本哲也，定藤規弘）
社会的意思決定における 2HBT1 効果の神経基盤（南條啓孝，小池耕彦，宮田紘平，定藤規弘）
日本の教科書は文章題を解くためにどんな図表が役立つと教えているか（綾部宏明，定藤規弘，マナロ エマニュエル，福田麻莉）
相談者の不安が軽減することの神経基盤の検討（橋口真帆，小池耕彦，定藤規弘）
時間の長さを知覚することの正確さに関連する神経活動の検討（橋口真帆，小池耕彦，Denis Le Bihan，定藤規弘）
心理的プレッシャーが運動制御に与える影響の検討（小笠原香苗，小池耕彦，定藤規弘）

個別研究
個別研究（大橋研究室） ············································································ 54
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（山肩研究室） ············································································ 54
概 要
加齢と手がかり記憶，海馬依存性記憶（山肩葉子，柳川右千夫，井本敬二）

個別研究（佐竹研究室） ············································································ 55
概 要
Roscovitine がシナプス小胞体の多重性放出を亢進する作用の分子的基盤（佐竹伸一郎）小脳登上線維‐プルキンエ細胞間シナプスにおいて記録されるグルタミン酸輸送体電流の性質（佐竹伸一郎）研究連携センター ········································································· 57
概 要7

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告共同利用研究推進室 ················································································ 57
概 要

学術研究支援室 ···················································································· 58
概 要

NBR 事業推進室 ··················································································· 58
概 要

脳機能計測・支援センター
形態情報解析室 ···················································································· 60
概 要
ノロウイルスの感染型への構造変化をクライオ電子顕微鏡で解析（ソン チホン，村田和義，片山和彦）
真核生物誕生の鍵を握る微生物「アーキア」の構造をクライオ電子顕微鏡で観察（ソン チホン，村田和義，井町寛之）

多光子顕微鏡室 ···················································································· 61
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，植田大海，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）
新規レーザーによる 3/4 光子顕微鏡の開発（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）
光応答性 CaMKII 分子を用いた海馬神経細胞におけるメタ可塑性メカニズムの解明（植田大海，佐藤愛子，恩田麻紀，村越秀治）

生体機能情報解析室 ················································································ 63
概 要
領域間推定法を用いたトップダウン・ボトムアップシグナルの除去（Pham Quang Trung，西山翔大，定藤規弘，近添淳一）
認知機能の時系列的活動レベル推定（小山雄太郎，平山淳一郎，地村弘二，定藤規弘，近添淳一）
The neural basis of sensory perception-to-value transformation: A combinatory study of fMRI and artificial neural network（Trung Quang Pham，Takaaki Yoshimoto，Haruki Niwa，Haruka K Takahashi，Ryutaro Uchiyama，Teppei Matsui，Adam K Anderson,，Norihiro 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 ············································································ 65
概 要
ウィルスベクターの提供による共同研究の推進（小林憲太）
脳機能解析に有用なウィルスベクターシステムの開発
小林憲太，佐野裕美，南部 篤）
細胞内シグナル伝達分子の活性操作による新しいパーキンソン病治療法の探索（小林憲太，佐野裕美，貝淵弘三，南部 篤）

遺伝子改変動物作製室 ·············································································· 66
概 要Prdm14 欠損ラット胚盤胞の多能性幹細胞での補完による遺伝子改変ラットの効率的作製（小林俊寛，平林真澄）

代謝生理解析室 ···················································································· 66
概 要8生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告円形温度グラジエント装置によるマウス温度嗜好性解析（笹島沙知子，宇治澤知代, 富永真琴）
長引く痒みに関係するアストロサイトの活性化メカニズム（津田 誠，白鳥美穂，西田基宏）
視床下部カナビノイド受容体の発現レベルに及ぼす高脂肪食とニコチン摂取の相互作用（Tingting Guo，田中智洋，中尾一和，箕越靖彦）
パーキンソン病の病態生理の解析（知見聡美，佐野裕美，南部篤，笹岡俊邦，齊藤奈英）

動物資源共同利用研究センター····································································· 69
概 要
管理運営
研 究
教 育
社会貢献

技術課 ··················································································· 73
概 要
（大河原

浩）

施設の運営状況①システム脳科学研究領域(1) 生体磁気計測装置（生体機能情報解析室）（髙橋直樹，犬塚小百）(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，竹市裕介）(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，高橋伸明）

9

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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白を進め，卵母細胞，HEK293T 細胞等の遺伝子発現系におけは，神経細胞の興奮性とその調節に重要な役割を果たし，る機能発現の再構成を行った。また，2 電極膜電位固定法，

脳機能を支えている。本研究部門では，これらの神経機能

パッチクランプ等の電気生理学的手法，細胞内 Ca2+イメージ素子を対象として，生物物理学的興味から「その精妙な分

ング・全反射照明下での FRET 計測・蛍光非天然アミノ酸を子機能のメカニズムと動的構造機能連関についての研究」

用いた膜電位固定下蛍光変化測定等の光生理学的手法によに取り組み，また，神経科学的興味から「各素子の持つ特り，その分子機能調節と構造機能連関の解析を行った。また，性の脳神経系における機能的意義を知るための個体・スラ

生理研内外の研究室との共同研究により，遺伝子改変マウス

イスレベルでの研究」を進めている。

の作成と行動解析，免疫組織化学的解析，赤外分光による膜

今年度，これまでに引き続き，神経機能素子の変異体やキタンパク質の構造変化の解析等も行っている。以下に，今年

メラ分子の作成，tag の付加，非天然蛍光アミノ酸の導入等度実施した研究課題とその内容の要約を記す。

ATP 受容体チャネル P2X2 の膜電位依存的動的構造変化の，膜電位固定下蛍光測光法による解析
Rizki Tsari Andriani，久保義弘
P2X2 は細胞外 ATP によって活性化される 2 回膜貫通

electrochromic effect により膜電位依存的な蛍光強度の変型サブユニットの 3 量体で構成される非選択性陽イオン化が起きていると解釈され，Ala 337 の位置に電場が強くチャネルである。我々は，これまでに，P2X2 が，分子内集約していることを示す。さらに，膜電位依存的ゲーテに典型的な膜電位センサーを有しないにも関わらず，膜ィ ン グ を 際 立 た せ る K308R 変 異 を 付 加 し た 変 異 体

電位に依存するゲーティングを示すことを見出したが，K308R & Ala337Anap を解析したところ，上述の速い成

その膜電位感知機構は未解決であった。本研究において分に加え，電流の活性化に随伴する，キネティクスが遅は，ツメガエル卵母細胞を発現系として用い，膜電位固く膜電位依存性を示す成分が観察された。この変化は，定下蛍光測光法（VCF）により ATP と膜電位に依存する

P2X2 の膜電位依存的活性化に伴う構造変化を反映する

動的構造変化の光学的検出を試みた。P2X2 の蛍光ラベものと考えられた。構造解析の結果から，ATP 結合に伴ルは，いかなる部域にも特異的に高効率で導入可能な蛍い，第 1 膜貫通部位の Phe44 が Ala337 の近傍に動き入

光非天然アミノ酸 Anap を取り込ませることにより行っることが知られているため，ATP 存在下で Ala337 とた。P2X2 内の 96 カ所に 1 箇所ずつ Anap を導入して VCF

Phe44 の相互作用が想定された。そこで，種々の変異体解析を行ったところ，膜電位依存的変化は，第 2 膜貫通を用いた機能解析を行ったところ，ATP 存在下での部位の Ala337 と Ile341 でのみ観察された。その変化は，

Ala337 と Phe44 の相互作用が膜電位依存的ゲーティング

極めて速いキネティクスを示し，また，膜電位変化に追に重要な役割を果たしていることが明らかになった。以随してリニアに変化したため，膜電位依存的ゲーティン

上より，電場が集約する Ala337 の位置における Ala337

グに伴う P2X2 の構造変化というより，膜電位変化そのと Phe44 の相互作用が P2X2 の膜電位依存的ゲーティン

ものを反映するものと考えられた。この結果は，Anap のグの基盤であることが結論された。

10

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

GIRK チャネルの変異による異常なイオン選択性の発生の新規機構の解明
陳以珊（I-Shan Chen），久保義弘

GIRK チャネルは神経興奮性・心拍・膵島ホルモン分

リカツメガエル卵母細胞を発現系として用い 2 電極固定

泌の調節において重要な役割を果たす分子である。GIRK法により電気生理学的に解析した。その結果，G156S 変チャネルの遺伝子変異による異常なイオン選択性は，過異体は，K+ に比して，Li+ と Na+ と Methyl- ammonium に

剰な Na+ と Ca2+ の流入による細胞死を引き起こす。こ対する選択性が高く，L173R 変異体は Rb+ と Cs+ に対すのような GIRK チャネルのミスセンス変異によるイオ

る選択性が高いことが明らかとなった。また，SF の構築

ン調節機能の障害は，Keppen-Lubinsky 症候群や原発性アするイオン透過路のブロッカーである Ba2+ や TPN-Q のルドステロン症等先天性疾患の原因である。これまでの投与により，G156S 変異体のイオン選択性が変わり，研究では，GIRK チャネルの変異体のホモロジーモデル

L173R 変異体のイオン選択性は変化しないことが観察さを用いてイオン選択性フィルター（SF）の構造変化を予れた。これらの結果から，G156S の変異により，L173R

測し，変異により K+ と SF の結合の安定性が乱れ，異常変異体とは異なる構造変化が起こり，通常の SF の構築

なイオン選択性に繋がることが推察されているが，このするイオン透過路とは異なるイオン選択性を持つ，第二仮説を実証するデータは提示されていない。本研究では，のイオン透過路が新たに形成された可能性が示唆され

GIRK2 チャネルの SF の G156S 変異体，ポアヘリックス

た。本研究により，従来と全く異なる解釈である「新規の L173R 変異体等の異常なイオン選択性を示す変異体

イオン通過路の形成による異常なイオン選択性の発生」の，種々の 1 価陽イオンの K+ に対する選択性を，アフの可能性が示唆された。

THIK チャネルの活性を制御する遠位 C 末端両域の同定
立山充博，久保義弘
THIK チャネルは，2 ポア型カリウムチャネルファミリに関わる領域の同定を目指した。異なる長さで C 末端をーに属し，4 つの膜貫通部位と 2 つのポア領域を有する。

削除した THIK チャネルコンストラクトを複数作製し，

THIK チャネルには，THIK-1 と THIK-2 のサブタイプがその機能解析を行ったところ，遠位 C 末端の 10 アミノ

存在するが，両者ともに Gi/o および Gq 共役型受容体

酸残基の削除により基礎電流量が増加すること，Gq-R の（Gi/o-R および Gq-R）により活性化されることを，我々作用が減弱することが明らかとなった。さらに，THIK-1

は見出した。一方，THIK-1 チャネルにおいて，中位 C 末

チャネルの L398A 変異体および THIK-2 チャネルの端領域でのペプチド切断によりコンダクタンスが増加

L423A 変異体でも同様な結果が得られた。以上により，することや遠位 C 末端領域が Gi/o-R の作用に必須であ遠位 C 末端領域がチャネルの基礎活性および Gq-R 依存

ることが報告されていた。そこで，本研究では，チャネ的活性化に重要な役割を持つことが示された。

ル C 末端領域に着目し Gi/o-R および Gq-R 依存的活性化

11生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

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

うに近接するかという構造変化の知見が得られる。DII-

チャネルファミリーに共通する基本単位を同一分子中

S4 の各残基をシステインで置換し Cd2+ を加えたところ，に 2 つ有する（ドメイン I，II）という，特徴的な分子構

導入位置依存的にチャネル全体の膜電位依存性に異な造を持つ。TPC3 のドメイン II において，膜電位センサ

る影響があることがわかった。これらのシステイン変異ーの実体である S4 ヘリックスのアミノ酸配列は，疎水に，内在性の負電荷を中性化する変異を組みわせたとこ

性の高い膜貫通領域であるにも関わらず負電荷（Asp511）

ろ，D511C や F514C などのいくつかの変異体では，シスを持つなど，一般的な膜電位依存性カチオンチャネルに

テイン変異のみでは観察された電位依存性の変化が消はあまり見られない特徴を有する。ドメイン II の S4
（DII-失した。この結果は，Asp511 や Phe514 が，開状態あるS4）の細胞外側のアミノ酸残基をそれぞれシステインにいは閉状態において内在性の負電荷と近接するような変異させ，Cd2+ を投与することによる膜電位依存性への位置に DII-S4 があることを示している。複数のシステイ

影響を調べた。一般に膜電位依存性カチオンチャネルにン変異体の解析結果から，DII-S4 の開状態・閉状態におおいて，S4 ヘリックスに導入されたシステイン変異は，ける構造変化様式を予測したところ，その動きは古典的

他のヘリックス上に存在する内在性の負電荷とともにな膜電位依存性 K+ チャネルの S4 の動きとは大きく異

Cd2+結合サイトを形成することが知られており，これになることが示唆された。以上の結果は，TPC3 におけるより膜電位変化によって S4 が他のヘリックスにどのよ

DII-S4 のユニークな動きを示唆するものである。

ホスホイノシチドによる 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

薬 MTSES の，導入 Cys に対するアクセシビリティを，ックス（S4）に複数の正の荷電残基を有しており，これPI 存在下と非存在下で比較すると，PI 存在下の方が 2ndにより膜電位変化に応じた S4 の構造変化が可能になる。

S4 の細胞外領域が外液中に露出していることが分かっ

Two-pore Na+ channel (TPC) 3 はサブユニット内に 2 つのた。また Voltage Clamp Fluorometry 法により，2nd S4 の異なる S4 を持つが，主に 2 番目の S4 (2nd S4) が電位依N 末端領域と C 末端領域のそれぞれを蛍光ラベルした存的な TPC3 の活性制御に重要である。また TPC3 はホ

TPC3 を解析し，蛍光強度変化をもとに 2nd S4 の構造変

スホイノシチド（PI）による活性制御も受ける。本研究化を捉えた。その結果，PI 存在下の方が非存在下に比べ，では，膜電位や PI によって 2nd S4 の構造がどのように制2nd S4 の電位依存的な構造変化が起こりやすいことが分御されるのかを明らかにすることを目的とした。まず，かった。これらの結果から TPC3 の 2nd S4 の電位依存的

2nd S4 の細胞外領域にシステイン（Cys）変異を導入し，な構造変化が，PI によって制御されることが明らかにな

ツメガエル卵母細胞に強制発現させて二電極膜電位固った。

定法により解析した。細胞外液中に添加した Cys 修飾試

12

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第 42 巻（Dec,2021）

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，膜タンパク質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の発現を大過剰にしなければ効果が観察されず，またバ

Reticulum 膜（ERM）のミトコンドリアと向き合った部

ッチごとに大きく結果がばらついたことから，確実な結域（MAM）に局在し，ERM 上の IP3 受容体と共働して，論を得ることはできなかった。卵母細胞発現系が，PM と2+ 動態に寄与す

ERM が近接していない等の理由により，Sigma-1R の作

ること，リガンドの結合により MAM から移動し，ERM

用を解析するのに不向きである可能性が想定されたた上の STIM1 および形質膜（PM）上の Orai1 と共働してめ，発現系を HEK293T 細胞にシフトし，パッチクラン

ER への Ca2+ の取り込みを調節すること等が知られていプ法による電気生理学的解析を開始した。Gi/o 結合型受る多機能タンパク質である。また，Sigma-1R は，PM 上

容体の機能に対する Sigma-1R 共発現の作用を，エフェ+ チャネル等のトラフィッキングや機能を修の hERG K

クターである GIRK1/2 チャネルの電流を指標として解飾することが報告されているが，網羅的解析は行われて析したところ，ムスカリニック受容体 2 型（m2R）の機いない。本研究では，膜タンパク質の発現や機能に対す能が顕著に抑制されることを見出した。同じ Gi/o 結合型

る Sigma-1R の共発現の作用を解析し，またその作用のの m4R, mGluR2, D2R では抑制効果が観察されず，m2R構造基盤を明らかにすることを目的とする。これまでに，に特異的な効果であることが示された。今後，m2R とミトコンドリアと ER の間隙部位等の Ca

まず，ツメガエル卵母細胞を発現系として，種々の膜電m4R のキメラ分子の機能解析等により，Sigma-1R の m2R

位依存性 K+ チャネルの電流量に対する Sigma-1R の共発に対する抑制作用の構造基盤と作用機構の解明を目指

現の作用を電気生理学的に解析した。しかし，Sigma-1Rす。

細菌由来の膜電位依存性 Ca2+ チャネルの同定
下村拓史，立山充博
入江克雅，米川佳樹，名倉仁，藤吉好則（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）

膜電位依存性 Ca2+ チャネル（Cav）は，膜の電位変化とチャネル活性を測定するスクリーニングを行った。その結2+ シグナルを結びつける生理的に重要な分子で細胞内 Ca

果，好熱菌 Meiothermus ruber より，高い Ca2+ 選択性を有ある。真核生物の Cav は 6 本の膜貫通ヘリックスを基本する原核生物 Cav（CavMr）を初めて同定することに成功単位とし，それらが 4 回繰り返された 24 回膜貫通型の複した。興味深いことに，Cav においてイオン選択性を決定

雑な分子構造を有する。進化的には，もともと基本単位のする選択性フィルターの配列を哺乳類の Cav と比較したみからなる Cav が存在し，2 回の遺伝子重複を経て連結さところ，CavMr の配列は，ヒトを含む哺乳類 Cav のリピ

れ今のような構造になったものと考えられる。細菌やアーート I および III の配列に類似していることがわかった。

キアなどにおいてはこのような祖先型の特徴を保持した

特に，選択性フィルターの 4 位のグリシン残基が特徴的で

Cav が存在するものと長らく期待されているが，これまであるが，CavMr においてこのグリシン残基を変異させた

未同定であり，電位依存性イオンチャネルの進化を考える

ところ Ca2+ 選択性が大きく損なわれた。この結果は，Cav

上でのミッシングリンクとなっていた。我々は，細菌ゲノにおいて原核生物からヒトにまで高度に保存された Ca2+

ムデータベース上で，既存の Cav と相同性を有するアミ選択機構の存在を示唆するものである。

ノ酸配列を探索し，哺乳類培養細胞にそれらを発現され，13

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

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

LGI1-ADAM22-MAGUK 複合体によるナノカラムの配列制御とシナプス伝達制御の解明
深田優子，平野瑶子，稲橋宏樹，深田正紀
南部篤，知見聡美（生体システム研究部門）

平林真澄，三宝誠，後藤哲平（遺伝子改変動物作製室）
深井周也（京都大学）

Roger Nicoll（カリフォルニア大学サンフランシスコ校，米国）
最近，シナプス前部と後部の内部に，さらに小さい領作製した（平林グループとの共同研究）。そして，その域（ナノドメイン）が存在し，これらナノドメインの対

マウスが自発的なてんかん脳波を発出し，致死的な痙攣

面整列によって，効率のよい情報伝達が可能となること発作を示すことを見出した（南部グループとの共同研が提唱されている（シナプス・ナノカラム説）。しかし，

究）。さらに，このマウスの海馬スライスの電気生理学

どのような分子がシナプス間の整列調整を担っている的実験によって，興奮性シナプス伝達が減弱することをか，そして，その破綻が脳機能に与える影響に関して不明らかにした（Nicoll グループとの共同研究）。一方，ヒ明であった。我々は LGI1–ADAM22 に結合する蛋白質をトでてんかんを引き起こす ADAM22 のある変異体が免疫沈降法を用いて網羅的に調べ，プレシナプス，ポス

PSD-95 に結合できないことを見出した。以上の結果から，トシナプスの複数の蛋白質を同定した。そして，脳組織

LGI1–ADAM22–MAGUK 複合体がナノカラム構造形成

切片の免疫組織染色によって，これら蛋白質がシナプスを制御し，その破綻がてんかんを引き起こすことを明らを跨いで複合体を形成していることを明らかにした。こかにした。

のトランスシナプス複合体の生理的意義を調べるため，（ Fukata Y et al. Proc Natl Acad Sci USA 2021, 118:

PSD-95 との結合能を欠損させた ADAM22 変異マウスを

e2022580118）

14

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第 42 巻（Dec,2021）

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
平林真澄，三宝誠，後藤哲平（遺伝子改変動物作製室）

てんかんはおよそ 1 %の人が罹患する脳神経疾患で，このリン酸化欠損変異体のノックインマウスを作製し現在用いられている抗てんかん薬に対して難治性のてたところ（平林グループとの共同研究），このノックイ

んかんも知られており，新たな作用点をもつてんかん薬

ンマウス脳内で ADAM22 と LGI1 の蛋白質量が減少しての開発が求められている。我々はこれまでに，神経分泌いることを見出した。そして，ADAM22 のリン酸化依存

蛋白質 LGI1 の欠損や変異によって，LGI1–ADAM22 複的な蛋白質間相互作用が ADAM22 を細胞内で安定化し合体が減少すると，てんかんが引き起こされることを報ていることを突き止めた。2020 年度は，ADAM22 の減少

告してきた。本研究では LGI1–ADAM22 複合体を安定化の程度と，てんかん発症との関連性を明らかにするため，する分子機構を明らかにし，新たなてんかん治療戦略を

ADAM22 を様々な量で発現する変異体マウス系統群を見出すことを目指した。最近，我々はマウス脳内での作製し，その痙攣感受性の評価を進めた。

ADAM22 の主要なリン酸化サイトを同定した。そして，知的障害と関連する脳内分泌蛋白質 LGI3 の性状解析
宮﨑裕理，深田優子，深田正紀
平林真澄，三宝誠（遺伝子改変動物作製室）

LGI ファミリー蛋白質（LGI1〜4）は，中枢及び末梢神

胞内分布，結合蛋白質（受容体）等については未だ不明

経系に発現する分泌蛋白質であり，LGI ファミリー遺伝である。そこで本研究では，LGI3 の生理機能を明らかに

子変異は，てんかん（LGI1，LGI2 機能異常）や末梢神経

し，LGI3 機能不全が脳の機能異常を引き起こす機序を解髄鞘低形成（LGI4 機能異常）などの神経疾患を引き起こ明することを目指した。我々は LGI3 の性状解析を目的すことが知られている。また，近年のヒト遺伝学的研究に，LGI3 遺伝子にエピトープタグを付加したノックイン

によって，LGI3 遺伝子変異と遺伝性の知的障害発症の関マウスを作製した（平林グループとの共同研究）。2020

連性が報告され，LGI3 が脳の高次機能に重要な役割を果

年度は，このノックインマウスを用いた LGI3 の脳内発たす可能性が示された。しかしながら，LGI3 の生理機能現分布解析を進めた。

は十分に理解されておらず，特に LGI3 の脳内発現，細PSD-95 の脱パルミトイル化酵素 ABHD17 の性状解析
江川孝彦，深田優子，深田正紀
足場蛋白質 PSD-95 は，興奮性シナプスのシナプス後必要不可欠である。パルミトイル化修飾はリン酸化修飾

肥厚部（post synaptic density，PSD）に濃縮し，AMPA 受と同様に，可逆反応であり外界刺激に依存して制御され容体や NMDA 受容体，Neuroligin など，様々なシナプス

る。最近，我々は PSD-95 脱パルミトイル化酵素として

膜タンパク質を裏打ちすることにより，シナプス伝達や

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

シナプス形成の中核的な役割を果たす。PSD-95 が PSD

17C を同定した。しかし，ABHD17 酵素の脳内発現，細に局在，濃縮するためには，パルミトイル化脂質修飾が胞内局在，基質特異性，活性制御機構，生理機能につい15

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域ては未だ不明である。本研究では ABHD17 の性状解析をた。2020 年度は新たに見出した ABHD17 相互作用分子進めるため，ABHD17 にタグを挿入したノックインマウのパルミトイル化修飾の解析を進めた。

スを用いて，ABHD17 に相互作用する分子の探索を行っ

自閉症関連蛋白質 Neuroligin3 による新規のシナプス誘導と社会調節機構
吉田知之（富山大学）
深田優子，深田正紀
Neuroligin3 はシナプス後部の膜蛋白質であり，シナプの結合蛋白質として見出した。さらに，吉田博士らによス前部の Neurexin (Nrx) と結合し，シナプス形成を担う

り，NLGN3 と PTPδ の結合欠損がマウスの社会性行動をことが知られている。NLGN3 遺伝子に生じる様々な変減少させる一方で，NLGN3 と Nrx との結合欠損が逆に異が自閉症の発病に関連することが知られており，社会

社会性行動を増加させることが示された。このことから，性発達の鍵分子と考えられているが，その分子機能につNLG3 が PTPδ と Nrx の結合を介して，双方向に社会性いては不明な点が多い。今回，吉田知之博士（富山大学）

行動の発達を調整している可能性が示唆された。

との共同研究にて，シナプス前部の受容体脱リン酸化酵（Yoshida T et al. Nat Commun 2021, 12:1848）

素 PTPδ のインタラクトーム解析を行い，NLGN3 を PTPδ

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 に対すを進めた。LGI1 モノクロナール抗体は，抗原エピトープ

る自己抗体（血清）が LGI1 とその受容体 ADAM22 の結により 2 種類に分類され，いずれの部位に対する抗体も合を阻害することにより自己免疫性辺縁系脳炎を引き

海馬スライスにおいて，神経細胞の興奮性を増加させる

おこすことを報告してきた。今回，Prüss 博士との共同研ことを見出した。

究により，辺縁系脳炎患者の B 細胞から複数の LGI1 モ（Kornau HC et al. Ann Neurol 2020, 87, 405-4）

ノクロナール抗体を単離し，それらの特異性と性状解析

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

生後脳における新生ニューロンやグリア細胞の産生・移し，恒常的に新生ニューロンやグリア細胞が産生されて動・成熟メカニズム 1-3 および，脳傷害後のニューロン・

いることが明らかになった。この神経新生機構は，生理

グリア細胞の再生および脳機能の回復を賦活化する操的条件下では，脳の発達や恒常性の維持に関与する。一

作技術の開発 4-6 を進めている。さらに，ゼブラフィッシ

方，脳外傷や脳梗塞などにより脳が損傷を受けると，こュやコモンマーモセットなど他のモデル動物におけるのメカニズムが活性化して，傷害で失われたニューロン

ニューロン新生を比較し，その制御機構の共通性，多様の一部を再生させる。本研究部門では，マウスを用いて性を解析している 7,8。これらの研究において，生理学研

16生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／分子細胞生理研究領域

治療法の開発に貢献することを目指している。

究所の他の研究部門の協力を得て，二光子顕微鏡を用いたニューロン再生の生体イメージング（鍋倉淳一教授と1. Fujikake et al., J Neurosci (2018) 38: 4598-4609

共同）や連続ブロック表面走査型電子顕微鏡を用いた新2. Sawada et al., EMBO J (2018) 37: e97404

生ニューロンの微細形態解析（古瀬幹夫教授，大野伸彦

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

客員教授と共同），再生ニューロンの電気生理学的特性

4. Fujioka et al., EBioMedicine (2017) 16: 195-203の解析（南部篤教授，川口泰雄教授と共同）を実施して

5. Jinnou et al., Cell Stem Cell (2018) 22: 128-137いる。本研究部門では，上記の研究を通じて，生後脳に6. Kaneko et al., Science Adv (2018) 4: eaav0618

おけるニューロンやグリア細胞の新生メカニズムとそ

7. Akter et al., Cereb Cortex (2020) 30: 4092-4109の意義を解明し，様々な中枢神経系疾患に対する新たな

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

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
成体脳の側脳室周囲組織である脳室下帯では，持続的本研究では，細胞構造研究部門との計画共同研究によに新生ニューロンが産生されている。産生された新生ニり，連続ブロック表面走査型電子顕微鏡を用いて，移動ューロンは，お互いに接着して鎖状の細胞塊を形成し，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目的地に向かって高速で移動する。また，脳傷害時にはる。本年度は，新生ニューロン間の接着様式の微細形態

傷害部位へ新生ニューロンが移動するが，この移動過程を解析した。また，出生時イベントが，その後の脳室下でも鎖状の細胞塊が観察されることから，新生ニューロ

帯の細胞構築に与える影響を解析した。さらに，新生ニンの鎖状移動は，成体脳内を移動するための重要な移動

ューロンが移動を停止した後にシナプスを形成する際様式であると考えられる。さらに，新生ニューロンは適の，ミクログリアと新生ニューロンの相互作用について，切な場所で移動を停止させ，分化を開始する。しかし，形態学的特徴を解析した。これらの解析から，成体脳に新生ニューロンの移動維持・停止過程における接着様式

おける新生ニューロンの移動・分化と接着制御の関係がおよび制御メカニズムは不明である。

明らかになった。

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いない。本研究ではニューロン再生における微小環境とが神経回路へ組み込まれる一方，古い嗅球ニューロンはして血管およびミクログリアの役割に着目し，多光子顕

細胞死により除去されている。このようにニューロンが微鏡を用いて血流およびミクログリアの動態を観察し，常に入れ替わることで，嗅球の神経回路の維持および再ニューロン再生との関係を解析している。本年度は，嗅編成が生じ，嗅覚機能が保たれている。我々は，生体恒球において長期間血流制御を行う実験系を確立した。ま

常性発達研究部門との計画共同研究により，多光子顕微

た，ニューロンの再生過程において，ミクログリアによ鏡を用いた嗅球ニューロンの長期生体イメージング法る貪食が果たす役割を解析した。これらの結果から，ニを確立し，ニューロン再生過程における嗅覚入力の役割

ューロン再生における血流とミクログリアの役割が明を明らかにした。しかし，ニューロン再生と周囲の微小らかとなることが期待される。

環境との関係およびその制御機構はいまだ解明されて17

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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，二つの空間を隔て析を中心に，分子細胞生物学，遺伝学，電子顕微鏡形態

つつ選択的な物質輸送を行うことにより各器官の液性学と生理学的手法を組み合わせて研究を行っている。

環境の恒常性を維持している。細胞構造研究部門では，2020 年度は tTJ の形成機構の解明について進展があった。

この上皮の本質的な役割に寄与する上皮のバリア機能

tTJ の構成分子である 2 種の膜タンパク質アンギュリンと透過性制御のしくみを理解するために，細胞間隙におとトリセルリンのうち，アンギュリンが tTJ 形成と上皮ける物質透過を制御する細胞間結合の分子構築と機能

バリア機能に中心的な役割を果たすことがはじめて明の解明を進めている。研究の対象はタイトジャンクショ

らかになった。さらにアンギュリンが tTJ に集積するメン（密着結合），３つの上皮細胞の角が接する部分に形

カニズムに関するモデルを提唱した。研究室構成員に入成されるトリセルラータイトジャンクション（tTJ)，腸管

れ替わりがあり，菅原太一特任助教が 2020 年 3 月に転上皮のバリア機能をショウジョウバエモデルで研究す

出，後任として藤原佐知子特任助教が 10 月に着任した。

るためのセプテートジャンクション(SJ)である。研究グ

また，総研大生理科学専攻の大学院生として長澤有祐がループで同定してきた細胞間結合の構成分子の機能解研究室に参加した。

トリセルラータイトジャンクション形成の分子機構
菅原太一，古瀬幹夫
トリセルラータイトジャンクション（tTJ）は 3 つの上ルートされる膜タンパク質トリセルリンを介するか否か

皮細胞が接する領域（3 細胞結合）の細胞間隙を閉鎖するを調べた。トリセルリンを欠失させた細胞を樹立して解析

細胞間結合で，上皮の十分なバリア機能に必要であるが，したところ，凍結割断レプリカ法で観察される tTJ の形態

その形成機構には不明な点が多い。我々は，培養上皮細胞にわずかな異常が生じるものの，3 細胞結合は閉鎖したまである MDCKII から tTJ の膜タンパク質アンギュリン-1まであり，細胞シートのバリア機能も正常であった。このを欠失させると tTJ 形成が不完全となり，細胞シートのバことから，tTJ 形成と上皮バリア機能において，tTJ の 2 種

リア機能が低下することを見出していた。そこで，この影の膜タンパク質のうち，アンギュリンファミリーが主要な

響が，アンギュリン−1 との相互作用によって tTJ にリク役割を果たすことが明らかになった。

トリセルラータイトジャンクション構成分子の集積機構
菅原太一，小田裕香子（京都大学），深田優子（生体膜研究部門），深田正紀（生体膜研究部門），古瀬幹夫
トリセルラータイトジャンクション（tTJ）形成の仕組

ンギュリン 1 が 3 細胞結合領域（TC)に集積するには細みを理解するためには tTJ の膜タンパク質アンギュリン

胞質領域の高度なパルミトイル化修飾が必要であるこ

1 の局在化機構を解明する必要がある。私たちは，生体とを明らかにしていた。今回，アンギュリン 1 の細胞外膜研究部門との共同研究により，tTJ の膜タンパク質アドメインの複数のアイソフォームの動態の解析から，ア18

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

ンギュリン 1 の tTJ への局在化には，パルミトイル化だ

胞質ドメインが TC のコレステロール依存膜ドメインにけでは不十分であり，細胞外領域も重要であることを明

親和性をもつこと，細胞外領域がホモフィリックな弱いらかにした。さらに，細胞膜からのコレステロールを除接着性を発揮することの両方を利用して TC 特異的に集去するとアンギュリン 1 の局在化が阻害された。以上よ積するというモデルを提唱した。

り，アンギュリン 1 は，高度にパルミトイル化された細（Oda et al., J. Biol. Chem., 295:4289-4302, 2020）

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

JAM-A 欠損細胞においては細胞が伸展した際に細胞間ストレスにさらされるが，その際にどのようにして上皮接着構造が破断する様子が認められた。定量的な解析を

恒常性が保たれるのかは十分に理解されていない。私た

行った結果，クローディン・JAM-A 欠損細胞においては

ちは，タイトジャンクションの膜タンパク質であるクロ細胞の伸展が一定の閾値を超えた際に細胞間接着が破ーディンファミリー分子群と JAM-A を欠損した細胞に断することが観察された。一方で，正常細胞が同程度のおいて細胞間接着構造が不安定化することを見出した。

伸展刺激に晒されても細胞間接着構造は保たれた。これ

タイムラプスイメージングを用いて細胞間接着構造のらの結果から，クローディンと JAM-A が力学的ストレ

動態を検討した結果，正常細胞においては常に連続的なスに対する細胞間接着構造の安定性に重要な役割を果細胞間接着構造が保たれたのに対し，クローディン・

たすことが示唆された。

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

セプテートジャンクション（SJ）は，ショウジョウバエ

らかにした。さらに，成虫の消化管で Hoka の発現を抑制し上皮の細胞間隙バリア機能を担う細胞間接着装置である。

たところ，上皮バリア機能の低下と共に，幹細胞の著しい

私たちは，ショウジョウバエ消化管の新規 SJ 構成膜タンパ

増殖亢進が観察された。また，そのような幹細胞では，増殖

ク質として Hoka を同定した。Hoka の変異体は幼虫期で致に関与する Ras-MAP キナーゼ,Jak-STAT 経路が活性化して死であったため，個体の発生に必須な分子であることが分いた。これらの結果より，Hoka はショウジョウバエ消化管

かった。また，Hoka は他の SJ 構成分子 Ssk, Mesh, Tsp2A と上皮の SJ 形成とバリア機能に必須であり，成虫消化管にお分子複合体を形成し，協調して SJ の形成に関わることを明いては幹細胞の増殖を制御していることが明らかになった。

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

19

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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，活性化制御機構のマウス食道上皮細胞の創傷治癒過程への TRPV4 の関与
Ammar Boudaka，齋藤くれあ，富永真琴
TRPV4 チャネルは広く上皮細胞に発現して温かい温ATP 放出を刺激すると gap closure は抑制された。外から度刺激や機械刺激で活性化し，食道上皮細胞では ATP 放の ATP 投与は濃度依存的に gap closure を抑制し，出に関わることが知られている。そこで，食道上皮損傷

adenosine も濃度依存的に gap closute を抑制した。さらなからの治癒過程への TRPV4 の関与を検討した。Wound

る解析によって，adenosine は A2B adenosine 受容体に作

healing assay での単離食道上皮細胞の運動（scratch で除用していることが分かった。これらの結果から，食道上去した gap の closure）は，TRPV4 欠損細胞で有意に促進皮細胞は TRPV4 によって機械刺激を感知し，放出されし，外部からの TRPV4 強制発現で有意に抑制された。細た ATP が分解して生じた adenosine が A2B adenosine 受容胞周期解析で，TRPV4 欠損細胞は G0/G1 期の細胞が少体に作用して gap closure（損傷からの回復）を抑制してなく，S 期の細胞が多く，TRPV4 が細胞増殖に影響を与いることが明らかになった。

えていると推測された。培養ディッシュを揺らす機械刺1) Boudaka A, Saito C.T., Tominaga M. Deletion of TRPV4

激を加えたところ，gap closure は小さくなったことから，

enhances in vitro wound healing of murine esophageal

TRPV4 の活性化が gap closure を抑制させたと考えられ，

keratinocytes. Sci. Rep. 10: 11349, 2020.

TRPV4 欠損細胞の結果と一致した。NPPB 処理によってマウス非髄鞘化シュワン細胞での TRPV4 の生理学的意義
Xiaona Feng，大野伸彦，曽我部隆彰，富永真琴
マウスシュワン細胞での TRP チャネルの発現を解析

免疫染色法により，髄鞘化シュワン細胞ではなく，非髄したところ，TRPV4 遺伝子及び蛋白質の発現を確認し，鞘化シュワン細胞で TRPV4 が発現していた。また，髄鞘Ca-imaging 法，パッチクランプ法で TRPV4 の機能的発への ex-vivo パッチクランプ法による解析で，損傷モデ現も観察した。ミエリン関連タンパク質の発現や電子顕ルでのみ TRPV4 活性化による電流応答を観察した。こ微鏡での髄鞘形成の検討では，野生型マウスと TRPV4 欠

れらのことから，坐骨神経損傷で非髄鞘化シュワン細胞

損マウスで差はなく，TRPV4 は正常な髄鞘形成に関与しが増加したことで TRPV4 の発現増加が起こったと解釈ないと考えられた。ところが，坐骨神経切断モデルを作した。坐骨神経損傷後の後肢の回復は TRPV4 欠損マウ

成すると，損傷 2 日目から TRPV4 の発現が増大した。

スで遅く，電子顕微鏡での解析でも TRPV4 欠損マウス

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

1) Feng X, Takayama Y, Ohno N, Kanda H, Dai Y, Sokabe T,

で髄鞘が有意に薄いことが分かった。
これらのことから，正常ではマウスシュワン細胞に

Tominaga M. Increased TRPV4 expression in non-myelinating

TRPV4 は発現しないが，損傷によって非髄鞘化細胞に

Schwann cells is associated with demyelination after sciatic

TRPV4 発現が誘導され，その TRPV4 は再髄鞘化と末梢nerve injury. Comms. Biol. 3 (1): 716, 2020.

神経機能回復に関与していることが明らかになった。

TRP チャネルに対するモノテルペン化合物の作用の構造基盤
Thi Hong Dung Nguyen，富永真琴
モノテルペンはイソプレン単位 2 個からなる C10 化合

する感受性を失った。mTRPV3, rTRPV1 でモノテルペン感物であり，代表的なものに menthol がある。menthol は受性に対する関与が異なることが分かったが，これはTRPM8 の代表的な刺激化合物だが，TRPV3, TRPA1 も活mTRPV3 の R567 の正電荷が関わることが明らかになっ性化することが知られている。メントールの TRPM8,た。

TRPA1 への作用アミノ酸は同定されているが，TRPV3 の分子動力学シミュレーションでは，mTRPV3 の R567

結合サイトは明らかでない。第 4，第 5 膜貫通ドメインのが menthol や camphor との結合に関与することが分かっ

リンカードメインに着目した。マウス TRPV3 (mTRPV3)た。G573 はチャネルのゲーティングに関与するものと推の G573S 変異体では menthol や別のモノテルペンである

察された。

camphor に対する感受性が消失したが，R567K 変異体では（生命創成探究センター 奥村久士博士，伊藤 暁博士とmenthol 感受性はなかったものの camphor によっては活性の共同研究）化した。この 2 つのアミノ酸はラット TRPV1 (rTRPV1)で

1) Nguyem THD, Itoh GS, Okumura H, Tominaga M. Structural

保存されており，rTRPV1 は menthol で活性化したが，

basis for promiscuous action of monoterpenes on TRP channels.

G563S 変異体と R557K 変異体は menthol や camphor に対Comms, Biol. 4 (1): 293, 2021.

マウスミクログリアの温度依存性運動への TRPV4 の関与
西本れい，Sandra Derouiche，Aykut Deveci，加塩麻紀子，江藤圭，鍋倉淳一，富永真琴

ミクログリアは中枢神経系グリア細胞の一つで，中枢

vivo 観察すると，細胞体の運動に温度依存性はなかったの免疫担当細胞として知られ，中枢神経系に存在する常が，突起の運動に有意な温度依存性があり，32 度から 37

在性マクロファージとも呼ばれる。ミクログリアは細長

度への温度変化で増強した。この温度依存的な変化はい突起を有し，それをダイナミックに動かし，シナプス

TRPV4 欠損マウスで消失した。これらのことから，主にや軸索等に接触させてその機能を監視・調整している。

TRPV4 がミクログリアの温度依存性運動に関与するこ単離したマウスミクログリアの運動が培養温度依存性とが明らかとなり，TRPV4 を標的とした治療薬開発が期であることが明らかとなった。マウスミクログリアに発待される。

現 す る 温 度 感 受 性 TRP チ ャ ネ ル を 解 析 し ， TRPV4,（生理学研究所 鍋倉淳一博士，江藤 圭博士との共同研究）

TRPM2, TRPM4 が機能的に発現していることが明らか

1) Nishimoto R, Derouiche S, Eto K, Deveci A, Kashio M,になり，中でも TRPV4 の関与が最も推測された。TRPV4

Kimori Y, Matsuoka Y, Morimatsu H, Nabekura J, Tominaga

欠損ミクログリアは，37 度と 40 度での運動に差がなく，

M. Thermosensitive TRPV4 channels mediate temperature-

TRPV4 の刺激薬 GSK1016790A も運動を増強させた。マdependent microglia movement. Proc. Natl. Acad. Sci. USA

ウスの脳でのミクログリアを二光子顕微鏡を用いて in

118 (17): e2012894118, 2021.

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

蚊とマウスの唾液による TRPV1, TRPA1 の機能阻害
Sandra Derouiche, Tianbang Li, 富永真琴
私たちは蚊に刺されても痛みを感じず，後に痒くなっTRPA1 電流を抑制した。よって，シアロルフィンは蚊唾て気付くことが多い。蚊の口針が細いことによると理解液に含まれる TRPV1, TRPA1 機能阻害成分の有力な候補されているが，蚊の唾液に鎮痛効果があるのではないか

だと考えられた。マウスから単離した感覚神経の TRPV1,と考えた。ラット後肢を機械刺激して生じる脊髄神経のTRPA1 活性を蚊唾液やシアロルフィンが阻害すること

発火はマウス唾液で有意に抑制された。HEK293 細胞にを確認した。最後に，カプサイシンやアリルイソチオシ

発現させたヒト TRPV1, TRPA1 のそれぞれカプサイシン，

アネートをマウス後肢に投与して観察される痛み関連

シトロネラによる活性化電流を蚊唾液は濃度依存的に行動を蚊唾液やシアロルフィンは抑制した。多くの動物抑制した。この現象は蚊唾液に限ったことではなく，マは傷口を舐めるが，その理由の一つは唾液による TRPV1,

ウス唾液もマウス TRPV1, TRPA1 電流を抑制した。蚊唾

TRPA1 機能阻害によって鎮痛を期待しているからかも液を 95 度 20 分間熱処理したところ，TRPV1, TRPA1 電しれない。

流の抑制効果は有意に減弱したことから，蚊唾液に含ま（関西大学 青柳誠司博士，富山大学 歌大介博士との共れる蛋白質成分が TRPV1, TRPA1 機能を阻害していると同研究）考えられた。ラット唾液に含まれるシアロルフィンに鎮

1) Derouiche S, Li T, Sakai Y, Uta D, Aoyagi S, Tominaga M.

痛効果があることが報告されていたので，シアロルフィ

Inhibition of TRPV1 and TRPA1 by mosquito and mouse

ン の 効 果 を 検 討 し た と こ ろ ， 濃 度 依 存 的 に TRPV1,

saliva. Pain (in press)

心循環シグナル研究部門【概要】
全身の血液循環恒常性は，心筋・平滑筋・骨格筋など

荷に対する抵抗力を制御することを明らかにした。さらの筋肉細胞によって支えられている。当部門では，筋肉に，心筋細胞において受容体作動性 TRPC6 チャネルがの柔軟性や老化を制御する分子機構を病態特異的なタ

アドレナリン受容体と機能的に共役していることを同

ンパク質間相互作用の視点から明らかにし，それを基軸定し，交感神経刺激応答性における TRPC3/6 チャネルのに健康長寿につながる創薬戦略の構築を目指した研究

新たな生理機能を明らかにした。また，当部門がこれまを行っている。今年度は，これまで心臓の線維化に関与

でに見出してきた TRPC3-Nox2 複合体が Covid-19 重症することを見出してきたプリン作動性 P2Y6 受容体に着化・後遺症発現に関与することを見出した。以下に各課

目した研究を行い，P2Y6 受容体の発現量が心臓の圧負

題の概要を示す。

心臓の圧ストレス抵抗性における P2Y6 受容体の役割
下田翔，西村明幸，田中智弘，西田基宏

プリン作動性 P2Y6 受容体は UDP を内因性リガンド

筋細胞の P2Y6 受容体を過剰発現あるいは欠損しても圧とし，マクロファージやミクログリアの貪食・遊走を制

ストレスに対する心臓の抵抗性が低下することを新た御する GPCR として知られている。当部門は P2Y6 受容に見出した。この原因として，心筋の P2Y6 受容体は低体が加齢高血圧や心臓の線維化に関わることを，マウス

浸透圧ストレスによる細胞障害や線維化誘導に関与すを用いて明らかにしてきた。しかし，驚いたことに，心るのに対し，非心筋細胞の P2Y6 受容体は心臓の圧負荷

22生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

に対する防御シグナルとして働く可能性が示された。

心筋の交感神経刺激応答における TRPC6 チャネルの役割
小田紗矢香，西村明幸，田中智弘，西田基宏
心臓の循環反射は血液循環恒常性を維持するうえで極めて重要な役割を果たしている。血圧が低下した際，交感神経系が活性化することで代償的に心機能が亢進することは教科書的にも知られているが，その一方で，交感神経終末から放出されるノルアドレナリンを感知する GPCR が親和性の高い α 受容体でなく β 受容体である理由については良く理解されていなかった。我々は，
TRPC6 欠損マウスを用いた解析から，心筋細胞の β 受容体がノルアドレナリン刺激によって効率よく収縮力をあげるために，α 受容体を介する TRPC6 チャネルの活性化が必要であることを新たに見出した（図 1）。

Covid-19 重症化・後遺症発現における TRPC3-Nox2 の関与
加藤百合，西山和宏（九州大学 薬学研究院）
西村明幸，西田基宏
Covid-19 重症化・後遺症のリスク因子として，抗がん剤やタバコ，高血糖，心血管病などが疫学的に報告されている。これらリスク因子を心筋細胞に曝露させたところ，共通して angiotensin converting enzyme (ACE2) 受容体の発現増加が起こること，その機序として TRPC3Nox2 複合体形成が関与することを新たに見出した。さらに，昨年スクリーニングで同定した TRPC3-Nox2 複合体形成阻害活性をもつ既承認薬の中から SARS-CoV-2 ウイ
ルス感染に伴う ACE2 内在化も抑制できる既承認薬を特定することに成功した（図 2）。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

非アルコール性肝炎における TRPC3/6 チャネルの役割
西山和宏（九州大学 薬学研究院）
田中智弘，西田基宏
心臓の線維化を仲介する TRPC3/6 チャネルが他の組型と同様に NASH 症状が観察され，有意な抑制効果は認

織でも線維化誘導を仲介するか明らかにするため，非ア

められなかった。この結果から，肝臓の線維化において，ルコール性肝炎（NASH）モデルを TRPC 欠損マウスとTRPC3/6 チャネルの関与は小さいことが示唆された。

掛け合わせて肝形態機能評価を行った。その結果，
TRPC3, TRPC6 それぞれを欠損させたマウスでは，野生生殖・内分泌系発達機構研究部門【概要】
本研究部門は，視床下部による摂食行動の調節と末梢明らかとなってきた。当部門では，視床下部における生組織における代謝調節機構の解明を目指して研究を行

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

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

脂肪組織炎症反応に及ぼす視床下部腹内側核 SF1 ニューロンによる調節作
Misbah Rashid，近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦
George Palfalvi（基礎生物学研究所 生物進化研究部門）
肥満は，脂肪組織への中性脂肪の過剰蓄積を特徴するが，designer drugs) 法によって慢性的に活性化して，高脂肪食

これに伴い脂肪組織にマクロファージが蓄積して，炎症性摂取によって引き起こされる脂肪組織炎症反応に及ぼすサイトカインの分泌を引き起こし，インスリン抵抗性等の効果を調べた。その結果，SF1 ニューロンを破壊すると，肥満症の一因となる。肥満は，摂取エネルギーがエネルギ

鼠径部皮下白色脂肪組織において炎症反応が増強し，褐色ー消費を上回ることによって引き起こされるため，中枢神

脂肪組織では熱産生関連遺伝子の発現が低下した。副睾丸

経系による調節作用が肥満及び肥満症の発現に重要と考

白色脂肪組織では変化が無かった。これに対して，SF1 ニ

えられている。しかし，中枢神経系が脂肪組織でのマクロューロンを活性化すると，逆に，鼠径部脂肪組織においてファージの炎症反応にどのような調節作用を及ぼすかは炎症反応が低下し，褐色脂肪組織では熱産生関連遺伝子の明らかとなっていない。視床下部腹内側核に存在する SF1発現が増加した。副睾丸脂肪組織では変化が無かった。以(steroidogenic factor 1) 発現ニューロンは，摂食，エネルギ

上のことから，SF1 ニューロンは，高脂肪食を摂取した肥ー消費，糖代謝を調節する。本論文は，マウス視床下部腹満マウスにおいて白色脂肪組織マクロファージの炎症反内側核 SF1 発現ニューロンに DTA (diphtheria toxin-A) を

応を，褐色脂肪組織では熱産生機能を調節することが明ら発現させることにより破壊し，及び逆に SF1 発現ニューかとなった。また白色脂肪組織への効果は，脂肪組織の部

ロンを DREADD (designer receptors exclusively activated by

位によって異なることも明らかとなった。

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

エネルギー代謝を制御する新たな視床下部神経細胞の同定
近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦
脳は外環境や体内の生理状態を検知し，その情報をも

果，PVH の Nos1 (Nitric Oxide synthase 1) 発現細胞（Nos1とに様々な末梢組織のエネルギー代謝に関わる機能をニューロン）が骨格筋と褐色脂肪組織に投射しているこ制御する。これまでの研究から，視床下部の神経細胞がとが見出された。

末梢組織のエネルギー代謝調節に関わることがわかっ

DREADD 法により Nos1 ニューロンを活性化したとこている。中でも視床下部室傍核（PVH）は，交感神経にろ，エネルギー代謝と運動量が増加することが観察され，投射する神経細胞が存在することが知られており，末梢さらに，脂質の消費量を大きく増加した。一方で組織の機能制御に関わると考えられてきた。しかし，

DREADD 法により Nos1 ニューロンの神経活動を抑制しPVH には様々な神経細胞が混在しており，どの神経細胞たところ，エネルギー消費量が増加した一方，脂質代謝が末梢組織のエネルギー代謝を制御するかは不明な部

量が大幅に減少した。Nos1 ニューロンが影響する末梢組分が多かった。そこで本研究では，末梢組織のエネルギ

織交感神経活を同定するため，ノルアドレナリンターン

ー代謝を制御する PVH 神経細胞の同定を試みた。

オーバーアッセイを行ったところ，Nos1 ニューロンの活

仮性狂犬病ウイルス Bartha 株（以下 PRV）は神経細胞性化により，骨格筋（ヒラメ筋）と鼠蹊部白色脂肪組織に感染すると増殖し，シナプス結合を介して上流の神経の交感神経活動が特異的に増加することがわかった。

細胞に逆行的に輸送される。この PRV を，エネルギー代以上の結果から，Nos1 ニューロンが末梢組織の脂質代謝に重要な骨格筋と褐色脂肪組織に接種し，これら末梢謝を制御する新しい神経細胞であることが明らかにな組織を制御する PVH 神経細胞の同定を行った。その結った。

シングル核 RNA 解析を用いた視床下部室傍核 CRH ニューロン群の解析
菊地晶裕，近藤邦生，中島健一朗，箕越靖彦
郷

康広（生命創成探究センター 認知ゲノム研究グループ）

視床下部室傍核 CRH ニューロンは HPA 軸を介したスらかになった。クラスターA はグルココルチコイド受容

トレス応答，食欲や食嗜好制御など，様々な生理作用に体（Nc3r1）を高発現しており，HPA 軸を介したストレ

関与している。そのため，CRH ニューロンは機能的に多ス制御に関与するニューロン群であると考えられた。こ様であることことが予想されるが，その理由はいまだにれに対し，クラスターB にはレプチンや GLP-1 などのホ明らかとなっていない。そこで本研究では，CRH ニュー

ルモン受容体（Lepr, Glp1r）が高発現していた。また，クロンの多様性を明らかにすることを目指し，シングル核ラスターC には AMPKα2 (Prkaa2) や AMPKγ2 (Prkag2)

RNA-seq を行った。19 匹（9 匹の絶食群と 10 匹の再摂が高発現していた。したがって，クラスターB および C

食群）の C57BL/6J マウスから 10,000 個以上の CRH ニ

は摂食，代謝及びエネルギーバランス調節に関与するニューロンの核を用いてシングル核 RNA-seq を行い，クラューロン群と考えられる。今後，各クラスターに属する

スター解析を行った。その結果，CRH ニューロンは大き

CRH ニューロンの機能解析を行い，CRH ニューロンのく３つのクラスター（A，B，C）に分類されることが明神経ネットワークを明らかにする予定である。

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第 42 巻（Dec,2021）

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

積を測定・比較した。その結果，神経特異的ミトコンド

スによってその機能が調節されており，その異常は様々

リア分裂抑制マウスの神経細胞では対照群に比較してな疾患の病態生理に深く関わる。また，ミトコンドリア

大きなミトコンドリアが多く観察されるが，脳梁におけは小胞体などと相互作用(接着)し，お互いの機能的な調る軸索のミトコンドリアと小胞体の接触面積には有意節に深く関わる。生体内におけるこれらのオルガネラ動な変化を認めなかった。これまでの成果から，軸索にお態と相互作用の調節機構と役割は不明な点が多い。本研

けるミトコンドリアと小胞体の接着面積の増強は，ミト

究では，生体内においてミトコンドリアの分裂を細胞特コンドリアの体積の増大と相関している知見を得てい異的かつ可逆的に抑制することが可能なマウスモデルた。しかし，神経細胞のミトコンドリア分裂抑制によっを開発し，特に大脳皮質および海馬の興奮性神経細胞にても接着面積の増加が見られなかったという結果は，ミ

おいてミトコンドリア分裂を抑制可能なマウスの作出

トコンドリアの分裂・融合による体積変化は接着に直接を行った。そして，神経特異的ミトコンドリア分裂抑制

的な影響を及ぼさない可能性を示唆している。そして，

マウスにおけるミトコンドリアの体積増加が，ミトコン

この結果はミトコンドリアと小胞体の接着に関わる

ドリアと小胞体の接触面積に及ぼす影響を解析した。こMfn2 の発現と活性が，軸索のミトコンドリアと小胞体のの目的で，大脳皮質興奮性神経細胞の軸索が多く投射す接着に重要であるという，これまでの本研究の成果を支る脳梁を対象として，ミトコンドリアと小胞体の接触面持するものと考えられた。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／生体機能調節研究領域

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の結果，マウスの脳梁では各オリゴデンドロサイトが髄失や形成不全は，様々な疾患に関連し，また最近の研究

鞘を形成する軸索群の径とその形成される髄鞘の厚みから，髄鞘は運動や生育環境などによって可塑的に形に偏りがみられることがわかった。また，それらのオリ

成・修飾され，学習や社会行動に影響することがわかっ

ゴデンドロサイトの形成する髄鞘に隣接する髄鞘は，ほてきている。髄鞘の形成や異常には多くの細胞間の相互

とんどが異なるオリゴデンドロサイトによって形成さ作用が関わることから，これらの細胞の形態学的・機能れているにも関わらず，厚さに有意な相関がみられた。

的変化，そしてその制御方法について，明らかにするこ

これらの結果から，個々のオリゴデンドロサイトが特定とは，脳の機能を理解する上で必須である。本研究では，の径の軸索に選択的に髄鞘を形成していること，そして脳白質のオリゴデンドロサイトとその細胞が形成する

各オリゴデンドロサイトの髄鞘の厚みが軸索との相互

髄鞘の微細構造を SBEM を用いて 3 次元再構築すること作用を介して細胞単位で調節されていることが示唆さで，それらの構造的な特性についての検討を行った。そ

れた。

27

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

基盤神経科学研究領域
生体恒常性発達研究部門【概要】
当部門は，発達および障害回復の過程で一旦形成されレスト研究（2 課題）の分担研究を遂行している。一つた機能的神経回路に起こる再編成のメカニズムを回はイオンイメージングセンサーのマウス生体脳内埋め路レベルで解明することを主な目標に研究をしている。

込み技術の構築と脳活動の記録技術の構築について

そのため，3 つのサブテーマについて研究を進めている。

2014 年度から参画している。また，脳内の神経細胞・グ

1) フェムト秒パスルレーザーを用いた多光子励起法

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。

を利用して，マウス脳内微細構造と細胞活動の可視化技術の確立および技術向上をおこなった。これらの技術を

新学術領域・研究支援基盤形成事業・先端バイオイメ

利用して，発達期や障害における大脳皮質神経回路の変ージングに分担（2 光子顕微鏡を用いた生体イメージン化を検討するために，シナプスの長期変化の観察およびグ支援）として 2016 年度から参画している。
人事として，竹田育子研究員が名古屋大学の助教に転その制御機構の解明，特に各種グリア細胞の関与につい出した。

て検討を行っている。
2) 新規イメージングおよび操作技術の構築を JST・ク

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

脳内免疫細胞であるミクログリアの生体内での機能

抽出・定量することで，ミクログリアの機能活動にはその評価をおこなうため，2 光子励起顕微鏡を用いてグリア場に留まる静的な活動と方向性をもって拡散する動的な細胞と神経細胞や脳内微小血管との相互作用の生体脳活動が存在することを見出した。さらに，突起を起源とす

内観察を行った。今年度は，高確率で精神・神経症状をる動的なイベントの拡散方向を定量的に算出することで，併発する全身性免疫疾患である全身性エリトマーシス

情報伝達の方向性，速度，範囲を定量的に読み出すことにのモデルマウスを用いて，脳内微小血管とミクログリア

成功した。興味深いことに，分岐点において精密に情報伝連関を検討した。

達が制御されている所見を得た。また，記憶・情動時における Prefrontal Cortex における神経回路活動の変化につミクログリアに関しては，同細胞内におけるカルシウム

いて，計算論手法を用いた解析も行っている。

動態の時空間的解析を行っている。活動イベントを個別に慢性疼痛モデルマウスにおける大脳皮質神経回路再編
竹田育子，小泉修一（山梨大学 医学研究科），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

動と痛覚過敏が持続する。痛覚過敏形成時に限定して，

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。

大脳皮質錐体細胞のシナプスの新生・消失が更新し，そ

末梢感覚神経の部分傷害後に末梢感覚神経の過剰活の後ターンオーバー率は傷害前の値に戻るが感覚過敏28

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

は長期にわたり持続する。慢性疼痛時には，大脳皮質感

去されることが行動実験で確認された。さらに，臨床応

覚野細胞の活動の増強が観察された。これらから，慢性用を目指して，慢性痛覚モデルマウスに経頭蓋電気刺激疼痛時における大脳皮質感覚野における回路再編によによるアストロサイト活性化と障害末梢神経への局所る過剰応答回路の形成が持続する慢性疼痛発症の一因

麻酔薬投与によっても，痛覚過敏が長期的に除去されるである可能性が示唆される。さらに，大脳皮質神経回路

ことが判明した。その脳内メカニズムの解明のため，マ

再編時には，アストロサイトにおける５型代謝型グルタ

ウス大脳皮質一次体性感覚野におけるシナプスの変化

ミン酸受容体の再発現によりその活動が亢進しているの長期観察を行った。その結果，末梢神経損傷後，痛覚ことが判明した。これらの知見に基づいて，慢性疼痛の過敏発症時に形成されたシナプスが有意に消失するが慢性期（維持期）にアストロサイトを再活性化し，神経判明した。この結果から，過剰痛覚関連回路に回路再編

回路の可塑性を再度更新させ，異常痛覚を除去する試みが起こり，痛覚過敏が除去される可能性が示唆され，研慢性疼痛持続期に DREADD システムを究を継続している。そのメカニズムとして，アストロサ

用いてアストロサイトを活性化し，さらに障害末梢神経

イト活性化の下流にミクログリアの活性化が関与して活動のブロックを組み合わせると，長期に痛覚過敏が除いることが判明し，現在シグナルの探索を行っている。

を開始した。

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は大脳皮質由来入力を選択的に刺激することに成功しる行動変化の解明を目的として，敵対視覚情報による防ており，シナプス伝達の修飾物質の効果の比較や発達期

衛行動である逃避行動とフリージングの切り替えメカの感覚経験が与える影響の解明を目指している。

ニズムに着目した実験系を確立した。現在，発達期の視また今年度より，学術変革領域（A）脳の若返りによる覚情報の有無が与える影響を解明するための行動実験

生涯可塑性誘導－iPlasticity－臨界期機構の解明と操作（臨と，同行動との関連が報告されている上丘において，シ界期生物学）に参画し，視覚系視床（外側膝状体）の視覚

ナプス特性の電気生理学的解析を行っている。電気生理

経験依存的なシナプス結合パタン維持機構におけるグリ学的実験では，光遺伝学的手法を用いることで網膜またア細胞の役割を解明するための研究を開始した。

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

たイオンイメージングセンサーの脳内埋め込み技術の学：澤田和明教授，非標識神経伝達物質イメージングセ

構築と行っており，大脳皮質内における pH の不均一性

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

時空間解析）の分担研究として，豊橋技術大学で開発し29

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

視覚情報処理研究部門【概要】
脳機能の発現に必要な神経回路は，胎生期から生後間も応可塑性メカニズム，３）シナプスの結合特異性とその発ない時期に遺伝的プログラムにより大まかに形成され，そ達メカニズム，４）視覚誘発性の行動課題を担う大脳皮質の後，経験や学習に依存して柔軟に再構築される。このプ

神経活動の解析を行っている。本年度は，興奮性細胞の細ロセスを経て，生まれ育った環境に適した機能が獲得され胞体に抑制性シナプスを形成することが知られている２る。視覚情報処理研究部門では，大脳皮質の情報処理の基つの抑制性ニューロンサブタイプ，パルブアルブミン陽性盤となる神経回路の動作特性やその発達・可塑性メカニズ細胞とコレシストキニン陽性細胞のシナプス結合の発達

ムを明らかにすることを目指して研究を行っている。具体に着目した解析を行った。また，一次視覚野可塑性の臨界

的には，ラットやマウスの大脳皮質を対象として，１）大期を制御する分子メカニズムの解析を実施している。以下

脳皮質一次視覚野と中心とした神経回路特性と視覚反応に本年度に行った研究内容の中で，４テーマについての要の対応関係，２）発達期視覚野のシナプス可塑性と視覚反約を記載する。

マウス一次視覚野 2/3 層における Fast spiking 抑制性細胞－錐体細胞間結合の発達
山本真理子，吉村由美子
大脳皮質一次視覚野の Fast-spiking な発火様式をもつ抑開眼がこれらの変化に関与するかを調べるため，開眼

制性神経細胞（FS 細胞）と錐体細胞の神経結合の発達過前から両眼遮蔽をしたマウスを用いて同様の検討を行程を明らかにするため，開眼前後の時期のマウス視覚野切った。両眼遮蔽群では，生後 14 日齢における一過的な興片標本 2/3 層の FS 細胞と錐体細胞のペアから同時ホール

奮性結合の増強は観察されず，双方向性結合ペア選択的

セル記録による結合解析を行った。開眼からおよそ 1 日後

な増強もみられなかった。これらのことから，開眼によの生後 14 日齢において，錐体細胞→FS 細胞の興奮性結合

る正常な視覚入力が，錐体細胞と FS 細胞の双方向性結の一過的な増強が観察された。また興奮性結合の増強は，合ペア間における興奮性結合の一過的な増強に関与す

双方向に結合する細胞ペア選択的にみられた。

ることが示唆された。

マウス一次視覚野におけるコレシストキニン陽性介在細胞由来の抑制性シナプス結合の発達
唐木智充，吉村由美子
大脳皮質に存在する抑制性細胞サブタイプのうち，コ胞が近傍の錐体細胞と抑制性シナプス結合する割合はレシストキニン（CCK）を発現する CCK 陽性介在細胞

約 4 割であった。生後 3 週齢までにこの割合が約 1 割には，大脳皮質視覚野可塑性に関与するエンドカンナビノ低下した。結合ペアから記録した抑制性シナプス後電流

イド受容体（CB1）を発現していることから，視覚野のの振幅や伝達効率には年齢に依存した差異はみられな発達に関与している可能性がある。本研究では，マウス

かった。以上の結果から，開眼前の未熟な視覚野では一次視覚野において CCK 陽性介在細胞由来の抑制性シ

CCK/CB1 陽性細胞は視覚野内の抑制性伝達を担う主要

ナプスの発達過程をスライスパッチクランプ法によりな抑制性細胞であることが示唆された。

調べた。生後 11-13 日齢の視覚野では CCK/CB1 陽性細30

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

内因性カンナビノイドによる大脳皮質視覚野の層特異的な臨界期時期制御
米田泰輔，高木正浩，吉村由美子
大脳皮質の神経回路は，生後発達期の一時期であるでは野生型マウスよりも早期に経験依存的な可塑性が臨界期の経験依存的な可塑性により調整され，その結生じた。一方で 5 層の臨界期開始時期に違いは検出されなかった。抑制性シナプス伝達の成熟が臨界期をトリガ

果，環境に適した機能が構築される。大脳皮質は 6 層

ーすることが知られているので，各層の抑制性シナプスからなるが，臨界期の開始が層特異的な機構により制伝達を調べたところ，欠損マウスにおいて臨界期の早期御されているかは明らかになっていない。

開始がみられた層では，抑制性伝達が亢進していた。

我々は大脳皮質一次視覚野の眼優位可塑性をモデル

これらの結果は，内因性カンナビノイドが抑制性シナに，内因性カンナビノイド合成酵素欠損マウスを用いてプスの機能発達を介して，皮質層特異的に臨界期の開始

臨界期の開始時期を調べた。欠損マウスの 2/3 層と 4 層時期を制御することを示す。

一次視覚野神経細胞における脳状態に依存した視覚応答特性の変化
呉嘉豪，米田泰輔，吉村由美子

脳の覚醒レベルは，動物の行動や神経回路のダイナミク

ウスを用いた。in vivo 2 光子励起 Ca2+イメージングによスに大きな影響を与える。脳状態は，大脳皮質一次視覚野

り，覚醒状態と麻酔状態において同一の視覚野細胞から視における個々の神経細胞の応答選択性にも影響すること

覚反応を記録し，その応答選択性を比較した。その結果，が知られているが，この影響を神経細胞種ごとに調べた研

興奮性神経細胞と抑制性神経細胞のいずれも，覚醒状態に究はあまり報告がない。本研究では，興奮性神経細胞と抑比べて麻酔下では最適空間周波数が低周波数側にシフト

制性神経細胞を分けて解析するために，抑制性神経細胞にすることがわかった。これらの結果は，脳状態が空間周波

蛍光タンパク質を選択的に発現させた遺伝子組み換えマ数選択性に影響を与えることを示唆している。

バイオフォトニクス研究部門【概要】
本研究部門は，先端的な光レーザー技術を駆使した独を用いた二光子顕微鏡の深部可視化能向上，高分子超薄

自の非線形多光子イメージング法を開発し，非侵襲的な膜の蛍光バイオイメージング応用，高い二光子吸収断面超深部・超解像のイメージングを用いて，脳・神経回路

積値を有する有機蛍光色素の探索を実施した。一方，超や生体リズムなどの生理機能の創発原理やその分子基解像イメージングについては，二光子 STED 顕微鏡や画盤の理解を目指している。特に生体機能や形態の高速 3像解析ベースの方法論の研究開発を独自に推進した。ま次元イメージングを実現するため多点走査型二光子顕た，概日リズム中枢を司る神経回路の光イメージング解微鏡を開発し，共同研究に供している。また，補償光学析を推進した。

31

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

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，廣金蒼太，根本知己

尚宏，深田吉孝（東京大学大学院 理学系研究科）
三枝理博（金沢大学 医薬保健研究域医学系）

戸田知得（北海道大学大学院 獣医学研究院 獣医学部）
江川潔（北海道大学大学院 医学研究科）

哺乳類の概日リズムの中枢は，脳の視床下部領域にあ

胞内カルシウムイオンが関与することを見いだしたる視交叉上核に局在し，脳の他の領域や全身の末梢臓器（Kon N et al., Science Advances, 2021）。また金沢大学のへリズム情報を伝え，睡眠覚醒サイクルやホルモン分泌，

三枝グループとの共同研究により，視交叉上核のバソプ

体温，行動リズムといった全身の約 24 時間の生理機能

レン産生ニューロンから放出される GABA が，分子時計を調節する。視交叉上核は約２万個の神経細胞とそれをが何時に行動を引き起こすかを制御することを報告し取り巻くグリア細胞から構成され，ネットワーク全体とた（Maejima T et al., PNAS, 2021）。

しては正確でロバストな概日リズムを示すと考えられ現在は，細胞内クロライドイオンや細胞内小器官内のカている。私たちはこれまでに長期間光イメージング計測

ルシウムイオン等の概日リズムを可視化する研究プロジ法を確立し，視交叉上核の神経細胞における細胞内カルェクトを遂行中である。また学術変革領域（B）の新規採シウムや膜電位の概日リズムを報告してきた。

択をうけて哺乳類の冬眠研究を開始した。山手キャンパス

本年度は，東京大学の深田グループとの共同研究によの建物内に冬眠実験室を設置し，低温環境下での動物飼育

り，低温環境下の概日リズム発振の温度補償性機構に細設備を導入し，シリアンハムスターの飼育を開始した。

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

村田隆，長谷部光泰（基礎生物学研究所）

中村咲耶，泉木村

正範（理化学研究所），上原亮太（北海道大学 大学院 生命科学院）

暁（国立遺伝学研究所），木村幸太郎（名古屋市立大学大学院 理学研究科）
渡辺実咲，関本弘之（日本女子大学大学院 理学研究科）
中山博史（横河電機株式会社）

我々はこれまでにスピニングディスク共焦点スキャ

シロイヌナズナ，マウス，ミカヅキモ等の様々な生体試ナを用いた高速二光子顕微鏡システムの開発に取り組料中の微細形態の三次元動態観察に供された（Otomo K.

んできた。二光子蛍光を観察する際，その励起領域は対et al., Biochem. Biophys. Res. Comm, 2020, Nakamura S et al.,

物レンズの集光スポットに限局されるため，検出器に共Plant Cell Physiol.2020）。

焦点ピンホールを前置せずとも光学断層像を取得する

また，本年度は複数励起光の高速切換照射，分光検出ことが可能である。一方で本システムは，ニポウディス

光学系，取得データへの線形スペクトル分離法の適用にクに配したピンホールを通過した蛍光のみを二次元検よる高速多チャンネル観察を実現した。本法を哺乳類お出器に結像する。共焦点効果は二光子顕微鏡像にも有効

よび植物培養細胞に適用し，細胞分裂の多色三次元タイであり，構築システムは通常の二光子顕微鏡より 3 割程

ムラプス観察を行った。その結果，正常な細胞分裂を止度高い光軸方向分解能を実現する。本特徴は三次元イメ

めること無く，個々の細胞内小器官の三次元的な挙動をージングにおいて有用性を発揮することから，本年度も可視化することに成功した（原著論文投稿中）。

共同研究・共同利用を通じ，線虫，ゼブラフィッシュ，32

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

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
山本宏（北海道大学 電子科学研究所）

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にフィードバックをかけることで，集光スポットを改善

からのズレを引き起こし，しばしば光学顕微鏡観察の妨する。複雑な表面形状を有する生体試料の深部観察に本げとなる。我々はこれまでに，独自の透過型液晶技術を法を適用した結果，有意な解像度改善効果が認められた基盤とした補償光学法を開発し，二光子顕微鏡観察時の（Yamaguchi K et al., ACS Omega, 2020）。また一方で，球面収差，非点収差，コマ収差の補正を実現してきた。

光線追跡計算や波面制御を行わない簡便な方法につい

近年，更なる応用として，試料の表面形状と屈折率差にての検討も行っており，観察試料と対物レンズ浸液の屈由来する収差を補正する新たな方法論を考案した。まず，折率差を解消するのみで試料の深部可視化能が向上す

予め測定した試料表面形状に対し，光線追跡法を適用し，ることも見出している（Yamaguchi K et al., PLoS ONE,

集光スポットの乱れを予測する。この情報を基に，励起

2020）。

光光路に外挿した空間光変調器により，波面の位相分布

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）

“どこにでも貼れる”というユニークな性質を有する

さの分だけ伸張させることに成功した。これにより，本高分子超薄膜について，顕微鏡観察試料の作成・調製法

来は 0.1 mm 程度の油浸対物レンズの作動距離をおよそへの応用を試みている。固定組織等の in vitro 試料の微細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が形態の観察を可能とした（Zhang H et al., PLoS ONE 15(1)用いられるが，これらのレンズは~ 0.2 mm 厚のカバーガ

e0227650, 2020）。他にも，高分子超薄膜技術を基盤とし，ラス越しに良好な集光スポットを形成するように設計

マウス脳の in vivo イメージング用の超広域の観察窓作

されている。今回，ガラスと同じ屈折率値に調整した透成の応用研究を展開している（Takahashi T et al., iScience,

明化組織切片を約 100 nm 厚の高分子超薄膜ラッピング2020）。

することで，対物レンズの作動距離をカバーガラスの厚33

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第 42 巻（Dec,2021）

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。現在は，本色素をベースとした

め，蛍光発色団を新規に創成する遺伝学，生物有機化学，

様々な類縁化合物を合成し，分子構造と二光子吸収断面材料科学等の技術貢献は重要である。我々はこれまでに，積値の相関を精査するとともに，実用的な蛍光量子収率

二光子顕微鏡や超解像顕微鏡観察に適した蛍光発色団

や高い誘導放出効率を両立する色素についてのスクリについて探索を行ってきた。その探索の過程で，大阪大ーニングを実施している。

学大学院薬学研究科の有澤光弘教授らが発見した新規深層学習を用いた三次元時系列画像からの細胞自動検出・追跡山口和志，堤 元佐，大友康平，根本知己
Wen Chentao，木村幸太郎（名古屋市立大学大学院 理学研究科）
山本啓，青木一洋（生命創成探究センター；基礎生物学研究所）

近年，顕微鏡技術の向上により細胞集団の活動を三次観察を行った。取得した初期画像から訓練・検証データを元で経時的に観察できるようになった。しかし，多数の作成して学習させた結果，実際の観察データにおいて約細胞の検出・追跡の自動化は依然として困難であった。

97 %の精度で個々の細胞の自動追跡に成功した。

名古屋市立大学・Wen 博士，木村博士らは，細胞検出・

3DeeCellTraker は線虫の脳神経細胞活動やゼブラフィ

追跡の双方に深層学習を適用するソフトウェアパイプ

ッシュの心筋細胞拍動など種々の観察対象にも適用可能

ライン「3DeeCellTracker」を開発した。

であることが示されており，これまで解析困難であった細

我々は両博士らとの共同研究で，ヒト癌由来細胞の三次胞活動ビッグデータの解析に貢献すると期待される。本研

元培養サンプル観察への 3DeeCellTracker 適用を試みた。

究の成果は 2020 年度に出版され（Wen C. et al., eLife 10;

直径約 200 マイクロメートルの HeLa 細胞スフェロイドを

e59187, 2021），生理研，生命創成探究センターおよび名

作製し，二光子顕微鏡にて約 1000 個の細胞の三次元経時

古屋市立大学からプレスリリースが発表された。

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

小林健太郎（北海道大学 電子科学研究所）
Super Resolution Radial Fluctuation（SRRF）法は，2016

おり，蛍光強度の空間・時間相関を解析することで，蛍

年にイギリスの研究グループによって報告された，画像

光ピーク位置を決定する。既存の局在化法の 100 分の 1

解析による新規超解像法である（Gustafsson et al. Nat.

程度の少数の連続取得画像から，100 ナノメートル以下

Commun. 2016, 17, 12471）。蛍光分子局在化法を基にしての高い空間分解能の超解像顕微鏡像を構成できるのが34

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域特長である。我々はこれまでに，落射蛍光顕微鏡，共焦微鏡での SRRF 適用条件の最適化を進めた。その結果，

点顕微鏡，多点走査型共焦点顕微鏡など種々の市販蛍光

生体脳模倣ゲル，マウス固定脳スライスでの TP-SRRF 観

顕微鏡における SRRF 法の適用最適条件の検証を行って察で，数百マイクロメートル深部において構造化照明超おり，本手法に関して国内有数の知見を有している。生解像顕微鏡法（SIM）に匹敵する高分解像能での観察に

体深部超解像観察に向け，二光子顕微鏡への SRRF 適用成功した。引き続き，in vivo イメージングへの適用に向（TP-SRRF）の検証を実施しており，本年度は二光子顕けた検討を実施している（原著論文執筆中）。

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（シチズン時計株式会社）

本研究では，生体深部をサブ細胞スケールで観察できの確立を行った（原著論文執筆中）。また緑色蛍光プロ

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

た広範な研究分野の発展に資する高速超解像 in vivo 3D

光源系の開発を進めた。さらに，焦点面（xy 面）だけでイメージング法の実現を目的とする。我々は東北大学

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

れまでに半導体制御による超短パルスレーザー光の発の実現に向けた技術開発を進めた。一方，生体深部の in

生，透過型液晶素子を用いた光波面補正といった独自のvivo イメージングにおいて，広範囲の 3 次元空間を高い光学技術を開発・統合した超解像二光子励起誘導放出制

時間分解能で可視化することは困難である。そこで，二御（STED）顕微鏡を開発してきた。これにより，従来の光子励起発生領域が軸性方向に広がった光ニードルを二光子顕微鏡に比べて約 5 倍，70 nm の空間分解能を達作成して高速走査する事で，高速 3D イメージング法を成した。本年度は，更なる空間分解能の向上を目指し，可能とする技術開発を進めた（原著論文執筆中）。以上

飛翔時間計測型のサブナノ秒ゲート高感度蛍光検出器の成果の一部に関して，解説を公刊した。

の導入によるパルス式二光子励起ゲート STED 顕微鏡法

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

体細胞のサブタイプによって，結合選択性・伝達特性がおよび視床からの入力間の相互作用と，多様な脳部位へ異なり，直接路・間接路に分かれる基底核の上流にも多の出力並列性がある。私たちは前頭皮質（運動野）が大様な機能経路があること，さらに基底核へ投射する細胞

脳基底核と視床を介した閉ループ結合（基底核視床ルー

は皮質間投射にも関わり，サブタイプごとに投射領野がプ）を作ること，さらにトップダウン経路の皮質間投射

異なることを見つけた。これらを基に外部入出力と関連に強く関与することから，感覚系皮質とは異なる固有のさせて，前頭皮質機能に本質的な基本局所構造（標準回局所回路を持つと考え，その錐体細胞と抑制性細胞のニ路）を抽出する努力を続けている。本年度は視床皮質投ューロン構成と，同定したサブタイプ間のシナプス結合

射の標的構造解析，運動学習における錐体細胞サブタイ

法則を研究してきた。その過程で，基底核へ投射する錐

プの機能的役割に関する解析，また，運動学習過程にお35生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

ける入力の機能的再編成を検討した。さらに，その可塑ュレーション解析も行った。

的変化を担う棘突起のカルシウム反応性に関するシミラットの前頭皮質における視床前外側核(VL)由来神経終末のシナプスターゲット構造
窪田芳之，江川尚美，北啓子，江藤智子，孫

在隣，川口泰雄

倉本恵梨子（鹿児島大学大学院 医歯学総合研究科）
ラットの視床の視床外側核(VL)からの視床-皮質神経が未公開であることから，セグメンテーション効率（70

線維を AAV で GFP 標識した前頭皮質（第２次運動野）〜80%程度の正解率）の改善がこれ以上望めないと判断の組織の大容量電顕画像撮影を実施した結果，撮影倍率

し，FFNs の導入を断念した。その代替策として，アライ

5.5 nm/pixel で，189 µm x 202 µm 画像サイズの連続切片ンメントと自動セグメンテーションを Princeton 大学（40 nm 厚さ）約 1200 枚（48 µm 厚）の画像データセッ

Sebastian Seung 教授研究部門に共同研究として依頼した。

ト（1.6 TB）の撮影を完了した。自動セグメンテーショ

結果を，2021 年度に受理する予定である。自動セグメンンを実施するにあたり，GPU クラスターコンピューター

テーション処理にはミスが残存するため，人手による校を利用して，Google AI 開発アプリ FFNs で自動セグメン

正（プルーフリード）を Neuroglancer を利用して行う予テーションを実施した。しかし，処理終盤に必要な code定である。

皮質オシレーション活動による運動学習形成の制御
大塚岳，川口泰雄皮質錐体細胞は多様な投射先に対応して分化してお時に行い，局所電場電位を解析した結果，スライス実験

り，局所回路においてサブネットワークを形成している。

と同様なオシレーションが学習中に観察された。また，

チャネルロドプシンを発現させたラットの運動野スラ

学習が進むにつれオシレーションが減弱した。さらに，

イス標本において光刺激を行うと，脊髄に投射する 5 層

M1 の PT 細胞の活動を光操作で活性・抑制するとオシレ

錐体細胞(PT)に依存して β/γ 周波数帯（~30 Hz）の膜電位ーションは増強・減弱し，それに伴って学習形成が促進・

オシレーションが誘発されることをこれまでに報告し抑制された。これらの結果は，PT 細胞に依存して発生すた。本年度はオシレーションの機能的役割について，回るオシレーション活動が学習形成に重要な役割を担って転カゴを用いた足場バーのパタン学習への寄与を検討いることを示唆する。

した。ラットの一次運動野（M1）から細胞外記録を学習

学習に伴う大脳皮質運動野での回路特異的な可塑的変化
孫在隣，窪田芳之，川口泰雄

シナプス可塑性は脳における学習や記憶の基礎とな力源を形態学的に評価した。第 5 層錐体細胞が蛍光標識

る神経回路網の変化である。学習に伴うニューロン間結された遺伝子改変マウスに前肢を用いた運動学習を行

合の時間的変化を描写するため，マウスの前肢運動学習

わせ，同時に生体 2 光子顕微鏡観察により運動皮質での中のシナプスの可塑的新生・消失を観察し，そこへの入新生シナプスを同定した。さらに免疫組織化学による詳36

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／基盤神経科学研究領域

細な形態学的解析を行ったところ，皮質-皮質間結合と視されることがわかった。このことから，運動学習早期の床-皮質入力とで異なるシナプス動態を示していた。新し技能獲得には一過性の皮質-皮質間結合が，獲得技能の維い皮質-皮質間結合は学習早期に一過性に出現するのに持には視床-皮質入力が重要であることが示唆された。

対し，新規の視床-皮質入力は学習後期にかけて長く維持

スパイン―デンドライト空間における生体分子の反応拡散シミュレーション環境の開発
浦久保秀俊，窪田芳之
神経細胞のスパインは，興奮性入力の受けてであり，できるように，基盤となるソフトウエア Lattice Microbes

可塑性を生じることが知られている。スパインのもつ可の拡張を行い，スパイン Ca2+ が非活性化シナプスに拡散

塑性の理解のために，正確な３次元形状に基づいたスパする現象をシミュレーションした。その結果，主にデン

イン―デンドライト空間の生体分子反応拡散シミュレ

ドライトに存在する SER において Ca2+-induced Ca2+

ーションシステムを開発した。まず，電子顕微鏡 3 次元

release が生じることで，Ca2+ シグナルがデンドライト中

画像に対してコネクトミクスの情報技術を応用し，スパをアクティブに伝搬する現象をシミュレーションする

イン，デンドライト，ミトコンドリア，SER，PSD などことに成功した。さらに，SER を持つ大きなスパインにの形状を抽出するソフトウェアを開発した。抽出した 3

対して効果的に Ca2+ シグナルが伝搬する現象を見出し

次元形状内において反応拡散シミュレーションを実行た。

※大脳神経回路論研究部門は 2020 年度で廃止となりました。

37

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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】
当部門ではニホンザルをモデル動物として社会的認作により，各機能側面と神経活動との因果的関連性を実

知機能の神経機構の解明を目指す実験研究を展開した。

証した。これらの研究に加え，ヒトの精神・神経疾患の研究対象とする社会的認知機能の側面として，他者との解明に向けた霊長類モデルの開発に資する実験的認知

運動同期指向性，他者の動作情報に基づく柔軟な意思決

ゲノミクス研究も推進した。

定，他者の報酬情報を踏まえた主観的価値評価，向社会

主な研究成果としては，他者の動作情報に基づく意思

行動の文脈依存性，顔の生物らしさの知覚等に着目した。

決定において，腹側運動前野と内側前頭前野の機能連関

これらの研究では，対面する二頭のニホンザルを用いたが重要であることを示し，Nature Communications 誌に発タスクを開発し，複数の脳領域から神経活動を計測する表した。各研究テーマにおける当該年の成果は以下のとことで，各認知機能側面の神経基盤解明をおこなった。

おりである。

また，ウイルスベクターを用いた神経路選択的な活動操

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

ヒト精神・神経疾患の霊長類モデル動物の開発のため

胞の発現データを用いて遺伝子発現プロファイリングをに，マカクザルおよびマーモセットを対象とした実験的行った結果，10 種類を超える興奮性・抑制性神経細胞の認知ゲノミクス研究を行った。マカクザルについては，

サブタイプを同定し，それぞれのサブタイプ特異的マーカ

ヒト精神・神経疾患関連 503 遺伝子を対象とし，257 個

ーを同定した。また，アストロサイト，オリゴデンドロサ

体を対象とした遺伝子解析を行った結果，10 遺伝子におイト，ミクログリアなどのグリア細胞などに関しても特異

いて，集団アリル頻度 5 % 以下のまれな機能喪失変異を的マーカーを同定した。細胞種ごとのバルプロ酸投与自閉同定した。マーモセットについては，1281 遺伝子を対象症マーモセットにおける遺伝子発現動態の詳細な変化をとし 198 個体における解析を行った結果，7 遺伝子にま解析し，ヒト自閉症患者脳における 1 細胞発現データとのれな機能喪失変異を同定した。

統合解析を行った結果，一部の細胞種において自閉症様マーモセットとヒト自閉症患者において共通の遺伝子発現

また，
バルプロ酸投与により作出した自閉症様マーモセ
ットにおける 1 細胞遺伝子発現解析を行った。約 7 万細

プロファイリングの変化が認められた。

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，場のリズムへの同調や，動作者同士が互いにリズムを引

視覚刺激・聴覚刺激・物理的拘束条件などを含む身体外

き寄せあう現象[1] が知られており，本研究ではこれを同の環境から影響を受ける。特にリズミカルな運動では，期指向性と呼ぶ。同期指向性は，「集団」ひいては「社38生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

会」の形成に大変重要と考えられるが，その神経実態は変化することを見出した。一方，同じ速度でレバーのみ

未解明である。いかなる神経ネットワークが自己と他者が動く動画の提示では，その効果は小さかった。これよのリズムの違いを検出し，同期するように仕向けるのだり，他者リズムが自己の運動に与える影響は，社会的なろうか。この疑問に答えるために，ニホンザルにおける文脈でより促進したと考えられる。この現象に関わる神同期指向性の抽出を試みた。セルフペースの片手往復運経活動を記録するため，補足運動野と一次運動野より神動を，指示に従い「速く」もしくは「遅く」行うよう訓経活動を記録中である。また生体同士での実験を実施し，練した 3 頭のニホンザルに，3-4 種類の速度で往復運動

二者双方の同期指向性による相乗効果も検討する。

を行うサルの動画を見せ，一緒に課題運動をさせたとこ

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

ろ，動画のサルの運動速度につられて自己の運動速度が(2014)

遺伝子変異個体を対象とした自己と他者の動作情報処理の神経機構の解析
二宮太平，則武厚，磯田昌岐前年に引き続き，自閉スペクトラム症を含む神経発達

相互作用が健常個体と異なることが確認できている。今障害との関連が指摘される，HTR2C 遺伝子に機能喪失型

後さらに神経活動の記録・解析を進めていく予定である。

変異があるサルを対象とした研究を主におこなった。社

また本年度後半より，映像編集・提示技術を用いた統会的認知機能に関わる代表的な脳領野である，腹側運動

御性の高い実験系の開発に着手した。他者の映像をリア

前野（PMv），内側前頭皮質（MFC），および上側頭溝

ルタイムに編集・提示することで他者の視線や動作に関領域（STS）から社会的認知行動課題遂行中の神経活動する情報を統制し，社会的認知機能関連領野の情報表現を記録し，各脳領野の情報処理様式および脳領野間の相や機能連関について詳細な解析をおこなう予定である。

互作用について解析した。これまでに，PMv－MFC 間の社会的コンテキストにおける報酬情報処理の神経機構
則武

厚，二宮太平，磯田昌岐

本年度は，自閉スペクトラム症に関連する遺伝子に変野生型個体とは異なり，DA から MPFC に向かう神経情異を持つ変異型サル 1 個体に対し，社会的条件づけ下の報流が，逆方向の情報流よりも多いことが明らかとなっ行動および神経活動を記録した。これまで記録してきた

た。今後，変異型個体と野生型個体における視床下部外野生型個体群の行動および神経活動と比較し，病態モデ

側野を含む神経活動を比較し，社会的コンテキストにおルにおける社会的コンテキストの報酬情報処理に関すける報酬情報処理の神経機構の解明を試みる。さらに，る神経機構の変容を明らかにすることを目的とした。ド

化学遺伝学的手法を用いて経路選択的な神経情報流のーパミン作動性中脳核（DA）および内側前頭前野（MPFC）

遮断を行い，社会的コンテキストにおける報酬情報処理の局所電場電位を解析した結果，変異型個体においては，の神経機構の解明を目指す。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

素材知覚における多感覚的知覚獲得の神経機構
横井功

世の中に存在する物体は様々な素材（ガラス，金属等）

後において素材カテゴリーに選択的な反応を示し，素材から作られている。我々は物体を目で見ただけで視覚的カテゴリー選択性は視触覚経験後に低下する傾向を示

特徴（色や光沢）と触覚的特徴（温感やざらつき）などした。さらに，ニューロン集団における素材カテゴリーの多感覚に由来する情報を知覚することができる。この表現は視触覚経験からの時間経過によって変化し，経験

多感覚的知覚がどのように獲得されているかを明らか

直後には機能的 MRI によって記録された素材の神経表にするために，ニホンザルに様々な素材の実物体を呈示

現およびヒトの印象評価との相関を示した。今後，個々し視触覚経験を与えた。経験の前後において注視課題遂のニューロンについて解析を進め時間経過による変化

行中のサルに素材画像を呈示し後部側頭葉からニューの詳細を明らかにすることを目指す。

ロン活動を記録した。多くのニューロンが経験前と経験

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，磯田昌岐我々は，他者の利益を自らの喜びとすることもあれば，ストで，他者に報酬を与えるか，あるいは与えないかを判

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

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

内で，他者の利益がどのように処理されるのかを，特にそ

現在，皮質下領域で，他者の報酬に関連した神経活動のコンテキスト依存性に着目して明らかにする必要がある。

が記録できている。今後は，皮質下に加え大脳皮質での神経活動計測も進め，解析を行っていく。

実験では，対面した２頭のサルに対し，様々なコンテキ

生体システム研究部門【概要】
私達を含め動物は，日常生活において周りの状況に応病態を基礎とした治療法を探るこ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そのために，①大脳基底核を巡る線維連絡やその様式

四肢を自由に動かすことにより様々な目的を達成してを調べる，②運動課題遂行中の動物から神経活動の記録いる。このような随意運動を制御している脳の領域は，を行う。薬物注入による経路の一時的ブロックや光遺伝

大脳皮質運動野と，その活動を支えている大脳基底核と学，化学遺伝学などの手法も併用する，③大脳基底核疾小脳である。逆にこれらの領域に異常があると，パーキ患を中心とした疾患モデル動物からの記録を行う，④こンソン病やジストニア，ジスキネジアに見られるように，のような疾患モデル動物に様々な治療法を加え，症状と随意運動が著しく障害される。本研究部門においては，神経活動の相関を調べる，⑤様々な遺伝子改変動物の神

げっ歯類，霊長類（マーモセット，ニホンザル）を用い

経活動を記録することにより，遺伝子・神経活動・行動て，大脳基底核を中心に，このような随意運動の脳内メとの関係を調べることを行っている。

カニズムおよびそれらが障害された際の病態，さらには40

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

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せる Stop 課題では視床下核の活動が異なる可能性が示

入力核の一つであり，同時に淡蒼球外節から入力を受け唆された。2020 年度は，選択的シナプス伝達遮断薬の局る中継核でもあるという，非常に複雑な回路を構成して

所微量注入法によって，３種類の課題（Go 課題，No-go

いる。また，視床下核は大脳基底核の出力核である淡蒼および Stop 課題）を遂行中のニホンザル視床下核の活動

球内節ニューロンへグルタミン酸作動性の強い興奮性を，大脳皮質からのグルタミン酸作動性興奮性入力と，入力を送っている。そのため視床下核の活動は大脳基底淡蒼球外節からの GABA 作動性抑制性入力に，分離して核の活動に大きな影響を与えると考えられている。これ

記録することに成功した。その結果，一次運動野や補足

までわれわれは，淡蒼球の内節と外節において視床下核運動野から入力を受ける視床下核のニューロンには，からの興奮性入力がどのような情報を運んでいるのか

Stop 課題に応じて活動を変化させるグループがあることを調べてきた。その際，事前に運動を行わないことをサが解った。論文として発表するため，データの解析を終ルに知らせる No-go 課題と運動開始直前に運動を停止さ了し，まとめているところである。

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2020 年度，われわれは若年時に片腕を事故により喪失

は，明確な四肢や体幹の体部位再現がある。これまで，動した 2 頭の成年期ニホンザルの，MI，SI および SMA に物の四肢が事故等により喪失した場合，MI や SI の喪失さ

対して皮質内微小刺激法を用いて電気生理学的にマッれた四肢の体部位再現領域では可塑的な変化が生じる可能

ピングを行った。その結果，MI では低閾値で運動が誘発性が示唆されているが，再現領域の大きさには差がないとされるコア領域が喪失側で小さくなっており，同様にされてきた。しかし，それらの研究は全身麻酔薬の影響を

SMA でも喪失部の体部位再現領域が縮小していた。一方受けたもので，覚醒下での研究例はなかった。また補足運で SI ではその様な明確な縮小は見られなかった。次年度

動野（SMA）においては先行研究がなく全く不明であった。

は 3 頭目からのデータ収集とまとめを行う予定である。

大脳皮質－大脳基底核経路の情報伝達異常がパーキンソン病症状を引き起こす
知見聡美，Woranan Wongmassang，高田昌彦（京都大学霊長類研究所），南部篤

パーキンソン病の病態生理を調べるため，ドーパミン選

るものと同様な応答が観察された。さらに，手術によって択的神経毒 MPTP を用いて作製したモデルサルの神経活

視床下核の一部を破壊すると症状が改善することが知ら動を記録した。大脳基底核の出力部である淡蒼球内節

れているので，薬剤の局所投与によって視床下核の活動を（GPi）の自発活動に大きな変化は観察されなかったが，ブロックしてみると，症状が改善するとともに「直接路」

大脳皮質運動野に電気刺激を加えて応答を調べると，「直を介する抑制が回復した。これらの結果から，パーキンソ接路」を介して伝達される抑制が著しく減弱していた。ドン病では運動を起こすために必要な「直接路」を通る情報

ーパミン補充療法を施して症状が改善している間には「直が上手く伝わらなくなることにより，手足が動かしにくく接路」を介する抑制が回復し，正常サルにおいて観察されなる「無動」の症状が起こると示唆された。

41

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

大脳皮質から線条体への入力様式の解析
佐野裕美，小林憲太，加藤成樹（福島県立医科大学），小林和人（福島県立医科大学），南部

篤

大脳皮質運動野から線条体への入力を解析するため，

淡蒼球外節や黒質網様部から，興奮−抑制−興奮という三レンチウイルスベクターによる逆行性の遺伝子導入と相性の応答が認められた。一方，光刺激でも，興奮−抑制

アデノ随伴ウイルスベクターを利用して，マウスの大脳という二相性の応答に加えて，興奮−抑制−興奮という三皮質−線条体路にチャネルロドプシン 2 を発現させた。

相性の応答も認められた。早い興奮は大脳皮質−視床下

このマウスの大脳皮質運動野に電気刺激あるいは光刺核を経由した応答であると考えられており，大脳皮質か激を加え，その応答を反対側の淡蒼球外節と黒質網様部

ら反対側の視床下核へ投射する経路も存在し，その側枝から記録した。大脳皮質を電気刺激した場合，反対側のが線条体に投射していることが示唆された。

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

ゾニサミドは抗てんかん薬として使用されてきた薬証するため，パーキンソン病モデルマウスに L-DOPA あ剤であるが，パーキンソン病の運動障害を改善すること

るいは L-DOPA とゾニサミドを連日投与し，ジスキネジが明らかになり，現在では抗パーキンソン病薬として認アに与える影響を観察した。その結果，ゾニサミドはジ可されている。パーキンソン病の治療では，ドパミンをスキネジアの症状を増悪させないが，投与量依存的にジ補うようにその前駆体である L-DOPA が使用されるが，スキネジアが出現している時間を延長させた。これらの長期間服用するとジスキネジアと呼ばれる不随意運動

結果から，ゾニサミドの投与量を調節することによって，が誘発される。臨床での観察から，ゾニサミドには L-

ジスキネジアへ影響すること無く，L-DOPA が効果的にDOPA 誘発性ジスキネジアを軽減させる可能性が指摘さ作用する時間を延長させることが期待できると考えられており，ジスキネジアに対するゾニサミドの効果を検れた。

パーキンソン病モデルマウスを利用した L-DOPA 誘発性ジスキネジアの病態生理学的解析
Dwi Wahyu Indrian, 知見聡美，長谷川拓，佐野裕美，南部篤

パーキンソン病は中脳ドパミンニューロンの脱落にないとき（off 状態）において，大脳基底核の出力核であ起因し，無動や寡動などの重度な運動障害を示す。そのる黒質網様部から神経活動を記録した。正常なマウスで治療にはドパミンの前駆体である L-DOPA の投与が有効は，大脳皮質運動野を電気刺激すると興奮−抑制−興奮とである。しかし，長期間の L-DOPA の投与によりジスキいう三相性の応答が認められるが，on 状態では抑制が増ネジアと呼ばれる不随意運動が出現する。この L-DOPA

強して遅い興奮が減弱していた。抑制は運動の開始や促誘発性ジスキネジアの病態生理学的解析を行うため，パ進に，遅い興奮は運動の終了を制御していると考えられーキンソン病モデルマウスに L-DOPA を投与してジスキていることから，運動の開始や促進のシグナルが増強し，ネジアを誘発した。L-DOPA 投与後のジスキネジアが顕

逆に運動の終了のシグナルが減弱して不随意運動が出著に出現しているとき（on 状態）と L-DOPA 投与後から現すると考えられた。

24 時間以上経過してジスキネジアがほとんど認められ42

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

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

Dystonin（Dst, ジストニン）はマウスの遺伝的なジス表現型として観察された。ジストニアに特徴的な筋収縮

トニアの原因遺伝子であり，神経堤細胞から分化した細として，持続的な筋収縮や伸筋と屈筋が同時に収縮する胞のみで Dst を欠損する Wnt1-Cre::Dst cKO マウスでは，ことが挙げられる。そこで，このマウスの筋電図を下肢

歩行時の体幹捻転など典型的なジストニアの表現型はから記録したが，ジストニアに特徴的な筋収縮は認めら認められないものの，下肢で捻転運動様の異常な運動がれなかった。

大脳基底核の間接路が淡蒼球外節の神経活動に及ぼす影響の解析
佐野裕美，Laura Andreoli（Lund Univ.），知見聡美，Angela Cenci Nilsson（Lund Univ.），南部篤

化学遺伝学的手法 DREADD（Designer Receptors Exclusivelyを記録した。その結果，CNO の投与前後で淡蒼球外節のActivated by Designer Drugs）を用いて大脳基底核の間接路

自発発火頻度や自発発火パターンは変化しなかった。ま（線条体−淡蒼球外節路）の生理学的役割を解明するた

た，大脳皮質を電気刺激したときの淡蒼球外節におけるめ，間接路に Cre を発現するトランスジェニックマウス

応答パターンも CNO の投与前後で顕著な変化は認めら（A2a-Cre マウス）にアデノ随伴ウイルスベクターを用れなかった。そこで次は，間接路に発現するドパミン D2

いて間接路に hM4D を発現させ，CNO（クロザピン N-オ受容体の拮抗薬であるハロペリドールを投与して，CNOキシド）を投与し，そのときの淡蒼球外節路の神経活動

投与前後の神経活動を記録することを計画している。

大脳基底核の直接路における KCNQ2 が神経活動に及ぼす影響の解析
佐野裕美，坪井大輔（名古屋大学），小林憲太，貝淵弘三（名古屋大学，藤田医科大学），南部

篤

大脳基底核の直接路（線条体−黒質路）に発現する電位おいて記録したところ，正常なマウスでは興奮−抑制−興+チャネルサブユニット KCNQ2 の神経生理学的

依存性 K

奮という三相性の応答を示すが，直接路で KCNQ2 を欠役割を解明するため，トランスジェニックマウスとアデ損させたマウスでは興奮−抑制という二相性の応答を示

ノ随伴ウイルスベクターを用いて直接路の KCNQ2 を欠し，さらに抑制の持続時間が有意に延長していた。抑制

損させ，直接路の投射先である黒質網様部の神経活動をは大脳皮質−線条体−黒質網様部を介する応答であると記録した。その結果，黒質網様部における自発発火頻度

考えられていることから，KCNQ2 の欠損により直接路や自発発火パターンに変化は認められなかった。ところを介する神経伝達が増強していることが示唆された。

が，大脳皮質を電気刺激したときの応答を黒質網様部に43

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

マーモセット前頭皮質の機能マッピング
纐纈大輔，南部篤

小型の霊長類動物であるマーモセットを用い，前頭連なった後に，タッチパネルを用いて，遅延期間を伴う記合野の神経生理学的な機能マッピングを行っている。前

憶課題である遅延見本合わせ課題を習得させた。場所記

頭連合野のマッピングをするためには，記憶処理過程に

憶課題，形記憶課題，色記憶課題を行ったところ，課題

関わるニューロン活動を記録しなければならず，記憶課の条件によるパフォーマンスの違いが見られた。現在，題遂行中のマーモセットからニューロン活動を記録す

記憶課題遂行中のマーモセットの前頭連合野から細胞る必要がある。

活動記録を行い，前頭連合野の機能マップを作成しているところである。

そこで，マーモセットにチェアー・トレーニングを行

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（ウイルスベクター開発室），南部

篤

大脳基底核の視床下核（STN）を損傷すると反対側のした。GPi の発火頻度は減少せず，神経発火の変動量

手足にバリズムを呼ばれる不随意運動が起きる。これま（Fano Factor, CV of ISIs, sequential correlation）が上昇しで，STN が大脳基底核の出力核である淡蒼球内接（GPi）

た。以上の結果から，STN が GPi の発火パターンを安定の発火頻度を上昇させることで運動実行が抑制されて化させることで，不要な運動を抑制し，安定した随意運いると考えられてきた。

動を実現する，といった神経メカニズムが考えらえる。
本年度は実験データの解析及び追加実験を行い，学術

本研究では化学遺伝学的手法を用い，不随意運動をマ

論文の投稿を行った。

カクザルに誘導させ，GPi から単一神経活動記録を計測

神経ダイナミクス研究部門【概要】て過渡ダイナミクスの機能的意義に着目した研究を進神経ダイナミクス研究部門は，神経活動の多様な非線める予定である。

形ダイナミクスの脳情報処理における機能的意義の検証を目的として研究活動を進めている。2018 年 10 月に

また 2020 年度はヒト実験用の電磁シールドルームを発足し 2 年目を迎える 2020 年度は，部門での脳計測実防音化し，脳波，脳刺激実験の環境整備を進めて，精度

験の研究基盤の確立を目指した。

の高い脳波データの計測に成功した。また被験者データ
ベースの構築と運用を進め，ヒト被験者を対象とした脳

具体的には，まず安静時，各種課題時のヒトの頭皮脳計測実験環境の構築に成功したといえる。

波計測実験とデータ解析を進めた。非線形ダイナミクスのうち，特に，脳の振動同期ネットワークの過渡ダイナ

さらに並行して，共同研究により他機関で取得した脳

ミクス，ネットワークの変化様相，ゆらぎ，準安定性

波データの解析や数理モデル化研究も進めることがで（metastability）に着目した研究プロジェクトを複数継続きた。今後も共同研究と部門での研究を並行して，脳の的に進行している。非線形動力学，情報理論，信号処理

非線形ダイナミクスの機能的意義に関する研究を多面

理論，複雑ネットワーク解析，統計的機械学習手法等の的，精力的に進めていく所存である。以下に本年度の代

多面的な手法を組み合わせることにより，今後も継続し表的な研究の要約を記載する。

44

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

神経活動のゆらぎの機能的意義を理解する研究
上原一将，萩原淳，北城圭一神経活動で観察されるゆらぎはミクロスケールから析で用いられるグラフ理論を発展させ，ネットワーク

マクロスケールまであらゆる階層を通して観察されるを形成するノードあるいはハブがどの程度他ネットワ現象である。本研究ではマクロスケールレベルにおけークコミュニティに関与するかというネットワークのる神経活動のゆらぎに着目する。特に時系列で刻々と柔軟性を定量化し，大域ネットワークのゆらぎとその変化する脳波大域ネットワークのゆらぎの意義につい機能的意義について検証を進めている。また，ライフて頭皮脳波計測と探索運動学習パラダイムを組み合わ

スパンで大域ネットワークの柔軟性がどのように変化せることで明らかにする。本研究ではネットワーク解

するかについても併せて検証を進めている。

脳卒中患者の脳波位相同期ネットワークの柔軟性と機能回復との関連
岡崎由香，服部憲明（富山大学／森之宮病院），河野悌二（森之宮病院／大阪大学）
畠中めぐみ（森之宮病院），宮井一郎（森之宮病院），北城圭一
脳は深刻な損傷を受けた状態でも脳機能ネットワー

健側半球のノードの柔軟性が高いほど FIM や FMA の回

クの可塑的特性により環境に適応することができる。本復の度合いが高く，逆に，患側半球のノードの柔軟性が研究では脳卒中の回復過程において，ネットワークの柔

高いと回復しにくいことが明らかになった。これらの結軟性（コミュニティ内のノード構成の時間的変化）と機果から，代替ネットワークの構築には病変部以外のノー能回復との関係について検証した。脳卒中発症後，回復

ドの可変性が重要であることが示唆される。また病変部期前期および後期に安静閉眼時の頭皮脳波計測と行動のノードが過剰な柔軟性を持っている場合は回復が阻

テストを行った。脳卒中後の回復については，日常活動害される可能性がある。本研究の他にも森之宮病院と，作指標である Functional Indepdence Measure (FIM),運動

脳卒中の機能回復と脳波位相同期様相の変化に着目し麻痺の指標である Fugl-Meyer Assesment (FMA) 等の病態

た探索的な研究を並行して行っている。

指標を計測した。脳波位相同期ネットワーク解析の結果，脳波位相同期ネットワークの時系列推定と変化点検知
横山寛，北城圭一本研究では脳波の位相同期現象に反映される脳機能

ワーク結合の構造的変化が生じたタイミングを検出す

ネットワークの構造的変化をデータ駆動的に捉えるたることを可能にした（Yokoyama & Kitajo, 投稿中）。こめの時系列解析手法の確立を目指した。本研究での提案れにより，本提案手法を基に，脳機能ネットワークの構手法では，観測された脳波の時系列位相を結合位相振動

造的変化に関連する神経メカニズムの解明にアプロー

子系にモデルフィッティングし，ネットワーク結合の時チすることができる。今後は，本提案を応用し，脳波の系列変化を逐次推定する。さらに，推定された結合強度

時系列変化の背後にある機能的役割の理解に役立てる

パラメタの時系列的な変化度を定量することで，ネットことを目指す。

45

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

脳波パワースペクトルの個人特性の多様体学習手法による可視化
末谷大道（大分大学），北城圭一
安静時の自発脳波ダイナミクスの個人特性を可視化の脳波試行のパワースペクトルは t-SNE の２次元平面上する手法開発を行った。具体的には 100 人の 3 分間の閉でクラスタ化され，個人間の分離度が非常に高い配置と眼安静時の脳波を各被験者内で 18 個の 10 秒試行としてなった。また同一個人の２日間計測したデータを可視化

分割し，パワースペクトルを求めた。1800 試行の脳波デしたところ，異なる日の同一個人の計測データは近い位置

ータを統計的機械学習手法である多様体学習の一種でに配置され，一つのクラスタとなるケースが多かった。脳あ る t 分 布 型 確 率 的 近 傍 埋 め 込 み 法 （ t-distributed

波パワースペクトルの個人特性のロバストな可視化手法

stochastic neighbor embedding: t-SNE）により，2 次元空の確立に成功したといえる。また，今後は，脳波の大域的間に埋め込んだ。その際にパワースペクトル間の距離の位相同期様相等の非線形ダイナミクスの異なる側面の特metric として beta divergence を用いた。その結果，古典徴量の可視化手法開発を進めていく予定である。

的 Multidimensional scaling (MDS) に比較して，同一個人

Suetani and Kitajo, Neuroscience Research, 156, 188-196, 2020

脳波ダイナミクスの準安定性と自閉症傾向の関連
佐瀬

巧（理化学研究所／マラヤ大学），北城圭一

安静時の脳波ダイナミクスの過渡的な特性を定量化し，す被験者は自閉症傾向を示す注意関連のスコアが高いと自閉症特性との関連を調べた。具体的には脳波のデルタ波いう結果になった。また，Kuramoto モデルを用いて，個位相－アルファ波振幅カップリングの複数の準安定状態

人の脳波の過渡的なダイナミクスの再現に成功した。これ

間の遷移ダイナミクスの定量化を試みた。定型発達者を対らの結果から脳活動ダイナミクスの準安定性が自閉症傾象として，３分間の安静時閉眼脳波計測を行い，autism-

向の拘束要因となっている可能性が示唆される。

spectrum quotient（AQ スコア）の質問紙調査により自閉症

今後は自閉症当事者の脳波データの解析を試みる予傾向の評価を行った。AQ スコアのサブスコアである注意

定である。

のスイッチングに関するスコアと一つの準安定状態でのSase and Kitajo, PLoS Computational Biology, 17, e1008929,

最長滞在時間との間に統計的に有意な相関関係がみられ2021た。より長く一つの状態に滞在する過渡ダイナミクスを示

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。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

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
楊于

家家（岡山大学 ヘルスシステム統合科学研究科）

英花（情報通信研究機構 脳情報通信融合研究センター）
Laurentius Huber（University of Maastricht, Netherlands）

MRI による生体観察において，超高磁場 MRI がもたらる Vsucular occupancy（VASO）法を導入した。本法は，空す信号雑音比（SNR）の上昇は，空間分解能の向上や組織間的特異性の低下を招く脳表静脈からの影響を低減しつ

コントラストの増強に作用する。超高磁場 MRI による脳つ，大脳皮質レイヤーレベルの脳活動を観測可能にするサ

機能 MRI（fMRI）で，最も期待されるのは空間分解能のブミリメータースケールの fMRI を実現する。手指対立運向上である。本研究では，
マーストリクト大学の Laurentius

動および安静時の fMRI 計測では，それぞれ大脳皮質の体

Huber 博士との共同研究より，一般的な fMRI で採用され性感覚運動野，内側前頭葉帯状皮質に信号変化が観測され，る血液の酸素飽和度に依存しない脳血流量の変化を捉え

各種賦活課題実験への応用を進めている。

MRI による社会活動と脳白質微細構造の関連解析
福永雅喜
松本純弥，三浦健一郎（国立精神･神経医療研究センター 精神保健研究所）
根本清貴（筑波大学 医学医療系臨床医学域）
越山太輔，岡田直大，森田健太郎（東京大学大学院 医学系研究科）
渡邊嘉之（大阪大学大学院 医学系研究科）
橋本亮太（国立精神･神経医療研究センター 精神保健研究所）
人の社会活動は，複数の脳領域における神経活動によりの mean diffusivity (MD) は，総労働時間と負の相関を示し

実現されており，脳の結合性により支えられている。本研

た。また，ALIC と SFO の MD 値は，有給労働の時間数と究では，労働時間に代表される社会活動と，拡散テンソル

相関したが，家事や学校教育の時間数とは相関しなかった。

画像（DTI）で定量化した脳の結合性の関連を検討した。

これらの結果は，社会活動が ALIC と SFO の白質微細構

483 名の健常者を対象に 3T MRI による DTI 解析を実施，造と関連していることを示唆している。報酬を得るためのまた有給労働（Work for Pay），家事（Work at Home），

労働と他の 2 つの社会活動の主な違いは，動機の違いと考学校教育（Student）を分類し作業時間を算出した。これらえられる。したがって，ALIC と SFO の白質微細構造は，より各分類の作業時間と DTI 指標との相関関係を分析し外的に動機づけられた社会活動に関連していると考えらた。その結果，内包前脚（ALIC），上前頭後頭束（SFO）

れた。Neurosci Lett. 18:135428 (2020) として発表した。

リアルタイムでのアイコンタクトの神経基盤：Dual fMRI および Dual 脳波-fMRI を用いた研究
小池耕彦，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う共同作業である。Dual fMRI を用いた研究により，アイコ

行動ではなく，実時間での情報交換により自他の行動が影

ンタクト条件では，目の映像を単に見ている条件と比較し響を与え合い二者が繋がれ，意図や注意の共有へと繋がるて。二条件の存在に気が付かなかったにも関わらず，参加

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

者の瞬目のタイミングは他者のそれに強く影響を受けてされたデータのうち，fMRI データについて解析を進めた

いることがわかった。また脳活動上では，小脳半球，前部

結果，先行研究（Koike et al., 2020）の結果が再現され，小帯状回，また島皮質などの活動パタンが，リアルタイムで脳や前部帯状回，および島皮質がリアルタイムでのアイコのアイコンタクトに特徴的な変動を示した（Koike et al.,ンタクトに特徴的な活動を示した。脳波データについては，

2020）。この結果を基に，より高時間解像度および簡便な機械学習を適用した結果，リアルタイムアイコンタクト条手法でアイコンタクトの神経基盤を描出することを目指

件と遅延映像視聴条件のデータを，弁別可能なことが明らして，Dual 脳波-fMRI 計測を開始した。MRI 撮像と干渉かになった。現在，どのような脳波上の特徴が，二条件のせずに脳波撮像ができる設定の検討をすすめた。同時計測

違いを表象しているかを検討している。

内的な情報を他者と共有する神経基盤：Dual fMRI 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情報が共有される場合もある。このような外的に存在すに視覚的注意を向けるかという情報が共有される。しかる物体に対する内的な情報の共有は，共感の前駆段階とし視覚的注意は必ずしも空間位置に向けられるもので考えることができるが，その神経基盤は明らかになってはなく，特定の視覚特徴（たとえば色）に対して向けらいるとは言い難い。本研究では，我々がおこなってきたれる場合もある。共有されるものは，外的な物体が持つ共同注意の Dual fMRI 実験を拡張した実験系を構築し，情報とは限らない。ある物体に対する印象など，物体そその神経基盤の検討を進めている。

のものが持つ情報ではなく，個人の心内にのみ存在する

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

盤の間には，関連性があるのだろうか？本研究では，一意の実験をおこない，それらの神経基盤が島皮質にある

般的には連続して起こるアイコンタクトと共同注意に可能性を示唆してきた（Koike et al., 2016, 2020, 2021）。

関連した神経基盤を，別々に描出することが可能な実験

また発達心理学に関連した多くの先行研究は，アイコン系を作り，Dual fMRI を用いて検討している。データのタクトと共同注意の間には深い関係があることを示唆

収集はほぼ終了しており，現在，データ解析をおこなっしている。それではアイコンタクトと共同注意の神経基ている。

ひらめきに関係する神経基盤の解明：RAT 課題と RAVEN 課題を用いて
小池耕彦，山本哲也，原田勉（神戸大学），定藤規弘

悩んだ末にアイデアが閃く過程の神経基盤を，様々な可

process）に分けて検討した。実験課題としては，一つの漢能性を脳内で検索する過程（Divergent process）と，それら字に別の漢字をつけて熟語を完成させる RAT 課題と，８

可能性の中から一つの結論に収束する過程（Convergent

枚の画像からルールを見つけ出してそのルールに当ては48

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

まる別の画像を考える RAVEN 課題を用いた。RAT 課題

尾状核と視覚野との結合性の強さが，閃きと関連しているは言語性の閃きであり，RAVEN 課題は視覚イメージ性のことが明らかとなった。RAVEN 課題についても実験は終閃きであることから，それらの神経基盤の異同を検討する了しており，現在，解析中である。RAVEN 課題と RAT 課

ことで，モダリティに拠らない閃きの神経基盤を描出でき

題の結果を突き合わせた上で，英文誌に投稿する予定であると考えた。RAT 課題の解析の結果，尾状核の活動，またる。

スムースな情報共有の学習に関連した神経基盤の解明：迷路ゲーム課題を用いて
小池耕彦，角谷基文，定藤規弘
他者との会話においては，抽象的かつ目の前に物理的並行して，課題関連の脳活動は，前頭前野内側面およびには存在しない情報や概念について口頭で情報交換を

上側頭回において増加していくのが観察された。また，することがある。その神経基盤を，迷路ゲーム（Garrod

二者の情報共有の神経基盤を描出するのに利用される& Anderson, 1987）を用いた実験により検討した。参加者

二者脳活動相関を計算すると，前頭前野と右上側頭回には Dual fMRI 装置に入り，口頭で情報を交換しながら協て有意であった。これらの結果は，ゲームのルールや局

力して迷路ゲームを解く課題を，トータル４回繰り返し面といった抽象性の高い情報の共有には，上側頭回-前た。行動指標の解析をすると，第三者評価による会話の頭前野のネットワークにおいておこなわれている可能

スムースさは回を重ねるごとに上昇し，また二者の口の性を示唆する。実験，解析はすべて終了しており，現在，動きの因果性は向上した。この会話のスムースさ向上と論文執筆中である。

映像に対する意見交換が映像視聴に与える影響の検討：Dual fMRI を用いて
小池耕彦，Angela Zhang（McGill University），定藤規弘
同じ映像を視聴するときに脳活動の二者間相関が存る場面を模した実験をおこなった。参加者らは Dual

在することが知られており，これは脳への共通入力の効

fMRI の中で同時に映画を見たあとに，その見どころや印果である（Hasson et al., 2004）。加えて，友人間では映像

象について語り合い，その後再び同じ映画を視聴した。

視聴による二者脳活動相関が高いことが知られており，

このときに，語り合い前後での二者間脳活動相関の変化「友人は見方／考え方が類似しているから」と解釈されを検討した。解析の結果，右下前頭回において，語り合ている（Parkinson et al., 2018）。我々は，この解釈の妥当

いの後の映画視聴中に二者脳活動相関が高まることが性を直接的に検討するため，二者で同時に映画を視聴す

明らかになった。

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
非ヒト霊長類（NHP）を対象とした MRI／fMRI は，よを元に，特に超高磁場 MRI で収集した NHP データの処

り直接的なヒト・非ヒト種間比較を可能とし，脳機能の理に最適化した MRI/fMRI 解析パイプラインの開発を進より深い理解に寄与する重要な研究手法である。本研究めている。本年度は，本研究所 7 テスラ MRI にて他部門

では，公開されている NHP 用 HCP パイプライン開発版と共同で計測した麻酔下マカクザル構造 MRI（17 例），49

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

安静時 fMRI（延べ 13 例），マーモセット構造 MRI（延に，新たに他部門と共同で開始した麻酔下マカクザル課

べ 26 例）のデータ，および前年度取得データを，開発し

題 fMRI 実験（本年度延べ 25 例）のデータ解析に合わせたパイプラインで解析し，コイルの種類や頭部手術・治た改良を行い，その実適用を進めている。

具の有無等の条件に応じた最適化・改良を進めた。さら行動に随伴した社会的フィードバックの神経基盤：fMRI による検討
中川恵理，角谷基文（日本学術振興会 特別研究員），小池耕彦，定藤規弘
教師による評価という社会的な信号の処理に関わる

V1 が賦活し，V1 が社会的信号の価値を評価しているこ

神経基盤を検討するため，機能的磁気共鳴画像法（fMRI）とが示唆された。さらに，自己の行動に随伴した反応がを用いた実験を行なった。被験者 33 名は疑似英単語をあった後にのみ V1 から一次運動野への結合が強くなり，

音読し，その発音を教師から評価された。教師からポジ

自他の区別を評価する内側前頭前野の活性化により調

ティブ反応があったとき気分評定値は有意に上昇し，ネ

整されることが明らかになった。本結果は，自身の発話

ガティブ反応では低下した。ポジティブ・ネガティブのに随伴した「教師の反応」という社会的な信号は，運動

いずれの教師の反応も「自己に関連した信号」の評価に

制御システムへのフィードバックとして作用する可能関わる内側前頭前野を賦活させた。また，ポジティブ反性を示している。

応では右の一次視覚野（V1），ネガティブ反応では左の7 テスラ高分解能 fMRI の脳表面ベース解析における空間的歪み補正の定量評価
山本哲也，福永雅喜，菅原翔（東京都医学総合研究所），濱野友希，定藤規弘

7 テスラ fMRI は高い信号雑音比や空間分解能を誇る

落率は 9.7 %，平均皮質内変位は 0.96 mm だった。静磁

一方，空間的歪みが大きな問題となる。それ故，構造 MRI

場不均一や傾斜磁場の非線形性による歪みの補正は，皮との正確な位置合わせが重要である。本研究では，1.2

質欠落率をそれぞれ 2.1，8.7 %に，平均皮質内変位をそmm 高解像 fMRI データの脳表面ベース解析における歪れぞれ 0.29，0.86 mm に有意に低減した。これらの補正

み補正の効果を定量評価した。静磁場の不均一と傾斜磁は歪みが顕著ではなく，従来，問題視されていなかった場の非線形性による歪みを，それぞれ皮質欠落率（皮質領域でも効果的だった。静磁場不均一による歪みの補正

外組織の収集割合）と皮質内変位（本来とは異なる皮質が 7 テスラ高分解能 fMRI の脳表面解析では特に重要で位置からの収集）で評価した。歪み補正なしでの皮質欠ある。

両手指系列運動学習の動作特異的神経基盤の解明：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, 片手動作の動作）と自己座標系で対称な両手動作（鏡像動作）では，単なる合計ではない。しかし，両手による技能学習過程に並列動作は鏡像動作からの変換を必要とするため難しい

おいても，片手による学習と異なる独自の神経基盤があることが知られている。本研究では，これらの両手動作特異のかは不明確である。空間座標系で対称な両手動作（並列的な性質が，技能学習の神経基盤における動作特異性をも50

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

たらすかを検証している。並列動作と鏡像動作による手指側一次運動野・背側運動前野・小脳に加えて右補足運動野系列運動の学習中に 7 テスラ MRI による機能的 MRI 計測と被殻の課題関連活動が増大することが示された。今後はを 35 人を対象として実施した。暫定的な結果として，よより詳細な解析を通じて，両手による系列運動学習の神経

り実行が難しい並列動作による系列運動学習を通じて，両基盤を明らかとする予定である。

二者間の社会的行動選択中の神経基盤：Dual fMRI を用いた研究土元翔平，小池耕彦，二宮太平，磯田昌岐，定藤規弘
実社会では，他者の行動から得られる情報を上手く活として，実際の相手だけでなく，録画再生されたスクリ用することが求められる。磯田教授のグループがニホンーン上の手や棒状の物体がボタンを押すという 3 種類のザルを対象として，社会的行動選択中の脳領域間の機能条件を設定した。この課題中の二者間の脳活動を Dual

連関を明らかにした。ヒトにおいても同様の神経基盤が

fMRI を用いて計測した。その結果，手や棒と一緒に課題存在するかを検証するために，サルで実施した社会的行をするときよりも，実在の相手と一緒に課題をする時に，

動選択課題をヒトにおいても実施した。課題内容は，2 人

島皮質や補足運動野，側頭頭頂接合部が統計的有意に賦が交代して 3 つのボタンから 1 つの正解ボタンを選べば活することが分かった。現在は，脳領域間の機能連関を報酬がもらえるという試行である。課題をおこなう相手検討している。

認知制御は一次運動野における GABA の局所変化を介して運動学習に影響する
丸山修紀，福永雅喜，菅原翔（東京都医学総合研究所），濱野友希，山本哲也，定藤規弘

一次運動野はピアノ打鍵動作の様な系列指運動学習

タミン酸とガンマアミノ酪酸（GABA）を計測した。

において重要である。しかし, 一次運動野と他の脳領域

GABA/グルタミン酸比は課題成績の向上率と負相関しの関係性は明らかでない。右利き成人 38 名に最大速度た。また課題準備関連信号が増強した領域は，感覚運動で打鍵することにより学習を促す系列指運動課題を実

ネットワークと前頭頭頂ネットワークの領域に一致し施した。7 テスラ MRI を用いて課題時及び課題前後の安た。安静時の右側一次運動野と前頭頭頂ネットワークの静時に機能的 MRI と MR Spectroscopy (MRS) を行い，学機能的結合性変化と GABA/グルタミン酸比の変化は負習中のネットワーク結合変化と代謝状態を評価した。機相関した。一次運動野の GABA/グルタミン酸比は一次運

能的 MRI により課題準備期に学習に伴い脳活動が増強

動野と前頭頭頂ネットワークの遠隔結合を制御するこする領域を描出した。MRS により右側一次運動野のグルとが示された。

社会的意思決定における 2HBT1 効果の神経基盤
南條啓孝，小池耕彦，宮田紘平（東京大学），定藤規弘
ヒトの社会的な意思決定は個人のそれより優れていた合意により確信を共有することを通じて，確信が増強ると信じられている（Two heads better than one 2HBT1 効

し，それに伴ってより良い判断ができると考えられてい果）が，その神経基盤は明らかではない。社会的な意思るが，実際の行動決定においては，他者の判断だけが利決定においては，話し合いなどの社会的相互作用を通じ用可能で，確信度が提示されていないことが多く，その51

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

ような場合に 2HBT1 現象が発生するか否かは不明であ場合（Solo Condition)を用意した。その結果，Solo Condition

る。これらのことから，2HBT1 効果を脳機能レベルで説においては，２回目の方が１回目よりも弁別能が高く，明するためには，二者間で伝達される情報の内容と，そDyad Condition においては，その程度は有意に増強してれが確信形成に及ぼす影響を行動レベルで明らかにすいた。Dyad Condition において相手の判断した情報をラる必要がある。そこで，単に結果だけを共有する条件をンダム情報に置換して提示すると，弁別能は低下した。

持つ二肢強制選択法を用いた視覚弁別課題を考案し，本結果は，確信度そのものは交換されずとも，他者の判2HBT1 現象を検証する行動実験を行った。本課題では，

断を参照するのみで視覚弁別能が改善することを示し

ペアで左右に示された物体のどちらが大きいかを２回ている。この行動解析結果に基づいて，fMRI による脳活

判断させた。１回目の判断入力後，２回目の判断を行わ

動計測を行い，個人内の弁別能の向上及び主観的な確信せる際に，相手の判断を提示する場合（Dyad Condition)

度評定に関わる脳領域の解析を進めている。

と，相手の判断は無く自分の１回目の判断を再考させる

日本の教科書は文章題を解くためにどんな図表が役立つと教えているか
綾部宏明，定藤規弘
マナロ エマニュエル（京都大学教育学研究科）
福田麻莉（東京大学教育学研究科）
数学文章題解決には図表が有効であるとされるが，生プと解決に推奨される図表の種類の対応を評定した。カ徒が図表を使えるようになるためにはさまざまな課題

イ二乗分析（残差分析）の結果，問題タイプと図表の種があると報告されている。主な原因は，問題タイプとそ類の対応には関連がみられた。具体的には，変更問題，の解決に適する図表の種類の対応を私たちは十分に理結合問題，変化問題と具体図，比較問題，変化問題と数解していないからだと考えられる。そこで本研究では，

直線図，データ整理問題と表／グラフ，視覚化問題と具それらの対応が実際の教育現場でどのように指導され

体図／グラフにおいて関連が有意であった。これらの結ているかを調査した。対象は，文科省検定済算数教科書

果は，我が国の数学教育が習得させようとしている問題

1 社 1～6 年が収録するすべての文章題であり，問題タイ

タイプと図表の種類の対応を明らかにした。

相談者の不安が軽減することの神経基盤の検討
橋口真帆，小池耕彦，定藤規弘
相談支援場面では「共感」に相談支援場面では「共感」

対照条件の受容条件・反問条件では異なることを検証をにより相談者の不安が和らぐことが経験的に知られて行した。 実験は両者の間に衝立を立て顔が見えずに声いるが，その神経基盤は明らかになっていない。本研究のみでやり取りをしてもらった（40 ペア）．結果，（１）

では，相談者が共感された時の不安軽減効果の神経基盤

相談者の不安評定値の分散分析は交互作用があり解明を目指して，カウンセラー役 と相談者役を設けて（P=0.002）。事後検定において，共感条件は受容条件よ対話する心理実験を行い，（１）カウンセラー側の共感

り不安評定値が低かった（P=0.007）。（２）カウンセラ

が声を介して相談者伝わることで相談者側の不安を軽ー役の音声の基本周波数の主成分分析において受容条

減させること（２）カウンセラー役の音声は共感条件と件と共感条件の音声の違いが確認できた（P＝0.014）。

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／システム脳科学研究領域

時間の長さを知覚することの正確さに関連する神経活動の検討
橋口真帆，小池耕彦，Denis Le Bihan，定藤規弘
激を用いた心理課題を実施し，被検者はテスト刺激の聴

主観的な感覚である時間の長さ知覚に関する領域として，Craig (2009) は内受容感覚に関連する領域である

覚刺激間隔が短い参照刺激に近いか？

島皮質を重視した。Wittmann ら（2010）は 10 秒以上のに近いか？

時間再生の正確さに島皮質が寄与すると報告した。しか

50 ％ 弁別閾は主観的な時間であり，物理的な時間とのし，数秒のレンジでも島皮質が時間の長さ知覚の正確さ

距離を正確さの心理量として脳活動との相関分析を行に関連しているかは不明だった。本研究では，2 秒以下った。結果，時間の長さ知覚が正確な被検者ほど，右島の時間の長さ知覚の正確さに関連した神経活動を同定

皮質・右下前頭回の活動が高く，これらの領域が時間のすることを目的に脳機能イメージングを行った。聴覚刺長さ知覚の正確さに関連することが明らかとなった。

長い参照刺激弁別した。各被検者の心理物理曲線の心理的プレッシャーが運動制御に与える影響の検討
小笠原香苗，小池耕彦，定藤規弘
他者から評価されるなどのプレッシャーは運動制御を提案し，プレッシャーが両者に与える影響の差異を検に影響を与える。しかし，そのメカニズムは未だ解明さ討する行動実験をおこなった。握力で車を制御するドラれていない。視覚-運動協調時の運動制御は，課題目標でイビングゲーム課題をおこなわせ，課題中の握力（力み）ありフィードバックを明示的に利用できる運動制御精とエラー量（運動制御精度）を測定した。実験の結果，度と，課題精度とは無関係でフィードバックもない身体

運動制御精度と力みはどちらもプレッシャーにより影状態（力みなど）に分けられ，プレッシャーが両者に与響を受けるものの，影響の受け方は異なることが明らか

える効果は異なることが示唆されている。本研究では，となった。今後は MRI を用いて神経基盤を明らかとす

運動制御精度と力みを独立かつ同時に測定する実験系る。

53

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第 42 巻（Dec,2021）

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）
哺乳動物モデル細胞系とアフリカツメガエルの発生実な制御因子の探索を可能とするため実験系の確立を進めた。

験系を相補的に利用し，PCP シグナルを制御する細胞内膜

本年度は，これまでに開発を進めてきた細胞のシグナル系タンパク質の候補を見出してきた。これまでに，これら応答の定量的検出において使用可能な，培養細胞へのシグの制御機能分子のいくつかについて細胞内局在を規定す

ナル入力を誘導発現によりオンオフにするシステムを構る配列構造を同定し，その作用が，PCP シグナル下流の細築してきている。その結果，データとして必要性の明らか

胞骨格制御と関連していることを示唆するデータを得てになってきた，機能分子阻害に対するシグナル応答の時間いる。また，タンパク質機能阻害実験系の工夫と，それを依存性などを解析のパラメーターに加えることを可能と元にした機能阻害スクリーニングによって，関連する新たしている。

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

素，Ca2+/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼ II

ズムの解明は，記憶の異常を伴う脳疾患や老化による脳（CaMKII）に重点を置いて，研究を進めている。CaMKII

機能低下の予防・治療に欠かせない。当研究室では，そは，神経細胞間の情報伝達の場であるシナプスの後部にの過程で重要な役割を果たす脳内の蛋白質リン酸化酵

特に多く存在し，学習・記憶の基本現象とされるシナプ

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／個別研究

スの長期増強（LTP）に不可欠の分子と考えられている。

生理学・行動科学など様々な手法を用いて解析すること

私達は，このキナーゼの酵素活性をなくした遺伝子改変により，このキナーゼの生体内での役割を解明しようとマウスを作製し，生化学・細胞生物学・組織化学・電気している。本年度は，以下の課題を中心に研究を行った。

加齢と手がかり記憶，海馬依存性記憶山肩葉子，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

ウスの高齢群と若年群とを用いて，水迷路を利用した手（CaMKII）は，脳に多く存在する蛋白質リン酸化酵素で，がかり記憶と海馬依存性の空間認識記憶の比較テスト

学習・記憶の分子メカニズムに関わることが知られていを行った。その結果，高齢群のマウスは，手がかり記憶る。中でも神経細胞に特異的に発現するアイソフォーム，については若年群と同等の記憶が獲得できたが，空間認

CaMKIIα は，その中心的な役割を果たす。これまでに，

識記憶については若年群に比べると成績が劣ることが

CaMKIIα の不活性型ノックインマウスを用いて，加齢と判明した。今後これらマウス脳サンプルを用いた

海馬依存性記憶，キナーゼ活性との間に一定の相関関係

CaMKII キナーゼ活性測定等，さらに詳しい解析を展開がある可能性を見出してきている。本年度は，野生型マする予定である。

個別研究（佐竹研究室）【概要】
抗がん剤候補物質 roscovitine（cyclin-dependent kinase 1,

る作用の分子的基盤を追究した。また，小脳登上線維‐プ

2, 5 阻害薬，Cav 2 チャネル作用薬）がシナプス種特異的

ルキンエ細胞間シナプスにおいて，グルタミン酸輸送体

な様式でシナプス小胞体の多重性開口放出を促進させ電流の解析を行った。

Roscovitine がシナプス小胞体の多重性放出を亢進する作用の分子的基盤
佐竹伸一郎
Roscovitine には，小脳顆粒細胞‐分子層介在神経間グ

EGTA-AM (100 M) を小脳スライス標本に先行投与すルタミン酸（Glu）作動性シナプスならびに小脳顆粒細胞ることにより，roscovitine (30 M) の興奮性シナプス後‐プルキンエ細胞間 Glu 作動性シナプスにおいて，シナ電流（EPSC）増大作用は著しく減弱した。一方，roscovitine

プス小胞体の多重性放出（multivesicular release, MVR）をによる IPSC 増大は，急速結合性 Ca2+ キレート薬 BAPTA-

促進させる作用がある。また roscovitine は，小脳分子層

AM (100 M) により強く阻害された（EGTA-AM は無効）。

介在神経‐プルキンエ細胞間 GABA 作動性シナプスに

これらの結果は，roscovitine の MVR 亢進作用は興奮

おいて記録した，抑制性シナプス後電流（IPSC）の振幅

性シナプスと抑制性シナプスでは発現機構が異なること減衰時間（decay）を同じく MVR の亢進により増大さと，特に興奮性ニューロン顆粒細胞の軸索終末においてせることができる。

①内在性 Ca2+ 緩衝機構 (Ca2+ buffer) と②Ca2+ マイクロ

Roscovitine の作用機序を電位依存性カルシウムチャネ

ドメインシグナリング（即ち，Cav チャネル集合体から遠）集合体と開口放出 Ca2+ センサーの位置関係に位にある開口放出 Ca2+ センサーの動員）が MVR の誘発

ル（Cav

焦点を当てて検討した。緩徐結合性 Ca2+ キレート薬に重要な役割を担っていることを示唆している。

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／個別研究

小脳登上線維‐プルキンエ細胞間シナプスにおいて記録されるグルタミン酸輸送体電流の性質
佐竹伸一郎
グルタミン酸輸送体（興奮性アミノ酸輸送体 excitatory

ナプス間隙から拡散していく過程が dextran によって物

amino acid transporter, EAAT）は神経細胞から放出された理的に阻害されたことに伴い，シナプス近傍に滞留した興奮性伝達物質 Glu の回収を担い，神経伝達を終結させ

Glu がより多くの EAAT 分子によって回収されている様るとともに，過剰 Glu の興奮毒性から神経細胞を保護す

子を反映している。

る役割を持つ。これまでに小脳プルキンエ細胞の EAAT

一方，エタノール（50 mM）は STC の振幅を有意に減は，生理的濃度のエタノールによりその Glu 輸送能が亢弱させた（減衰時間 decay には無効）。エタノールは，進し，登上線維伝達物質 Glu のシナプス外拡散を抑制す

EAAT のターンオーバー（Glu 輸送行程の回転速度）をることを見出している。

促進する作用を介して，シナプス近傍の Glu 量を恒常的

プルキンエ細胞が登上線維 Glu を回収する過程をさらに減少させているため，登上線維終末から放出されたに詳しく解析するため，登上線維の電気刺激に伴いプルGlu の回収に関った EAAT 分子の数も併せて減少したとキンエ細胞において誘発される，シナプス性グルタミン

考えられる。引き続き STC に薬理学的手法を適用するこ酸輸送体電流（synaptic transporter current, STC）を観察しとにより，EAAT の機能変化が Glu の細胞外動態におよた。重合多糖類 dextran (40 kDa, 5 %) は STC の振幅を可ぼす影響を追究している。

逆的に増大させた。この STC 増大は，登上線維 Glu がシ

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第 42 巻（Dec,2021）

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始

所はこれまで中核機関として実験用サルの供給事業した。本センターは，共同利用研究推進室，学術研究支援（NBR 事業）に取り組んできた。NBR 事業推進室は，こ室，NBR (National Bio-Resource) 事業推進室，流動連携研の事業の担当部署を明確化し，これまでの脳機能計測・支究室，国際連携研究室の 5 室により構成される。(1) 共同

援センターの霊長類モデル動物室を改変して設けられた。

利用研究推進室は，大学共同利用機関として生理学研究所

2017 年度に NBR 事業の中核機関が京都大学・霊長類研究の担う重要な役割である共同利用研究の推進を担ってい所に移り，生理学研究所は協力して円滑な事業の推進にる。具体的には，共同利用研究の実施希望者に対し対応で貢献している。2019 年度以降は，サルの供給は停止し，きる研究手法や研究部門を紹介する等のいわば相談窓口

母群の維持を行っている。(4) 流動連携研究室は，2015 年

としての役割を果たし，また機器設備や研究手法に関す

度末で閉鎖となった多次元共同脳科学推進センターからる要望の汲み上げも行っている。(2) 生理学研究所は基礎本センターに移設されたもので，国内の研究者のサバテ生物学研究所と共に，2016 年度より新学術領域研究「学ィカル滞在による研究の推進を目的として，随時募集を

術研究支援基盤形成」のひとつである「先端バイオイメー

行っている。2020 年度は，応募が無く活動は行われなかジング支援プラットフォーム」事業を担当している。学術った。(5) 国際連携研究室は，外国人客員教授が長期滞在

研究支援室は，このプラットフォームにおける光学顕微鏡，して運営する 3 年の時限付き研究室で，国際連携研究の電子顕微鏡，機能的磁気共鳴装置等を用いた先端的技術支推進を目的としている。2017 年度から NeuroSpin （フラ援の遂行をサポートする。また，学術研究支援室は「次世ンス原子力・代替エネルギー庁）の元 Director である Denis

代脳」プロジェクトの支援を行っている。これは，多数のLe Bihan 博士が，外国人客員教授として研究室の P.I.を務

脳科学関連の新学術領域等の日本全国の脳科学研究者をめ，2 期目の初年度である 2020 年度も，引き続き 7T-MRI

横断的に束ねて毎年全体会合を行う，これまで「包括脳」を用いたヒト脳イメージングの研究， 特に拡散強調画像が担ってきた役割を継承するものである。(3) 生理学研究の新規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】
共同利用研究推進室は，
全国の他大学や研究機関に所属物を含む種々の遺伝子改変マウスおよびラット等の開発・する研究者が，生理学研究所においてスムーズに共同研究

作成・供給や，技術的支援にも積極的に取り組んでいる。

を円滑に遂行することができるようサポートする総合案

共同利用研究推進室では，これらの最先端設備や研究技術を必要とする全国の大学や研究機関，企業に属する研究内窓口として，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，者と，生理学研究所を繋ぐことを第一の目的とし，関連学

管理，運営が困難な連続ブロック表面走査型電子顕微鏡

会や生理学研究所外で開催される研究会などへ研究所紹（SBF-SEM），位相差低温電子顕微鏡，多光子励起顕微鏡

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

支援する活動の全般を担っている。2020 年度は岡崎市商（dual fMRI），7 テスラ MRI，脳磁場計測装置（MEG）な

工会議所にて開催された産学交流会（12 月 11 日「新技術・ど，最新の大型実験機器を多数整備し，全国の研究者へ機新分野への展開に，大学との連携を！」）において，生理器と人的な技術支援を行っている。また，脳科学研究に有学研究所の共同利用研究・産学連携研究を紹介する講演を用な高品質かつ高機能のウイルスベクター，臓器キメラ動

行った。

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第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／研究連携センター

学術研究支援室【概要】
が立ち上がり，本室はその事務局を務めている。本プロ

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

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

科学コミュニティを支える取組を進めている。

援基盤形成）の 1 つである，ABiS の運営事務局を担当し今年度は，2020 年 12 月中旬に 5 回目となる冬のシンポている。狩野客員教授が代表を務める ABiS は，生理学

ジウムを実施する予定であったが，新型コロナウイルス感研究所と基礎生物学研究所が中核機関を担う，各種顕微

染拡大の影響により中止を余儀なくされた。

鏡や MRI による先端的イメージング観察及び画像解析
・戦略的国際脳科学研究推進プログラム（国際脳）技術支援プラットフォームであり，共同利用研究と相補

世界の国家的プロジェクトとの連携を強化し，我が国の，的な取組として，全国の連携機関とネットワークを構成
し，オーダーメイド型の支援を行う事業である。今年度

ひいては世界の脳科学研究の飛躍的な発展に貢献するこは，前年度と同様にオフィシャルウェブサイトにおいて，とを目的として，戦略的国際脳科学研究推進プログラム

ABiS の支援内容，公募情報，会議や研究集会の案内，ト（国際脳）が 2018 年 6 月より開始された。また，同年 11レーニング開催情報，支援による成果発表等を随時発信

月には，事業を機動的かつ円滑に運営し，戦略的な国際展

するとともに，オンラインで ABiS 支援説明会の主催，開に資する成果創出の加速，さらには日本の脳科学研究におよび種々の生命科学関係の学会において周知活動をおける国際的なハブとなる研究推進支援を実施する中核実施した。2020 年 9 月 8 日～9 日には，2018 年度より的組織として，生理学研究所が採択され，本室はその事務

ABiS が参画している，全世界規模でのバイオイメージン局を務めることとなった。今年度は，国際的な脳科学研究

グの国際連携ネットワークを進める Global Bioimagingの枠組みである International Brain Initiative（IBI）への戦略(GBI) の第 5 回目の年会をオンラインで行い，「Pre-的対応のための意思決定を行う会議体「脳科学研究に関す

publication image data: management and processing」についる国際協力推進会議」第１回会合（6 月，オンライン開催）て GBI 参加国間で議論した。2021 年 2 月 24 日には，オの庶務を務めた。また，6 月 12 日～13 日には，プログラ

ンラインにて ABiS シンポジウム「先端バイオイメージ

ムスーパーバイザー（PS）・プログラムオフィサー（PO）

ングの現在そして未来 〜我が国の研究戦略〜」を開催

による研究計画の確認及び助言，研究者間の交流促進を図し，バイオイメージング分野の最先端の技術，特に光学ることを目的とする「オンライン分科会」を主催した。11

顕微鏡を用いた研究に関する最新成果を共有し，今後の月 17 日～18 日には PS・PO による各課題の研究進捗管理

バイオイメージング分野の展開を議論した。

および次年度予算配分の検討を目的とする「オンライン研
究進捗報告会」の運営補佐を行った。12 月 9 日には PS が・「次世代脳」プロジェクト

プロジェクト全体の運営を監督し，研究の進捗と点検に関2016 年度に，脳科学分野の新学術領域研究が協力し，わる情報収集等を行うことを目的とする「プロジェクト推全体会合を行うための枠組み「次世代脳」プロジェクト

進会議」を主催した。

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

自然科学研究機構生理学研究所が代表機関となって京ジェクト（NBRP）「ニホンザル」は 2002 年に発足し，

都大学霊長類研究所（分担機関）と共同推進してきた。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／研究連携センター

2017 年度からの第４期 NBRP「ニホンザル」は京都大学

すべき課題は多くあるが，2014 年度から組織試料の提供

霊長類研究所を代表機関，自然科学研究機構生理学研究

を試験的に開始し，引き続き本格的な体制づくりを実施

所を分担機関とする新体制で本事業を推進している。ニした。

ホンザルは優れた認知能力を持ち，我が国の高次脳機能研究に不可欠なモデル動物である。NBRP「ニホンザル」（４）プロジェクトの総合的推進

は病原微生物学的にも安全かつ付加価値の高い実験用１）委員会等の実施

動物として繁殖育成し，国内の研究者を対象に安定して運営委員会をオンラインにて３回開催した。そのうち，提供する事を目的としている。事業推進の柱として 2020

提供に関する審議の採否について２回，年度の総括のた

年度は以下５つの業務を行った。

めの１回開催した。提供検討委員会はリソース提供応募
書類を審議するために５回（オンライン２回，メール会議３回）開催した。

（１）研究用ニホンザルの繁殖・育成体制の整備

２）ユーザーコミュニティとの連携

ニホンザル繁殖事業の集約のために，年間８０～９０頭を生産して年間７０頭を出荷する体制へ移行し，生理研究者コミュニティとの連携協力，情報の共有を図る

学研究所外部委託施設ではサル繁殖事業の停止を続けために使用者会議を開催すると共に，情報伝達のためにている。生理学研究所外部委託施設では 2020 年度末時

ホームページを活用した。また，実験動物使用者会議を点で繁殖母群１６４頭，育成仔ザル８頭を飼養保管してオンラインにて開催し，ユーザーとの意見交換を行った。
３）事前講習会の開催いる。

事前講習会を開催して，ニホンザル提供を希望する研（２）研究用ニホンザルの提供事業の実施究者に対して教育と指導を行った。今年度はオンライン

提供数については３８件９８頭の応募があり，３８件（7/28）にて開催した。

９８頭が採択，３８件６７頭が京都大学霊長類研究所

４）母群検討委員会（代表機関）から提供された。提供先機関は，国公立が生理学研究所外部委託施設の繁殖母群について話し

９機関，私立大学が３機関，研究所が５機関，合計１７合うために，生理学研究所所長の諮問機関として設置さ機関である。

れた。科学的観点，社会的観点から慎重に検討している。

（３）研究用ニホンザルの組織試料提供の実施（５）その他の活動

NBRP「ニホンザル」事業がより広く周知されるに伴い，新型コロナウイルス対応のための，マニュアルの策定，

血液等の組織試料を要望する研究者からの問い合わせ

飼育保管設備及び検査機器類の整備などをおこない，新が増えたため，提供組織試料の確保や輸送方法など解決型コロナウイルス対策を実施した。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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劣化に伴い新規の共同利用実験を受けないことになっ鏡（Biomedical-HVEM），低温位相差電子顕微鏡（Cryo-

たため，昨年までに採択された継続課題について，合計

PCTEM），連続ブロック表面走査型電子顕微鏡（SBF-

3 課題が採択され実施された。また，Cryo-PCTEM では，SEM）などの特殊・先端電子顕微鏡機器を駆使して，生タンパク質複合体からウイルス粒子の高分解能単粒子

体組織や細菌などの細胞性試料の立体形態観察と，ウイ

構造解析，SBF-SEM では，神経細胞の立体形態解析など

ルス粒子，タンパク質複合体などの無染色氷包埋試料にの共同研究が合計 13 課題が行われた。本研究室では，こよる高分解能三次元構造解析などを行っている。

れらの共同研究を遂行すると伴に，それぞれの課題を達Biomedical-HVEM は，生理研を代表する共同利用実験機成するための手法および付属装置の開発，電顕画像から器の一つであり，毎年これを利用した研究課題も全国かの最適な立体再構成法の研究も合わせて行っている。

ら募集していた。しかし，2020 年度以降は，装置の経年

ノロウイルスの感染型への構造変化をクライオ電子顕微鏡で解析
ソン チホン，村田和義
片山和彦（北里大学）
ノロウイルスは世界中で流行しているウイルス性急

結果，ノロウイルスは 2 種類のキャプシド（殻）の構性胃腸炎の主要な原因ウイルスで，現在でも発展途上国造をもち，これらは溶液中の pH と金属イオンの濃度変を中心に毎年約 20 万人がノロウイルス感染で命を落と化によって不可逆的に変化することを突き止めた。さらしている。日本国内においても，学校，飲食店，病院，には，一方の構造は宿主細胞に感染しやすく，他方は感養護ならびに介護施設などで度々集団感染を引き起こ

染しにくいこともわかった。これらのことから，ノロウ

し，大きな社会問題となっている。しかし，ノロウイル

イルスは通常は非感染型の粒子形をして生体の免疫機スを培養できる細胞は非常に限られており，ウイルスそ構から逃れ，標的の小腸上皮に細胞に達するまでに，感のものに関する構造学的な知見も少ないため，未だノロ

染型に形を変化させると考えられた。

ウイルス感染症への効率的な治療法はなく，ワクチンもSong C, Takai-Todaka R, Miki M, Haga K, Fujimoto A,

存在しない。そこで本共同研究では，ノロウイルスの感

Ishiyama R, Oikawa K, Yokoyama M, Miyazaki N, Iwasaki K,

染の仕組みの解明や治療薬およびワクチンの開発のた

Murakami K, Katayama K, Murata K (2020) Dynamic rotation

めに，クライオ電子顕微鏡を用いて，ノロウイルス粒子of the protruding domain enhances the infectivity of norovirus.

の構造を詳細に調べた。

PLoS Pathog 16(7): e1008619.

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／脳機能計測・支援センター

真核生物誕生の鍵を握る微生物「アーキア」の構造をクライオ電子顕微鏡で観察
ソン チホン，村田和義
井町寛之（海洋研究開発機構）
複雑な細胞構造を持つ真核生物の祖先は，単純な細胞

MK-D1 株の培養に成功した。そして本共同研究では，細構造を持つ原核生物であるアーキアが，同じく原核生物

胞の内部構造をクライオ電子顕微鏡トモグラフィーでであるバクテリアの細胞を内部に取り込み，共生させる調べた。その結果，MK-D1 株の細胞内部は非常に単純なことによって誕生したとされている。例えば，共生した構造で，多くの研究者が予測していた「アスガルド上門

バクテリアはやがてミトコンドリアへの道を辿る。最近

アーキアは真核生物と同様に核や小器官を有する複雑の研究から，アスガルドと呼ばれるアーキアの一群が真な細胞である」ことを裏切るものであった。その一方で，核生物に最も近いと予測されていたが，その存在は環境

MK-D1 株の細胞形態は他の原核生物では観察されない

ゲノム情報でしか確認されておらず，その実体は完全に複雑な形態を有することが明らかとなった。

謎につつまれたままであった。

Imachi H, Nobu MK, Nakahara N, Morono Y, Ogawara M,

共同研究者の井町博士は，2006 年 5 月に有人潜水調査

Takaki Y, Takano Y, Uematsu K, Ikuta T, Ito M, Matsui Y,

船「しんかい 6500」により，ロキアーキオータを含めた

Miyazaki M, Murata K, Saito Y, Sakai S, Song C, Tasumi E,

多種多様な未培養微生物を含む深海堆積物を，南海トラ

Yamanaka Y, Yamaguchi T, Tamaki H, Takai K (2020)

フのメタン湧出帯（水深 2533 m）から採取し，その中かIsolation of an archaeon at the prokaryote-eukaryote interface.

ら，真核生物に最も近いと考えられるロキアキオータ

Nature 577, 519–525.

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，植田大海，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分子構造が大きく変化し，キナーゼ活性が上昇する。ま強が惹起可能な新規光応答性分子の開発を進めている。

た，単一スパイン内で CaMKII を活性化させることによ

現在までに，CaMKII のヒンジ領域に植物の光受容タンって，スパイン形態の変化や，AMPA 受容体のリクルー

パク質キナーゼである Phototropin1 の LOV2 ドメインをトを惹起出来ることを確認した。すなわち，スパイン形

挿入することによって，光制御可能な CaMKII 分子を作態の変化だけでなく，シナプス長期増強を惹起すること

製することに成功した。この分子は青色光照射によって，ができることを強く示唆する結果を得ることができた。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／脳機能計測・支援センター

昨年度までに，光応答性 CaMKII の光活性化による度はこれらの結果をまとめ，論文として発表した。また，

RhoGTPase 活性化を蛍光寿命イメージング法によって可

光応答性 CaMKII の活性化により増加する mRNA の同視化したところ，CaMKII の活性化によって Cdc42 は活定を DNA マイクロアレイを用いて解析を進めた。

性化するが RhoA は活性化しないことを見出した。今年

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

光タンパク質が細胞内タンパク質に非特的に結合する

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

親水性のアミノ酸に置き換わっていることを確認した。

そこで本研究では，細胞内タンパク質との非特異的結合

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

新規レーザーによる 3/4 光子顕微鏡の開発
村越秀治，堀内浩，小杉貴洋，恩田麻紀，佐藤愛子，古賀信康，鍋倉淳一

現在，脳深部の神経細胞の観察を目指して豊田工大

で脳組織深部の観察を試みている。具体的には，長波長藤教授と連携して，新規ファイバー型レーザーの構築と領域において透過性の高いツリウムファイバーを用いそれを利用した３光子顕微鏡システムを構築しているて新規レーザーシステムの構築を進めた。現在までにこ（Nomura Y et al., OSA continuum 2020）。現在多光子顕のレーザーを用いて，赤色蛍光タンパク質である微鏡に利用される市販レーザーは 700-1000 nm のものがTurboFP635 を発現した海馬スライス内神経細胞の可視一般的であるが，水による吸収が比較的少ない波長 1900

化に成功し，今年度に論文として発表した（Nomura Y et

nm 程度までは波長が長いほど組織による散乱が少ない

al., OSA continuum 2020）。現在，このシステム下においと考えられている。そこで本研究では 1800 nm のファイて個体マウス脳のイメージングを進めている。

バー型レーザーを開発し多光子顕微鏡を構築すること

光応答性 CaMKII 分子を用いた海馬神経細胞におけるメタ可塑性メカニズムの解明
植田大海，佐藤愛子，恩田麻紀，村越秀治
個々のシナプスがもつ可塑性のレベルは神経活動なが知られている。しかしその分子メカニズムはよくわか

どに伴って変化することが知られており，メタ可塑性とっていない。そこで本研究では，マウス海馬の CA1 領域

呼ばれている。例えば，慢性的に活性化した神経細胞での神経細胞を対象として，2 光子グルタミン酸アンケー

はシナプス長期増強（LTP）の誘起閾値が上昇することジング法と最近開発した光応答性 CaMKII を用いて，構62

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／脳機能計測・支援センター

造的 LTP（sLTP）閾値が上昇するメカニズムを詳細に検おり，さらにその下流シグナルである CaMKII 依存的シ討した。結果として，慢性的に活性化した神経細胞（活グナルも抑制されていることがわかった。また，この 2

動依存的プロモーターEASRE と黄色蛍光タンパク質変つの sLTP 抑制メカニズムはタンパク質合成依存性が異異体 Achiless でラベルした）では，グルタミン酸刺激になっていたことから，細胞内で機能的に区別されたメカよる樹状突起スパインへのカルシウム流入が減少してニズムであることが示唆された。

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）の共同利用による共同研究を推進しつつ，測定方法，解析手法，応用の範るヒト並びにサルを対象とする脳機能計測を支援するとと

囲，安全性の検証などの面で基盤技術を整備する。脳の構もに，脳の構造機能連関研究を進めることを目的としてい造機能連関を研究するにあたり，生成される大量の画像デる。MRI 装置の基礎研究・機器開発から臨床画像研究に至ータを統計数理学的に取り扱う手法を開発している。

領域間推定法を用いたトップダウン・ボトムアップシグナルの除去
Pham Quang Trung，西山翔大，定藤規弘，近添淳一
視覚野における情報処理は階層的に行われる。例えば，の視覚実験データを用いて，これを検証した。

初期視覚野である V1 は網膜から外側膝状体を介した視覚

視覚野内の領域間（V1, V2, V3, V4, FFA, LOC, PPA）で情報の入力を受け，傾きや色の情報を処理して，高次視覚脳活動の推定を行った後，他の領域の活動で説明できる

野に伝達する。脳領域間の情報伝達は多くの場合，双方向成分を解析的に除去することにより，画像提示条件と比的であり，初期視覚野から高次視覚野に情報が送られる

べて画像想像条件において，領域間の情報伝達が密にな（ボトムアップシグナル）のみでなく，高次視覚野から初ることを示した。

期視覚野への情報の伝達（トップダウンシグナル）も重要

1. Horikawa T, Kamitani Y., Generic decoding of seen andな役割を担っている。本研究においては，脳領域間の情報

imagined objects using hierarchical visual features. Nature

１

Communications volume 8, 15037 (2017).

伝達が課題によって変化するという仮説をおき，堀川ら

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

変化を同定する手法を開発した。先行研究の結果を統合

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

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

言語課題遂行中の認知機能の時系列的変化を同定した。

帰子として用いることで，認知機能と関連する脳活動マ

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

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

かにした。

63

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／脳機能計測・支援センター

The neural basis of sensory perception-to-value transformation:
A combinatory study of fMRI and artificial neural network
Trung Quang Pham，Takaaki Yoshimoto，Haruki Niwa，Haruka K Takahashi
Ryutaro Uchiyama，Teppei Matsui，Adam K Anderson，Norihiro Sadato, and Junichi Chikazoe

Subjective valuation is one of the most important

cover broad regions of the default mode network (DMM),

cognitive activities by which an individual can choose theextending the prior findings. These observations weremost appropriate action. Previous studies have revealedconsistent between the visual and auditory experiments

two anchors of subjective valuation in human brain, i.e.

although their ANNs were constructed differently. In

the sensory cortexes and the orbitofrontal cortex . The

future work, we will use the same methodology totransformation process between these regions remains

investigate the integration of the vision and audition withlargely unknown. In this study, we investigate how

regard to subjective valuation.

sensory information (particularly vision and audition) is

1. Chikazoe J, et al., Population coding of affect across stimuli,transformed into value information. Using a combination

modalities, and individuals, Nature Neuroscience, 17, 1114–

of functional MRI and Artificial Neural Networks (ANN),

1122 (2014).

1

we found that the transformation was processed

2. Pham T.Q., et al., Vision-to-value transformations in artificial

sequentially along the principal gradient of cortical

networks and human brains, bioRxiv, doi: 10.1101/2021.03.18.

connectivity . And the value information was found to435929, Preprint (2021).

264生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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204 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，南部篤

脳機能解析を行う上で，特定神経路において高効率なステムは，AAV トロピズムによる神経路選択性を顕著に逆行性遺伝子導入を可能にするウイルスベクターシス

緩和するため，色々なモデル動物の様々な神経路への適テムは，強力なツールとなる。現在，高効率な逆行性 AAV用が期待出来る。

ベクターシステムの開発・改良に取り組んでいる。本シ細胞内シグナル伝達分子の活性操作による新しいパーキンソン病治療法の探索小林憲太，佐野裕美，貝淵弘三（藤田医科大学），南部篤

独自に開発した二重 AAV ベクターシステムを利用しの表現型が顕著に緩和されることを見出した。現在，て，パーキンソン病モデルマウスの線条体-黒質投射ニュ

PKA の下流で機能する分子に関しても同様の解析を進ーロンで特異的に Protein kinase A (PKA)のドミナントア

めているところである。本研究は，特定の細胞内シグナ

クティブ変異体を発現誘導する遺伝子改変マウスを作

ル伝達分子を標的としたパーキンソン病の新たな治療製した。この遺伝子改変マウスでは，パーキンソン病様法開発に大きく寄与する可能性がある。

65

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／行動・代謝分子解析センター

遺伝子改変動物作製室【概要】
目的遺伝子の機能を個体レベルで解析するため，あるようになった。これまではマウスを用いて追究されてきいはヒト疾患をモデルとして再現するため，遺伝子改変

た様々な生命現象をラットでも解析でき，動物種を超え動物は欠かすことができない。ラットにおいて胚性幹た諸現象の保存性や種特異性の有無も明らかになる。以(ES) 細胞の樹立方法が確立され，CRISPR/Cas9 システ

下には，
Prdm14 遺伝子ノックアウトによる生殖細胞欠損

ムのような遺伝子編集技術も急速な発展を遂げたこと

ラットの特徴について紹介する。

により，ラットでも自在に遺伝子改変動物を作製できる

Prdm14 欠損ラット胚盤胞の多能性幹細胞での補完による遺伝子改変ラットの効率的作製小林俊寛，平林真澄
Prdm14 遺伝子は多能性幹細胞や胎仔期の生殖細胞に消失ならびに精巣の萎縮が観察された。次に，tdTomato

おいて特異的に発現しており，ホモ欠損（KO）させると陽性ラット ES 細胞を Prdm14 遺伝子 KO 胚盤胞に注入

雌雄いずれも不妊になることが知られている。本研究でして，生殖細胞を補完できるか調べた。その結果，キメは CRISPR/Cas9 システムにより作出した Prdm14 遺伝子

ラ産仔は ES 細胞のみに由来する生殖巣を持ち，補完キ

ヘテロ欠損ラットを用い，まず Prdm14 遺伝子の KO 個

メララットと野生型ラットとの交配によって得られた体における生殖細胞・周辺細胞の有無を観察した。胎生

G1 世代は 100％ ES 細胞に由来していた。これらの結果

15.5 日齢 KO 個体の生殖隆起には Vasa 陽性の生殖細胞は，迅速かつ効率的な遺伝子改変ラット作製システムのは認めらず，生後 1 日齢では雌雄 KO 個体の卵巣・精巣確立に寄与すると期待される。

ともに正常に見えたものの，4 週齢以上になると卵巣の代謝生理解析室
【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

分泌系発達機構研究部門，箕越教授)，（３）自由行動下ットの代謝，生理機能を詳しく解析し，標的遺伝子の機における体温，脈拍数，血圧の計測（担当：細胞生理研

能と行動変異のメカニズムを明らかにすることを目的

究部門，富永教授），（４）麻酔マウスを用いた臓器形に開設された。計測する代謝・生理機能と担当者は以下

態－機能連関（肝・腎・血管），４次元心機能変化，微の通りである。（１）運動系を中心とした，覚醒下での小循環血流量（脳・臍帯）の非侵襲的超音波イメージ（担単一ニューロン活動などの神経活動の計測（担当：生体

当：心循環シグナル研究部門，西田教授），（５）円形システム研究部門，南部教授），（２）自由行動下にお温度グラジエント装置によるマウス温度嗜好性解析（担ける摂食行動，エネルギー消費の計測(担当：生殖・内

当：細胞生理研究部門，富永教授）。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／行動・代謝分子解析センター

円形温度グラジエント装置によるマウス温度嗜好性解析
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
マウスの温度嗜好性行動は，これまで，２プレートテ

有意に長く低温域に滞在し，低温域での運動速度も大き

ストや線形の温度グラジエント装置で解析されてきた。

かった。野生型マウス，TRPM2, TRPA1 欠損マウスは約

これらの装置では，正確な温度嗜好性を解析できず，特34 度に最も長く滞在したが，他の欠損マウスはより低いにマウスの「隅に寄る」行動から，最低温度や最高温度

温度を好んだ。また，これらのマウスはより運動が活発の場所にとどまりがちな欠点があった。そこで，円形のであった。TRPV1, TRPA1 の温度感受性を観察するため

温度グラジエント装置を用いて，野生型マウスと温度感に，最低温を 7.8 度，最高温を 54.9 度として解析したと受性 TRP チャネル（TRPV1, TRPV3, TRPV4, TRPM2,

ころ，TRPA1 欠損マウスは野生型マウスと低温域の行動

TRPM8, TRPA1）欠損マウスの温度依存性行動を解析しが変化なかった。TRPV1 欠損マウスは，野生型マウス，

た。リングは最低温を 11.5 度，最高温を 43.6 度とした。

TRPA1 欠損マウスと比較して，54.9 度領域に入り，その60 分間の高度を観察したが，最初の探索行動の影響を除

温度域での運動速度も大きくならなかったことから，高くために最後の 20 分間のデータを解析した。マウスの温を忌避しないと考えられた。円形温度グラジエント装

体温は温度依存性行動に影響せず，行動解析時に約 1.5

置はマウスの温度嗜好性解析に有用であると考えられ度上昇した。滞在時間の解析では，TRPM8 欠損マウスがた。

長引く痒みに関係するアストロサイトの活性化メカニズム津田誠，白鳥美穂（九州大学大学院 薬学研究院）
西田基宏

期的に活性化しているのかは不明であった。

慢性的な痒みは，アトピー性皮膚炎をはじめ様々な病
気で起こることが知られており，抗ヒスタミン薬などの今回，STAT3 活性化因子として知られていたインター

既存薬ではかゆみを十分に抑えることが難しいため，一ロイキン(IL)-6 の発現が皮膚炎マウスの末梢神経で増加

刻も早いメカニズムの解明とそれを基盤とした創薬開し，それが脊髄後角アストロサイトに作用して 1 型 IP3発が期待されている。当研究グループは以前，炎症を起受容体や TRPC チャネルを介する細胞内カルシウム上昇

こした皮膚と末梢神経で繋がっている脊髄後角で，「アを起こし，長期的な STAT3 活性化を誘導することを見ストロサイト」と呼ばれる細胞が STAT3 という分子の出した。さらに，末梢神経の IL-6，アストロサイトの 1

働きで長期にわたって活性化し，それによって作り出さ型 IP3 受容体や TRPC の発現あるいは活動を抑制するこれたリポカリン 2（LCN2）というタンパク質が痒み信号とで，皮膚炎マウスで見られる脊髄後角アストロサイト

を強め，慢性的なかゆみに寄与することを明らかにしての活性化，LCN2 発現，そして引っ掻き行動が抑えられきた。しかし，アストロサイトがどのような仕組みで長ることも明らかになった。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／行動・代謝分子解析センター

視床下部カナビノイド受容体の発現レベルに及ぼす高脂肪食とニコチン摂取の相互作用
Tingting Guo，田中智洋（名古屋市立大学大学院 医学研究科 消化器･代謝内科学）
中尾一和（京都大学大学院 医学研究科 メディカルイノベーションセンター）
箕越靖彦
カナビノイド受容体 1（CB1R）は脳及び末梢組織に広経核において CB1R の発現に変化は無かった。ところが，く分布しており，CB1R の阻害剤投与により，肥満やた

高脂肪食を摂食させたマウスにニコチンを投与すると，ばこ依存症にヒトにおいても有効であることは知られ

弓状核，室傍核，外側核において CB1R の発現が有意にている。しかし，そのメカニズは不明である。本研究で増加した。

は，CB1R が視床下部のどの部位に発現し，それらが肥以上の実験から，高脂肪食を肥満させたマウスにおい満やニコチン曝露によってどう変化をするかをマウスてニコチン摂取は CB1R の発現を高め，その反応を増強を用いて調べた。

する可能性があることが示された。たばこ，特にニコチ視床下部では，視床下部に広く発現しているが，室傍ン摂取は摂食量を低下させるが，禁煙により逆に摂食量

核，腹内側核，背内側核に比べ，弓状核及び外側核にが増加する。本研究は，禁煙による体重のリバウンド現

CB1R の mRNA 発現が高いことが分かった。マウスにニ

象に CB1R とそのシグナル伝達機構が関与する可能性をコチン又は高脂肪食を各々単独で与えてもこれらの神示した。

パーキンソン病の病態生理の解析
知見聡美，佐野裕美，南部篤

笹岡俊邦，齊藤奈英（新潟大学）
パーキンソン病（PD）の病態生理を明らかにするため，胞の投射先であり，皮質由来の遅い興奮は，大脳皮質－

ドーパミン D2 受容体（D2R）ノックアウトマウスの神線条体間接路細胞－GPe－視床下核－GPe 路を介して伝経活動を記録し，6-OHDA によって作製した PD マウス

達される。このことから，D2R を介する情報伝達は，線と比較した。大脳基底核の中継核として機能する淡蒼球

条体の間接路細胞に対して抑制性に働くことが示唆さ

外節（Gpe）の神経細胞は，野生型マウスでは，大脳皮質れた。また，D2R ノックアウトマウスと PD マウスの GPe

運動野の電気刺激に対して「早い興奮－抑制－遅い興奮」

神経細胞がよく似た応答様式を示すことから，PD で観という３相性の応答を示す。一方，D2R ノックアウトマ

察される GPe の異常な応答様式は，D2R を介する情報伝

ウスでは遅い興奮が著しく延長されており，この応答様達の消失に起因すると考えられる。

式は PD マウスとよく似ていた。GPe は線条体間接路細68

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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】
2. 飼養室の使用状況

動物資源共同利用研究センター（以下「センター」と略す）は，適正な実験動物を用いて再現性の高い正確な動物

明大寺地区陸生動物飼養保管室の利用部門数は，11 部

実験成果を得ることをめざして，実験動物と動物実験に関門（生理研 10 部門，共通研究施設 1 部門）であった。山する四つの柱である管理運営，研究，教育及び社会貢献を

手地区陸生動物飼養保管室の利用部門数は，10 部門（生適切に行うべくその責務を果たした。センターは，2019 年

理研 6 部門，生命創成探究センター3 部門，共通研究施設

4 月に改組され，運営部門，先端モデル動物作製室，モデ

1 部門）であった。明大寺地区水生動物室の利用部門数は

ル動物表現型解析室の 3 部門からなる。2020 年度は，9 月

5 部門（生理研 1 部門，基生研 4 部門），山手地区水生動に新たに西島教授が加わり，以下の業務を推進した。

物室の利用部門数は 3 部門
（生命創成探究センター3 部門）

第一の管理運営は，主に微生物コントロール，施設設であった。

備等の補修・管理及び改修・増築工事についての業務を行った。微生物コントロールについては，齧歯類の微生

3. 微生物学的品質管理

物自家検査への一本化を進め，その他に，サル類の微生(1) 齧歯類の微生物モニタリング項目

物検査体制の整備などを進めた。施設設備等の補修・管センター内及びセンター外（センターの外部にある部門

理については，従来から実施している明大寺及び山手地に設置されている飼育室）で飼育されているマウス，ラッ

区の両施設における修理作業の他に，改修・増築工事おトを対象に，微生物モニタリング検査を 3 カ月に一回のよびそこに設置する備品の導入を進めた。

割合で行った。検査項目はウイルス感染症：MHV，Sendai

第二の研究は，公益財団法人実験動物中央研究所とのvirus，Ectromelia virus，Lymphocytic choriomeningitis virus，

共同研究として，個別換気飼育ラックフィルターからのSDAV，Hanta virus；細菌性感染症：Mycoplasma pulmonis，

微生物モニタリング検査法，ニホンザルの心理的ストレ

Salmonella spp.，
Clostridium piliformis，Pasteurella pneumotropica，

スの軽減策をテーマとして進めた。

Bordetella bronchiseptica，Streptococcus pneumoniae，Citrobacter

第三の教育は，センターの利用者を対象に，明大寺及rodentium，Corynebacterium kutscheri；内部寄生虫：Giardia muris，び山手両地区それぞれに，利用者講習会及び実務講習を

Spironucleus muris，Trichomonads etc., Pinworms と外部寄生虫開催した。

を対象とした。
(2) 齧歯類の微生物モニタリング検査体制

第四の社会貢献としては，研究所外の各種学協会等での理事長，理事，委員等としての活動，動物愛護管理法

齧歯類の微生物モニタリング検査については，これま

改正及び外部検証に関連する活動，日本実験動物学会主では 3 ヶ月に一回の割合で実験動物中央研究所 ICLAS

催の人材育成事業，さらに文部科学省等の行政との間のモニタリングセンター（以下「ICLAS」と略す）に外部

情報交換等の活動を行った。

委託してきたが，検査結果の早期入手，検査諸経費の削減，汚染事故発生時の早期対応を目的として，2017 年 12

【管理運営】

月より，センターにおいて自家検査ができる体制を構築

1. 動物飼育数および入館者数した。自家検査はセンターの獣医師 1 名と技術職員 1 名

明大寺地区の動物種別飼育数は，マウス 1,800 匹，ラの 2 名体制で行うこととし，事前に ICLAS で研修を受け

ット 0 匹，魚類 11,846 匹，両生類 84 匹，サル類 29 匹でた。なお，自家検査による成績の正確性を維持することあった。年間延べ入館者数は 7,551 人，利用登録者数はを目的として，継続して ICLAS での研修を受講する予定

123 名であった。

であったが，2020 年度は新型コロナ感染症のため中止し山手地区の動物種別飼育数は，マウス 2,261 匹，ラット

た。

201 匹，魚類 4,280 匹，両生類 249 匹であった。年間延べ(3) 微生物モニタリングの件数

入館者数は 9,797 人，利用登録者数は 155 名であった。

センターで飼育される実験動物の適正な微生物学的品

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／動物資源共同利用研究センター

質管理を目的として，前年度と同様に，搬入時には全ての量の確保のため，ガス配管の径を拡大する工事を行

マウスについて，マウス肝炎ウイルス（MHV）を対象とった。
2) 動物棟2 の温湿度モニターシステムの動物棟1中央

した検疫を，飼育中の齧歯類動物については，自家検査に監視装置への取り込み工事を行った。

よる定期的な微生物モニタリングを実施した。2019 年度

3) 高圧蒸気滅菌器，プレハブ冷蔵庫の警報システム配まで外部委託していた MHV 検査については，2020 年度

線の延伸工事を行った。

より自家検査に切り替えた。定期的なモニタリング検査に

4) 専門業者によるクリーンエリアの清掃消毒を実施

おいて，検査試薬が入手できない等の理由で，自家検査のした。

対象としていない検査項目については，これまで通り外部(2) 明大寺地区動物棟 2委託した。自家検査で行った件数は，明大寺地区ではマウ

1) 西面 3F，4F の壁に雨水の侵入が確認されたため，

ス 92 件とラット 8 件，山手地区ではマウス 160 件とラット 24 件で，MHV 検査は 8 件であった。外部委託した件

シーリングおよび塗装による補修を行った。
2) 高圧蒸気滅菌機の配管蒸気漏れ，シーケンサー故障

数は，明大寺及び山手両地区を合わせて，マウス
Lymphocytic choriomeningitis virus 252 件，ラット Hantavirusの修理を行った。
3) 蒸気ボイラーのヘッダーフランジからの蒸気漏れ32 件，マウス免疫不全コアセット 1 件，Pseudomonas
aeruginosa 1 件，Helicobacter hepaticus 3 件であった。

の修理を行った。
4) 貯湯槽蒸気バルブ，蒸気ボイラー逃し弁からの蒸気

4. サル類の検疫体制

漏れの修理を行った。
5) 暑熱によりチラーが停止した対応として，扉を開放

サル類実験動物の検疫検査と一般健康診断を実施した。マカクサルの導入時には，事前に E 型肝炎ウイルスした状態での運転を行った。

（HEV），サル免疫不全ウイルス（SIV），サル T 細胞

(3) 山手地区

白血病ウイルス 1 型（STLV-1）の検査結果を確認するこ

1) エレベーターのテールコード交換を行った。

ととした。2020 年度には，ニホンザル 8 頭の検疫検査を

2) 高圧蒸気滅菌器の給蒸遮断弁圧力センサー故障，蒸実施した。サルの定期的健康診断は，全頭（59 頭）を対象

気電磁弁故障，圧力スイッチ蒸気漏れ，扉上昇用ソとして，血液学的検査，血清生化学的検査，糞便検査（寄レノイド故障，配管蒸気漏れ，コンプレッサ故障等

生虫，細菌性赤痢，サルモネラ菌），ツベルクリン反応にの修理を行った。

よる結核症の感染検査，B ウイルス抗体検査，サルレトロ

3) 蒸気ボイラー薬注器，基盤に不良個所があったため，ウイルス（SRV）抗体・核酸検査，E 型肝炎ウイルス（HEV）

修理を行った。
4) 空調の空冷ヒートポンプブラインチラー氷蓄熱ユ

抗体・核酸検査，麻疹ワクチン予防接種およびイベルメク
チンの予防投与を実施した。

ニットのエアポンプに異常があり，修理を行った。
5) 飼育室の照明が故障したため，修理を行った。

5. マウス発生工学業務の実績

6) ケージ洗浄機の電磁弁が故障し，修理を行った。
7) ベランダ給湯機の取り換え工事を行った。

齧歯類の授受について，年間で 61 件の導入と 103 件の供与があった。この内の一部について，凍結保存やク7. 改修・増築棟の備品の概算要求

リーンアップを行い，受精卵凍結保存 34 件，クリーンア「平成 31 年度国立大学法人先端研究等施設整備費補ップ兼受精卵凍結保存 2 件，融解・移植 35 件を受託し，助金」の遺伝子改変モデル動物研究基盤設備及び「平成実施した。

31 年度機能強化経費」の「遺伝子改変モデル動物の表現
6. 空調設備等の主な修理内容

型解析を飛躍的に高める先端技術の開発と共同利用・共(1) 明大寺地区動物棟 1

同研究を推進する為の研究環境基盤の構築事業」が採択され，これに基づいて大型物品の導入を進め，2021 年 32019 年 4 月に改修・増築工事を開始し，2020 年 9 月

月より，動物の飼育を開始した。

に開所を迎えた。
1) 動物棟 1 南側及び西側外壁の塗装を行った。ガス容70

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／動物資源共同利用研究センター

3. 生理研トレーニングコース

8. 新型コロナ感染症対策
生理研の感染対応マニュアル「新型コロナウイルス感

生理研トレーニングコース「遺伝子改変マウスの基本染対策」にあわせ，「COVID-19 におけるセンターの対的手技と学習･記憶行動解析入門」の実施を予定してい応マニュアル」を作成した。新型コロナウイルス対策とたが，コロナ禍のために中止された。

して，職員全員の出勤時と退勤前に体温測定を実施し，4. 動物実験委員会主催講習会

昼食は分散して取るなどの対応を行った。

動物実験委員会実験用霊長類専門委員会主催の「サル【研究】講習会」で講義の一部を担当した。講義内容は，サルの

1. 個別換気飼育ラックフィルターからの微生物モニタ利用に関する規定，法律，ガイドライン，動物愛護管理

リング検査法の開発

法の改正，事故・感染予防及びヒトの健康診断とサルの

従来より，微生物モニタリングを実施する際には，飼血液検査，獣医学的管理と人獣共通感染症で，受講者は42 名であった。

育環境内に暴露して存在する微生物を感染させた囮動物を検査する方法がとられている。これに対し，飼育ケ
ージからの排気中の微粒子をトラップするフィルター【社会貢献】

から微生物を検出することにより，動物の犠牲を伴わず

1. 研究所外での役員等に微生物モニタリング出来る。この微生物モニタリング

日本実験動物学会，ICLAS モニタリングセンター運営

方法について，実験動物中央研究所と共に検討を進めた。

検討委員会，動物実験関係者連絡協議会，日本実験動物

2. ニホンザルの心理的ストレスの軽減策の検討

協会，国立大学法人動物実験施設協議会，全国医学部長

ストレスが原因で脱毛していると考えられるニホン

病院長会議，日本実験動物医学専門医協会，日本実験動ザルが 2 頭いたが，対面で飼育しているサルの威嚇がそ

物技術者協会，日本大学動物実験委員会等の実験動物との原因であると考え，ケージ前にカーテンを設置し，脱動物実験に関係した種々の組織において，理事長，理事，

毛状態に与える影響を検討した。その結果，脱毛の改善委員等の役割を担って活動した。また，熊本大学，首都傾向がみられ，カーテンの設置がサルのストレスの軽減

大学東京，中国・広東省医学実験動物中心，中国・中国につながる可能性が示された。

医科大学，台湾・亜州大学において，名誉教授，客員教授，客員准教授として活動した。

【教育】
1. 利用者講習会

2. 動物愛護管理法改正及び外部検証に関連する活動

明大寺及び山手地区において，初めてセンターを利用

動物の愛護及び管理に関する法律の改正を巡って，国するユーザーを対象として，利用者講習会及び実務講習

会議員への説明及び行政との打合せを行った。さらに，会を開催した。コロナ禍のため，利用者講習会の開催回

日本医学会連合，国立大学協会，全国医学部長病院長会

数を減らし，オンラインでの開催も試みた。実務講習会

議，日本神経科学会等の研究者サイド及び国立大学法人

は，実地で行ったが，密を避けるため人数を制限した。

動物実験施設協議会，公私立大学実験動物施設協議会，

利用者講習会には，明大寺地区で 51 名，山手地区で 2 名，

厚労省関係研究機関動物実験施設協議会等の実験動物

実務講習会には，明大寺地区で 56 名，山手地区で 22 名

管理者サイドとの打合せを行った。

の参加があった。
3. 日本実験動物学会主催の人材育成事業
2. 実技講習日本実験動物学会が主催する人材育成事業に関してマウスの取り扱いに不慣れな方及び動物実験初心者

中心的な役割を担った。人材育成事業とは，主催：日本の方を対象にして，動物の福祉に配慮したマウスの正し

実験動物学会，事業主：日本医療研究開発機構（AMED），

い取り扱い方法と基本的な手技を習得するための 3Rs の事業名：ナショナルバイオリソースプロジェクト・情報

原則に基づく実技講習会の実施を検討したが，コロナ禍

センター整備プログラム「外部検証促進のための人材育及び動物棟 1 の改修・増築のため中止した。

成」事業（2016～2020 年度），後援：文部科学省として71

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／動物資源共同利用研究センター

5. 実験動物等の関係者への周知徹底展開しているものである。

研究所外の実験動物・動物実験関係者に対して，各種
4. 行政との情報交換

研修会や講演会において，動物の愛護及び管理に関する文部科学省，農林水産省，環境省，内閣府等との間で法律の改正等に関するこれまでの経験，現状及び将来に向けての方向性等について，周知徹底を図った。

情報交換を行った。特に，動物の愛護及び管理に関する法律の見直しに向けて，関係省庁との間で協議を重ねた。

72

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／技術課

技術課
大河原浩
【概要】
染拡大防止のため，中止した。

今年度，基盤神経科学研究領域の技術職員体制を強化するため，法人採用試験より技術職員として渡我部ゆき④自然科学研究機構技術研究会の参加係員を採用した。また，動物資源共同利用研究センター
霊長類動物関連技術を強化するため，高橋伸明係員を採自然科学研究機構技術職員の技術紹介と技術連携・異用した。さらに，部門先端研究技術を強化するため，技分野連携を目的に開催してきたが，今年度は COVID-19

術職員の採用に向けた活動を行った。

感染拡大防止のため，中止した。

技術課組織の強化と指導体制の見直し，研究支援体制の充実を図るため，山本友美主任，髙木正浩主任，森将⑤東海・北陸地区国立大学法人等技術職員研修等の受講

浩主任の 3 名を係長に，神谷絵美係員を技術主任に，山と参加
東海北陸地区大学等の技術職員の技術交流と技術向口登係長を基盤神経科学研究領域技術係から脳機能計上を目的に，毎年当番校により東海・北陸地区国立大学

測・支援技術係に異動させた。
今年度末，1 名の技術職員が定年退職となり，引き続

法人等技術職員研修が行われており，本年は複合領域コき再雇用職員として活動するため，これまでの担当業務

ースと機械コースが企画されたが，COVID-19 感染拡大の整理を行った。

防止のため中止された。また，東海・北陸地区技術職員
合同研修に係わる技術職員代表者会議（名古屋大 Web 開課の研究活動への寄与と貢献を一層進めるため下記

催，3 名）に参加し，今後の研修会開催について議論をの事業を実施した。

進めた。また，令和 2 年度自然科学研究機構 初任者研修（自然科学研究機構 Web 開催，1 名），令和２年度東海①生理科学実験技術トレーニングコースでの技術指導
生理学研究所が毎年主催し，実施している生理科学実地区国立大学法人等目的別研修（静岡大 Web 開催，1 名），

験技術トレーニングコースで，『生体アンプ回路工作と令和 2 年度東海地区国立大学法人等職員基礎研修（名古機械工作入門』を企画したが，COVID-19 感染拡大防止

屋大 Web 開催，2 名），令和 2 年度東海地区国立大学法のため中止となった。

人等係長研修（名古屋大 Web 開催，3 名）などに参加し，業務の研究技術力および支援力の強化を図った。

②生理学技術研究会の開催
全国の大学等技術職員の技術連携と交流を目的に第⑥放送大学利用による専門技術研修の受講

43 回を，生物学技術研究会（基礎生物学研究所技術課主

研究の高度化と多様化に対応するため，放送大学を利用催）と合同で 2021 年 2 月 18 日－19 日の 2 日間にわたりした技術職員の研修を推進している。今年度，情報ネット

オンライン開催した。会では，26 題の発表があり，研修

ワークセキュリティ ’19，感染症と生体防御 ’18，遠隔学講演として『新規材料やレーザー技術を活用した生理機習のためのパソコン活用 ’17 の 3 科目を選択し，3 名が受能の顕微イメージング』（根本知己教授，生理学研究所

講した。

バイオフォトニクス研究部門）を行った。これらの報告を『生理学技術研究会報告（第 43 号）』にまとめた。

⑦科学研究費補助金（奨励研究）等の採択業務を展開，推進していくための問題意識の養成，そ③奨励研究採択課題技術シンポジウムの開催の解決のための計画および方法の企画能力の養成，さら時代要請に対応した技術認識と向上に立った技術職にはその表現力と説明力の養成を通じて，業務上の技術員の業務の社会的開示を推進するために奨励研究採択

力の総合的な向上を図ることを目的に標記の申請を行者による報告会を行ってきたが，今年度は COVID-19 感

ったが，今年度は採択者がいなかった。

73生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／技術課

び四アルキル鉛等作業主任者技能講習（名古屋，2 名），⑧業務報告会とデータベース化事業の促進，および表彰

有機溶剤作業主任者技能講習（名古屋，2 名），酸素欠制度の整備

乏・硫化水素危険作業主任者技能講習（名古屋，1 名）を受講した。また，防火防災体制を強化するため，自衛課員の配属先研究部門での業務成果は，技術課業務報

消防業務再講習（名古屋，1 名）を受講した

告会で報告され，情報の共有化が図られている。また，その成果は技術課主催の生理学技術研究会，配属先部門⑩岡崎 3 機関技術課長会と機構技術代表者会議の開催

での学会発表により所外に発信されているが，より広く活用され，即時的に発信するために，優れた成果をデー

岡崎 3 機関の三技術課長と事務センターの各課課長補

タベース化する事業を技術課が研究部門と進め，その一佐を交え，毎月 1 回，岡崎 3 研究所の動向や今後の計画，部を技術課ホームページで公開している。今年度も，そ問題点などの意見交換を行った。また核融合科学研究所，の編集を技術係員が行い，その更新を進めた。こうした

国立天文台も交え毎月 1 回，オンライン会議による情報事業の推進のなかで，優れたデータベースにはデータベ交換を行った。

ース賞として表彰授与を所長より行っている。こうした⑪職場体験の受入れ等事業の推進により，研究者との連携を深め，業務の活性化を進めた。なお，業務報告会には，基礎生物学研究所

広報展開推進室が推進する地域貢献活動を支援して三輪朋樹技術課長に聴講をお願いし，意見を求めることいるが，今年度は COVID-19 感染拡大防止のため，職場とした。

体験の受入れ指導を行わなかった。また，生理研一般公開（Web 開催），せいりけん市民講座（オンライン開催），
岡崎市理科作品展（Web 開催），大学共同利用機関シン

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，令ポジウム（オンライン開催），自然科学研究機構シンポ

和 2 年度東海・北陸地区 国立大学・研究所 環境安全衛

ジウム（オンライン開催）などのアウトリーチ活動の支生協議会（名古屋大 Web 開催，1 名），特定化学物質及援を行った。

施設の運営状況①システム脳科学研究領域(1) 生体磁気計測装置（生体機能情報解析室）
髙橋直樹，犬塚小百合【概要】
れも SQC ボードの故障が原因だったため交換を行

生体磁気計測装置（以下 MEG）は主に計測系と解析系った。

から構成され，全体を生理研主幹から切り離されたローカルエリアネットワークにより接続運用されている。現

２．LHe 充填時において上昇した蒸発量が作業終了後に在システム全体は Linux により稼働しており，旧システ

おいても長時間下降しない事象が発生している。原ムの HP-UX については稼働していないがデータ互換性

因特定にはハードサイクルなどの作業を伴うが，計確保のためハードウェア関連機材のみ維持保管されて測には支障がないため運用観察としている。
３．UPS バッテリーアラート（システムラック用とデーいる。
今年度の計測環境および SQUID センサ保守において

タサーバ用），酸素濃度計のバッテリーを交換した。

は，以下の不具合について対応した。
今年度の生体磁気計測装置の稼働率を下表に示す。

１．特定のチャンネルで波形が非表示かつチューニング
波形がフラットになった不具合が 2 件あった。いず74

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／技術課

2020 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

2020 年 4 月

30

9

0

5月

31

13

6月

30

8

7月

31

8月

31

稼働率
（％）

延べ
総数

備考

所外

9

43

9

9

0

8

44

8

8

2

12

60

12

12

8～9 日定期点検

10

1

10

50

10

10

20 日臨時保守作業

11

0

8

40

8

8

9月

30

10

2

11

61

11

11

10 月

31

9

0

11

50

11

11

11 月

30

11

0

7

37

7

7

12 月

31

8

2

6

29

6

6

28～29 日定期点検

8～9 日定期点検

2021 年 1 月

31

12

0

8

42

8

8

2月

28

10

0

7

39

7

7

3月

31

8

2

12

57

12

12

1 日，3 日定期点検

365

119

9

109

46

109

109

（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を利用した研究成果につ雇用による技術支援員となったが，これまで通り MRI 実

いては，システム脳科学研究領域心理生理学部研究部門

験用の PC 等を含む実験装置の保守や更新を行っている。

と脳機能計測・支援センター生体機能情報解析室の研究

また，５月から新たに技術支援員を１人採用して，実験

活動報告および生体機能イメージング共同利用実験報用 PC の管理や安全衛生面の強化を行った。
また，Dual fMRI 実験装置と７T-MRI 装置に新たに高告に記載されている。
生理学研究所には，独シーメンス社の 3T-MRI 装置２画質のデジタル録画装置を設置した。これに伴い音声刺台と 7T-MRI 装置１台の計３台が共同利用実験装置とし激関係の機器の更新を行った。

て設置されている。その内訳は，2010 年度に導入された

その他，前年度に引き続き MRI 実験で得られる大量の2 台の 3T-MRI Verio で構成された世界初の Dual fMRI 実

データ解析に対応するために，データ解析用 PC クラス

験装置および 2015 年度に導入された 7T-MRI 装置であタおよびメイニ―コア PC で利用する大容量ファイルサる。7T-MRI 装置は，3T-MRI に比べてより高解像度で脳ーバ・システムの増設と解析環境の整備を行った。

の断層画像の撮影を行うことが可能であり，脳機能画像

それぞれの MRI 装置ごとの稼働率を表に示す。なお，

計測においても新たな研究領域への貢献が期待されてDual fMRI 実験装置を構成する 2 台の Verio は単体でもいる。

実験に使用しているため，便宜上 Verio-A，Verio-B とし

各 MRI 装置の保守は，三ヶ月毎にメーカーによる定期て個々の稼働率を算出している。

点検が行われている。今年度，伊藤は定年退職して，再75

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／技術課

2020 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

2020 年 4 月

30

9

1

20

0

0

0

5月

31

13

2

16

0

0

0

6月

30

8

1

21

29

0

6

7月

31

10

1

20

55

1

10

8月

31

11

1

19

11

0

2

9月

30

10

1

19

53

1

9

10 月

31

9

0

22

73

0

16

11 月

30

11

3

16

88

0

14

12 月

31

11

1

19

71

0

13.5

2021 年 1 月

31

11

1

19

87

0

16.5

2月

28

10

0

18

100

0

19

3月

31

8

2

21

95

0

20

計

365

121

14

230

56

2

126

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

Verio-B
使用日
日数

休日

保守

使用
可能
日数

2020 年 4 月

30

9

1

20

0

0

0

5月

31

13

2

16

6

0

1

6月

30

8

4

18

0

0

0

7月

31

10

4

17

12

0

2

8月

31

11

1

19

26

0

5

年

月

稼働率
（％）

所内

所外

9月

30

10

1

19

37

2

5

10 月

31

9

0

22

27

0

6

11 月

30

11

3

16

72

0.5

11

12 月

31

11

1

19

63

0

12

2021 年 1 月

31

11

1

19

74

0

14

2月

28

10

0

18

100

0

19.5

3月
計

31

8

3

20

95

0

19

365

121

21

223

43

2.5

94.5

76

備考

定期点検

定期点検

定期点検

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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

2020 年 4 月

30

9

0

21

76

0

16

5月

31

13

1

17

71

0

12

6月

30

8

2

20

80

4

12

7月

31

10

0

21

71

5

10

8月

31

11

1

19

32

3

3

年

月

稼働率
（％）

所内

所外

9月

30

10

3

17

35

1

5

10 月

31

9

3

19

92

1.5

16

11 月

30

11

2

17

79

1

12.5

12 月

31

11

0

20

93

0

18.5

2021 年 1 月

31

11

0

20

63

0

12.5

2月

28

10

1

17

85

0

14.5

3月

31

8

1

22

77

0

17

365

121

14

230

72

15.5

149

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*使用日数は装置を実験計測に使用した日数であり，保守作業などの使用は含んでいない。
*稼働率 = 使用日数／（日数－（休日数＋保守日数））×100②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，竹市裕介【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，研も，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】
今年度の電子顕微鏡室の活動の概要は以下の通りである。

ったが，現在は復旧している。また，電子顕微鏡室所属

本年度前半は COVID-19 による研究所の活動制限によの透過型電子顕微鏡に関しては，予定通り新しく電子顕

り，電子顕微鏡室の利用は，限られた利用者に限定され，微鏡室に移管された電子顕微鏡（日立 HT7700）へと保守

SBF-SEM もその期間は利用を停止していた。職員も一部契約を移行する予定である。一方，これまで主力機とし職員を除いて在宅勤務となり，その期間は限られた職員て利用されてきた電子顕微鏡（日本電子製 JEM1010）は，

で電子顕微鏡室の運営を行った。

今後保守契約加入は行わないが，引き続き機器が使えなくなるまで継続して利用する予定である。

本年度の後半にはソーシャルディスタンスを維持した電子顕微鏡室運営を行った。山手地区においては，

明大寺地区においては，透過型電子顕微鏡 JEM-1010，

SBF-SEM が経年劣化と思われるトラブルが何度か起こ

ウルトラミクロトームが複数回トラブルを起越したが77

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／技術課

ならびにその周辺機器利用講習会は，COVID-19 の影響

現在は正常に稼働している。

により数は減少したものの，明大寺，山手の両地区で希また，明大寺電子顕微鏡室のスペースは新しく生体分

望に応じて実施した。

子構造研究部門が利用することとなり，それに伴い，室内の機器や物品の整理を進めている。今後明大寺地区の【研究内容一覧表】

電子顕微鏡や周辺機器の運用等の業務は随時生体分子

本年度も例年通り，利用申請を頂いた。

構造研究部門に移管する予定である。

前年同様，SBF-SEM に関連した利用者も多く，通常の透過型電子顕微鏡，走査型電子顕微鏡も含めすべての電【活動】

子顕微鏡で多くの利用があった。

電子顕微鏡試料作製のための環境整備は本年度も引

以下，電子顕微鏡室利用者の代表的な研究課題を掲載

き続き行い，周辺機器の充実，更新，消耗品の充実などする。

を行った。その他，電子顕微鏡試料の作製講習会，電顕2020 年度
研究機関・大学
生理学研究所

電子顕微鏡室利用者の代表的な研究課題一覧

研究部門
電子顕微鏡室

研究内容
ラット大脳皮質の神経回路の研究（窪田グループ）
大脳皮質の局所神経回路解析
マウス大脳皮質神経回路解明のための 3 次元微細構造解析
心循環シグナル

さまざまなストレス下にある心組織や培養細胞中のミトコンド
リアの超微形態を評価する
さまざまなストレス下にある心組織や培養細胞中のオルガネラ
構造を評価する

細胞構造

マウスくも膜の微細構造の観察，3D-SEM を用いたくも膜細胞の3 次元構造の解析
細胞間接着装置および上皮細胞の電子顕微鏡観察

超微形態

共同研究およびイメージング支援事業の遂行

生体分子構造サンプルの作製・確認及び電顕観察
電子顕微鏡による３次元解析

基礎生物学研究所

その他

環境光生物学

微細藻類における光合成機構の解明

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

食虫植物の運動器官発生メカニズムの研究

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

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

瀬戸内海区水産研究所
分子科学研究所

アミロイド線維の構造解析(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とし，生理研・基生研の共通施設として運営されている。

開発と改良，それに関わる技術指導，技術相談を室の役割

新しい研究には新しい研究機器を作るという『ものづ78生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／技術課

くり』が希薄になっている状況下，一方では，研究の多実施され使用できなくなったため，分子科学研究所のス様化は常に新たな役割の模索が迫られている。そうした

タッフの利用が，本年 7 月まで多くあった。

認識のもと，『ものづくり』能力の重要性の理解と機械

金工室の旋盤一台のモーターに焼き付きが発生し，修工作ニーズの新たな発掘と展開を目指すために，2000 年理を行った。使用機器は，設置後 40 年近くの経過があ度から，医学・生物学の実験研究に使用される実験装置

り，使用頻度が低いとは言え，故障の発生頻度が増してや器具を題材にして，機械工作の基礎的知識を実習主体いる。修理に必要な予算の計上の必要性を感じた。
なお，機器研究試作室の今年度の利用状況は，以下ので行う機械工作基礎講座を開講してきたが，本年はコロ通りである。

ナ禍のため講座の開催を取りやめた。
昨年 7 月より分子科学研究所装置開発室の改修工事が2020 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
認知行動発達機構

62

心理生理学

4

視覚情報処理4

動物資源共同利用
研究センター3

バイオフォトニクス

2

大脳神経回路論

2

生殖・内分泌系発達機構

1

技術課

1

2

クロマチン制御1

共生システム

1

基生研
時空間制御
分子研
57

装置開発

機器研究試作室
生理研
月

利用人数表

基生研

分子研

合計

4

9

利用時間
(h)
23

0

0

27

利用時間
(h)
94

36

利用時間
(h)
117

5

16

43

0

0

28

118

44

161

6

4

9

0

0

2

6

6

15

7

12

18

1

1

0

0

13

19

8

1

1

1

3

0

0

2

4

利用人数

利用人数

利用人数

利用人数

利用人数

9

3

6

2

7

0

0

5

13

10

7

9

0

0

0

0

7

9

11

5

9

0

0

0

0

5

9

12

4

5

0

0

0

0

4

5

1

5

6

0

0

0

0

5

6

2

3

3

0

0

0

0

3

3

3

10

15

0

0

0

0

10

15

合計

79

147

4

11

57

218

140

376

前年度実績

86

177

17

40

192

709

295

926

機器研究試作室

依頼製作品例

機械工作

温度勾配アルミプレート

マウス用傾斜固定器

飛沫防止衝立電気工作
レーザー加工メダカ用音刺激装置
マウス回転固定台

マウス用トレッドミル
電極固定台

実験装置修理ハムスターケージ79

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／技術課③情報処理･発信センター(1) ネットワーク管理室
吉村伸明，村田安永，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

岡崎情報ネットワークは，MAC アドレス認証の動的解析システム（後述），情報サービス（e-mail，WWW 等），

VLAN 機能を有する 1000BASE-T ネットワークの提供をプログラム開発などに分類することができる。また，こ基とし，利便性の向上と情報セキュリティの確保を両立

れらを円滑に運用して行くためには，所内 LAN の管理，している。また，同様の認証機能，あるいは Web 認証機

整備や情報セキュリティの確保も重要である。このよう能を持つ無線 LAN，並びに eduroam は，構内全域で利用な現状をふまえたうえで，岡崎情報ネットワーク管理室

可能である。

や機構 CSIRT（両組織に当室の技術職員 1 名が併任）と情報セキュリティインシデントは，今年度も自然科学
機構内外で発生している。これに対応するため機構も連携しながら，施設整備を進めている。
生体情報解析システムは，数値計算，データ解析，可CSIRT が組織されており，発生予防，対策，監視等を行視化，数式処理，統計解析，電子回路設計などの多くのうと共に，発生時及び発生後の対応を行っている。情報

ネットワークライセンス用アプリケーションを備えてセキュリティ対応強化のため，外部業者によるセキュリいる。これらのアプリケーションは，ネットワーク認証

ティインシデントに関する高度サポートの利用，ログ管により各部門施設の PC 上で利用可能である。登録者は理解析基盤の運用，CSIRT 運営経費による研修への参加

87 名で，研究推進のために活用されている。

等を行っている。

メールシステムは，2020 年 8 月に Google Workspace for

生理学研究所のネットワーク利用状況は，メール登録

Education に移行し，Chat，Drive などの多くの新しいサ者が 368 名。WWW 登録者が 103 名。LAN の端末数がービスが利用可能となった。12 月にはセキュリティ向上

1,877 台。WWW は 5,200 IP／日の端末から 22,000 ペーのため 2 段階認証を必須としている。

ジ／日の閲覧があった。

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，高橋伸明【概要】
昨年度と比べ，齧歯類の搬入件数は変わらず，搬出件

によりトレーニングコースが中止となった。マカクサル

数は増加した。マウス受精卵凍結と融解件数は増加した

導入時の検疫，1 回/年の全個体の定期検診は例年通りにが，稼働を始めたバリア施設への導入を進めたためであ実施した。マーモセット導入前に，トリコモナスが検出ると考えられた。

されたため，投薬後導入し，現飼育動物も含め全頭についてトリコモナス検査を実施した。

動物の延べ飼育数は昨年度と比べ，マウス，ラット，

明大寺の動物棟 1 は，機能の改善および高度化を目的

マカクサル，マーモセットともに減少した。
施設運用において，齧歯類微生物モニタリングを引きとてして増築・改修工事を行い，2020 年 4 月に竣工した。

続き実施した。初心者を対象とした実験動物の基本的手

大型機器類の導入を行い，運用に関わる物品整備の後，技の実技講習を計画したが，COVID-19 の蔓延のため中9 月 30 日に開所式を行った。バリアエリアの過酢酸によ止を余儀なくされた。例年，トレーニングコースでもマる滅菌を業者に依頼・実施し，2021 年 3 月から本格稼働

ウスの基本的手技を担当していたが，COVID-19 の影響し，飼育を開始した。

80

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／技術課

動物棟 1 の SPF 化に伴い，業務の見直しを行い，技術④マウス・ラットの取り扱い実技講習会の中止

支援員を新たに 4 人増員した。

例年，マウス・ラットを中心として，馴化，保定，経明大寺動物棟 2 は 27 年が経過しており，空調機器類

口投与法，一般的な飼育作業等を含め，動物資源共同利及び配管類の経年劣化による不具合，外壁の亀裂からの用研究センター利用者への実技講習を年 2 回行っている

雨水の侵入が起こり，修繕しながら運用しているが，今が，COVID-19 の影響のため中止した。また，生理研ト後の大規模改修が望まれる。

レーニングコースでも「遺伝子改変マウスの基本的手技

山手の施設は 19 年を経過し，空調機器類の経年劣化，と学習・記憶行動解析入門」コースで講習を行っている

バリア構築の根幹である高圧蒸気滅菌機で不具合が起が，COVID-19 の影響でトレーニングコースが中止となきており，修繕をしながら運用しているが，今後の根本った。

的な対策が必要である。
COVID-19 の対応として，生理研の感染対応マニュア【明大寺地区

ル「COVID-19 感染対策」にあわせ，「COVID-19 におけ陸生動物室】①施設の利用状況についてるセンターの対応マニュアル」を作成した。また，陸生動物の飼養保管室利用部門数は，11 部門（生理研

COVID-19 対策として，職員全員出勤時と退勤前に体温

10 部門，共通研究施設 1 部門）であった。

測定の実施や，昼食は分散して食べるなどの対応を行っ

利用者講習会を隔月で開催していたが，COVID-19 の影響で 2020 年 5 月以降は座学を中止し，実地講習のみた。

を行った。また，動物棟 1 稼働に伴い，2021 年 2 月から【明大寺/山手共通業務】の利用者講習会を online で実施し，合計 51 名の参加が①齧歯類の授受についてあった。

年間でのべ 61 件の導入と 103 件の供与があった。全

昨年度と比べ，マウス，ラットの延べ飼育数は減少し，体として昨年より増加した。他機関からの導入は減少しサルはやや減少，マーモセットは減少した。マウスにつたが，供与は増加し，3 機関内の導入と供与は増加した。

いては，動物棟 1 のバリア施設の稼働に伴って動物棟 2

海外からの導入はなく，海外への供与は減少した。また，の CV マウス飼育施設を順次閉鎖したため減少したと思

授受の条件や書類内容の確認，利用者へのアドバイスな

われ，ラット，マーモセットは利用者の転出に伴い減少どに注力した。

した。

②受精卵凍結・クリーンアップ事業②齧歯類微生物モニタリングについて

受精卵凍結保存は 34 件，クリーンアップ兼受精卵凍

マウス，ラット飼養保管室で，3 ヶ月に 1 度の微生物

結保存は 2 件，融解・移植は 35 件それぞれ実施した。昨モニタリング検査を実施した。

年度と比較してクリーンアップ件数は減少したが，凍結保存，融解・移植件数は動物棟１の SPF 化に関連して増③施設整備について
動物棟 1 においては，平成 31 年度国立大学法人先端加した。

研究等施設整備費補助金にかかる大型機器類の導入（高③齧歯類微生物検査事業

圧蒸気滅菌機，個別換気ケージ飼育装置，万能型洗浄機，昨年度に引き続き，自家検査をマウス 252 件，ラット

ケージ洗浄機，オゾンガス滅菌装置，動物飲水製造装置，

32 件実施した。また，外部施設からのマウス導入にあた消毒液製造装置など）を 8 月末までに完了した。また，り，PCR による MHV の自家検査を 8 件実施した。

備品の移動・廃棄及び保管を行った。その後，運用に関動物棟 1 にマイクロアイソレーションラックが導入されわる物品整備，旧施設で使用していた物品の消毒滅菌後たため，微生物モニタリング定期検査項目に，Helicobacterの導入および廃棄などを行い，9 月 30 日に開所式を行っ

hepaticus，Helicobacter bilis を加えることを検討した。

た。バリアエリアの過酢酸による滅菌を業者に依頼・実施し，2021 年 3 月から本格稼働した。

技術支援員に検査方法の講習を行った。

改修工事期間中は，動物棟 2 のみでの運営を行った。

81

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／技術課

全 SPF 飼育室およびマウス・ラット一時保管室 2～3 の微生物モニタリングを 3 ヶ月に 1 回のペースで実施した。

④主な工事及び修理について（1）動物棟 1 ドラフト用排風機を有機溶剤対応に変更③施設整備について

工事（2）動物棟 1 チラー圧縮機不良のため交換修理

経年劣化によりエレベーター・テールコードの交換を（3）動物棟 1 ドライエリアプレハブ冷蔵庫警報ライン行った。また，同じく経年劣化したベランダ給湯機の取敷設工事

り換え工事を行った。

（4）動物棟 1 リボイラー2 漏水修理
（5）動物棟 1 オートクレーブ 3 号機蒸気漏れ修理④主な工事及び修理について（6）動物棟 2 機械室蒸気ボイラーフランジパッキン蒸（1）4 階熱源室不良箇所修理

気漏れ修理（2）4 階機械室空調用空冷ヒートポンプブラインチラ（7）動物棟 2 貯湯槽蒸気入口バルブ，ボイラー蒸気逃ー氷蓄熱ユニットエアポンプ修理

がし弁の蒸気漏れ修理（3）4 階熱源室ボイラー蒸気ヘッダー蒸気漏れ修理（8）動物棟 2 雨水侵入のため，南面壁および西面壁の（4）4 階エアシャワー送風停止せず修理（5）ケージ洗浄機異音のためオーバーホールの実施と修繕塗装工事（9）動物棟 2 オートクレーブシーケンサー不良のため吐水圧が低いため電磁弁交換修理

修理（6）給湯機修理（7）オートクレーブリボイラー蒸気漏れ修理（8）オートクレーブ蒸気漏れ，圧力スイッチ交換修理【山手地区 陸生動物室】①施設の利用状況について【明大寺及び山手地区 水生動物室】

陸生動物の飼養保管室利用部門数は，10 部門（生理研6 部門，生命創成探究センター3 部門，共通研究施設 1 部①施設の利用状況について門）であった。

（1）明大寺地区では，生理研 1 部門，基生研 4 部門が利用している。

利用者講習会を隔月で開催するとともに，実際の利用（2）山手地区では，生命創成探究センター3 部門が水方法について別途実務講習会を実施した。COVID-19 の槽を利用している。

影響で，5 月以降は実務講習会のみとしたため，利用者
講習会は 2 名，実務講習会受講者は 22 名となった。

②主な工事及び修理について②齧歯類微生物モニタリングについて

特に大きな工事及び修理は行わなかった。

82

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究活動報告／技術課

陸生動物部門別・動物種別搬入数（2020 年度）
明大寺地区

動物種
部門

マウス ラット ハムスター モルモット

神経機能素子生体膜個別研究(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･内分泌系発達機構
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
細胞構造
バイオフォトニクス
神経細胞生物学
ウイルスベクター開発室
合

計

90

山手地区
ウサギ

マーモセット サル

4

334
180
60
143

9
6

222

32

4
5

46
23

マウス ラット

3
269
7
50

ハムスター

8
11

90
48
7

19

332

24

135
186
600
370

10
607
29

32
149
124

5

26
1,124

47

4

83

9

2,402

708

5

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文

a. 発表論文〔

目

次〕神経機能素子研究部門 ·················································································· 88
生体膜研究部門 ························································································ 88
神経発達・再生機構研究部門 ············································································ 88
細胞構造研究部門 ······················································································ 89
細胞生理研究部門 ······················································································ 90
心循環シグナル研究部門 ················································································ 90
生殖・内分泌系発達機構研究部門 ········································································ 91
超微形態研究部門 ······················································································ 91
生体恒常性発達研究部門 ················································································ 92
視覚情報処理研究部門 ·················································································· 93
バイオフォトニクス研究部門 ············································································ 93
大脳神経回路論研究部門 ················································································ 94
認知行動発達機構研究部門 ·············································································· 94
生体システム研究部門 ·················································································· 95
神経ダイナミクス研究部門 ·············································································· 96
心理生理学研究部門 ···················································································· 96
個別研究（佐竹研究室） ················································································ 98
形態情報解析室 ························································································ 98
多光子顕微鏡室 ························································································ 99
生体機能情報解析室 ···················································································· 99
ウィルスベクター開発室 ················································································ 99
遺伝子改変動物作製室 ················································································· 100

87

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文

発

表

論

文

《神経機能素子研究部門》

1)

による新規機能調節機構. 心電図 40: 107-113.

英文原著論文3)

1. Shimomura T, Yonekawa Y, Nagura H, Tateyama M,

1. Akiyama S, Aoki K, Kubo Y (2020) Biophysical research

Fujiyoshi Y, Irie K (2020) A native prokaryotic voltage-

2)

その他

dependent calcium channel with a novel selectivity filter

in Okazaki, Japan. Biophys Rev 12: 237-243.

sequence. Elife 9: e52828. doi: 10.7554/eLife.52828.

doi: 10.1007/s12551-020-00633-4.
2. Kubo Y (2020) A new world of heme function. Pflügers

研究関係著作Arch 472:547-548. doi: 10.1007/s00424-020-02388-z.

1. 陳以珊, 久保義弘（2020）GIRK チャネルの，小分子《生体膜研究部門》

1)

イル化酵素. ''膜タンパク質工学ハンドブック'' （津英文原著論文

1. Kornau HC, Kreye J, Stumpf A, Fukata Y, Parthier D,

本浩平, 浜窪隆雄 監修; 秋吉一成, 園山正史, 富田Sammons RP, Imbrosci B, Kurpjuweit S, Kowski AB,

泰輔 編集幹事）, 第 2 編 第 8 章-3, エヌ・ティー・

Fukata M, Prüss H, Schmitz D (2020) Human CSF

エス, pp. 316-323.
2. 平野瑶子, 宮﨑裕理, 深田正紀, 深田優子（2020）て

monoclonal LGI1 autoantibodies increase neuronal2)

excitability. Ann Neurol 87: 405-418.

んかん関連リガンド・受容体 LGI1・ADAM22.

doi: 10.1002/ana.25666.

''膜タンパク質工学ハンドブック''（津本浩平, 浜窪隆

研究関係著作

雄 監修; 秋吉一成, 園山正史, 富田泰輔 編集幹事）,
第 2 編 第 12 章, エヌ・ティー・エス, pp. 357-365.

1. 深田正紀, 横井紀彦, 平田哲也, 深田優子（2020）
zDHHC パルミトイル化酵素と ABHD17 脱パルミト《神経発達・再生機構研究部門》

1)

Postnatal Brain Development. Cerebral Cortex 30:4092-

英文原著論文4109. doi: 10.1093/cercor/bhaa031.

1. Kaneko N, Nakamura S, Sawamoto K (2020) Effects of

3. Kumar D, Koyanagi I, Carrier-Ruiz A, Vergara P,

interferon-alpha on hippocampal neurogenesis andbehavior in common marmosets. Mol Brain 13:98.

Srinivasan S, Sugaya Y, Kasuya M, Yu TS, Vogt KE,

doi: 10.1186/s13041-020-00639-9.

Muratani M, Ohnishi T, Singh S, Teixeira CM, Chérasse Y,

2. Akter M, Kaneko N, Herranz-Pérez V, Nakamura S, Oishi

Naoi T, Wang SH, Nondhalee P, Osman BAH, Kaneko N,

H, García-Verdugo JM, Sawamoto K (2020) Dynamic

Sawamoto K, Kernie SG, Sakurai T, McHugh TJ, Kano M,

Changes in the Neurogenic Potential in the Ventricular-

Yanagisawa M, Sakaguchi M (2020) Sparse Activity ofSubventricular Zone of Common Marmoset during

Hippocampal Adult-Born Neurons during REM Sleep Is

88

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文

Necessary for Memory Consolidation. Neuron 107:552-

3)565.e10. doi:10.1016/j.neuron.2020.05.008.

1. Sawada M, Sawamoto K (2020) Neuronal migration in
the postnatal brain.

4. Sawada M, Matsumoto M, Narita K, Kumamoto N, Ugawa

2)

研究関係著作S, Takeda S, Sawamoto K (2020) In vitro Time-lapse''Cellular Migration and Formation of Axons and Dendrites

Imaging of Primary Cilium in Migrating Neuroblasts. Bio-

2nd Edition (Comprehensive Developmental Neuroscience)''

protocol 10:e3823. doi:10.21769/BioProtoc.3823.

(Eds Rubenstein J, Rakic P, Chen B, Kwan K), Academic

英文総説

Press, Chapter 21, pp. 465-478.

1. Nakajima C, Sawada M, Sawamoto K (2020) Postnatal

2. Meunier A, Sawamoto K, Spassky N (2020) Ependyma.

neuronal migration in health and disease. Curr Opin''Patterning and Cell Type Specification in the Developing

Neurobiol 66:1-9. doi:10.1016/j.conb.2020.06.001

CNS

and

PNS,

Second Edition(Comprehensive

Developmental Neuroscience series)'' (Eds Rubenstein J,

2. Akter M, Kaneko M, Sawamoto K (2020) Neurogenesis andRakic P), Elsevier, Chapter 42, pp. 1021-1036.

neuronal migration in the postnatal ventricular-subventricular

3. 中嶋智佳子, 澤本和延（2020）最先端形態学・シング

zone: similarities and dissimilarities between rodents andprimates. Neurosci Res S0168-0102: 30379-5.

ルセル遺伝子発現解析による生後脳のニューロン移doi: 10.1016/j.neures.2020.06.001.

動機構の解明. 月刊「細胞」52（13; 11 月号）:52-54.

《細胞構造研究部門》

1)

doi: 10.1038/s41598-020-67319-5.

英文原著論文1. Jonusaite S, Beyenbach KW, Meyer H, Paululat A, Izumi

5. Nagatake T, Yan-Chun Z, Ito T, Itoh M, Kometani K,

Y, Furuse M, Rodan AR (2020) The septate junction

Furuse M, Saika A, Node E, Kunisawa J, Minato N,

protein Mesh is required for epithelial morphogenesis, ion

Hamazaki Y (2021) Selective expression of claudin-5 intransport, and paracellular permeability in the Drosophila

thymic endothelial cells regulates the blood-thymus barrier

Malpighian tubule. Am J Physiol Cell Physiol 318:C675-

and T-cell export. Int Immunol 33(3):171-182.

C694. doi: 10.1152/ajpcell.00492.2019.

doi: 10.1093/intimm/dxaa069.
2)

2. Oda Y, Sugawara T, Fukata Y, Izumi Y, Otani T, Higashi

英文総説

T, Fukata M, Furuse M (2020) The extracellular domain

1. Hartmann C, Schwietzer YA, Otani T, Furuse M, Ebnet Kof angulin-1 and palmitoylation of its cytoplasmic region(2020) Physiological functions of junctional adhesion

are required for angulin-1 assembly at tricellular contacts.

molecules (JAMs) in tight junctions. Biochim Biophys

J Biol Chem 295:4289-4302. doi: 10.1074/jbc.RA119.010491.

Acta Biomembr 1862:183299.
doi: 10.1016/j.bbamem.2020.183299.

3. Beyenbach KW, Schoene F, Breitsprecher LF, Tiburcy F,

2. Otani T, Furuse M (2020) Tight junction structure andFuruse M, Izumi Y, Meyer H, Jonusaite S, Rodan AR,
Paululat A (2020) The Septate Junction Protein Tetraspanin

function revisited. Trends Cell Biol 30:805-817.

2A is critical to the Structure and Function of Malpighiandoi: 10.1016/j.tcb.2020.08.004.

tubules in Drosophila melanogaster. Am J Physiol Cell3)

Physiol 318:C1107-C1122. doi: 10.1152/ajpcell.00061.2020.

1. 古瀬幹夫, 大谷哲久（2020）傍細胞輸送と claudin:分

研究関係著作子構造と機能. 腎と透析 88:333-336.

4. Hempstock W, Sugioka S, Ishizuka N, Sugawara T,
Furuse M. Hayashi H (2020) Angulin-2/ILDR1, a

2. 大谷哲久, 古瀬幹夫（2020）タイトジャンクション

tricellular tight junction protein, does not affect waterの構造・機能連関の新しい視点. 生化学 92: 731-734.

transport in the mouse large intestine. Sci Rep 10:10374.

doi:10.14952/SEIKAGAKU.2020.920731.

89生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文《細胞生理研究部門》

1)

6. Feng X, Takayama Y, Ohno N, Kanda H, Dai Y, Sokabe

英文原著論文

1. Shimada H, Kusakizako T, Nguyen THD, Nishizawa T,

T, Tominaga M (2020) Increased TRPV4 expression in

Hino T, Tominaga M, Nureki O (2020) The structure of

non-myelinating Schwann cells is associated withnanodisc-reconstituted TRPV3 reveals the lipid-associateddemyelination after sciatic nerve injury. Communs Biol 3:

gating mechanism. Nat Struct Mol Biol 27: 645-652.

716. doi: 10.1038/s42003-020-01444-9.
7. Ashina K, Kobayashi K, Derouiche S, Hamabata T,

doi: 10.1038/s41594-020-0439-z.

Nakamura T, Nagata N, Tominaga M, Murata T (2021)

2. Boudaka A, Saito CT, Tominaga M (2020) Deletion of
TRPV4 Enhances in vitro Wound Healing of Murine

5,6-dihydroxy-8Z,11Z,14Z,17Z-eicosatetraenoic

acid

Esophageal Keratinocytes. Sci Rep 10: 11349.

accelerates the healing of colitis by inhibiting transientdoi: 10.1038/s41598-020-68269-8.

receptor potential vanilloid 4-mediated signaling. FASEB
J e21238. doi: 10.196/fj.20193207RRR.

3. Sugisawa E, Takayama Y, Takemura N, Kondo T,
Hatakeyama S, Kumagai Y, Sunagawa M, Tominaga M,

8. Nguyen THD, Itoh GS, Okumura H, Tominaga M (2021)

Maruyama K (2020) RNA sensing by gut Piezo1 is

Structural basis for promiscuous action of monoterpenes

essential for systemic serotonin synthesis. Cell 182 (3):on TRP channels. Commun Biol 4 (1): 293.

609-624. doi: 10.1016/j.cell.2020.06.022.

doi: 10.1038/s42003-021-01776-0.
2)

4. Suzuki Y, Sawada H, Tokumasu T, Suzuki S, Ninomiya

研究関係著作

S, Shirai M, Mukai T, Saito CT, Nishimura G, Tominaga

1. 富永真琴（2020）末梢受容体と一次求心性線維の役

M (2020) Novel TRPV6 mutations in the spectrum of

割. ''疼痛医学''（田口敏彦, 飯田宏樹, 牛田享宏 監修;

transient neonatal hyperparathyroidism. J Physiol Sci 70:

野口光一, 矢吹省司, 上園晶一, 山口重樹, 池内昌

33. doi: 10.1186/s12576-020-00761-2.

彦 編集）, 医学書院, p.34-39.
2. 富永真琴（2020）神経生理学から視た痒みの実態 –5. Ohnishi K, Saito S, Miura T, Ohta A, Tominaga M, Sokabe

TRP チャネルとかゆみ–.

T, Kuhara A (2020) OSM-9 and OCR-2 TRPV channels areaccessorial warm receptors in Caenorhabditis elegans

アレルギー 69(1): 1-6.

3. 富永真琴（2020）辛いのを英語で hot と言うのはな

temperature acclimatisation. Sci Rep 10 (1): 18566.

ぜですか？ Clinical Neuroscience 38(11): 1481.

doi: 10.1038/s41598-020-75302-3.

《心循環シグナル研究部門》

1)

Allergy Clin Immunol Apr;147(4):1341-1353.

英文原著論文

1. Shimoda K, Nishimura A, Sunggip C, Ito T, Nishiyama K,

doi: 10.1016/j.jaci.2020.06.039.

Kato Y, Tanaka T, Tozaki-Saitoh H, Tsuda M, Nishida M

3. Nishiyama K, Toyama C, Kato Y, Tanaka T, Nishimura A,(2020) Modulation of P2Y6R expression exacerbates

Nagata R, Mori Y, Nishida M (2021) Deletion of TRPC3

pressure overload-induced cardiac remodeling in mice.

or TRPC6 fails to attenuate the formation of inflammation

Sci Rep 10(1):13926. doi: 10.1038/s41598-020-70956-5.

and fibrosis in nonalcoholic steatohepatitis. Biol Pharm

2. Shiratori-Hayashi M, Yamaguchi C, Eguchi K, Shiraishi

Bull 44(3):431-436. doi: 10.1248/bpb.b20-00903.

Y, Kohno K, Mikoshiba K, Inoue K, Nishida M, Tsuda M

4. Yagi-Utsumi M, Tanaka T, Otsubo Y, Yamashita A,(2021) Astrocytic STAT3 activation and chronic itch

Yoshimura S, Nishida M, Kato K (2021) Cold Atmosphericrequire IP3R1/TRPC-dependent Ca2+ signals in mice. J

Plasma Modification of Amyloid β. Int J Mol Sci. Mar

90

生理学研究所年報

2)第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文

18;22(6):3116. doi: 10.3390/ijms22063116.

3)

英文総説（査読あるもの）

1. 西田基宏, 西山和宏, 加藤百合, 田中智弘, 西村明

1. Nishiyama K, Tanaka T, Nishimura A, Nishida M (2021)

研究関係著作幸（2020）G タンパク質共役型受容体. 実験医学 増
刊 38(10): 144-148.

TRPC3-based protein signaling complex as a therapeutic

2. 西田基宏, 加藤百合, 田中智弘, 西山和宏, 西村明

target of myocardial atrophy. Curr Mol Pharmacol 14(2):123-131. doi:10.2174/1874467213666200407090121.

幸（2020）ミトコンドリア異常は心不全の原因か. 循
環器内科 87(5):579-584.

2. Nishida M, Tanaka T, Mangmool S, Nishiyama K,
Nishimura A. Canonical Transient Receptor Potential

3. 西田基宏, 加藤百合, 田中智弘, 西山和宏, 西村明

Channels and Vascular Smooth Muscle Cell Plasticity. J

幸（2020）RAA 系と細胞老化. 日本臨床（増刊）高Lipid Atheroscler 9(1):124-139.

血圧学（上）78(6):308-314.

doi: 10.12997/jla.2020.9.1.124.

《生殖・内分泌系発達機構研究部門》

1)

3)

英文原著論文1. 箕越靖彦（2020）炭水化物嗜好性の恒常的・快楽的

1. Guo T, Tanaka T, Matsumoto M, Kaneko K, Unzai T,

調節機. Current Therapy 38(8): 68-76.

Ogino Y, Aotani D, Kusakabe T, Iwakura H, Miyazawa T,
Sawamoto K, Minokoshi Y, Masuzaki H, Inagaki N, Nakao

2. 箕越靖彦（2020）空腹感と満腹感. ''摂食と健康の科

K (2020) A combination of dietary fat intake and nicotine

学（シリーズ＜栄養と疾病の科学＞ 1）''（高田明和

exposure編）, 朝倉書店, pp. 74-100.

enhances

CB1

endocannabinoid

receptor

3. 近藤邦生（2020）糖代謝の制御を担う視床下部神経

expression in hypothalamic nuclei in male mice. Neurosci
Lett 714(1):134550. doi: 10.1016/j.neulet.2019.134550.
2)

研究関係著作回路

医学のあゆみ

第 274 巻 p.1019-1024

4. 近藤邦生（2020）越シナプス性ウイルストレーサー

英文総説

1. Minokoshi Y, Nakajima KI, Okamoto S (2020) Homeostaticにより明らかになった生理的反応を制御する神経versus hedonic control of carbohydrate selection. J Physiol

回路

YAKUGAKU ZASSHI 第 140 巻 p.985-992

5. 中島健一朗（2020）空腹によって味覚を変化させる

598(18):3831-3844.doi: 10.1113/JP280066.
2. Minokoshi Y (2020) Neural control of homeostatic feeding

脳内の神経ネットワーク

and food selection. '' New insights into metabolic syndrome''

ンダストリー

バイオサイエンスとイVol78, No 3, 226-227

6. 中島健一朗（2020）9 章「甘味とその美味しさを選(ed Takada A), IntechOpen. doi: 10.5772/intechopen.93413.
3. Minokoshi Y, Nakajima K, Okamoto S(2020) Homeostatic

択的に伝える神経細胞の発見」

versus hedonic control of carbohydrate selection. J. Physiol.

門脇孝、山内敏正

糖尿病学 2020 編

診断と治療社 64-72

7. 中島健一朗（2020）「空腹時に味覚を調節する神経598, 18, 3831-3844.

ネットワークを発見」化学

Vol75, No 3, 72《超微形態研究部門》
1)

S, Aoki T (2020) Two Diverse Hemodynamic Forces, a

英文原著論文

1. Koseki H, Miyata H, Shimo S, Ohno N, Mifune K,

Mechanical Stretch and a High Wall Shear Stress,

Shimano K, Yamamoto K, Nozaki K, Kasuya H, Narumiya

Determine Intracranial Aneurysm Formation. Transl Stroke91

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文

6. Shimo S, Saitoh S, Nguyen HB, Thai TQ, Ikutomo M,

Res 11:80-92. doi: 10.1007/s12975-019-0690-y.
2. Otani Y, Ohno N, Cui J, Yamaguchi Y, Baba H (2020)

Muramatsu K, Ohno N (2020) Sodium-glucose co-Upregulation of large myelin protein zero leads totransporter (SGLT) inhibitor restores lost axonal

Charcot-Marie-Tooth disease-like neuropathy in mice.

varicosities of the myenteric plexus in a mouse model ofCommun Biol 3:121. doi: 10.1038/s42003-020-0854-z.

high-fat diet-induced obesity. Sci Rep 10:12372.
doi: 10.1038/s41598-020-69256-9.

3. Sampilvanjil A, Karasawa T, Yamada N, Komada T,
Higashi T, Baatarjav C, Watanabe S, Kamata R, Ohno N,

7. Morita R, Onuma TA, Manni L, Ohno N, Nishida H

Takahashi M (2020) Cigarette smoke extract induces(2020) Mouth opening is mediated by separation of dorsal

ferroptosis in vascular smooth muscle cells. Am J Physiol

and ventral daughter cells of the lip precursor cells in theHeart Circ Physiol 318:H508-H518.

larvacean, Oikopleura dioica. Dev Genes Evol 230:315-

doi: 10.1152/ajpheart.00559.2019.

327. doi: 10.1007/s00427-020-00667-4.

4. Oka M, Shimo S, Ohno N, Imai H, Abekura Y, Koseki H,

8. Miyata T, Hagiwara D, Hodai Y, Miwata T, Kawaguchi

Miyata H, Shimizu K, Kushamae M, Ono I, Nozaki K,

Y, Kurimoto J, Ozaki H, Mitsumoto K, Takagi H, Suga H,

Kawashima(2020)

Kobayashi T, Sugiyama M, Onoue T, Ito Y, Iwama S,

Dedifferentiation of smooth muscle cells in intracranial

Banno R, Matsumoto M, Kawakami N, Ohno N,

aneurysms and its potential contribution to the pathogenesis.

Sakamoto H, Arima H (2020) Degradation of Mutant

Sci Rep 10:8330. doi: 10.1038/s41598-020-65361-x.

Protein Aggregates within the Endoplasmic Reticulum ofA,

Kawamata

T,

Aoki

T

Vasopressin Neurons. iScience 23:101648.

5. Yamada N, Karasawa T, Wakiya T, Sadatomo A, Ito H,

doi: 10.1016/j.isci.2020.101648.

Kamata R, Watanabe S, Komada T, Kimura H, Sanada Y,
Sakuma Y, Mizuta K, Ohno N, Sata N, Takahashi M (2020)

2)

Iron overload as a risk factor for hepatic ischemia-

1. 大野伸彦, 志茂聡, 齊藤百合花（2020）電子顕微鏡ボ

reperfusion injury in liver transplantation: Potential role of

リュームイメージング法. ''組織細胞化学''（日本組織

ferroptosis. Am J Transplant 20:1606-1618.

細胞化学会編）, 中西印刷株式会社, pp. 159-170.

研究関係著作

doi: 10.1111/ajt.15773.

《生体恒常性発達研究部門》

1)

Y, Nabekura J, Ishibashi H (2020) Histamine depolarizes

英文原著論文1. Horiuchi H, Agetsuma M, Ishida J, Nakamura Y, Lawrence

rat intracardiac ganglion neurons through the activation of

Cheung D, Nanasaki S, Kimura Y, Iwata T, Takahashi K,

TRPC non-selective cation channels. Eur J Pharmacol

Sawada K, Nabekura J (2020) CMOS-based bio-image

886:173536. doi: 10.1016/j.ejphar.2020.173536.

sensor spatially resolves neural activity-dependent proton2)

dynamics in the living brain. Nat Commun 11(1):712.

1. Sato A, Lawrence Cheung D, Ishibashi H (2020)

研究関係著作

Mechanisms Underlying the Excitatory Effect of Histaminedoi: 10.1038/s41467-020-14571-y.

on Intrinsic Neurons of Rat Heart. Japanese Histamine

2. Sato A, Arichi S, Kojima F, Hayashi T, Ohba T, Cheung

Research Society Web Magazine. Volume 5.

DL, Eto K, Narushima M, Murakoshi H, Maruo Y, Kadoya

92

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文《視覚情報処理研究部門》

1)

2. Hagihara KM, Ishikawa AW, Yoshimura Y, Tagawa Y,

英文原著論文1. Nakazawa S, Yoshimura Y, Takagi M, Mizuno H,

Ohki K (2020) Long-Range Interhemispheric Projection

Iwasato T (2020) Developmental Phase Transitions in

Neurons Show Biased Response Properties and Fine-

Spatial Organization of Spontaneous Activity in Postnatal

Scale Local Subnetworks in Mouse Visual Cortex. Cereb

Barrel Cortex Layer 4. J Neurosci 40(40):7637-7650.

Cortex 2021 Jan 5;31(2):1307-1315.

doi: 10.1523/JNEUROSCI.1116-20.2020.

doi: 10.1093/cercor/bhaa297.

《バイオフォトニクス研究部門》

1)

iScience 23(10):101579. doi: 10.1016/j.isci.2020.101579.

英文原著論文1. Avena RF, Qiao L, Fujii Y, Otomo K, Ishii H, Suzuki T,

6. Yamaguchi K, Otomo K, Kozawa Y, Tsutsumi M, Inose

Tsujino H, Uno T, Tsutsumi Y, Kawashima Y, Takagi T,

T, Hirai K, Sato S, Nemoto T, Uji-i H (2021) Adaptive

Murai K, Nemoto T, Arisawa M (2020) Absorption,

Optical Two-photon Microscopy for Surface profiled Liv-

Fluorescence, and Two-photon Excitation Ability of 5-

ing Biological Specimens. ACS Omega 6(1):438-447.

Phenylisolidolo[2,1-a]quinolines. ACS Omega 5(5):2473-

doi:10.1021/acsomega.0c04888.
7. Nakamura S, Hagihara S, Otomo K, Ishida H, Hidema J,

2479. doi:10.1021/acsomega.9b04070.
2. Kitrungrotsakul T, Han XH, Iwamoto Y, Takemoto S,

Nemoto T, Izumi M (2020) Autophagy contributes to

Yokota H, Ipponjima S, Nemoto T, Xiong W, Chen YW

quality control of leaf mitochondria. Plant Cell Physiol(2020) An End-to-End CNN and LSTM Network with 3D

62(2): 229–247 (2021). doi: 10.1093/pcp/pcaa162.

Anchors for Mitotic Cell Detection in 4D Microscopic

8. Iijima K, Oshima T, Kawakami R, Nemoto T (2020)

Images and Its Parallel Implementation on Multiple GPUs.

Optical clearing of living brains with MAGICAL to extend

Neural Comput Appl 32:5669-5679.

in vivo imaging. iScience 24(1):101888.

doi: 10.1007/s00521-019-04374-8.

doi: 10.1016/j.isci.2020.101888.

3. Otomo K, Goto A, Yamanaka Y, Hori T, Nakayama H,

9. Maejima T, Tsuno Y, Miyazaki S, Tsuneoka Y, Hasegawa

Nemoto T (2020) High-peak-power 918-nm laser light

E, Islam T, Enoki R, Nakamura T, Mieda M (2021) GABA

source based two-photon spinning-disk microscopy forfrom vasopressin neurons regulates the time at whichgreen fluorophores 529(2):238-242.

suprachiasmatic nucleus molecular clocks enable circadiandoi: 10.1016/j.bbrc.2020.05.213

behavior. Proc Natl Acad Sci USA 118(6):e2010168118.
doi:10.1073/pnas.2010168118.

4. Yamaguchi K, Kitamura R, Kawakami R, Otomo K,
Nemoto T (2020) In vivo two-photon microscopic2)

observation and ablation in deeper brain regions realized by

1. 大友康平, 石井宏和, 根本知己（2020）2 光子顕微鏡

modifications of excitation beam diameter and immersion法の技術開発と生物学応用. 光アライアンス 31(7):liquid. PLoS One 15(8):e0237230.

42-45.

研究関係著作

2. 石井宏和, 大友康平, Jui-Hung Hung, 堤元佐, 横山弘

doi:10.1371/journal.pone.0237230.
5. Takahashi T, Zhang H, Kawakami R, Yarinome K,之, 根本知己（2020）新規パルス光源系を用いた二光子 STED 顕微鏡の開発. 光学 49(6):19.1.

Agetsuma M, Nabekura J, Otomo K, Okamura Y, Nemoto T(2020) PEO-CYTOP Fluoropolymer Nanosheets as a Novel

3. 榎木亮介（2020）哺乳類のウルトラディアンカルシ

Open-Skull Window for Imaging of the Living Mouse Brain.

ウムリズムの生成機構. 月刊「細胞」52(10): 558-561.

93生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文

4. 榎木亮介（2020）概日リズムより短い周期の体内時

2020''（鈴木則宏, 荒木信夫, 宇川義一, 桑原聡, 塩川

計：ウルトラディアンリズム. ''Annual Review 神経

芳昭 編）, 中外医学社, pp. 9-15.

《大脳神経回路論研究部門》

1)

spontaneous and evoked transmitter release in layer II

英文原著論文pyramidal cells of rat somatosensory cortex. Cereb Cortex

1. Okamoto S, Sohn J, Tanaka T, Takahashi M, Ishida I,
Yamauchi K, Koike M, Fujiyama F, Hioki H (2020)31 (2): 1182-1200. epub 2020 Oct 16.

Overlapping projections of neighboring direct and indirect

doi: 10.1093/cercor/bhaa285.

pathway neostriatal neurons to globus pallidus external2)

segment. iScience 6:23(9):101409.

1. Urakubo H, Kubota Y（2020）電子顕微鏡画像から神doi: 10.1016/j.isci.2020.101409.

経構造の 3 次元再構築を行うための情報技術. 顕微研究関係著作

鏡 55 巻 3 号 120-124.

2. Agahari FA, Stricker C (2021) Serotonergic modulation of※大脳神経回路論研究部門は 2020 年度で廃止となりました。

《認知行動発達機構研究部門》

1)

Sakamoto A, Abe M, Sakimura K, Sone M, Sohya K,

英文原著論文1. Noritake A, Ninomiya T, Isoda M (2020) Representation of

Kunugi H, Wada K, Yamada M, Yamada K, Hoshino M

distinct reward variables for self and other in primate lateral(2020) AUTS2 regulation of synapses for proper synaptic

hypothalamus. Proc Natl Acad Sci USA 117(10):5516-

inputs and social communication. iScience 23:101183.

5524. doi: 10.1073/pnas.1917156117.

doi: 10.1016/j.isci.2020.101183.

2. Ninomiya T, Noritake A, Kobayashi K, Isoda M (2020) A

5. Ishishita S, Tatsumoto S, Kinoshita K, Nunome M, Suzuki

causal role for frontal cortico-cortical coordination in social

T, Go Y, Matsuda Y (2020) Transcriptome analysis

action monitoring. Nat Commun 11:5233.

revealed misregulated gene expression in blastoderms of

doi: 10.1038/s41467-020-19026-y.

interspecific chicken and Japanese quail F1 hybrids. PLoS
One 15:e0240183. doi: 10.1371/journal.pone.0240183.

3. Autio JA, Glasser MF, Ose T, Donahue CJ, Bastiani M,
Ohno M, Kawabata Y, Urushibata Y, Murata K, Nishigori

6. Hiraga K, Inoue YU, Asami J, Hotta M, Morimoto Y,

K, Yamaguchi M, Hori Y, Yoshida A, Go Y, Coalson TS,

Tatsumoto S, Hoshino M, Go Y, Inoue T (2020) Redundant

Jbabdi S, Sotiropoulos SN, Kennedy H, Smith S, Van Essen

type II cadherins define neuroepithelial cell states for

DC, Hayashi T (2020) Towards HCP-Style macaquecytoarchitectonic robustness. Commun Biol 3:574.

connectomes: 24-Channel 3T multi-array coil, MRI

doi: 10.1038/s42003-020-01297-2.
7. Kishida T, Toda M, Go Y, Tatsumoto S, Sasai T, Hikida

sequences and preprocessing. Neuroimage 215:116800.

T (2021) Population history and genomic admixture of sea

doi: 10.1016/j.neuroimage.2020.116800.

snakes of the genus Laticauda in the West Pacific. Mol

4. Hori K, Yamashiro K, Nagai T, Shan W, Egusa SF,
Shimaoka K, Kuniishi H, Sekiguchi M, Go Y, Tatsumoto

Phylogenet Evol 155:107005.

S, Yamada M, Shiraishi R, Kanno K, Miyashita S,

doi: 10.1016/j.ympev.2020.107005.

94

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文

1. Isoda M (2020) Socially relative reward valuation in the

8. Labuguen R, Matsumoto J, Negrete S, Nishimaru H,
Nishijo H,

primate brain. Curr Opin Neurobiol. 68:15-22. doi:

Takada M, Go Y, Inoue K, Shibata T (2021)

10.1016/j.conb.2020.11.008.

MacaquePose: A novel‘in the wild’macaque monkey pose2)

dataset for markerless motion capture. Front Behav

3)

Neurosci 14:581154. doi: 10.3389/fnbeh.2020.581154.

1. 郷康広（2020）ヒトとチンパンジーの脳の遺伝子発研究関係著作

現. Clin Neurosci 38(9):1180-1181.

英文総説《生体システム研究部門》

1)

6. Sano H, Kobayashi K, Yoshioka N, Takebayashi H, Nambu

英文原著論文1. Darbin O, Hatanaka N, Takara S, Kaneko N, Chiken S,

A (2020) Retrograde gene transfer into neural pathways

Naritoku D, Martino A, Nambu A (2020) Parkinsonism

mediated by adeno-associated virus (AAV)-AAV receptor

differently affects the single neuronal activity in theinteraction. J Neurosci Methods 345:108887.

primary and supplementary motor areas in monkeys: An

doi.org/10.1016/j.jneumeth.2020.108887
7. Kunisawa K, Hatanaka N, Shimizu T, Kobayashi K,

investigation in linear and non-linear domains. Int J Neural
Syst 30:2050010. doi: 10.1142/S0129065720500100.

Osanai Y, Mouri A, Shi Q, Bhat MA, Nambu A, Ikenaka

2. Darbin O, Hatanaka N, Takara S, Kaneko M, Chiken S,

K (2020) Focal loss of the paranodal domain protein

Naritoku D, Martino A, Nambu A (2020) Local field

Neurofascin155 in the internal capsule impairs corticallypotential dynamics in the primate cortex in relation to

induced muscle activity in vivo. Mol Brain 13(1):159.

parkinsonism reveled by machine learning: A comparison

doi: 10.1186/s13041-020-00698-y.
8. Wongmassang W, Hasegawa T, Chiken S, Nambu A

between the primary motor cortex and the supplementaryarea. Neurosci Res 156:66-79.

(2021) Weakly correlated activity of pallidal neurons indoi: 10.1016/j.neures.2020.01.012.

behaving monkeys. Eur J Neurosci 53:2178-2191.
doi: 10.1111/ejn.14903.

3. Horie M, Yoshioka N, Kusumi S, Sano H, Kurose M,
Watanabe-Iida I, Hossain MD I, Chiken S, Abe M,

9. Sano N, Nakayama Y, Ishida H, Chiken S, Hoshi E, Nambu

Yamamura K, Sakimura K, Nambu A, Shibata M,

A, Nishimura Y (2021) Cerebellar outputs contribute to

Takebayashi H (2020) Disruption of dystonin in Schwann

spontaneous and movement-related activity in the motor

cells results in late-onset neuropathy and sensory ataxia.

cortex of monkeys. Neurosci Res 164:10-21.

Glia 68(11):2330-2344. doi: 10.1002/glia.23843.

doi: 10.1016/j.neures.2020.03.010.
2)

4. Watanabe H, Sano H, Chiken S, Kobayashi K, Fukata Y,

研究関係著作

1. 南部篤、知見聡美（2020）ネットワーク病としての

Fukata M, Mushiake M, Nambu A (2020) Forelimb
movements evoked by optogenetic stimulation of the

パーキンソン病.

BRAIN and NERVE 72:1159-1171.

2. 知見聡美、南部篤(2020) パーキンソン病の病理生理.

macaque motor cortex. Nature Commun 11:3253.

Clinical Neuroscience 38:823-826.

doi: 10.1038/s41467-020-16883-5.

3. Nambu A, Tsuda I, Mima T (2020) Oscillology: Nonlinear

5. Polyakova Z, Chiken S, Hatanaka N, Nambu A (2020)
Cortical control of subthalamic neuronal activity through the

Neural Oscillations. Neurosci Res 156: 1-4.

hyperdirect and indirect pathways in monkeys. J Neurosci

doi: 10.1016/j.neures.2020.05.007

40:7451-7463. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0772-20.2020.

95

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文《神経ダイナミクス研究部門》

1)

of oscillatory phase of EEG signals using least mean square

英文原著論文algorithm-based AR model. Appl Sci 10(10):3616.

1. Ueda K, Nishiura Y, Kitajo K (2020) Mathematical

doi: 10.3390/app10103616.

mechanism of state-dependent phase resetting properties

5. Kawano T, Hattori N, Uno Y, Hatakenaka M, Yagura H,

of alpha rhythm in the human brain. Neurosci Res 156:

Fujimoto H, Yoshioka T, Michiko Nagasako, Otomune H,

237-244. doi: 10.1016/j.neures.2020.03.007.
2. Suetani H, Kitajo K (2020) A manifold learning approach

Kitajo K, Miyai I (2020) Electroencephalographic phaseto mapping individuality of human brain oscillations

synchrony index as a biomarker of post-stroke motor

through beta-divergence. Neurosci Res 156: 188-196.

impairment and recovery. Neurorehabil Neural Repair 34:

doi: 10.1016/j.neures.2020.02.004.

711-722. doi: 10.1177/1545968320935820.
2)

3. Okazaki YO, Mizuno Y, Kitajo K (2020) Probing dynamical

研究関係著作

1. 北城圭一（2020）, 脳のリズム現象の数理と解析.

cortical gating of attention with concurrent TMS-EEG. Sci

Neurological Surgery 脳神経外科, 48(4), 363 - 371.

Rep 10:4959. doi: 10.1038/s41598-020-61590-2.
4. Shakeel A, Tanaka T, Kitajo K (2020) Time-series prediction《心理生理学研究部門》

1)

Bernard M, Bis JC, Gillespie NA, Luciano M, Mishra A,

英文原著論文

1. Arioka Y, Shishido E, Kushima I, Mori D, Ozaki N (2020)

Scholz M, Teumer A, Xia R, Jian X, Mosley TH, Saba Y,

Cell body shape and directional movement stability in

Pirpamer L, Seiler S, Becker JT, Carmichael O, Rotter JI,

human-induced pluripotent stem cell-derived dopaminergic

Psaty BM, Lopez OL, Amin N, van der Lee SJ, Yang Q,

neurons. Sci Rep 10(1):5820.

Himali JJ, Maillard P, Beiser AS, DeCarli C, Karama S,

doi: 10.1038/s41598-020-62598-4.

Lewis L, Harris M, Bastin ME, Deary IJ, Veronica Witte A,

2. Biton A, Traut N, Poline JB, Aribisala BS, Bastin ME,

Beyer F, Loeffler M, Mather KA, Schofield PR,

Bülow R, Cox SR, Deary IJ, Fukunaga M, Grabe HJ,

Thalamuthu A, Kwok JB, Wright MJ, Ames D, Trollor J,

Hagenaars S, Hashimoto R, Kikuchi M, Muñoz Maniega

Jiang J, Brodaty H, Wen W, Vernooij MW, Hofman A,

S, Nauck M, Royle NA, Teumer A, Valdés Hernández M,

Uitterlinden AG, Niessen WJ, Wittfeld K, Bülow R, Völker

Völker U, Wardlaw JM, Wittfeld K, Yamamori H;

U, Pausova Z, Bruce Pike G, Maingault S, Crivello F,

Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, Bourgeron

Tzourio C, Amouyel P, Mazoyer B, Neale MC, Franz CE,

T, Toro R (2020) Polygenic architecture of human

Lyons MJ, Panizzon MS, Andreassen OA, Dale AM,

neuroanatomical diversity. Cereb Cortex 30(4):2307-

Logue M, Grasby KL, Jahanshad N, Painter JN, Colodro-

2320. doi: 10.1093/cercor/bhz241.

Conde L, Bralten J, Hibar DP, Lind PA, Pizzagalli F, Stein

3. Grasby KL et al.(Fukunaga M) Enhancing NeuroImaging

JL, Thompson PM, Medland SE; ENIGMA consortium (..,

Genetics through Meta-Analysis Consortium (ENIGMA)

Fukunaga M, ..), Sachdev PS, Kremen WS, Wardlaw JM,

Genetics working group (2020) The genetic architecture ofVillringer A, van Duijn CM, Grabe HJ, Longstreth WT Jr,

the human cerebral cortex. Science 367(6484):eaay6690.

Fornage M, Paus T, Debette S, Arfan Ikram M, Schmidt H,

doi: 10.1126/science.aay6690.

Schmidt R, Seshadri S (2020) Genetic correlations and4. Hofer E, Roshchupkin GV, Adams HHH, Knol MJ, Lin

genome-wide associations of cortical structure in general

H, Li S, Zare H, Ahmad S, Armstrong NJ, Satizabal CL,

population samples of 22,824 adults. Nat Commun

96生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文

Frequency-specific task modulation of human brain

11(1):4796. doi: 10.1038/s41467-020-18367-y.

functional networks: a fast fMRI study. NeuroImage

5. Ikegame T, Bundo M, Okada N, Murata Y, Koike S,
Sugawara H, Saito T, Ikeda M, Owada K, Fukunaga M,

24:117375. doi: 10.1016/j.neuroimage.2020.117375.

Yamashita F, Koshiyama D, Natsubori T, Iwashiro N, Asai

11. Sumiya M, Okamoto Y, Koike T, Tanigawa T, Okazawa

T, Yoshikawa A, Nishimura F, Kawamura Y, Ishigooka J,

H, Kosaka H, Sadato N (2020) Attenuated activation of

Kakiuchi C, Sasaki T, Abe O, Hashimoto R, Iwata N,

the anterior rostral medial prefrontal cortex on self-

Yamasue H, Kato T, Kasai K, Iwamoto K (2020) Promoter

relevant social reward processing in individuals withactivity-based case-control association study on SLC6A4

autism spectrum disorder. Neuroimage Clin 26:102249.

highlighting hypermethylation and altered amygdaladoi: 10.1016/j.nicl.2020.102249.
12. Hamano YH, Sugawara SK, Yoshimoto T, Sadato N

volume in male patients with schizophrenia. Schizophr Bull

(2020) The motor engram as a dynamic change of the46(6):1577-1586. doi:10.1093/schbul/sbaa075.

cortical network during early sequence learning: An fMRI

6. Koshiyama D, Fukunaga M, Okada N, Morita K, Nemoto

study. Neuroscience Research 153:27-39.

K, Usui K, Yamamori H, Yasuda Y, Fujimoto M, Kudo N,
Azechi H, Watanabe Y, Hashimoto N, Narita H, Kusumi I,

13. Harada T, Mano Y, Komeda H, Hechtman LA,

Ohi K, Shimada T, Kataoka Y, Yamamoto M, Ozaki N,

Pornpattananangkul N, Parrish TB, Sadato N, Iidaka T,

Okada G, Okamoto Y, Harada K, Matsuo K, Yamasue H,

Chiao JY (2020) Cultural influences on neural systems of

Abe O, Hashimoto R, Takahashi T, Hori T, Nakataki M,

intergroup

Onitsuka T, Holleran L, Jahanshad N, van Erp TGM,

Neuropsychologia 137:107254.

emotionperception:

An

fMRI

study.

Turner J, Donohoe G, Thompson PM, Kasai K, Hashimoto

14. Mochizuki H, Hernandez L, Yosipovitch G, Sadato N,

R; COCORO (2020) Differences in fractional anisotropy

Kakigi R (2020) The Amygdala Network for Processing

between the patients with schizophrenia and healthy

Itch in Human Brains. Acta Dermato-Venereologica

comparison subjects. Mol Psychiatry 25(4):697-698.

100(19): adv00345.
2)

doi: 10.1038/s41380-020-0700-1.

英文総説

7. Matsumoto J, Fukunaga M, Miura K, Nemoto K,

1. Koshiyama D, Miura K, Nemoto K, Okada N, Matsumoto

Koshiyama D, Okada N, Morita K, Yamamori H, Yasuda

J, Fukunaga M, Hashimoto R (2020) Neuroimaging studies

Y, Fujimoto M, Hasegawa N, Watanabe Y, Kasai K,

within cognitive genetics collaborative research organization

Hashimoto R (2020) Relationship between white matter

aiming to replicate and extend works of ENIGMA. Hummicrostructure and work hours. Neurosci Lett 740:135428.

Brain Mapp (in press; epub Jun 5). doi: 10.1002/hbm.25040.
3)

doi: 10.1016/j.neulet.2020.135428.

研究関係著作（和文総説）

8. Numata T, Sato H, Asa Y, Koike T, Miyata K, Nakagawa

1. 福永雅喜（2020）超高磁場 MRI による脳機能評価のE, Sumiya M, Sadato N (2020) Achieving affective

実際. INNERVISION 2020(9):7-10. ISBN:978-4-902131-

human-virtual agent communication by enabling virtual

90-1.
2. 福永雅喜（2020）第 2 章 6. 脳灌流 MRI. ''痛みのバイ

agents to imitate positive expressions. Sci Rep 10(1):5977.
doi: 10.1038/s41598-020-62870-7.

オマーカーとしての機能的脳画像診断法（分担執筆）

9. Okamoto Y, Sasaoka T, Sadato N, Fukunaga M,''（倉田二郎 編著）, 真興交易医書出版部, pp.74-86.

Yamamoto T, Soh Z, Nouzawa T, Yamawaki S, Tsuji T

3. 小池耕彦（2020）
ハイパースキャニングを用いたコミュ(2020) Is human brain activity during driving operations

ニケーションの神経基盤の検討．基礎心理学研究,

modulated by the viscoelastic characteristics of a steering

39(1) 96-102. doi: https://doi.org/10.14947/psychono.39.16.

wheel?: an fMRI study. IEEE Access 8:215073-215090.

3)

doi: 10.1109/ACCESS.2020.3040231.

1. 木田哲夫（2020）「特別寄稿」脳磁場解析入門～基10. Sasai S, Koike T, Sugawara SK, Hamano YH, Sumiya M,

その他

礎から最近の進歩まで～．日本生体磁気学会誌

Okazaki S, Takahashi HK, Taga G, Sadato N (2021)

33(1): 35-38.

97

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文《個別研究（佐竹研究室）》

1)

2. Rey S, Maton G, Satake S, Llano I, Kang S, Surmeier DJ,

英文原著論文1. Satake S, Konishi S (2020) Roscovitine differentially

Silverman RB, Collin T (2020) Physiological involvement

facilitates cerebellar glutamatergic and GABAergicof presynaptic L-type voltage-dependent calcium channels

neurotransmission by enhancing Cav2.1 channel-mediatedin GABA release of cerebellar molecular layer interneurons.

multivesicular release. Eur J Neurosci 52: 3002-3021.

J Neurochem 155: 390-402. doi: 10.1111/jnc.15100.

doi: 10.1111/ejn.14771.

《形態情報解析室》

1)

6. Watanabe T, Nishizawa Y, Minato H, Song C, Murata K,

英文原著論文1. Yamada H, Chikamatsu K, Aono A, Murata K, Miyazaki

Suzuki D (2020) Hydrophobic monomers recognize

N, Kayama Y, Bhatt A, Fujiwara N, Maeda S, Mitarai S

microenvironments in hydrogel microspheres during free(2020) Fundamental cell morphologies of the species in theradical seeded emulsion polymerization. Angew Chem Int

novel five genera robustly correlate with new classification

Ed Engl 132(23):8934-8938. doi: 10.1002/anie.202003493.

in family Mycobacteriaceae. Front Microbiol 11:562395.

7. Furuta T, Bush NE, Yang AET, Ebara S, Miyazaki N,
Murata K, Hirai D, Shibata K, Hartmann MJZ (2020) The

doi: 10.3389/fmicb.2020.562395.
2. Tomita M, Nagatani Y, Murata K, Momose A (2020)

cellular and mechanical basis for response characteristics

Enhancement of low-spatial-frequency components by aof identified primary afferents in the rat vibrissal system.

new phase-contrast STEM using a probe formed with an

Current Biology 30(5), 815-826.e5.

amplitude Fresnel zone plate. Ultramicroscopy 218:113089.

doi: 10.1016/j.cub.2019.12.068
8. Yagi-Utsumi M, Sikdar A, Song C, Park J, Inoue R,

doi: 10.1016/j.ultramic.2020.113089.
3. Song C, Takai-Todaka R, Miki M, Haga K, Fujimoto A,

Watanabe H, Burton-Smith R.N., Kozai T, Suzuki T,

Ishiyama R, Oikawa K, Yokoyama M, Miyazaki N,

Kodama A, Ishii K, Yagi H, Satoh T, Uchiyama S,

Iwasaki K, Murakami K, Katayama K, Murata K (2020)

Uchihashi T, Joo K, Lee J, Sugiyama M, Murata K, Kato K

Dynamic rotation of the protruding domain enhances the(2020) Supramolecular tholos-like architecture constituted

infectivity of norovirus. PLoS Pathog 16(7): e1008619.

by archaeal proteins without functional annotation. Sci Rep

doi: 10.1371/journal.ppat.1008619.

10:1540. doi: 10.1038/s41598-020-58371-2.

4. Yagi-Utsumi M, Yanaka S, Song C, Satoh T, Yamazaki C,

9. Imachi H, Nobu MK, Nakahara N, Morono Y, Ogawara M,

Kasahara H, Shimazu T, Murata K, Kato K (2020)

Takaki Y, Takano Y, Uematsu K, Ikuta T, Ito M, Matsui Y,

Characterization of amyloid β fibril formation underMiyazaki M, Murata K, Saito Y, Sakai S, Song C, Tasumi

microgravity conditions. Microgravity 6:17.

E, Yamanaka Y, Yamaguchi T, Tamaki H, Takai K (2020)

doi: 10.1038/s41526-020-0107-y.

Isolation of an archaeon at the prokaryote-eukaryote
interface. Nature 577, 519–525.

5. Okamoto K, Ferreira RJ, Larsson DSD, Maia FRNC,

doi: 10.1038/s41586-019-1916-6.

Isawa H, Sawabe K, Murata K, Hajdu J, Iwasaki K,
Kasson PM, Miyazaki N (2020) Acquired functional

2)

capsid structures in metazoan totivirus-like dsRNA virus.

1. Tanaka N, Fujita T, Takahashi Y, Yamasaki J, Murata K,

英文総説

Arai S (2020) Progress in environmental high-voltage

Structure 28:1-9. doi: 10.1016/j.str.2020.04.016.

98

生理学研究所年報

3)第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文

transmission electron microscopy for nanomaterials. Phil

1. 安藤潤、中村彰彦、山本真由子、ソンチホン、村田和Trans R Soc A378:20190602. doi: 10.1098/rsta.2019.0602.

義、飯野亮太（2020）金銀ナノ粒子による多色・高速研究関係著作

生体 1 分子イメージング. 光学 49(6):249. 日本光学会.

《多光子顕微鏡室》

1)

2)

英文原著論文

研究関係著作

1. Nomura Y, Murakoshi H, Fuji T (2020) Short-wavelength,

1. 村越秀治, 植田大海（2020）二光子蛍光寿命イメー

ultrafast thulium-doped fiber laser system for three-photon

ジングと色素タンパク質によるタンパク質間相互microscopy. OSA Contin 3:1428-1435.

作用の可視化. 光学 49(1): 20–25.

doi: 10.1364/OSAC.395410.

《生体機能情報解析室》

1)

working memory in the human cerebral cortex: Brain

英文原著論文（MRI）

rhythms

1. Phuc NT, Trung PQ, Ishizaki A (2020) Controlling the

with

high

memorynonadiabatic electron-transfer reaction rate throughNeuroimage 222:117294.

molecular-vibration polaritons in the ultrastrong couplingdoi: 10.1016/j.neuroimage.2020.117294.

capacity.

2. Tanaka S, Gomez-Tames J, Wasaka T, Inui K, Ueno S,

regime. Sci Rep 10(1):7318.
2)

associateddoi: 10.1038/s41598-020-62899-8.

Hirata A (2021) Electrical characterisation of A δ-fibres

英文原著論文（MEG）

based on human in vivo electrostimulation threshold. Front
Neurosci 14: 588056. doi: 10.3389/fnins.2020.588056.

1. Noguchi Y, Kakigi R (2020) Temporal codes of visual《ウィルスベクター開発室》

1)

3. Hasegawa R, Ebina T, Tanaka YR, Kobayashi K,

英文原著論文1. Fukui A, Osaki H, Ueta Y, Kobayashi K, Muragaki Y,

Matsuzaki M (2020) Structural dynamics and stability of

Kawamata T, Miyata M (2020) Layer-specific sensory

corticocortical and thalamocortical axon terminals during

processing impairment in the primary somatosensory

motor learning. PLoS One 15:e0234930.

cortex after motor cortex infarction. Sci Rep 10:3771.

doi: 10.1371/journal.pone.0234930.

doi: 10.1038/s41598-020-60662-7.

4. Yoshida K, Tsutsui-Kimura I, Kono A, Yamanaka A,

2. Sakuta H, Lin CH, Hiyama TY, Matsuda T, Yamaguchi

Kobayashi K, Watanabe M, Mimura M, Tanaka KF (2020)

K, Shigenobu S, Kobayashi K, Noda M (2020) SLC9A4

Opposing ventral striatal medium spiny neuron activities

in the organum vasculosum of the lamina terminalis is ashaped by striatal parvalbumin-expressing interneurons[Na+] sensor for the control of water intake. Pflügers Archduring goal-directed behaviors. Cell Rep 31:107829.

472:609-624. doi: 10.1007/s00424-020-02389-y.

doi: 10.1016/j.celrep.2020.107829.

99生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文

involved in persistent or transient suppression of water

5. Yamagata T, Raveau M, Kobayashi K, Miyamoto H,
Tatsukawa T, Ogiwara I, Itohara S, Hensch TK, Yamakawa

intake. Nat Commun 11:5692.

K (2020) CRISPR/dCas9-based Scn1a gene activation in

doi: 10.1038/s41467-020-19191-0.

inhibitory neurons ameliorates epileptic and behavioral

11. Vancraeyenest P, Arsenault JT, Li X, Zhu Q, Kobayashi K,

phenotypes of Dravet syndrome model mice. Neurobiol Dis

Isa K, Isa T, Vanduffel W (2020) Selective mesoaccumbal

141:104954. doi: 10.1016/j.nbd.2020.104954.

pathway

inactivation

affects

motivation

but

not

reinforcement-based learning in macaques. Neuron 108:

6. Cui W, Aida T, Ito H, Kobayashi K, Wada Y, Kato S,

568–581. doi: 10.1016/j.neuron.2020.07.013.

Nakano T, Zhu M, Isa K, Kobayashi K, Isa T, Tanaka K,
Aizawa H (2020) Dopaminergic signaling in the nucleus

12. Kunisawa K, Hatanaka N, Shimizu T, Kobayashi K,

accumbens modulates stress-coping strategies during

Osanai Y, Mouri A, Shi Q, Bhat MA, Nambu A, Ikenaka

inescapable stress. J Neurosci 40:7241-7254.

K (2020) Focal loss of the paranodal domain protein

doi: 10.1523/JNEUROSCI.0444-20.2020.

Neurofascin155 in the internal capsule impairs corticallyinduced muscle activity in vivo. Mol Brain 13:159.

7. Isa K, Sooksawate T, Kobayashi K, Kobayashi K, Redgrave

doi: 10.1186/s13041-020-00698-y.

P, Isa T (2020) Dissecting the tectal output channels for

13. Tokuoka K, Kasai M, Kobayashi K, Isa T (2020)

orienting and defense responses. eNeuro 7:ENEURO.0271-

Anatomical and electrophysiological analysis of cholinergic

20.2020. doi: 10.1523/ENEURO.0271-20.2020.

inputs from the parabigeminal nucleus to the superficial

8. Ao T, Kikuta J, Sudo T, Uchida Y, Kobayashi K, Ishii M(2020) Local sympathetic neurons promote neutrophil

superior colliculus. J Neurophysiol 124:1968-1985.

egress from the bone marrow at the onset of acutedoi: 10.1152/jn.00148.2020.
14. Fredes F, Silva MA, Koppensteiner P, Kobayashi K, Joesch

inflammation. Int Immunol 32:727-736.

M, Shigemoto R (2021) Ventro-dorsal hippocampal pathway

doi: 10.1093/intimm/dxaa025.

gates novelty-induced contextual memory formation. Curr

9. Sano H, Kobayashi K, Yoshioka N, Takebayashi H, Nambu

Biol 31:25-38.e5. doi: 10.1016/j.cub.2020.09.074.

A (2020) Retrograde gene transfer into neural pathways
mediated by adeno-associated virus (AAV)-AAV receptor

2)interaction. J Neurosci Methods 345:108887.

1. 小林憲太（2020）レンチウイルスベクター. ''決定版

doi: 10.1016/j.jneumeth.2020.108887.

研究関係著作

ウイルスベクターによる遺伝子導入実験ガイド（実験医学別冊）''（平井宏和, 日置寛之, 小林和人 編）,

10. Matsuda T, Hiyama TY, Kobayashi K, Kobayashi K,

羊土社, pp. 38-43.

Noda M (2020) Distinct CCK-positive SFO neurons are《遺伝子改変動物作製室》

1)

Germline development in rat revealed by visualization

英文原著論文and deletion of Prdm14. Development 147: dev183798.

1. Nakayama K, Chinen S, Teshima J, Tamada Y,

doi: 10.1242/dev.183798.

Hirabayashi M, Hochi S (2020) Silk fibroin sheet
multilayer suitable for vitrification of in vitro-matured

3. Ikegami K, Goto T, Nakamura S, Watanabe Y, Sugimoto

bovine oocytes. Theriogenology 145: 109-114. doi:A, Majarune S, Horihata K, Nagae M, Tomikawa J,

10.1016/j.theriogenology.2020.01.052.

Imamura T, Sanbo M, Hirabayashi M, Inoue N, Maeda KI,
Tsukamura

2. Kobayashi T, Kobayashi H, Goto T, Takashima T,

H,

UenoyamaY(2020)

Conditional

Oikawa M, Ikeda H, Terada R, Yoshida F, Sanbo M,

kisspeptin neuron-specific Kiss1 knockout with newly

Nakauchi H, Kurimoto K, Hirabayashi M (2020)

generated Kiss1-floxed and Kiss1-Cre mice replicates a100

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／発表論文

hypogonadal phenotype of global Kiss1 knockout mice. J

fertilizing ability of sperm in Kiss1 knockout mice.

Reprod Dev 66: 359-367. doi: 10.1262/jrd.2020-026.

Endocrinology 161: bqaa092. doi: 10.1210/endocr/bqaa092.

4. Minabe S, Nakamura S, Fukushima E, Sato M, Ikegami

6. Nakayama-Iwatsuki K, Yamanaka T, Negishi J, Teshima J,

K, Goto T, Sanbo M, Hirabayashi M, Tomikawa J,

Tamada Y, Hirabayashi M, Hochi S (2020) Transplantation

Imamura T, Inoue N, Uenoyama Y, Tsukamura H, Maeda

of rat pancreatic islets vitrified-warmed on the nylon mesh

KI, Matsuda F (2020) Inducible Kiss1 knockdown in thedevice and the silk fibroin sponge disc. Islets 12: 145-155.

hypothalamic arcuate nucleus suppressed pulsatile

doi: 10.1080/19382014.2020.1849928.
7. Chinen S, Yamanaka T, Hirabayashi M, Hochi S (2020)

secretion of luteinizing hormone in male mice. J Reprod

Rescue of vitrified-warmed bovine mature oocytes by

Dev 66: 369-375. doi: 10.1262/jrd.2019-164.

short-term recovery culture with resveratrol. Cryobiology

5. Goto T, Hirabayashi M, Watanabe Y, Sanbo M, Tomita K,

97:185-190. doi: 10.1016/j.cryobiol.2020.03.004.

Inoue N, Tsukamura H, Uenoyama Y (2020) Testosterone
supplementation rescues spermatogenesis and in vitro

101

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

b. 学会発表〔

目

次〕神経機能素子研究部門 ················································································· 104
生体膜研究部門 ······················································································· 104
神経発達・再生機構研究部門 ··········································································· 105
細胞構造研究部門 ····················································································· 105
細胞生理研究部門 ····················································································· 106
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 ······································································· 108
超微形態研究部門 ····················································································· 109
生体恒常性発達研究部門 ··············································································· 109
視覚情報処理研究部門 ················································································· 110
バイオフォトニクス研究部門 ··········································································· 111
大脳神経回路論研究部門 ··············································································· 112
認知行動発達機構研究部門 ············································································· 113
生体システム研究部門 ················································································· 114
神経ダイナミクス研究部門 ············································································· 115
心理生理学研究部門 ··················································································· 115
個別研究（山肩研究室） ··············································································· 116
個別研究（佐竹研究室） ··············································································· 117
形態情報解析室 ······················································································· 117
多光子顕微鏡室 ······················································································· 118
生体機能情報解析室 ··················································································· 118
ウィルスベクター開発室 ··············································································· 118
遺伝子改変動物作製室 ················································································· 119
動物資源共同利用研究センター ········································································· 119

103

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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, Ki-ichi Hirazawa, Yoshihiro Kubo

5. Tomomi Yamamoto, Satoko Hattori, Li Zhou, Rie Natsume,(2020・3・18) PI(3,4)P2- and voltage-dependent gating

Kohtarou Konno, I-Shan Chen, Masahiko Watanabe, Kenji

of two-pore Na+ channel 3. In Symposium“Combined

Sakimura, Tsuyoshi Miyakawa, Yoshihiro Kubo (2020・3・

approaches of cutting-edge techniques and structural17) Physiological roles of Prrt3, an orphan metabotropic

information to reveal the dynamics of membrane proteins”

receptor: Comprehensive behavioral test battery analysis

第 97 回日本生理学会大会（別府、誌上開催）

using homozygous full gene knock-out mice derived from

2. I-Shan Chen, Yoshihiro Kubo (2020・3・18) Roles of theflox mice. 第 97 回日本生理学会大会（別府、誌上開

pore helix in the regulation mechanisms of gating of GIRK催）

channels. In Symposium“New strategies for understanding

6. Rizki Tsari Andriani, Yoshihiro Kubo（2020・3・19）

functions and mechanisms of ion channels/transporters/

ATP- and voltage-dependent gating of P2X2 receptor

pumps in the upcoming post- structure era”第 97 回日本

analyzed by voltage-clamp fluorometry. 第 97 回日本生生理学会大会（別府、誌上開催）

理学会大会（別府、誌上開催）

3. Ki-ichi Hirazawa，Takushi Shimomura, Yoshihiro Kubo

7. Chang Liu, I-Shan Chen, Ruth Murrell-Lagnado,(2020・3・17) Analysis of the structural dynamics of Two-

Yoshihiro Kubo (2020・3・19) Modulation of ion channelpore Na+ channel 3.

function by Sigma-1 receptor, a multimodal membrane

第 97 回日本生理学会大会（別府、

protein. 第 97 回日本生理学会大会（別府、
誌上開催）

誌上開催）
4. Michihiro Tateyama, Yoshihiro Kubo (2020 ・ 3 ・ 17)

8. 陳以珊，久保義弘（2020・10・16- 20）GIRK チャネ

Activation of the THIK-2 channel by Gi/o and Gq coupled

ルの変異による異常なイオン選択性の発生の新規

receptors. 第 97 回日本生理学会大会（別府、誌上開催）

機構の解明．第 67 回中部日本生理学会（Web 開催）

生体膜研究部門
1. 横井紀彦（2020・2・7）ADAM22 phosphorylation

ム（オンライン）（招待講演）
4. Fukata Masaki，Yokoi Norihiko，Fukata Yuko（2020・stabilizes the antiepileptic LGI1-ADAM22 complex in

11・12）Acyl-PEGyl exchange gel-shift (APEGS) assay

the brain．第一回 CIBoG リトリート（大府）

for palmitoylation quantification. 第 71 回 日本電気泳

2. 宮﨑裕理（2020・2・7-8）Binding mode and physiologicalrole of epilepsy-related ligand/receptor LGI1-ADAM22

動学会総会（オンライン）（招待講演)
5. Fukata Masaki，Yuri Miyazaki，Yokoi Norihiko，Fukata

complex．第 2 回生命創生探求センター若手リトリー

Yuko（2020・12・2）Synaptic function regulated byト（蒲郡）
3. 深田正紀（2020・9・19）神経シナプスの制御機構とpalmitate cycling on PSD-95 and trans-synaptic LGI1 and

その破綻によるてんかんの病態機構。第 10 回 名古ADAM22. 第 43 回日本分子生物学会年会（オンライ屋大学医学系研究科・生理学研究所合同シンポジウ

ン）（招待講演）104生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

神経発達・再生機構研究部門
1. 伊藤 晃, 坪井義晃, 澤田雅人, 澤本和延（2020・12・する技術．次世代医療システム産業化フォーラム

12）新生仔脳傷害モデルマウスの歩行機能獲得過程（オンライン）
9. 澤田雅人, 松本真実, 大野伸彦, 五十嵐道弘, 澤本

におけるリハビリテーションの効果．第 25 回日本

和延（2020・7・31）移動するニューロンにおける成基礎理学療法学会学術大会（宮城県仙台市）

長円錐の構造と動態．第 43 回日本神経科学大会（オ2. 藤掛数馬, 澤田雅人, 匹田貴夫, 瀬戸弥生, 金子奈
穂子, Vicente Herranz-Perez, 土肥名月, 本間夏美, 大ンライン）

佐賀智, 柳川右千夫, 赤池敏弘, Jose Manuel Garcia-

10. 金子奈穂子, 澤本和延（2020・8・1）脳梗塞後の脳内Verdugo, 服部光治, 祖父江和哉、澤本和延（2021・における新生ニューロンの配置制御と神経機能再12・6）成体脳での Fyn によるニューロブラスト間接

生．第 43 回日本神経科学大会（オンライン）

着調整機構．第 71 回名古屋市立大学医学会総会（愛11. Matsumoto M, Sawada M, Garcia-Gonzalez D, HerranzPerez V, Ogino T, Nguyen HB, Thai TQ, Narita K,

知県名古屋市）3. 澤本和延（2020・11・21）三次元電顕技術による神Kumamoto N, Ugawa S, Saito Y, Takeda S, Kaneko N,

経再生メカニズムの解明. 公益社団法人日本顕微鏡

Khodosevich K, Monyer H, Garcia-Verdugo JM, Ohno

学会第 63 回シンポジウム（オンライン）

N, Sawamoto K（2020・2・21）Spatiotemporal regulation

4. 澤本和延（2020・11・13）脳疾患後の再生過程におof primary cilium in migrating neuroblasts in the adult

けるニューロンの移動機構とその操作技術．第 63 回

brain．第 16 回成体脳ニューロン新生懇談会（宮城県

日本脳循環代謝学会学術集会（オンライン）仙台市）

5. Ishido Y, Sawada M, Kurematsu C, Oishi H, Ohmuraya M,

12. Matsumoto M, Sawada M, Garcia-Gonzalez D, Herranz-

Nagata S, Asano K, Tanaka M, Sawamoto K（2020・9・Perez V, Ogino T, Nguyen HB, Thai TQ, Narita K,10）Microglial phagocytosis of dying neurons maintains

Kumamoto N, Ugawa S, Saito Y, Takeda S, Kaneko N,

neuronal turnover in the adult olfactory bulb．第 63 回 日

Khodosevich K, Monyer H, Garcia-Verdugo JM, Ohno N,

本神経化学会大会（オンライン）

Sawamoto K（2020・2・14）Dynamics of primary cilium

6. Gokenya S, Kawase K, Ito A, Sawada M, Iwata O, Saitoh

in migrating new neurons in the adult brain. ABiSS, Sawamoto K（2020・9・10）Decreased postnatal

Symposium Forefront and Future of Electron Microscopic

neurogenesis in a mouse model of preterm birth．第 63 回

Imaging（愛知県岡崎市）
13. 澤本和延（2020・1・11）脳細胞の移動・再生機構と日本神経化学会大会（オンライン）
7. Takagi Y, Sawada M, Nakajima C, Matsumoto M, Ohno N,

その操作技術. ニューロカンファレンス和歌山（和Igarashi M, Sawamoto K（2020・9・11）Dynamic change

歌山県和歌山市）

in growth cone morphology in adult-born migrating

14. 澤 本 和 延 （ 2020 ・ 1 ・ 10 ） Neuronal migration forneurons．第 63 回 日本神経化学会大会（オンライン）

development, maintenance and repair of the postnatal brain.
New Frontier in Neuroscience 2020（石川県金沢市）

8. 澤本和延（2020・8・4）脳細胞の移動・再生を促進

細胞構造研究部門
1. Otani T. (2020.5.20) Quest for claudin-independent11) Molecular organization of the macromolecule

occluding junctions in vivo. 53rd Annual meeting of thepermeability barrier. The 72nd Annual meeting of theJapanese Society of Developmental Biologists（誌上開Japanese Society for Cell Biology（誌上開催）
3. 菅原太一, 古瀬京子, 古瀬幹夫（2020.6.9~11）アン催）
2. Otani T, Nguyen, TP, Sugawara T, Furuse M. (2020.6.9~

ギュリン-1 はトリセルリンとクローディンに依存せ105

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

ずトリセルラーコンタクトにおける細胞膜の密着8. Otani T, Nguyen, TP, Furuse M. （2020.12.2）Tightとバリア機能を制御する 第 72 回日本細胞生物学

Junction Structure and Function Revisited. MCSJ2020

会大会 （誌上開催）（オンライン開催）

4. 古瀬幹夫（2020.9.3~4）傍細胞輸送特性の再構成に向9. 菅原太一, 古瀬京子, 大谷哲久, 若山友彦, 古瀬幹

けて. 生理研研究会「上皮膜輸送の多様性・調和機

夫 (2020.12.2~4) アンギュリンはトリセルリンに依構を基盤とする異分野融合研究の創出」（オンライ

存せず 3 細胞結合の細胞膜密着構造を形成する. 第ン開催）

43 回日本分子生物学会年会 (オンライン開催）

5. 菅原太一、古瀬京子, 大谷哲久, 若山友彦, 古瀬幹夫

10. 泉 裕士,古瀬幹夫 (2020.12.2~4) 新規膜タンパク質（2020.10.24）上皮のトリセルラーコンタクトにおHoka によるショウジョウバエ腸管のセプテート

いて透過バリアが形成される仕組み

ジャンクション形成と幹細胞恒常性の制御. 第 43

日本解剖学会第 76 回九州支部学術集会 （オンライン開催）

回日本分子生物学会年会 (オンライン開催)

6. 古瀬幹夫（2020.10.31）密着結合の構造と機能の新しい視点. 第 34 回表皮細胞研究会

11. 菅原太一, 古瀬京子, 大谷哲久, 若山友彦, 古瀬幹夫 (2020.12.3~4) 上皮のトリセルラーコンタクトに（東京）

7. 古瀬幹夫（2020.11.11-14）上皮細胞の隙間をシール

おけるバリア形成機構 第 52 回臨床分子形態学会総する分子機構. 第 30 回日本耳科学会総会・学術講演会・学術集会 (オンライン開催）。

会（北九州）

細胞生理研究部門
1. Tominaga Makoto（2020.1.26）Functional interaction

上開催）

between Thermosensitive TRP Channel and Anoctamin 1.

7. 宇治澤知代 （2020.3.17） Thermal gradient assay からInternational Symposium on TRP Ion Channel at

みるマウスの温度依存的行動. 第 97 回日本生理学

Wakayama（和歌山）会大会（誌上開催）

2. Deveci Aykut （ 2020.2.7-2.8 ） Temperature regulates

8. 富永真琴（2020.3.18）Ambient temperature sensing withmicroglial motility via activation of thermo-sensitive

TRPA1 channel in mosquito. 第 97 回日本生理学会大Transient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4). 2nd会（誌上開催）9. 曽我部隆彰（2020.3.18）Thermo-sensing mechanisms

ExCELLS Retreat for Young Scientists（ExCELLS 若手

underlying temperature preference in fruit flies. 第 97 回

交流リトリート）（蒲郡）
3. Lei Jing（2020.2.7-8）Investigation of functional roles

日本生理学会大会（誌上開催）

between mTRPV4 and mTMEM79. 2nd ExCELLS Retreat

10. Li Tianbang（2020.3.18）Investigation of the Analgesic

for Young Scientists（ExCELLS 若手交流リトリート）

Effect of Saliva of Mosquito with a Patch-Clamp Method.

（蒲郡）

第 97 回日本生理学会大会（誌上開催）

4. Feng Xiaona（2020.2.7）TRPV4 is functionally expressed

11. 藤田郁尚（2020.3.19）Aluminum ion blocks hTRPV1

in cultured mouse Schuwann cells. 第 1 回 CIBoG リト

and hTRPA1 activities. 第 97 回日本生理学会大会（誌

リート（東浦）

上開催）

5. 富永真琴（2020.2.22）物理刺激によって活性化する

12. 富永真琴（2020.7.1-7.31）痛み研究の現状と未来. 第イオンチャネル. 第 28 回バイオフィジオロジー研

49 回日本慢性疼痛学会（オンライン形式）
13. 齋藤茂（2020.9.9）リュウキュウカジカガエルの高温究会（京都）
6. Derouiche Sandra （ 2020.3.17 ） Involvement of

適応における温度受容システムの役割. 日本進化学

thermosensitive TRP channels in temperature-dependent会第 22 回（オンライン形式）

microglia movement. 第 97 回日本生理学会大会（誌14. 齋藤くれあ（2020.9.9）高温センサーTRPA１におけ106

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表る両生類特異的なスプライシングバリアントの進16. Derouiche Sandra（2020.10.16-10.20）Involvement of

化的な起源と維持機構. 日本進化学会第 22 回（オンthermosensitive TRP channels in temperature-dependent

ライン形式）

microglia movement. 第 67 回中部日本生理学会（オ15. Feng Xiaona（2020.9.19）Increased TRPV4 expression

ンライン形式）in non-myelinating Schwann cells is associated with

17. Nguyen Thi Hong Dung（2020.12.21）Structural basis fordemyelination after sciatic nerve injury. 第 10 回 名古promiscuous action of monoterpenes on TRP channels.

屋大学医学系研究科・生理学研究所合同シンポジウ

第 3 回 ExCELLS シンポジウム（オンライン形式）

ム（オンライン形式）

心循環シグナル研究部門
1. 西田基宏，田中智弘，小田紗矢香，西村明幸，西山機構．第 19 回分子予防環境医学研究会大会（宮城）和宏（2020.2.7）抗がん剤投与による心筋萎縮におけ10. 西村明幸，下田翔，田中智弘，西山和宏，西田基宏

る TRPC3-Nox2 複合体形成の役割．第 49 回日本心（2020.3.18）Drp1-mediated mitochondrial dynamics in

脈管作動物質学会（久留米）cardiac remodeling. 第 97 回日本生理学会大会（誌上

2. 西田基宏（2020.3.2）活性イオウによる心筋の頑健性

開催）

制御．第 19 回分子予防環境医学研究会大会（仙台）11. 西村明幸，下田翔，田中智弘，西山和宏，西田基宏

3. 西田基宏，田中智弘，西山和宏，西村明幸（2020.3.18）（2020.9.6）活性イオウによる心筋の頑健性制御．第Myocardial atrophy regulated by the formation of TRPC3

93 回日本生化学会大会（オンライン開催）

protein complex．第 93 回日本薬理学会年会（誌上開12. 西村明幸（2020.9.19）心筋ミトコンドリア品質制御

催）による心臓恒常性維持・変容機構．名古屋大学大学

4. 西田基宏（2020.10.6）システインパースルフィドに

院医学系研究科-生理学研究所合同シンポジウム（オよる心筋の頑健性制御．第 73 回日本酸化ストレス

ンライン開催）学会／第 20 回日本 NO 学会合同学術集会（オンラ13. 西村明幸（2020.12.21）Pathology-dependent aberrant
interaction between mitochondria and actin cytoskeleton

イン開催）
5. 西田基宏（2020.8.14）病態特異的タンパク質間相互causes cardiac fragility. 第 3 回 ExCELLS シンポジウ

作用を標的にしたドラッグ・リポジショニング．第ム（オンライン開催）

2 回心筋代謝研究会（オンライン開催）

14. 田中智弘，佐々木渉太，金子俊郎，井田智章，赤池

6. 西田基宏（2020.9.16）活性イオウによる心筋の頑健

孝章，西田基宏（2020.10.7）プラズマ照射による新性制御．第 93 回日本生化学会大会（オンライン開規レドックスシグナル形成とその生理学的意義の催）解明．第 20 回 日本 NO 学会（誌面開催）

7. 西田基宏（2020.12.3）筋萎縮性疾患治療薬を指向し

15. 田中智弘（2020.12.21）Reductive supersulfides mediate

たエコファーマ研究．第 41 回日本臨床薬理学会学

mitochondrial protection against ischemia/reperfusion

術総会（福岡）injury. 第 3 回 ExCELLS シンポジウム（オンライン

8. 西田基宏，西村明幸，田中智弘，阿部愛杜（2020.12.3）

開催）

シルニジピンによるミトコンドリア機能維持を介

16. Kato Y, Tomokiyo D, Nishiyama K, Kusakabe T, Kamiya

した糖代謝改善効果．第 41 回日本臨床薬理学会学

N, Imai Y, Asakura H, Kanda Y, Nishida M.（2020.12.25）

術総会（福岡）Involvement of TRPC3-Nox2 axis in ACE2-mediated

9. 西村明幸，後藤拓実，西山和宏，伊吹裕子，内橋貴SARS-CoV-2 infection in hearts. NIPS international
meeting on cardiovascular physiology（オンライン開催）

之，柴田貴広，内田浩二，赤池孝章，熊谷嘉人，西17. 加藤百合，西山和宏，友清大樹，田中智弘，西村明

田基宏（2020.3.2）タバコ副流煙による心筋細胞老化

107

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

幸，西田基宏（2020.11.21）新型コロナウイルス感染

NIPS International Meeting on Cardiovascular Physiology

に対する新規治療標的の提案とその薬理学的応用．

2020（online）

第 73 回日本薬理学会西南部会（オンライン開催）

23. 下田翔（2020.8.29）プリン作動性 P2Y6R 発現量変化

18. 西山和宏，田中智弘，西村明幸，加藤百合，西田基は圧負荷誘導性心不全を悪化させる．第 19 回次世

宏 （ 2020.10.6 ） 抗 が ん 剤 誘 発 性 筋 萎 縮 に お け る

代を担う若手のためのファーマ・バイオフォーラム

TRPC3-Nox2 タンパク質複合体形成の役割．第 20 回

2020（オンライン開催）
24. 阿部愛杜，西山和宏，田中智弘，西村明幸，加藤百日本 NO 学会（誌面開催）
19. 小田紗矢香（2020.2.7）The role of TRPC6 channel in a合，西田基宏（2020.12.3）ミトコンドリア品質管理

cardiac sympathetic nerve regulation. 第 2 回 ExCELLS

を標的とした炎症性腸疾患治療への応用．第 41 回

若手リトリート（愛知）日本臨床薬理学会学術総会（オンライン開催）

20. 小田紗矢香（2020.9.25）心臓における TRPC6 を介し

25. 後藤拓実，友清大樹，加藤百合，西山和宏，西村明

た交感神経制御メカニズムの解明．第 19 回次世代幸，西田基宏（2020.12.3）タバコ副流煙による心筋を担う若手のためのファーマ・バイオフォーラム

早期老化の誘導機構．第 41 回日本臨床薬理学会学

2020（オンライン開催）

術総会（オンライン開催）

21. 小田紗矢香（2020.9.25）心臓における TRPC6 を介し

26. 友清大樹，後藤拓実，遠山千恵実，西村明幸，西山た交感神経制御メカニズムの解明．2020 年度 TRP

和宏，加藤百合，田中智弘，西田基宏（2020.12.4）

チャネル研究会（オンライン開催）口頭発表

Covid-19 感染重症化の予防・治療を見据えたエコ

22. Oda S（2020.12.25）TRPC6 positively regulates cardiac

ファーマ研究．第 41 回日本臨床薬理学会学術総会

contractility by modulating β adrenergic receptor signaling.

（オンライン開催）

生殖・内分泌系発達機構研究部門
1. 中島健一朗（2020.1.24）in vivo カルシウムイメージ

リート）（大府）

ングによるうま味・塩味伝達中枢神経の測定と両味

6. Ken-ichiro Nakajima（2020.2.17-18）Hypothalamic neuronalの相乗効果の検証．第 24 回うま味研究助成成果発

circuits regulating hunger-induced taste modification．1st

表会（東京）CU-KU Symposium 2020 and 4th CU-NIPS Symposium

2. 近藤邦生（2020.1.29-31）新規ウイルスによる光神経

2020:“Advances in Neuroscience Research”（Bangkok,
Thailand）

回路解析法を用いた摂食神経回路の解明．さきがけ

7. 箕越靖彦（2020.3.2）健康・長寿に関わる骨格筋の代「生命機能メカニズム解明のための光操作技術」第7 回領域会議（つくば）

謝と栄養摂取．
第 19 回 自然科学研究機構 小森 彰

3. 箕越靖彦（2020.1.31-2.1）視床下部を介したエネル

夫 機構長プレス懇談会（東京）

ギー代謝調節機構の生理機能と分子機作に関する

8. 傅欧（2020.3.17-19）空腹に伴う味覚嗜好・忌避性の研究．第 34 回日本糖尿病・肥満動物学会 米田賞受

調節を担う視床下部神経回路の同定．第 97 回日本賞講演（群馬）生理学会大会（大分・誌上開催）

4. 傅欧，岩井優，近藤邦生，三坂巧，箕越靖彦，中島9. 森下雅大，小野浩太，恒岡洋右，堀尾修平，加藤成健一朗（2020.1.31-2.1）甘味およびそれに伴う心地よ樹，小林和人，塚原伸治（2020.3.17-19）マウスの内さを選択的に伝達する神経細胞の同定．第 34 回日

側視索前野に存在するカルビンディンニューロン

本糖尿病・肥満動物学会（群馬）の神経投射の性差．第 97 回日本生理学会大会（大5. Misbah Rashid，箕越靖彦（2020.2.7-8）Can chronic

分・誌上開催）activation of SF1 neurons ameliorates obesity? 第 1 回

10. Tingting Guo, Mami Matsumoto, Takashi Yagi, Hiroyuki

CIBoG リトリート（第 12 回 Nagoya グローバルリト

Koyama, Daisuke Aotani, Kazunobu Sawamoto, Yasuhiko108

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

8 回領域会議（オンライン）

Minokosh, Hiroaki Masuzaki, Noboya Inagaki, Kazuwa
Nakao, Tomohiro Tanaka.（2020.3.17-19）A combination

15. Ken-ichiro Nakajima（2020.9.3）Genetic identification ofof high fat diet and nicotine enhances CB1 endocannabinoid

sweet taste neurons in the mouse brain stem．International

receptor in hypothalamic nuclei in mice. The 97th Annual

Congress on Obesity and Metabolic Syndrome (ICOMES)

Meeting of the Physiological Society of Japan（大分・誌

2020（Seoul, Korea・Zoom online）
16. Ken-ichiro Nakajima（2020.9.18）Hypothalamic neuronal

上開催）
11. 中島健一朗，傅欧，岩井優，成川真隆，三坂巧，箕circuits regulating hunger-induced taste modification．

越靖彦（2020.3.25-28）「空腹は最高の調味料」－そ2020 International Congress of Diabetes and Metabolismの神経基盤の解明．日本農芸化学会 2020 年度大会

(ICDM)（Seoul, Korea・Zoom online）
17. 中島健一朗（2020.10.14）味覚の脳内伝達とその調節

シンポジウム「食欲・食嗜好の分子・神経基盤」（福を担う神経細胞・ネットワークの解明．第 4 回バイ岡・オンライン）12. 堀尾修平，山形聡，加藤成樹，小林憲太，崎村建司，

オインダストリー大賞・バイオインダストリー奨励
賞表彰式・受賞記念講演会（横浜）小林和人，箕越靖彦，井樋慶一（2020.7.29-8.1）視床

18. 中島健一朗（2020.11.14）味覚の脳内伝達とその調節

下部室傍核 CRF ニューロン死滅の摂食調節への影
響．第 43 回日本神経科学大会（神戸）を担う神経機構の解析．日本農芸化学会中部支部第13. 箕越靖彦（2020.8.3）空腹感と満腹感を作り出すメカ

188 回例会 農芸化学会奨励賞受賞講演（Zoom online）
19. 近藤邦生（2020.12.19-20）エネルギー代謝を制御す

ニズムと肥満・ストレス・寿命との関連．テックデザインセミナー（Web 開催）

る中枢－末梢神経回路．生理研研究会「運動器/代謝14. 近藤邦生（2020.8.24-25）新規ウイルスによる光神経系連関による生体機能制御とその変容の仕組み」

回路解析法を用いた摂食神経回路の解明．さきがけ（岡崎・オンライン）「生命機能メカニズム解明のための光操作技術」第超微形態研究部門
1. Shimo S, Saitoh S, Nguyen HB, Thai TQ, Ikutomo M,

会（Web 開催）

Muramatsu K, Ohno N (2020.3.25) Sodium-glucose co-

3. Simankova A, Bizen N, Ohno N, Abe M, Sakimura K,

transporter (SGLT) inhibitor restores lost axonal varicosities

Takebayashi H. (2020.7.29) Analysis on a novel Olig2-of the myenteric plexus in a mouse model of high-fat diet-binding protein in oligodendrocyte differentiation. 第 43

induced obesity. 第 125 回日本解剖学会総会全国学術回日本神経科学大会（Web 開催）
4. 大野 伸彦 (2020.9.26) 3D 電顕が見せる新しいイ

集会 (誌上開催)

メージと応用. 第 50 回日本腎臓学会東部学術大会

2. Ono K, Gotoh H, Nomura T, Ohno N (2020.7.29)
Ultrastructural characterization of glial cells in the early（Web 開催）

postnatal mouse optic nerve. 第 43 回日本神経科学大

生体恒常性発達研究部門
1. Takeda I, Nabekura J, (2020.1.8) A novel therapeutic

皮質神経回路再編の観察：発達と病態. 産業医科大approach for modulating astrocyte activation in chronic

学 医学部 大学院講義,（北九州市）

pain. Pain and Survival Strategy,（岡崎市）

3. 鍋倉淳一,（2020.1.16）大脳皮質神経回路の再編成：

2. 鍋倉淳一,（2020.1.15）生体イメージングによる大脳ニューロンーグリア連関. 九州大学 薬学研究院

109

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

12. Agetsuma M, Sato I, Tanaka Y, Kasai A, Arai Y,

特別講義,（福岡市）
4. 佐藤彩, 有地志帆, 小島史章, 石橋仁,（2020.2.1）ヒYoshitomo M, Hashimoto H, Nabekura J, Nagai T, (2020.

スタミンは TRPC チャネルの活性化により幼若ラッ

3.18) Optical and computational dissection of neural circuit

トの心臓神経節細胞を興奮させる. 第 22 回日本ヒfor fear memory . 第 97 回日本生理学会大会・他学会

スタミン学会,（広島市）

連携シンポジウム「データ駆動型知能を用いた神経5. Agetsuma M, (2020.2.13) Population coding of fear

科学の現状と展望」,（別府市）

memory in prefrontal cortex. MACS International

13. Agetsuma M, Sato I, Tanaka Y, Kasai A, Arai Y,

Symposium: COMPUTATIONAL PRINCIPLES IN

Yoshitomo M, Hashimoto H, Nabekura J, Nagai T,

ACTIVE PERCEPTION AND REINFORCEMENT(2020.3.28) 光と数理による恐怖記憶における前頭LEARNING IN THE BRAIN,（京都市）

前野情報処理機構の解明. 第 98 回日本生理学会大6. 鍋倉淳一,（2020.2.14）神経回路長期再編の生体内観会,（名古屋市）
14. Narushima M, Yagasaki Y, Takeuch Y, Aiba A, Miyata M,

察. ABiS Symposium Forefront and Future of Electron(2020.7.12) The metabotropic glutamate receptor subtype 1

Microscopic Imaging, （岡崎市）
7. Takeda I, Nabekura J, (2020.2.17) Astrocytes are a novel

regulates development and maintenance of lemniscal

therapeutic target for chronic pain. 4th CU-NIPS symposium,

synaptic connectivity through cortical activity in the（バンコク, タイ）

somatosensory thalamus. FENS 2020 Virtual Forum,（オ8. 鍋倉淳一,（2020.2.18）脳内免疫細胞による大脳皮質

ンライン）
15. 鍋倉淳一, (2020.7.29) Remodeling of neuronal circuits in

神経回路形成. 行動・運動から紐解く神経回路の発達における異分野融合型研究による解明 ワーク

vivo:glia-neuron interaction. 第 43 回

ショップ,（岡崎市）

大会,（ストリーム配信）

9. 鳴島

16. 鳴島円,（2020.2.18）代謝型グルタミン酸受容体１

日本神経科学円,（2020.9.19）新生児期から成熟期にいたる型（mGluR1）による視床シナプス結合パタンの制御.

シナプスの強化・刈り込み・維持のメカニズム. 日本

行動・運動から紐解く神経回路の発達における異分

赤ちゃん学会第２０回学術集会,（オンライン）
17. 堀内野融合型研究による解明 ワークショップ, (岡崎市)
10. 鍋倉淳一,（2020.2.25）脳の中を観る. 岡崎南ロータ浩、揚妻正和、石田順子、澤田和明、鍋倉淳

一,（2020.9.19）. 名古屋大学大学院医学系研究科－
生理学研究所合同シンポジウム,（オンライン）

リークラブ例会,（岡崎市）
11. 佐藤彩, 有地志帆, 小島史章, 鍋倉淳一, 石橋仁,

18. 鍋倉淳一,（2020.10.31）感覚研究の未来に期待する.

（2020.3.17）ヒスタミンは TRPC チャネルの活性化

第４回 感覚研究フロンティア シンポジウム,（オン

により幼若ラットの心臓神経節細胞を興奮させる .

ライン）

第 97 回日本生理学会,（誌上開催）

視覚情報処理研究部門
Symposium 2020（Edinburgh, United Kingdom）

1. Kimura R, Yoshimura Y (2020.1.29-31) Low-contrast
preference of activity in rat primary visual cortex during an

3. 木村梨絵（2020.6.4）学習に伴う視覚情報処理システ

orientation discrimination task. The Eighth International

ム動態の解明. 新学術領域研究 脳情報動態を規定

Neural Microcircuit Conference -Synaptic Specificity toする多領野連関と並列処理 第 5 回領域会議,（Zoom

Circuit Dynamics-（Yamanouchi, Nagano）

開催）

2. Kimura R, Yoshimura Y (2020.2.4) Activity of low contrast-

4. 呉 嘉豪, 米田 泰輔, 吉村 由美子（2020.7.30）同一

preferring neurons in rat primary visual cortex during an

神経細胞の麻酔、覚醒下における空間周波数応答特orientation discrimination task. UK-Japan Neuroscience

性の変化. 第 43 回日本神経科学大会（WEB 開催）

110生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

5. 吉村由美子（2020.8.1）大脳皮質視覚野の経験依存的開催）

発達メカニズム. 第 43 回日本神経科学大会（WEBバイオフォトニクス研究部門
1. Otomo K & Nemoto T,（2020.2.13~15）Improvements

門，生理学研究所オープンキャンパス（オンライン）

of two-photon microscopy techniques for understanding

13. 根本知己 (2020.10.26)，話題提供：革新脳プロジェク

intravital phenomena, The 8th RIEC International

トにおける研究開発技術以外のことを，AMED 革新

Symposium on Brain Functions and Brain Computer （仙脳秋の分科会（オンライン）
14. 根本知己，大友康平，堤元佐，石井宏和 (2020.11.15)

台）

2 光子励起蛍光を用いたライブイメージング技術の

2. Tsutsumi M & Nemoto T, (2020.2.7~8), Application ofnovel image analysis method SRRF for deep and fast

展開，日本光学会年会（オンライン）
15. 根本知己 (2020.11.15) 蛍光顕微鏡，日本分光学会

super resolution imaging, ABiS International Symposium

第 56 回 秋期セミナー（オンライン）

2020 （岡崎）
3. 榎木亮介，(2020.2.18) 光計測で紐解く生物時計中枢

16. 廣蒼太，根本知己，榎木亮介，(2020.11.21) 概日時計

神経回路の作動原理，生理学研究所研究会（岡崎）中枢における核-細胞質カルシウム動態の長期イ

4. 廣蒼太，山田淑子，舘野高，根本知己，榎木亮介，

メージング解析，第 29 回日本バイオイメージング（2020.3.17-19）光イメージングを用いた概日時計中学会学術集会（オンライン）

枢における核-細胞質の Ca2+ 動態の解析，第 97 回日

17. 中田開人，鎌田恭史，大友康平，石井宏和，堤元佐，
榎木亮介，舘野高，根本知己，(2020.11.21) 多点走査

本生理学会大会（別府）（オンライン）
5. 根本知己 (2020.05.07)，先端レーザー光技術を使し型 2 光子顕微鏡による Aβ オリゴマー曝露時のアスた高速超解像 in vivo 3D イメージング法の研究，

トロサイト Ca2+ 動態の可視化解析，第 29 回日本バ

AMED 革新脳春の分科会（オンライン）

イオイメージング学会学術集会（オンライン）

6. 根本知己 (2020.05.16)，バイオフォトニクス研究部

18. 高橋泰伽，張宏，川上良介，鎗野目健二，揚妻正和，門，生理学研究所オープンキャンパス（オンライン）

鍋倉淳一，大友康平，岡村陽介，根本知己，

7. 榎木亮介，廣蒼太，根本知己，(2020.9.3) 多機能イ

(2020.12.01) 新規ナノシートを活用した広範囲かつメージング計測から迫る概日リズム中枢神経回路

深部でのマウス脳 in vivo 二光子イメージング，第 12の作動原理，生理学研究所研究会（オンライン）

回光塾（光塾 2020）（オンライン）

8. 大友康平，根本知己，(2020.9.3) 二光子励起顕微鏡の19. Otomo K, (2020.12.03) Improving two-photon excitation

機能向上による多次元生細胞イメージング, 生理学

microscopy for deeper, sharper and/or faster intravital

研究所研究会（オンライン）

imaging, 44th Meeting of Australian Society for Biophysics,

9. 根本知己 (2020.09.20)，多重平面同時可視化による（オンライン）

生体超高速 3 次元タイムラプスイメージング，オプ

20. Nemoto T, (2020.12.03) Multi-photon Microscopy
Improved by Novel Optics and Material Technologies, A3

トシンフォニクスシンポジウム（オンライン）
10. 根本知己 (2020.09.19)，非線形光学を活用した光学Star Alliance Workship2020（オンライン）
21. Otomo K, (2020.12.03) Two-photon excitation confocal

顕微鏡による細胞生理機能の可視化解析，名大医生

spinning-disk microscopy for real-time visualizations of

理研合同シンポジウム（オンライン）
11. 榎木亮介，廣蒼太，根本知己，(2020.9.12) 光イメー

biological phenomena, A3 Star Alliance Workship2020

ジング計測で紐解く生物時計中枢神経回路の作動（オンライン）

原理，名大生理研合同シンポジウム（オンライン）

22. Tsutsumi M (2020.12.21) Image analysis based super-

12. 根本知己 (2020.09.05)，バイオフォトニクス研究部

resolution two-photon microscopy TP-SRRF fordeep111

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

imaging，第 3 回 ExCELLS シンポジウム,（オンライAgetsuma M, Nabekura J, Otomo K, Okamura Y & Nemotoン）

T, (2020.12.22) PEO-CYTOP fluoropolymer nanosheets as anovel open-skull window for in vivo deep and wide-field

23. Yamaguchi K (2020.12.21) Global analytical method forintercellularsignal transduction

occurring inimaging of living mouse brain, 生命科学リトリート（オ3Dmulticellular tumor spheroid，第 3 回 ExCELLS シンポンライン）
26. 根本知己，(2021.01.18) 近赤外超短光パルスレー

ジウム,（オンライン）
24. 根本知己 (2020.12.24)，近赤外超短光パルスによるザーを用いた生理機能のイメージングと応用，レー

生体超高速 3 次元タイムラプスイメージング，オプ

ザー学会学術講演会第 41 回年次大会（オンライン）

ト シ ン フ ォ ニ ズ ム 公 開 シ ン ポ ジ ウ ム 2020

27. 榎木亮介，(2021.03.13) Visualizing Neuronal Circuits～モダリ

Controlling Circadian and Ultradian Ca2+ Rhythms in

ティーとスケールを超える光音響～（オンライン）

Mammals，第 10 回 生理研―霊長研―新潟脳研 合

Optosymphonism Public Symposium 2020

25. Takahashi T, Zhang H, Kawakami R, Yarinome K,

同シンポジウム（オンライン）

大脳神経回路論研究部門
1. Kubota Y, Sohn J, Kuramoto E, Kawaguchi Y (2020.1.30)

cortex. The Eighth International Neural Microcircuit

Thalamo-cortical synaptic network in motor cortex analyzed

Conference -Synaptic Specificity to Circuit Dynamics-（長with large volume electron microscopy. The Eighth

野県下高井郡）7. Kawaguchi Y, Ueta Y, Agahari FA, Im S (2020.1.31) Local

International Neural Microcircuit Conference -Synaptic
Specificity to Circuit Dynamics-（長野県下高井郡）

circuits in the frontal cortex drive diverse corticocortical

2. Morishima M, Kawaguchi Y (2020.1.30) Sublayer

projections. The Eighth International Neural Microcircuit

dependent excitatory and inhibitory circuits in the layer 5

Conference -Synaptic Specificity to Circuit Dynamics-（長of rat frontal cortex. The Eighth International Neural

野県下高井郡）8. 川口泰雄（2020.2.14）スパインと電気結合：濱先生

Microcircuit Conference -Synaptic Specificity to Circuitと私. ABiS Symposium Forefront and Future of Electron

Dynamics-（長野県下高井郡）

Microscopic Imaging（岡崎）3. Otsuka T (2020.1.30) Oscillation in the cortical circuitry.
The Eighth International Neural Microcircuit Conference

9. Kubota Y, Sohn J, Kuramoto E, Kawaguchi Y-Synaptic Specificity to Circuit Dynamics-（長野県下高(2020.2.14) Thalamo-cortical synaptic network in motor

井郡）

cortex analyzed with large volume electron microscopy.
ABiS Symposium Forefront and Future of Electron

4. Sohn J, Youssef M, Hatada S, Kawaguchi Y, Kubota Y

Microscopic Imaging（岡崎）(2020.1.30) Input-dependent spine dynamics in motor
cortex during motor learning. The Eighth International

10. Kubota Y, Sohn J, Suzuki M, Hatada S, Youssef M,

Neural Microcircuit Conference -Synaptic Specificity to

Larkum ME, Kawaguchi Y (2020.2.18) Network plastic

Circuit Dynamics-（長野県下高井郡）

changes in the primary motor cortex as the basis of a new
motor skill acquisition. 2020 Gordon Research Conference,

5. Agahari FA, Kawaguchi Y (2020.1.29-30) Connection

Thamamocortiacl Interactions（Ventura, USA）

selectivity of somatostatin cell subtypes in layer 2/3 offrontal cortex. The Eighth International Neural Microcircuit

11. 窪田芳之（2020.3.18）大容量電顕データセットと自Conference -Synaptic Specificity to Circuit Dynamics-（長動神経要素区分化アプリ. 第 97 回日本生理学会大野県下高井郡）会（誌上開催）6. Im S, Morishima M, Kawaguchi Y (2020.1.29-30) Layer 1

12. 田中康裕, 田中康代, 正水芳人, 川口泰雄, 松崎政

projection diversity of layer 5 pyramidal cells in the frontal

紀（2020.3.27）運動学習中の大脳皮質入出力の層特112

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

異的な神経活動ダイナミクス. 第 125 回日本解剖学

経科学大会（オンライン開催）
16.窪田芳之, 孫在隣, 倉本恵梨子, ヨーゼフ モハメド,

会総会・全国学術集会（誌上開催）
13. 孫在隣, 窪田芳之, 川口泰雄（2020.3.27）皮質－皮質

日置寛之, 川口泰雄（2020.7.30）大容量電顕データ

間連絡・視床－皮質投射の入力依存的な運動学習時

セットを使った視床－大脳皮質神経終末のシナプ

回路動態. 第 125 回日本解剖学会総会・全国学術集

スターゲット解析. 第 43 回日本神経科学大会（オン

会（誌上開催）ライン開催）

14. 窪田芳之, 孫在隣, 倉本恵梨子, 日置寛之, 川口泰

17. 窪田芳之（2020.9.18）導電性カーボンナノチューブコー

雄 (2020.3.27) ラットの前頭皮質における視床前腹ト PET テープに乗せた神経組織の高解像度電子顕微

側核 VA 由来神経終末のシナプスターゲット構造－

鏡撮影とその解析法. 第 59 回 フラーレン・ナノチュー

ATUM-SEM 法による解析－. 第 125 回日本解剖学

ブ・グラフェン総合シンポジウム（オンライン開催）
18. 窪田芳之, 川口泰雄（2020.9.19）非錐体細胞の樹状会総会・全国学術集会（誌上開催）
15. 孫在隣, ヨーゼフ モハメド, 川口泰雄, 窪田芳之

突起へのシナプス入力特性. 第 10 回名古屋大学医（2020.7.30）皮質－皮質間連絡・視床－皮質投射の学系研究科・生理学研究所合同シンポジウム（オン

入力依存的な運動学習時回路動態. 第 43 回日本神ライン開催）※大脳神経回路論研究部門は 2020 年度で廃止となりました。

認知行動発達機構研究部門
1. 磯田昌岐（2020 年 1 月 18 日）脳内の自己ニューロ

理研研究会「意思決定研究の新展開 ～社会共感・主

ンと他者ニューロンから自閉スペクトラム症を考

観価値の生成・葛藤に関わる神経メカニズム ～」える．講義：発達障害に「似て非なる」大人たち（東（WEB 開催）
8. 戸松彩花（2020 年 9 月 19 日）随意運動中の脊髄へ

京都豊島区）
2. 郷康広（2020 年 2 月 14 日）マーモセットにおける遺の筋感覚入力に対する課題依存的促通と抑制．名大

伝的多様性解析 および精神・神経疾患関連遺伝子解医-生理研合同シンポジウム（WEB 開催）

析．第 9 回日本マーモセット研究会（兵庫県神戸市）

9. 郷康広（2020 年 9 月 19 日）脳・こころの個性・多様

3. 磯田昌岐（2020 年 2 月 15 日）マカクザルをモデル

性理解にむけた比較認知ゲノム研究．第 10 回名大医として高次脳機能のゲノム基盤と神経基盤を明ら-生理研合同シンポジウム（WEB 開催）

かにする．第 9 回日本マーモセット研究会（兵庫県

10. 磯田昌岐（2020 年 11 月 20 日）腹側運動前野と内側神戸市）

前頭前野の機能連関から自閉スペクトラム症を考4. Isoda M（2020 年 2 月 17 日）Developing a systems

える．生理学研究所研究会「社会性の創発・発達、

neuroscience of self and others using macaques．チュラ

その多様な軌跡」（WEB 開催）
11. 則武厚（2020 年 11 月 25 日）霊長類における自己とロンコン大学・京都大学・生理研合同シンポジウム（Bangkok, Thailand）

他者の報酬に関する神経機構．2020 年 名古屋大学脳5. Noritake A（2020 年 7 月 30 日）Social reward valuationとこころの研究センターワークショップ（WEB 開催）

in cortico-subcortical brain networks of macaques．第 43

12．郷康広，辰本将司，石川裕恵（2020 年 12 月 5 日）回日本神経科学大会（WEB 開催）

ヒトとチンパンジーの選択的スプライシングの多6. 則武厚（2020 年 9 月 9 日）サル皮質―皮質下におけ様性解析とその脳内表現．第 36 回日本霊長類学会る自己と他者の報酬表現．JPA2020 日本心理学会第（WEB 開催）

84 回大会（WEB 開催）

13. 郷康広（2020 年 12 月 21 日）脳・こころの個性・多7. 則武厚（2020 年 9 月 15 日）マカクザル皮質―皮質下様性理解にむけた比較認知ゲノム研究．第 3 回
ExCELLS シンポジウム（WEB 開催）

ネットワークにおける自己と他者の報酬情報処理．生113

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

14. 新居桂陽, 二宮太平, 磯田昌岐
（2020 年 12 月 23 日）

macaque amygdala. Life Science Retreat 2020（WEB 開

Neuronal responses to real and artificial faces in the催）

生体システム研究部門
The 97th Annual Meeting of the Physiological Society of

1. 南部 篤（2020.1.10）定位脳手術に役立つ神経生理学.

Japan（別府）

第 43 回日本てんかん外科学会、第 59 回日本定位•
機能神経外科学会

13. Hasegawa T, Chiken S, Kobayashi K, Nambu A (2020.

合同教育セミナー（浜松）3.19) Chemogenetics to decipher the functional role of the

2. 南部 篤（2020.1.11）電気刺激のウソ•ホント？ 第 59

subthalamic nucleus in macaque monkeys. 97th Annual

回日本定位•機能神経外科学会（浜松）3. 南部 篤（2020.1.28）大脳基底核とパーキンソン病. 医

Meeting of the Physiological Society of Japan（別府）療法人鉄友会宇野病院第 16 回市民公開講座（岡崎）14. Wongmassang W, Hasegawa T, Chiken S, Nambu A

4. 纐纈大輔、南部 篤（2020.2.7）前頭連合野機能マッ(2020.3.19) Weak correlated activity of pallidal neurons

ピングのための記憶課題. 第 9 回マーモセット研究

during task performance in normal and mild parkinsonian会（神戸）monkeys. The 97th Annual Meeting of the PhysiologicalSociety of Japan（別府）5. Koketsu D, Nambu A (2020.2.7) Working Memory Tasks

15. Polyakova Z, Hatanaka N, Chiken S, Nambu A (2020.

of Marmosets. 第 9 回マーモセット研究会（神戸）6. Nambu A (2020.2.17) Parkinson’s disease as a network

3.19) Glutamatergic and GABAergic control of monkey

disorder. 1st CU- KU Symposium and 4th CU-NIPS

subthalamic activity during motor task. 97th Annual

Symposium,（Bangkok, Thailand）

Meeting of the Physiological Society of Japan（別府）7. Wongmassang W, Hasegawa T, Chiken S, Nambu A

16. Chiken S, Sano H, Kobayashi K, Nambu A (2020.7.12-(2020.2.17) The correlated activity of pallidal neurons in14) Optogenetic manipulation of basal ganglia inputs toa MPTP-treated monkey model of parkinsonism. 1st CU-

the thalamocortical system in macaque monkeys.

KU Symposium and 4th CU-NIPS Symposium（Bangkok,

FENS2020（Glasgow, Scotland, UK）
17. Sano H, Kobayashi K, Kato S, Chiken S, Kobayashi K,

Thailand）

Nambu A (2020.7.12-4) Two types of cortical inputs to

8. Nambu A (2020.3.16) Parkinson’s disease as a network
disorder. The

6th

the striatum. FENS2020（Glasgow, Scotland, UK）

Symposium of NEURO SCIENCE

18. 笹岡俊邦, 齊藤奈英, 知見聡美、阿部 学, 川村名子,

NETWORK in KOBE（神戸）9. Nambu A (2020.3.16) DBS - From view of system

鍋島陽一, 田井中一貴, 﨑村建司, 南部 篤（2020.

neurophysiology. 第 93 回日本薬理学会年会（横浜）7.29）大脳基底核間接路の D2 受容体発現細胞におけ10. Sano H, Wahyu DI, Chiken S, Nambu A, (2020.3.17)

る NMDA 受容体のマグネシウムブロックの減少に

Regulation of voluntary movements by signals through theより誘導される運動制御と学習記憶の変化の解析.

external segment of the globus pallidus. The 97th Annual

第 43 回日本神経科学大会（神戸）Meeting of the Physiological Society of Japan（別府）19. 齊藤奈英, 田井中一貴, 知見聡美, 原 怜, 山口 瞬,

11. Osanai M, Tanihiara H, Inagaki R, Kikuta S, Sasaoka T,

一瀬 宏, 南部 篤, 笹岡俊邦（2020.7.29）受容体を介Nambu A (2020.3.17) The role of dopamine D1 receptor

した神経伝達は、運動制御、嫌悪記憶形成および大on the whole brain activity and on the motor function.

脳皮質の Arc 活性化に必要である. 第 43 回日本神経97th Annual Meeting of the Physiological Society of

科学大会（神戸）Japan（別府）

20. Nondhalee P, Nobuhiko H, Nambu A（2020.7.29）What

12. Chiken S, Sano H, Kobayashi K, Nambu A (2020.3.19)

happens in our brain if we lose our hand accidentally? 第How do the basal ganglia control thalamocortical activity?

43 回日本神経科学大会（神戸）114

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

21. 知見聡美, 南部 篤（2020.8.20）運動異常症の脳内メカ子、深田正紀、虫明元、南部 篤 (2020.9.19)マカクザ

ニズム－小脳と大脳基底核はどのように寄与するの

ルへの光遺伝学の適応〜サル大脳皮質運動野へのか？ 第６２回日本小児神経学会学術集会（幕張）

光刺激が誘発した運動〜 第 10 回生理学研究所・名22. 知見聡美, 南部 篤（2020.8.31）ジストニア症状発現の古屋大学医学系研究科合同シンポジウム（岡崎）

脳内メカニズム－大脳基底核と小脳はどのように寄

25. 佐野裕美 (2020.12.11)オプトジェネティクスを利用与するのか？ 第６１回日本神経学会学術大会（岡山）したマカクザル上肢の運動誘発〜マカクザル大脳23. 南部 篤（2020.9.1）舞踏運動の病態生理について. 第皮質へのオプトジェネティクスの適用〜 生理研研

61 回日本神経学会学術大会（岡山）究会「行動の多様性を支える神経基盤とその動作様

24. 佐野裕美、知見聡美、渡辺秀典、小林憲太、深田優

式の解明」（岡崎）神経ダイナミクス研究部門
1. Keiichi Kitajo, Takumi Sase, Yoko Mizuno, Hiromichi

ミクスと自閉症傾向との関連．第 22 回日本ヒト脳Suetani （ 2020 ･ 2 ･ 7 ） Visualization of inter-individual

機能マッピング学会（札幌・オンライン）

variations in noise-induced brain dynamics．
第 1 回 CIBoG

7. 北城圭一（招待講演）（2020, 11,12）脳の遷移ダイナ

リトリート（第 12 回 NAGOYA グローバルリトリー

ミクスの機能的意義と自閉症傾向との関連．生理研ト）（大府）

研究会 幼・小児の成長期における脳機能と運動の2. 横山 寛（2020･2･20）情報工学的観点からの脳神経発達に関する多領域共同研究（岡崎・ハイブリッド）

ダイナミクスの理解．先進電磁波イメージング研究

8. 横山 寛（招待講演）（2020･11･27）脳波位相同期ネッ会（土岐）トワークの時系列推定と変化点検知．生理研研究会

3. 北城圭一（招待講演）（2020・2・21）Transient oscillatory

第 2 回 力学系の視点からの脳・神経回路の理解（岡dynamics and brain disorders．第 6 回 Neuroscience

崎・オンライン）

Network in Kobe シンポジウム（神戸）9. 小野島 隆之，北城 圭一（2020･11･26）カルマンフィ

4. 横山 寛，北城 圭一（2020・7・29）Detecting the change-

ルタによる脳波瞬時位相の予測，生理研研究会

第point of dynamical brain networks based on the Bayesian

2 回 力学系の視点からの脳・神経回路の理解（岡崎・dynamical inference．第 43 回日本神経科学大会（神オンライン）
10. 北城圭一（招待講演）（2020･11･28）TMS-EEG 計測

戸・オンライン）5. 末谷 大道，北城 圭一（2020･7･31）リザバー計算にによる脳ダイナミクスのプローブ手法の提案．日本よる脳波モデリングと個人認証への応用．第 43 回

臨床神経生理学会学術大会第 50 回記念大会（京都・

日本神経科学大会（神戸・オンライン）

オンライン）

6. 北城圭一（招待講演）（2020･8･30）脳波遷移ダイナ

心理生理学研究部門
1. Koike T (2020.2.7) Hyperscanning neuroimaging technique

グと心の動き」．奥三河メディカルバレー第５回

to reveal the neural basis of social interaction. Nagoya Global

ワークショップ（新城，愛知）
4. Maruyama S, Fukunaga M, Peter Fautz HP, Heidemann R

Retreat (1st CIBoG Retreat)（Obu, Aichi, Japan）.

and Sadato N (2020.2.17) Comparison of 3T and 7T MRI

2. 福永雅喜（2020.2.9）Task fMRI 篇．第 7 回 ABiS 脳

for the visualization of globus pallidus sub-segments. 1st

画像解析チュートリアル（東京）CU-KU Symposium and 4th CU-NIPS Symposium

3. 東島（宍戸）恵美子（2020.2.14）「アイトラッキン

115

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表"Advances in Neuroscience Research"（Bangkok, Thailand）

index≫). 2020 ISMRM & SMRT Virtual Conference &Exhibition（Web 開催）

5. Fukunaga M （ 2020.2.21 ） Brain Microstructure and

13. Xia Li, Masaki Fukunaga, Tie-Qiang Li (2020.9.3) Kinetic

Function using Ultra High Field MRI The 10th BRI

oscillatory stimulation in the nasal cavity elicits functional

International Symposium（Niigata, Japan）
6. 福永雅喜（2020.5.15）高磁場 MRI の現状と課題 ～brain activation in the limbic system of the brain. 11th

7T MRI の使用経験から～．臨床 MRI 安全運用のた

Annual Scientific Symposium Ultrahigh Field Magnetic

めの指針関連 web 特別企画 第 25 回講演会「MRI 安

Resonance: Clinical Needs, Research Promises and

全性の考え方」（Web 開催）

Technical Solutions（Web 開催）

7. Koike T (2020.6.13) Hyperscanning fMRI studies to reveal

14. 中根俊樹，福永雅喜，田岡俊昭，川井恒，加藤裕，

neural basis of eye-to-eye communication. Neurosync 2020

櫻井康雄，長縄慎二（2020.9.11）7T-MRI 装置におけ（Web 開催）

る MP2RAGE を用いた視床内部構造の描出．第 48

8. Yamamoto T, Fukunaga M, Sugawara S, Hamano Y, Sadato回日本磁気共鳴医学会大会（Web 開催)

N (2020.6.24) Quantitative Evaluations of Geometric15. 小池耕彦（2020.9.14）コミュニケーションの神経基

Distortion Corrections in Surface-Based Analysis of 7T

盤の検討：二者同時記録 MRI 装置を用いて．電子情

fMRI. The 26th Annual Meeting of the Organization for

報通信学会ヒューマン情報処理研究会（Web 開催）

Human Brain Mapping（Web 開催）

16. 丸山修紀，福永雅喜，菅原翔，濱野友希，山本哲也，

9. Yamamoto T, Fukunaga M, Sadato N (2020.6.24) Linking

定 藤 規 弘 (2020.9.19) The sequential finger tapping

Multimodal Parcellation 1.0 of Human Connectome

learning mediated by the primary motor cortex with the

Project to MNI Coordinates. The 26th Annual Meeting offronto-parietal network: a combined MRI-MRS study. 第the Organization for Human Brain Mapping （Web 開催）

10 回名古屋大学医学系研究科・生理学研究所合同シ

10. Koyama Y, Kato Y, Jimura K, Chikazoe J, Sadato N

ンポジウム（Web 開催）(2020.7.29-8.1) Functionally constrained autoencoder:

17. Akram MSH, Fukunaga M, Nishikido F, Takyu S, Obata

autoencoder for temporal information extraction ofT, Yamaya T (2020.11.5) Feasibility study on a single-

cognitive processes from BOLD signal. 第 43 回日本神channel microstrip transmission-line RF coil integrated

経科学大会（Web 開催）with PET detector module for a 7T whole-body MRI

11. Yamamoto T, Sugawara S, Hamano Y, Fukunaga M, Sadatosystem. Virtual 2020 IEEE Nuclear Science Symposiu &N (2020.8.1) Toward fine anatomically-informed functional

Medical Imaging Conference（Web 開催）

analyses using ultra-high field MRI: Quantitative evaluation

18. 福永雅喜（2020.12.5）高磁場 MRI の現状と課題 ～of artifact corrections in 7-T functional MRI data.

7T MRI の使用経験から～．日本磁気共鳴医学会 第International Conference on Complex Medical and26 回講演会「MRI 安全性の考え方」（Web 開催）

Engineering 2020（Web 開催）

19. 福永雅喜（2020.12.12）fMRI の基礎．日本磁気共鳴医12. Yamamoto T, Fukunaga M, Sadato N, Le Bihan D (2020.

学会 第 24 回実践･先端講座「Advanced Neuroimaging」

8.8) Parcellation of the human brain cortex using a modell（Web 開催）

free, sparse acquisition diffusion MRI approach (≪S-

個別研究（山肩研究室）
1. Yamagata Y, Yanagawa Y, Imoto K (2020.7.29-8.1)

calmodulin kinase II. 第 43 回日本神経科学大会（WEB

Relationship between aging, spatial memory and

開催）

116

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

個別研究（佐竹研究室）
1. 池田啓子，佐竹伸一郎，川上 潔（2020.3.17-19）Atp1a3（誌上開催）

遺伝子欠損マウス小脳プルキンエ細胞におけるグ

2. 佐竹伸一郎（2020.7.29-8.1）エタノールの小脳プルキ

ルタミン酸取込み活性の低下：グリアによる代償機

ンエ細胞グルタミン酸輸送体促進作用：Na ポンプの構と長期抑圧への影響. 第 97 回日本生理学会大会.

関与．第 43 回日本神経科学大会（オンライン開催）

形態情報解析室
1. ソン チホン、村田和義（2020.9.19）クライオ電子顕（オンライン）
8. 村田和義（2020.2.15）電子顕微鏡を用いたノロウイ

微鏡によるノロウイルスの動的構造変化の解析．第10 回名大生理研合同シンポジウム（オンライン）

ルス粒子の構造解析．2020 年度 AMED 新興・再興

2. ソン チホン（2020.11.10）クライオ電顕によるノロ感染症に対する革新的医薬品等開発推進研究事業

ウイルス感染構造変換の解析．生理研研究会「クラ「下痢症ウイルスの感染増殖機構・病原性発現機構

イオ電子顕微鏡によるタンパク質の高分解能単粒の解明に向けた研究」 第 2 回班会議（オンライン）

子構造解析」 ～コロナ禍にできること、すべきこと

9. Kazuyoshi Murata (2020.2.17) Cryo-EM at Okazaki．
Cryo-Electron Microscopy Course at OIST（沖縄）～（オンライン）3. ソン チホン、中鉢淳、洲崎敏伸、村田和義（2020.

10. 村田和義（2020.3.8）電子線位相イメージンググルー

11.21）マイクロトーム SEM によるミカンキジラミ

プ．JST ERATO 百生量子ビーム位相イメージングの細胞内共生細菌プロフテラの形態解析．日本顕微

プロジェクト最終成果報告会（オンライン）

鏡学会第 63 回シンポジウム

11. 永谷 幸則、富田 雅人、向中野 信一、新井 善博、

顕微鏡オンラインフォーラム 2020（オンライン）

村田 和義、百生 敦（2020.3.8）レーザーを用いた非

4. Ryoto Watanabe, Chihong Song, Yoko Kayama, Masaharu

接触な位相差電子顕微鏡．JST ERATO 百生量子

Takemura, Kazuyoshi Murata （ 2020.12.18 ） Particle

ビーム位相イメージングプロジェクト最終成果報

maturation process of Medusavirus．第 3 回 ExCELLS シ

告会（オンライン）
12. 永谷 幸則、富田 雅人、向中野 信一、新井 善博、ンポジウム（オンライン）
5. 村田和義、宋 致宖、岡本健太、武村政春（2021.1.26）

村田 和義、百生 敦（2020.3.8）コントラスト最大化

巨大ウイルスの構造からみるウイルス多様性と系

位相差走査電子顕微鏡．JST ERATO 百生量子ビー

統進化の研究２．新学術領域「ネオウイルス学」第ム位相イメージングプロジェクト最終成果報告会

８回領域班会議（オンライン）（オンライン）

6. Ryoto Watanabe, Chihong Song, Yoko Kayama, Masaharu
Takemura,Kazuyoshi

Murata(2020.2.4)

13. 向中野 信一、永谷 幸則、新井 善博、村田 和義、Particle

百生 敦（2020.3.8）FZP-PC-STEM 法の応用探索．JST

maturation process of Medusavirus．第 3 回 ExCELLS 若

ERATO 百生量子ビーム位相イメージングプロジェ

手リトリート（オンライン）

クト最終成果報告会（オンライン）

7. Ryoto Watanabe, Chihong Song, Yoko Kayama, Masaharu
Takemura,Kazuyoshi

Murata(2020.2.6)

14. 村田和義（2020.3.13）巨大ウイルスから物質と生命

Particleとの境界を探る．第 31 回自然科学研究機構シンポ

maturation process of Medusavirus．第 2 回 CIBoG リト

ジウム

リート（第 13 回 NAGOYA グローバルリトリート）

117― 生きているとは何か？ ―（オンライン）

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

多光子顕微鏡室
1. 村越秀治 (2020.9.17) A photoactivatable CaMKII induces

structural plasticity of single spines in hyperexcitedsynaptic plasticity in single synapses．生理研国際研究会

hippocampal neurons．生命科学リトリート 2020（オ「Synapse and System Plasticity of Learning and Memory」

ンライン）
6. 村越秀治（2021.1.18）2 光子蛍光寿命イメージング（オンライン）
2. 植田大海、内藤清惟、白石光也、中森裕之、椎名貴

顕微鏡によるシグナル分子活性の定量計測．一般社

彦、志水泰武（2020.9.19）in vivo 大腸運動記録を用団法人レーザー学会学術講演会第 41 回年次大会

いた α-MSH による排便促進作用メカニズムの検討．

（オンライン）
7. 植田大海、村越秀治 (2021.2.6) Chronic pharmacological

第 10 回名古屋大学医学系研究科・生理学研究所合activation induces the homeostatic suppression of structural

同シンポジウム（オンライン）
3. 植田大海、村越秀治（2020.12.3）慢性的に活性化さ

LTP in cultured hippocampal neurons．第 2 回 CIBoG リ

れた神経細胞における構造的可塑性の単一スパイ

トリート（第 13 回 NAGOYA グローバルリトリー

ン解析．生理研シナプス研究会 2020（オンライン）

ト）（オンライン）

4. 村越秀治（2020.12.13）CaMKII 経路の単一シナプス

8. 植 田 大 海 、 村 越 秀 治 (2021.3.12) Chronic neuronal

内光操作と分子活性イメージング．生理研研究会

excitation leads to homeostatic suppression of structural「シナプスを見る、測る、操る－新たな技術で挑む

long-term potentiation．第 10 回 生理研-霊長研-新潟研

シナプス学」（オンライン）

合同シンポジウム（オンライン）

5. 植 田 大 海 (2020.12.22) Analysis of the single-spine

生体機能情報解析室
1. 近添淳一（2020.2.18）脳と人工神経回路の対照によ明」（岡崎，愛知）

り明らかにされた価値情報処理中枢としての default

2. 近添淳一（2020.2.21）The role of the default mode

mode network．自然科学研究機構 分野融合型共同研

network in value estimation: A combinatorial study of究事業ワークショップ「運動・行動から紐解く脳神fMRI and deep learning. 第 10 回 新潟大学脳研究所

経回路発達メカニズムの異分野融合研究による解共同研究拠点国際シンポジウム（新潟，新潟）

ウィルスベクター開発室
1. Ryota Hasegawa, Teppei Ebina, Yasuhiro R Tanaka, Kenta

会（神戸）

Kobayashi, Masanori Matsuzaki (2020.7.30) Structural

3. Fuyuki Karube, Susumu Takahashi, Kenta Kobayashi,

dynamics and stability of corticocortical and thalamocortical

Fumino Fujiyama (2020.7.31) Pyramidal neurons projecting

axon terminals during motor learning. 第 43 回日本神経to the globus pallidus and their synaptic targets. 第 43 回

科学大会（神戸）日本神経科学大会（神戸）2. Yoshinori Koshimizu, Kenta Kobayashi, Kaoru Isa,

4. Shuhei Horio, Satoshi Yamagata, Shigeki Kato, Kenta

Tadashi Isa (2020.7.31) Distribution of axon collaterals of

Kobayashi, Kenji Sakimura, Kazuto Kobayashi, Yasuhikoventral tegmental area-cortical motor area projection

Minokoshi, Keiichi Itoi (2020.7.31) Effect of ablation ofneurons in rats: a study with double infection of retrograde

corticotropin-releasing factor neurons in the hypothalamic

and anterograde viral vectors. 第 43 回日本神経科学大paraventricular nucleus on feeding regulation. 第 43 回日118生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究発表／学会発表

CA3-CA1 synapses lacking PirB expression in pre- or

本神経科学大会（神戸）

postsynaptic neurons. 第 43 回日本神経科学大会（神5. Kaoru Isa, Thongchai Sooksawate, Sakura Ikeda, Sara
Karimi, Kenta Kobayashi, Tadashi Isa (2020.7.31)

戸）

Retrospective fear: fearful emotion caused by activation of

7. Hirotaka Onoe, Kaoru Isa, Reona Yamatuchi, Yoshinori

the efference copy signal for escape behavior from superior

Koshimizu, Sjoerd Murris, Muhammad Zubair, Wim

colliculus to amygdala. 第 43 回日本神経科学大会（神Vanduffel, Kenta Kobayashi, Yasumi Ohta, Takashi

戸）Tokuda, Jun Ohta, Tadashi Isa (2020.7.31) Modulation of

6. Tsuneyuki Koga, David Kleindienst, Hana Kolinkova,

prefrontal neural network by the optogenetic manipulation

Makoto Sanbo, Kenta Kobayashi, Manabu Abe, Kenji

of the ventral tegmental area using a novel LED probe

Sakimura, Masumi Hirabayashi, Ryuichi Shigemoto

device and highly efficient viral vector system. 第 43 回日(2020.7.31) Altered input-side dependent asymmetry of

本神経科学大会（神戸）

遺伝子改変動物作製室
1. Kobayashi T. (2020. 2. 18) Conservation and diversity of

5. 23）アデノ随伴ウイルスベクター法を介した効率

germline development in mammals. 1st CU- KU Symposium

的な Tfap2c-T2A-tdTomato ノックインラット作製とand 4th CU-NIPS Symposium “Advances in Neuroscience

その発現解析. 第 67 回日本実験動物学会（誌上開催）
4. 長田泰 幸, 前田 達弘, 平尾 雅郎, 吉田 史香, 平Research”（Bangkok, The Kingdom of Thailand）
2. 中山（岩月）研祐, 山中 貴寛, 根岸 淳, 手島 淳輝,

林 真澄, 小林 俊寛.（2020. 5. 23）CRISPR/Cas9 シ

玉田 靖, 平林 真澄, 保地 眞一.（2020. 5. 23）シル

ステムを用いた膵欠損モデルウサギの作製. 第 67

クフィブロインディスクをデバイスとして SSV 法

回日本実験動物学会（誌上開催）
5. 小林 俊寛.（2020. 12. 3）円盤状胚盤を形成する哺乳によってガラス化保存したラット膵島の腎被膜下移植. 第 67 回日本実験動物学会（誌上開催）

類から樹立した多能性幹細胞とその利用. 第 43 回日

3. 長江 麻佑子, 及川 真実, 水野 直彬, 岩月 研祐,

本分子生物学会年会（オンライン開催）

三宝 誠, 中内 啓光, 平林 真澄, 小林 俊寛.（2020.

動物資源共同利用研究センター
1. 廣江 猛（2021 年 2 月 18~19 日）明大寺動物資源共

2. 高橋 伸明（2021 年 2 月 18~19 日）ニホンザルの心同利用研究センターの改修・増築について -運用開理的ストレスによる脱毛の軽減策と効果第 43 回 生

始までの道のりと問題点-．第 43 回 生理学技術研

理学技術研究会（Web 開催）

究会（Web 開催）

119生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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 ······························································· 125

2.

水生動物の環境適応を支える温度感受性 TRP チャネルの研究 ·········································· 125

3.

イソギンチャク近縁種から単離した新規神経毒の作用機構に関する研究 ································· 126

4.

Protease inhibitors as Kv channel gating modifiers ························································ 1275.

新規蛍光ドーパミンセンサーの培養海馬神経細胞における動作検証 ····································· 127

6.

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 ··············································· 1287.

体温センサーTRP チャネルによる代謝制御機構の解明 ················································ 1288.

蚊の唾液の鎮痛効果に関する研究 ··································································· 129

9.

昆虫からみた種間の攻防を支える TRP チャンネルの関与 ·············································· 129

10. 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 ··········································· 130
11. 温度感受性 TRPV チャネルとメカノセンシング······················································· 131
12. マウス心筋前駆細胞 ACMs の起源および生理的意義の解明 ············································ 131
13. 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 ························· 132
14. 末梢組織代謝を制御する神経回路に対して糖尿病改善因子 R spondin 1 が及ぼす作用の解明 ················ 132
15. 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 ··········································· 133
16. 神経積分器と小脳を結ぶ神経回路の解明 ····························································· 133
17. 発達期 DGL ノックアウトマウスにおける抑制性シナプス入力の測定 ····································· 134
18. 聴覚系の大脳皮質-大脳基底核ループの神経回路の解明 ················································ 135
19. 骨形成過程における骨細胞動態の in vivo イメージング解析 ············································ 135
20. 機能性抗体を用いた血管内皮細胞の炎症応答に伴う細胞表面分子が内在化される動態の超解像精密解析 ····· 136
21. 生体深部イメージング用高分子ナノ薄膜の創製と機能評価 ············································· 137
22. 2 光子スピニングディスク共焦点顕微鏡による細胞骨格組織化の研究 ··································· 137
23. 新規 2 光子励起色素創製を目指した設計・合成・構造解析・機能評価研究 ······························· 138
24. 2 光子励起顕微鏡を用いた先進的生体がんイメージング法の開発 ······································· 138
25. 視線を手がかりとした他者の情動理解における上丘の役割の解明 ······································· 139
26. マーモセット及びマカクザルを用いた視覚的注意に関わる神経回路の網羅的解明 ························· 140
27. ジストニアパーキンソニズム等神経疾患病態モデルマウスを用いた神経機能の解析 ······················· 140
28. 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 ············································· 141
29. 不随意運動発生のメカニズムの解析 ································································· 141
30. チック症の病態メカニズム解析 ····································································· 142
31. 神経麻痺性角膜症に対する TRP チャネルの影響 ······················································ 142
32. 統合失調症モデル動物の脳波ダイナミックス解析手法の開発 ··········································· 143
33. 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 ··················· 143
34. 運動学習のための神経回路基盤の解明 ······························································· 144
35. 大脳皮質運動野ソマトスタチン細胞の機能的多様性 ··················································· 145
36. CLEM による前頭皮質 6 層錐体細胞のシナプス結合の解析············································· 145
37. 大脳皮質運動野における視床投射神経終末の標的神経構造の電顕による解析 ····························· 146

123

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告

38. In vivo two-photon imaging of cortical neurons during pain ················································· 147
39. 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 ······························ 148
40. 概日時計の分子機構に関する細胞内 Ca2+ の動態解析 ·················································· 148
41. 新規蚊媒介性ウイルスの多型の構造解析 ····························································· 149
42. ファージ療法の実用化に資するバクテリオファージの感染・増殖機構の解明 ····························· 149
43. ノロウイルスの高分解能構造解析 ··································································· 150
44. ハプト藻類の脂質体の構造機能解析 ································································· 150
45. アミロイド β タンパク質のアミロイド線維の精密構造解析 ············································· 151
46. 真核生物の繊毛構築のための輸送機構の構造学的解明究 ··············································· 151
47. 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 ····························· 152
48. 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 ········································· 152
49. ラット・ウサギの発生エピゲノム比較解析 ··························································· 153
50. 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 ······································· 154
51. 神経スパインの形態学的解析に関する共同研究 ······················································· 155124

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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+ チャネル hERG は

電気生理学的に解析した。アフリカツメガエルの卵母細膜電位に応じて構造変化し，K+ の膜透過を制御すること

胞に hERG 野生型および，その変異体 21 種を発現させ，で，心臓の正常な機能に関わる。Gating modifier toxin で2 電極膜電位固定法を行い，APETx1 の添加前後で hERG

ある APETx1 は，hERG の静止状態における電位センサ

電流を測定した。その結果，hERG 変異体 21 種のうち，ードメイン（VSD）に結合し，hERG を阻害することが知5 種で APETx1 の阻害活性が有意に減少した。hERG 阻られている。しかしながら，これまでに，膜電位存在下

害活性が減少した変異部位は，既知の hERG 活性化状態で生じる hERG の静止状態の立体構造は未解明であり，の構造上では互いに離れた位置に存在した。

APETx1 の hERG 結合様式は不明である。そこで本研究

そこで，hERG-VSD の電位センサーである S4 ヘリック

では APETx1 および hERG の変異体を用いた電気生理学

スの位置をシフトさせた複数の立体構造をモデリングし，的解析により，APETx1 による hERG 阻害機構の原子レAPETx1 との docking simulation を行ったところ，ヘリック

ベルでの解明を目的とした。

ス 1～2 ターン分 S4 を細胞内側にシフトしたモデルで，我々は，APETx1 の 1 残基変異体 15 種を調製し，パッAPETx1 による hERG 阻害が変調を受けた hERG 残基が近チクランプ法により，APETx1 の変異体添加時の hERG

接し APETx1 との相補的表面を形成した。この docking

電流を測定した。その結果，hERG 阻害に重要な役割をmodel は，今回の変異体を用いた一連の電気生理学実験結果たす APETx1 の 4 残基（F15, Y32, F33, L34）を同定し果を矛盾なく説明するものであることから，APETx1 のた。これらの残基は，この APETx1 の分子表面上で局在

hERG 阻害様式を反映していることが示唆された。

しており，hERG 阻害に関わることが示唆された。

Reference

さらに，hERG 変異体に対する APETx1 の阻害活性を

Matsumura K. et al. BMC Mol. Cell Biol. 22, 3 (2021).

2. 水生動物の環境適応を支える温度感受性 TRP チャネルの研究齊藤

修，北野友惟，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，様々な環境に棲む魚類や両生類などの水化される特性があることなどが明らかになった。そこで，

生動物がどのような特徴を持つ温度感受性 TRP 群を発

本年度は，ミナミメダカと異なった環境に生息する魚類

現し，如何に環境適応や生存戦略に役立てているかを解

2 種，即ち，低水温の湧水帯に棲むイトヨと高水温の熱明する。

帯に近いハイナン島に棲むメダカの近縁種ハイナンメダ
カが，各々どのような性質の温度感受性 TRP を持ちどう

陸生動物の主要な侵害刺激センサーは，6 種の温度感
受性 TRP チャネル（TRPA1,V1-4,M8）である。それらを環境適応しているのか解析することにした。

活性化する温度閾値はチャネルごとに異なり，各温度域

低水温を好むイトヨについては，まず TRPA1 に注目をカバーしている。一方，水中に棲む魚類には，して cDNA を単離し，電気生理学的な機能解析を行った。

TRPA1,V1,V4 の 3 種の遺伝子しか存在しない。そこで，結果，化学物質応答については，代表的な TRPA1 リガン

ミナミメダカを主なモデルに魚類の温度感受性 TRP を

ドの AITC，MA，carvacrol によって活性化された。一方，

解析した結果，特に高温応答については，魚類 TRPA1 と高 温 応 答 性 に つ い て は ， ミ ナ ミ メ ダ カ の TRPA1 やV1 には明確な高温閾値がなく 25℃付近から緩徐に活性TRPV1b に比べ，顕著に大きな高温活性化が検出された。

125

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告

今後，詳しい比較検討が必要であるが，暫定的な温度係応答性が検出され，高温応答についても 25℃付近から緩数 Q10 は，陸上動物のように高く 11 程度算出され，ま徐に高温活性化された。よって，ハイナンメダカの高温

た高温閾値は 24℃付近であった。よって，イトヨの生態適応には他の TRP が関与している可能性が考えられた。

的特徴と TRPA1 の機能がよく一致すると考えられた。

一方，高い塩水適応性を示すミナミメダカの TRPV1b に

次にハイナンメダカの TRP については，まずメダカでは高浸透圧応答性が存在する事を見出していたが，ハイ

全身の感覚神経に発現している TRPV1b に注目してナンメダカ TRPV1b には有意な応答が検出されなかった。

cDNA を単離し，電気生理学的な機能解析を行った。結そこで，今後はハイナンメダカの塩水適応性との関連を

果，ミナミメダカ同様，カプサイシン非感受性で 2-APB

解析してゆく。

3. イソギンチャク近縁種から単離した新規神経毒の作用機構に関する研究
本間智寛（東海大学 生物学部）
陳

以珊，下村拓史，久保義弘（生理学研究所）

イソギンチャクの毒には，タンパク質性の溶血毒とペツノサンゴ目は骨軸とよばれる硬い骨格を有し，骨軸プチド性の Na チャネル毒と K チャネル毒の神経毒があに多数の小さなポリプが群体を形成しているので，骨軸る。なかでもペプチド毒は，その特異な作用機構から，を数センチ毎の長さで切断し，その重量に対する 5 倍量

貴重な薬理学的試薬として利用され，多発性硬化症の治のイオン交換水を加えてホモジナイズして抽出を行った。

療薬としても開発中である。代表者は，サワガニに対す

その後，冷却遠心分離し，得られた上清を粗抽出液としる毒性を指標に，従来のイソギンチャク毒とは異なる一た。
粗抽出液のサワガニ毒性は，両種で致死と麻痺活性（反次構造の新規ペプチド毒を数多く単離してきた。
一方，刺胞動物イソギンチャクは，花虫綱六放サンゴ

転させて起き上がれない状態）ともに認められた。ムチ亜綱のイソギンチャク目に位置するが，同亜綱の他の目

カラマツの致死活性はウミカラマツより 4 倍強かったが，に属する「イソギンチャク近縁種」における毒成分は，

ウミカラマツでは致死と麻痺活性との間の毒性の強さにほとんど調べられていない。予備実験では，ハナギンチ

開きがあり，麻痺活性は単に致死成分が希釈されたこと

ャク目からの 1 種，ホネナシサンゴ目からの 2 種についにより毒性が弱まったものではなく，致死成分とは別に，て，サワガニに強い神経毒性を示す毒成分が存在し，そ麻痺のみを引き起こす毒成分の存在が示唆された。

れらは従来のペプチド毒とは異なるタンパク毒と判明し，サワガニでの症状は，従来のイソギンチャクの Na チ
ャネル毒や K チャネル毒での症状に似ていた。現在，粗精製を進めている。
本研究では，「イソギンチャク近縁種」にはまだ数多

抽出液のアフリカツメガエルの卵母細胞に発現させた電くの未発見の新規神経毒が存在するとの想定のもと，そ位依存性の Na チャネルや K チャネルへの作用を解析しれらの単離と構造解析，作用機構の解明を行い，有効利ている。今後は，精製途中にある予備実験での近縁種に用に資することを目的とした。

加えて，ツノサンゴ目の 2 種についても，阻害作用が認められたチャネルに対する毒性を指標として，新規神経

今回，近縁種のツノサンゴ目のウミカラマツとムチカ
ラマツの 2 種を入手したので，粗抽出液を調製し，サワ

毒の精製を進めていく予定である。

ガニに対する毒性試験を行った。

126

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告

4. Protease inhibitors as Kv channel gating modifiers
和田広夢，滝本浩一（長岡技術科学大学）
下村拓史，久保義弘

あるいは発現系に内在する因子に非共有結合的に作用す研究試薬として使用されるセリンプロテアーゼ阻害剤
PMSF は，HEK293 細胞に発現させた Kv4.3 チャネルのることにより効果を発揮することを示唆する。

不活化を促進する。PMSF はプロテアーゼの活性セリン

チャネル不活化は，N 端に存在するペプチドがチャネ残基を共有結合修飾することにより効果を発揮すること

ルの細胞内側を塞ぐようにして生じる N 型，ポア及び Cから，チャネル中の特定アミノ酸残基の修飾が不活化促

端領域が関与しチャネルの細胞外側における構造変化に進の要因であることを想定した。本共同研究では，アフよる C 型（P/C 型）に大別される。PMSF がどちらの不リカツメガエル卵母細胞を発現系として，PMSF による活化機構に影響を与えるかを検討するために，N 端ペプ

効果の可逆性，Kv チャネル特異性，さらに不活化促進機

チドを欠損し N 型不活化を示さない Kv4.2（Kv4.2 Δ N19），

構解明に向けた実験を行った。

Kv4.3（Kv4.3 Δ N19）及びショウジョウバエ Shaker チャ

PMSF は，卵母細胞に発現させた Kv4.2，Kv4.3，Kv2.1

ネル（Shaker Δ N6-46），さらに C 型不活化を欠失した及びショウジョウバエ Shaker チャネルの不活化を促進す

Shaker チャネル（ShakerT449V）を用いた。PMSF は，全る傾向を示した。また，哺乳類細胞に発現させた Kv4.3ての N 端欠損チャネルの不活化を促進した。逆に，単一チャネルでは見られないピーク電流量の減少も観察されアミノ酸置換 Shaker チャネルの不活化には影響を与えなた。不活化の促進及びピーク電流量の減少は可逆的であかった。これらの結果は，PMSF が Kv チャネルの C 型

り，灌流による薬剤除去により回復した。これらの結果不活化に影響することを示す。また，PMSF は，野生型

は，PMSF のチャネル阻害効果は，チャネル中のアミノばかりでなく C 型欠失 Shaker チャネルも含めた全ての酸残基の共有結合修飾によらないことを示す。また，

チャネルのピーク電流量を可逆的に減少した。そこで，

PMSF は多様な Kv チャネルに対して阻害効果を発揮す

PMSF には C 型不活化の促進とピーク電流量の減少といることから，この薬剤が調査したチャネルに共通な構造

う２つの区別可能な作用がある可能性がある。

5. 新規蛍光ドーパミンセンサーの培養海馬神経細胞における動作検証竹内倫徳（Department of Biomedicine, Aarhus University）
中本千尋（Department of Biomedicine, Aarhus University；共同利用研究者）＜具体的な研究成果＞＜研究目的＞
1)

新奇な体験は記憶の固定化を促進するが，その責任領

DA 赤色蛍光タンパク質センサーの発現確認
ラット胎児（E18）より海馬初代培養神経細胞を作製し，域は海馬である。申請者は，海馬において青斑核由来のドーパミン（DA）放出が記憶の固定化に重要であること

センサー発現ベクターを Lipofectamine2000 により導入を示した（Takeuchi et al., Nature, 2016）。海馬における青した。4-7 日後に蛍光顕微鏡を用いて，ライブセルイメー

斑核由来の軸索より放出される DA を直接検出するためジングを行い，センサーの細胞膜への発現を確認した。

に，新規 DA 赤色蛍光タンパク質センサーを開発した。

さらに，DA による蛍光変化率の変化を確認した。その本共同研究の目的は，神経細胞レベルでのセンサーの動後，DA の添加濃度を変化せる，用量反応曲線を作製し，作確認である。そのために，ラット海馬初代培養神経細DA に対する EC50 を算出した。

胞を用いて，DA 赤色蛍光タンパク質センサーの動作確

2)

タイムラプスイメージングによるセンサーの詳細な性能評価

認をおこなった。

127

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告1）と同条件で作製した初代培養神経細胞に，DA 赤色の蛍光変化率がベースラインレベルに戻ることを確認し蛍光タンパク質センサー発現を導入し，タイムラプスイ

た。また，この DA センサーが，ノルアドレナリン存在

メージングをおこなった。その結果，DA の添加によって下でも特異的に DA を検出できることを確認した。

蛍光変化率が変化し，アンタゴニストの添加によってそ

これらの研究成果は，現在論文として投稿中である。

6. 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告されている。一方，カメの生殖腺細胞は，GSK1016790Aする。温度依存的な性分化のトリガーを明らかにするこに対して緩やかに蛍光が増強された。HEK293 細胞に比べとは，その下流の細胞内イベントがどのように誘導されて応答は弱いものの，カメの生殖腺細胞において TRPV4

るかを理解するうえで重要である。本研究は，温度感受が発現している可能性が示唆された。今後，薬剤応答と温性 TRP チャネルに着目し，TRPM8 及び TRPV4 の性決定度応答についてさらに検証していく。
【実験②】本年度は，共同研究者である富永研究室，への寄与を明らかにすることを目的とする。本年度は，
以下２つの実験を実施した。

齋藤茂博士の協力のもと，カメ TRPV4 及び TRPM8 を【実験①】本年度は，カメの生殖腺における TRPV4 や

Xenopus 卵母細胞に強制発現させ，薬剤および温度応答

TRPM8 の生理的応答を検証するため，Ca2+ イメージングを計測した。予備的な結果ではあるが，TRPM8 は低温刺によって生殖腺細胞における TRP のアゴニストに対する激によって活性化されることがわかり，以前実施した卵応答を解析した。まず，孵化後のクサガメ（Mauremys

殻表面への薬剤塗布実験で使用したアゴニスト及びアン

reevesii）の生殖腺を摘出し，酵素処理によって分離した細タゴニストに対する応答も確認した。カメ TRPV4 におCa2+ インジケータ

いては，TRPM8 と同様に薬剤応答は確認されたものの，胞を一晩培養した。培養した細胞に

Fluo-4 を取り込ませ，TRPV4 のアゴニスト（GSK1016790A）

安定した温度応答の結果は得られなかった。これは，を灌流させた際の蛍光強度を観察した。その結果，アゴニ

HEK293 細胞を用いた時と同様に，細胞膜の安定性など

ストの投与に伴い蛍光強度が高まる細胞を確認した。ワニが原因と考えられる。しかし，HEK293 細胞に比べればにおいて，TRPV4 を強制発現させた HEK293 細胞は，良好な結果が得られているため，今後は Xenopus 卵母細GSK1016790A に対して急激に蛍光強度が高まることが報胞を用いてさらなる追試を実施する必要がある。

7. 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）

Transient receptor potential melastatin 2 (TRPM2) は体温

析を中心に行った。

域の温度により活性化を受けることから，我々は体温セ

TRPM2 リン酸化候補部位として同定されたスレオニ

ンサーとしての機能に注目し研究を進めてきた。これま

ン残基は，TRPM2 の内因性リガンドである Adenosine

でに，TRPM2 と代謝センサーとして知られるサーチュイ

diphospho ribose (ADPR) の結合部位に近接していたこと

ン分子（SIRT1）との間に機能連関が存在し，プロテイン

から，TRPM2 単独発現 HEK293T 細胞を用いた全細胞電キナーゼ C（PKC）による TRPM2 リン酸化を介してその流測定により，ADPR 活性化 TRPM2 電流への影響を検効率化が行われることを明らかにしてきた。本年度は，討した。その結果，PKC 活性化剤であるフォルボールエ

TRPM2 リン酸化による TRPM2 機能調節機構に関する解

ステル（PMA）処置により低濃度の ADPR により誘発さ128

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告れる TRPM2 電流が有意に増加することが明らかになっう可能性が示唆された。

た。しかしながら，リン酸化候補部位であるスレオニン研究代表者は，これまでに TRPM2 のメチオニン酸化

残基をアラニン置換したリン酸化欠失変異体，グルタミが活性化温度閾値の調節にかかわることを示してきた。

ン酸に置換したリン酸化模倣変異体は，いずれも ADPR

今回明らかとしたスレオニン残基および上述のメチオニによる TRPM2 活性化が減弱していたため，当該スレオン残基はいずれも，ADPR 結合部位の近傍に位置するこニン残基のリン酸化による TRPM2 活性制御への寄与をとから，これらの領域が閾値調節ドメインを形成してい明らかにすることができなかった。一方，TRPM2 リン酸

る可能性が示唆される。本研究結果は，体温センサーTRP化による TRPM2 活性化温度閾値への影響を検討したとチャネルの活性化温度閾値が如何にして決定されるのかころ，PMA 処置により活性化温度閾値の上昇が認められ，を知る糸口となると期待されるものであり，今後さらにTRPM2 リン酸化は TRPM2 機能に対して多彩な修飾を行

本成果を発展させたい。

8. 蚊の唾液の鎮痛効果に関する研究
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）

人間が蚊に刺されても痛くないのは，針が細く皮膚のウス TRPV1, TRPA1 電流を抑制し，TRPA1 の抑制効果の痛点を避けやすいことと，唾液に麻酔効果があることと方が大きかった。95 度 20 分の熱処理で抑制効果が消失し言われている。しかしながら後者に関しては，唾液の中たことから，唾液に含まれるペプチド成分が有効成分と推に血液凝固を阻害する物質があり，このため間接的に発定した。これまで鎮痛効果のある唾液成分として知られる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，sialorphin の効果を検討したところ，蚊頭部ホモジェネー

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

ト や マ ウ ス 唾 液 と 同 様 に 濃 度 異 存 的 に ヒ ト TRPV1,

れていない。痛みを受容するチャネルである TRPV1，

TRPA1 電流を抑制し，脊髄神経の発火も抑制した。

TRPA1 を発現した細胞に唾液を投与し，その際の神経活

最後に，蚊頭部ホモジェネートと sialorphin はマウス後動を捉えて評価することでこの問題の解明に挑んだ。

根神経節細胞におけるカプサイシン活性化電流，カプサイ

サンプル溶液の作成は関西大学にて，大日本除虫菊株式シンによる細胞内 Ca2+ 濃度上昇，AITC による細胞内 Ca2+

会社より提供された蚊の頭部サンプル（頭部を 50 匹分使

濃度上昇を抑制した。また，カプサイシンと AITC のマウ

用，0.9%生理食塩水中にてホモジナイズ，遠心分離機にてス足底投与による痛み関連行動も蚊頭部ホモジェネートと15,000rpm，15 分間遠心分離した）を調整した。蚊頭部ホ

sialorphin で抑制された。蚊唾液は，TRPV1, TRPA1 を抑制

モジェネートは，HEK293 細胞においてヒト TRPV1,

することで穿刺痛の軽減をもたらしているものと推定され

TRPA1 電流を濃度 依存的に抑制した。効果は TRPA1 抑る。また，ヒトを含む哺乳類がけがをした場所を舐めるの制の方が大きかった。マウス唾液も同様に濃度依存的にマは，唾液による鎮痛効果を考えてのことかもしれない。

9. 昆虫からみた種間の攻防を支える TRP チャンネルの関与
保智己（奈良女子大学 理学部）

多くの植物はシアン化合物を化学防除因子として利用

植物特有の，グルコシノレートと β-グルコシダーゼ（食害しているが，アブラナ科植物は防御物質としてイソチオシ

によりイソチオシアネートを生成する）を用いる防御の特アネートを利用するよう独自に進化してきた。アブラナ科

徴を解明するため，野生型と防御システム関連の突然変異

129

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告型のシロイヌナズナ実生の破砕物がクロキンバエの食欲

本共同研究ではこの進化したアブラナ科植物の化学防に及ぼす影響を比較した。その結果，野生型の破砕物はハ

御システムによる昆虫の食欲抑制の分子基盤の解明を目

エの嗅覚に訴えて食欲を減退させるだけでなく，味覚にも的とし，イソチオシアネート受容体の候補と想定される

訴えて摂食を刺激する糖受容神経の応答を抑制するとと

TRPA1 の活性を調べようと考えた。

もに毒物受容神経の応答を引き起こす 2 重 3 重の作用にクロキンバエの TRPA1 のクローニングのため，ゲノム配よりハエの摂食行動を効果的に抑制することができるが，

列データベースを精査して TRPA1 に相当する配列を見出変異型にはそのような効果がないことが分かった。一方，した。クロキンバエ TRPA1 には N 末端に 2 種類のバリア

アブラナ科以外の多くの植物にみられるシアン配糖体とントが存在したが，その両方をクローニングすることに成

β-グルコシダーゼ（食害によりシアン化水素を生成する）

功した。この TRPA1 を培養細胞に発現させ，イソチオシアを用いる防御システムは食欲抑制ではなく強い致死効果

ネートを化学防除物質としてもつシロイヌナズナのi) 野生を示すことから，植物が食植生昆虫の食害から身を守るた型と，ii) イソチオシアネート前駆体であるグルコシノレー

めに発達させてきた化学防御システムは，大規模な食害をトの分解酵素を持たない幼体植物摩砕抽出物，さらに，iii)

被りながら相手を殺す古い形から，相手の化学感覚を標的最近同定したシロイヌナズナ由来の 13 種のイソチオシアに食欲を減退させ双方に軽微なダメージで済ます新しい

ネート成分それぞれに対する応答を測定する予定であった形へと，植物－昆虫間に Win－Win な関係性を生む方向へ

が，COVID-19 の感染拡大のため実施することができなか

進化してきたと考えられた（論文準備中）。

った。この測定は次年度の課題として申請したい。

10. 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（静岡県立大学 食品栄養科学部 環境生命科学科）
富永真琴（生理学研究所／生命創成探究センター）

いくつかの TRP チャネルは多刺激受容体として機能し，おいて有意に不活性化が遅くなった。Q915 においてアラ細胞内外環境をセンスして情報を電気信号に変換していニン変異体とグリシン変異体で不活性化への影響が異なる。TRP チャネルのうち 11 は温度センサーとしても機能っていたが，MD シミュレーションによる構造解析を行っしていることが明らかになりつつあるが，これら温度依存た結果 Q915G はイオン選択フィルターの構造を不安定化性を持ったチャネルが温度によって活性化されるメカニさせたことから，ヘリックス構造の不安定化に伴うイオン

ズムは明らかにされていない。本研究は，TRP チャネルと選択フィルターの不安定化が不活性化を遅延させている

細胞膜脂質との相互作用に焦点を当て，TRP チャネルの温可能性が考えられる。ヘリックス構造電位依存的不活性化

度依存的活性化メカニズムを明らかにすることを目的とに関与する pore helix のうち特に関与の強い C 末側の４アして行った。

ミノ酸（Y913，L914，Q915，I916）をグリシンに置換した

TRPM5 チャネルを HEK293T 細胞に強制発現させ，電変異体（TRPM5/4G）の温度依存性を観察した結果，これ

気生理学的解析を行った。その結果，TRPM5 チャネルは

ら変異体においても野生型と同様の温度依存的活性化並

負の膜電位において速い不活性化（~20 ms）が観察された。

びに不活性化が観察された。

この電位依存的不活性化は膜貫通領域（TM）チャネルの精製した TRPM5 チャネルを人工的に調製した脂質二重ポアを形成する TM5 と TM6 の間の pore helix 領域（L901

膜に再構成し，電気生理学的解析を行った。温度依存的活〜I916）のアミノ酸をアラニンに置換すると Y913A，
I916A

性化並びに不活性化は POPC：POPE＝3：1 の脂質二重膜

変異体においてのみ有意に不活性化が遅くなった。次に，中で観察された。脂質二重膜に 30％コレステロールを添

ヘリックス構造を不安定化させるグリシンに置換させ変加すると温度依存的活性化が増強された。

異体を解析した結果，L901G，Y913G，Q915G，I916G に130

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第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告11. 温度感受性 TRPV チャネルとメカノセンシング
吉本怜子，内野加穂，本田裕子，城戸瑞穗（佐賀大学）

私たちの身体は常に温度や機械的な刺激にさらされてに，上皮細胞の細胞移動への TRPV4 の影響を調べた。新おり，多様な刺激に応じ組織を構築し適応している。温生マウスから採取した口腔粘膜上皮細胞の細胞移動を比度や機械的な刺激により活性化される受容体やシグナル較すると，TRPV4 遺伝子欠失マウスから採取した細胞は伝達経路などについての研究が進展に伴い，新たな知識

野生型マウスから採取した細胞よりも，移動距離が長く，が蓄積されているが，その適正な維持や組織損傷に対す速い移動を示した。TRPV4 は細胞内で線維状の局在を示る治癒の機構は十分に明らかに成ったとは言えない。

し，細胞骨格である線維状のアクチンと密接な関係を示

私たちは，多様な温度そして機械的な刺激に曝されてしていた。細胞の移動を促進し，を行い，治癒を上皮細いる口腔をユニークなモデル系として，膜機能タンパク

胞の挙動に TRPV4 が与える影響について解析を行った。

複 合 体 と し て 温 度 感 受 性 Transient Receptor Potential

さらに，異なる温度における培養において，TRPV4 遺伝(TRP) チャネルの機能を解析している。共同研究では，

子欠失マウスから採取した細胞は野生型マウスから採取

口 腔 上 皮 に お け る 温 度 お よ び 機 械 刺 激 感 受 性 TRPした細胞と比較し，細胞間の接着が緩やかであった。
これらの結果は，薬理学的な TRPV4 の刺激あるいは

Vanilloid 4 (TRPV4)を対象とし，上皮細胞の移動および細胞間接着における解明を目指した。野生型および TRPV4

抑制においても確認された。

遺伝子欠失マウスを用いて，口蓋粘膜に 1.5mm パンチに以上のことから，TRPV4 が口腔上皮において，細胞移よる創傷を与え治癒を比較した。TRPV4 遺伝子欠失マウ動の抑制に関与することが示唆された。今後は，その詳スの創部は野生型マウスより早期の治癒を示した。さら細な機構，分子標的について検討して行く予定である。

12. マウス心筋前駆細胞 ACMs の起源および生理的意義の解明
尾松万里子（滋賀医科大学 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）

我々は，マウスの心臓から単離した培養細胞群の中にペプチド（ANP）」を発現していることに注目し， ANP

拍 動 す る 新 規 の 細 胞 を 見 出 し ， Atypically-shapedを細胞マーカーとして ACMs の心臓における局在・起源

cardiomyocytes (ACMs)と命名した。哺乳類の心臓に存在を調べ，その生理的意義を明らかにすることを本研究のする細胞は心筋細胞だけではなく，内皮細胞，血管平滑目的とした。今回，ANP 発現細胞を GFP で標識するた筋細胞，心筋幹細胞あるいは前駆細胞に分類される種々

め，ヒト ANP プロモーター下流に AcGFP を連結したアの幹細胞など，多くの種類の細胞が存在しており，マウ

デノ随伴ウイルスベクター（pANP-GFP）を作製した。こスでは心臓を構成する全細胞における心筋細胞の割合はのベクターを 1 週齢のマウスに腹腔内投与（1.0×1010 vg/

約 56％とされている。一方，心臓内での心筋細胞の再生個体）し，10 週齢以降を pANP-GFP マウスとした。また，

現象は，その速度や割合が非常に低いため，一度死滅しコントロールとして，ニワトリ cTnT (cardiac troponin T)

た心筋組織が再生・修復されることはない。我々は，プロモーター下流に AcGFP を連結した pcTnT-GFP ベク

ACMs の細胞機能解析を進めてきた結果，ACMs は終生

ターを作製した。pANP-GFP マウスの心臓から ACMs をにわたって心臓に存在する心筋前駆細胞あるいは未熟な調製したところ，拍動する細胞は，GFP と ANP を共発現

心筋細胞の一種であると考えられた。ACMs は心室組織していることが確認できた。pANP-GFP マウスの心臓をから単離されるにも関わらず，成体の心室筋細胞には発固定して得られた心房組織切片について蛍光顕微鏡を用現していないタンパク質である「心房性ナトリウム利尿

いて観察すると，GFP 陽性細胞のみが ANP を発現して131

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第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告いたことから，GFP は ANP 発現細胞に特異的に発現しることが明らかになった。さらに，横行大動脈結紮手術ていることが確認された。次に，GFP シグナルを ACMs

による肥大心モデルでは，GFO シグナルの増加みられたの細胞マーカーとして用いて心室組織内での分布を調べため，既存の細胞に融合している可能性が考えられた。

たところ，ACMs は心室筋の間隙に瀰漫性に存在してい

13. 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）
村田遼太（熊本大学大学院 薬学教育部 薬剤学分野）が抑制され，心不全病態が有意に改善した。

ドキソルビシン（DOX）の重篤な副作用として心毒性が知られており，その発生機序については酸化ストレス

Dox 誘発心筋症群で観察された心筋組織中の酸化ストや炎症の関与が示されてきた。そこで我々は，内因的なレスや炎症性サイトカインの増加は HSA-Trx 投与により抗酸化・炎症制御タンパク質であるチオレドキシン（Trx）

有意に抑制された。また，病態群で観察された心筋萎縮に着目した。外因的な Trx の投与は血中からの消失が速因子（atrogin-1, myostatin）の発現増大は HSA-Trx 投与にく，標的臓器利用率の低さが臨床応用における課題であより有意に抑制された。その際，病態群では心臓中の内る。そこで，アルブミン（HAS）と遺伝子工学的に融合

因性 Trx の発現低下や macrophage migration inhibitory factor

し，Trx の血中滞留性を延長した HSA-Trx 融合体を作製(MIF）の発現亢進が認められたが，これらの変化は HSA-

し（ピキア酵母発現系），DOX 心筋症に対する治療介入

Trx の投与により健常レベルまで回復した。加えて，心筋を試みた。マウスに Dox (3 mg/kg) を週 3 回の頻度で腹組織におけるマクロファージ M2 マーカーが HSA-Trx 投

腔内投与したところ，Dox 投与 4 週間後において，心筋与により増加していた。従って，内因性 Trx の保持や MIF

萎縮の指標である心重量の低下や間質の線維化が観察さの発現抑制，並びにマクロファージの M2 化が病態改善れたことから，Dox 誘発心筋症を呈していることが確かに一部寄与する可能性が示唆された。ラット初代心筋細められた。本心筋症マウスに対して，病態形成が認めら胞を用いた検討から，Dox 添加後の心筋細胞萎縮や細胞れた Dox 投与 2 週後から，HSA-Trx を週 3 回の頻度で 2

内 ROS 産生の亢進は，HSA-Trx 投与により抑制された。

週間に渡り静脈内投与したところ，病態群で観察された

本研究では，DOX 心筋症に対する HSA-Trx の有用性

心重量の低下，間質の線維化や心筋障害マーカーの上昇を実証した。

14. 末梢組織代謝を制御する神経回路に対して糖尿病改善因子 R spondin 1 が及ぼす作用の解明
戸田知得，李明亮（北海道大学大学院 獣医学研究院 生化学教室）

回路を標識し，肥満による変化および R spondin 1 を投与【目的】

した時の変化を観察する。

脳には血糖値の増減を感知し末梢組織の代謝を調節し【方法】て血糖値を一定に保つ機能がある。肥満はこの機能を破綻させ，糖尿病発症の一因となる。申請者は肥満によるマウスを通常食または高脂肪食（45 kcal %脂肪含有，

血糖値感知機能の低下を改善する R spondin 1 を発見しResearch Diet, D12451）で 8 週間飼育した後，仮性狂犬病た。しかし，その作用機序は不明である。本研究はウイ

ウイルス（Pseudorabies virus: PRV）を下肢のヒラメ筋に

ルスベクターを用いて，末梢組織の代謝を調節する神経投与し，5 日後に脳内で標識される神経細胞を観察した。

132

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告高脂肪食飼育群は 2 群に分け，それぞれ脳室内に生理りもそれぞれ増加または減少した。R spondin 1 を投与す

食塩水または R spondin 1 を 1 日 1 回，5 日間投与した。

ると，DMH および LC での PRV 陽性細胞数の変化が通【結果】

常食マウスと同程度に戻った。

通常食マウスの脳において，raphe pallidus, nucleus of the【考察】solitary tract, rostral ventromedial medulla, locus coeruleus

高脂肪食による肥満は，DMH および LC における神経(LC), subcoeruleus nucleus, lateral hypothalamus, dorsomedial

回路を変化させて骨格筋の機能を低下する可能性がある。

hypothalamus (DMH), paraventricular hypothalamus などに

R spondin 1 は DMH および LC における神経回路の変化

PRV 陽性細胞が確認できた。高脂肪食で飼育すると PRVを回復し，肥満による糖代謝の悪化を改善するかもしれ

陽性細胞の数が DMH および LC で通常食飼育マウスよない。

15. 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，河村菜々実（大阪大学大学院）

本研究課題の目的は，マウス大脳皮質バレルや 4 層に視床中継細胞からの入力を得る効率が非常に悪く，共通

おいて双方向性シナプス結合関係にある興奮性神経細胞

入力有無の検証は困難となった。そのため，視床軸索をが視床からの共通入力を受けているかどうかを検証し，刺激する方法として，視床へチャネルロドプシンを発現

双方向性シナプス結合の形成メカニズムを明らかにする

するアデノ随伴ウイルス（AAV）を用いることとした。

ことである。細胞系譜を可視化するために，蛍光タンパ

視床へ AAV を感染させた 1 週間後に急性スライスを作クを発現する iPS 細胞を樹立し，野生型マウスの胚盤胞

製し，皮質神経細胞からホールセル記録を行った結果，へ移植することでキメラマウスを作製した。これは，生視床軸索の応答を効率よく得ることができるようになっ

理学研究所遺伝子改変動物作製室の協力を得て行った。

た。しかし，本目的である双方向性シナプス結合関係に

キメラマウスから脳スライス標本を作製し，ホールセル

ある興奮性神経細胞が視床の単一の中継細胞から共通入パッチクランプおよびレーザースキャン光刺激法により，力を受けているかどうかを検証するためには，単一軸索

同一細胞系譜の神経細胞が双方向性結合関係にある場合を刺激する必要がある。そのため，単一軸索を刺激出来と結合関係にない場合において，視床中継細胞から共通ているかどうかの判断を刺激に対する応答の出現頻度が入力を受けるかどうかを検証するために，視床と皮質を

約 50%になるような AAV の感染量およびレーザー強度含む急性スライスを作製しバレル野 4 層の蛍光タンパク

やレーザー照射時間の検討を行った。今後は，その条件発現細胞からダブルホールセル記録を行い，レーザー照を確定し双方向性シナプス結合関係にある興奮性神経細射によりグルタミン酸に変換されるケージドグルタミン胞が視床からの共通入力を受けているかどうかを検証し酸を用いて，視床へのレーザー照射を行った。その結果，たいと考えている。

16. 神経積分器と小脳を結ぶ神経回路の解明
齋藤康彦（奈良県立医科大学）
吉村由美子（視覚情報処理研究部門）

視線の保持には脳幹の神経積分器と呼ばれる領域が関カハール間質核（INC）が神経積分器として関与している

与し，神経積分器と前庭小脳との神経回路がその機能にが，INC から前庭小脳への神経経路は明らかにされてい重要であることが示唆されている。垂直系の視線保持はない。本研究では，まずトレーサーを用いた解析を行う

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一般共同研究報告

ため，Alexa 488 標識デキストランをラットの前庭小脳のの PHN と MVN の片側に注入した。5 日後灌流固定し，片葉または虫部垂・小節に注入した。その結果，逆行性

脳組織標本を蛍光顕微鏡で観察した。実験を行った 4 匹

標識されたニューロンは舌下神経前位核（PHN）や内側のラットすべてにおいて，GFP と RFP を共発現するスタ

前庭神経核（MVN）に存在したが，INC には存在しなかーター細胞が PHN および MVN に存在し，さらに狂犬病った。従って，INC から前庭小脳への直接投射の可能性

ウイルスがスターター細胞から一つシナプスを超えて逆は低いことが示唆された。次に，狂犬病ウイルスを用い

行性感染した RFP 陽性ニューロンが INC の両側に存在たトランスシナプス標識法を用いて，INC は PHN またはした。最後に，同様のトランスシナプス標識法を用いて，MVN を経由して前庭小脳に間接的に神経接続している

PHN もしくは MVN を経由して INC は片葉へ間接接続す

可能性について調べた。狂犬病ウイルスの糖タンパク質

るか検証する実験を行った。しかし，今回はスターター（G）を発現する AAV2-retro ウイルス，TVA（トリウイ細胞が PHN や MVN に存在することを確認できなかっルスのコートタンパク質 EnvA の受容体）と GFP を発現たため，この仮説は検証できなかった。以上の結果より，する AAV2-retro ウイルスをラットの虫部垂・小節に注入

INC から前庭小脳へは PHN および MVN を経由した間接した。3 週間後に，EnvA で偽型した赤色蛍光タンパク質的な神経経路を構成していることが本研究によって強く（RFP）を発現する G 欠損狂犬病ウイルスを同じラット

示唆された。

17. 発達期 DGL ノックアウトマウスにおける抑制性シナプス入力の測定
亀山克朗，畠義郎（鳥取大学 医学部）

米田泰輔，吉村由美子（生理学研究所）

内因性カンナビノイドは，脳内においてシナプス伝達終末に比較的多く存在していることから，本研究では興の調整に関わっていると考えられており，内因性カンナ

奮性ニューロンに対する抑制性シナプス入力を測定した。

ビノイドとしては anandamide，2-arachidonoylglycerol (2-マウス大脳皮質視覚野のスライス標本を作製し，2/3 層AG)，N-arachidonoyldopamine などさまざまな種類が知ら

興奮性ニューロンからホールセルパッチ記録を行い，微れている。それらのうち，2-AG の合成酵素 diacylglycerol

小抑制性シナプス後電流（mIPSC）を計測して，DGLα ノlipase-α (DGLα) をノックアウトしたマウスにおいて，ックアウトマウスと通常マウスで比較，検討を行った。

我々は大脳皮質視覚野でみられる臨界期可塑性が通常マ

その結果，生後 17 日齢，21 日齢，25 日齢のいずれにおウスとは異なるふるまいを示すことを in vivo 実験で明らいても，mIPSC の大きさには，DGLα ノックアウトマウ

かにしている。

スと通常マウスとの間で違いは見受けられなかった。しそこで本研究では，この in vivo でみられるスパイク反かし mIPSC の発生頻度については，生後 21 日齢，25 日

応の変化が，本当に内因性カンナビノイドによるシナプ

齢で両者に差はなかったが，生後 17 日齢では通常マウス

ス伝達の調整に起因するものかを検証するため，in vitro

よりも DGLα ノックアウトマウスのほうが mIPSC の発でシナプス入力の測定を行った。内因性カンナビノイド

生頻度が上昇していた。したがって，内因性カンナビノの働きとしては，シナプス後細胞が興奮したときに後細イドが合成されていない状態では，とりわけ幼若な時期

胞から内因性カンナビノイドが放出され，シナプス前細に抑制性伝達物質の放出頻度が高まっており，それが臨胞にあるカンナビノイド受容体と結合し，前細胞からの界期可塑性に影響を及ぼしていると考えられる。引き続

神経伝達物質の放出を抑える働きがあることが知られて

き，大脳皮質の他の層における内因性カンナビノイドのいる。また，カンナビノイド受容体は抑制性シナプス前シナプス伝達への作用について調べていく。

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一般共同研究報告18. 聴覚系の大脳皮質-大脳基底核ループの神経回路の解明
冨岡良平（熊本大学大学院 生命科学研究部）
宮下俊雄（帝京大学 医学部）

大脳皮質と大脳基底核の神経回路においては，主に運淡蒼球外節 GABA ニューロンの軸索に発現している

動系システムが研究されてきた。ところで，教科書・学TVA 経由で PRV を感染させ，淡蒼球外節 GABA ニュー術論文において，『線条体は様々な大脳皮質領野から入

ロンのシナプス前ニューロンを越シナプス的に GFP で力を受けている』と記載されているように，感覚系シス標識した。これまで 2 個体の淡蒼球外節においてスター

テムも大脳基底核と関係している事が類推される。大脳ター細胞を確認しており，以下に述べるように，シナプ

皮質聴覚野も線条体に投射しているが，聴覚システムのス前ニューロンを解析が可能になった。

大脳基底核の神経回路とその機能は未だ明らかでない。

これまで約 9 割のシナプス前ニューロンが線状体に分そこで，聴覚野関連の大脳基底核回路の解明を試みたと布していることが確認できた。線条体の投射ニューロン

ころ，淡蒼球外節 GABA ニューロンが聴覚野に投射しては直接路・間接路に分かれていた。淡蒼球外節 GABA ニいる事が分かった。本課題では，この淡蒼球外節 GABA

ューロンがどちらから特異的に入力を受けているのかをニューロンへのシナプス入力を持つニューロン（シナプ

検証するために，直接路のマーカーとしてプレプロダイ

ス前ニューロン）を同定することで，聴覚システムの大ノルフィン，間接路のマーカーとしてプレプロエンケフ

脳基底核回路を明らかにすることを目標とした。

ァリンを用いて，GFP 標識されたシナプス前ニューロン

シナプス前ニューロンの同定は，淡蒼球外節 GABA ニの神経化学的特性を調べた。淡蒼球外節は間接路の神経

ューロンに感染させた膜タンパク（RG）欠損偽型狂犬病

核として知られているため，主にプレプロエンケファリ

ウィルス（PRV）の越シナプス感染により行った。これ

ン陽性であろうと予想していたのだが，結果はその逆でまでの実験では，Cre 依存的に TVA-mCherry 及び RG をあった。

発現する AAV ウィルスを VGAT-Cre マウスの淡蒼球外

本課題により，聴覚システムの大脳基底核の神経回路節へ微量注入し，淡蒼球外節に TVA-mCherry と RG を発を明らかにし，聴覚システムにおける大脳基底核の役割現させた。3 週間後に PRV を大脳皮質聴覚野へ注入し，を解明する基盤を構築する。

19. 骨形成過程における骨細胞動態の in vivo イメージング解析
谷村明彦 1，根本知己 2，石田成美 1，根津顕弘 1，大友康平 2（1 北海道医療大学 歯学部薬理学分野
2 生理学研究所

バイオフォトニクス研究部門）

骨組織は，骨芽細胞，骨細胞，破骨細胞と骨基質によ過程の 3 次元的に解析と，生きたマウスの頭頂骨のって構成されるが，骨組織の細胞の 90～95 %を占める骨

intravital イメージングによる骨細胞の形態および機能の細胞の機能は未だに不明である。近年，骨代謝や体内の経時的変化の解明を計画した。2020 年度は，新型コロナ

電解質代謝における骨細胞の重要性を示唆する新しい知

感染症拡大の防止のため生理学研究所での研究は実施せ見が増えている。

ず，北海道医療大学で実施可能な共焦点レーザー顕微鏡を使った研究を行った。

本研究では，蛍光物質を使って細胞および骨基質の石灰化部位をラベルし，組織透明化技術，共焦点レーザー

骨吸収部位に沈着するカルセイン，テトラサイクリン，

顕微鏡，及び多光子レーザー顕微鏡を使った深部イメー

アリザリンレッドを３日間隔で腹腔内に投与したマウス

ジング観察によって，石灰化の進行に伴う骨細胞の形成から摘出した頭頂骨をパラホルムアルデヒドで固定し，

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一般共同研究報告

透明化試薬 LUCID で処理した後，共焦点レーザー顕微

GFP マウスにアリザリンレッドを投与し，１日および３鏡で立体構造を観察すると，骨成長に伴うカルセイン

日後のマウス頭頂骨の骨細胞を観察すると，屠殺時の骨細（緑），テトラサイクリン（青緑），アリザリンレッド

胞（緑）とアリザリンレッド投与時の骨細胞の形態（赤）（赤）の層が観察された。また骨細胞の細胞体や細胞突を比較することができる。アリザリンレッド投与後１日の起の周囲に，弱い蛍光色素の沈着が観察された。この結

GFP マウスでは GFP 蛍光とアリザリンレッド蛍光はほぼ果から骨細胞の周囲で骨吸収や再石灰化が起こっている

一致したのに対して，アリザリンレッド投与後 3 日の GFP可能性が示唆された。

マウスでは，骨細胞の GFP 蛍光とアリザリンレッド蛍光が必ずしも一致しなかった。この結果から骨基質内の骨細また頭頂骨の表層付近の骨と骨細胞の関係を詳しく調胞の突起が動いている可能性が示唆された。

べると，骨細胞が３日前の骨表面の蛍光ラベルを突き抜けている像が観察された。この結果から，頭頂骨表面の今後，本研究の結果に基づいた多光子レーザー顕微鏡

骨形成に伴って，骨細胞が突起を伸ばしている可能性が観察による骨基質内の骨細胞動態の可視化によって共焦示唆された。

点レーザー顕微鏡観察の結果を確認したい。

20. 機能性抗体を用いた血管内皮細胞の炎症応答に伴う細胞表面分子が内在化される動態の超解像精密解析
福原武志（順天堂大学 医学部 神経学講座）

細胞表面分子は，細胞接着やシグナル伝達などの様々

し放出された。まず，高感度に分子動態を検出する目的な機能を担っており，その機能破綻が様々な疾病の原因で，抗体架橋型高輝度蛍光リポソームの合成を最適化しとなる。炎症や虚血に伴うタンパク質シェディングや微た（Hamamichi et al., 2020; Hamamichi et al., 2021）。内皮小顆粒の放出，あるいは，細胞表面分子とリガンドの結細胞のライブイメージング解析により極微量（抗体 5 ng）

合からリピッドラフトへの局在化によるシグナル伝達なで取込み（蛍光集積）を検出可能なモダリティとなった。

どが報告されている。しかしながら，これら一連のプロ細胞表面分子の内在化には，マイクロピノサイトーシ

セスを可視化した事例は少なく，不明な点も多い。本研

スや貪食，エンドサイトーシス，トランスサイトーシス

究では，独自に樹立した抗体を活用して，標的分子の内などが想定されている。T29 抗体および T29 イムノリポ

在化へ至る過程を可視化することを提案した。

ソームの内在化経路を，高感度に蛍光で検出する目的で，血管内皮細胞を免疫原としたハイブリドーマライブラ

引き続き TPLSM-SD を用いた Z 方向への空間解像度をリーから機能的選抜により樹立した 90G4 抗体は，タイ

改良したイメージングを進める必要がある。これまでのトジャンクションタンパク質 CD321 を認識し，細胞内へ解析から CD146 は，遊走時の単一細胞上，タイトジャン

内在化される機能を有し，炎症や低酸素曝露に伴う内在クション形成後，あるいは炎症刺激後の動態においてそ化が観察された（Fukuhara T. et al., 2017）。CD321 は，虚れぞれ異なる制御を受けていると考えられるので，今後血時に臓器へ浸潤する炎症性ミエロイド系細胞のレセプのさらなる解析が必要であると考えている。特に，各内ターとなるので，90G4 抗体の投与は虚血に伴う組織損傷在化の経路に特異的な阻害剤を用いることで，T29 抗体を阻止できた（Yin et al., 2021）。T29 抗体は，一部の血がいかなる経路と局在を介したメカニズムで内在化や分管内皮細胞に発現する CD146 を認識した。ストレス刺激

泌の動態制御を受けているか明らかにしたいと考えていにより，シェディングされ内皮細胞の分泌顆粒上に局在

る。

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第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告

21. 生体深部イメージング用高分子ナノ薄膜の創製と機能評価
岡村陽介，張宏（東海大学 工学部応用化学科）

高橋泰伽，大友康平，根本知己（生理学研究所 バイオフォトニクス研究部門）

生体組織をイメージングする際，カバーガラスを介し

mPEO, Gelest 社製）トルエン溶液に浸漬させ，PEO-て観察するのが常套手段であるが，多くの課題（乾燥・CYTOP ナノ薄膜を調製した。基板ごと水中に浸漬させた

変形・観察窓のサイズの限定等）も残されている。他方，

ところ，水面に浮いた状態でナノ薄膜（膜厚: 130 nm 程

厚みをナノ寸法に制御した高分子ナノ薄膜は，ナノ厚特度）を回収できた。得られたナノ薄膜には撥水性由来の有の高い接着力が発現し，接着剤なしで生体組織に貼付

乾燥防止効果が発現することを確認すると共に，ナノ薄できる（Okamura, Y. et al., Adv. Mater. 21, 4388 (2009)）。

膜自体に可視光の吸収はないことから，イメージングに

本研究では，生体深部イメージング用ナノ薄膜を創製し，適用できる可能性を裏付けた。

カバーガラスを用いる従来法では達成できない生体深部

生体組織の 1 例として，マウスの生体脳に着目し PEO-

イメージングに適用，機能評価を行うことを目的とした。

CYTOP ナノ薄膜を貼付した。ナノ薄膜の最表面は PEO 層

まず，フッ素含有高分子（CYTOP®, AGC 社製）からなの導入により親水化されているため，脳表に密着していた。

るナノ薄膜を調製した。具体的には，シリコン基板上にまた，ナノ薄膜自体は撥水性を示すため，浸液を透過させ水溶性犠牲層（ポリビニルアルコール: PVA, 10 mg/mL），

ないバリア層として機能することも確認した。さらに，柔CYTOP 溶液（30 mg/mL）の順にスピンコート（4,000 rpm,

軟性のあるナノ薄膜のため，脳表の自然な湾曲を保ったま

60 s）した。次いで，CYTOP 表面を親水化するために，

ま神経細胞を広範囲にイメージングできることも明らか

ポリジメチルシロキサン（PDMS）溶液（1 wt%）をスピにした（Takahashi, T. et al., iScience 20, 101579 (2020)）。従ンコート（4,000 rpm, 20 s）後，酸素プラズマ照射を経てって，PEO-CYTOP ナノ薄膜はイメージングアクセサリと

2-[methoxy (polyethyleneoxy)propyl] trichlorosilane（Cl3Si-して応用できる可能性を実証した。

22. ２光子スピニングディスク共焦点顕微鏡による細胞骨格組織化の研究
村田隆（神奈川工科大学）

渡辺美咲，関本博之（日本女子大学）
大友康平，堤元佐，根本知己（生理学研究所）

紡錘体は細胞分裂で染色体を分配するのに働く。多く

察方法の開発も行ってきた。本年度はこれまで開発しての細胞では，正常な紡錘体の形成に中心体が必要だが，きた技術を用いて，極方向からの細胞分裂のマルチカラ

哺乳類の卵母細胞等のように中心体なしで微小管が組織ー観察を行った。

化し，正常な紡錘体を形成する細胞もある。植物細胞はタバコ培養細胞 BY-2 には細胞の外形が異なる系統が中心体を持たないため，中心体非依存型の紡錘体形成を存在する。OSAKA 系統は一般的な BY-2 細胞に比べて細理解するための良い実験材料と言える。

胞が丸いため，分裂軸が不安定になるのが特徴である。

タバコ培養細胞 BY-2 は“植物の HeLa 細胞”との別名

この細胞に新規開発した H2B-mCherry mCitrine-TUB 同を持ち，早い増殖と容易な形質転換などの特性を持つ。

時標識コンストラクトを導入し，細胞分裂時の染色体と我々はこの細胞を用いて紡錘体のイメージングを行い，微小管を極方向から３D 観察することに成功した。

紡錘体形成過程における微小管と染色体の相互作用を明

さらに，紡錘体形成の進化を探るため，接合藻類のヒらかにしてきた。また，根本研究室で構築した２光子ス

メミカヅキモを用いた解析を行った。接合藻類は陸上植

ピニングディスク共焦点顕微鏡を用いたマルチカラー観物に最も近縁な藻類として近年脚光を浴びている。その137

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第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告中でもヒメミカヅキモは形質転換が可能でありゲノム情パルスレーザで２光子励起を行うことにより核の裏側に報が蓄積しているなど，蛍光イメージング解析を行う材

おけるコントラスト低下を最小化した結果，細胞核全域料として適している。関本研で作成した CenH3-mCitrineでの動原体の識別が可能になった。その結果，接合型プ

標識ミカヅキモを用いて細胞核の３D イメージングを行

ラスとマイナスの両方の系統とも 70-80 本程度の非常にい，ヒメミカヅキモの染色体数の解析を試みた。近赤外

多くの染色体を持つことが明らかになった。

23. 新規 2 光子励起色素創製を目指した設計・合成・構造解析・機能評価研究佐藤祐太，鈴木健之，有澤光弘（大阪大学）
大友康平，根本知己（生理学研究所）

2 光子励起 色素開発を目指した設計・合成・構造解析・

生きた動物の内部で起きている現象をサブミクロンの機能評価研究を展開する。

解像度でとらえることは困難である。2 光子顕微鏡はこのような生体現象を捉えることができる強力なツールと上記研究目標を達成する為，isoindolo[2,1-a]quinolone 誘

して注目を集めているが，本法実施上鍵となる 2 光子励導体を種々合成し，それらの吸光・蛍光・２光子励起光

起色素骨格が限られていることから，新しい色素骨格の特性についてまとめ，誌上発表した（Ramon Francisco

開発が求められている。

Avena, Lin Qiao, Yuki Fujii, Kohei Otomo, Hirokazu Ishii,

一方，既に我々は数年前に共同研究を開始し，新規多環

Takeyuki Suzuki, Hirofumi Tsujino, Tadayuki Uno, Yasuo

性含窒素複素環化合物を与える新しい反応や合成法を開Tsutsumi, Yusuke Kawashima, Tatsuya Takagi, Kenichi Murai,

発すると共に，これら新規化合物の光学特性について解析

Tomomi Nemoto, Mitsuhiro Arisawa, ACS Omega 2020, 5,

して来た。その結果，つい最近，新規２光子励起色素骨格

2473-2479.）。
また，新たな isoindolo[2,1-a]quinolone 誘導体を９種類

isoindolo[2,1-a]quinolone を見いだすことに成功した。
本新規骨格を有する化合物の中には，従来型色素より合成した。現在，これら色素の光学特性について解析をも超波長側に吸収帯を有する２光子励起色素が含まれて進めているところである。また，この解析結果に基づき，いる。本申請研では，これらの問題を解決すべく，新規

新たな誘導体合成を進める予定である。

24. 2 光子励起顕微鏡を用いた先進的生体がんイメージング法の開発
今村健志（愛媛大学大学院 医学系研究科 分子病態医学講座）
根本知己（生理学研究所 バイオフォトニクス研究部門）

近年，がん分子標的治療やがん免疫療法など画期的なは生体分子イメージング技術が有用である。研究代表者

がん治療法の台頭により，がん治療は飛躍的に進歩し，

今村健志は，これまで蛍光イメージング技術をがん研究

がん患者の死亡率は減少しつつある。一方で，がん転移･領域に応用した先進的研究を行ってきた。一方，共同研

再発に対する効果的な治療法は未だに少なく，多くのが究受入教員根本知己は，先進的生体２光子励起蛍光顕微ん患者ががん転移•再発に苦しみ，死亡している。よって，

鏡システムを構築している。

現在のがん研究・がん医療の最大の課題は，がん転移•再そこで，本研究では，がんにおける革新的蛍光イメー

発の予防･抑制のための研究とその臨床応用といってもジングを実現するために，２光子励起蛍光顕微鏡を用い，過言ではない。

がんの発症･転移過程を生体で観察・解析する新たなテクノロジーの開発を目指した。

がん転移•再発のようなダイナミックな病態の解析に

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告

件の検索・検討を行なった。

まず，前立腺がん移植モデルの開発については，ヒト
前立腺がん細胞株 LNCaP の皮下移植の基礎実験を行っ

具体的には，マウス大脳新皮質の観察を行い，特に対物レンズの特性や収差補正を中心に生体の光学的条件検た。
次に，２光子励起顕微鏡を用いた生体深部観察の最適討を行った。２光子励起顕微鏡を用いて，生体でがんの化については，当初は，生理研に設置されている共同研

発症・転移過程を観察するためには，視野が狭いことが究受入教員が開発した新規光源搭載正立型２光子励起顕問題である。そこで低倍率低 N/A（倍率 10 倍，N/A=0.5）

微鏡を用いて研究を進める予定であったが，新型コロナの対物レンズを用いた生体深部イメージングの光学的条

ウイルス感染蔓延のために，研究代表者が生理研を訪問

件検討を行った。オープンスカル法によるマウス大脳新することが困難であったため，メール，電話，リモート

皮質の生体深部観察において，補正環のパラメーター調等を用い，共同研究受入教員の指導のもとに，愛媛大学

整によって，広視野での深部観察に成功した。

の正立型２光子励起顕微鏡を用いて，生体蛍光観察の条25. 視線を手がかりとした他者の情動理解における上丘の役割の解明
高橋真有（東京医科歯科大学大学院 医歯学 総合研究科）
磯田昌岐（生理学研究所 システム脳科学 認知行動発達機構）

他人の視線が気になるという現象は誰もが経験したこ

単純な視標を出した時に行われるサッケードとは異なとがあるであろう。また，肖像画と目が合う気がするとり，視標に意味を持たせることによって，生態学的な価いう感覚を経験する人も多い。

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

中脳の上丘は，視覚情報処理と眼球運動制御の両者に関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与しており，浅層に入った感覚入力は，中間層〜深層に伝いる。具体的には，自分の顔，他人の顔，様々な表情のえられ，運動出力となる。この感覚運動変換の過程は極め

顔，顔以外，など，種々の視標を見せて行われるサッケて自動的にかつ無意識に行われていると考えられてきた。

ードを訓練する。通常のサッケードと比較して，潜時のしかしながら，視覚に情動的価値を持たせると，そちらへ違いを計測する。さらに，上丘，大脳 FEF，辺縁系（扁桃向かう眼球運動に変化が起こると考えられる。これは上丘体や黒質緻密部）より神経活動の記録を行い，信号の流が単に感覚運動変換を自動的に行うのではなく，視標の価れを明らかにする。上丘は様々な脳部位から入力を受け値判断を行っていることを意味する。すなわち価値判断をるが，他者の情動理解の神経機構に関する入力が具体的行う部位との神経結合が存在するということを示唆してに脳のどこからあるのかを見出し，特に他者の視線に関おり，これを実験的に証明したいと考えている。上丘浅層する情報が脳内でどのように処理され，自己の行動にどで受容された視線の情報が辺縁系に送られ生態学的価値のように反映されるのか，他者の情動理解における上丘

判断の後，対象となった視線を見る・見ないの行動が上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。

運動ニューロンにより実行されるという仮説を立て，上丘

本年度は，神経活動計測のための増幅器の作成と，行動制御のプログラムの開発を進めた。

の神経活動を電気生理学的に解析する。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告26. マーモセット及びマカクザルを用いた視覚的注意に関わる神経回路の網羅的解明
吉田正俊（北海道大学 人間知･脳･AI 研究教育センター）

大脳皮質には注意に関わる経路が 2 つあることがヒト

レンズを大脳皮質に 1mm 程度刺入した。これらを用いてでの損傷患者研究やイメージング研究などから明らかに覚醒下で静止画像および動画をフリービューイング中のなってきている。本研究課題では，マーモセットを対象と眼球運動を計測するとともに，Ca イメージングによってして，視覚的注意に関わる神経ネットワークを，眼球運動

神経活動を計測を行った。統合失調症の動物モデルとして，の計測と fMRI，ECoG，Ca イメージングを用いた脳活動

麻酔容量を大幅に下回る濃度の塩酸ケタミン（0.5 mg/kg）

計測を組み合わせることによって明らかにすることを目を筋肉注射した。その結果，塩酸ケタミン投与後にはサッ的とした。生理学研究所で保有，飼育しているマーモセッ

ケード長が現象する実験結果を得ることができた。また，

トを利用した。イソフルレンによる全身麻酔下で，GRIN

Ca イメージングによる神経活動の計測にも成功した。

27. ジストニアパーキンソニズム等神経疾患病態モデルマウスを用いた神経機能の解析
池田啓子（村山医療センター 臨床研究部 態生理学室）
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）は神経機能に必須の膜タンパ

休止するポーズが随所に観察された。淡蒼球外節について

クで，α と ß で構成されている。神経系には α2 と α3 が高は野生型と Atp1a3+/-の間に変化はなかった。次に大脳皮質発現している。α2 と α3 サブユニットをコードする遺伝子に単発の電気刺激（持続時間 0.2 ms，強度 20-50 μA）を与変異は，ジストニア，パーキンソニズム，片頭痛，うつ病，

え，淡蒼球内節および外節ニューロンでの３相性の応答パ

てんかん等，多彩な神経症状発現につながる。これら神経ターン（早い興奮，抑制，遅い興奮）を記録した。Atp1a3+/-疾患症状の分子基盤を，疾患モデルマウスである3 サブでは，抑制が消失するニューロン，遅い興奮が消失するニ

ユニット遺伝子ヘテロ欠損マウス Atp1a3+/-（生後約 6 ヶューロン，遅い興奮のあと抑制が続くニューロンなど，多月）を用いて解析した。正常マウスでは，上腕の屈筋と伸

彩なパターンが観察された。これらの結果は，Atp1a3+/- が筋である二頭筋と三頭筋が同期して活動することはない

ジストニアとパーキンソニズムが混合した病態であるこが，Atp1a3+/- においては，両者の同期した活動や，数十秒とを意味する。私たちは以前，生後 2 週の Atp1a3+/-では小にわたる持続的な活動が観察された。これはジストニア患

脳の介在ニューロンからプルキンエ細胞への抑制性シナ者でみられる拮抗筋同士の同時収縮と筋の持続的な活動

プス伝達が亢進していることを報告した。現在，Atp1a3+/-である。次に覚醒状態の個体で大脳基底核の出力部であるの基底核回路の異常が，小脳のシナプス伝達障害を原因と

淡蒼球内節と，介在部である淡蒼球外節からニューロン活

して発達段階で獲得されたものか，あるいは小脳の異常と動を記録した。淡蒼球内節について，野生型（正常）兄弟は独立した基底核単独で生じたものかを精査中である。さマウスでは平均約 50 Hz の連続発火がみられるのに対し，らに今後は，免疫染色法や基底核モノアミンの定量などのAtp1a3+/- では平均発火頻度は約 33 Hz と有意に低下して生化学的実験を加え，Atp1a3+/-の表現型（ジストニアとパいた。さらに Atp1a3+/- では，バーストや発火がしばらくーキンソニズム）の理解につなげる予定である。

140

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告

28. 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）

本研究は，大脳皮質－大脳基底核－視床－大脳皮質ル

皮質刺激に対する応答は，いずれも早期興奮・後期興奮ープにおける運動系ループと辺縁系ループの相同性を神の二相性パターンを示し，潜時および持続時間は，一次経生理学的に検証する。すなわち，運動の発現における運動野，補足運動野，前辺縁皮質の刺激の順に長くなる

運動系ループの機能的役割を辺縁系ループに演繹し，情傾向（潜時は有意差あり）がみられた。各皮質刺激に応

動発現の神経基盤を明らかにすることが目的である。

答する 3 群といずれにも応答しない群とを合わせた 4 群

覚醒下のニホンザルにおいて，視床下核（STN）ニュ間において，自発発射頻度，変動係数，burst index に有意ーロンの細胞外ユニット記録を行い，①一次運動野，②差は認めなかった。STN における各皮質刺激に応答する

補足運動野，③前辺縁皮質それぞれの電気刺激に対するニューロンの分布は，一次運動野が外側部，前辺縁皮質応答により STN ニューロンを分類し，各群の自発発射，が最内側部，補足運動野がその中間部にそれぞれ位置し応答パターン，STN 内の分布について検討した。

ていた。

２頭のサルにおいて，計 190 個の STN ニューロンを記

STN において，一次運動野，補足運動野，および前辺録した。①一次運動野の刺激に応答するニューロンは 47縁皮質よりそれぞれ直接投射を受ける（ハイパー直接路）

個，②補足運動野は 36 個，③前辺縁皮質は 50 個，うちニューロンが確認できた。それぞれのニューロンの分布17 個は一次運動野と補足運動野の両者に応答した。前辺はトレーサーを用いた研究と一致するものであったが，縁皮質と運動系皮質との収束性入力は観察されなかった。

大脳皮質から興奮が伝わる速度や持続時間がそれらの間残りの 77 個はいずれの皮質刺激にも応答しなかった。各で異なっているなど興味深い結果が得られた。

29. 不随意運動発生のメカニズムの解析
竹林浩秀，吉岡 望（新潟大学）
堀江正男（新潟県立看護大学）
黒瀬雅之（岩手医科大学）
佐野裕美，知見聡美，南部 篤（生体システム研究部門）
Dystonia musculorum (dt) マウスは，末梢の感覚神経変は，運動障害を示すものの皮膚の電顕像は正常と変わら性とジストニア様症状などの運動失調を示す。dt マウス

ないことも明らかとなった（Dis Model Mech 2020）。

の原因遺伝子は，アクチン結合ドメインやチューブリン

さらに，DstGt アリールを用いて，Cre 組換えシステム

結合ドメインを持つ細胞骨格制御因子をコードするによる条件付きノックアウト（cKO）実験を行った。P0

Dystonin (Dst) 遺伝子である。我々が作製した遺伝子トラ

プロモーターにより Cre を発現する P0-Cre トランスジ

Gt アリール）では，神経型 Dst-a と筋ェニックマウスとの掛け合わせにより，末梢神経系のミ

肉型 Dst-b の２つのアイソフォームが欠失する。一方，エリン形成細胞であるシュワン細胞で Dst 変異を誘導し自然発生変異アリールの Dstdt-23Rbrc アリールでは，Dst-a

た。この P0-Cre; Dst cKO マウスでは，遅発性の感覚性運と Dst-b に加えて皮膚型の Dst-e も欠失し，全てのアイソ

動失調の症状が観察された。組織学的解析と筋電図解析

フォームに停止コドンが入っている。Dstdt-23Rbrc ホモマウを行い，論文報告を行なった（Glia 2020）。現在，よりスでは，運動障害の発症に加えて，皮膚のケラチノサイ

早い発生段階の神経堤細胞にて Cre 組換えが誘導される

トのヘミデスモソームの構造に異常があることが電子顕

Wnt1-Cre マウスを用いて Dst cKO マウスを作製し，解析

微鏡観察により明らかになった。一方，DstGt ホモマウスしている。この Wnt1-Cre; Dst cKO マウスでは，末梢神経ップアリール（Dst141生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告系の感覚神経細胞やシュワン細胞で Dst の欠失が起こる

調が生じることが明らかとなった。詳細な表現型解析をので，感覚神経細胞の変性が観察され，早発性の運動失組織学的手法や生理学的手法を用いて継続している。

30. 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・一次運動野に加えて，扁桃体，帯状皮質，島皮質，梨状

汚言を発する音声チックから成るが，その病態生理に関皮質といった情動機能に関与する辺縁系脳部位の活性化

しては未だ明らかでない。本研究では，大脳基底核の線を観察することができた。このことは，運動チック・音

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

声チックを呈するトウレット症候群の患者において，運のもと，線条体への GABA 受容体拮抗薬局所注入により，動症状に先行して，Premonitory urge といって，ムズムズ

マウスチックモデルを作製し，神経科学的手法を用いて，するような不快な感覚症状が生じる現象に関与している

その病態生理を解き明かす。昨年度までに，マウス線条のかもしれない。実際，トウレット症候群の患者では，体への GABA 受容体拮抗薬である Bicuculline の少量注

島皮質の活性化も脳機能画像研究により報告されている。

入により，線条体における体部位局在に一致した一過性

現在，扁桃体，帯状皮質，島皮質，梨状皮質といった，の筋収縮を示すチック症状を誘発することを明らかにし

線条体 Bicuculline 注入モデルマウスにおける c-Fos 陽性

た。

脳部位に，ハロロドプシンを発現させ，光遺伝学により本年度は，線条体 Bicuculline 注入モデルマウスの全脳

人工的に神経活動操作する（活動抑制させる）ことで，において，c-Fos タンパクの免疫染色を行うことで，チッ

線条体 Bicuculline 注入後のチック症状が改善するかどう

ク様症状発現時の活性化脳部位を検討した。その結果，かを行動学的に解析中である。

31. 神経麻痺性角膜症に対する TRP チャネルの影響
岡田由香（和歌山県立医科大学 眼科）
佐野裕美，南部

神経麻痺性角膜症モデルマウスの障害三叉神経に TRP

篤（生体システム研究部門）に行くことができなかった。

チャネルの AAV を注入して角膜創傷治癒の遅延がレス

2021 年度にも，このテーマで共同研究が採択されておキューできるのか，またその時に影響する因子についてり，コロナが落ち着き次第研究を行いたいと考えている。

検討する予定であったが，コロナの蔓延のために研究所

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告

32. 統合失調症モデル動物の脳波ダイナミックス解析手法の開発
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 神経ダイナミックス研究部門）

統合失調症はヒトの高次脳機能が障害される難治性の比較，もしくはモデルラットと正常ラット間で比較した。

疾患であるものの，その生物学的マーカーや根治治療法

結果，これら３種類の音の種類によって，聴覚皮質ならは未知のままである。近年，高密度高精度の脳波解析に

びに前頭葉の事象関連電位には大きな差異が見られた。

より，統合失調症患者は，聴覚反応性を指標とするミス

このことはモデルラットの聴覚認知が大脳レベルで弁別

マッチ陰性電位（MMN），聴性定常状態誘発反応（ASSR），

されていることを意味する。さらに我々は，聴覚皮質の注意関連事象関連電位（P300）などに顕著な異常が観察

前頭葉の音誘発性の事象関連電位の位相同期性と信号時されている。加えて患者の脳機能画像解析では，皮質間間遷移から，音情報の皮質間共有性，移動性を推定した。

連合性に障害があるとも指摘されている。そこで我々は，結果，当該モデルラットでは，バックグラウンド（刺激これらの脳波生理指標に合致するモデルとして，サイト間）での皮質間位相同期性が高く，音刺激時の位相同期カインである上皮成長因子（EGF）の末梢投与で作製さ性は相対的に劣化していることが判明した。興味深いこれたラットを採用し，統合失調症患者で診られた皮質間とに，このモデル動物での音声刺激に依存した位相同期の連合性障害についてそのモデル再現性を検討した。モ

障害は，抗精神病薬治療で大幅に改善していた。加えてデル動物は，新生児ラット皮下に EGF を連投し，２－３

移動エントロピー法により，実際の聴覚情報移動量を推か月齢に成長させることで作製した。モデルラットに定したところ，優位な差異はモデルと正常群間には見ら80dB の 55kHz 正弦波，同周波数のラット鳴き声，もしくれなかった。したがって上述の位相同期性が，聴覚野かはその逆再生音を聞かせて生じた自称関連電位を脳の６ら前頭葉への情報伝達に起因してるかどうかは，今後，か所に設置した硬膜下電極から記録し，刺激間で相互に再検討をする必要がある。

33. 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，SamuelDeurveilher，Chantalle Briggs，Tatjana Golovin，Shannon Hall
（Dalhousie 大学, Department of Medical Neuroscienc, カナダ）
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が2020 年度は, 5 匹目 6 匹目のラットからの 4 つの OX 細重要な役割を演じている。我々は，星状膠細胞（astrocyte）

胞について，先の 4 匹と同じく ATUM-SEM 法を使って連が，視床下部の覚醒促進細胞（オレキシン（OX）細胞）へ

続電顕画像データセットを獲得する予定であったが，コロの興奮性入力の強度を，睡眠状況（断眠/安眠）によってダナ禍のため来所できず，提案者の Dalhousie 大学にて，こイナミックに調節している事を明らかにした（Briggs,

れまでに 4 匹から獲得した 11 個の OX 細胞からの大容量

Hirasawa & Semba, J Neurosci 2018）。本研究では，睡眠状

電顕データセットを用いて，OX 細胞への興奮性と抑制性

況によって，星状膠細胞突起とシナプス間隙の間の構造的のシナプスに関して, シナプスを星状膠細胞突起が取りな関係が，どのように変化するか（接着と撤収）を，電子囲む部位について，３次元再構築と定量解析を進めた。星顕微鏡で解析する。６時間の断眠，もしくは安眠させたラ状膠細胞突起とシナプスの距離関係には，数量的な指標をット（各グループ３匹）を灌流固定した後，視床下部の切開発導入して解析を促進した。これまでに分析した計 351

片を作成済みである。

のシナプスでは，この距離は 0.1－1.2 µm（特に 0.2－0.5 µm

143生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告に集中）であることを見いだした。細胞体，樹状突起にかじ星状膠細胞突起が OX 細胞の複数のシナプス間隙に接かわらす，ほとんどの場合，シナプス近辺の星状膠細胞突近しているのが普通である。

起は前シナプスと後シナプスの両方に接触しており，前シ

これらの観察は，星状膠細胞が OX 細胞への入力の調節

ナプスと後シナプスが接する周囲線（Perimeter）の約半分に重要な役割を演じていることを示唆する。今後，さらにをしめている。また，OX 細胞の細胞体の表面のうち，少定量解析を進め，また，ラットと細胞の数を増やし，睡眠なくとも 40－80％は，星状膠細胞シートにおおわれてい条件の違いがもたらす OX 細胞上の興奮性と抑制性シナることが分かった。シナプスに接近している星状膠細胞突

プスと星状膠細胞突起との関係を質的また数量的に調べ

起は，これらの星状膠細胞シートの延長となっており，同る予定である。

34. 運動学習のための神経回路基盤の解明
鈴木基高，Matthew Larkum（Humboldt University of Berlin）
Julia Ledderose（Charite Medical University of Berlin）
Jackie Schiller,Yitzhak Schiller（Technion, Rambam Health Care Campus）
窪田芳之，孫在隣（生理学研究所 大脳神経回路論研究部門）

コロナ禍により，当共同研究の申請時に予定していたらの領野にアデノ随伴ウィルスを用いて抑制性の生理研の訪問は不可能となってしまいましたが，Email 等

DREADD を発現させることで M1 への特定の経路を選択

を通して共同研究者である窪田芳之博士・孫在隣博士と的に抑制することに成功した。また，DREADD による選択

は連絡を取り続け，予定していた全ての実験を無事遂行的な経路抑制が間違いなく機能していることを確認するたすることができたことを報告いたします。

め，
青色光に反応して活動電位を起こす Channelrhodopsin を

本研究は，大脳皮質の第一次運動野（M1）にある 5 層

DREADD と一緒に発現させ，evoked potential が有意に減錐体路細胞の樹状突起において，棘突起が新生または消少することを確認した。この効果は M2→M1 経路と失する頻度が運動学習に伴って上昇するという発見に基VA/VM →M1 経路の両方で顕著であった。さら に，づき，それらの新生または消失する棘突起が脳のどの領

DREADD が発現する受容体に選択的に結びつくリガンド

域からシナプス入力を受けているのかを同定することをである CNO による効果が充分に長く持続する，つまりマ

目標に進められました。

ウスのタネ掴み学習の際に M2→M1 経路または VA/VM

具体的には，マウスがタネ掴み課題を学習する際に遺伝→M1 経路が効果的に抑制されていることも確認できた。

学的ツール DREADD 法を使い，特定の領野から M1 に入本実験により，運動学習に伴った M1 での神経ネット

力する求心性興奮神経線維の信号を遮断し，学習に与えるワークの変化が，実際の学習の基盤となっていることを影響を確認した。皮質からの入力は大脳皮質 2 次運動野

機能的に証明し，神経ネットワーク再編原理を知る上で（M2），視床からの入力は前腹側核（VA）あるいは内側重要な所見を提供できる。

腹側核（VM）が起源ではないかという仮説を立て，これこれらの結果は論文にまとめ，投稿準備中である。

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第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告

35. 大脳皮質運動野ソマトスタチン細胞の機能的多様性
フランシスクス アドリアン アガハリ，田中康裕（玉川大学 脳科学研究所）
窪田芳之（生理学研究所 大脳神経回路論研究部門）

大脳新皮質の GABA 作動性ソマトスタチン細胞の感能な設備を使って進める。本年度は先ず，この研究のた

覚情報処理における役割は次第に明らかになりつつあるめに導入したソマトスタチン細胞に Cre を発現するマウが，前頭皮質運動野での機能はあまり解明されていない。

スで，ソマトスタチン発現特異性を免疫組織化学の手法

運動野と他の皮質領野との結合は，行動発現に重要だとで調べた。前頭皮質 2/3 層では，5/6 層とは異なり，Cre考えられる。特に新皮質 2/3 層は多様な皮質領野に投射がソマトスタチン細胞選択的に発現することを確認した。

することが知られている。本研究では運動野 2/3 層で，次に，このマウス系統の 2/3 層からホールセル記録する

発火・形態特性を同定したソマトスタチン細胞と皮質間ことで，ソマトスタチン細胞が電気生理学的に多様であ

投射錐体細胞の結合関係を調べることで，前頭皮質ソマることが分かった。そこで，この生理的多様性と，2/3 層

トスタチン細胞の機能的多様化と，前頭皮質 2/3 層興奮・

ソマトスタチン細胞に発現する複数の分子マーカーとの抑制回路の結合原理を明らかにする。そのために必要な関係を，記録細胞の免疫組織化学で検索した。その上で，情報である，2/3 層ソマトスタチン細胞や錐体細胞の生理

電気生理的な性質及び分子マーカー発現が異なる細胞の特性・分子発現・形態の解明を，生理学研究所で利用可

樹状突起・軸索形態を定量的に比較している。

36. CLEM による前頭皮質 6 層錐体細胞のシナプス結合の解析
苅部冬紀，角野風子（北海道大学 医学研究院）
東山哲也，緒方久美子（同志社大学 脳科学研究科）
窪田芳之（生理学研究所 大脳神経回路論研究部門）

逆行性トレーサーにより標識した視床へ投射する前頭

ImageJ の TrakEM2 プラグインを用いて，画像のアラ皮質第 6 層錐体細胞の局所的なシナプス結合様式を，

インメントとセグメンテーションを行い，蛍光画像と電Correlative Light and Electron Microscopy (CLEM) を用い

顕画像の相関を取り，再構築の対象となる 6 層投射細胞て解析した。標識細胞を in vitro whole cell patch clamp 法の細胞体と樹状突起，軸索を同定し（図 2A），三次元再で記録し，電気生理学的性質を記録し，biocytin を注入し構築を行った。

た。蛍光 streptavidin で記録細胞を可視化し，さらに血管

その結果，視床投射 6 層細胞の軸索の一部は，近隣のを蛍光レクチンで，また，細胞核を DAPI で標識した。

視床投射 6 層細胞の棘突起へシナプスを形成していた

標識した 3 個の視床投射 6 層細胞とその周囲を共焦点蛍（図 2B）。また，蛍光標識されていない棘突起を持つ樹光顕微鏡で撮影した（図 1）。撮影後，改変 ATUM 法状突起や，GABA 作動性介在細胞と思われる棘突起の少（Kubota et al., 2018）を用いて電子顕微鏡観察用に組織ない樹状突起への投射も観察された。
今後はさらに再構築を進め，視床投射 6 層細胞のシナ処理と薄切を行い，フィールドエミッション走査電子顕微鏡で 600J × 150 × 7 µm3 の範囲の画像を取得した。

プス標的を解明する。

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第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告37. 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（生理学研究所 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-

ン酸脱炭酸酵素 67kD (GAD67) に対する抗体を用いて脳ventral lateral nuclei (VA-VL), ventromedial nucleus (VM) を

切片を蛍光免疫染色し，運動性視床核の亜核 VA・VL・介して，大脳基底核と小脳からの情報を受け，統合する

VM を区別し，GFP 陽性のニューロンが分布する亜核をことで適切な運動司令を脊髄へ出力する。大脳基底核の同定した。一方，大脳皮質の切片で GFP 陽性の視床皮質情報を伝える視床投射細胞の軸索は皮質１層に，一方，神経線維を見つけるために，血管壁を赤色蛍光標識され小脳の情報は中間層に主に分布することが明らかになったレクチンで，細胞核を DAPI（青色蛍光標識）で対比染ているが，そのシナプス結合の相手は不明である。本研

色した。LSM を用いて高倍率で連続フォーカス画像を撮

究では，各視床核からの視床—皮質投射軸索終末が，大脳影した。その後，大脳皮質の切片を EM 観察用に組織処

皮質でどの神経組織にシナプス結合するかを，レーザー

理し，連続超薄切片を作成し，走査型 EM で広範囲撮影

共焦点顕微鏡（LSM）と電子顕微鏡(EM)の相関解析法にを行い，連続 EM 画像データセットを作製した。LSM 画より検討した。

像データセットと EM 画像データセットの相関観察解析

ペントバルビタールの腹腔内投与によりラットを麻酔により，GFP 陽性の視床−皮質投射軸索を同定し三次元し，膜移行性シグナル付きの緑色蛍光タンパク（palGFP）

再構築によりシナプスターゲット構造解析を行った。VAを発現するアデノ随伴ウイルスベクター（AAV-palGFP）

視床核からの皮質投射線維の再構築解析を実施した結果，溶液を詰めたガラス針を視床核に刺入し，AAV を電気的

軸索終末は比較的小さく，大脳皮質の錐体ニューロンのに注入した。手術から１週間後にラットを灌流固定してスパインに特異的にシナプス結合することが明らかにな

脳を取り出し，ビブラトームにて厚さ 100 ミクロンの切った。今後は VM ニューロン，VL ニューロンについて片を作製した。蛍光顕微鏡下で，AAV に感染して GFP を

形態解析を行い，シナプス結合測の違いを解明したい。

発現している神経細胞を含む切片を選出した。グルタミ

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告

38. In vivo two-photon imaging of cortical neurons during pain
Sun Kwang Kim（Kyung Hee University College of Korean Medicine）(1) Establishment of in vivo two-photon imaging with motion

the imaging environment in head-fixed condition with white

tracking in awake, head-fixed micenoise. Using two-photon microscopy, we imaged neuronal

A chronic cranial window was made on the mouse S1 cortex

calcium activity before and during formalin-induced pain. At

hind limb area with an injection of GCaMP6 virus. From 3 days

the sameto 12 days after the virus injection, the mice were acclimated tousing an infrared camera.

time, we performed motion tracking of the mice

<Simulataneous in vivo two-photon imaging and motion tracking in awake, head-fixed mice>(2) Establishment of the measurement of pain and itch.

behaviors in head-fixed mice
The mice were habituated to the experimental environment inhead-fixed condition for 30 min before behavior measurement.
Following capsaicin (pain) or histamine (itch) injection into
cheek or neck, wiping (pain) or scratching (itch) behavior wasvideotaped.

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第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告39. 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）

シグナルを発する細胞を観察している。

求心性迷走神経による末梢→脳情報伝達は，特に内臓情報が脳に伝達される神経システムとして重要である。

一方，末梢で迷走神経を刺激するために，麻酔下，マ

しかし，求心性迷走神経中枢端とその投射脳部位のひと

ウス頚部迷走神経を露出し電気刺激用金属電極を装着すつである延髄孤束核ニューロン間のシナプス伝達は inる手法を開発した。装着部位は速硬化シリコンにて固定

vivo でイメージングされたことがなく，末梢・脳連関を保護絶縁した。

理解する上で重要な課題となっている。本研究は，この以上のような，2019 年度までの検討で研究目的達成の課題を２光子顕微鏡による in vivo イメージングで解き明ために準備・工夫・改良した手法を用い，2020 年度は実かすことを目的とする。

際に 2 光子顕微鏡にてマウス孤束核でカルシウムシグナ

この目的のために，C57BL/6J マウスを用い，カルシウ

ルを観察しながら頚部迷走神経の電気刺激を行い，孤束

ムセンサータンパク質を孤束核（を中心とする脳幹部位）

核ニューロンの応答を調べた。これまでに，当該電気刺に発現させた（AAV の局所投与）。このマウスに 2 光子

激に呼応したカルシウム応答撮像に複数回成功しており，顕微鏡観察用ウインドウを装着した。このウインドウは迷走神経の電気刺激による脳内ニューロンネットワーク

プリズムを経由して小脳直下にある孤束核を顕微鏡観察の駆動を捉えたものと考えている。2020 年度には，以上できるように工夫したものである（小脳は切除せず）。

の成果に関して，実験手技上懸念される点などについて

昨年度までの検討で，孤束核と考えられる脳部位に蛍光

免疫染色を用いた検証実験も行った。

40. 概日時計の分子機構に関する細胞内 Ca2+の動態解析
金尚宏（名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所 生命農学研究科）
榎本亮介（生理学研究所 バイオフォトニクス研究部門）

概日時計は約 24 時間の生物リズムを駆動する生物時計

うメカニズムとして NCX による低温での細胞内 Ca2+ 流である。共同利用研究者は，概日時計は不死化した培養細入が重要であることを見出した。哺乳類のペースメーカー

胞株においても存在するという特徴を活かし，細胞を用い神経である視交叉上核の培養スライスにおいて，細胞内た薬理学的なスクリーニングを行い新規の時計因子の同Ca2+ リズムが温度変化に対してどのような応答を示すの定を試みた。その結果，Na+/Ca2+ 交換輸送体 (NCX)と Ca2+/かを解析した。その結果，35 度で培養した際に観察されるカルモジュリン依存性タンパク質キナーゼ II (CaMKII)と細胞内 Ca2+ の明瞭な概日リズムは，28 度においても観察いう 2 つの Ca2+ シグナル制御因子が概日時計の発振に重され，温度低下に伴って Ca2+ リズムのピークとトラフレ要な役割を示すことを見出した。

ベルはともに上昇することが観察された。この細胞内 Ca2+

概日時計の周期は生理的な温度範囲において，外界の温レベルの上昇は，再び 35 度に温度を戻した場合には元の度が変化しても約 24 時間周期に保たれるという温度補償レベルへと減少が観察されたことから，細胞内 Ca2+ 振動性という特徴を示す。共同利用研究者は，温度補償性を担は温度変化に対して鋭敏に反応することが分かった。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告41. 新規蚊媒介性ウイルスの多型の構造解析
岡本健太（ウプサラ大学）
ChihongSong，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）

本研究では，蚊由来ネギウイルス科（Negeviridae）に機構やウイルス遺伝子放出機構に関わっていると推測さ属する Tanay virus (TANAV) の新規構造とその構造機能れた。そのため，クライオトモグラフィー法や特定の対を解き明かすことを目的として研究を進めている。クラ称性に基づく構造平均化を行うことで，これらの構造変イオ電子顕微鏡を使用した TANAV の単粒子解析から，化が起こった TANAV の構造に関しても解析を行った。

その特徴的な楕円状の構造を再構築することに成功して

結果 TANAV の構造変化とその構造機能に関してのモデいる。また，TANAV は特定条件下において，構造をバレルを構築することに成功した。以上の結果は，Structure

ット状や筒状に変化することが解析の結果明らかとなっ

and its transformation of elliptical nege-like Tanay virus としている。このような劇的な構造変化は，TANAV の感染て，追加実験を含めて論文を再投稿する予定である。

42. ファージ療法の実用化に資するバクテリオファージの感染・増殖機構の解明
宮崎直幸，鯉渕航，神谷亮佑（筑波大学生存ダイナミクス研究センター）

細菌感染症では，抗菌薬の過剰投与による薬剤耐性菌

S13’は，ポドウイルス科に属すウイルスであり，直径約の蔓延が医療および畜産分野において問題となっている。

40 nm の頭部と非収縮性の約 50 nm 短い尾部をもつ。我々

抗菌薬非依存的治療法として，バクテリオファージの溶は，このファージの頭部と尾部の構造をそれぞれ 2.7，3.8

菌活性を利用するファージ療法が注目されている。しかÅ で決定した。ファージの宿主認識，感染に関与する尾し，ファージの感染・増殖機構に対する知識の欠如によ

部には，宿主と結合するタンパク質，宿主細胞壁を溶かり，ファージ療法は実用化に至っていない。我々は，主す酵素，宿主細胞膜に孔を開けゲノムを宿主細胞内へ透にクライオ電子顕微鏡を用いた構造生物学的手法により，過させるタンパク質などがあるが，それらの機能的な配ファージの宿主認識・感染機構の解明を目指して研究を置を明らかにすることができた。S6 は，マイオウイルス

行なっている。

科に属すウイルスで，ゲノムサイズ 270 kbp，全長 480 nm

本研究では，黄色ブドウ球菌ファージ S13’と S6，ピロの巨大ファージである。このファージは，収縮性の尾部

リ菌ファージ KHP30 のクライオ電顕構造解析に取り組を持っており，我々は，2 万 5 千枚を超えるクライオ電

んできた。クライオ電子顕微鏡による構造解析では，生顕画像を取得し，そこから，収縮前後の尾部の構造を，

理学研究所のクライオ電子顕微鏡を用いて試料の状態をそれぞれ 3.0，3.1 Å で決定した。それらの構造から尾部チェックし，初期構造を決定したのち，蛋白質研究所の収縮の際のタンパク質の構造変化の詳細とその仕組みを

クライオ電子顕微鏡を用いて最終構造を決定した。

明らかにすることができた。

黄色ブドウ球菌ファージ S13’と S6 は異なるウイルス

ピロリ菌に感染するピロリ菌ファージ KHP30 は，宿主科に分類されるファージであり，それらの構造を解明すの存在する胃の中で強酸性条件下でも安定である。我々は，ることで，黄色ブドウ球菌ファージの宿主認識の共通性

その頭部の構造を 2.9 Å で決定し，強酸性下での安定性にや相違性が明らかになると期待して研究を行なった。

寄与していると考えられる構造的な特徴を明らかにした。

149

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第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告

43. 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。これらの結果は，2020 年にまた，バキュロウイルス発現システムを用いてウイルス

PLoS Pathogens に掲載された。

様中空粒子（Virus Like Particle: VLP）を作製し，構造解

2021 年度に向け，感染性粒子とレセプター分子 CD300lf

析を行っている。感染性粒子と VLP の解析結果を比較検との結合部位を特定すること，懸案である内部構造解析を討することにより，ノロウイルスの粒子構造（エクステ行うため，内部構造の代表的な構成分子である VP2 の電リア，インテリア）を明らかにすることを試みている。

子顕微鏡観察を実施した。

昨年度は，MNV を株化培養細胞 RAW264.7（以下 RAW）

44. ハプト藻類の脂質体の構造機能解析広瀬侑（豊橋技術科学大学大学院 工学研究科）

Dicrateria rotunda strain ARC1 は北極海域において採取に懸濁し，SBF-SEM 用の切片の作製と画像の取得を行っされたハプト植物門に属する真核微細藻類の一種である。

た。細胞内の葉緑体・ミトコンドリア・脂質顆粒のサイ

本株は，炭素数 10 から 40 程度までの直鎖炭化水素（アズや個数の詳細な情報の取得に成功した。4 °C 低温培養ルカン）を合成する能力を持つが，これらのアルカン合条件において，本株の脂質顆粒の蛍光強度の顕著な増大成機構や生理的な意義は不明である。本研究では，ARC1と細胞サイズの増大（直径 20-25 %程度，体積 2 倍程度）

株のアルカン合成経路の解明やバイオマス産生への応用が認められた。この結果は，セルアナライザーを用いたのため，ARC1 株の細胞内構造，特にオルガネラ（葉緑解析によっても確認できた。低温条件においてアルカン

体・ミトコンドリア・脂質顆粒）の構造を SEM 連続断面

含有量の明瞭な増加は確認できなかった。アルカンがエ観察（SBF-SEM）によって調査した。

ネルギー源の貯蔵ではなくそれ以外の生理機能を持つ可

ARC1 株を通常条件および低温条件にて培養し，グル能性が考えられた。現在，これらの結果をまとめて論文

タルアルデヒド固定および洗浄を行い，細胞の形態の変に投稿中である。今後，ARC1 株のユニークなアルカン

化の無いことを顕微鏡で確認した。その後，細胞を海水産生経路の解明が期待される。

150

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告45. アミロイド β タンパク質のアミロイド線維の精密構造解析
矢木真穂（自然科学研究機構 生命創成探究センター）

アミロイド線維はタンパク質が規則正しく凝集した超を調べる実験を実施した。まず微小重力下におけるアミ分子複合体であり，アルツハイマー病などの原因となる

ロイド線維の形成速度を調べた結果，線維形成の速度は，ことが知られている。線維形成機構を理解することは，地上に比べて微小重力空間の方が遅いことがわかった。

これら疾患の治療や予防において重要となるが，詳細なさらに，クライオ電子顕微鏡を用いて，Aβ（1-40）のア

線維形成機構は未だ解明されていない。アミロイド線維

ミロイド線維の形態を解析した結果，微小重力下で形成

形成は核形成プロセスと線維伸長プロセスから構成されしたアミロイド線維は大きく分けて 2 つの構造をとってている。これは多様なアミロイド形成タンパク質に共通いることが判明した。そのうちの 1 つは地上で形成したのメカニズムであると考えられているが，アミロイド線

アミロイド線維に類似していたが，もう 1 つは地上では維のメゾスコピックな形態は，タンパク質がおかれた溶みとめられなかった特徴的な構造であることが明らかと液条件によって大きく影響を受けることが知られている。

なった。微小重力環境においては，アミロイド線維は対

また，アミロイド線維形成は，タンパク質の結晶化と類流や沈殿の影響を受けずにゆっくりと伸長して地上とは似していると考えられている。タンパク質の結晶化に対異なる構造になると考えられる。
今回明らかになった独特な形態のアミロイド線維につする重力の影響はこれまでに研究されているが，アミロ

いて，その詳細な構造を明らかにしていくことは，アルイド形成に対する重力の影響は報告されていない。
本研究では，国際宇宙ステーション「きぼう」日本実

ツハイマー病などのアミロイド線維が関わる病気の発症

験棟の微小重力環境を活かして，アルツハイマー病発症機構の本質を分子のレベルで理解し，創薬研究に役立つに関わるアミロイド β（Aβ）のアミロイド線維形成機構ものと期待される。

46. 真核生物の繊毛構築のための輸送機構の構造学的解明究
昆

隆英，今井

洋（大阪大学大学院 理学研究科）

村田和義，Song Chihong（生理学研究所 脳機能計測･支援センター）
繊毛は，真核生物の細胞表面から突出した毛状の構造

このタンパク質のアミノ酸配列には，青色光の受容に関を指す。この繊毛が，波打ち運動することで，単細胞生

係する BLUF (sensors of Blue Light using FAD) と呼ばれ物が移動を行え，また，多細胞生物では，体表に水流をるドメインが含まれていたので，「ダイニン結合 BLUF

作り，捕食などに活用される。繊毛の内部構造は，単細タンパク質」として，DYBLUP と名付けた。

胞生物からヒトに至るまで進化の過程で高度に保存されこのタンパク質の突然変異体をモデル生物である緑藻ている。ヒトの繊毛の異常は，呼吸器不全，不妊，内臓クラミドモナス（Chlamydomonas reinhardtii）で作製した逆位の疾患と強く関連するため，繊毛の研究は極めて重ところ，光反応と関連していることがわかった。野生型

要であると言える。

のクラミドモナスは，細胞内で光合成を行うので，走光

繊毛の波打ち運動は，その内部に存在する「ダイニン」

性を示す。しかし，あまりに強い光は細胞内で毒としてと呼ばれるタンパク質が駆動することで生じる。しかし，作用するため，強光を避ける。一方，DYBLUP の突然変

このダイニンが光により制御されるかどうかはわかって

異体は，一時的に強光を避けるものの，すぐに強光に慣いなかった。

れて，順化してしまった。このことから，DYBLUP は，
ダイニンを調節し，強光に順化してしまうのを防ぐ役割

本研究では，筑波大学稲葉教授との共同研究により，があると考えられる。

ダイニンに直接結合する新規のタンパク質を発見した。

151

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第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告

この DYBLUP の局在を，クラミドモナスの繊毛のにつなぎとめるテザーを構成するタンパク質の一つであDYBLUP にラベルを導入し，クライオトモグラフィー法

ることも解明された。

により調べた。その結果，DYBLUP は，繊毛に存在する

本研究の結果は，Kutomi et al., 2021 Science Advances

約 10 種類のダイニンのうち，dynein-f と呼ばれるダイニ（DOI 10.1126/sciadv.abf3621）（査読有）として，論文にンのモーター部位に直接結合していることが明らかとな掲載された。

った。さらに，DYBLUP は，ダイニンを繊毛内の微小管

47. アルギン酸ゲル包埋したラット膵島のガラス化保存と糖尿病モデルへの移植
保地眞一（信州大学 繊維学部）
平林真澄（生理学研究所）

膵ランゲルハンス島（膵島）の超低温保存技術が確立

加温膵島 800 個，あるいは新鮮対照膵島 800 個をストレプされれば，インスリン投与という対処療法が主流の型糖

トゾトシンの静脈内投与により高血糖（>350 mg/dl）誘起尿病治療に対し，根治療法となる膵島移植という新たな選

した BN ラットの腎被膜下に移植したところ，移植 3 週間

択肢を追加することができる。インスリン離脱につながる

以内に正常血糖値（<200 mg/dl）に回復したレシピエント

移植用膵島の保存技術を確立することが本研究の究極のの割合は 80.0〜83.3 %だった。正常血糖回復個体において目的である。今年度，ラット膵島のガラス化保存デバイス

移植 30 日目および 60 日目に施した腹腔内糖負荷試験

をナイロンメッシュ（NM）からシルクフィブロインスポ（IPGTT）では，NM ガラス化区，SFS ガラス化区，新鮮ンジ（SFS）に変更し，超急速冷却条件としては液体窒素

対照区のいずれでも糖負荷応答パターンは同等だった。移に浮かべた金属フロート上の窒素ガス中で冷却する Solid

植 70 日目に移植膵島片を摘出した後には，レシピエント

Surface Vitrification (SSV) 法を採用した。Brown-Norway

は高血糖回帰した。腎臓とともに摘出した移植膵島片の内(BN) 雄ラットの膵臓から単離した外径 101〜200-µm の膵

外には毛細血管新生が観察された。以上，NM デバイスだ

島を 24 時間培養後，NM デバイスか SFS デバイスに膵島けでなく SFS デバイス上に大量のラット単離膵島を搭載

100 個単位で載せてガラス化保存した。加温後の膵島の生してガラス化・加温しても正常なインスリン分泌能・血糖

存率は FDA/PI 二重染色後の Image-J 解析で，インスリン値制御能を保持した状態で回収できることが，in vitro の分泌能は ELISA 測定に基づく刺激指標（SI: 20 mM グルコ

評価系（FDA/PI，ELISA）ならびに in vivo の評価系（腎被ース刺激値を 3 mM グルコース刺激値で割ったもの）で比膜下膵島移植，IPGTT）の両方から証明できた。なお本年較した。NM デバイスと SFS デバイスからの膵島回収率は度の研究では，ラット単離膵島をパッケージングするアルそれぞれ 97.1 %と 93.8 %，生存率は 77.9 %と 74.4 %，SI

ギン酸ゲル包埋というプロセスは組み入れず，SFS への高値は 4.7 と 4.2 であり，ほぼ同等であった。一方，新鮮対

接着性に着目した実験デザインとした。

照膵島の生存率は 97.5 %，SI 値は 6.5 であった。ガラス化

48. 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）
平林真澄，小林俊寛（生理学研究所）

霊長類 iPS 細胞の生殖細胞分化誘導は，ヒト発生進化から重要である。本研究では，当研究室で樹立した非ヒの生物学的基盤の解明や希少霊長類の保全・繁殖の観点

ト霊長類（チンパンジー，ニホンザル）の iPS 細胞を用

152

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第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告い，生理学研究所遺伝子改変動物作製室の始原生殖細胞

導によって tdTomato 陽性細胞の分化誘導の確認と特性（PGC）分化誘導技術と設備を利用することで，霊長類解析を進めてきた。また，ニホンザル iPS 細胞の分化誘

PGC の分化誘導と遺伝子発現解析に取り組んできた。

導においても PGC 分化を確認した。ニホンザルについて

これまでに，所内対応者である小林俊寛先生によっては，生殖細胞の遺伝子発現の指標として，精巣におけるPGC 特異的に発現する NANOS3 遺伝子座に tdTomato レ

精子形成の遺伝子発現解析も行い，論文発表した（Okada

ポーターをノックインしたチンパンジー iPS 細胞が作製

et al., Primates, 2021）。

され，このチンパンジー iPS 細胞を用いた PGC 分化誘

49. ラット・ウサギの発生エピゲノム比較解析
小林久人（奈良県立医科大学）
平林真澄，小林俊寛（生理学研究所）

ラット・ウサギはマウスと同様に実験動物として長い

seq のアレル別解析により，マウスにおける既知の刷り歴史があり，医学や生物学（特に生理学など）の分野で込み遺伝子に加え，複数のラット特異的な新規刷り込み

モデル生物として用いられる。一方で，発生工学的技術

遺伝子を特定することに成功した（図１）。それらの多の開発はマウスが圧倒的に先行しており，ヒトを念頭に

くは胚体外組織でのみ刷り込み発現を示すことから，胎おいた遺伝学・発生学分野における優れたモデル動物と盤組織系列における刷り込み機構の多様性が示唆される。

して主にマウスが利用されている。近年，ヒト・マウス

現在，各刷り込み遺伝子のエピジェネティックな制御状

初期発生過程における DNA メチル化，ヒストン修飾な態を明らかにするために，WGBS データを利用したアレ

どのエピゲノム情報解析が数多く報告されており，各細ル別の DNA メチル化状態のプロファイル化（DNA メチ

胞系譜分岐の決定に重要なプロセスの詳細が明らかにな

ローム解析）に取り組んでいる。また，我々が以前作製りつつあるが，ヒト・マウス間にみられる発生機序の種した PRDM14 遺伝子改変ラット（Development, 2020）を間差の原因は不明な点が多い。そこで発生モデル動物と利用して始原生殖細胞を回収し，WGBS を行った。ラッ

してのラット・ウサギの価値を再評価し，胚発生・生殖トの生殖細胞～胚～始原生殖細胞にいたる生殖サイクル

細胞形成過程のエピゲノム情報についてラット・ウサギ

での DNA メチル化の確立・維持・消去のプロセスの全を含む複数の哺乳動物種間の比較解析を行うことにより，容を明らかにし，マウスおよびヒトとの比較解析により，哺乳動物発生過程におけるエピゲノムパターンの種間差

種特異的なエピゲノムパターンの成立する仕組みの解明をもたらす要因の特定することを研究目標とした。

を目指す。

我々は生殖細胞の性の記録が受精後にも引き継がれる

また CUT&RUN 法によるラット卵子のヒストン修飾“ゲノム刷り込み機構”に着目し，哺乳動物種ごとの刷パターンのプロファイル化を行った結果，マウス卵子とり込み遺伝子座の全容（インプリントーム）を明らかに

同 様 に H3K4me3 (promoter) ， H3K27me3 (intergenic) ，するため，ラット胚の対立遺伝子（アレル）別解析を行H3K36me3 (gene body)の相反関係が認められた。今後は，った。異なる 2 系統ラットの交雑より得られた F1 ラッラットインプリントームマップとの比較により，各遺伝

ト胚より DNA，RNA を回収し，RNA-seq および全ゲノ

子座の刷り込み機構成立機序について考察する。さらにムバイサルファイトシーケンス（WGBS）を行った。RNA-

ウサギを利用した同様の実験を計画している。

153

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第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告50. 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（東京都市大学 情報工学部）
則武

厚，磯田昌岐（生理学研究所 認知行動発達機構研究部門）

本研究は，サルの複数の脳領域から同時記録された局

ドパミン作動性中脳核におけるドパミン神経細胞の応答

所電場電位データに対し，計算論的信号解析法を用いてパターンを内側前頭前野および視床下部外側野の神経応解析し，特定の脳部位における神経活動の変化だけでは答パターンを用い再構成を試みる解析については，わからない，連合学習における情報伝達の脳内メカニズ

LASSO 等のアルゴリズムを用いたところ，定性的な刺激

ムをネットワーク観点から解明することを目的とする。

呈示直後の一過性の興奮性応答パターンは再現できたも具体的には，社会的古典的条件づけと呼ばれる実験課のの，報酬確率による応答の変化の再現性が悪かった。

題状況において，サル内側前頭前野の神経細胞，視床下

そこで線形則に加え指数関数則を導入したところ，再現

部外側野の神経細胞，そして中脳のドパミン細胞から同性がかなり改善された。これらの結果は，ドパミン神経時記録された神経活動データ（スパイクや局所電場電位）細胞の神経応答パターンは，少なくとも一過性の興奮応に対し，因果性解析・ネットワーク解析といった最新の答を担う神経集団と報酬確率による応答の変化を担う神手法を適用する目的で実施された。

経集団との 2 つの神経集団によって構成されている可能

本年度は，提案代表者が提案した課題関連成分分析と性を示唆している。次年度は，これらの異なる神経集団

その拡張手法を適用し調べた動物の学習に伴う脳部位間の記録位置などを確認するとともに，因果性解析・ネッの伝播電位成分の昨年度の結果を基に，因果性解析・ネ

トワーク解析・テンソル分解といった手法を適用し，スットワーク解析・テンソル分解といった手法を適用し，パイクや局所電場電位から抽出された活動パターンがど得られた神経活動の指標と動物の連合学習との対応づけのような機能を持ちうるのかその意義について議論する。

ることを目指す予定であった。また並行して進めていた，154

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第 42 巻（Dec,2021）

一般共同研究報告

51. 神経スパインの形態学的解析に関する共同研究津田誠，吉原康平（九州大学大学院 薬学研究院）

神経障害性疼痛は，糖尿病や癌，帯状疱疹などによる

画像データは以下のように取得した。M-line マウス

神経の損傷や機能異常を起因とする疾患であり，衣服が（Thy1 プロモーターの下流に GFP を発現）のを坐骨神

肌に触れるような刺激さえも激烈な痛みとしてしまうア

経の部分結紮行った。神経結紮後 14 日目に TTX 含有のロディニアが症状として知られている。神経障害性疼痛

エチレン酢酸ビニル共重合体を結紮側の坐骨神経に巻きを発症した患者では，モルヒネにさえ抵抗性を示す例も付け，その神経活動を長期的に抑制した。さらに，1 日に少なくない。そのため，神経障害性疼痛の発症メカニズ

3 回，合計 7 日間アストロサイトの活性化を行った。2 光

ムおよび新規治療法の開発は急務の課題である。

子励起顕微鏡を使用し，アストロサイト活性化前および活性化を始めて 3 日おきに 12 日目までの S1 第 5 層錐体

神経障害性疼痛発症の原因として，脳の一次体性感覚細胞のスパインの変化を撮像した。

野（S1）の神経回路が再編成され，痛みの回路を形成することが報告されている。さらに神経回路の再構築は，それらの画像データを鍋倉研究室保有のソフトウェア

グリア細胞のアストロサイトが活性化することで誘発さを用いて解析し，スパインの形態学的変化を評価した。

れる（Kim et al., J. Clin. Invest., 2016）。一方で，これまその結果，アストロサイトを活性化した群では対照群とでに鍋倉研究室と代表者らは，神経損傷を与えた坐骨神比較して，神経スパインのターンオーバー率，消失率お経に長期的にテトロドトキシン（TTX）を処置すること

よび形成率の有意な増加が認められた。これらの結果は，で末梢からの過剰な痛みの入力を抑制し，同時に S1 ア

S1 アストロサイトが末梢からの感覚入力に応じて神経

ストロサイトを再活性化することで，痛みが回復するこ

回路を可塑的に変化させることを示唆している。また本とを見出している（2018 年度共同研究）。そこで本年度

研究成果は，末梢神経の活動抑制とアストロサイトの再は，そのメカニズム解明を目的に，鍋倉研究室にて撮像活性化による新たな疼痛治療戦略の開発につながる可能

した S1 第 5 層錐体細胞の画像データを利用し，神経ス性が期待される。本研究成果は現在論文投稿中である。

パインの形態学的変化の解析を行った。

155

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第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

計画共同研究報告
〔

目

次

〕

1. 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 ······ 161
2. 脳の左右を決定する新規遺伝子変異 ························································ 161
3. TRPチャネル病の発症メカニズム解明 ······················································· 162
4. 小脳をモデルとした抑制性ニューロンの数の制御メカニズム ·································· 162
5. 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 ·························· 163
6. 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 ··· 163
7. 神経傷害に対するPACAPの神経細胞死抑制機構の解析 ········································ 164
8. L-ドーパ受容体GPR143の中枢神経系における局在の解析······································ 165
9. 脳の構造形成，機能化に関わる遺伝子の解析 ················································ 165
10. RNA顆粒の動的性質と学習・記憶との関連の解析 ············································ 166
11. 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 ·············· 166
12. 神経幹細胞の未分化性維持に関わる遺伝子の機能解析 ········································ 167
13. 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 ······································ 168
14. ドーパミン受容体及びNMDA受容体改変マウスを用いた運動制御と 記憶学習機能の解析 ········· 169
15. シナプス伝達修飾機構から見た大脳基底核の直接路および間接路の機能 ························ 170
16. セピアプテリン還元酵素遺伝子改変マウスを用いたジストニア・パーキンソニズム発症機構の解析 ···· 170
17. 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 ························· 171
18. 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
19. 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
20. TRPイオンチャネルの機能変化が介在する細菌感染病態の発症メカニズムの解析 ················· 172
21. TRPチャネルと7回膜貫通型の温度受容体候補分子を介したデュアル温度センシングの生理学的解析 ···· 173
22. 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 ······································ 174
23. 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 ··································· 174
24. 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 ·························· 175
25. ショウジョウバエの腸における新規細胞AnCellの電子顕微鏡による解析························· 175
26. 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
27. ショウジョウバエ上皮の細胞間接着およびアクチン細胞骨格の電子顕微鏡観察 ·················· 177
28. 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
29. 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
30. ヒト副腎皮質疾患におけるmitophagyおよび細胞内小器官の 超微形態学的変化に関する検討 ······· 178
31. 生後環境による神経細胞の超微細構造の変化を深層学習で効率的に解析する ···················· 179
32. 原索動物神経回路の三次元超微細形態学的解析 ·············································· 179
33. 大脳皮質ニューロンの微細構造の解析 ······················································ 180
34. 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 ········· 180
35. 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 ·························· 181
36. 精子完成における細胞内小器官の動態と酸化ストレスによる影響の解明 ························ 182
37. Using Zernike phase plate cryo-EM (ZEM) to study topoisomerases ·································· 182
38. 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

159

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告39. 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 ······································ 184
40. 先端電子顕微鏡による海底微生物の細胞構造解析 ············································ 185
41. インフルエンザウイルスRNAポリメラーゼと阻害抗体複合体の クライオ電子顕微鏡単粒子解析 ····· 185
42. 緑藻クラミドモナスの光化学系II超分子複合体の構造解析 ····································· 186
43. 植物寄生性線虫の感染部位の微細構造解析 ·················································· 186
44. 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 ··································· 187
45. 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··················· 188
46. ドレブリン遺伝子改変マウスにおける多光子励起レーザー顕微鏡を用いたシナプスの長期in vivo
イメージング解析 ········································································ 189
47. 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 ·· 189
48. 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 ······································ 190
49. 海馬シナプスにおける入力側依存性左右差の形成機構 ········································ 190
50. 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 ················ 191
51. 広視野2光子顕微鏡によるマウス大脳皮質広域Ca2+ イメージングに向けたウイルスベクター開発と導入法の確立 ············································································ 191
52. 認知課題実行時の神経活動動態の解明 ······················································ 192
53. 光計測と光刺激を用いた脳機能作動原理の研究 ·············································· 192
54. 体液恒常性を制御する神経機構の解明 ······················································ 193
55. 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 ······················ 194
56. 意欲行動における腹側海馬-腹側線条体回路の機能解明 ········································ 194
57. 中枢神経系におけるL-ド－パ受容体GPR143の役割に関する検討································ 195
58. 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 ···································· 195
59. 新規膜電位センサーを用いた小脳プルキンエ細胞の単純スパイクの研究 ························ 196
60. アデノ随伴ウイルス遺伝子導入を用いた神経発生および恒常性維持の分子メカニズム解析 ········ 197
61. 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 ························ 197
62. 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 ·· 198
63. 報酬学習の神経回路機構解明に資する技術開発 ·············································· 198
64. ウイルスベクターを用いた経路選択的遺伝子操作による霊長類神経回路の機能解析 ·············· 199
65. 皮質・基底核・視床回路を解析する研究 ···················································· 199
66. 自己免疫性脳炎における自己抗体の標的蛋白質の同定 ········································ 200
67. 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 ·················· 200
68. 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 ························ 201
69. CaチャネルのCa依存性調節（増強と不活性化）の分子機構 ···································· 201
70. ミクログリア生理機能の探索と病態への検証 ················································ 202
71. 熱帯熱マラリア生殖母体期の3次元構造の解析 ··············································· 204160

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告1. 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，三寳誠（生理学研究所）

電位依存性カルシウムチャネルは ion channel を形成す体が得られており，alpha2delta2 の機能に障害がないかど

る alpha1 サブユニットの他に細胞外の alpha2delta とチャうかを調べるためにまず成長過程の体重変化，Open field,

ネル複合体を形成するが，active zone におけるこれらのサ

footprint rotarod 等の一般的な行動実験を行ったところ，異ブユニット構成はよく知られていない。また我々は別の共常は認められていない。今後は化学プローブを用いて小脳同研究によって alpha2delta がシナプス形成に必須である皮質のシナプス終末 active zone において凍結割断 replica

事を報告した（Schöpf et al., PNAS, 2021）。本研究では，

法でサブユニット構成やシナプス形成時の発現の時系列

小脳で発現している alpha2delta2 にタグ配列を付加したノを解析する。またこれとは別に，ventral medial habenula かックインマウスを作成しシナプス局在および alpha1 サブ

ら interpeduncular nucleus への投射路において，alpha1 サブ

ユニットである Cav2.1 との共存を調べることが目的であユニットの一つである Cav2.3 が特異的に発現し神経終末る。我々はタグ配列とこれに特異的に共有結合を形成するにおいてグルタミン酸放出に主にかかわっている神経回

化学プローブを用いて任意の蛋白質を電子顕微鏡レベル路を同定した（Bhandari et al., eLife 2021）。このシナプスで高感度に標識する方法を開発した（Tabata et al., iScience,は非常に特異な性質を持っており，そこでも alpha2delta

2019）。alpha2delta は，シナプス間隙に存在すると考えらとの共存を調べる。またこの神経終末では他の多くのれることから抗体の浸透性の問題によって免疫組織学的synpatophysin を発現する終末と異なる synaptoporin が特異方法では検出できないが，化学プローブは小分子であるた的 に 発 現 し て い る 。 そ こ で ， CRPSR/Ca 法 に よ り

めシナプス間隙まで浸透することが期待できる。そこで，

synaptoporin knockout マウスも作成した。今後このマウス

alpha2delta2 にこのタグ配列を付加したノックインマウス

でも，interpeduncular nucleus におけるシナプス構造と機能を CRPSR/Ca 法により作成した。現在，homozygous の個の変化を調べる。

2. 脳の左右を決定する新規遺伝子変異
重本隆一（IST Austria）
平林真澄，三寳誠（生理学研究所）

我々は，マウスの海馬において入力側依存的な左右非凍結保存，それらを IST Austria に送付した。IST Austria

対称性が存在することを発見し，さらに脳の両側が右のにて凍結 2 cell を偽妊娠 C57BL6 マウスに戻すことでそ

フェノタイプ，逆に両側が左のフェノタイプを示す変異

れぞれの変異を持つマウスを得ることができた。これら

マウスを発見した。一昨年度までの基生研共同利用研究の homozygous が得られた段階で，目的の動物を得るたによってこの左右のフェノタイプを決めると思われる

めにはさらに数世代の交配が必要である。ただこれら二遺伝子変異を同定したので，昨年度はこの変異を導入しつの遺伝子変異間の距離が近いために，困難も予想されたノックインマウスを作成した。この変異のフェノタイる。そこで，交配と並行して今年度は一つの遺伝子につプを確認するためには二種類の変異を同時に導入する

いて homozygous の動物から受精卵を採取して，これに必要があり，いずれも homozygous の動物を得ることが対して二つ目の遺伝子変異を CRISPR/cas9 法を用いて導必要である。昨年度はそれぞれの変異を CRISPR/cas9 法

入する方法も行う予定である。予定通りの目的変異が得を用いて C57BL6 マウス受精卵に導入し，2 cell の段階でられれば，右および左のフェノタイプを示すことを証明

161

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告する。具体的には，左右入力 CA3-CA1 シナプスのサイについて，行動の違いを調べるために，相模女子大学のズを電子顕微鏡で測定し導入した遺伝子変異によって，後藤先生との共同研究 delayed nonmatching-to-position

両側が右あるいは左のフェノタイプとなっていること

task を行ったところ，これら二つのグループの間に差がを確認する。また，昨年度はこの遺伝子変異を持つ left

みられるようである。今後もその他の行動実験を用いてisomerism iv mouse および本来の right isomerism iv mouseworking memory と reference memory を調べる。

3. TRP チャネル病の発症メカニズム解明
鈴木喜郎（岩手医科大学 生理学講座 統合生理学分野）
平林真澄，三寳誠（生理学研究所）

胎盤における母子間 Ca2+ 輸送は，脳や心臓などの胎児し，ゲノム編集マウス作製用 ssODNs，ガイド RNA の設

組織の正常な発達にとって必須であるとともに胎児の計・発注を行い，CRISPR/Cas9 法による変異体の作製を骨形成のために重要な役割を果たしている。我々はこれ行った。その結果，両変異体とも F0 マウスの作製に成までに，Ca2+ 選択的なチャネルの１つである TRPV6 の

功した。

Ca2+

輸送低下によ今後，上記２系統を確立し，それらのマウスを掛け合る骨異常を伴う新生児一過性副甲状腺機能亢進症を発わせた際に新生児副甲状腺機能亢進症を発症するかど

症することを明らかにしてきた（Suzuki Y, AJHG2018）。

うかを解析する。さらに別のタイプの変異（アンキリン

本研究の目的は，本疾患の原因変異として同定されたリピートドメイン変異）についても作製・解析を行う。

TRPV6 遺伝子変異をゲノム編集によってマウスに導入

将来的には母体ビタミンＤ欠乏などの環境因子が疾患し，疾患の発症メカニズムを明らかにすることである。

の発症にどの程度関与しているのかを明らかにし，疾患

本年度は，細胞内 Ca2+ 濃度上昇を起こす G450E 変異

発症のための重要なリスクファクターであることを証

変異によって，胎盤における母子間体，および細胞膜上に移行できない R424Q 変異体に着目明したい。

4. 小脳をモデルとした抑制性ニューロンの数の制御メカニズム金子涼輔（大阪大学大学院 生命機能研究科）
平林真澄，三寳誠（生理学研究所）

我々の脳神経系において「抑制性ニューロンの数」はの人為的操作方法を開発する。これにより，精神疾患の適切に制御されている。例えば，抑制性ニューロン数の新たな治療法を開発すると共に霊長類脳の進化機構の異常は精神疾患の一因となる。さらに，進化の過程で霊一端を解明する。

長類は抑制性ニューロン数が増加した。これらは脳機能

今年度は以下２つのサブテーマを進めた。（１）Pcdh

発現における抑制性ニューロンの「数」制御の重要性を発現制御メカニズムの解析，（２）小脳抑制性ニューロ示唆する。しかし，そのメカニズムには未解明な部分がン数の制御メカニズム解明。
サブテーマ１では，一昨年度までに完成した Pcdh 発多い。
申請者らは最近「プロトカドヘリン γ (Pcdh-g) 欠損マ

現レポーターマウスを用いて，Pcdh 発現制御メカニズム

ウスにおける小脳抑制性インターニューロン数の半減」の解明を進めた。一昨年度に確立した条件に従い，セル（未発表）を見出した。本知見は，小脳抑制性ニューロ

ソーターにて Pcdh 発現陽性細胞を分取した。これら細ン数の制御における Pcdh 発現調節の重要性を示唆する。

胞におけるエピゲノム修飾（ヒストン修飾）を解析した

本研究では本メカニズムを解明し，抑制性ニューロン数

結果，Pcdh 発現陽性細胞においてヒストン H3K27Ac が162

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

有意に変化しているゲノム DNA 領域を複数同定した。

顆粒細胞における Pcdh-g の関与を調べるため，本細胞特今後は本結果を精査すると共に，これら領域の欠損マウ

異的に Pcdh-g を欠損させたマウスを作製・解析した。そスを作製するなどにより機能解明を進める。

の結果，本マウスでは運動学習に異常を認めたものの，サブテーマ２では，どの細胞タイプにおける Pcdh-g が小脳構造に大きな異常は認められなかった。本結果は，小脳抑制性ニューロン数の制御に関わるかを調べた。昨小脳顆粒細胞における Pcdh-g の抑制性ニューロン数の年度までに発生初期小脳の抑制性ニューロンにおける制御への関与は大きくは無いことを示している。今後は

Pcdh-g は分子層インターニューロンおよびプルキンエ細どの Pcdh-g アイソフォームが抑制性ニューロン数の制

胞の数の制御への関与を示唆されていた。本年度は小脳御に関わるかを調べる。

5. 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，摂食を促進すると同

Vim-Cre-ERT2 マウスは，目的の遺伝子配列をマウス受精

時に，生殖機能を抑制する機構が存在する。これまでに，卵の雄性前核へマイクロインジェクションすることで作出

後脳において低栄養を感知しているのは，脳室壁上に並ぶした。目的の遺伝子配列は，Cre-ERT2 遺伝子配列を含むプ

上衣細胞である可能性が示唆されてきた。本研究では，後ラスミドへマウス Vim プロモーター遺伝子を含む遺伝子配脳の上衣細胞と摂食や生殖機能を制御する神経細胞間の列を挿入して作製した。その結果 3 系統の F0 ファウンダー

神経経路を明らかにすることを目的とした。

マウスを得た。さらに，Vim-Cre-ERT2 の各系統のマウスと神経経路を可視化するため，以下 2 種類の遺伝子組換え

CAG-STOP floxed-WGA-2A-GFP マウスを交配することで，マウスを利用した：①全身性に Cre 存在下で越シナプス性

CAG-STOP floxed-WGA-2A-GFP/Vim-Cre-ERT2マウスを得た。

トレーサーであるコムギ胚芽凝集素（WGA）を発現するマ

今後は，WGA の局在解析および起点細胞の同定を行う

ウス（CAG-STOP floxed-WGA-2A-GFP マウス）②上衣細胞予定である。WGA の局在解析については，CAG-STOP

で Cre を発現し，タモキシフェン依存性に Cre が作動する

floxed-WGA-2A-GFP/Vim-Cre-ERT2 マウスの第 4 脳室にタマウス（Vim-Cre-ERT2 マウス）。これらの遺伝子組換えマモキシフェンを投与した後，脳を採材し，WGA と各種細ウスを交配することで，タモキシフェン依存性に WGA を胞マーカーの二重染色を行う。起点細胞は，Cre もしくは

上衣細胞に発現するマウスの作出を試みた。

WGA の ISH，もしくは GFP の検出により同定する。

6. 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，三寳誠（生理学研究所）

マウスの１次視覚野では，視覚刺激のそれぞれの傾きに示唆された。また，パッチクランプ法により姉妹細胞間で反応する神経細胞が空間的に無秩序に分布している。しかは相互シナプス結合の割合が高いことが明らかにされた。

し，細胞系譜が同一な細胞（姉妹細胞）間では同じ傾きにこれらのことから，姉妹細胞間の特定な方位への反応性

反応する細胞の割合が高く，姉妹細胞が少なくとも傾きに（方位選択性）の類似性は優位な相互シナプス形成によっ関する視覚情報処理の機能単位として働いていることがて生み出されていると仮定できるが，その分子メカニズム163

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告の解明には至っていない。私たちはその候補分子としてクンスジェニック法により標識された姉妹細胞（Ohtsuki, et

ラスター型プロトカドヘリン（cPCDHs）の機能を考えた。

al., 2012）と同じであった。そこで二光子カルシウムイ

その理由は，cPCDHs の① 同一サブセット間での細胞接

メージングでこれら姉妹細胞の視覚特性を調べた。その着活性②マウス大脳皮質神経細胞での特定サブセットの結果，方位選択性を示す GFP 陰性，GFP 陽性，cPCDHs

発現，③58 分子全欠損条件下での姉妹細胞間の相互シナ

全欠損細胞の方位選択性度合いの指標である gOSI はプス結合数の減少，である。

0.56±0.02，0.54±0.03，0.524±0.03 と三者間で優位な差

本研究では，上述した cPCDHs 全欠損の姉妹細胞の間はなく，cPCDHs は方位選択性の鋭さには関与していなで，方位選択性の類似性が維持されているかを in vivo 二

いことがわかった。次に，cPCDHs 全欠損の姉妹細胞間

光子カルシウムイメージングで調べ，cPCDHs による姉の方位選択性の類似度を調べたところ，選択的な方位の妹細胞間での傾き情報の処理システムの発現メカニズ

差が 10° 以下で，GFP 陽性細胞の割合は GFP 陰性細胞

ムを調べた。先ず，GFP マウス，あるいは cPCDHs 全欠群（非姉妹細胞）と比べて 1.21 と約 21％高いのに対し，損マウス（tdTomato 導入）の胎児より作製された iPS 細cPCDHs 全欠損では 1.00 と差がなく方位選択性の類似性

胞を野生型マウス桑実胚に注入し iPS 細胞のキメラマウが消失していた。これらの結果から，姉妹細胞間でスを得た。それぞれの蛍光を指標にして大脳皮質でのcPCDHs により形成された有意なシナプス結合によって，iPS 細胞由来の細胞の分布を調べたところ，iPS 細胞由来

姉妹細胞単位での視覚情報処理システムが構築されるでかつ単一神経幹細胞から分化した姉妹細胞がクラス

分子機構が明らかとなった。

ターを成して存在して，その空間的分布パターンはトラ

7. 神経傷害に対する PACAP の神経細胞死抑制機構の解析
平林敬浩，塩田清二（星薬科大学 先端生命科学研究所）
山下道生（星薬科大学 薬学部）
平林真澄（生理学研究所 遺伝子改変動物作製室）
下垂体アデニル酸シクラーゼ活性化ポリペプチド

クソンの両端を切断する様にデザインした sgRNA を（Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide, PACAP）

Cas9 nuclease とともに受精卵にインジェクションし，同は主に神経組織で発現しており，生体内では下垂体ホルエクソンを欠損させることで作製した。

モン分泌，血管拡張，平滑筋収縮，アドレナリン分泌，作製したヘテロ欠損マウスを交配して得られたホモ

インシュリン分泌，免疫抑制作用，外分泌促進作用など，欠損マウスの 90 %以上は生後まもなく死亡したが，生存多様な機能を担っている。近年，脳虚血・脳梗塞モデル，

したホモ欠損マウスは外見に異常な点は認められず，ま脊髄損傷モデルといった神経傷害モデル動物を用いた

た雌雄共に交配することが可能であった。現在，これら研究結果から，PACAP は，その受容体を介して神経細ホモ欠損マウスに見られる死亡の原因について解析を胞死抑制作用を有することが明らかになっている。本研行っている。
また，ホモ欠損マウスの多くは生後まもなく死亡して究ではその分子機構を明らかにすることを目的としてしまうこと，また将来的な活用を考慮して Cre 発現依存

受容体遺伝子改変マウスを作製・解析を試みた。
当該年度はまず PACAP の 3 種の受容体（PAC1-R,

的に遺伝子をノックアウトできるように CRISPR/Cas9

VPAC1-R, VPAC2-R）のうち，神経細胞死抑制作用に関系 を 用 い て エ ク ソ ン の 両 端 に loxP 配 列 を 挿 入 し た

与していることが示唆されている PAC1-R 遺伝子のノッ

PAC1-R 遺伝子コンディショナルノックアウトマウスのクアウトマウスを作製した。PAC1-R 遺伝子ノックアウ

作製も併せて進めている。

トマウスは CRISPR/Cas9 系を用いて，同遺伝子の第 6 エ164

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

8. L-ドーパ受容体 GPR143 の中枢神経系における局在の解析
笠原由佳，増川太輝，五嶋良郎（横浜市立大学）
平林真澄，三寳誠（生理学研究所）

ドパミン前駆体である L-ドーパは，長らくそれ自体にFLAG を付加したプラスミドを作製した。これらのプラは生理活性がないと考えられてきた。しかし，我々はこスミドを HEK293 細胞にトランスフェクションし，れまでに L-ドーパを最終産物として含む神経細胞の存

GPR143 の発現及び局在に与える影響について評価した。

在，神経刺激による L-ドーパの遊離，そしてドーパによ

この結果，C 末端に 3×FLAG または N，C 末端に tdTomato

る生理作用を明らかにし，L-ドーパが神経伝達物質であ及び FLAG を付加した場合，細胞内の GPR143 の発現及る可能性を見出してきた（Misu and Goshima, Tips. 1993;

び局在が異常となることが明らかとなった。一方，N 末

Masukawa et al., JCI Insight. 2017）。L-ドーパが神経伝達端に 3×FLAG を付加した場合，GPR143 の発現及び局在物質たり得るか究明するためには，その生理学的機能のの異常は観察されなかった。この検討の後，共同研究先全容を明らかにする必要がある。近年，L-ドーパ受容体である遺伝子改変動物作製室にて，Ｎ末端に 3×FLAG をとして，眼白子症原因遺伝子産物として知られる G タン

付加した GPR143 遺伝子配列，MC1 プロモータ制御下でパク質共役型受容体 GPR143 が同定された（Lopez et al.,発現するジフテリア毒素 A 断片遺伝子（MC1-DT-A）のPLoS Biol. 2017）。我々は，抗 GPR143 抗体を作製し，順で並んだ直鎖状 DNA をマウス ES 細胞（TT2 細胞）に免疫染色法により GPR143 が眼だけではなく，中枢神経

エレクトロポレーション法で導入した。これらの ES 細系においても広く発現することを発見した（Fukuda et al.,胞をネオマイシン含有培地で培養し，相同組換えが生じ

Brain Res. 2015）。しかしながら，中枢神経系におけるた細胞を選別した。得られた相同組換え ES 細胞をマウ

GPR143 の発現レベルは低く，その局在の詳細は不明でス受精卵にマイクロインジェクション法で導入し，これある。そこで，本共同研究では GPR143 遺伝子にタグをを仮親マウスの子宮に移植しキメラマウスを作製した。

付加したノックインマウスを作製することを目指した。

このキメラマウスを野生型マウスと交配し，ヘテロマウ

このマウスを用いて組織化学的検討を行い，中枢神経系

スを作製し，所属大学に輸送，搬入した。現在，ヘテロにおける GPR143 のより詳細な局在解析を可能にする。

マウス同士の交配によりホモマウスの作製を行ってい初めに，所属研究室にてマウス GPR143 遺伝子全長のＮる。

末端もしくは C 末端に 3×FLAG または tdTomato 及び

9. 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）
平林真澄，三寳
CCCTC（CTCF）結合因子は，DNA に結合するタンパ

誠（生理学研究所）

変性が認められること，多くの神経細胞が脱落していくことなどが明らかとなってきた。

ク質で高次クロマチン構造形成に関与して遺伝子発現を調節する。ヒトでは CTCF の遺伝子領域の変異が神経神経変性により神経細胞が脱落していく分子メカニ

精神疾患と関連することが示唆されており，マウスを用

ズムを明らかとするため，昨年度に候補となる遺伝子をいた実験では脳の発生発達に関わることがいくつか報欠損するマウスの作製を CRISPR/Cas9 システムにより告されている。申請者らによる研究により，マウス脳のおこなった。本年度は，候補遺伝子に変異を入った個体

特定の神経細胞で CTCF を欠損させると進行性の運動障を交配して変異が仔に伝わる系統を選別した。さらに，害が認められること，組織科学的解析から特徴的な神経

交配により CTCF 遺伝子を脳の特定の神経細胞で欠損か165

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告い，明らかにしていく予定である。

つ候補遺伝子が欠損した二重欠損マウスの作製を進めてきた。候補遺伝子は欠損してもマウスの生存には影響

一方，大脳皮質一次視覚野の神経細胞で左右の眼からしない。来年度は，この新たに作製した二重欠損マウスの入力の違いにより異なる発現を示す遺伝子を同定し，を用いて，神経細胞の脱落が抑制されるかどうかの解析

解析を進めてきた。同定した遺伝子の機能をより詳しくをおこなう計画である。また，神経細胞の脱落が抑制さ解析するために改変マウスの作製を計画し，ベクター設れた場合には，進行性の運動障害が緩和されるかどうか計・作製を進めている。

を調べるためロータロッドを用いた行動実験をおこな

10. RNA 顆粒の動的性質と学習・記憶との関連の解析
椎名伸之（基礎生物学研究所 神経細胞生物学研究室）
平林真澄，三寳誠（生理学研究所）

神経細胞に存在する RNA 顆粒は，樹状突起への mRNA

体外授精し，受精卵を得た。得られた受精卵に対してマ

輸送及びシナプス入力依存的な局所的翻訳制御を担い，イクロインジェクション法によって Cas9 タンパク質，

長期記憶の形成に重要な役割を担う。筋萎縮側索硬化症

gRNA，及び GFP 遺伝子を含む一本鎖 DNA 断片を導入や前頭側頭葉変性症などの神経変性疾患では，疾患の原した。その後受精卵を仮親（ICR）の卵管に移植し，F0因遺伝子産物である TDP-43 や FUS が RNA 顆粒に過剰産仔を得た。F0 マウスと C57BL/6J マウスの体外受精をに集積し，それが疾患の原因になると考えられている。

行い，GFP 遺伝子が導入された F1 ノックインマウスをRNA 顆粒は液-液相分離によって形成されており，その得た。G3BP1-GFP ノックインマウスから大脳皮質由来神

流動性の制御が生理機能や疾患と密接に関わると予想

経初代培養細胞を作成し，蛍光顕微鏡下での観察を行っされているが，流動性の転換やその制御機構の解析は進た結果，ストレス誘導性の RNA 顆粒（ストレス顆粒）

んでいない。そこで本研究は，RNA 顆粒構成タンパク質に G3BP1-GFP が集積することを確認した。

である G3BP1 及び RNG105 に GFP を融合した GFP ノッ

今後は，RNG105-GFP ノックインマウスに関しても，

クインマウスを作成し，学習・記憶や神経変性疾患におRNG105-GFP が RNA 顆粒へ集積することを確認する。

ける RNA 顆粒のダイナミクスを ex vivo 及び in vivo で計

さらに，両ノックインマウスを用いて，海馬急性スライ測することを目的とした。そのために本年度は，GFP ノス及び生体脳大脳皮質における RNA 顆粒ダイナミクス

ックインマウスの作成を行った。

の経時的蛍光イメージングを行い，学習・記憶や神経変マウスの内在性の G3BP1 及び RNG105 に GFP を融合性疾患における RNA 顆粒の流動性転換やその制御機構するべく，CRISPR/Cas9 法を用いて GFP 遺伝子をノックの解析を進める予定である。

インした。具体的には，まず，C57BL/6J マウスを用いて

11. 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（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御する脳内メカニズムの解明を目指している。キスペプ

実験動物の遺伝子改変モデルを作製し，キスペプチンニ

チンは性腺刺激ホルモン放出ホルモン（GnRH）分泌をューロンやそれに関連するニューロンの機能解析を通制御する神経ペプチドであり，卵胞発育と排卵という生じて，キスペプチンを中心とした哺乳類の生殖機能を制

殖のふたつの重要なイベントを制御する。視床下部の弓166

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告状核に位置するキスペプチンニューロン群が卵胞発育枢であることを強く示唆した。また，本共同研究によりを制御し，前腹側室周囲核に位置するキスペプチンニュ

2011 年に作成した全身性 Kiss1 ノックアウトラットの弓ーロン群が排卵を制御するという仮説に基づいて，2 群状核に Kiss1 を発現する AAV を投与し，弓状核キスペプのキスペプチンニューロンの生理的役割を明らかにすチンニューロンを復元することで，黄体形成ホルモンのる目的で，Cre-loxP システムによるキスペプチン遺伝子

パルス状分泌と卵胞発育を回復させることに成功した。

（Kiss1）コンディショナルノックアウトラットの生殖機

これらの結果をまとめた論文は PNAS 誌に掲載された能の評価を行った。また，キスペプチンニューロン可視（Nagae, Uenoyama et al., 2021, PNAS）。名古屋大学と生化ラットの作出を目的として，Kiss1-Cre ラットの作製を

理学研究所で本研究成果の共同プレスリリースを行い，進めた。

NHK ニュース，日本経済新聞，Forbes など 20 のメディ

Kiss1-floxed ラットの弓状核に，Cre リコンビナーゼをアで取り上げられ，大きな反響を得た。

発現するアデノ随伴ウイルスベクター（AAV）を投与し，本年度作製が完了した Kiss1-Cre ラットと Cre リコンビ

弓状核特異的 Kiss1 ノックアウトラットを作製した。そナーゼ依存的に赤色蛍光を発現するレポーターラットの結果，生殖機能の指標となる血中黄体形成ホルモン濃を交配し，キスペプチンニューロン常時可視化ラットの度の顕著な低下を認め，弓状核キスペプチンニューロン作出に成功し，現在表現型の詳細な解析を実施している。

群が卵胞発育を制御する GnRH のパルス状分泌を司る中

12. 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，三寳誠（生理学研究所）

神経幹細胞は，発生過程に沿って，神経幹細胞自身のされた。一方で，TetOne-Rnf20 tg マウスにドキシサイク

増殖期→神経細胞産生期→グリア細胞産出期と，性質をリンを投与することにより，Rnf20 遺伝子を過剰発現さ大きく変え，生後は quiescent で未分化な細胞として維持せた場合は，神経幹細胞が未分化性を保てずに，分化がされる。本研究では，神経幹細胞の未分化性維持の分子促進されることを示唆するデータを得た。

機構に関与すると因子として，ヒストン H2B に対する

Fut10 遺伝子の改変マウスに関しては，予想通りの表E3 ユビキチンリガーゼ Rnf20 および α 1,3-フコース転移

現型が見られなかった。例えば TetOne-Fut10 tg マウスで

酵素 Fut10 に注目し，これらの機能解析を行うために必は，ドキシサイクリンを投与しても Fut10 遺伝子が充分要な遺伝子改変マウスの作出を計画した。2018 年度からに過剰発現されていなかったため，他の rtTA 発現マウス

継続して計画研究に採択していただいた結果，Rnf20 遺と組み合わせることで表現型が観察できないか，継続し伝子と Fut10 遺伝子のコンディッショナルノックアウトて検討中である。また，Fut10 cKO マウスについても，（cKO）マウスおよびテトラサイクリン誘導型過剰発現

明らかな表現型が得られておらず，さらに解析を行う予（TetOne tg）マウスを作製・解析することができた。

定である。

Rnf20 cKO マウスを Nestin -CreER マウスと交配し，タ動物の取り扱いは滋賀医科大学の動物実験指針に従モキシフェン投与によって神経前駆細胞特異的かつ時い，マウス解析時においては麻酔薬の腹腔内投与などに期特異的に Rnf20 をノックアウトしたところ，予想通り

よる苦痛軽減に努めた。

脳における神経幹細胞の分化が抑制されることが観察

167

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

13. 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，樋口流音（大阪大学大学院 生命機能研究科）
平林真澄，三寳誠（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

CRISPR/Cas9 を用いて PcdhγC4 機能領域欠損マウスの作

スター型プロトカドヘリン（Pcdh）は個々の神経細胞で製を行った（図 A）。その結果，ホモフィリック結合に複数種類のアイソフォームを確率的に発現することで必要な EC2 領域を欠損したマウス（ΔEC2 マウス）では，神経細胞の個性化に働くと考えられている。本研究では，

タンパク質発現が認められながらもマウスは誕生直後

Pcdh の多様性を遺伝子操作により改変した様々なマウに死亡することが明らかとなり，PcdhγC4 のホモフィリ

スを作製，解析することにより，機能的神経回路の形成

ック結合が必須であることが明らかとなった（図 B：マにおける神経細胞の個性化と神経回路形成における役

ウスの表現型，図 C：Western Blotting の結果。青色の矢割を明らかにすることを目的とする。

頭は PcdhγC4 タンパクを示し，橙色の矢頭は EC2 領域が欠損した PcdhγC4 タンパクを示す）。現在，他の機能領

これまでに，PcdhγC4 欠損マウスは誕生後に死亡する

域欠損マウスの作製と解析を継続的に行っている。

ことをこれまでに明らかにしてきた。また，PcdhγC4 以
外の 21 種類の Pcdhγ を欠損しても誕生後のマウス死亡は

本研究での組換え動物の作製にあたり，実験動物の取認められず，PcdhγC4 が必須の遺伝子であることが明らり扱い等は生理学研究所および大阪大学の動物実験指かとなった。特に本年度は，この PcdhγC4 のどのタンパ

針に従い，安楽死法（頸椎脱臼）や麻酔法（イソフルラ

ク質領域が必要なのかを明らかにするために，

ン吸入）を適切に用いて苦痛の軽減に努めている。

168

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

14. ドーパミン受容体及び NMDA 受容体改変マウスを用いた運動制御と記憶学習機能の解析
笹岡俊邦，齊藤奈英，田井中一貴，阿部学，﨑村建司（新潟大学 脳研究所）

鍋島陽一（神戸医療産業都市推進機構 先端医療研究センター）
知見聡美，南部篤（生体システム研究部門）

パーキンソン病（PD）は，運動症状に加え，認知機能の splice donor site と変異型 exon 10 の splicing 分岐点の間障害や抑うつなどの非運動症状を示す神経疾患である。中を短縮した変異マウス（GEMA マウス）を作製した

脳の黒質のドーパミン作動性ニューロンは，主に線条体に（Hayashi et al., 2014）。GEMA マウスでは，野生型 exon

投射される。線条体には，ドーパミン D1 受容体（D1R）のみが発現し，野生型 exon 10 が Cre-loxP 組換えで削除さを発現する直接路ニューロンと，ドーパミン D2 受容体れると，変異型 exon 10 が発現される。この N595Q 変異（D2R）を発現する間接路ニューロンの 2 種類の投射ニュ

は NMDA 受容体の Mg2+ ブロックが低下し活性化しやすーロンが存在する。これらの 2 つの経路における神経活動い状態となる。私達は，D2R 発現制御による Cre リコンの不均衡が，PD の症状の原因と考えられている。しかしビナーゼ発現マウスおよび GEMA マウスを用いて，D2R

これらの回路における細胞やシナプスの特性の違いは，まを発現する間接路ニューロン選択的に変異型 GluN2だ明らかになっていない。

（N595Q）を発現するマウス（GEMA D2-iCre マウス）を

私達は，PD の症状の神経メカニズムと，大脳基底核を作製した。

介した情報処理における NMDA 受容体の活性化の役割をGEMA D2-iCre マウスの変異導入様式を全脳透明化に理解するため，間接路ニューロンに特異的に活性化よる三次元イメージングを用いて解析した。また行動解析

NMDA 受容体を発現する変異マウスを開発した。GluN2

では自発運動量の変化はなかったが，恐怖条件付けの行動

サブユニットの第 2 膜貫通領域のアスパラギン残基

テストで学習-記憶の成績が低下していた(図参照)。今後，（N595）は，電位依存性 Mg2+ ブロックに重要である。私直接路ニューロン，間接路ニューロンの神経活動を解析し，達は，標的遺伝子に特定の変異を空間的に限定して導入す

NMDA 受容体活性化による行動変化の仕組みを明らかにる方法を開発し，loxP 配列-GluN2 の野生型 exon 10 (N595)

してゆきたい。

-loxP 配列-変異型 exon 10 (Q595) を並列し，野生型 exon 10

図 恐怖条件付け試験
GEMA D2-iCre マウス（flox/flox-Cre）のフリージングの割合は，対照マウス（flox/flox）より低下し，
flox/flox マウスの移動距離は対照マウスより長く，学習の低下が示唆された。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告15. シナプス伝達修飾機構から見た大脳基底核の直接路および間接路の機能
籾山俊彦，鈴木江津子（東京慈恵会医科大学 医学部）
知見聡美，南部篤（生体システム研究部門）

大脳基底核におけるシナプス伝達修飾機構解明を目的

値に有意差はなかった。この抑制は，ムスカリン受容体

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

M1 サブタイプアンタゴニストによって拮抗された。抑制た。大脳基底核の直接路および間接路を構成する線条体の効果の IC50 値は，マウスの生後発達過程で有意な変化を

中型有棘ニューロン（medium spiny neurons, MSNs）のみ

示さなかった。また，paired-pulse ratio および coefficient ofにチャネルロドプシン 2 を発現した遺伝子改変マウスのvariance に対する M1 受容体アゴニストの作用から，
MSNs

脳スライス標本上のアセチルコリン性介在ニューロンからの GABA 性シナプス終末に存在する M1 受容体活性（cholinergic interneurons, CINs）からホールセル記録を行化によって，CINs への GABA 遊離がシナプス前性に抑制ない，MSNs に光刺激を与えて，MSNs から CINs へのされることが示唆された（Suzuki & Momiyama, Eur. J.

GABA 性抑制性シナプス後電流（IPSCs）を誘発した。光

Neurosci. 53, 796-813, 2021）。さらに，大脳基底核の直接誘発性 IPSCs は，通常の電気刺激誘発性 IPSCs に比べて遅路あるいは間接路を構成する MSNs のみにチャネルロド

い時定数を有した。光誘発性 IPSCs および電気刺激誘発性

プシン 2 を発現した遺伝子改変マウスを用いて，各回路にIPSCs は，ともにムスカリン性アセチルコリン受容体アゴ

特異的な機能について解析中である。

ニストによって濃度依存的に抑制され，抑制効果の IC50

16. セピアプテリン還元酵素遺伝子改変マウスを用いた
ジストニア・パーキンソニズム発症機構の解析
一瀬宏（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）

セピアプテリン還元酵素（sepiapterin reductase; SPR）

ウスに，ノルアドレナリンニューロンでは BH4 合成が行

は，ドーパミンやノルアドレナリン・セロトニンなどのえるように遺伝子工学で改変したマウス（DPS マウス）

モノアミン神経伝達物質の生合成に必須なテトラヒドを作製し解析した。このマウスでは自発運動量の低下やロビオプテリン（BH4）の生合成酵素である。BH4 はグ

前肢の震えなどの表現型は観察されなかったが，細い棒

アノシン三リン酸から３つの酵素により生合成されるの上を歩かせるビームテストでは四肢の協調運動の低ことが知られており，SPR はその第三段階に働く。

下が観察され，パーキンソニズムというよりジストニア

第一段階の GTP シクロヒドロラーゼ I（GCH）遺伝子様の表現型と考えられた。DPS マウスと Spr-KO マウスの片側アリルの遺伝子変異，または，SPR の両側アリル

で，BH4 欠乏によるドーパミンの生合成の低下というメの遺伝子変異（SPR 欠損症）によりドーパ反応生ジスト

カニズムは同じであるにも関わらず，なぜジストニア様ニアを発症する。SPR 欠損症では，脳内ドーパミンの欠とパーキンソニズム様という異なる表現型が現れるの乏によりジストニアを発症すると考えられるが，なぜか興味深い。本研究では，この点を解明することにより，

BH4 を必要とする他の代謝系（Phe 代謝など）での障害

ジストニア・パーキンソニズム発症機構の違いを理解すが現れないのかについては，解明されていない。

ることを目的としている。

Spr-KO マウスは，自発運動量の低下や，前肢の振戦様

上記二つのマウスで異なる点としては，DPS マウスでの震えなどのパーキンソニズム様の運動障害を示した。

はドーパミンは欠乏しているがノルアドレナリンは欠

我々は以前，BH4 生合成第二段階の酵素を欠損させたマ

乏していないことが挙げられる。そこで，Spr-KO マウス

170

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告でもノルアドレナリン欠乏状態を解消することで，現れ破壊したマウスを作出し，ジストニア様の表現型を示す

る表現型が変化するか調べるために，loxP 配列を Spr 遺か，パーキンソニズム様の表現型を示すか観察し，その伝子のイントロン内に挿入した Spr-flox マウスを作製し発症機構を解析していく。

た。今後，ドーパミンニューロン選択的に Spr 遺伝子を17. 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）

これまでの研究で我々は脳内には Olig2 陽性アストロ

ころ，成熟脳の淡蒼球には確かに Olig2 を発現するアストサイト（以下 Olig-AS）と GFAP 陽性アストロサイト（以ロサイト集団が存在し，その集団では GFAP の発現量が下 GFAP-AS）の 2 種類が存在し，淡蒼球ではこれら 2 種

低いことが確認できた。さらに Olig2 を発現する集団を再のアストロサイトが相互排他的な局在をとり，Olig2-AS

クラスター化すると，この集団に特異的に発現するいくつは GABA 作動性シナプスにその微細突起を伸張することかのトランスポーター遺伝子が同定できた。その内の一つも明らかとした。
（Tatsumi et al., Front. Neuroanat. 12:8. 2018）。

は Slc7a10 で ASC-1 とも呼ばれるもので，Glycine の輸走

Olig2-AS が淡蒼球における GABA 伝達を三つ組みシナプに関わり神経細胞に発現するとされてきた遺伝子であっスの形で特異的に制御している可能性を検証する目的で，た。Laser microdissection を用いて淡蒼球の Olig2-AS とOlig2-CreER マウスの淡蒼球に Cre 依存的にグリア型

GFAP-AS を分取し，それぞれから RT-PCR を用いてGABA トランスポーターである GAT-3 のショートヘアピ

GAT-3 や ASC-1，及び GLAST,GLT-1 などのグルタミン酸

ン RNA を発現するアデノ随伴ウイルスベクター（以下トランスポーターも含めて発現解析を行ったところ，

AAV-Flex-GAT-3shRNA）を注入したが，感染効率及び組Olig2-AS では ASC-1 が高発現していることが明らかとな換え効率がかなり少ないことがネックとなった。そこでった。現在抗体を用いた免疫組織化学法，及び遺伝子プロ

Olig2-AS と GFAP-AS の分子的な差異をさらに追求する目ーブを用いた In situ hybridization 法を用いて実際に ASC-1

的で既報のシングルセル RNA 解析のデータから淡蒼球のが Oli2-AS に特異的に発現するか否かを検討中である。

アストロサイト発現遺伝子のクラスター解析を行ったと

18. 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，平林敬浩（星薬科大学 先端生命科学研究所）
竹ノ谷文子（星薬科大学 薬学部）
平子哲史（人間総合科学大学 人間科学部）
箕越靖彦（生理学研究所 生殖･内分泌系発達機構研究部門）
ガラニン様ペプチド（Galanin-like peptide, GALP はガ

脂肪分解を増加させることを明らかにしてきた。これら

ラニン受容体の内因性リガンドとしてブタ視床下部かの結果から，GALP は将来的に抗肥満薬として臨床応用

ら発見された，60 のアミノ酸 からなる生理活性ペプチできる可能性が高いと考えられる。しかし，脳室内投与ドである。これまでに我々は，肥満モデルマウスに対しではヒトでの適用は困難なことから，投与が簡便で苦痛て GALP を脳室内投与すると体重および摂食量が減少すを伴わない点鼻投与での応用を目指し，GALP 点鼻投与

ること，さらに脳室内投与された GALP が交感神経を介によるエネルギー代謝の詳細を検討した。
C57BL/6 マウスに高脂肪食餌を 14 週間自由給餌させる

して肝臓での脂肪酸 β 酸化亢進および白色脂肪組織での171

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

ことで肥満を誘発させ，食餌性肥満（DIO）マウスを作製

マウス肝臓を試料としたメタボローム解析を行ったとした。マウスの肥満状態を確認した後，2 週間順応させころ，GALP の点鼻投与は脂肪酸 β 酸化の亢進，およびた後，GALP，あるいは対照として生理食塩水をマウス

脂肪酸合成の抑制に寄与している可能性が示唆された。

に 11 日間点鼻投与し，その間の体重変化の推移を観察

今後はメタボローム解析で得られた結果について詳細した。その結果，GALP 点鼻投与群は対照群と比較し，に検討し，GALP のエネルギー代謝亢進作用機序の全容

体重増加が有意に抑制された。また，点鼻投与後の DIOを明らかにする計画である。

19. 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）
栄養素（糖，脂質，タンパク質）の摂取で分泌促進さ時間までの血糖値・血漿インスリン値に影響を与えなかれる消化管ホルモンの Glucagon-like peptide-1 (GLP-1)

った。一方，高血糖・高インスリン血症を呈する 2 型糖

は，インスリンを分泌促進させ，摂食量を抑制する。我々

尿病 db/db マウスにアルロースを単回経口投与すると，は，ゼロカロリーの希少糖アルロースが GLP-1 を選択的投与後 1〜4 時間まで血糖値と血漿インスリン値を有意に分泌促進させる事を発見した。そこで，アルロースをに低下させた。高血糖・低インスリン血症を示す 1 型糖用いることで，体内のエネルギー状態を変化させず，腸尿病 Akita マウスへのアルロースの投与は，血糖値・血から放出される生理的な GLP-1 の作用を解析すること

漿インスリン値に影響を与えなかった。以上の結果より，が可能となった。

アルロースによる GLP-1 分泌促進は，血漿インスリン濃アルロースの摂取により放出される GLP-1 は，局所ホ度依存的にインスリン感受性を亢進させ，高血糖を改善

ルモンとして分泌臓器近くに分布する求心性迷走神経する可能性が示された。健常マウスへのアルロース前投を活性化して，＜感覚神経・脳・自律神経＞軸を介した与は，グルコース腹腔内投与後の高血糖を有意に抑制し全身代謝（糖代謝，エネルギー代謝）を調節している可た。同様の試験を Akita マウスで実施したところ，グル

能性を，我々は見出している。しかし，この末梢・中枢

コース腹腔内投与後，グルコース刺激性インスリン分泌

連関システムの作用及び機構については未だ不明な点が惹起されず，耐糖能向上作用はみられなかった。さらが多い。本研究では，GLP-1 の＜求心性迷走神経→視床に，求心性迷走神経を障害させた健常マウスでは，アル下部→遠心性交感神経＞軸を介した代謝調節機構を解ロースの耐糖能向上作用は完全に消失した。以上より，明することを長期的なテーマとし，本年度は GLP-1 の耐

アルロースによる腸 GLP-1 は求心性迷走神経を介して糖能向上作用とその作用機序について検証した。

インスリン濃度依存的にインスリン感受性を亢進させ健常マウスにアルロースを経口投与しても，その後 4て高血糖を改善させていることが示唆された。

20. TRP イオンチャネルの機能変化が介在する細菌感染病態の発症メカニズムの解析
堀口安彦（大阪大学 微生物病研究所 分子細菌学分野）
富永真琴（生理学研究所 細胞生理研究部門）
平松征洋（大阪大学 微生物病研究所 分子細菌学分野）
百日咳菌は特徴的な咳発作で知られる呼吸器感染症

負荷を強い，ときに死亡原因となるがその発症機構は全（百日咳）の原因菌である。この咳発作は患者に多大なく不明であった。これまでに当該研究者らは百日咳菌の172

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

病原性を解析する過程で，特定の系統のマウスが百日咳

Trpv1 ノックアウトマウス，LOS の受容体である Toll 様感染に応答して再現よく咳発作を起こすことを発見し受容体４（TLR4）のノックアウトマウスを使用して，た。さらにこのマウスモデルを活用した研究成果から，

LOS-Vag8-Ptx による咳応答を検討したところ，LOS は

百日咳菌の病原因子であるリポオリゴサッカライド

TLR4 を介して感染局所で Bdk を生成させることがわか（LOS）と百日咳毒素（Ptx）の作用によって咳応答が惹った。さらに B2R や TRPV1 を発現する細胞，および脊起され，Vag8 と呼ばれる病原因子がこれをさらに増悪さ

髄後根神経節ニューロンを用いた全細胞パッチクランせると考えられた。また種々の阻害剤を用いた結果から，

プや細胞内 Ca2+ イオン測定イメージングを通じて，Bdk

LOS-Vag8-Ptx による咳反射応答はブラジキニン 2 型受容は B2R を介して TRPV1 の興奮感受性を増大させるが，体（B2R）と Transient Receptor Potential イオンチャネル

Ptx は TRPV1 の感受性を負に調節する Gi GTPase の機能のひとつである TRPV1 の機能と連関することがわかっを遮断することによって，TRPV1 の興奮性をさらに高めた。そこで本研究課題では，百日咳菌の各病原因子がることがわかった。また Vag8 は Bdk 生成過程のカリク

B2R-TRPV1-咳応答の系路にどのように影響を与えていレイン・キニン系のカスケードを負に調節する C1 エス

るのか詳細に検討した。B2R は炎症性メディエーターの

テラーゼインヒビターを阻害して，Bdk の生成レベルを

ブラジキニン（Bdk）の受容体で，TRPV1 は温度や物理高めていることがわかった。

的化学的刺激に応答するセンサーとして知られており，以上の結果から，百日咳の咳発作の発症メカニズムの咳反射に関わる神経線維の興奮伝導に関与し，その活性一端が明らかにできた。この知見は，百日咳咳発作の原

は Bdk によって制御を受けることが報告されている。そ因療法の開発に向けて貴重な情報を提供していると考

こで，Bdk を生成しない Kng1 ノックアウトマウスやえている。

21. TRP チャネルと 7 回膜貫通型の温度受容体候補分子を介したデュアル温度センシングの生理学的解析
久原篤（甲南大学 統合ニューロバイオロジー研究所／理工学部／大学院自然科学研究科）
富永真琴 （生理学研究所 細胞生理研究部門）
大西康平（甲南大学大学院 自然科学研究科／統合ニューロバイオロジー研究所）

これまでに，温度情報が三量体 G タンパク質によってが複合体を形成して，温度依存的にチャネルを開口させ伝達されるケースを，線虫で見つけ，その上流の GPCRている可能性が示唆された。 線虫において，osm-9 と型の温度受容体候補の解析を進めている。本共同研究でocr-2 に変異をもつ線虫変異体は ADL 温度受容ニューロ

は，まずこの GPCR が発現するニューロンにおいて発現ンの異常により低温馴化に異常をもち，また，osm-9 としている TRP チャネルである OSM-9，OCR-2 と OCR-1

ocr-2 変異体の ADL 温度受容ニューロンの温度応答性はが温度受容体として機能しているのかどうかを調べる

低下しいる。以上の結果から，TRP チャネルが ADL ニ

ために，Xenopus oocyte にこれらの TRP チャネルを発現

ューロンにおいて温度受容体として機能し，線虫個体のさせて，温度刺激を与えた際の反応性を電気生理学的に低温馴化を制御していることが示唆された（共同研究論測定した。その結果，OSM-9 と OCR-2 を同時に発現さ文：Ohnishi et al., Scientific reports, 2020）。

せた Xenopus oocyte は温度刺激に反応したが，OSM-9，

一方で，OSM-9 と OCR-2 チャネルの温度応答性は，

OCR-2 単体では温度に応答しなかった。また，線虫の遺一般的な温度応答性 TRP チャネルと比べて非常に低か

伝学的解析では負の機能を持つ OCR-1 を OSM-9 とったため，TRP 以外の温度受容体の存在を考えた。TRP

OCR-2 と同時に Xenopus oocyte に発現させたが，OSM-9

チャネルはその上流の G タンパク質情報伝達系で制御と OCR-2 を同時に発現させた Xenopus oocyte と同様の温されるケースが知られていたため，G タンパク質のさら度応答を示した。これらの結果から，OSM-9 と OCR-2に上流で機能する GPCR が温度受容に関わっているとい173

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

う仮説を立て，GPCR 型の温度受容体の候補遺伝子を培養細胞に候補 GPCR とその下流の分子を同時に発現さ

Xenopus oocyte に発現させ，その温度応答性を電気生理

せて，温度応答性を測定する予定である。

学的に測定したが，温度応答性を示さなかった。今後は，

22. 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 1)，松岡義和 2)，森松博史 1)，デルーチ サンドラ 3)，富永真琴 3)（1) 岡山大学大学院 医歯薬総合研究科，2) 岡山大学病院 集中治療部
3) 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実験を追加した。野生型ミクログリアの電気生理学的検基盤を明らかにするため，中枢神経系のグリア細胞ミク

討で，TRPV4 活性化剤併用によってミクログリアの運動

ログリアに発現する温度感受性分子を探索し，同定するがより活性化されることを見出した。個体レベルで得らことである。本研究計画開始までに，in vitro 実験にて，れていた結果を in vitro 実験にて実証することができ，ミ単離マウスミクログリアの動きに温度依存性があり，ミクログリアの温度依存的な動きには，TRPV4 が関与してクログリアに発現するいくつかの温度感受性 TRP チャいることを裏付けることができた。新型コロナウィルス

ネルがその制御機構に関与する可能性を見出し，2018 年

肺炎の国内感染爆発により，生理学研究所に訪問するこ度および 2019 年度には，細胞生理研究部門および生体とはできなかったが，遠隔システムによる議論をかさね

恒常機能発達機構研究部門鍋倉淳一教授の協力のもとたのちに，これらの結果をまとめ，論文として投稿し受個体レベルを含めた検討を行い，TRPV4 遺伝子欠損マウ

理され，Proceedings of the National Academy of Sciences ofスではミクログリアの突起にみられた温度依存性が消the United States of America (PNAS) に掲載された。

失していることを突き止めていた。2020 年度は，in vitro

23. 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，卯津羅玲奈，高橋賢次（鳥取大学 農学部）
齋藤茂，富永真琴（生理学研究所／生命創成探究センター）

TRPV1 は Capsaicin，酸及び熱感受性の非選択的陽イ

ニワトリ背根神経節細胞及びニワトリ TRPV1 遺伝子，

オンチャネルであり，侵害受容に関与している。TRPV1

マウス TRPV1 を発現させたヒト胎児腎臓由来 293 細胞をの薬物反応性には著明な種差があり，これまで我々は，用いて，蛍光色素 Fura-2 による細胞内 Ca2+イメージング

種々の動物由来 TRPV1 遺伝子の発現機能解析の結果，及びホールセルパッチクランプ法による電流測定を行っ両生類は哺乳類に比べて Capsaicin 感受性が著しく低い

た。さらにニワトリヒナを用いて疼痛関連行動の測定を行ことを明らかにしている。鳥類 TRPV1（cTRPV1）はった。ニワトリ背根神経節細胞において，Capsaicin は細Capsaicin 非感受性との報告があるが，その薬物応答性な胞内 Ca2+ 濃度（[Ca2+]i）を上昇させたが，その力価は哺

ど詳細な機能は明らかにされていない。また近年，哺乳乳類に比べて著しく低かった。細胞外 Na+ 濃度低下によ類 TRPV1 は細胞外 Na+ 濃度変化により活性制御を受けり[Ca2+]i 増加反応が見られ，完全に除去した条件では，そていることが示されているが，cTRPV1 に対する作用はの反応は最大となった。Capsaicin 及び酸による反応は，不明である。本研究では，cTRPV1 における Capsaicin と細胞内 Na+ 濃度を低下させた条件下で増強した。cTRPV1

細胞外 Na+ 濃度に対する反応性及び阻害薬の効果につ遺伝子発現細胞においても，高濃度 Capsaicin 及び細胞外いて検討した。

Na+ 濃度低下により[Ca2+]i 増加反応が見られた。cTRPV1

174

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

遺伝子発現細胞において，細胞外 Na+ 濃度低下により外より，疼痛関連行動が生じた。

向き整流性電流が生じた。また，マウス TRPV1 とは異な以上の成績から，cTRPV1 は哺乳類とは異なり，Capsaicin

り，cTRPV1 の Capsaicin，酸及び細胞外 Na+ 濃度低下に感受性が著明に低かったが，哺乳類と同様に細胞外 Na+ 濃よる反応は TRPV1 阻害薬により殆ど抑制されなかった。

度により制御されていることが明らかになった。更に，両TRPV1 の主要な酸感受性部位を変異させた cTRPV1 では，種におけるチャネル活性には阻害薬の作用に違いがあっ

Na+ 濃度低下による反応が著しく減弱していた。

たことから，cTRPV1 の機能解析は，阻害薬の作用点を解

ニワトリヒナへの Capsaicin，酸及び低 Na+ 溶液の適用に明する上で有用な情報を提供することと考えれられる。

細胞外24. プリン作動性受容体 P2Y6R を標的とした慢性炎症の新規治療法の開発
西山和宏（九州大学大学院 薬学研究院 生理学分野）
匹の雄につき，2 匹のメスを交配させ，膣栓を確認した［目的］
P2Y6 受容体（P2Y6R）は発現増加に伴い，高血圧なメスマウスを実験に使用した。メスマウスを三種混合注

どの慢性炎症のリスクを増加させることが報告されて射薬の腹腔内注射により麻酔し，背部を切開し，卵巣，いる。P2Y6R の阻害にはイソチオシアネート（ITC）基卵管を体外に露出させた。マイクロマニピュレーターにが重要であることが報告されているが，どのような機序

より卵管膨大部に gRNA および Cas9，ssODN の混合物により阻害されているかは明らかにされていない。本研を 2 μl 注入した。卵管に対してエレクトロポレレーター

究では，ITC が選択的に P2Y6R を阻害する分子機構解析

により電気刺激し，その後，体内に卵巣，卵管を戻した。

を軸に，慢性炎症におけるプリン非依存的な P2Y6R シグ

この操作を左右両側の卵管，卵巣で行い，閉腹し，縫合

ナリングの役割を明らかにする。昨年度までの成果によした。その後，出産したマウスの遺伝子型をシークエン

りイベリンやスルフォラファンなどの ITC が P2Y6R のスにより確認した。

220 番目のシステインを標的として，細胞内への内在化［結果］を引き起こし，プロテアソーム系を介して P2Y6R を分解

20 匹の雌マウスを使用し，1 匹の変異体マウス（P2Y6Rすることが明らかになった。また，ITC が P2Y6R の分解

C220S）の作出に成功した。P2Y6R C220S HET マウスはを介して慢性炎症を抑制する可能性が示された。本年度

WT と比較して，体重や臓器重量に有意な差は認められはシステイン残基をセリンに置換した変異体マウス

なかった。

（P2Y6R C220S）を iGONAD 法（経卵管ゲノム編集）に［結論］
今後は，本年度作製した変異体マウス（P2Y6R C220S）て作製した。
［方法］

を用いて，慢性炎症（デキストラン硫酸ナトリウム誘発

iGONAD 法（経卵管ゲノム編集）

大腸炎モデル）や ITC の感受性に対する検討を行い，シgRNA は CHOPCHOP にて設計した。

ステイン修飾による P2Y6R 内在化機構の病態生理学的

マウスは C57BL/6J（雄雌ともに 8 週齢）を用いた。1な役割を明らかにする予定である。

25. ショウジョウバエの腸における新規細胞 AnCell の電子顕微鏡による解析
Sa Kan Yoo，Hanna Ciesielski（理化学研究所 生命機能科学研究センター）
古瀬幹夫，大谷哲久（生理学研究所 細胞構造研究部門）
私たちは近年ショウジョウバエの腸においてこれまで付けた。AnCells が個体の中の栄養制御に関わることを見発見されていなかった新規の細胞を発見し，AnCells と名出していたが，実際にどのような機能を持った細胞なのか175

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告は未知であった。そこで，古瀬教授との共同研究で AnCells

ソームを多量に含むことが明らかになった。

を電子顕微鏡で観察することを行なった。実際には，二度，この研究を行なっている過程で，AnCells を同定する

電子顕微鏡画像の撮影を行ない，現在三度目の電子顕微鏡

のに，myo1D>GFP 系統を用いた時に GFP 抗体を使える

画像の撮影の準備をしている最中である。

ことがわかり，その感度・特異度は，Ance 抗体を用いた一度目は，抗体などなしで，ショウジョウバエの腸の時よりも高いことがわかった。現在，AnCells の同定を細胞の形から AnCells を推定してその細胞の電子顕微鏡

さらに確実にするために，myo1D>GFP 系統において画像を取得した。それにより，AnCells と推定される細GFP 抗体を用いて免疫電子顕微鏡法を行なっている最中

胞は，ライソソームを多く保持していることが明らかにである。GFP 抗体を用いた免疫電子顕微鏡法においても，なった。ただこの方法の問題点は，観察している細胞がance 抗体を用いたものと同じような画像が撮影できれば，

本当に AnCells かどうかについては，100 %の確信をえら

AnCells は間違いなくライソソームを多量に含む細胞でれなかったことである。したがって，AnCells を確実にあると結論づけることが可能になる。

同定するために，二度目の撮影では，AnCells をマーク

AnCells は新しいタイプの細胞死（erebosis）を行なってする ance 抗体を用いて，免疫電子顕微鏡法を行なった。

いる細胞であることが明らかになりつつ，今回の共同研究

免疫電子顕微鏡法においても，同様に AnCells はライソ

により，erebosis に分子機構についての知見が深まった。

26. 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，久保山和哉，川瀬恒哉（名古屋市立大学大学院 医学研究科脳神経科学研究所 神経発達･再生医学分野）
松本真実（生理学研究所 電子顕微鏡室）
大野伸彦（自治医科大学 医学部 解剖学講座組織学部門･生理学研究所超微形態研究部門）
古瀬幹夫（生理学研究所 細胞構造研究部門）
側脳室周囲組織である脳室下帯では，成体でも持続的作用する。SBF-SEM および 3 次元再構築法により，正常に新たなニューロンが産生されている。産生された新生脳および傷害脳内を移動する新生ニューロン同士の接ニューロンは高速度で移動し，嗅球に到達後，成熟する

着状態の関係を定量的に解析した。また，新生ニューロ

ことで嗅覚神経回路の可塑性に寄与している。また，脳ンの集団移動時におけるアストロサイトとの相互作用

傷害後には，傷害部へと新生ニューロンが移動し，傷害について解析した。

後のニューロン再生に寄与する。しかし，実際に新生ニ② 出生時イベントによる幹細胞ニッチの構造変化

ューロンがどのように周囲組織・細胞と接し，移動に必

出生時イベントが，その後の脳室下帯における神経幹

要な足場を形成しているのか不明である。本研究では，細胞および周囲の細胞群の形態に与える影響を

連続ブロック表面走査型電子顕微（SBF-SEM）を用いて，

SBF-SEM および 3 次元再構築法により解析した。

新生ニューロンの周囲組織との接触・接着形態を網羅的③ 新生ニューロンとミクログリアの相互作用に解析し，生体脳での高速移動に関わる微小環境との相嗅球まで移動してきた新生ニューロンは，鎖状移動か互作用の形態学的特徴を明らかにすることを目的とし，ら単独移動へと移動形態を変化させ，嗅球内をさらに移以下の解析を行った。

動し，停止後にシナプスを形成する。SBF-SEM および 3① 集団移動する新生ニューロンの解析

次元再構築法により，ミクログリアと新生ニューロンの新生ニューロンは，移動する際に鎖状の細胞塊を形成

シナプスの相互作用について形態学的特徴を定量的に解析した。

し，互いを足場にしながら集団的に移動する。また，移動中にはアストロサイトをはじめとする細胞群と相互176

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告27. ショウジョウバエ上皮の細胞間接着およびアクチン細胞骨格の電子顕微鏡観察
杉村

薫，井川敬介（東京大学 理学系研究科）

大谷哲久（生理学研究所 細胞構造研究部門）
細胞配置換えは形態形成や創傷治癒を駆動する非常とを目的とする。細胞構造研究部門に滞在し技術指導と観に重要なプロセスである。細胞配置換えは細胞接着面の察を実施する予定であったが，新型コロナウィルス感染症

収縮，細胞頂点の組み換え，新生細胞接着面の伸長の三拡大のために長期出張が困難となった。そこで，提案代表

段階で進行する。このうち，細胞接着面の収縮と伸長が者の研究室からショウジョウバエ上皮組織サンプルを送付

myosin-II により駆動されることがわかっている一方で，し，細胞構造研究部門で電子顕微鏡観察用のサンプルを調細胞頂点の組み換えのメカニズムの解析は遅れている。

整した。これまでに，ショウジョウバエの蛹から翅上皮を提案代表者と共同利用研究者は以前，細胞頂点の組み換

単離し，定法に従い 2.5 % グルタールアルデヒドと 2 %え時に myosin-II が細胞接着面から乖離してリング様の

PFA の混合液により固定したサンプル，もしくは Tilney ら

構造を一過的に形成すること，ミオシンリングを正しいによってアクチン細胞骨格の可視化に用いられてきた 2 %タイミングで形成することが細胞配置換えの進行に必

グルタールアルデヒドで固定したサンプルを調整し，包埋要であることを報告していた。しかしながら，リング内した。包埋に当たっては上皮組織の水平面の切片の取得を部のアクチン細胞骨格ネットワークなど，ミオシンリン

容易にするため，シリコン円形板もしくはアクラフィルム

グの微細構造は不明である。

を用いた包埋を行った。今年度はサンプルの包埋まで完了することが出来たため，次年度以降に超薄切片の作成と微本研究は，細胞頂点の組み換え時に形成されるミオシン

細構造の観察を進めていく予定である。

リングの微細構造を電子顕微鏡観察により明らかにするこ

28. 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，短期的には適間）のストレスに供したマウスもしくはコントロール群の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マウスから脳を回収し，SBEM (Serial block-face electron

クとなる。これまで慢性ストレスによる認知情動変容の細microscopy) により前頭前皮質の連続電顕画像を取得し，

胞生物学的基盤として神経細胞の樹状突起萎縮が重要と

樹状突起とスパイン，シナプス並びにシナプス周囲のグリ考えられてきた。その要因としてミクログリアの活性化をア細胞，スパインや軸索付属の細胞内小器官の三次元再構伴う脳内炎症やストレスホルモンである副腎皮質ホルモ成を行ってきた。その結果，慢性ストレス後においては細ンの亢進が重要であることが知られているが，神経細胞内胞体から伸びる樹状突起全長の長さが短くなること，一方のメカニズムには不明な点が多い。本研究は三次元電子顕で樹状突起分枝一本ずつの長さには差が見られないこと

微鏡を用いることにより神経細胞の形態と細胞内小器官を見出した。また，樹状突起内のミトコンドリアの長さがを同時に可視化し，ストレス病態における組織細胞生物学

短くなり過剰分裂型を呈することが分かった。ミトコンド

的変化の実態解明を目的とする。

リアの過剰分裂型は酸化ストレスや細胞死シグナリング

本研究では，観察対象の C57BL/6 マウスをより体格のとの関連性が深い。そのためこれらの知見は慢性ストレス

大きく攻撃性の高い ICR マウスに 1 日 10 分間暴露する社がミトコンドリアの細胞死シグナリングを介して樹状突会挫折ストレスモデルを用いる。これまで，慢性（10 日

起分枝の欠失を招く可能性を示唆する。現在はこれらの知177

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

見に加えシナプス周囲の細胞内小器官や神経グリア相互め薬理学的・分子生物学的操作を加えることによりストレ作用に関する形態解析を継続中である。また，これまで得ス病態を克服できるかどうか調べている。

られた知見に関してはその病態における役割を調べるた

29. 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FBLC に加えて，拡張度の軽度な層板状の小胞体を有す含めた種々の細胞が多数存在している。我々はこれまで

る FBLC が存在することを定量的に明らかにした。このSerial block-face 走査型電子顕微鏡（SBF-SEM）を用い

結 果 を 踏 ま え ， CD34 ， 血 小 板 由 来 成 長 因 子 受 容 体て，ラット回腸粘膜固有層内の細胞の三次元的解析を行(PDGFR)α に対する免疫組織化学を行ったところ，大腸い，線維芽細胞様細胞（FBLC）やマクロファージの観全長の粘膜固有層で CD34+PDGFRα-FBLC (CD34+FBLC)

察・分類への SBF-SEM の有用性を検証してきた（Mantani

および CD34-PDGFRα+FBLC (PDGFRα+FBLC) が認めら

et al., 2019; 2021 他）。本研究では昨年度から引き続き，れた。CD34+FBLC は盲腸，上行結腸では腸陰窩底部の

SBF-SEM を用いることにより，ラット腸管各領域の粘膜みに，下行結腸では腸陰窩底部から側面にまで存在し，固有層に加え，成獣および各胎齢マウスの小腸の粘膜固その数は大腸遠位に向かうほど増加した。以上の結果か有層における様々な細胞群の三次元的観察を実施するら，とくに大腸腸陰窩周囲の FBLC の数や種類は部位にことを目的とした。ラットの腸管各部位および成獣およ

よって異なることが示唆された（第 163 回日本獣医学会

び各胎齢マウスの小腸を樹脂包埋し，生理学研究所内に

学術集会にて公表，論文投稿準備中）。

て金蒸着と SBF-SEM を用いた断層撮影を行った。得ら2) マウス小腸粘膜における神経ネットワーク形成過程

れた断層像から，各種細胞の三次元解析を行い，以下のに関する研究成果を得た。

各種胎齢のマウス小腸粘膜における神経ネットワー

1) ラット大腸における FBLC の部位差に関する研究

クの形成過程を明らかにするため，断層データを取得し盲腸と下行結腸の腸陰窩周囲 FBLC を解析した結果，た。それらのデータを現在三次元構築中であり，得られ少数の上皮下 FBLC に加え，その固有層側に多数の FBLC

た成 果は来年度以降，各種学術集会で公表するとともが存在していた。この固有層側の FBLC の小胞体は盲腸に，学術雑誌に投稿・公表予定である。

では拡張していたが，下行結腸では小胞体の拡張する

30. ヒト副腎皮質疾患における mitophagy および細胞内小器官の超微形態学的変化に関する検討
山﨑有人 1，高木孝士 2，笹野公伸 1，尾形博子 1，Gao Xin1
（1 東北大学大学院 医学系研究科 病理診断学分野）（2 昭和大学 電子顕微鏡室）
本研究計画ではヒト副腎皮質細胞においてステロイド合及び，ステロイドホルモン過剰に伴う臓器障害機構を検討

成能に重要な役割を持つミトコンドリア等の細胞内小器官

し，ヒト副腎皮質疾患における病態病理を解明する事を目に現れる細胞老化に伴う変化（mtDNA damage やmitophagy）

的とするものであり，東北大学病院にて上記症例の臨床診

178

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

断にて手術施行時に採取された手術検体の一部より 3 次元症組織 2 例の検体採取後，ミクロトーム組込み型走査電子

的超微形態学的解析用の試料を採取し，生理学研究所のミ顕微鏡（SBF-SEM）での観察に最適な試料作製プロトコル

クロトーム組込み型走査電子顕微鏡（SBF-SEM）を用いての検討を行い，次回来所時の SBF-SEM 観察対象領域の選

連続切片画像取得と 3 次元再構築を行い，ミトコンドリア

定，面出しの作業を行った。来年度以降も継続課題としての fusion, fission 等の形態学的変化および mitophagy 等の細採択されており，次回来所時に SBF-SEM で該当箇所を検胞内小器官の interaction を立体的にイメージング化するも討する予定である。本年度は来所が困難であったため，原のである。

発性アルドステロン症，Cushing 症候群等の対象症例に対す

今年度は COVID-19 流行により，来所回数が当初の予定

る細胞老化マーカーやステロイドホルモン合成酵素の免疫よりも減少したが，東北大学病院で原発性アルドステロン

組織化学的検討等を主体に東北大学で予備検討を進めた。

31. 生後環境による神経細胞の超微細構造の変化を深層学習で効率的に解析する
篠原良章（自治医科大学 組織学）
自治医科大学では電顕データの解析用に強力な GPU

すことが可能である。なお，U-Net でも核やミトコンドを積んだ Linux ワークステーションやサーバを用意し，リアのような電顕上で特徴的なコンテクストを持つオ

docker 環境を構築することで，必要に応じて複数の深層

ルガネラの場合は detection のエラー率が 2-3 %以内であ学習のライブラリを使用可能にした。これらの機器を用り，実用上も差し支えないレベルにある。

い，生理研での受け入れ担当者の大野先生が岡崎の 3D２の方法では，ネットワークのパラメータや画質をさ顕微鏡で取得されたデータからオルガネラの自動解析

まざまに変えてテストしてみたが，2000 枚程度の電顕画を行っているところである。

像からの核の自動抽出に要する処理時間は１時間程度

オルガネラ解析は具体的には２つの方法で行っている。

であった。しかし，この計算は CPU のみで行うと１日程

１．既に生理学研究所電子顕微鏡室の浦久保先生が公度の時間を要することが分かった。つまり，自動解析の開されている UNI-EM を用い，GUI 環境でさまざまな既

成否は，使用する計算環境に大幅に依存する。今後は，存の深層学習のニューラルネットワークを用いオルガ

１．私が使用している計算環境でどの程度の画素数の画

ネラの自動抽出を行なう。

像まで対応できるか，２．現在は深層学習フレームワー

２．カスタムのニューラルネットワークのコーディン

クの Tensorflow ver1/Keras を導入しているが，他のライグを行い，Jupyter Notebook 上で逐次コードを走らせるこ

ブラリでは検出精度はどう変わるか，３．オルガネラ抽とで自動抽出の計算速度や精度をテストする。この方法

出の正確さを上げるにはどうしたらよいか，４．シナプ

では，現在ではよく知られている深層学習ネットワーク

スなど他のオルガネラにも使用できるか，などの問いにである U-Net を用いて解析を行っているが，新しい深層

答えていきたいと考えている。

学習ライブラリやニューラルネットワークを自由に試

32. 原索動物神経回路の三次元超微細形態学的解析
岩﨑広英（群馬大学大学院 医学系研究科）
大野伸彦（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）
脳の高次機能は神経細胞が互いにシナプスを介してる。したがって，神経細胞の結合様式の網羅的解析（コ他の神経細胞とネットワークを形成することで実現す

ネクトーム解析）は個体レベルにおける神経回路レベル

179

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告で理解する上で重要である。本研究では，原索動物の一ロナウイルス感染症の流行に伴う所属機関による出張種であるマボヤ（Halocynthia rorezi）の幼生の神経回路

自粛要請等のため来所できなかった。そのため本年度はの網羅的解析を目指した。マボヤ幼生を用いた理由とし所属機関の透過型電子顕微鏡を用いて，染色法をはじめては，①神経回路が比較的少数の神経細胞により構成さとする試料作製の条件検討を行った。今後は生理学研究れること，②既にコネクトームが解明されている線虫所の SBF-SEM での観察に最適の試料作製法について検(C.elegans)と同様，全ての胚が個体によらず同一の発生討し，SBF-SEM によるマボヤ幼生の三次元再構築像の取様式を示すこと，が挙げられる。当初の計画では所属機得を目指す。最終的に得られた電子顕微鏡の三次元再構

関においてブロック染色および樹脂包埋の後，生理学研

築像より神経細胞のセグメンテーションを行い，マボヤ

究所のミクロトーム組み込み式走査型電子顕微鏡

幼生における神経回路の結合様式について網羅的に明（SBF-SEM）による観察を行う予定であったが，新型コらかにする。

33. 大脳皮質ニューロンの微細構造の解析
平林祐介（東京大学 工学系研究科）
大野伸彦（生理学研究所 生体機能調節研究領域 超微形態研究部門）
ニューロン間のシナプス結合は様々な情報を脳が統合た。そこで本研究計画においては目的のニューロンに的に判断する上で非常に重要な役割を果たしており，シナ

peroxidase (dAPEX2) を発現し，その peroxidase により触プス結合パターンや特性を明らかにすることは我々の高媒される 3, 3’ -diaminobenzidine (DAB) 染色を手掛かりと度な脳の機能を理解する上で必須である。しかし，それぞして目的ニューロンが形成するシナプスを SBF-SEM を用れのシナプスの性質の違いを決める分子基盤や細胞内小いて同定することを目指した。昨年度は，DAB 染色が不器官の違いについては多くが不明なままである。そこで本十分であることが分かったため，染色等の最適化を行った。

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

本年度，最適化された条件を用い大脳皮質を観察したとこ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

ろ，APEX2 により核標識されたニューロンを見出し，そ切片電子顕微鏡技術の急速な発達により，高速でかつ定量のニューロンの細胞体，及び樹状突起の内部オルガネラ構

的にシナプスを検出する事が可能になってきた。一方で，造を観察することに成功した。さらに，SBF-SEM により

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の非常に axial 方向に解像度の高い（25 ナノメートル程度）

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画像を取得することに成功した。本年度の共同研究により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見出された条件を用い，今後の共同研究により初期の目的

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を達成することを目指す。

34. 家族性中枢性尿崩症のバソプレシンニューロンにおける小胞体内凝集体形成機序の解明
宮田

崇，有馬

寛（名古屋大学大学院 医学系研究科 糖尿病･内分泌内科学）

大野伸彦（自治医科大学 医学部 解剖学講座組織学部門／生理学研究所 超微形態研究部門）
家族性中枢性尿崩症（FNDI）は緩徐に進行する尿崩症

められた区画（ERAC: Endoplasmic reticulum-associated症状を呈する常染色体優性遺伝性疾患である。我々はcompartment）が形成されることを見出した。さらに，蛍FNDI モデルマウスを作出し，バソプレシン（AVP）ニュ

光免疫染色および免疫電子顕微鏡による解析により，ーロンの小胞体（ER）の一部に変異 AVP 前駆体が封じ込

ERAC は小胞体シャペロン BiP が発現する膜に囲まれて180

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

おり，また ERAC の内部にライソソームマーカーの発現

ERAC は多くの小さい突起構造を持つことが分かり，こが確認された。本研究では，ERAC と ER およびライソソ

れらの突起構造の一部は周囲のER の一部に接続しているームの構造的相関性を SBF-SEM を用いて明らかにするこ様子が観察された。また，別の突起構造と細胞質に存在すとを目的とした。

る Lysosome とが結合している像も確認された。すなわち
ERAC は周囲の ER と連続性を有すると同時に細胞質の3 ヶ月齢雄性 FNDI マウスを麻酔下に灌流固定し，脳Lysosome に接続しうる構造と考えられた。

を摘出後にブロック染色，樹脂包埋試料を作製し，AVP
ニューロンが局在する視床下部の視索上核を対象に

また，一部の ER 内には ERAC を形成する前段階の比較

Serial block-face scanning electron microscopy(SBF-SEM)

的小さな凝集体が蓄積しており，これらに対してもライソによる連続画像の取得と 3 次元微細構造の解析を施行しソームが融合している像が観察された。この結果は，た 。 画 像 解 析 ソ フ ト ImageJ を 用 い て 画 像 変 換 後 ，ERAC 形成の早期の段階からライソソームによる凝集体

Microscopy Image Browser を使って得られた連続画像かの分解が行われていることを示唆すると考えられた。

ら AVP ニューロンの ERAC と ER およびライソソームを

以上より，小胞体内に蓄積した変異 AVP 前駆体は

画像セグメンテーションして抽出した。画像解析ソフト

ERAC に封じ込められ，ライソソームが ERAC に融合すAmira を用いて画像セグメンテーションした ERAC にることでER の内部で分解されていることが明らかとなっ関しての三次元再構築像を作成した。

た。

35. 神経幹細胞からニューロン，グリア細胞への分化過程の形態学的解析
後藤仁志，小野勝彦（京都府立医科大学大学院 神経発生生物学）
大野伸彦（自然科学研究機構 生理学研究所 超微形態研究部門）
セグメンテーションを行うことで，その 3 次元的な分布

発生期の神経幹細胞は分裂を繰り返しながら，分化しを解析中である。

た細胞を産生する。分化した細胞は，幹細胞とは異なる
特徴的な細胞構造とともに，細胞の働きにとって重要な小野は，生後 4 日目の視神経をモデルとしてそこに存

細胞内小器官の形態を示す。本研究では，発生段階の幹在する細胞の微細形態の構造解析を行っている。今年度

細胞や分化したグリア細胞がどのような細胞形態と細は，前年度までに SBF-SEM により撮像した画像を，胞内構造の特徴を示すかを SBF-SEM による電子顕微鏡

Microscopy Image Browser ソフトウェアによってセグメ

観察と 3 次元構築によって解析している。

ンテーションを行い Amira ソフトウェア上で，３D 再構

後藤は，胎仔期の神経幹細胞におけるグリコーゲン顆

築を行った。アストロサイト・オリゴデンドロサイト前粒に着目し，その細胞内での分布の微細構造を解析して駆細胞・ミクログリアなどの視神経に存在するグリア細いる。前年度までは，神経幹細胞の細胞体が存在する脳胞の種類によって異なる特徴を見出している。今年度は，室層に着目して SBF-SEM による解析を行ってきたが，繊毛・小胞体・ゴルジ体などについても個別にセグメン

抗グリコーゲン抗体による組織化学的染色を行うと皮テーションを行い，それぞれの細胞種における分布を解質表層に強いシグナルが認められることから，今年度は析している。また，これらのセグメンテーションデータ

大脳皮質表面近傍に着目して SBF-SEM による解析を行を用いて生理学研究所の Amira ソフトウェアを用いて形った。サンプリングの手法などを検討した結果，胎生 15態を示すための動画を作製した。現在，これらの特徴的

日齢の大脳皮質の表層にある神経幹細胞の仮足においな構造に関するデータを取りまとめているところであて多数のグリコーゲン顆粒が鮮明に観察された。現在，

る。

181

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告36. 精子完成における細胞内小器官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）
精子完成では，減数分裂後に半数体の精子細胞の形態

フ ト Fiji を 用 い て 画 像 を 変 換 し ， Microscopy Image

変化が生じる。精子完成中には，精子への形態変化に伴Browser を使って連続画像から精子細胞の核とミトコン

い，細胞内小器官の数や分布が大きく変化する。2 次元

ドリアを画像セグメンテーションして抽出した。さらに，での解析を通じて，従来はその動態を解析してきたが，画像解析ソフト Amira を用いて画像セグメンテーション

その 3 次元的解析についてはほとんど明らかになっていした精子細胞の三次元再構築像を作成した。ラット精巣ない。また，精子や精巣は，酸化ストレスに感受性が高を SBF-SEM で観察して，各細胞について 50nm ごとの連いことが知られており，酸化ストレスにおける精子完成

続画像を得た。得られた連続画像より，先体を指標に精での細胞内小器官，特に，ミトコンドリアの挙動を

子細胞を同定し，5 個の精子細胞を解析した。これまで

SBF-SEM を用いて三次元微細構造レベルで明らかにすに，コントロールの精子細胞について，ミトコンドリア

ることを目的とした。Wistar ラットを用いて，虚血・再の数が，428.1 個であることが分かった。

灌流による精子形成障害を生じた精巣と，コントロール

酸化ストレス後の精巣については，本年度の計画共同として未処置の精巣を用いた。細切した精巣を，固定後研究で集中的に観察する予定だったが，新型コロナウイに炭素粒子を含むエポン樹脂に包埋し，SBF-SEM を用い

ルス感染症により，生理学研究所への来所が困難になり，て電子顕微鏡レベルの連続画像を取得した。画像解析ソ

顕微鏡観察を実施することができなかった。

37. 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）
3D reconstruction. Due to high dynamic, the Fc domain can be

The structural information of antibody - receptor binding isonly observed in 2D view. (Figure 4.)

essential for drug design. However, because of the size andmolecular dynamics of antibody, less of single antibody

Since the rapid iteration of cryo-EM structure determination

structure had been solved by cryo-EM in high resolution inera comes, on-the-fly analysis is necessary to survey sample

the present. To address this issue, ZEM embedded cryo-EM

quality in the begging state screening session. And, ZEM is aand detergent-containing sample preparation may provide

powerful observation tool for low-contrast or small particles.

niches to help antibody single particle reconstruction. In thisWe hope this combination application can accelerate thestudy, we used rituximab, a commercial therapeutic antibody

development of structural pharmacology.

for as a target to demonstrate the results.

Reference

To overcome the non-specific aggregation effect of antibody

1. Chang, W. et al. Zernike Phase Plate Cryoelectron Microscopy

in our previous report (Figure 2), we introduced detergent into

Facilitates Single Particle Analysis of Unstained Asymmetriccryo-sample to provide better sample distribution, and better ice

Protein Complexes. Structure 18, 17-27 (2010).

thickness (Figure 1). With the better quality of cryo-sample,

2. Scheres S.H. RELION: implementation of a Bayesian

the power of contrast-enhancement of ZEM can be carried out.

approach to cryo-EM structure determination. J Struct Biol.

Based on our lately results, the Y shape and Fab domain can be

180, 519- 530 (2012).

identified not only in 2D classification (Figure 3), but also in182

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

Imaging cryo sample of antibody with and without detergent(DDM)

Figure 3. Extending the condition surveyed with ZEM, the 2Dclassification by auto-collecting system with another type ofphase plate shows equivalent results.

Figure 1. A ZEM image of Rituximab and the 2D classification
assisted by high-pass filtering.

Figure 4. The domain of Fab on the Y shape of antibody can berecognized in the 3D reconstruction.

Figure 2. Imaging cryo sample of antibody with and without
detergent (DDM).

38. バクテリア DNA 凝集構造の位相差電子顕微鏡による観察
金子康子，アベイナヤカ ダミタ（埼玉大学 教育学部）
ゴーシュ イリカ（埼玉大学 理工学研究科），ソン チホン，村田和義（生理学研究所）
桿状のシアノバクテリア（Synechococcus elongatus PCC

返すことで細胞分裂周期を同調させることができる。こ7942）を明暗周期下で培養し，規則的に植え継ぎを繰りの系を用いることにより，細胞分裂に先駆けて DNA が183

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

一時的に凝集構造をとること，この時ポリリン酸体が対ことを目指した。亜鉛イオンと銅イオンを含む水溶液でになって配置し，チラコイド膜の形状が波打つように変

1 時間処理したシアノバクテリアを急速凍結して低温電形すること，さらに細胞中央部に棒状に集積したカルボ

子顕微鏡観察したところ，細胞中央部に一定の太さの繊キシソームの周囲に DNA の凝集構造が形成されること，

維状構造がコイル状に配列する様子を可視化することなどを明らかにしてきた。

ができた。この繊維やコイル状の構造は，DRAQ 染色に今回，特定の濃度の亜鉛イオンを含む水溶液中でシアより，細胞分裂に先立つ凝集状態の DNA を電子顕微鏡

ノバクテリア DNA の凝集構造が形成されることが新たで可視化した際に観察される繊維やコイル状の構造とに明らかになった。蛍光顕微鏡による観察では DNA の似ていた。

凝集構造は特定の濃度の亜鉛イオンを含む溶液に 20 分

今後，亜鉛イオンに加えて銅イオンやニッケルイオン

から 30 分間懸濁することにより形成され，その後 DNAを含む水溶液中で処理したシアノバクテリアを用いて，は徐々に元の拡散状態に復帰した。しかし，亜鉛イオン

チラコイド膜やタンパク質が破壊されるなかで，選択的に加えて銅イオンが存在する水溶液中では，DNA の凝集に維持される DNA の凝集構造を観察していきたい。電構造は 1 時間後も維持された。亜鉛イオン，銅イオンに子線トモグラフィーを行うことにより，DNA 凝集構造の加えてニッケルイオンが存在すると，1 時間後には細胞

詳細な立体像を明らかにすることが可能となる。さらに，

内のチラコイド膜やタンパク質構造などは著しく破壊

亜鉛イオンにより誘導される DNA 凝集構造と，細胞分されるが，DNA は凝集構造を保ったまま維持されること裂に先駆けて形成される DNA 凝集構造の比較観察を行が分かった。

い，シアノバクテリアにおける DNA 凝集構造形成のメ
カニズムと意義の解明に迫りたい。

この系を用いて低温位相差電子顕微鏡観察することにより，シアノバクテリア DNA の凝集構造を観察する

39. 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）
宋致宖，村田和義（生理学研究所）【背景・目的】多くの巨大ウイルスは「ウイルス工場」とーバ細胞内での感染サイクルを明らかにした。これによっ呼ばれる宿主細胞内構造体を形成するが，申請者が近年，て，ゴルジ体様構造がウイルス工場周辺にみられる時期を

温泉水より分離した medusavirus は，宿主細胞核そのもの

特定し，その時期に包埋した樹脂サンプルを生理学研究所

をウイルス工場として複製することが示されている。さらに送付して，生理学研究所において適当な厚さの切片に薄に，申請者が近年，千葉県の淡水から採取したミミウイル

切して超高圧電子顕微鏡および 200kV STEM トモグラフィ

スの一種 cotonvirus は，宿主細胞の細胞質において，ゴルー解析に供した。cotonvirus ウイルス工場周辺を映し，得ジ体様構造の一部を利用してウイルス工場を作り出すこられたトモグラフィー画像から 3D 再構築を行い，とが示唆されている。そこで，超高圧電子顕微鏡を用いてcotonvirus ウイルス工場の構造的な特徴を検討した。

トモグラフィー解析を行い，cotonvirus のウイルス工場形【結果】
Cotonvirus のウイルス工場は，ほかのミミウイルスより成過程の三次元構造解析を行うことが極めて有用であると考え，本研究課題を申請することとした。

も若干遅く感染後 4 時間あたりから形成されはじめ，20【方法】東京理科大学において cotonvirus を感染させたア

時間ほどで成熟することがわかり，このうち感染後 8～12

カントアメーバ細胞を調製した。まず，経時的に cotonvirus

時間あたりの初期ウイルス工場の周辺には，アカントアメ

を感染させて調製した cotonvirus 感染アカントアメーバ細ーバのゴルジ体と思われる細胞小器官が配置されている

胞を，化学固定して樹脂に包埋し，東京理科大学においてことが明らかとなった。
そこで，感染後 8～12 時間のアカントアメーバ細胞につ透過型電子顕微鏡解析に供し，cotonvirus のアカントアメ

184生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

いて厚切りトモグラフィーを行い，ウイルス工場とゴルジ

GM130 タンパク質に対する抗体で cotonvirus 感染細胞を体様構造周辺の立体的位置を検討したところ，ウイルス工

観察すると，成熟したウイルス工場周辺が同抗体で強く染場とゴルジ体様構造との間には，ところどころで連結され色されたことから，cotonvirus は，そのウイルス工場の形ている部分や，完全にウイルス工場とは離れている部分が成にゴルジ体を利用するとともに，GM130 を含む膜が成混在していることが明らかとなった。

熟したウイルス工場の形成に必要であることが示唆された。

さらに，ゴルジ体膜に局在することが知られている

40. 先端電子顕微鏡による海底微生物の細胞構造解析
井町寛之，小河原美幸（海洋研究開発機構）
村田和義，ソン チホン（生理学研究所）
提案代表者の井町は新規な培養手法を使うことによているアスガルド類アーキア群の初めての分離株であって，これまでだれも培養することができなかった海底る MK-D1 株について，(1) 共生相手となる他種微生物細下に優占化して存在することが予見されていたアーキ胞の認識に重要な役割を果たすと考えられている細胞

アやバクテリアの培養に成功している。これら海底から表層に存在する Surface layer (S 層) の構造と，(2) 細胞外培養されたアーキアやバクテリアは生態学，進化学およ部に伸ばす特徴的な突起構造について低温位相差電子

び分類学的な観点から重要であり，その細胞や生理学的顕微鏡を用いた観察を行った。

特徴の詳細を把握することは生物学の基礎的知見を大約 2L の嫌気海水培地で約 3 ヶ月間 MK-D1 株を培養きく拡充することに繋がる。これら培養に成功しているした。定量 PCR により増殖を確認した後に，嫌気チャン

いくつかの微生物は光学顕微鏡あるいは薄片化サンプ

バー内で孔径 0.2 µm のフィルターろ過により培養液を 5ルを使った透過型電子顕微鏡による観察において特徴

ml に濃縮した。濃縮したサンプルは嫌気的に保存し，直的な細胞構造を有するものが存在している。本共同研究

ちに生理学研究所に持ち込んだ。現在，試料を氷包埋しではこれら微生物のさらなる詳細な細胞構造を解明す

クライオ電子顕微鏡観察を行っているが，細胞自体の数るために，低温位相差電子顕微鏡を用いることで生きたが少ないため，まだ目的の場所に到達できていない。今状態に近い状況の細胞を高分解能で観察を行うことを後，試料の濃度を上げる工夫をし，再度，挑戦する予定

目的とする。今年度は，真核生物誕生の鍵を握るとされである。

41. インフルエンザウイルス RNA ポリメラーゼと阻害抗体複合体のクライオ電子顕微鏡単粒子解析
朴三用（横浜市立大学）

2010 年度に大流行した新型インフルエンザウイルス

亜型の RNA ポリメラーゼのタンパク質は，96%以上アミの亜型は H1N1 であった。今後，別の亜型の新型インフノ酸が保存されており，変異が極めて少ないタンパク質

ルエンザウイルスが出現する可能性はあるが，どのようである。我々は，RNA ポリメラーゼの PA/PB1 サブユニに変異を繰り返してどのような亜型が出現するのかをットと PB1/PB2 サブユニットの複合体での構造解析に予測することは不可能に近い。これに対して，RNA ポリ

世界で初めて成功した。PA/PB1 サブユニット結合領域

メラーゼはウイルスの複製（増殖）に必須であるため，は，サブユニット同士が鍵と鍵穴のような形であった。

RNA ポリメラーゼの変異の多くをウイルスそのものが本課題ではインフルエンザ RNA ポリメラーゼに特異許容できない。実際，すべてのインフルエンザウイルス

的に結合し，細胞内でウイルス増殖を阻害するモノクロ185

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告ーナル抗体の取得に成功した。そこで本共同研究では，として研究を進めていく。しかし，昨年度から，新型コ生理学研究所のクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解

ロナによる研究の制限などにより，研究が進まず，試料析によって，インフルエンザ RNA ポリメラーゼと阻害の調製もできてない状態である。

抗体との複合体立体構造解析を行い，その結合様式やウ

今後，改善に向け，準備を行っている。

イルス増殖阻害の作用機序を明らかにすることを目的

42. 緑藻クラミドモナスの光化学系 II 超分子複合体の構造解析
皆川純，得津隆太郎，渡邉顕正（基礎生物学研究所 環境光生物学研究部門）
宋致宖，村田和義（生理学研究所 形態情報解析室）

植物は，様々な光環境に適応しながら光合成を行う。

欠である。

特に，光合成反応の許容量を超過するような光の下で緑藻クラミドモナスに強光を照射しチラコイド膜をは，余分な光エネルギーを熱に変換して捨てる NPQ と精製する。得られたチラコイド膜を界面活性剤を用いて呼ばれる光環境適応を行う。申請者らは最近，この NPQ

可溶化および安定化し，ショ糖密度勾配超遠心法によりは光化学系 II 超分子複合体に LHCSR と呼ばれるタンパ

膜タンパク質超複合体として PSII-LHCII-LHCSR 複合体

ク質が結合した時に起きることを見いだした。本研究でを精製することができた。これを速やかに生理研へ運び，は，光化学系 II-LHCSR 超分子複合体の構造解析を行う

即座に氷包埋試料グ リッドを作製し，クライオ電子顕

事で，NPQ の分子構造基盤の解明を目指す。

微鏡観察により粒子画像を取得した。結果，安定で相同

PSII-LHCSR 超分子複合体は，葉緑体チラコイド膜中な形状の粒子像を得ることができた。今後，このグリッに少量しか形成されないため，X 線結晶構造解析のようドを用いてハイエンドの 300kV クライオ電子顕微鏡にな超高解像度解析は極めて困難である。そこで本研究でより高分解能の粒子画像を収集し，単粒子解析を行っては，クライオ電子顕微鏡観察を用いたタンパク質単粒子

PSII- LHCII-LHCSR 複合体の 3 次元構造を解明する予定

解析を行い，その高次元構造を明らかにすることが不可である。

43. 植物寄生性線虫の感染部位の微細構造解析
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）
側に突出することにより，その表面積が増大しているとい１．はじめにダイズシストセンチュウはダイズ根に侵入後，Initialう現象（cell wall ingrowth）が知られている。道管に接しSyncytial Cell (ISC) に口針を挿入して一生そこから養水

たシンシチウムが cell wall ingrowth を形成することにより，分を吸汁する。一方，ISC と隣接細胞との間の細胞壁の一

細胞壁の表面積を著しく増やし，道管からシンシチウム内部が溶解して，細胞融合が起きる。この細胞壁の溶解はさへアポトーシスによる養水分の流入を増やしているもの

らに隣接細胞へと連鎖的に起き，数十個の融合細胞（シンと考えられる。本年度は，この cell wall ingrowth とその近シチウム）が形成される。これまで，オスミウム浸軟処理

傍に存在する管状の滑面小胞体との関係を超高圧電顕でした試料の電界放射型走査電子顕微鏡観察および超高圧

三次元的に解析した。

電子顕微鏡による三次元的解析の結果，シンシチウム内に２．試料と方法は，数種類の小胞体からなる巧妙で複雑な構造が存在する

ダイズに本線虫を接種後，下記の２方法でダイズ根をことを明らかにしてきた。一方，これまで一次細胞壁を内186

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

固定・染色後，電顕観察し，像の比較を行った。①オス

しい肥厚が認められるとともに，細胞壁がシンシチウム

ミウム浸軟処理による電界放射型走査電顕観察，②ホル

内に枝状に突起し，部位によっては網目状となって，表マリン・グルタルアルデヒド前固定後，zinc iodine-四酸

面積を増やしていた。これらの細胞壁の突出部位の間隙化オスミウム後固定試料の樹脂包埋，500 nm 厚切り切片

や近傍には管状小胞体が多数観察された。これらの観察のウラン・鉛による電子染色後に，-60° から+60° まで

結果から，細胞壁の肥厚および突起構造の形成は，細胞2° 毎傾斜して超高圧電子顕微鏡（H-1250M）で観察し，壁の体積を増やすことにより，アポプラストのはたらき撮影した 61 枚の画像の 3D トモグラフィー作製。

を高め，道管からより多くの水やショ糖等をシンシチウ
ム内に取り込んでいるものと推察される。これらの養水
分は cell wall ingrowth の内側に大量に存在する管状小胞３．結果および考察
オスミウム浸軟処理した試料の電界放射型走査電顕体に吸収され，線虫が養水分吸収のために口針より宿主観察および超高圧電顕観察画像のトモグラフィー解析

細胞内に突出した feeding tube まで管状小胞体によってでも，根の道管に接したシンシチウム内の細胞壁には著運ばれ，最終的に線虫体内に入るものと考えられる。

44. 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）
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，リンパ球の色（CD38 の C 末端部に対する抗体）を施した分泌顆粒

増殖を活性化する膜タンパク質である CD38 の関与が報画分像を示す。分泌顆粒の凝集が観察されるが，その中告されている（D. Jin et al., 2007, Nature）。CD38 は細胞でも数個の分泌顆粒が CD38 に対する免疫陽性反応を示

膜上に存在し，ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド

しているように考えられた（図参照）。つまり，金粒子（NAD）からサイクリック ADP リボース（cADPR）をがつくもの，つかないものが混在する傾向がみられ，オ合成する。合成された cADPR は，小胞体膜上に存在す

キシトシン・ニューロン由来の分泌顆粒が特異的にるリアノジン受容体に結合し，小胞体からのカルシウム

CD38 を発現していることが示唆された。今回，N 末端

流出を促し，オキシトシンの開口分泌を誘導する。しか抗体についても同様に解析したが，顕著な免疫陽性反応

しながら，オキシトシン・ニューロンにおける CD38 のは観察されなかった。これらのことは，CD38 が C 末端

膜局在は不明である。そこで本研究では，クライオ電子部を分泌顆粒の外に配置する膜トポロジーであること

顕微鏡（電顕）法を用いて，CD38 の膜局在を明らかにを支持する。

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，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（2019 年度報告書）。そこで，この精製サンプルを炭素コーティングしたフォルムバール膜へ塗布し，免疫電顕を行った。図は，CD38 に対する免疫染187

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

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する CD38 免疫電顕像。CD38 (10 nm) に対する免疫陽性反応を示す分泌顆粒がみられた。免疫陽性反応は C 末端抗体でのみ観察された。ネガティブ染色。スケールバー ＝ 100 nm; 50 nm（拡大図）

45. 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，万育萌（神戸大学 理学研究科）

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・タン伴った 96 個の要素が連結した円形のはしご状の構造でパク質複合体である。本研究では，単細胞真核生物ある。また，これらのフィラメントは餌生物の体表に存

Raphidiophrys contractilis を用いて，vault の原始的機能と在する β-1,3 グルカン分子に対して結合性を示す MVP タ

進化の道筋を明らかにすることを目的とした。特に，ンパク質を含んでいる。

Major vault protein (MVP) が餌の捕獲に関与する分泌性

本研究では，これまで解析が進んでいなかった，分泌前オルガネラの構成分子である点に着目し，その分子構築のキネトシストの微細構造について，クライオ電顕を用いをクライオ電顕解析により解析した。

たトモグラフィー解析を行った。その結果，放出後に形成

これまでの研究から以下がわかっている。キネトシス

されるリング状構造に相当する小型のリング構造が，分泌トは，直径約 300 nm のユニークで複雑な分泌性のオル

前のキネトシストの内部にも既に存在していることがわ

ガネラである。静止状態では，キネトシストは外側の細かった。また，このリング構造は，48 個のユニット構造

胞膜と内側のキネトシスト膜に囲まれている。その中心が連結して構築されていることもわかった。また，これまには，2 つの球状構造が連なったコア構造がある。2 つでは不定形の物質と思われていたコア構造の周囲の構造の球状構造は短い連結構造で結ばれている。餌の捕獲時は，細いフィラメントで構成されていることがわかった。

にキネトシストが排出されると，キネトシストの内部のこれらの観察結果より，キネトシストの分泌に伴い，MVP

構造体が漁網のように広がり，特徴的なリング状の構造から成るフィラメント構造を伴うリング構造が拡大し，餌が出現する。この構造は，内外に伸びるフィラメントをに向かって放出されることが示された。

188

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告46. ドレブリン遺伝子改変マウスにおける多光子励起レーザー顕微鏡を用いたシナプスの長期 in vivo イメージング解析
花村健次，瀬川万里（群馬大学大学院 医学系研究科）
鳴島円，鍋倉淳一（生理学研究所）

興奮性シナプス後部のアクチン結合タンパク質である制限が出たこともあり，コンスタントに実験を行うこと

ドレブリンは，アルツハイマー病のヒト死後脳で減少しては難しかったが，試行錯誤しながら実験を進めた。マウいる。このドレブリンの減少は，シナプスや神経細胞数のスの週令や，観察窓の作成過程での歯科用セメントや樹減少に先行して起こると考えられている。シナプス後部の脂等の塗布量を調節することで長期的な観察ができた

ドレブリンは，X 線照射による認知機能低下に伴って減少個体も見られたが，安定して観察することが難しかった。

することもマウスを用いた実験で明らかとなっている。ド

当初予定では生理研にて長期 in vivo イメージング用のレブリンの遺伝子改変マウスにおいて加齢依存性の学習

観察窓作成の技術習得と樹状突起スパイン構造の観察

障害やシナプス可塑性の異常を見出している。この異常は，を行う予定であったが，新型コロナウイルスの感染拡大

興奮性シナプスが形成される樹状突起スパインやスパイ防止措置により生理研への来所が困難であったため，群ン内のアクチン細胞骨格の不安定化が引き起こしている

馬大学にて長期 in vivo イメージング用の観察窓作成とと考えた。この仮説を検証するため，ドレブリンの生体脳

長期イメージングの技術習得を目指して研究を行った。

におけるスパイン形態変化やアクチンの動態に与える働

具体的には，メールで対処法について相談したり，生理きを解析することを目的とした。

研で手術の動画を新たに作成して群馬大に送付し，樹状

本年度は生体脳におけるスパイン形態変化を安定し突起スパイン構造の観察における二光子励起レーザーて解析するために，マウスにおいて長期 in vivo イメージ

顕微鏡のセッティングの細かい情報を共有するなど，きング用の観察窓作成の技術習得と樹状突起スパイン構

め細かく情報共有を行った。この技術を応用して，X 線造の観察を行うことを試みた。見学した手術の手技を踏

照射が樹状突起スパインに与える影響の予備的な実験

まえて，手術の練習と生体脳における神経細胞の観察をデータを得ることができた。将来的には，ドレブリンの行った。新型コロナウイルスによる非常事態宣言や群馬

生体脳におけるスパイン形態変化やアクチンの動態に県での警戒レベルなどの影響により，大学内での実験に与える働きを明らかに出来ると考えられる。

47. 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）
成体哺乳類の脳室下帯には，神経幹細胞が存在し，生る。我々は，生理学研究所生体恒常性発達研究部門との涯にわたって新生ニューロンを産生し続ける。これらの計画共同研究により，多光子顕微鏡を用いた嗅球内の生新生ニューロンは，嗅覚の一次制御中枢である嗅球への体イメージング法を確立した。その技術を用いることに移動し，嗅球の抑制性ニューロンとして成熟する。一方，

よって，嗅球ニューロンを長期間追跡して観察すること

嗅球ではニューロンが細胞死を起こして失われており，が可能となり，ニューロンのターンオーバーが嗅覚入力

このような嗅球におけるニューロンのターンオーバーの影響を受けて時間的・空間的に制御されることを明らによって，嗅球の神経回路の構造や機能が維持されていかにした。しかし，ニューロンのターンオーバーを制御

189

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告する仕組みはいまだ明らかとなっておらず，周囲の微小球ではアストロサイトを介した血流調節の仕組みが報

環境が新生ニューロンの定着過程に影響を与えている

告されている。その仕組みを利用し，アストロサイトにことが示唆される。本研究では，新生ニューロンの周囲

おいて化学遺伝学的方法を用いることで，嗅球内の血流に存在する，グリア細胞や血管の役割に着目し，ニューを長期間にわたって制御するための実験系を確立する

ロンのターンオーバーを制御する仕組みを詳細に解析ことに成功した。また，新生ニューロンの成熟過程では，することを目的とした。

ミクログリアとシナプスの相互作用を詳細に観察した。

本年度は，多光子顕微鏡を用いて嗅球内の新生ニューこれらの結果から，ニューロンのターンオーバーがグリロンの動態および血流を記録することで，新生ニューロ

ア細胞および血流によって調節されている可能性が考ンの移動と成熟における血流の役割を解析した。成体嗅えられる。

48. 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（東北大学大学院 医学系研究科 生体システム生理学分野）

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，
The University of Chicago, Department of Organismal Biology and Anatomy）
深田正紀，深田優子（生体膜研究部門）
小林憲太（ウィルスベクター開発室）
南部篤，知見聡美，佐野裕美（生体システム研究部門）
行動変化の関係について調査した。

非ヒト霊長類を動物モデルとして神経活動の発振現象の発生メカニズムとその機能的意義を理解することを目

実験は東北大学における国際共同研究推進プログラム指す。任意のタイミングにおける特定の神経活動の制御にの一環として共同研究連携機関であるシカゴ大学で実施

よる効果的な脳波の修飾を可能にするために光遺伝学的した。上肢姿勢を一定時間（3.5 [sec]）保持する課題を習手法は有望視されている。一方で，同手法への非ヒト霊長熟させたサルの一次運動野の上肢運動支配領域にウィル類への適用については導入遺伝子の発現効率は低い。導入

スベクターを注入し，続いて光ファイバーが結合された慢遺伝子の発現効率の指標として刺激による運動の短潜時性埋込型多点電極を同部位に留置手術をした。実験では課誘導が用いられており，過去においてはニホンザルにおい

題中にベータ波帯域(12-25 Hz)の脳波の発生頻度が大となて光刺激による眼球運動惹起の報告のみであった。最近，るタイミングで光刺激を与え，約 2 か月間にわたり光神経

私 達 は ア デ ノ 随 伴 ウ ィ ル ス ベ ク タ ー （ AAV-DJ-

応答を記録することができた。サル認知課題行動下におけ

CAG-hChR2(H134R)/EYFP）によってサル一次運動野におる光刺激時の多点神経応答と運動行動の同時記録は世界

ける光感受性タンパク（チャネルロドプシン）の高効率発的に報告が少ない。記録データセットの詳細な解析によっ現の成功を報告した。そこで本課題では神経活動の発振現て，サル一次運動野における神経回路ネットワークダイナ

象の一つである脳波に着目して，覚醒下の運動課題中におミクスによるベータ脳波の発生メカニズムとその機能的いて，脳波と同期した光刺激によって脳波の変調とサルの意義の解明が期待される。

49. 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

MHCclassI 分子の受容体である PirB 欠損マウスで消失すが MHCclassI 輸 送 に 必 須 の b2m 欠 損 マ ウ スお よびることを明らかにした。本研究では，CA1-CA3 シナプス

190

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告において，PirB をウィルスベクターによってプレ側ある

ナプスの大きさは野生型の左入力とほぼ同じであり，いはポスト側の細胞でノックアウトする事により，シナ

PirB null KO と同様である。従って，シナプスのいずれ

プス結合のどちら側の PirB 発現が MHCclassI-PirB によの側でも PirB の発現が左右差の維持に必要である，といる認識と左右差の維持に必要であるかを明らかにする

うことが明らかになった。しかし，共同研究者によってことが目的である。2020 年度は CA3 錐体細胞で PirB を得られている，PirB null KO を使った電気生理学による欠損させるために，PirB の flox mouse の CA3 に Cre と結果では，postsynaptic 側で PirB をレスキューした場合

EGFP を発現するアデノ随伴ウィルス（AAV）を注入しにのみ左右差が正常に戻ることが分かっている。この一（presynaptic KO），EGFP が発現している神経終末が作見矛盾する結果を説明するために，3XFLAG タグを付加

る CA1 錐体神経細胞のシナプスがの入力依存性左右差した tagged PirB knock-in mouse を用いて，シナプスにおが消失していることを確認した。また PirB の flox mouse

ける PirB を直接可視化することを試みたが，FLAG 標識

を CA1 特異的に Cre を発現させたドライバーマウスと交を得ることはできなかった。現在，別のタグを付加した配し得られた conditional KO マウス（postsynaptic KO）でKI mouse の作成を検討中である。

も，同様に左右差が消失していた。いずれの場合も，シ50. 従来型解析にバイオインフォマティクスを取り入れた新規長鎖遺伝子の機能解明
増田知之（筑波大学 医学医療系）
小林 憲太（自然科学研究機構 生理学研究所）とが明らかとなった。

神経軸索ガイダンス（神経回路形成）において中心的

今年度は，ウイルスベクターを用いた異所性発現系で，な役割を果たす分子は，神経軸索を誘引する分子と反発する分子であり，これまでの研究から実際にさまざまなin vivo における両分子の機能を調べた。各発生段階のニ分子が軸索を誘引・反発することが明らかとなってきた。

ワトリ胚の様々な部位にアデノ随伴ウイルス（AAV）ベ

しかしながら，多くの神経回路においては，未だその多クターを注入し，ウイルスベクターの分布と導入効率をくが不明につき全容の解明が待たれている。私たちはマ

in situ ハイブリダイゼーション法で精査した。予想通り，

イクロアレイとバイオインフォマティクスを併用した用いる AAV の血清型によって，遺伝子発現の分布と導解析を推し進め，2 つの新規長鎖遺伝子がコードする分

入効率に大きな差があり，現在最適な条件を検討中であ泌型蛋白質（mF1 と mF2）が高等脊椎動物の神経発生にる。最適な AAV の系統および導入条件を明らかにした

何らかの重要な役割を果たしていることを見出した。新

のち，2 つの新規長鎖遺伝子を導入した際の神経系への規に開発した遺伝子機能予測法によって，各遺伝子がど影響を評価し，中枢・末梢神経系における両者の機能解のような生命事象と相関性が高いか調べた結果，mF1 が明を目指したい。

神経軸索ガイダンス事象に対して高い相関性を示すこ

51. 広視野 2 光子顕微鏡によるマウス大脳皮質広域 Ca2+ イメージングに向けたウイルスベクター開発と導入法の確立
上森寛元（理化学研究所 脳神経科学研究センター）
小林憲太（生理学研究所 ウィルスベクター開発室）
理化学研究所脳神経科学研究センター触知覚生理学

大脳皮質を広域（3mm*3mm）に Ca2+ イメージングする研究チーム（チームリーダー：村山正宜）では，マウスことのできる 2 光子顕微鏡を開発している。広域に 2 光

191

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

子励起させるためには，高速でのレーザースキャニング

まえて濃度を最終決定し，本条件によって安定して広視が必須であり，そのために単位面積当たりの励起光滞在

野 2 光子 Ca2+ イメージングを行えることを確認した。ま

時間が短くなる。結果的に像の SN 比がトレードオフとた，同条件個体において LFP を計測することによって異なってしまう。この問題を解決する 1 つの方法として，常な脳波が生じていないことを確認し，マウスの脳切片

Ca2+ センサー（GCaMP）を広範囲の共焦点顕微鏡による観察によって大脳皮質の層構造

明るい蛍光を発するが崩れていないことも確認した。以上のように，安定しに発現させることが挙げられる。
本計画共同研究では，マウス大脳皮質に広範囲にた広視野観察が可能な条件を整えることに成功したた

GCaMP を発現させるウイルスベクターを開発し，そのめ，現在は行動実験下における広視野 2 光子 Ca2+ イメー

導入法・最適なウイルス濃度を検討することを目的としジングにも着手し始めている。行動実験ではマウスのトた。今年度は AAV（アデノ随伴ウイルス）によるセロタ

レーニングが必要となるため，長期（2 か月程度）で安

イプ DJ の GCaMP7.09 を組み込んだウイルスベクターの定して 2 光子観察できることが求められるが，安定して作成を小林先生に行っていただき，ウイルス濃度の検討

GCaMP の発現が維持できていることを確認している。

を行った。結果，ウイルス濃度を下げていくと GCaMP

今後は広視野 2 光子 Ca2+ イメージングによる神経活動の発現領域が狭まっていくこと，Ca2+波形の decay が短の記録に尽力し，生理データの取得・解析を遂行していくなることなどが分かった。本顕微鏡での観察領域を踏く。

52. 認知課題実行時の神経活動動態の解明
松崎政紀，正水芳人（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）
霊長類マーモセットと齧歯類マウスを用いて，認知課

覚醒時の認知課題遂行中における脳の神経細胞の活動

題を構築し，課題実行中の大脳神経活動動態を高解像度

を，2 光子励起顕微鏡による in vivo イメージングによっの蛍光イメージング法を用いて計測するとともに，光遺て計測する系を立ち上げた。また，アデノ随伴ウイルス

伝学などの手法を用いて神経活動操作をすることで，認のセロタイプ 9（AAV9）がマーモセットの脳で強く発現

知・行動を実現する神経活動動態の原理の解明を目的とすることも確認した。今後，AAV9 でのベクター作製をする。光計測には蛍光カルシウムセンサー等を，活動制

依頼し，神経細胞の活動を光遺伝学的または化学遺伝学

御にはチャネルロドプシン等を用いる。遺伝子を導入の的に制御することによって，その際の動物行動変化を計ために，アデノ随伴ウィルスベクターを用いる。

測する予定である。

2020 年度は，動物を課題装置に頭部固定状態で座らせ，

53. 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）
本研究では，行動時の神経活動および形態変化を光計

これらを脳の回路レベルで理解する。

測によって明らかにし，それにより明らかとなった活動

2020 年度は，本研究で作製したアデノ随伴ウィルスベ

を光刺激によって制御することにより，脳の作動原理のクターを用いることで，動物が新しい運動技能を学習す解明を目的とする。その際にはアデノ随伴ウィルスベク

る際の，一次運動野（M1）におけるシナプス前部の構造

ターを用いた経路特異的な計測・制御を用いることで，変化について明らかにした（Hasegawa et al., PLoS One,192

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

15(6): e0234930, 2020）。シナプスは，神経情報を出力するのに対し，運動視床からの軸索の消去率が減少している側のシナプス前部（軸索ブトン）と，入力される側のることが明らかとなった。特に，学習後期（4 日目からシナプス後部（樹状突起スパイン）の間の，情報伝達の7 日目）において視床由来の軸索ブトンの消失率は，訓ための接触構造である。運動学習時，運動記憶に関連す練を受けていないマウスよりも低かった。これら結果は，る新しい樹状突起スパインが，学習の初期段階で形成さM1 の視床軸索ブトンが学習後期において安定することれると言われている。しかし，軸索ブトンがどのようにが，運動技能の学習に寄与していることを示唆している。

形成され，排除され，維持されるのか，また，長距離のまた，上記のような長期的な学習依存的な効果につい大脳皮質と視床皮質の軸索ブトンが学習中に異なる構て調べるにあたり，経路特異的な神経細胞の不活性化は造変化を示すのかについては，あまり理解されていなか有用である。そこで，DTR（ジフテリア毒素受容体）をった。そこで，マウス M1 の第 1 層（L1）に存在する長経路特異的に発現可能とするアデノ随伴ウィルスにつ

距離軸索ブトンを，ロータロッド課題の 7 日間の学習中

いても本共同研究にて作製し，今後はその因果関係につに 2 光子イメージングで観察した。その結果，第二次運

いて実証を行う予定である。

動野からの軸索ブトンの形成率は訓練期間中に増加す

54. 体液恒常性を制御する神経機構の解明
松田隆志（国立大学法人 東京工業大学）
小林憲太（自然科学研究機構 生理学研究所）
クターと CCK 産生細胞特異的に Cre リコンビナーゼを【研究の背景】
ヒトを含む陸生動物において，体液状態を一定に保つ

発現する遺伝子改変マウスを組み合わせることで，CCKこと(体液恒常性)は生命活動を維持するうえで重要であ産生細胞選択的に光感受性チャネルを発現させることる。脳は常に体液状態を監視しており，水分・塩分欲求に成功した。その結果，SFO 内に CCK 産生ニューロン

をコントロールしている。脳において，血液-脳関門が欠を同定し，それらを人為的に活性化することで水分欲求損している脳室周囲器官（CVOs）がその監視の場であが抑制されることを明らかにした。

り，水分・塩分欲求の制御に関与していることが示唆さ

さらに，SFO の CCK 産生ニューロンに蛍光カルシウ

れているが，それぞれの制御を担う詳細な神経回路機構

ムインジケーターを発現させ，神経活動を観察したとこ

は完全には解明されていない。

ろ，少なくとも 2 系統の CCK 産生ニューロンが存在す

我々は，これまでの研究において，CVOs の一つであることを明らかにした。解析の結果，一方は体液中のる脳弓下器官（SFO）に水分欲求を誘導するニューロン

Na+ 濃度が低下した状態で持続的に，他方は水分を摂取（水ニューロン）および塩分欲求を誘導するニューロン

した刺激に反応して一過性に，活性化されるものであっ（塩ニューロン）を同定するとともに，それらの一次神

た。いずれも水ニューロンの抑制を介して過剰な水の摂経投射先を世界に先駆けて明らかにしてきた。塩欠乏状取を予防するシステムとして生物が獲得したメカニズ

態では，SFO 内で GABA ニューロンの集団がコレシスト

ムであると考えられた。

キニン（CCK）に応答して水ニューロンの神経活動を選【発表論文】

択的に抑制していることを明らかにした。しかしながら，

Matsuda, T., Hiyama, T.Y., Kobayashi, K., Kobayashi, K.,

CCK の分泌がどのように制御されているのかは不明で

Noda, M. Distinct CCK-positive SFO neurons are involved inあった。

persistent or transient suppression of water intake. Nature【研究成果】

Communications, 11, 5692 (2020).

小林先生に調製して頂いたアデノ随伴性ウイルスベ

193

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第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告55. 大脳皮質運動野から脊髄および大脳基底核へ投射する神経経路の機能解明
西村幸男，鈴木迪諒
（東京都医学総合研究所 脳機能再建プロジェクト）
霊長類の大脳皮質運動野は，代表的な一次運動野以外て，免疫染色によってウイルスベクターの発現を確認しにも複数の高次運動野が存在し，いずれも皮質脊髄路なた。その結果，一次運動野，運動前野背側部，補足運動

らびに大脳基底核ループを形成している。しかし，それ野，一次体性感覚野などの代表的な皮質脊髄路起始ニュ

ぞれの皮質脊髄路ならびに大脳基底核ループ回路の機ーロンだけでなく，赤核からの起始ニューロンでもラベ

能的役割は不明である。本研究提案では，ウイルスベク

ルが確認された。これら一連の結果は，頚髄へのウイル

ターを利用した遺伝子導入技術を用いて，上述の神経経

スベクター注入によって発現された運動性下降路の起路の機能的役割を明らかにする。これまでに興奮性

始ニューロンが，人工リガンド投与後に活性化され，脊DREADD（hM3D）を実装した逆行性ウイルスベクター

髄運動ニューロンへの入力が増大し，筋活動生成に貢献（AAV2 retro-hSyn-hM3D(Gq)-mCherry）を提供していたしたことを示している。一方で，脊髄切片に対し，免疫

だき，これを 2 頭のマカクサルの下位頚髄（C7-8）に注染色を行ったところ，脊髄固有路ニューロン（C3-4）の入した。うち 1 頭において電気生理実験を実施した。イ

ラベル数は先行研究から想定されるほどのラベル数に

ソフルランあるいはセボフルランによる吸入麻酔中に，は遠く及ばなかった。また，先行研究で脊髄への投射が人工リガンドを筋注後，一次運動野皮質内微小電極によ示されている青斑核，縫線核，A11 といったモノアミンって誘発される筋活動が増大することを確認した。また，領域でもウイルスベクターのラベルは認められなかっ

麻酔中にも関わらず，筋の自発的発火が周期的に引き起た。以上を踏まえ，今回用いたウイルスベクターAAV2

こされていた。加えて，覚醒下において，人工リガンド

retro は領域によっては発現性が乏しいが，随意運動制御を筋注後には上肢の複数の筋において振戦用の活動がの大部分に関わる皮質脊髄路の神経活動操作には大い生じた。また，2 頭のサルの灌流固定後の脳切片を用いに効果的な手法となることが示された。

56. 意欲行動における腹側海馬-腹側線条体回路の機能解明
田中謙二（慶應義塾大学 医学部 精神神経科学教室）
小林憲太（生理学研究所）
腹側線条体は，報酬系にかかわる脳部位として知られの活動が低下し，報酬を得るとその活動が上昇することている。そのため，エサ報酬を目的としてレバーを押すを明らかにした。腹側海馬 CA1 神経の下流である腹側線

オペラント行動（目的指向型行動，意欲行動）の制御に

条体神経細胞の活動を計測するために，小林によって提おいても腹側線条体は関わっている。本研究では，腹側供される順行性アデノ随伴ウイルスベクターを腹側線

海馬から腹側線条体へ至る投射が，意欲行動中にどのよ条体に感染させ，カメレオンを発現させた。腹側線条体

うな活動パターンを示すのか，この活動に摂動を加える

神経細胞の活動パターンは，上流の腹側海馬 CA1 神経のと，意欲行動にどのような変化が現れるのかを調べた。

活動と同じであった。つまり，レバーを押す期間ずっと活動が抑制され，報酬を得ると活動が上昇した。

小林によって提供される逆行性アデノ随伴ウイルス
ベクターを腹側線条体へ感染させ，腹側海馬にカメレオ

先行研究において，腹側線条体神経活動を興奮性オプン（カルシウムインジケーター）を発現させた。腹側海シンで強制的に活性化させると，意欲行動の持続が障害

馬 CA1 神経の集合活動を，ファイバーフォトメトリー法

されることを示していた。上流の腹側海馬 CA1 神経の活で記録した。レバーを押す期間ずっと腹側海馬 CA1 神経動を興奮性オプシンで強制的に活性化させた場合，同様

194

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告に意欲行動の持続が障害された。これにより，意欲行動

していることが分かった。

の持続において，腹側海馬と腹側線条体が機能的に同調

57. 中枢神経系における L-ド－パ受容体 GPR143 の役割に関する検討笠原由佳，増川太輝，五嶋良郎（横浜市立大学）
所属研究室では，ドパミンの前駆体である L-ドーパが制御に関わる脳領域を特定するため，まず，GPR143flox/y

神経伝達物質として作用するという，「L-ドーパ神経伝達

マウスにアデノ随伴ウイルスを投与し，周辺細胞選択的物質仮説」を提唱してきた。この仮説を検証するため，こに Cre recombinase を発現させ，Cre / loxP システムによれまでに L-ドーパを最終産物として含む神経細胞の存在，り GPR143 を 欠 損 さ せ る こ と を 試 み た 。 AAV

神経刺激による L-ドーパの遊離，そしてその生理作用を

DJ-CAGGS-GFP/Cre-WPRE ベクターを作製し，予備試験

明らかにした（Misu and Goshima, Tips. 1993; Masukawa et al.,を行った結果，in vitro レベルでのウイルスの細胞感染及JCI Insight. 2017）。さらに，近年，L-ドーパ受容体としてび Cre / loxP システムの作動を確認した。しかしながら，

G タンパク質共役型受容体 GPR143 が同定された（Lopez et

生体内にウイルスを投与した場合，周辺細胞への感染は

al., PLoS Biol. 2017）。我々は，GPR143 が広領域で発現す認められたが，GPR143 の発現は変化しなかった。さらる中枢神経系に着目し，L-ドーパ-GPR143 シグナリングのに，CRISPR-Cas9 システムにより GPR143 の発現を操作

生理学的機能について検討してきた（Fukuda et al., Brain

するため，AAV DJ-CMV-SaCas9-U6sgRNA ベクターを作Res. 2015; Masukawa et al., JCI Insight. 2017）。さらなる追製したが，in vitro 実験系においてその有用性は認められ究を行うためには，GPR143 の発現を操作できる実験系のなかった。次に，GPR143 を関連脳領域特異的に発現さ確立が不可欠である。所属研究室では既に GPR143 遺伝子せるため，AAV DJ-CAGGS-GPR143-GFP-WPRE ベクタ

欠損マウスの作製に成功しているが，局所的かつ時期特異ーを作製した。In vitro 及び in vivo レベルで細胞への感染的な GPR143 発現操作手法の確立が課題となっていた。そ及び GPR143 の発現を確認した後，このウイルスをこで，本共同研究では新たにアデノ随伴ウイルスベクター

GPR143 遺伝子欠損マウスの海馬歯状回特異的に投与し，を作製，利用することで，GPR143 のより限局した発現操GPR143 を再発現させた。この結果，GPR143 の欠損によ作を可能にし，L-ドーパ-GPR143 シグナリングの生理学的り増加するうつ様行動が軽減することが明らかになっ機能の解明を目指す。

た。以上から，海馬歯状回における L-ドーパ-GPR143 シ
グナリングがうつ様行動の制御に関与することが示唆

我々はこれまで，GPR143 遺伝子欠損マウスを用いたされた。

行動解析から，GPR143 の欠損によりうつ様行動が増悪することを発見している。GPR143 によるうつ様行動の58. 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，浜田

駿，大塚稔久（山梨大学大学院 総合研究部 医学域）
小林憲太（生理学研究所 ウイルスベクター開発室）

脳の様々な機能は構成する神経細胞間のシナプス伝脳の複雑な機能の解明に広く貢献している。さらに近年達による神経回路網に支えられており，領域または細胞は，新たな特性を持つ光制御分子の開発や，また多様な特異的に光制御分子を発現させ光刺激によって神経回解析手法のニーズに合わせて光制御分子を細胞内の機路を制御する光遺伝学法は，その方法が発表されてから能部位に局在化させるタグ分子の開発にも強い関心が195生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

myosin VI binding domain の融合タンパク質，mGluR2 の寄せられている。
本申請者らは，これまでの前シナプス分子基盤の解析

C 末領域 (820-872 aa) を結合させ，局在様式の変化を観によって得られた知見を応用し，光制御分子を前シナプ察した。その結果，mGluR2 タグに前シナプス終末へのス膜に局在化させる分子タグを開発し，また本共同研究

集積効果を見出し，さらに細胞体での発現を抑制させるにより作成した各種 AAV を用いて形態学・生理学的にため，分解を促す PEST 配列などを追加した mGluR2-PA

その有用性を解析し報告した。

タグを構築した。

An engineered channelrhodopsin optimized for axon terminal

この mGluR2-PA タグを ChR2-YFP に付加した AAV を

activation and circuit mapping.

マウスの海馬や大脳皮質に発現させたところ，反対側へ

Hamada S., Nagase M., Yoshizawa T., Hagiwara A., Isomuraの投射が増加していること，またこれらの局在化タグがY., Watabe A. M., Ohtsuka T.

ChR2 の機能に影響を及ぼさず，さらに mGluR2-PA タグ

Communications Biology, 2021

によって，ChR2 の光刺激依存的なシナプス伝達がより効率的になっていることを電気生理学的に確認した。さら に ， ChR2-YFP-mGluR2-PA は Multi-Linc 法 に よ る
optogenetic spike collision test にも有用であり，かつ光照射後の multiple unit activity によるノイズを有意に軽減させることを確認した。
本研究は，今後 ChR2 だけでなく各種光制御分子へと応用範囲を広げ，またポストシナプス膜など他の細胞内機能部位をターゲットとした局在化タグの開発などに

本研究ではまず，channelrhodopsin2 (ChR2)-YFP の Cも発展させ，神経回路が制御する脳機能の解明に今後も末側に局在化タグとして，前シナプスタンパク質 CAST

貢献していく。

の N 末領域(139-306 aa)，RIM1 PDZ domain (614-693 aa)，

59. 新規膜電位センサーを用いた小脳プルキンエ細胞の単純スパイクの研究
真仁田聡（山梨大学大学院 総合研究部医学域生理学講座 神経生理学教室）
小林憲太（生理学研究所 ウイルスベクター開発室）
小脳プルキンエ細胞は複雑スパイクと単純スパイクを作製した AAV を注入した。注入より 3 週間以上経た後，起こすことが知られている。これまでのイメージングによ急性小脳スライス標本を作製し，神経細胞に SomArchon

る小脳プルキンエ細胞の研究では主にカルシウムイメーが発現されているか検討した。SomArchon は膜電位応答

ジング法を用いて複数のプルキンエ細胞の複雑スパイク

に対して蛍光強度が変化する赤色とは別に，膜電位応答はの応答が観察されてきた。しかし単純スパイクは顕著なカ示さないが蛍光強度が赤色より高い緑色蛍光を有するた

ルシウム応答を示さないため，イメージングによって得らめ，その蛍光によりどの細胞に SomArchon が発現していれる単純スパイクの知見は少ない。そこで本研究ではプルるか観察したところ，発現量が高い細胞から単純スパイク

キンエ細胞の単純スパイクの活動を新規膜電位センサと予想される蛍光変化を小脳のプルキンエ細胞より観察

ー：SomArchon を用いて測定し，その特徴を検討するこすることに成功した。一方で単純スパイク様の蛍光変化をとを目的とした。

示す細胞数が少なかったため，今後は観察できる細胞の数

Addgene で入手したプラスミドより，Cre 依存的にを増やす検討を行う。これによりプルキンエ細胞間におけ

SomArchon を発現させるアデノ随伴ウイルス（AAV:

る単純スパイクの挙動を観察する。また，in vivo におい

adeno-associated virus）ベクターを作製した。プルキンエて単純スパイクを観察できるようにも検討し，行動と単純細胞特異的に Cre を発現する遺伝子改変マウスの小脳にスパイクの時空間的特徴を明らかにしたい。

196

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告60. アデノ随伴ウイルス遺伝子導入を用いた神経発生および恒常性維持の分子メカニズム解析
備前典久，矢野真人，吉岡望，アンナ･シマンコワ，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る因子（OIF）の AAV による強制発現実験を行った。昨機構を明らかにすることを目的に，アデノ随伴ウィルス

年度に引き続き OIF を強制発現した培養神経幹/前駆細（AAV）を用いた外来遺伝子発現解析に取り組んでいる。

胞から OL への分化作用について検討した。胎生 14.5 日

前年度に引き続き，今年度は以下の実験を行った。

目マウス胎仔終脳から単離した培養神経幹/前駆細胞に，

1 つ目の実験では，これまでに AAV-CAG-EGFP をマ

OIF と GFP を発現する AAV (AAV5- OIF-IRES-GFP) ま

ウスの末梢神経系から感染させ，脊髄内を走行する感覚

たはレトロウイルス（pMY-OIF-IRES-GFP）を感染させ，神経線維を可視化する手法を確立したことを踏まえ，本FGF2 除去後 3 日目に，成熟 OL マーカーの PLP 抗体に

年度は引き続き末梢神経系で神経変性が起こる Dst 遺伝

よる免疫染色を行ったところ，OIF 強制発現により PLP子トラップマウスに AAV-CAG-Cre を感染させることに陽性 OL 数が有意に増加した。よって以上の結果と前年より正常 Dst 遺伝子を発現させ，コンディショナル・レ

度までの報告から，OIF は OPC から OL への分化およびスキュー実験を行った。その結果，Cre 感染 Dst ミュー

成熟を促進するが，神経幹/前駆細胞から OL 系譜への運タントマウスの寿命が有意に延び，ジストニア様症状が命決定能は持たないこと，OIF はミエリン関連分子の発緩和した。

現を cell-autonomous に制御する可能性が示唆された。今
後は，OIF が標的とする OL 関連遺伝子の同定や他の OL

2 つ目の実験として，我々の先行研究からオリゴデン

誘導因子との相互作用の有無を検討する。

ドロサイト（OL）の分化を促進することが示唆されてい61. 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（名古屋市立大学 大学院医学研究科）
小林憲太（自然科学研究機構生理学研究所 ウイルスベクター開発室）
脳血管障害後の有効なリハビリテーション法に，麻痺（BDA）の歯状核への投与により対側赤核で BDA 陽性

側上肢の集中的な使用（CIMT 法）がある。しかし，CIMT線維が確認され，さらに小脳歯状核への Mini-ruby 投与法による機能の獲得過程において，小脳を介した調節機によりプルキンエ細胞層に陽性細胞体が確認された。こ構のダイナミックな変化は未だ不明である。本研究の目れにより，プルキンエ細胞-小脳歯状核-赤核小細胞部の的は，二重ウイルスベクター感染法を用いた赤核-オリ神経連絡が確認できた。

ーブ核-小脳路-赤核の回帰経路における神経核間回路

次に，小脳歯状核-赤核小細胞部の神経連絡をウイルの選択的遮断法を用い，脳出血後のリハビリテーション

ス二重感染法により選択的神経遮断することを目指し

による運動機能の回復過程において，小脳が関与する調た。小林健太准教授と情報交換を行い，今後の実験計画

節機構の適応的変化を解析することである。

を決定し，小脳歯状核へアデノ随伴ウイルスベクター

始めに，プルキンエ細胞-小脳歯状核-赤核小細胞部の（AAV-DJ-EF1-DIO-hM4D(Gi)-mCherry）を注入，赤核小神経連絡の確認を行った。赤核の１箇所（A: -5.2 mm, L:

細胞部へレトルウイルスベクター（FuGE-MCSV-Cre）を

1.6 mm, V: 7.5 mm）への Mini-ruby 投与によって反対側注入することとした。

歯状核に比較的限局した陽性細胞検出を認めた。また順

その前段階として，Cre に応答し EGFP を発現する

行性トレーサーのビオチン化デキストランアミン

AAV-DJ-CAGGS-FLEX-EGFP の赤核小細胞部への投与

197

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告と FuG-E-MCSV-Cre の小脳歯状核への投与により，両ベずつの注入によって，脳の深部に於いても安定したウイクターの注入量の最適化を検討した。その結果，赤核小

ルス二重感染が可能であることが明らかになった。

細胞部の１カ所へ 0.4 μl，小脳歯状核の２カ所へ 0.6 μl

62. 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）
眞部寛之（同志社大学大学院 脳科学研究科 神経回路情報伝達機構部門）
匂いの感覚は食欲など多様な生理・行動反応を引き起するために，前年度に引き続き薬理遺伝学実験を進めてこす。匂いの情報は嗅球を介して嗅皮質と総称される広いる。逆行性に感染するアデノ随伴ウイルスベクター

大な脳領野に送られるが，嗅皮質の機能と神経接続はま(AAV) を視床下部外側野に注入することで腹嗅核に Cre

だよくわかっていない。我々は，視床下部外側野に軸索組換え酵素を発現させ，Cre 依存的に活性化型 DREADD

投射するニューロン群が嗅皮質内の亜領域に存在する(hM3Dq) および抑制型 DREADD (hM4Di) を発現誘導すことを発見した。コレラ毒素 B サブユニットや軸索からるアデノ随伴ウイルスを用いて腹嗅核に hM3Dq もしく

逆行性に感染するウイルスベクターをマウス視床下部は hM4Di を発現誘導した。Clozapine N-oxide の投与によ外側野に注入すると，嗅皮質領域内にクラスター状に神るラットの行動学的，生理学的変化を現在検証している。

経細胞が標識される。グルタミン酸デカルボキシラーゼ

腹嗅核ニューロンの投射先を評価するために，前シナの mRNA との共標識により，視床下部外側野に投射する

プス終末が GFP 標識される Synaptophysin-GFP タンパク細胞が GABA 作動性であることが示唆された。我々はこ質を搭載した AAV を導入した。前述のように逆行性感の 神 経 細 胞 集 団 が 分 布 す る 領 域 を 腹 嗅 核 （ ventral

染 型 AAV-Cre と 組 み 合 わ せ ， 腹 嗅 核 ニ ュ ー ロ ン に

olfactory nucleus, VON）と名付け（Murata et al., Scientific

Synaptophysin-GFP を発現させ，投射する脳領域の評価をReports 2019），その機能と神経接続を解析している。

進めている。

腹嗅核の行動反応・生理機能における役割を明らかに

63. 報酬学習の神経回路機構解明に資する技術開発
小川正晃（京都大学）（目的）報酬学習を担ういわゆる報酬系と呼ばれる脳領

さらに活動計測・操作を行うための光を導入するための域は，条件刺激と報酬の間の関係の学習に対応して活動

光ファイバーやレンズ，または神経活動記録用の電極をするが，それらの活動が，実際に学習に果たす役割は，埋め込み，条件刺激と報酬の間の関係を学習する行動中

未解明である。そのような役割を解明するための鍵となの神経活動の計測や操作に対する有用性を評価する。

るのは，時空間特異的に神経活動を操作し記録する手法（結果）本共同研究によって作成した AAV ベクターをの開発である。そこで本研究は，この目的に資する新規

ラット脳に注入し，行動中ラットの特定の神経細胞や神ウイルスベクターを開発する。

経回路活動イメージングを行い，問題無く使用できるこ（計画）麻酔下のラットの報酬系脳領域（前頭前野領域とを確認した。それにより，複数のラットからデータ取や基底核領域など）に，本共同研究によって作製する光得を行った。さらに，光遺伝学法による行動制御に及ぼ感受性チャネル・ポンプ・カルシウムセンサー・モノア

す影響を検討し，その効果を確認した。これらの成果は，ミンセンサーなどを発現する AAV ベクターを注入し，現在投稿準備中である。

198

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

64. ウイルスベクターを用いた経路選択的遺伝子操作による霊長類神経回路の機能解析
伊佐正（京都大学大学院 医学研究科）

小林憲太（ウィルスベクター開発室）
脳や脊髄に損傷を受けた後の機能回復過程機構の解路選択的にチャネルロドプシンやクリムゾン R を発現さ

明には，神経回路機能を操作する研究手法が重要な役割

せ，その組織学的検索により二重感染に最適な組合せを明を持つ。我々は，ウイルスベクターによる経路選択的ならかにして発表し（Koshimizu et al., Gene Ther. 2021），

機能操作法を用いて，マカクザルを用いた頸髄部分損傷

さらに研究を進めている。同時にニホンザル VTA にウイ

後の手指の機能回復機構や一次視覚野損傷後の眼球運ルス注入を行った実験では，広範囲の皮質への投射と特徴

動の視覚運動変換機構の回復過程を研究してきた。本研

的投射経路を発表した（Zubair et al., Cereb Cortex, 2021）。

究では，このようなウイルスベクターを用いた霊長類でこのデータに基づき，VTA にクリムゾン R 搭載 AAV ウの回路操作技術を改良するため，ウイルスベクター開発

イルスベクターを注入したニホンザルの腹外側前頭野を室と共同して様々な経路選択的ベクターツールを開発

光刺激し，リスク評価に基づく意思決定の制御に成功した。

し，それをげっ歯類や非ヒト霊長類に遺伝子導入して効

また，逆行性ウイルスベクターをマーモセット上丘に注入

果を検証する研究の推進を目的とした。

し，マーモセットの皮質における眼球運動関連領野の探索についても論文化を進め，さらに，電気生理実験や回路操

以前から進めてきたベルギーのルーバンカトリック大作実験を進めている。

学との共同研究では，ウイルスベクターを用いて腹側被蓋野（VTA）から側坐核への投射経路を選択的に阻害する

一方，マウスでも，AAV ベクターを用いて二丘傍核ことでサルの認知行動課題中，強化学習には影響しないが，（PBN）から上丘浅層へのコリン作動性入力の解剖学的努力に向かう動機付けには影響することを Neuron 誌に発

お よ び 電 気 生 理 学 的 解 析 結 果 （ Tokuoka et al., J

表した（Vancraeyenest et al., Neuron, 2020）。また，VTA

Neurophysiol, 2020）や上丘から脳幹への出力経路の経路から皮質への投射経路を光遺伝学的技術によって操作す選択的刺激による行動の解析（Isa et al., eNeuro, 2020）

る実験では，ラットを用いて，VTA から皮質運動野に経も発表し，さらに研究を進めた。

65. 皮質・基底核・視床回路を解析する研究藤山文乃（北海道大学大学院 医学研究院）
フレイルティは，加齢による筋骨格系あるいは心肺機能塑性については，全く解明されていない。本研究では，こなどの身体機能の低下のみならず，モチベーションの低下の問題を解明するために，加齢と神経伝達物質の影響とをを含む認知機能の低下など，精神的な面での低下が認めら切り分けつつ，大脳基底核神経路がどのように適応的に作れ，総合的に社会生活が損なわれていく多面的な状況を指り変えられているかを解明した。まず，ドーパミン神経細す。つまり，加齢とともに，運動機能と脳機能は，どちら

胞は生化学的・遺伝学的に複数のサブクラスに分類され，が原因とも結果とも言い難く，連動しながら障害されていパーキンソン病あるいパーキンソン病により優先的に変く。一方，多くの神経変性疾患の発症率は，加齢とともに性脱落するサブクラスは calbindin 陰性のドーパミン神経上昇する。たとえば，パーキンソン病は，中脳黒質のドー細胞であることがわかっているため，老齢マウスにおいて

パミン神経細胞の変性脱落を病因としており，高齢になる

calbindin とドーパミン合成過程の律速酵素であるチロシほど発症率および有病率は増加している。しかし，これま

ン水酸化酵素（TH）の二重免疫染色を行った。次に生理での基礎研究の多くで使われた実験動物は若年成体であ学研究所 行動･代謝分子解析センターの小林憲太准教授

り，加齢，もしくはドーパミン量の変化による神経路の可に作成していただいた tdTomat を発現する順行性 AAVdj

199

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

ウィルストレーサーを，各年齢の動物の黒質緻密部の領域

神経細胞が加齢によって影響を受けやすいのかを解析中ごとに注入し，どの領域のどのサブクラスのドーパミンである。

66. 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

能などから，病態との関連性が疑われ，これまでに自己は，意識障害，痙攣発作，精神症状，運動異常症など，抗体の存在が報告されていない抗原蛋白としては，神経

多彩な神経症状を呈する自己免疫性中枢神経疾患であ細 胞 接 着 分 子 と し て 報 告 さ れ て い る transmembrane

る。免疫療法が奏功するが，髄液検査や頭部 MRI 検査な

protein 132A と，小脳プルキンエ細胞に豊富に発現し，どに特異的な異常所見をみとめず診断に難渋すること

ミトコンドリアおよびペルオキシゾーム分裂に関与すが多い。一部の患者では，血清もしくは髄液中に神経抗ることが知られている Dynamin-1-like protein isoform 1 が原に対する疾患特異的な自己抗体が検出されることが新規抗原分子として同定できた。また，自己免疫性脳炎

あり，診断マーカーとして重要である。2019 年度，我々に関連する自己抗体として，すでに海外から報告されては自己免疫性脳炎患者 160 名を対象とし，ラット脳凍結

いるが，本邦では報告されていない自己抗体の標的抗原切片を用いた免疫組織染色とラット海馬初代培養神経蛋白として，sodium/potassium-transporting ATPase subunit細胞を用いた免疫細胞染色により，患者の血清・髄液中

alpha-3 isoform 1 と Microtubule-associated protein 1B を同に存在する自己抗体のスクリーニングを行った。免疫組

定した。その後，Cell based binding assay と western blot

織染色の結果，44 名の主に小脳性運動失調症を合併したを用い，これらの抗原蛋白を認識する自己抗体の測定系

自己免疫性脳炎患者の血清中において，何らかの神経抗を構築した。現在，多数の自己免疫性脳炎患者と対照患

原を標的とする自己抗体を検出した。本年度は，自己抗者の検体中で自己抗体を検索することにより，疾患特異体陽性患者の血清を用いた免疫沈降と質量分析により，性の検証を行っている。

いくつかの抗原蛋白質を同定した。抗原蛋白の局在や機67. 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（神戸大学）
久保義弘（生理学研究所）
ヒトを含む多くの動物は，オプシンと呼ばれる光受容などの機能特性がダイナミックに変換していることをタンパク質を用いて外界の光シグナルを感知している。

示している。このように多様化したオプシンの機能特性

オプシンは，7 回膜貫通ヘリックス構造を持つ典型的なは，オプシンを光刺激によって生物機能を操作する光遺G タンパク質共役受容体（GPCR）でもある。これまで

伝学解析のツールとして用いる際に考慮する必要があにオプシン遺伝子は，様々な動物種から数千種類（以上）る。

同定されている。さらにオプシンタンパク質の分子特性

本研究の申請者（塚本）は，生理研久保研究室との共の解析から，オプシンは吸収波長特性や共役する G タン

同研究によって，多様な動物から見いだされたオプシン

パク質サブタイプなどが多様化していることがわかっとイオンチャネルをアフリカツメガエル卵母細胞に強ている。言い換えると，同じオプシンファミリーに属す制発現させた上で，オプシンへの光刺激に応じてイオンるタンパク質の中でも，光応答特性・シグナル伝達特性

チャネルの活性がどのように変化するのかを電気生理

200

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

学的に解析してきた。前年度までの計画共同研究から，と，無脊椎動物が持つオプシンについて，異なる量のレチ

オプシンごとにチャネル活性を増減させる光の波長や，ナール分子を添加したときの光依存的な電気生理応答を

光依存的に生じるチャネル電流のキネティクスが異な比較した。その結果，哺乳類の視細胞で機能するオプシン

ることを見出していた。

よりも無脊椎動物のオプシンの方が，少量のレチナールし2020 年度は，多様なオプシンの光操作ツールとしてのか存在しない条件でも大きな光応答を示すことを見出し有用性を示すために，オプシンが光を受容するために必要た。光遺伝学解析では，レチナールの含有量の少ない組織

な発色団分子レチナールの“結合力”について解析を行っをターゲットとすることもあるため，レチナール希薄環境

た。具体的には，GPCR 経路の光遺伝学ツールとして最もでも光反応を起こすことができるオプシンはツールとしよく用いられている哺乳類の視細胞で機能するオプシンての利点があると考えられる。

68. 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）
久保義弘（生理学研究所）
本研究は，各種イオンチャネルと受容体の機能を生物

ュの HCN チャネルが腸管の逆蠕動運動を制御する機能間で比較してその動作原理の共通項や多様性を明らかを担うことを明らかにした。(4) ゼブラフィッシュの 2にすることを目的として行われた。本年度行われた研究

種類の HCN4 オーソログ(hcn4, hcn4l)をアフリカツメガ

は以下の通りである。

エルの卵母細胞に発現させ，電位依存性が異なること，(1) 電 位 依 存 性 ホ ス フ ァ タ ー ゼ （ voltage-sensing

ヘテロ四量体を構成することを明らかにした。また HCN

phosphatase, VSP）について，ゼブラフィッシュで作製しチャネルに対する各種阻害剤（Ivabradine, ZD7288, Cs+）

た VSP 欠損個体を用い，前年度に明らかにした腸管の一によって電流が抑制されることも確認した。

部に多く発現する VSP の機能を調べた。その結果，VSP

以上から，多様な生物種におけるイオンチャネル，受ノックアウトゼブラフィッシュでは，腸管上皮細胞の細容体機能を比較することで，これらについて，種間で保胞内の vacuole の形成に異常が生じ，腸管での栄養吸収

存されている共通のメカニズム，ならびに種特異的な機が低下する可能性が示され，VSP ノックアウトゼブラフ

能を確認することができた。今後は同様の研究を継続しィッシュの生存率の低下の要因と考えられた。(2) ホヤて行うことで，各イオンチャネル，受容体の機能についNav に存在するアンキリンと相互作用するアミノ酸配列てその知識を動物種を越えて幅広く充実させ，これらを（II-III リンカー領域）と相同な配列に GFP を融合させ俯瞰して分析することで，新たな知見を見出したいと考て局在解析を行い，ラットの神経の軸索起始部に局在すえている。

る機能をもつことを明らかにした。 (3) ゼブラフィッシ

69. Ca チャネルの Ca 依存性調節（増強と不活性化）の分子機構
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）
L 型 Ca チャネル Cav1.2 は，カルモジュリン（CaM）（inactivation）という２つの様式により調節されるが，によって Ca 依存性の増強（facilitation）と不活性化

その分子機構には不明の部分が多い。本研究は，分子構201

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

造シミュレーション法により Ca チャネルと CaM の相互た。また，チャネルのＮ末部と preIQ-IQ 領域をリンカー

作用を解析し，得られた情報を基にチャネルの変異体をで繋いだぺプチドと Ca2+/CaM の結合シミュレーション

用いた結合実験や patch-clamp 実験を行い，CaM によるでは，Ｎ末部の K92，K119 と IQ 領域の R1682 のアミノ調節の分子機構を解明することを目的とした。分子構造

酸残基が CaM と強く相互作用することが示唆された。

シミュレーション法は，I-TASSER，ClusPro，FastContact，

これらの情報を基に，チャネルに変異を導入してその機

PyMol を使用して行った。まず，Cav1.2 チャネルの C 末

能的効果を patch-clamp 法で確認する実験や変異チャネ

部 preIQ-IQ 領域と apoCaM の結合シミュレーションでは，

ル断片ペプチドと CaM との pull-down 法による結合実験

チャネルの R1615，K1642，K1665，R1677，K1681 のアが，現在進行中である。

ミノ酸残基が CaM と強く相互作用することが示唆され

70. ミクログリア生理機能の探索と病態への検証
和氣弘明（名古屋大学 大学院医学研究科 分子細胞学）
ヒトは外界の環境を知覚し，感覚器に応じた知覚応答がアルツハイマー型認知機能障害を誘発する可能性がある

引き起こされ，高次脳機能が引き起こされる。高次脳機能ことが示唆されている（Hong et al., 2016）。このようなミに異常を起因する精神疾患・発達障害ではこの感覚応答のクログリアによるシナプス数の制御や機能制御が世界で変容がよく知られており，のメカニズムを明らかにするこ着目されているが，そのメカニズムを生理的機能の観点かとは病態を理解する上で必須である。本研究では感覚領域ら考察し，分子から個体行動までの階層的メカニズムを示

間の機能的結合に着目し，感覚喪失時に引き起こされる異した研究は未だ少ない。近年，感覚除去を施したマウスに

種感覚の可塑性のメカニズムをミクログリアのシナプス

おけるシナプス除去過程にミクログリアが関与している修飾の観点から明らかにする。視覚遮断マウスモデルを用ことが明らかとなった（Gunner et al., 2019）。このようないて，第一次感覚野→高次視覚野の機能的結合に着目し，感覚喪失・除去において，異種感覚の可塑性が知られていその機能的結合および高次視覚野内で起こる神経回路再る（Sadato et al., 2005）。これは盲のヒトが点字を使用す編のメカニズムをミクログリアの観点から分子基盤を明るときに視覚野を使うなど失われた感覚領野を残存するらかにした。ミクログリアは，生後早期に樹状突起に接触感覚を利用し，残存する感覚の識別力の向上に寄与するとし，未熟なシナプスの形成に寄与し（Miyamoto, Wake et al.,言う概念である。また先天盲の人は統合失調症の発症に対Nature Commun, 2016），その後は細胞性質を変化させ古して抵抗性をもつこと（Morgan et al., 2018），逆に成熟し典的補体カスケードを用いて，シナプスを貪食することでたヒトでは視覚遮断によって幻覚などが生じ，統合失調症

シナプス除去過程に関与することが知られている

発症リスクが増えることが知られている（Merabet et al.,（Schafer et al., Neuron, 2012）。さらに成熟期においても，

2004）。これらのエビデンスは，視覚などの異種感覚の可ミクログリアはシナプス活動を修飾し，シナプスの可塑的塑的変化のメカニズムをミクログリアが制御している可変化を制御することで，神経回路活動を変化させることが能性が高いことを示唆し，病態時においてはこの異種感覚

明らかとなっている（Akiyoshi et al., eNeuro, 2018, Badimon,の可塑的変化の制御機構が統合失調症発症に抵抗性を示

Wake et al., Nature, 2020）。またこのような発達期のミクす可能性を意味している。そこで本課題では，知覚の喪失

ログリアによるシナプス数の制御不全が未熟なシナプスなどの変化において，異種感覚領域の結合に対してミクロの増加あるいはシナプス数の減少を引き起こし，これが原

グリアがどのように機能し，その寄与の変容が精神疾患・因となって発達障害や統合失調症などの精神疾患に繋が発達障害に結びつくか？そのメカニズムを多階層的に解ることが示唆されている（Schafer et al., eLife, 2016, Wake et析した。

al., Trends in Neurosci, 2013）。さらに，成熟期における過まず，先天的視覚遮断モデルマウスにおいてヒゲ刺激に剰なシナプス貪食がシナプスの脱落を引き起こすことで対して，高次視覚野が応答するメカニズムおよびその機能202生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告的意義を明らかにする。これまでの報告で，視覚遮断マウ

胞集団の応答性の変化を２光子顕微鏡で可視化し，これスでは第一次聴覚野（A1）から高次視覚野(V2L)に投射がを数理学的に解析したところ視覚遮断において認めらあること知られているため（Laramee et al., EJN, 2011），

れた活動上昇が阻害されることがわかった。また，このまず，本研究で用いるモデルでの予備実験として第一次感時期における V2L における神経細胞集団の紙やすり刺

覚野から高次視覚野への投射を，順行性および逆行性神経激に対する活動増加はミクログリアによるシナプスに回路標識法で明らかにした。

対する作用が考えられるため，各シナプスマーカーとミ

次に，この S1→V2 の神経回路がヒゲ刺激に対する応

クログリアを S1 および V2L で免疫染色することでその答を検証するために，S1 にカルシウム感受性蛍光タンパ

相関を検証したところ有意にミクログリアが抑制性シク質（GCaMP6s）をコー ド するアデノ随 伴ウィルス

ナプス除去を引き起こすことが明らかとなった。さらに（AAV）を注入し，個体にヒゲ刺激を与えた際の軸索活

これを電気生理学的に検証するために，S1 に光活性化タ

動を２光子顕微鏡による生体イメージングで可視化し，ンパク質（チャネルロドプシン）を発現したマウスのこれを数理学的処理を加えて視覚遮断マウスと正常マ

V2L の脳スライスを作成し，この抑制性神経細胞およびウスの機能応答を比較したところヒゲ刺激に対して S1

興奮性神経細胞から同時にパッチクランプ法を用いて→V2 の軸索は V2 内で刺激に同期して活動することが明

電気的活動を計測した。ここに光刺激を行いその応答をらかとなった。次に対応する視覚領域（V2L）でヒゲ刺確認することで，これらの抑制性および興奮性神経細胞

激に対する応答性を視覚遮断モデルマウスで検証し，正が S1 から投射を受けていることを確認し，相互に電流常群と比較するために V2L に GCaMP6f をコードするを注入し，刺激することでそれぞれの抑制性シナプス電

AAV を注入し，ヒゲ刺激に対する神経細胞集団の応答を流および興奮性シナプス電流を記録し，視覚遮断群，正２光子顕微鏡で可視化したところ単純な刺激では視覚常群および視覚遮断＋ミクログリア除去群でその変化遮断群，正常群いずれも同期的な活動を有しなかった。

を比較したところ興奮性神経細胞における抑制性電流

次に，「異種感覚の可塑性は代償的に残存する感覚の識の優位な低下を認めた。またこの際のミクログリアによ

別力を向上させること」について解析した。感覚の識別

るシナプス修飾を行う責任分子の同定を行うため，ミク力が向上したマウスでは，より複雑な物体の提示によっ

ログリアを磁気ビーズ法で単離し，その mRNA を回収し，て感覚応答の差が出現すると考え，荒さが異なる２種類

これを RNA-seq にかけることで網羅的にその遺伝子発の紙やすりをマウスのヒゲに提示し，その機能応答の変現を時系列に沿って解析した。次に実際に視覚遮断マウ化を可視化し，数理学的に検証することで定量的に比較スにおいて感覚識別能が向上し，ミクログリアを除去し検討を行ったところ，荒い紙やすりに対して視覚遮断群

た場合にはこの向上が損なわれるかどうかを検証する

は有意な活動上昇を示すことがわかった。またこれらのために，紙やすりの荒さの違いを検出することで見ず報機能応答をもたらすシナプスの可塑的変化に対するミ酬が得られる感覚識別学習装置を作成しこれを用いて，

クログリアの寄与を検証するために，コロニー刺激因子

個体行動の計測を行ったところ，視覚遮断群で優位に増１受容体の阻害剤（CSF1R）の阻害剤を用いて，マウス加した学習過程がミクログリアによって損なわれるこの開眼４日前（生後１０日）から視覚遮断（生後１４日とが明らかとなった（Hashimoto, Nabekura, Wake et al.,目）６日後（生後２０日後）までミクログリアを除去し，

submitted）。

成熟したマウスにおける紙やすり刺激に対する神経細203

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

計画共同研究報告

71. 熱帯熱マラリア生殖母体期の 3 次元構造の解析
大野伸彦（生理学研究所，自治医科大学），早川枝李（自治医科大学）
熱帯熱マラリア原虫（Plasmodium falciparum）は，5 種のImage J，Amira により感染赤血球内の内部構造について，

ヒトマラリアのうち最も重篤な臨床症状を引き起こす。熱3 次元再構築を行った。サンプル作成方法は熱帯熱マラ

帯熱マラリア感染者に対する根治治療を考えたとき，熱帯

リア原虫感染赤血球を化学固定し，ブロック染色，樹脂

熱マラリア原虫の生殖母体期は transmission brooking 創薬

包埋，トリミングの後，SBF-SEM で観察した。この結果，としての可能性のみならず，生育環境の変化にともなうス

熱帯熱マラリア原虫の別の感染期である赤内期では観テージの移行が起きることから，基礎生物学の研究対象と察されなかった大きな「袋状構造」が生殖母体期で新たしても魅力的である。しかし，大量培養が困難であるため，に形成されていたことが分かった。この「袋状構造」は，詳細な内部構造や機能については不明な点が多い。

赤内期で観察される Maurer’s cleft, TVN, CV 等の膜構造

熱帯熱マラリア原虫―生殖母体期の内部構造についとはサイズ，2 次元構造，3 次元構造がまったく異なって，これまでにギムザ染色や電顕画像から報告されてきており，宿主である赤血球膜との結合様式においても異たが，ギムザ染色像が示す 3 次元構造が未定なこともあなっていた。また「袋状構造」の赤血球内での局在は，り，本共同研究のターゲットである詳細な細胞内構造，熱帯熱マラリア原虫本体から直接 budding しているもの，

新規形成のオルガネラの有無，その 3 次元構造，細胞内原虫を包んでいる寄生胞膜から直接 budding しているも局在，機能，構成物質，サイズなどについてはまったくのが確認された。それらの数は単体ではなく，一赤血球不明である。そこで我々は，熱帯熱マラリア原虫―生殖内で複数形成されていることもわかった。本共同研究は

母体期の細胞内部の構造を詳細に検討するために，ミク

近い将来，論文としてまとめるため，現在も詳細な検討

ロトーム組込み型走査電子顕微鏡(SBF-SEM)を用いて 50を続行中である。

v nm ごとに切片を作成して連続断面画像を取得し，

204

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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 ········································· 209

2.

マカクザルの脳構造撮影 ··········································································· 209

3.

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 ··················· 210

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 ············································ 211

5.

拡散強調 MRI を用いたマカクザル神経線維結合の検討 ················································ 211

6.

意欲-運動連関を支える神経機構の解明 ······························································ 212

7.

ぬれ感覚の脳内形成機序の探索 ····································································· 212

8.

バーチャルエージェントによる表情模倣成立の効果に関する神経生理学的解明 ··························· 213

9.

語用論的解釈の神経基盤 ― 認知要素と情動要素の協働機制の探索 ····································· 214

10. 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 ··············································· 215
11. 運動イメージの脳内表象の解明 ····································································· 215
12. 磁気共鳴画像を用いた，日本人英語学習者・外国人日本語学習者の第二言語習得メカニズムの探究 ········· 216
13. 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 ···························· 216
14. 脳波・機能的 MRI 同時計測法を用いた睡眠覚醒機構の解明 ············································ 217
15. 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 ······································· 218
16. 経頭蓋電気刺激による聴覚誘発脳磁界の変調 ························································· 218
17. Gap により惹起される聴覚誘発脳磁界反応 ··························································· 219
18. MEG を利用した聴覚時空間的脳活動の検討 ·························································· 219
19. 曖昧視知覚の不安定化をもたらす脳内情報処理の解明 ················································· 220
20. 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 ··········································· 220
21. 脳磁図を用いた運動知覚の神経基盤の解明 ··························································· 221
22. 末梢神経線維の選択刺激法の確立と脳反応の計測 ····················································· 222
23. 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 ··········································· 222
24. 変化応答としての聴覚後期活動と聴性定常反応の位相変化 ············································· 223
25. 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 ··········································· 223
26. 副交感神経系の変動特性の安静時脳ネットワークへの影響評価 ········································· 224
27. 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 ····· 224
28. 大脳言語野皮質の層特異的活動の計測 ······························································· 225
29. 超高磁場機能的磁気共鳴画像法を用いたヒト脳活動の高分解能計測および解析法の研究 ··················· 225
30. 眼球運動の機能的ネットワークの解析 ······························································· 226
31. 7T MR 装置を用いた血管壁イメージングによる脳血管壁性状と 3 次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法による脳血管血流動態の検討 ············································································· 226
32. 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 ······································· 227
33. 呼吸活動が及ぼす認知パフォーマンス関連の脳活動の解明 ············································· 228
34. 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 ····································· 229
35. fMRI における外側後頭皮質のより特異的な functional localizer の探索 ··································· 229
36. 意味の創発に関わる内的表象形成メカニズムの解明 ··················································· 230

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第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

37. 将来の報酬を期待するヒト脳の価値表象の動的特徴と選択形成の解析 ··································· 230
38. 機械学習と fMRI を用いた抒情の生じるメカニズムの解明 ············································· 231
39. Personalizing Brain Stimulation Dosage by New Neurostimulation Computational Model ························· 232
40. 相互模倣による行為・意図の共有に関与する神経基盤の解明 ··········································· 233
41. Feasibility study of a microstrip transmission-line RF coil combining RF shielded PET detector module for a 7T MRI··· 234

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第 42 巻（Dec,2021）

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DREADD アゴニストを全身投与することで，発現領域の脳領域間の機能的結合やそのパターンが，特定の認知・神経活動が亢進することを [18F]FDG-PET により確認し情動機能や精神・神経疾患における症状と対応することた。さらに行動課題を用いサルの意欲行動を定量し，アが示されていが，その背景となる生理学的な情報伝達様

ゴニスト投与時に意欲減退が生じることを２頭のサル式との関連・因果性についてはいまだ不明である。本研

で確認した。さらに２頭のサルから採取した脳脊髄液を究は，ヒトに近い脳構造をもつマカクザルの特定の脳回解析することにより，ドーパミン・セロトニンの脳内レ路を操作した際に生じる機能結合の変容を明らかにす

ベルが減少傾向を示すことを確認した。これらの結果よることで，機能結合の生理学的実態を明らかにすること

り，LHb 過活動モデルザルは一過性にうつの症候を一部を目指す。そのために，化学遺伝学的手法により既知の再現することが示唆される。

脳回路を操作することができるマカクザルを対象としヒトとサルへの新型コロナウイルス感染拡大防止のた機能 MRI 計測を実施する。第一弾としてヒトうつ病の観点から，両者の往来を見合わせる一方，今後の機能病態回路仮説の一つとされる外側手綱核（LHb）の過活

MRI 撮像の実施を見据え，正常個体における麻酔下機能動を引き起こすモデルを作出し，機能結合の変容を明ら

MRI の撮像条件の検討を行った。撮像した画像を量子研

かにすることを目指す。

で解析し，S/N 比やシグナルの均一性などをチェックし

5 頭のマカクザルの両側の LHb に神経細胞特異的にた。また，脳活動への影響が比較的小さいと考えられて

hM3Dq を発現させるウイルスベクターを注入した。十分いるプロポフォールの静脈投与による麻酔法について，に DREADD が 発 現 す る と 考 え ら れ る 40 日 以 降 に技術的検討を行った。

DREADD 選択的 PET リガンド[11C]DCZ を用いた PET 撮

今後はこれら機能 MRI 撮像条件の最適化を行った上像を行い，４頭について LHb での hM3Dq 発現がリガン

で，化学遺伝学による回路操作条件での撮像を考慮したドの結合能の上昇として確認できた。これらのサルに撮像プロトコルの検討を行う。

2. マカクザルの脳構造撮影
鯉田孝和（豊橋技術科学大学 エレクトロニクス先端融合研究所）
磯田昌岐，横井功（生理学研究所 認知行動発達機構）

マカクザルから神経細胞の活動を記録するのに先立頭の脳構造画像を取得した。サルはナショナルバイオリって，微小電極を目的の脳部位に導くための正確な脳構

ソースから提供を受けたもので，豊橋技術科学大学にお造を知る必要がある。サルの脳には個体差があるため，

いて飼育馴化されている。動物実験は豊橋技術科学大学

個体ごとに脳の三次元構造を MRI により取得すること

動物実験規程に基づき，動物実験計画の承認をうけて実が望ましい。提案代表者の研究機関ではマカクザルを用施された。生理学研究所においては自然科学研究機構動

いた慢性電気生理実験が可能であるものの，MRI が配備

物実験規程に基づき動物実験計画の承認をうけて実施されていない。そこでサル MRI が撮影可能な生理研イメされた。
動物は専門業者により輸送し，外部利用者用の処置室

ージング機器を利用することとした。
生理学研究所のイメージング機器（7T MRI）を用いて，にて導入麻酔ののち，イソフルラン吸入（1-3 %）によっ

2021 年 3 月 18 日に 5 時間の機器専有で，マカクザル 1て維持した。代表者はサルへの吸入麻酔の経験が浅く，

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生体機能イメージング共同利用実験報告

MRI 室での装着は未経験であったが，戸松特任准教授のーカーのガラス管によって電極の刺入経路の推定が正処置により安定計測が可能となった。麻酔中は動物の心確になった。

拍数，動脈血酸素飽和度をモニターした。郷田助教，福永

また，提案代表者が開発している電極位置マーキング

准教授らの提案により，約９０分かけて T1，T2，T2*強手法であるタングステン留置に関する生体内の計測テ

調画像を収集し高分解能構造解析を行った。横井助教のストを行った。マーキングを施したサルの灌流脳を 7T

提供により，計測時にはチェンバーに MRI マーカーとな

MRI で長時間計測し，高分解能解析を行った。その結果，るガラス管を装着した。撮影後サルを処置室に戻すととタングステン粒は検出できなかったものの，電流印加にもに麻酔から復帰させ，復路の運搬を終えた。

よるリージョンマークが MRI で計測可能であることが撮影結果は良好であり，ターゲットとなる視床の神経

明らかになった。リージョンマークは磁場アーティファ核，大脳皮質領域，構造が十分に目視確認できた。各強

クトがないため生体脳での正確な位置特定に役立つ。

調画像を比較することで神経核の特定は容易になり，マ

3. 共同運動課題時の複数名同時脳活動計測：
コミュニケーション形成の神経的基盤を探る
阿部匡樹（北海道大学大学院 教育学研究院 健康体育学分野）
高橋康介（中京大学 心理学部 実験心理学領域）
渡邊克巳（早稲田大学 理工学術院 基幹理工学部 表現工学科）
二人以上の集団が一つのゴールを目指してお互いのNeuroImage 2019）。この力調整課題にさらに 1 名加えて行為を統合する共同運動課題は，身体を介した直接的な3 名とした場合，より複雑かつ高次の社会性が要求され，個人間コミュニケーションの典型例である。そこでは，その神経基盤の詳細を検討することが可能となると考巧みな協応により個々の能力以上のパフォーマンスがえられる。当初，本年度は 3 台の fMRI スキャナを同時生成されうる一方，理論的には決して効率的とはいえなに用いる実験環境の構築を進め，本実験を行う予定であい社会的相互作用も生じる。これらの現象は心理物理実

ったが，コロナ禍の影響で本実験の実施が困難となった。

験やゲーム理論において示されてきたが，その神経的基

そこで，本年度は以前の二人組実験のデータを用いて，盤はいまだ明らかにされていない。特に，社会性の影響

他者協調傾向がどのように脳構造と関連するかを Voxelが顕著になることが示唆されている 3 名以上での共同課

based morphometry (VBM) によって解析した。

題時における神経活動の研究例はほぼ皆無である。本研

この解析では，他者協調傾向の指標として共同把持力

究では共同課題時の複数名（最大 3 名）の脳活動を同時

調整課題時の握力データから算出されたノイズ寄与率に記録・解析することにより，共同課題時特有の脳内情を用いた。その結果，左前頭極・縁上回付近の領域にお報処理過程を明らかにすることを目的とした。

いてノイズ寄与率と有意な正の相関が示された（FDR, p

これまで，我々は 2 人の把持力の合計を標的力に合わ< 0.05）。これらの脳領域は mentalizing system に属し，せるという共同把持力調整課題を用い，その際の脳活動

共同行為時の社会性の個人差が脳構造にも反映されてを調べることで，共同行為の組織化に関わる神経基盤をいる可能性が示唆された。

検討してきた。その結果，単純な力調整課題でも2021 年度は VBM 解析の結果をさらに精査するととも

mentalizing system と呼ばれる脳領域の賦活が生じること，に，コロナ禍の状況が許せば 20 組前後の三人組を対象にその中でも右の側頭-頭頂接合部（TPJ）が他者との協調

共同課題の本実験を実施する予定である。

に大きな役割を示すことを明らかにした（Abe et al.,210

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生体機能イメージング共同利用実験報告

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）

他者との社会的関わりにおいて相手を受容する態度

二者が交互に意見表出をする課題を開発した。本実験でをとることは，二者の間の社会的紐帯を醸成し，相手のは，40 人（女性 24 名。21.850.40 歳）の実験協力者を募

行動変容・意識変容につながる重要な行動である。ここ

集し，この課題を通じて，二者の親密度が向上すること，

で，相手を受容するか否かという社会行動は，相手の評

すなわち，dual-fMRI 上での社会的交流のみで，社会的紐価を行い，得た情報に基づく。我々は MRI を用いた実験

帯が形成されることを確認した。さらには，社会的紐帯的研究により，他者からの評価を受けることで，状態自の形成が rTPJ と rIFG の機能的結合性の上昇として示さ尊心が変化し，楔前部にて表象されることを確認した

れ，かつ，社会的紐帯の形成具合と正の相関があること（Kawamichi et al., 2018）。

（uncorrected p < 0.001 at voxel level, FWE corrected p < 0.05）を確認した。

受容行動により，社会的紐帯がいかに形成されるかを調べることを本年度の目的とした。Dual-fMRI を用いて，今後は，本研究で得た成果の論文化を加速する。

5. 拡散強調 MRI を用いたマカクザル神経線維結合の検討
菅原

翔，臼田

升，鈴木 迪諒，中山 義久，西村 幸男（東京都医学総合研究所）
福永雅喜，定藤規弘（生理学研究所）

損傷からの機能回復や熟達者の卓越機能を説明する

標本内の間隙に多数の気泡が存在し，撮像が困難である

上で，拡散 MRI 計測に基づくトラクトグラフィーを用いことが判明したため，PTB 溶液への置換時に陰圧をかけた解剖学的結合の量的評価は非常に有用である。しかし，ることによって気泡をできる限り除去する前処理を実トラクトグラフィーの精度に関しては未だ多くの議論施した。この処理によって気泡による信号低下を十分にが存在する。本申請課題では，神経トレーサーを注入後少なくすることができ，拡散強調像を計測することがでに灌流固定したマカクザル脳標本を用いて，組織学的なきた。しかし，既存の GE-EPI シーケンスでは解像度に解剖的結合評価との直接比較により，トラクトグラフィ

限界があるため，固定脳に適したシーケンスを導入する

ーに基づく解剖学的結合評価の妥当性を検証する。

ための準備を現在進めている。

本年度は固定標本を用いた拡散 MRI 計測プロトコル

次年度はできるだけ早い段階で新たに導入する撮像の確立を目指して，神経トレーサーを注入していない灌

シーケンスを調整し，固定標本での高解像度拡散 MRI の流固定標本を用いて撮像を実施した。サル用 Phased-array

撮像を可能とする。次年度内には，神経トレーサーを一

coil の故障や感染症による移動制限による影響を受けた

次運動野へ注入した固定標本での計測を行うことを目が，予備的検討を進めることができた。通常の処理では

標とする。

211

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6. 意欲-運動連関を支える神経機構の解明
中山義久，西村幸男，菅原翔，鈴木迪諒，臼田升（東京都医学総合研究所）

運動競技の場面で，「勝ちたい」という意欲に満ち溢

出力を促進できるという仮説を得た。事前の行動実験にれている時には高いパフォーマンスを出すことができ，よって，目標を達成するという情動イメージによって，よい結果を得られるということを多くの人が経験して後の運動出力が促進されることを確認した。よって，情いる。これまで，中脳や大脳基底核の神経核が意欲を司動イメージが腹側中脳の活動水準を向上させ，後の運動る脳部位であることがわかってきており，これらの神経出力へ作用するという仮説を検証すべく，７テスラ MRI

核が運動を生み出す運動野に直接的に働きかけ，この系による実験を現在準備している。

が運動の生成に重要であると考えられる。しかし，意欲

さらに，運動パフォーマンスを生成するメカニズムのと運動パフォーマンスとの間の因果関係を説明する神

認知的な側面に着目した研究も進めている。たとえば赤経科学的根拠については未だ不明である。そこで本研究信号を見てブレーキをかけるという場面では，自動車とでは，意欲に基づく身体運動制御機構の神経基盤を解明

バイクを運転する場合では具体的な運動は異なる。このするため，意欲に関連する神経核と運動関連領域とを結ように運動を選択し実行するための「目的（ゴール）」

びつける機能的結合と解剖学的結合を明らかにするこに着目し，行動目的を運動情報に変換するメカニズムをとを目的とする。

7 テスラ MRI により検討する実験を実施した。実験には前年度までの成果として，外的報酬の有無に関わらず，

29 名が参加した。解析の結果，視覚情報を基にした目的

運動準備時の腹側中脳活動が後の運動出力と関連するの計画，動作情報への変換，動作の準備といった各段階

ことが明らかとなった。この成果に基づく新たな展開とに運動前野背側部の異なる下位領域が活動するというして，腹側中脳活動を自発的に高めることで，後の運動結果を得た。

7. 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．はじめにる濡れ感を，脳内情報伝達解析により明らかにする。さ“湿度”や“皮膚表面の濡れ”は，ヒトの体温調節にらに，③高湿度環境での温熱的不快感が生じるメカニズ

大きな影響を与える因子であり，衣服素材の開発や室内ムを明らかにすることを目指した。本年度は行動実験に

環境設計などの応用面からも重要な研究対象である。湿よる蒸れ感形成のメカニズムにおける鼻粘膜の役割を

度や皮膚表面の濡れは，“蒸れ感”，“濡れ感”として解析した。さらに，MRI 装置内で再現可能な実験のパラ

我々の意識にのぼり，温熱的な不快感にもつながる。しダイムの作成で終了した。

かし，ヒトには蒸れセンサーや濡れセンサーはないと考2．方法

えられており，触覚や温冷感などの異なる感覚入力様式

被験者 25 名を対象に実験を行った。被験者は低湿度の組み合わせにより形成されると予想されている。この（相対湿度 30 %），高湿度（相対湿度 70 %），低温（25 °C），

検証には，機能的脳画像法（fMRI）を用いることが適し

高温（35 °C）の空気を鼻マスクを介して吸入した（２種ていると考えられる。①濡れ感や蒸れ感に関わる脳部位

類の相対湿度 X２種類の温度試行）。鼻で吸気（3 s），を同定し，②異なる感覚入力から形成されると推察され

口で呼気（3 s）を行う調節呼吸とし，9 分間行った（90212生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

回の呼吸）。この間，鼻中隔の粘膜状においた熱電対で湿度感覚の上昇が認められた。吸気に伴う鼻粘膜の冷た100 ms 毎に温度を記録した。また，吸気の温度感覚およさの感覚の強さと乾燥感覚には正の相関が認められた。

び湿度感覚を Visual Analogue Scale で 10 分毎に評価させまた，メントール含有空気の吸気は湿度感覚を低下させた。さらに，メントールを含有する空気を吸気し，そのた。

影響を解析した。

4．結論

3．結果

環境の湿度感覚の受容部位として鼻粘膜が重要な部

鼻粘膜温度は，高温高湿度＞高温低湿度＞低温高湿度位であることが明らかになった。さらに，冷感覚が重要＞低温低湿度の順で低下した。温度感覚も，鼻粘膜温度な機序である可能性が示唆された。今後，これらの感覚と同様に変化した。湿度感覚は，高温では高湿度と低湿に関わる脳のメカニズムを明らかにする。

度の間で差を認めなかったが，低温では高湿度で有意な8. バーチャルエージェントによる表情模倣成立の効果に関する神経生理学的解明
佐藤大樹（芝浦工業大学 システム理工学部 生命科学科）
AI 技術の発展に伴い，人工対話エージェント(Virtual

笑顔か悲しみ，いずれかの表情を表出するよう教示した。

Agent: VA)の重要性が高まっている。VA のコミュニケー

ヒト表情の表出前に VA が先行して感情表現をする「模ション能力を高めるため，対話相手の動きなどを模倣す倣」条件と，ヒトが先行して表情を表出する「被模倣」

る機能を VA に実装する研究が報告されているが，その条件を設定した。また，各試行の後にポジティブーネガ

効果について一致した見解は得られていなかった。

ティブの軸で気分を評価させた。

我々の研究グループは，VA による表情模倣がもたら気分評価の結果，模倣条件と被模倣条件の差はなかっ

す効果とその神経基盤に関する研究を進めてきた。機能たが，参加者の表情がエージェントの感情と一致してい的磁気共鳴画像法（functional Magnetic Resonance Imaging:

るときにポジティブ気分が高まることが分かった。一方，

fMRI）を用いた先行研究の結果，実験参加者が笑顔を示

fMRI の結果は，模倣条件が側頭から後頭にかけて広い領した直後に VA が喜び感情を表現すること（被模倣条件）

域を賦活させるのに対し，被模倣条件は，線条体近傍にで，参加者のポジティブ気分が向上し，帯状回や楔前部

限局した活動を誘発することを示した。この結果は，被が賦活することを示した。しかし，この結果だけでは，模倣条件だけが報酬系を賦活させた可能性を示す。このポジティブな感情を共有したことが原因なのか，感情を線条体の活動は，笑顔でも悲しい顔でも共通しており，模倣されたことが原因なのか，切り分けることができな

参加者と VA の感情表現が一致しているときに限定してかった。そこで本研究では，実験条件に「悲しい顔」を見られた。

加えるとともに，VA の感情表現の後にヒトが表情を生本研究により，ヒトは VA に表情（感情）を模倣され成する「模倣条件」も追加し，感情の種類（喜び－悲しることによって報酬を感じる可能性が示された。主観的み）と模倣の順序（模倣―被模倣）の影響を検討した。

な気分評価では差が見られなかったが，さらに解析を進

健常成人 31 名を対象とした fMRI 計測を実施した。参め，共感的なコミュニケーションを実現する VA の感情

加者には，ヒヨコ型 VA の周囲に表示した記号により，表現アルゴリズムの開発に繋げたい。

213

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第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

9. 語用論的解釈の神経基盤 ― 認知要素と情動要素の協働機制の探索
中村太戯留（武蔵野大学 データサイエンス学部(教養教育) ）松井智子（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）

比喩や皮肉などの語用論的解釈に際しては，大脳皮質

前頭回そして島皮質の賦活が認められた。なお，扁桃体などによる認知的処理の要素と，大脳辺縁系などによるは，新しい視点から再解析することにより賦活を確認で情動的処理の要素が，協働的に活動することが特徴であきた部位であることを付記する（図１）。扁桃体は関連性る。これらの要素は，意味的情報と現実との間の何らか感知において重要な役割を果たす可能性が示唆されておのズレ（意図的な不調和）の感知とその解消に関与するり（Sander 他, 2003），皮肉に特有な処理をしている可能が，その協働機制は統一見解に至っていない。

性も示唆されている（内山他, 2012）。内側前頭前野や島本研究は，語用論的刺激の複雑性の制御による，不調

皮質は顕著性ネットワークにおいて重要な役割を果たす

和処理における認知要素と情動要素の協働機制の探索可能性が示唆されており（Menon & Uddin, 2010），本研を目的とし，(A)「皮肉における刺激の複雑性制御による究においては，音声刺激の皮肉理解における二種類の不認知要素と情動要素の協働を探る」と (B)「面白さを誘発

調和の統合処理に関与している可能性が示唆される。
来年度は，これらの論文化を進めるとともに，(A)と(B)する比喩的表現における刺激の複雑性制御による認知の関係性の検討を進める予定である。

要素と情動要素の協働を探る」を進めている。
(A) 皮肉に関して，本年度は前課題において収集したイ

引用文献

メージングデータの再解析と，解析結果の再検討を実施

Menon, V., & Uddin, L. Q. (2010). Saliency, switching,

した。皮肉に関する先行研究（Spotorno 他, 2012）では文

attention and control: a network model of insula function. Brain

字刺激が用いられることが多く，皮肉理解の前提となる

structure & function, 214(5-6), 655–667.

文脈情報の提示につづいて，その内容と不調和な発話内

Spotorno, N., Koun, E., Prado, J., Van Der Henst, J.-B., &容の提示があるという刺激構成となっている。その先行

Noveck, I. A. (2012). Neural evidence that utterance-processing

研究では，この「文脈情報と発話内容の不調和」の主効果

entails mentalizing: the case of irony. NeuroImage, 63(1), 25–39.

として，内側前頭前野前方を含む「心の理論」関連の部位

Uchiyama, H. T., Saito, D. N., Tanabe, H. C., Harada, T., Seki,の賦活が報告されていた。本研究では，情動的処理の要

A., Ohno, K., Koeda, T., & Sadato, N. (2012). Distinction

素を検討するために音声刺激を用いており，発話韻律とbetween the literal and intended meanings of sentences: a

関連した不調和を検討することが可能である。結果，「文

functional magnetic resonance imaging study of metaphor and

脈情報と発話内容の不調和」の主効果は先行研究の結果

sarcasm. Cortex, 48(5), 563–583.

を再現したのに加えて，「発話内容と発話韻律の不調和」

Sander, D., Grafman, J., & Zalla, T. (2003). The humanの主効果として扁桃体，そして両要因の交互作用（文脈amygdala: an evolved system for relevance detection. Reviews in

情報と発話韻律の不調和）として内側前頭前野後方，下the neurosciences, 14(4), 303–316.

図１：韻律を有する皮肉理解における「発話内容と発話韻律の不調和」の主効果

214

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

10. 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（発達障害研究所），西原真理（愛知医科大 痛みセンター），杉山俊介（岐阜大 精神科）
竹内伸行（愛知医科大 精神科），絹川友章（名古屋大 麻酔科），谷口智哉（名古屋大 麻酔科）

聴覚誘発電位・誘発磁場を用いたペアパルス抑制のパ疾患についてはそれぞれの臨床施設で既にデータ収集がラダイム確立を目指して引き続き研究を行った。短潜時開始されている。病態に抑制系の異常が関与するかどう

抑制（10〜60 ミリ秒のプレパルス – テスト間隔），長潜かについて，新知見が得られるものと期待される。

時抑制（600〜700 ミリ秒）いずれも良好な再現性を示し，

プレパルス抑制以外の手法として，定常反応（steady

信 頼 で き る 検 査 と 考 え ら れ た （ Takeuchi, Journal ofstate response）を用いたパラダイムも考案した。異なる周Neuroscience Methods 2021; Takeuchi, Neurosci Res 2021）。

波数のオシーレション回路間の関係や位相移動を観察す

抑制率の分布も比較的幅広く，抑制系能力の指標としてる方法である（Sugiyama, Front. Psychiatry 2021 Sugiyama,も有用であると思われる。

Hum Brain Mapp 2020）。それぞれの計測で関与する興奮性伝達や抑制の仕組みが異なれば，検査の組み合わせでこのパラダイムを用いて，精神疾患や発達障害につい多くの情報を得ることができると期待される。

て計測を行って（脳波）健常者と比較する計画で，一部の11. 運動イメージの脳内表象の解明
水口暢章（立命館大学 総合科学技術研究機構）
菅原翔（公益財団法人東京都医学総合研究所 脳機能再建プロジェクト）

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）
濱野友希，土元翔平，小山雄太郎，定藤規弘（自然科学研究機構 生理学研究所 心理生理学研究部門）
運動イメージはリハビリテーションやブレイン・コン

能イメージング結果の関係性は調べられていない。そこ

ピュータ・インターフェイス（BCI）を操作する際によくで本研究では，同一被験者を対象として，先行研究によ用いられ，その能力は運動イメージを用いたトレーニン

り運動イメージ能力と関連することが示唆されているグの効果や BCI 操作能と関連がある可能性が示されてい

運動誘発電位の振幅増大と脳機能イメージングで評価る。たとえ若年健常者であっても運動イメージ能力に個した脳内表象類似性（representation similarity）の程度と人差があることは広く受け入れられている事実であるの関連性を明らかにすることを目的とした。

が，運動イメージは主観的な体験であるため運動イメー

被験者は一般健常成人とし，TMS 実験と fMRI 実験を

ジ能力の定量方法は未だ確立していない。したがって，別日に行う。運動課題は指タッピングとし，指タッピン

運動イメージ能力と関連する神経基盤を明らかにする

グの実行および運動イメージを行う。課題は視覚およびことは意義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 実

先行研究でよく用いられる経頭蓋磁気刺激法（TMS）

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 による脳機これまでに被験者 25 名からデータを取得した。現時点

能イメージングはそれぞれ確立された方法であり，各手までの解析の結果，運動イメージによって運動誘発電位法を用いた研究では再現性の高い結果が得られている。

の振幅が増大すること，運動イメージ関連領域が賦活す

しかしながら，これまでの運動イメージ研究の多くは質ることを確認しており，これらは先行研究の結果と一致

問紙に主観的に答える方法を用いて，質問紙のスコアとしている。今後は引き続きデータを蓄積し，電気生理学

運動誘発電位もしくは脳機能イメージング結果と比較的な解析と脳機能イメージングを合わせた解析を行う

しているため，定量的な指標である運動誘発電位と脳機予定である。

215

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

12. 磁気共鳴画像を用いた，日本人英語学習者・外国人日本語学習者の第二言語習得メカニズムの探究
笠井千勢（岐阜大学）
定籐規弘，小池耕彦，角谷基文，吉本隆明（生理学研究所）
自然に習得する母語に比べ，第二言語を習得するにはFrontal Gyrus (LIFG)の関与が報告されている。また，LIFG

様々な困難が伴う。新たに文字表記，発音，文法などを内の Left Pars Opercularis (LPO) が統語処理を担い，Left

学ばねばならないからだ。中には流暢に第二言語を操る

Inferior Frontal Sulcus (LIFS) が Verbal Working Memory

学習者もいるが，「てにをは」と呼ばれる，平仮名一文(VWM) を含む認知的な処理に関与することも報告され

字の助詞習得がボトルネックとなっている。また，英語ている。私たちは，学習者が助詞を選択できない背景に学習者にとっては前置詞や関係代名詞を含む文章の習は，数多くある助詞の中から文脈に適した正しい助詞を得が難しいとされている。

選び出すにあたり認知に大きな負荷がかかっていると仮定した。

本研究では，第二言語習得を困難にする要因の一つはsyntax（統語）の習得であると仮定し，学習者が困難をき実験の結果，学習者は母語話者に比べ正答率が低く，たす原因を脳画像を用いて検証する。母語である第一言

解答速度も遅かった。つまり，日本語母語話者にとって語が処理される過程と，第二言語が処理される過程を脳助詞の産出は簡単である一方，学習者にとっては，平仮画像を用いて比較することで，処理に関与する領域，及名一文字を産出することが非常に困難であることが明び処理に関わる認知負荷を調査することで言語習得のらかになった。神経基盤は，両グループとも IFG の関与

メカニズムを探求する。先行研究では，母語処理と第二が認められ母語話者も学習者も同じ領域を使って処理

言語処理に関して「同じ処理が行われる」説と「異なるを行うことが明らかになった。一方，学習者グループに処理が行われる」という相反する説が報告されてきたた特化して活動する領域は IFS であり VWM を使って記憶

め，脳画像を用いてそれぞれの言語処理を可視化するこ

リソースを駆使して助詞を産出していることが明らかとを本研究の目的である。

になった。これらの発見により，母語話者も学習者も同

まず，被験者に日本語母語話者と日本語学習者を採用

じ神経基盤を使って統語処理を行うが，学習者は文法ル

し，日本語の文章に見合った正しい助詞を解答するタスールを見つけ出したり，すでに学習した内容に参照しなクを課し，両グループの正答率，解答速度，神経基盤をがら答えを見つけ出す作業を行っていることが明らか

比較検証した。先行研究から，言語処理には left Inferiorになった。

13. 脊髄損傷後の非ヒト霊長類の中枢回路の大規模再編過程の 7TMRI による解析
伊佐正，岡田知久，川崎敏生（京都大学大学院 医学研究科）

當山峰道（藤田医科大学 医学部 リハビリテーション医学 I 講座）
山口玲欧奈（京都大学 高等研究院）
福永雅喜，定藤規弘（生理学研究所 心理生理学研究部門）
本我々のマカクザルを対象とした先行研究から，皮質Science 2015; Zenas et al., Cerebral Cortex 2019）。回復過脊髄路を損傷した後の手指の巧緻運動機能の回復過程

程における各脳領域の活動は明らかになったが，脳の大において，脊髄だけでなく大脳皮質運動関連領域や側坐規模回路の動作にどのような変化が起きているのかは核などの辺縁系が機能回復に関わっていることが明ら未だ不明である。本研究では大規模回路の結合特性の変かになった（Nishimura et al. Science 2007; Sawada et al.

化を解析することで，機能回復過程における大規模回路

216

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第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告の再編のメカニズムを明らかにすることを目的とした。

反対側の背側運動前野の後方部（F2）と損傷同側の腹側実験ではマカクザルを対象とし，第 6/7 頚髄間で亜半切運動前野の後方部（F4）との結合性が高くなることが示を行い，皮質脊髄路に損傷を受けたモデル動物を作成しされた。今年度は解析を進め，機械学習を用いた画像ノた。その後，機能回復過程の各段階で麻酔下における安イ ズ 除 去 技 術 で あ る FIX-ICA を 適 用 し ， Eigenvector

静時 MRI データを取得した。

centrality を用いてネットワークの中心性を調査した。損本研究は 2016 年度からの継続課題である。2016 年度

傷後の 1 ヶ月を対象とし，6 頭のグループ解析を行うと，から 2017 年度にかけて合計 6 頭の損傷後 4 ヶ月間の安右の視床を主として左の視床，小脳で中心性が有意に低静時 MRI データを記録した。2018 年度以降は主に記録下していたことが示された。一方，個体ごとにみるとノしたデータの解析を行った。

イズ除去が十分でない個体もいることから，個体ごとの昨年度は，記録した MRI データを基に，全脳網羅的にノイズ除去の精度を高め，各回復過程に合わせて中心性結合特性がどのように変化しているかを解析した。そのの解析を進めることで，脊髄損傷後の脳における大規模結果，手指の巧緻運動機能が回復し始める直前に，損傷回路再編の詳細を明らかにする。

14. 脳波・機能的 MRI 同時計測法を用いた睡眠覚醒機構の解明
石井徹（京都大学大学院 医学研究科附属脳機能総合研究センター）「睡眠と覚醒，意識と無意識の境界で脳に何が起きて解析に基づいた EEG 各帯域と BOLD の相関，睡眠段階いるのか」は神経科学領域に残された課題の一つである。

判定を基にした 2) ブロックデザイン解析，3) 機能的結合

入眠期には脳波に多彩な変化が現れるのみならず，眼球性解析を行った。

運動，筋電図にも様々な変化がみられる。また，主観的本課題は前年度からの継続であり，被験者数を増やしには入眠時心像が出現しその内容も刻々と変化するこ実験を施行予定であったが，COVID-19 の影響によりとが報告されている。これらは覚醒から睡眠への移行過2020 年度中は新規実験の中断を余儀なくされた。定期的程で生じる脳内の動的変化を反映していると考えられにオンラインで解析方法等の検討を行う場を設け，オフるが，入眠期におけるヒトの脳活動変化について詳細はサイトで可能な範囲の解析を進めた。計 33 名（女性 16

未だ解明されていない。本研究では，睡眠判定の gold

名，平均 21.5  3.2 歳）の撮像を終えており，Alpha power-

standard であり高い時間分解能を有する脳波と，高い空BOLD 間には視床の CM（正中中心核）を主体に有意な間分解能を有する fMRI の同時計測手法を用い，覚醒と正相関，後頭葉を主体に負相関がみられている。視床を睡眠を調節する脳機能に迫ることを目的とした。

seed とした機能的結合性解析では，入眠期に視床と皮質18-35 歳の健康な男女を対象として被験者を募集し，領域との結合性が低下している一方で，入眠期に Default

午睡実験を行った。3T MRI（Siemens 社 Verio）及び脳波

Mode Network を含む皮質間の結合性には有意変化を認

計測装置（BrainAmp）を用い自然睡眠中の脳活動計測をめなかった。

１時間連続で行った。覚醒と睡眠 NREM stage1 の遷移に

これらは感覚を統合する視床と大脳皮質間の機能的焦点を当て，視察脳波判定により stage shift が確認でき結合性低下が入眠期の意識レベル変化に寄与するといた時点で被験者に覚醒を誘導する方法を用いた。脳波解う仮説を支持している。視床内の核ごとに結合性動態は

析では，周波数解析及び AASM 基準に基づく睡眠段階視

異なっており，今後その詳細解析も進める予定としてい察判定を行った。fMRI 解析においては，1) スペクトラム

る。

217

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第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

15. 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（関西学院大学大学院 理工学研究科）
川上愛（大阪大学大学院 文学研究科）

2020 年度は，新型コロナウィルスの感染が広がる社会

年度後半の研究では，前年度に引き続いて意図的な立状況を踏まえて研究計画を修正し，前年度までの研究成

毛生成能力を持つ個人の特定を進めた。クラウドファン

果の公開と，2021 年度以降の研究を円滑に行うための環

ディングによる情報発信の成果として，新たに 15 名程度

境整備を中心とした活動を行った。具体的な実施項目は，の個人から意図的な立毛生成能力の自己申告が得られた。

1) 意図的な立毛生成能力の客観的計測に関する論文のこのうち 11名については質問紙調査にて意図的な立毛生

投稿，2) クラウドファンディングを通じた研究活動の情成に該当する能力を回答しており，うち 3 名については

報発信と予算の獲得，3)被験者の候補となる意図的な立立毛計測機材による画像解析データでこの能力が客観的

毛生成能力を持つ個人の特定と予備的なデータの取得に確認された。2021 年度の研究では，これらの個人に対の３つであった。

して被験者としての参加を依頼する予定である。

年度の前半における研究では，前年度までに取得した

上記に加え，2019 年度末に取得した 4 名分の撮像デー

意図的な立毛の客観的計測データに基づいた論文の投タを用いて予備的な解析を実施した。この結果，個人レ

稿作業を行った。この結果，当該の研究内容は意図的なベルでは課題の内容に応じた脳部位の賦活が確認され立毛の客観的証拠を集団レベルで初めて確認した成果

たが，集団レベルでは有意な活動を確認するに至らず，として Frontiers in Neuroscience 誌に掲載された。また，撮像データの拡充が急務であることが確認された。先述

学術系クラウドファンディングサービスであるのように，2020 年度は新型コロナウィルスの影響により

academist にて，情動性の立毛に関わる神経基盤の解明を

fMRI を用いた実験が実施できなかったため，計画全体に目的としたファンディングを実施し，目標額を達成しプ

おいて撮像データの取得に遅れが見られる。2021 年度もロジェクトを成立させた。なお，このファンディングで引き続き実験の実施が困難な状況が続くと予想される獲得した資金は，意図的な立毛生成能力を持つ被験者がが，2020 年度に新たに特定した意図的な立毛生成の能力

生理学研究所での fMRI 計測実験に参加する際に，そのを有する個人を対象に，可能な限り実験規模の拡大を目

旅費として使用する予定である。

指す。

16. 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）
本研究の目的は，経頭蓋電気刺激により聴覚誘発脳磁

激にて広帯域雑音と同じパターンの電気刺激を聴覚野界反応に変化があるかを調べることである。提案代表者に与えておく，そして，その経頭蓋電気刺激の波形と合はこれまで注意や日常生活における音環境や聴力の変致する広帯域雑音刺激と，合致しない広帯域雑音によっ化により，音刺激によって誘発される聴性誘発脳磁界反て惹起される聴性誘発反応を外部被験者を募って計測応が変化することを明らかにしてきた。そこで，本研究し，比較検討する予定であった。

では音刺激によらない方法で聴覚野を刺激した場合に，

しかしながら，COVID-19 の感染予防の為，研究代表
者は所属組織から外部被験者と接触することが制限さ

聴性誘発脳磁界反応が変化するか否かを確かめる。
ヒト聴覚野脳活動は実際の音刺激によって誘発されれた。経頭蓋電気刺激では頭皮に接触する必要があり，るが，外部からの経頭蓋電気刺激によっても誘発するこ

脳磁計は比較的狭い閉鎖空間にあり換気が難しいこととが可能である。本研究では，あらかじめ経頭蓋電気刺から，外部被験者を用いた計測が困難であったため，今218

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

年度は内部被験者数名を測定する結果となった。特に副今後は感染状況を見ながら，外部被験者の測定を行って反応などは出現せず，計測は順調に行うことができた。

いく予定である。

17. Gap により惹起される聴覚誘発脳磁界反応
岡本秀彦（国際医療福祉大学 医学部 医学科）
聴覚刺激において，物理的に音波が存在する状態はもの繰り返しによりどのような影響を受けるかを検証す

ちろんであるが，音波がない状態でも「音波がない」とることで，Gap の呈示頻度が脳活動に与える影響を調べいう情報が重要な意味を持つ場合がある。特に，語音のる。

知覚において「無音(Gap)」の存在は重要な枠割を果たし

今年度は実験の刺激の作成や準備を行い，予備実験をていることが，様々な行動実験から知られている。しか行う予定であった。刺激音の作成や，聴性誘発脳磁界のしながら，継続音の途中に呈示された無音がヒト脳内に測定プロトコルなどは予定通り行うことができた。あと

おいてどのような神経活動を惹起するかについては，あは外部被験者を募り，実際に計測する段階であるが，実まり知られていない。ヒト脳内における無音の神経処理際の計測は，実験代表者が指導している大学院生が主体機構を理解することは，言語処理の理解に繋がると考えとなり計測する予定であった。しかしながら，COVID-19

らえる。そこで本研究では，持続音に埋め込まれた Gapの感染予防の為，大学院生の県を超える移動が制限されによって誘発される脳活動を計測することを目的としたこと，研究代表者が外部被験者と接触することが制限て MEG を用いて聴性誘発脳磁界を計測する。測定時にされたことがあり，外部被験者を用いての脳磁場計測は音を発生せず時間分解能に優れる MEG 計測は，Gap に進んでいない状況である。感染状況を見ながら，外部被より誘発される神経活動の計測に非常に有用である。

験者の測定を行っていく予定である。

Gap 刺激により惹起される聴覚誘発脳磁界反応が，雑音

18. 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）
本研究は，主として聴覚機能に着目して，時間及び空の投射が顕著であることと，音声の知覚において左聴覚間分解能に優れた脳磁図（MEG）を利用し，行動と脳機野が優位であることに起因すると考えられている。本研

能を関連性を見出し，脳内の活動部位と部位間の結合に

究では，右耳優位性における注意の役割を調べることをより行動が解釈できるようにすること目的として，以下目的とし，日本語の 2 音節の単語（例として「/ta/ko/」まのような成果を得た。

たは「/i/ka/」）のペアを実験参加者に同時に呈示し，そ左右の耳に同時に異なる刺激音（数字，有意味語，言の時の MEG を計測した。音声刺激は，片方の耳で 35Hz，語音など）を呈示する両耳分離聴タスクの結果を報告す

もう片方の耳で 45Hz で変調した。これは周波数のタグる。このタスクでは，行動実験により右耳優位が報告さ付け法により，左右の耳の刺激に対する左右の聴覚野のれており，右耳優位性と言語能力との関連も報告されて反応を選択的に抽出することが可能となる。実験は，いる。一方で，右耳優位と神経生理学的な報告は少ない

Active と Passive 条件で実験を行った。Active 条件では，のが現状である。

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うに指示し各耳の正答率を求めた。Passive 条件では，

右耳優位とは，2 つの異なる音声刺激を同時に両耳に実験中に無音で字幕なしの映像を呈示した。

提示したとき，右耳からの刺激を左耳よりも正しく報告

行動実験では，右耳に提示された刺激の方が左耳よりするという結果である。これは，聴覚経路の対側半球へ

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生体機能イメージング共同利用実験報告も高い正解率を示し，右耳優位が確認した。聴覚定常応

行動学的指標である正解率の左右差（左右の耳から聞き答（ASSR）の振幅は，Passive 条件に比べて，刺激に注意

取った正解の割合）との間には，相関が得られた。これを向けている Active 条件のときに大きくなった。さらに，

らの結果は，両耳分離聴時の右耳優位性に注意が寄与し神経生理学的指標である ASSR 振幅の注意による変調は，ていることを神経生理学的に裏付ける結果である。

19. 曖昧視知覚の不安定化をもたらす脳内情報処理の解明
浦川智和（東京理科大学）
本研究課題においては，視覚ミスマッチ処理と呼ばれび訪問先の対応者の健康と安全を最優先とし，訪問を見る脳内処理に着目し，この脳内視覚情報処理の駆動が曖送った。２．研究所への訪問時期については，当初予定

昧視知覚の不安定化に関与するのか明確にすることをした時期以外の時期についても継続的に検討を行って目指した。脳活動計測には，高い時空間分解能を持つ脳

きたが，これらの時期においては所属機関における感染

磁図（MEG）を用いることで，知覚的バイアスの減弱に症対策に伴う教育業務およびその他研究室運営にかか関わる脳活動の発生とそれに伴って生じる脳部位間のる業務が急激に増加し，当初想定していた以上に共同利

機能的結合について検討する予定としていた。

用研究の実施に係る時間的制約が大きかった。

本課題に使用する刺激呈示プログラムや実験器具な

今後，新型コロナウイルス感染症の動向および研究代

どは既に準備が完了していたものの，以下の理由により表者の学内業務の今後の状況をみながら，機会があれば本年度は実験実施に至らなかった。１．当初訪問を予定

再度共同利用研究を申請させていただければと考えてしていた時期において，新型コロナウイルス感染症の拡いる。

大に歯止めがかからなかったことから，研究実施者およ20. 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）
本研究は，昨年度からの継続課題である。Marelli &語彙判断課題は，語の意味に関する判断を求める課題

Amenta (2018) によれば，語の意味活性化速度は，個々のではなく，むしろ，形態情報の親近性に基づいて判断が語が持つ形態－意味間の対応関係の一貫性に依存する。

なされる可能性が高い（e.g., Borowsky & Masson, 1996;

彼らは，語の形態－意味対応の一貫性が語彙判断課題のKawamoto, Farrar & Kello, 1994; Hino & Lupker, 1996）。そ

成績に有意な効果を持つことを報告した。そこで，昨年のため，行動データに一貫性効果が観察されなかったの度の研究では，Hino, Miyamura & Lupker (2011) が報告しかもしれない。そこで今年度は，関連性判断課題を使った漢字語とカタカナ語の形態－意味対応の一貫性のデて，語の形態－意味対応の一貫性効果の観察を試みた。

ータをもとに，語の形態－意味対応の一貫性を操作した

この課題の各試行では，先行語の提示に続いてターゲッ

語彙判断課題を行い，一貫性効果の観察を試みた。実験

ト語が提示され，実験参加者には，継時提示された語ペの結果，行動データには一貫性効果は観察されなかった

アの意味に関連があるかどうかの判断を求めた。高一貫が，前頭部と中央部の電極において N400 の振幅に有意語と低一貫語は，全て“関連なし”試行のターゲット語

な一貫性効果が観察された。低一貫語に対する N400 のとして提示した。
実験の結果，行動データには一貫性効果は観察されな振幅の方が高一貫語に対する振幅よりも大きかった。

220

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生体機能イメージング共同利用実験報告

かったが，前頭部と中央部の電極において，N400 の振幅を持つため，それが“関連なし”反応へのバイアスを生に一貫性効果が観察された。さらに，頭頂部と後頭部のじ，低一貫語を含む語ペアに対する“関連なし”反応が電極において，逆方向の一貫性効果が観察された。高一

容易になることで，こうした効果が観察されたものと思貫語に対する N400 の振幅の方が低一貫語に対する振幅

われる。

よりも大きかった。この頭頂部と後頭部の電極で観察さいずれにしても，これらの実験の結果から，語を読むれた効果は，Verleger, Jaskowski & Wascher (2005) が提案際には，その初期段階に，ターゲット語の意味ばかりでする P3b に類似していた。P3b は課題遂行の際の判断生なく，その形態類似語の意味も同時に活性化され，その成から実際の反応に至るプロセスを反映する。低一貫語

後，ターゲット語に対する適切な意味が選択されるといは形態類似語の多くがターゲット語と関連のない意味

うプロセスが介在することが示唆された。

21. 脳磁図を用いた運動知覚の神経基盤の解明
今井章，高瀬弘樹（信州大学 学術研究院 人文科学系）
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，視覚源を設定して電流量を算出した。これらの 38 領野から今

刺激による運動感を伴う事態における MEG に加えて，回は，上後頭回と下頭頂小葉における脳活動について，

聴覚刺激による運動感を誘導する事態，さらに，視聴覚

刺激提示後 0－500 ms の電流量を 50 ms ごとに平均して複合刺激による事態を設定し，視覚刺激による運動感にその変動を 11 名の実験参加者で調べた。
視覚刺激条件における上後頭回について，見え×半球

加えて聴覚刺激による運動感についても検討した。
視覚条件では，黒色背景に持続時間 66.8 ms の白色円

左右差×時間の分散分析を行ったところ，見えの主効果，

刺激を，中央凝視点から左右水平 5°離れた位置に TV モ

見えと左右差の交互作用，見えと時間の交互作用が有意

ニター上に提示した。聴覚条件では，視覚刺激とほぼ同（p<.05）であった。下頭頂小葉については，時間の主効

位置に置かれたスピーカーから，白色ノイズ（77.4 dB）

果，見えと時間の交互作用が有意（p<.05）であった。

を，視覚刺激と同様な持続時間で提示した。視覚，聴覚

聴覚条件について同様な分析では，上後頭回について，

条件とも，中央凝視点の左右のどちらかの位置から刺激

見えの条件の主効果以外は全て有意（p<.05）であった。

（S1）が提示され，その 66.8 ms 後に凝視点の反対側に

下頭頂小葉では，見えの主効果，時間の主効果，見えと次の刺激（S2）が提示されることで最適な運動感が得ら

左右差の交互作用，見えと時間の交互作用が有意（p<.05）

れる最適条件と，S1，S2 が同時に提示される同時条件とであった。

が設けられた。さらに，視覚聴覚複合条件では，視覚，

視覚刺激に対しては上後頭回において，同時条件で全聴覚の S1 刺激が同じ位置で提示される一致条件と，異般に活動量が多くなっていたが，聴覚刺激に対してはそなる位置で提示される不一致条件とが設定された。

の傾向がより顕著であった。一方，下頭頂小葉では逆に，

MEG の計測は，306 チャンネル全頭型脳磁計（Elekta

視覚刺激に対しては最適条件において活動量がより大Neuromag-306, Helsinki）から 204 点の計測データを使用

きく，聴覚刺激に対してもその傾向がより顕著であった。

し，最小 2 乗ノルム解により両大脳半球に 38 領野の信号

221生理学研究所年報

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生体機能イメージング共同利用実験報告

22. 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）
痛覚に関与する侵害受容器は，身体のほとんど全ての被験者の右手の手背部に表皮電気刺激法で用いる刺激部位にみられる自由神経終末であり，その情報は直径が電極を貼付し，6 条件のパルス幅（60，100，200，400，800，

太い有髄神経の Aδ 線維と細い無髄神経の C 線維によっ1600 μ 秒）の単発矩形波を用いて，各条件における Aδ 線て，脊髄内のシナプスを介して脊髄視床路を上行し，視維の痛覚閾値と脳反応を計測した。通電波形のパルス幅

床を経由して大脳皮質や大脳辺縁系へ投射している。こが 60 μ 秒の条件では，閾値は最も高く，パルス幅が長く

れらの神経線維は，機械的刺激によって興奮するが，電なるにつれて閾値は低下した。各条件における脳反応は，

気刺激によって興奮を生起することも可能である。しかパルス幅の違いに関係なく，潜時は約 0.3 秒に反応がみらし，両線維は電気刺激に対する閾値が異なるため，皮膚れた。以上の結果は，いずれも Aδ 線維を選択的に刺激し上から Aδ 線維と C 線維を選択的に刺激することは困難ていたことを示すものである。次に，パルス幅を 400 μ 秒であった。これらの末梢神経線維を刺激する方法の一つとに固定して，30 Hz の頻度でパルスの反復回数（単発からして，表皮内電気刺激（IES: Intra-epidermal electric stimulation）

10 連発）における痛覚閾値を計測した。痛覚閾値の結果がある。IES とは，直経が 1 ㎜ の外筒とその中心にあるから，Aδ 線維に関する S-D 曲線（強さ-時間曲線）を計算

尖部から構成されている同心円電極を皮膚の上に置き，し，神経モデルを作成するための基礎的なデータを得た。

微弱な電流を印加することで，表皮内の神経線維を刺激

また，8 連発刺激時における閾値の電流強度で固定し，パする方法である。本研究では，IES を用いて複数の条件でルス数の違いによ る脳反応を計測した。その結果，少な電流を提示し，Aδ 線維の閾値と脳活動を調べ，Aδ 線維のいパルス数では脳反応が出現しないことも確認した。以

計算モデルを構築するための基礎的データを取得し，神上の結果から，Aδ 線維に対する時間的加重効果を明らか

経線維を効率的に刺激する方法を明らかにすることを目となり，Aδ 線維の選択的刺激法に関する基礎的な知見を的としている。

得た。

23. 脳磁図を用いた片側良聴耳患者における周波数特異性の研究
関谷健一（名古屋市立大学 大学院医学系研究科 研究員）
本研究課題の目的は，片側良聴耳患者では健聴耳の周辺の周波数帯域を広域雑音より除去することで作成し波数特異性が向上しているのではないか，という仮説をた周波数帯域除去雑音を用いた。刺激音を単独，または検証することである。一般的には聴力が両耳とも正常な周波数帯域除去雑音を背景音として提示した時に誘発場合，雑音下では左右の耳から入った音情報を統合するされる脳磁場を測定した。対象となる被験者は名古屋市ことで，雑音下の音の聞き取り能力を向上させている。

立大学病院や近隣の耳鼻咽喉科から紹介していただい

しかしながら，片側高度感音難聴患者ではそれが不可能ている。しかしながら，本年度は COVID-19 の影響で来であるため，脳の可塑性変化により健聴耳の周波数特異所できる回数が制限されていたこと及び対象被験者で性を代償的に向上させることで対応しているのではなの計測が困難であった為実計測が出来なかった。そのたいかと考えている。この為我々は脳磁計を用いて片側高

め次年度の計測のために感染対策を徹底した計測手順

度難聴の患者に対し，健聴耳のマクロレベルでの周波数や方法を再度検討，見直しを行った。
次年度は，来所回数を増やし，研究協力者追加も予定

特異性を他覚的に計測を予定した。

している。また可能であれば研究補助員の研究費での雇刺激音として日常生活で重要な役割を果たしている
1000 Hz の純音を用いて，マスキング音として 1000 Hz 周用も検討中である。

222

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

Sekiya et al., Broadened population-level frequency tuning in

117:1379-1384.

the auditory cortex of tinnitus patients. J Neurophysiol. 2017,24. 変化応答としての聴覚後期活動と聴性定常反応の位相変化
元村英史（三重大学 医学部附属病院 精神科神経科）
周期的な音刺激を呈示すると，聴性定常反応（auditory

Oddball 課題を用いると，テスト刺激の呈示頻度が稀な

steady state response: ASSR）が誘発される。この音刺激のほど Change-N1 の振幅は大きく（Ohoyama et al., 2012），

途中で音特性を変化させると，ASSR の位相は速化し，

ASSR の位相は強く速化する（Sugiyama et al., 2019）。つ

再び定常状態に戻る。また，連続音の突然の音特性変化

まり，この二つの脳活動の挙動には感覚記憶が関連するは，約 100～180 ms 後に Change-N1 も誘発する。2018 年と考えられる。音特性変化前の音刺激の持続時間が長い

度の共同利用実験において，この二つの脳活動は変化さ

ほど Change-N1 の振幅が高くなる（Inui et al., 2010）ことせる音特性の物理的変化量に依存することを明らかにも感覚記憶の関連を示唆する所見である。第 2 実験の感し，論文発表を行った（Motomura et al., 2019）。本研究

覚記憶の関連については，ASSR の位相変化も Change-N1

課 題 で は ， 全 頭 型 脳 磁 図 計 （ Vectroview, ELEKTA

同様に変化前の音刺激時間に依存するのではないかと

Neuromag）を用い，この二つの脳活動について，大脳半いう仮説検証を目指し，40-Hz の click 連発音を用い，音

球差（第 1 実験）と感覚記憶との関連（第 2 実験）の解

圧増加前の音刺激の持続時間を変化させた音刺激パラ明を目指した。

ダイムを確立した。

第 1 実験の大脳半球差については，25 ms 純音を連結

この二つの実験系においてオフラインフィルターした 1200 ms の持続音を用い，音開始から 600 ms 後の一（ASSR: 35-45 Hz, 変化関連脳活動: 1-35 Hz）を用いてつの純音のみを周波数変化（両耳，左耳，右耳）させた

ASSR の位相変化および Change-N1 の計測・検討を数例

テスト刺激と周波数を終始変化させないコントロールで行った。コロナ禍にて，2020 年度は脳磁図実験が予定

刺激の 4 刺激をランダム呈示する音刺激パラダイムを確通り進まなかったが，引き続いてこの二つの実験系の立した。

data 収集および解析を行う予定である。

25. 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）
2020 年度は新型コロナウイルスが蔓延し，県をまたぐどを記憶しなければならない）。だが「短期記憶がどの移動に著しい制限がかかった。所属機関である神戸大学

ようなパターンの神経活動として保持されているか」とでは他県（特に大都市圏）への移動禁止または自粛要請

いう点に関しては諸説あり，論争中である。そこで今回，が常に出され，生理学研究所での実験実施はかなわなか

視覚性短期記憶課題を遂行中の被験者（健常成人）からった。ただこれまでに取得したデータをまとめ，英文国

α・β 波のリズムを記録・解析し，それらが記憶負荷の上際誌に 1 本の論文を掲載することが出来たため，以下で昇（記憶しなければならない情報量の増加）に伴ってどはそれを報告する。

のように変化するかを調べた。

短期記憶は，見たり，聞いたりしたことを，短期間（数各トライアルでは，様々な色をした四角形が複数，同十秒程度）貯蔵・保持する記憶である。会話・読書など

時に提示された（記憶スクリーン）。提示時間は 150 ミ

色々な作業に必要となる（たとえば会話の場合，「今何リ秒であり，被験者は 1-6 個の四角形の色とその配置を，について話しているか」 「相手の質問は何だったか」な

可能な限り正確に覚えるよう教示された。約 1 秒間の固223

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第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

視点スクリーン（保持期間）の後，テストスクリーンが四角形の数。1-6 個）を増やしていくと，頭頂葉の神経リ提示された。この画面は最初に提示された記憶スクリー

ズム（α・β 波）もそれに比例して速くなることが分かっ

ンと全く同じ時もあれば（変化なしトライアル），四角

た。さらに記憶課題の成績が良い被験者のみ，前頭葉で形の色が 1 つだけ異なることもあり（変化ありトライア

も同様の反応が見られた。これらの結果は，短期記憶のル），被験者はテストスクリーンを見ながら変化のあり・

保持に α・β が関与すること，記憶力の個人差は前頭葉のなしを二択で判断した。この課題の保持期間中の脳活動

α・β 波に原因があること，などを示唆する（Noguchi Y,

を，MEG（脳磁計）を用いて計測した。

Kakigi R. 2020 Neuroimage. 222:11729.）。

その結果，課題の記憶負荷（記憶しなければならない

26. 副交感神経系の変動特性の安静時脳ネットワークへの影響評価
成

烈完（東北福祉大学 感性福祉研究所）

福永雅喜（自然科学研究機構 生理学研究所）
安静時機能的 MRI (rs-fMRI) 信号の収集には多くの場べることを目的で研究を行った。７テスラ MRI 装置で合１０分前後の時間がかかり，その間に生理的変化が生

脳下垂体・中脳・延髄などからの fMRI 信号計測を行じる可能性がある。我々は被験者の覚醒状態に相関する

うために MRI 測定シーケンスのパラメータ最適化を行

２０－５０秒周期の信号成分が rs-fMRI 信号に含まれてった。しかし，COVID-19 の影響により，実験の実施が大いることを確認してきた。これは rs-fMRI 信号が自律神

きく制限されたため，ヒト被験者を対象とした計測を開経系の影響を受けることを示唆する。睡眠を含む自律神

始できなかった。次年度は，計測環境の準備は完了して経系の変化の rs-fMRI 脳機能ネットワークへの影響を調いるため，状況が整い次第，実験を開始する予定である。

27. 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，Kenichi Ueno，Masako Tamaki，Chisato Suzuki，Shubham Gupta，Keiji Tanaka（RIKEN Center for Brain Science）
The work on the project in FY2020 focused on preliminary

recognition, does extend into the region impacted by signal drop-

experiments that can be transitioned to the RIKEN CBS 8-

out as expected. Since multi-shot EPI only reduces the extent ofChannel transmit/receive array, when the additional needed

the signal drop-out region, but does not eliminate it, this result

software from Siemens has been obtained as well as Ethicalemphasizes the need for pTx to more fully recover the signal in

Committee approval for pTx experiments with human subjects.

the drop-out region.

We have done high-resolution fMRI experiments, on several

Toward the end of FY2020, we also performed somesubjects, focused on the inferotemporal cortex. These experiments

preliminary MRS experiments, with the aim of combining MRS

were done using multi-shot EPI, but with the single-channel

and fMRI experiments in the same experimental session. These

Nova transmit array.

These experiments have once again

preliminary experiments showed that it is possible to obtaindemonstrated that multi-shot EPI reduces the distortions andsufficient SNR to measure Glutamate and GABA concentrations,signal drop-out that severely limit studies in the inferotemporalin as little as 24 s. At 3T, similar quality spectra, would takecortex, when single-shot EPI is used.

Our results so far

more than 5 min. MRS studies could also benefit from pTx,

demonstrate that the area of the cortex involved in object

because the MRS voxel could be excited with a single pTx pulse,

224

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第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

rather than needing a train of high-power RF pulses.

simultaneous z-shimming. Once we have demonstrated to the

These results show that we are making steady progress

ethical committee that subject safety can be ensured when

toward using pTx protocols, such as, focused excitation, andusing the array, fMRI studies with pTx can be undertaken.

28. 大脳言語野皮質の層特異的活動の計測
幕内充（国立障害者リハビリテーションセンター研究所）

新型コロナウイルス感染症の流行のため出張が不可

用して全脳をカバーする撮像を行った。TR=1000 ms,となったため，本年度は 2 回しか生理研に来ることがで

TE=23.8 ms, 2.5 mm 厚，axial 54 slices，mutiband factor 3,1

きず，さらにそのうち 1 回は被験者の体調不良の為撮像

session 545 volum x 5 session.
SPM12 による解析結果を見るとアーチファクトが多ができなかったので，7T MRI 撮像は 1 回であった。

かった。次回以降，層別活動を計測するための高解像度

日本語と英語の埋め込み文と埋め込みのない文を読ませ，理解させる課題を 1 名に対し行った。7T MRI を使撮像を行う予定である。

29. 超高磁場機能的磁気共鳴画像法を用いたヒト脳活動の高分解能計測
および解析法の研究
宮脇陽一，梅沢昂平（電気通信大学大学院 情報理工学研究科）
高原

唯（電気通信大学 情報理工学域）

山下宙人（ATR 計算脳イメージング研究室）
福永雅喜（生理学研究所 心理生理学研究部門）
ヒトの外界認識では，複数脳部位が逐次的かつ階層的

この脳活動マップが，手指運動の学習前後でどのようにに関与する神経活動が重要である。そのメカニズムを理変化するかを新しい実験タスクのもとで現在調査して解するには高時空間分解能でのヒト脳活動計測と解析いるところである。

が必要である。しかしながら，こうした目的のために十それと同時に，超高磁場 7T fMRI 装置を用いて時間的分な時空間分解能でヒト脳活動を計測し，解析可能な手に詳細な情報表現抽出の試みの準備も進めた。これまで

法は現存しない。本研究では超高磁場 fMRI の性質を活提案代表者が他研究機関で実施してきた超高磁場 fMRI

用し，ヒト脳活動の高時空間分解能計測ならびに計測デ

信号の高速撮像法は，従来方法と比較して約 16 倍程度高ータからの高精度な情報抽出を行い，脳内での情報表現

速（TR 125 ms 程度）にヒト脳活動を計測するものであを研究することを目的とする。

るため，高速撮像に伴う信号対雑音比の低下が懸念され2020 年度は，大脳皮質における空間的に詳細な情報表

る。こうした状況が生理学研究所の fMRI 装置で起きな

現抽出の対象として体性感覚野を選び，超高磁場 7T

いかを検証するため，ヒト被験者実験を実施する前段階

fMRI 装置を用いて，手指を用いたタッピングタスク時にとして，ヒト脳を模擬した媒質でできた撮像用模型（フおける手指の身体表現図式のマッピング実験を実施しァントム）を用いて信号対雑音比の検証を行った。結果，た。空間分解能にして 1.2×1.2×1.2 mm の高解像度ヒト

これまで同様の信号対雑音比での計測が可能であるこ脳活動撮像の実施に成功し，また体性感覚野および運動とを定量的に確認し，ヒト実験へと移行する準備を整え

感覚野における手指表現マップを得ることに成功した。

ることができた。

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30. 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課題）を行った。マルチバンド技術を用いた高時空間解象であり，動物を用いた研究で多くのことが明らかにな

像度 fMRI により，課題遂行中の脳活動を全脳で取得しっている。しかし，ヒトの眼球運動の神経機構に関するた。T1/T2 強調画像も併せて取得した。全ての撮像は

知見は断片的である。神経疾患や精神疾患に付随して眼Human Connectome Project (HCP) Protocol に準拠し，前処

球運動の異常が起こることも多く，その神経機構の解明

理を含めたデータの解析には HCP Pipelines を用いた。統は病態メカニズムの理解を促進する重要な知見でもあ

計的有意性の評価には FDR を採用した。注視課題との比る。本研究では機能的 MRI (fMRI) を用いて，ヒトの眼球較から，二つの眼球運動に共通して，MT+野，前頭眼野，

運動に関わる機能ネットワークを解明することを目的

補足眼野，運動前眼野，頭頂間溝領域に統計的に有意なとする。

信号上昇が見られた。スムースパシュート課題と視覚誘

これまでの研究で，ミエリンマップとの比較により，導性サッケード課題の比較では，MT+野，下頭頂小葉の追跡眼球運動および視覚誘導性サッケード運動で互い

PFt，後部帯状皮質において，スムースパシュート課題でに似た脳領域に賦活が見られ，その領域が高髄鞘化領域

より強い賦活が見られ，前頭眼野，補足眼野，運動前眼と重複する傾向があることを報告した。本年度は前年度

野および頭頂連合野の LIP 野において，視覚誘導性サッに引き続き，追跡眼球運動と視覚誘導性サッケード運動

ケード課題でより強い賦活が見られた。これらの結果は，に関わる脳領域の差異について検討するため，19 名の被二つの眼球運動に関わる脳領域は重複するが，各脳領域

験者の fMRI データのグループ解析を行った。各被験者の働きは眼球運動の種類に応じて異なることを示唆すはスクリーン上の視標を見るように教示され，静止したる。

視標を固視する課題（注視課題），滑らかに動く視標を

次年度は，行動パフォーマンスと賦活との関係，脳領眼で追跡する課題（スムースパシュート課題），跳躍的域間の構造・機能的コネクティビティ，について詳細にに動く視標を眼で追跡する課題（視覚誘導性サッケード

検討する計画である。

31. 7T MR 装置を用いた血管壁イメージングによる脳血管壁性状と3 次元シネ位相コントラスト磁気共鳴法による脳血管血流動態の検討
礒田治夫（名古屋大学 脳とこころの研究センター）
福永雅喜（自然科学研究機構 生理学研究所）
小森芳秋，市場義人（シーメンスヘルスケア株式会社）
1．背景･目的

置を用い，血流動態と血管壁性状の関連を検討することである。本年度は血管壁イメージングの確立を目指した。

血流動態により血管壁リモデリングが生じ，血管壁の2．方法

厚みや形状が変化する。近年，3 次元シネ位相コントラ
スト磁気共鳴法により血管内速度ベクトルが空間 3 次元

実験には MAGNETOM 7T (SIEMENS, Erlangen, Germany)

で経時的に取得でき，血流動態が分かるようになった。

と 1ch Tx / 32ch Rx head coil (Nova Medical, Wilmington,

また，血管壁イメージングで血管壁の厚みや性状を検出

USA) を用い，健常成人 1 名の撮像を次のように行った。

可能となってきた。

文献 1-4) を参考に T1 強調や PD 強調の 3D-sampling
perfection with application optimized contrasts using different

本研究の目的は，高空間分解能，高 SNR の 7T MR 装

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生体機能イメージング共同利用実験報告

flip angle evolution (3D-SPACE) 法のパラメータを変化さ方向の違いが血管壁描出能に影響を及ぼすことが示唆せた。PD 強調 3D-SPACE に IR パルス，MT パルス も併された。

用した。総計 12 通りの撮影を行った。

今後の対策としては，血管壁・血液・髄液・脳実質な得られた画像に対し，内頸動脈，中大脳動脈を対象にどの緩和時間を加味して信号強度をシミュレーション

血管壁信号・血管内腔信号・髄液信号・髄液信号均一度

し，TI を含めた最適パラメータを見つける必要がある。

などに注目して，血管壁の描出を定性的に評価した。

4．結論
今回用いたパラメータの SPACE 法で血管壁は良好に

3．結果･考察
文献の画像と我々が得た画像には乖離があり，血管壁

描出できなかった。今後，組織の緩和時間を加味したシの描出は不良であった。PD 強調 SPACE では，髄液の動ミュレーションにより，髄液と血液の信号を低下させ，きにより信号低下が生じた脳槽内を走行する血管壁は

血管壁信号を高信号に描出する最適なパラメータをさ評価可能な場合があった。T1 強調 SPACE では，血管壁らに検討したい。

は描出されるが，髄液信号が比較的高く，コントラスト

5．文献

は不良であった。IR pulse 付加 SPACE でも血管壁の描出

1) Zhu, Magn Reson Mater Phy 2016;29:559–570.

は不良であった。なお，この方法では，髄液信号が均一

2) Liu, European Radiology 2020;30:301–307.

に低下するものがある一方，不均一なものがあった。ま3) Fakin, Stroke 2020;51:3623–3631.

た，IR pulse 付加 SPACE では MT pulse 付加で血管壁描

4) Lindenholz, Radiology 2018; 286:12–28.

出がやや向上した。IR pulse 付加 SPACE では，撮影断面

32. 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）
瀬尾芳輝（愛知学泉大学）
福永雅喜（生理学研究所）
超高磁場の MRI の利点として，高いケミカルシフト分場の印可による周波数のズレは，ケミカルシフトと区別

解能による代謝物のスペクトル分離能を利用した代謝ができないため，異なるケミカルシフトを持つピーク成物の分離計測法があげられる。現在，特定の領域を選択

分 は 異 な る 位 置 か ら 得 ら れ る と い う chemical shit

励起して得られるシングルボクセルの MRS を取得する

displacement (CSD) error と呼ばれる位置ずれが生じる。

方法（single voxcel spectroscopy : SVS）は，PRESS 法や

CSD error は，静磁場強度に比例して大きくなるため高磁

STEAM 法は，傾斜磁場と狭帯域 RF の組み合わせにより

場 MRS で問題となっている。この問題の解決方法の一

信号取得のための励起領域を選択している。この傾斜磁

つに，位相エンコード傾斜磁場パルスを用いるケミカル

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生体機能イメージング共同利用実験報告

シフトスペクトロスコピックイメージング（CSI）法が利て大脳の中隔付近に関心領域を設定した場合，myo イノ用できる。SVS 法では通常 2cm 角などの小さな領域からシトールは白質の一部を含み，得られたスペクトルの割

スペクトルを取得する。一方，CSI は広い領域が選択さ

合は灰白質のスペクトルと異なる。中隔付近 を CSI 法でれる。CSD error は傾斜磁場の強さに依存するため，SVS

計測したスペクトルにはこの CSD error を含まれないいでも CSI でもその CSD error の割合は同じになる。ファため，より純粋な灰白質のスペクトルが計測されること

ントム実験で得られた結果では NAA の 2 ppm の単一ピが期待される。このため，中隔付近の灰白質をシングル

ークとクレアチンの 3 ppm の単一ピークは 1 ppm 離れて

ボクセル法と CSI の両方で計測し，シングルボクセル法

いる。実験に用いたシーケンスでは，3T のファントム実における CSD error によるスペクトルの代謝物濃度比の験から 7T では 1 ppm で 22 % の CSD error があることが変化についてデータを収集した。2021 年度も引き続きデ分かった。一方，灰白質と白質では代謝物成分が異なる。

ータを取得して CSD error によるスペクトルにおける代このため関心領域を決めるケミカルシフトを NAA とし

謝物エラーについてまとめる予定である。

33. 呼吸活動が及ぼす認知パフォーマンス関連の脳活動の解明
中村望，越久仁敬（兵庫医科大学 生理学生体機能部門）
福永雅喜，定藤規弘（自然科学研究機構 生理学研究所 システム脳科学研究領域 心理生理学研究部門）
呼吸は，脳幹の延髄の PreBötzinger Complex から生じ2018 年より，同一の課題を用いて fMRI 実験を開始しるリズムジェネレータとしての吸息期神経活動と脳幹ている。健常被験者に見本合わせ再認課題を fMRI 撮像の橋の呼息期神経活動，迷走神経活動による反射下で行ってもらい，同時に呼吸活動をモニターした。行（Hering-Breuer 反射）により形成・維持されることが知動解析において，2018 年の論文と同様，息吸う瞬間が課られている。また，呼吸のパターン活動は，上位脳から題の正解率を低下させることが示され，今回の実験では，のトップダウン制御も含まれる。

さらなる詳細な EI 転移期（息吸う瞬間）の効果が示され

近年，呼吸の律動的活動は，認知機能を司る上位脳にた。一方，fMRI 画像解析に関しては，今回，呼吸活動の「ボトムアップ制御」として直接作用する可能性が示唆

大脳皮質活動への効果が研究テーマであるため，呼吸にされている。2018 年，我々は心理生理学的手法を用いて，よるアーチファクトの影響について慎重に取り扱う必呼吸活動，特に息を吸う瞬間が直接認知パフォーマンス

要がある。そのアーチファクトを取り除く最先端の手法を変えることを発見し，その成果を国際科学誌 PLoSとして，Independent Component Analysis (ICA) を用いた

ONE に発表した。この研究では，EI 転移期（呼息期からFIX 法がある。これは，ICA アルゴリズムを用いて，fMRI

吸息期へと切り替わるタイミング）が記憶想起プロセスの 4 次元画像に含まれるアーチファクトや生理的ノイズと重なったときに，課題の反応時間が約 0.5 秒延長し，（体動や拍動等）を一つずつのコンポーネントとして分

正解率が 21 % 低下することが明らかになった。一方，類する方法であり，これを用いることで，fMRI データ画

吸息期から呼息期へと切り替わるタイミングでは，その像に直接アーチファクトとして作用する呼吸や拍動のような結果は示されなかった。これにより，呼吸のタイ

影響を劇的に取り除くことが可能となる。現在，ICA-FIX

ミングは，記憶したことが正確に思い出せないなど，認法を用いて，これらのアーチファクトを除去する処理に

知低下に直接影響を及ぼすことが明らかになった。

取り組んでいる。

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第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

34. ７テスラ MRI によるヒト第一次体性感覚野の皮質内回路機構の解明
楊家家，于英花（岡山大学大学院 ヘルスシステム統合科学研究科）

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

緊急事態宣言に伴う移動制限の影響を受け，レイヤー信号を比較し，両者のずれの計算に基づいて，知覚を能fMRI 実験の進行が遅れたが，現時点では健常若年者 14

動的に創発していると考えられる。この知覚過程は，低名のデータを取得した。これまでの成果は，ヒト第一次次感覚皮質各層の神経細胞で構成する局所神経回路が体性感覚野の各層における予測誤差処理メカニズムの重要な役割を果たしているという仮説はあるが，その神理解を深めた。また，予測信号生成に関わる帯状回皮質

経基盤は未だ解明されていない。本研究は，2019 年度か

層別の活動特徴も記録でき，次年度の研究推進に必要不らスタートした共同研究であり，7 T レイヤーfMRI 技術

可欠な知見が得られた。さらにこれらの研究成果は，を用いて，ヒト第一次体性感覚野の各層で構成する局所

2021 年 5 月に開催される International Society for Magnetic

神経回路の機能的役割の解明を目指している。

Resonance in Medicine (ISMRM2021) 年次大会に発表する予定である。次年度では，さらにレイヤーfMRI 実験を実

これまでの研究推進により，片側体性感覚皮質や帯状回皮質などをカバーできる撮像シークエンスを含めて，施し，本研究の目標達成を目指す。

複数の撮像シークエンスの導入に成功した。今年度では，

35. fMRI における外側後頭皮質のより特異的な functional localizer の探索
内山博之（鹿児島大学 学術研究院 理工学域）
福永雅喜，郷田直一（生理学研究所 心理生理学部門）
宮田良眞，有馬尚輝，熊谷建哉（鹿児島大学大学院 理工学研究科）
1995 年 Tootell の率いるグループの fMRI 計測によって，ロックで同一カテゴリの画像を２０枚連続的に呈示する「後頭葉の外側後部の，MT/V5 の後方に接する」領域がブロックデザインで計測し，カテゴリ間の BOLD 信号の様々なオブジェクトに反応することが初めて明らかにな

対比を行なった。カテゴリの対比は，以下の組み合わせった（Malach et al., 1995）。しかし，その後の数多くの研で行なった：１）オブジェクト画像とそのスクランブル

究によって，現在ではこの領域（lateral occipital cortex, LO）

画像（従来の LO の functional localizer），２）単一基本図

はオブジェクト識別に直接関与しているのではなく，形

形と３，４個の同一の基本図形で構成された単純複合図状知覚に関与していると考えられているが（Larssen and形，３）単純複合図形とそのスクランブル画像，４）単純Heeger, 2006），未だその詳細は明らかではない。研究代

複合図形とオブジェクト画像。さらに３名の被験者で，表者らが行った電気生理学的計測によって，LO が複数の

retinotopy map の計測も行い，LO 周辺の各領域の同定を試

基本図形で構成された単純複合図形によって強く活性化みた。

されることが明らかとなった。このような知見を踏まえて，

馴化の起こりやすい単純な形状の図形によるブロック

本研究では LO を強く活性化する図形特徴を明らかにし，デザインでの賦活法や，単一図形と複合図形による刺激

LO における形状分析過程を解明することを目的とする。

範囲の調整など，いくつか解決しなければならない実験

新型コロナウィルス感染症拡大予防のための出張の制上の問題に遭遇した。しかし，未だ分析中ではあるが，複限によって，当初想定していた計測回数と被験者数とは数の被験者で単純複合図形がそのスクランブル画像よりならなかったものの，７テスラ MRI を用いて延べ７名のも強い BOLD 信号を示す領域が LO で見られ（図１），

被験者を対象に計測実験を行った。１６秒間の一つのブ

電気生理学的知見を支持する知見が得られた。

229

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第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

共同研究の２年目となる 2021 年度は，オブジェクト画
像の構造化なども含めた様々な刺激画像を用いて計測を行い，LO の形状分析過程の理解に結び付けたい。

図１。単純複合図形による右 LO の活性部位（白矢印）

36. 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）
本研究課題では，比喩生成時において内的表象が形成に６名の被験者での実施を行い，2020 年度に被験者 30

される神経メカニズムを解明することを目的とし，提示名の追加を計画していたが，Covid-19 の影響により実験された視覚イメージを口頭で説明する画像説明実験と実施ができなかった。そのため，2021 年度に 2020 年度

ともに，聴覚刺激を伴う映像鑑賞課題・画像説明実験で実施予定であった実験を行い，被験者数を増やすことを頻出した 8 種類の概念（回答）を用いた one-back 課題を予定している。実験終了後，one-back 課題遂行時の各被用いた MRI 実験を実施する。映像鑑賞課題において得ら

験者の脳活動データを利用し，８種類の概念（回答）をれたデータに対し searchlight hyperalignment 法を用いて，対象とした SVM モデルの作成，画像説明課題における各被験者の神経パターンを共通表象スペースへと変換

対象概念を用いた比喩生成過程の脳活動データを用いするモデルを学習する。画像説明実験における比喩生成

た classification accuracy の確認を予定している。さらに，過程の神経パターンと one-back 課題における各概念に関

画像説明課題遂行時の脳活動データを共通表彰スペー

する神経パターンを共通表象スペース内のベクトルにスに変換することで，特定の意味認識に関わる領域の有変換することで，比喩生成時に形成される（個人差を考無について検討する予定である。

慮した）内的表象について検討を行う。既に，2019 年度

37. 将来の報酬を期待するヒト脳の価値表象の動的特徴と選択形成の解析
新滝玲子（慶應義塾大学大学院 理工学研究科）
地村弘二（慶應義塾大学 理工学部 生命情報学科）
採餌は，幅広い生物種において，刻々と変化する不確

究では実環境が用いられており，被検動物は餌や液体を，実な環境下で栄養を獲得し，生き延びるための基本的な実験室環境で探し，見つけ，摂取している。しかし，ヒ行動である。非ヒト種の動物を対象とした採餌行動の研トを対象とした研究では，仮説的な状況を用いられてき230

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第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

たため，種間で採餌行動を比較するには限界がある。そ期間における価値表現信号の時間的動態をモデル化しこで本研究では，機能的 MRI 撮像中に，ヒトが，数十秒た。待つことの喜びを反映した予期効用の動態は，前頭遅延する実物の液体の報酬を実際に獲得・消費し（経験

眼窩前頭皮質と海馬に関連していた。そして，行動解析試行），その後，同じ環境で遅延報酬を待つ（採餌試行）

で生存関数の曲線下面積（AuC）を算出し，AuC が大きという採餌課題を遂行した。重要なことは，採餌試行でい人と小さい人の間で予測効用の時間動態を比較した。

は，被験者はいつ報酬が得られるかわからない状況で待その結果，前頭眼窩皮質では，AuC が小さい個体の方がち続けることができる一方で，好きなときに報酬を待つ

予期効用効果が顕著であるのに対し，海馬では AuC が大のをやめて，次の新しい環境（経験試行）に移ることがきい個体の方が顕著であった。これらの結果は，採餌行できた。採餌試行の遅延の開始から報酬を待つのをやめ動において，行動戦略に依存して関連する脳領域が異なるまでの時間を生存率分析で分析したところ，経験試行

ることを示しており，前頭眼窩皮質と海馬が，それぞれ

で報酬の量が少なく，遅延時間が長い環境では，高い頻探索戦略と滞在戦略に関与していることを示唆してい度でより早く待つのをやめる傾向があった。機能的 MRIる。

画像の解析では，ベイズ学習を用いて，経験試行の遅延

38. 機械学習と fMRI を用いた抒情の生じるメカニズムの解明
磯暁（素粒子原子核研究所）

近添淳一，郷田直一（自然科学研究機構 生理学研究所）
持橋大地，小山慎介（統計数理研究所）
浅原正幸（国立国語研究所）
船井正太郎（沖縄科学技術大学院大学 物理生物学ユニット）
鹿野豊（慶應義塾大学 理工学研究）川島寛乃（慶應義塾大学 環境情報学部）
松井鉄平（東大 医学部 統合生理学分野）

わっており，来年度は 20 名の計測を予定している。

【本研究の目的】
脳機能イメージングの発展に伴い主観的経験を客観

被験者はさらに，fMRI 実験に用いた短歌を含む多数の的に観察することが可能となった。一方で深層学習によ短歌に対して，主観的な評定と技術面の評定を Excel フ

る自然言語処理が飛躍的な進歩を遂げており，機械学習

ァイル上で行った。この評定実験で用いた短歌を自然言と fMRI の融合により，言語による抽象的思考とそれを語処理の機械学習モデルである BERT に入力し，被験者可能にする脳の理解を深めることが望まれる。そこで，の評定データを用いて，BERT の人工神経回路の訓練を

言語的表象を解析対象として，機械学習と fMRI の両面行う。このように訓練を施した人工神経回路の情報表現から，抒情が生じるメカニズムの解明に取り組み，言語と，fMRI で計測した脳活動データに対して，表象類似度

世界における感情の論理を解き明かすことを目指して解析を行うことで，単語の列である短歌から評価や感情いる。

が生じる過程を解明するべく，現在研究を進めている。

【短歌の主観的評定に基づく研究】【短歌と平文の違いに基づく研究】

東西の代表的な大学短歌会である京都大学と早稲田

生理研近辺の大学生を中心として被験者を募集し，短大学の短歌会のメンバーを被験者として，短歌の主観的歌と平文（抒情的でない文）を読む際の脳活動を，fMRI

な評定を行う際の脳活動を，fMRI を用いて計測した。新を用いて計測した。現時点で 24 名の計測が終わり，来年型コロナの影響で学生の来訪が中止になるなど，実験計

度は 10 名程度の計測を予定している。

画に遅れが生じているものの，現時点で 7 名の計測が終231

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

る。これらの短歌や平文には抒情的かどうか判断が難しいものが含まれており，そのような中間的な文の情報表
現は中間的な数値表現であることが確認できた。（図はBERT の情報表現を図示。赤点が短歌，青点が平文を表す。）
そうした性質をもつ情報表現を fMRI の脳活動データ
この計測実験で用いた短歌と平文を，事前に大量の言と比較し，表象類似度解析を行うことで，単語の列から語データを学習した自然言語処理モデル BERT に入力す抒情が生じる要因を言語的・脳科学的の両面から解明す

ると，単語の並び方の特徴を反映した情報表現が得られるべく，研究中である。

39. Personalizing Brain Stimulation Dosage by New Neurostimulation
Computational Model
Jose Gomez-Tames，Akimasa Hirata，Toshiaki Wasaka（Nagoya Institute of Technology, Electrical and Mechanical Engineering）
Masaki Fukunaga，Norihiro Sadato (National Institute for Physiological Sciences)
1. Introduction. In recent years, there has been a growing

individuals were obtained. The segmented models have ainterest in medical treatment methods that involve non-invasive,

resolution of 0.5 mm, and the model consists of 13 types of

localized stimulation of the brain. Transcranial magnetic

tissues. An electrical constant derived from 10 kHz was

stimulation (TMS) is a brain stimulation method by inducing

assigned to each tissue in the model (Figure 1).

eddy currents in the cortical and subcortical regions throughWe also measured motor thresholds for different coilchanges in the magnetic field generated by placing a coil near theorientations (steps from 0° to 150° with steps of 30° ) byhead and applying a pulsed current to the coil, based on the law

measuring the resting motor thresholds of the tibialis anteriorof electromagnetic induction (Faraday's law) [1]. This method(TA) muscle of the right leg in four individuals. The coil used

can be used for the diagnosis of brain functions and treatments;

was a figure-of-8 coil. Next, under the same conditions in the

however, it is difficult to estimate the exact stimulation region

experiment, we conducted an electromagnetic field analysis toand the activated neural circuits where TMS is acting [2].

determine the induced electric field on the brain as a physicalElectromagnetic computational advances have permitted thequantity of neuromodulation. The position of the coil andinvestigation of the stimulation site by computation of theorientation were acquired during the experiment by the

induced electric field, although more experimental verification isnavigation system.

needed [3]. We performed computational analysis onindividualized head models to investigate induced electric fields
for different orientations of the TMS coil.
2. Methods. We used personalized computational head models
based on magnetic resonance image (MRI) to investigate
neuromodulation effects in the brain by TMS. Magnetic
resonance images (3T, T1, and T2) were obtained to create
individualized head models. The heads of twelve individuals
Figure 1. Illustration of MRI data used for segmentation of head

were scanned at the facilities of the National Institute formodel to compute electric field (cross-section)

Physiological Sciences. Individual head models of the232生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告

4. Conclusion

3. Results and Discussion
We investigate the dependence of the motor threshold andWe evaluated the stimulation thresholds of TMS targeting theelectric field distribution on the coil angle during TMS. Figure

lower limbs by electromagnetic computational analysis. As a

2 illustrates the effect of changing the coil orientation on the

result, we confirmed that both the experimental motor thresholdinduced electric field.

and the stimulation threshold were minimum at 90° coil angle.
Also, the computational analysis showed a strong positive
correlation between the motor thresholds and the normalcomponent across different coil angles. These preliminary results
indicates the effectiveness of TMS computation and its validity
to be used as a tool to investigate TMS. Future work includes
increasing the number of individuals and investigating the effectof different electric field metrics.

Figure 2. Electric field distributions at different TMS coil

5. Referencesorientations. Electric field direction is shown by black lines.

[1] A. T. Barker, R. Jalinous, and I. L. Freeston, “Non-invasive
magnetic stimulation of human motor cortex,” Lancet (London,
In this experiment, we found that the stimulation threshold

England), vol. 1, no. 8437, pp. 1106–1107, 1985.

followed a U-shape with a minimum value at 90. We found[2] J. Gomez-Tames, A. Hamasaka, I. Laakso, A. Hirata, andrelative difference between subjects potentially due to variations

Y. Ugawa, “Atlas of optimal coil orientation and position forof the distance from the scalp to the foot is different for each

TMS: A computational study,” Brain Stimul., vol. 11, no. 4, pp.

individual. We also found a similar trend for the inverse of the

839–848, 2018, doi: 10.1016/j.brs.2018.04.011.

EF (normal component). The results indicate that the normal[3] S. Aonuma et al., “A high-resolution computational

component is a good indicator of the neuromodulation effect for

localization method for transcranial magnetic stimulation

TMS when targeting the leg region.

mapping,” Neuroimage, vol. 172, pp. 85–93, 2018,
doi: 10.1016/j.neuroimage.2018.01.039.

40. 相互模倣による行為・意図の共有に関与する神経基盤の解明
宮田紘平，工藤和俊（東京大学）
小池耕彦，定藤規弘（自然科学研究機構 生理学研究所）
意図の共有とミラーニューロンシステムの活動同期の模倣は他の人の行動・身振りや声色を見たり聞いたり関係性を明らかにすることを目的とする。

して，それを自ら再生する知覚―運動スキルである。模今年度は実験準備を行い，行動の予備実験を実施した。

倣者と被模倣者が刻々と入れ替わる相互模倣では，お互いの行動を模倣・観察することで，行為や意図を共有す

健常成人の参加者２人１組に書字の模倣課題を行ってることができる。これまでの研究で模倣者と被模倣者のもらった。文字はそれぞれ２画の偏と旁から成る漢字を間でミラーニューロンシステムの活動が同期すること用いた。書字を右人差指で空中に行い，お互いの指の動が報告されている（Dumas et al., 2010）。この同期が行為

きはビデオカメラシステムを通して見られるように設や意図の共有を反映していると考えられるが，未だ不明

定した。実験条件として，行為と意図の共有を操作した。

である。これら共有の神経基盤を明らかにすることは, ヒ

行為共有あり条件では，模倣者は相手の動きを鏡のよう

トの社会的コミュニケーション能力を理解する上で重になぞる。行為共有なし条件では，模倣者と被模倣者は要である。そこで本研究では，相互模倣における行為と書き順が異なるように設定した（偏と旁どちらを先に書

233

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

生体機能イメージング共同利用実験報告くか）。意図共有あり条件では模倣者に被模倣者が書く

し条件よりもポジティブ方向への感情が高い傾向が確

文字を事前に知らせ，共有なし条件では知らせない。た認された。一方で，行為共有の有無では意図共有の有無

だし，行為と意図ともに共有がない条件では２人は異なと交互作用があった。

る漢字を書いた。模倣者と被模倣者の役割はランダムに

今後はマーカーレスで動画から動きを追従できる切り替えるように設定した。先行研究から行為や意図の

DeepLabCut を用いて，課題中に記録した指の動きの類似共有に応じて２人の内的な状態が変化することが予想性を評価する。そして，課題中の２人の脳活動を機能的されたため，各試行後にはポジティブとネガティブを両磁気共鳴画像法で記録し，行為と意図の共有に応じて活端とした Visual Analogue Scale で内省報告を行ってもら動強度が変化する領域や領域間の機能的結合，そして２った。

個体間の結合強度が変化する領域を明らかにする。

内省報告の結果，意図共有あり条件の方が意図共有な

41. Feasibility study of a microstrip transmission-line RF coil combining RF shielded
PET detector module for a 7T MRI
Shahadat Hossain Akram,1， Sodai Takyu1， Fumihiko Nishikido.1， 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 イメージング物理研究グループ
2 医工連携画像研究グループ

先進核医学基盤研究部

分子イメージング診断治療研究部）
Masaki Fukunaga（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）
During the year from April 2019 to March 2020, we

studies on some novel design approaches in this year (April

conducted our preliminary study on a single-channel microstrip

2020 to March 2021) that would have addressed sometransmission line radiofrequency coil that integrated alimilations that we found in our preliminary study and also atradiofrequency shielded positron emission tomography (PET)

the same time would have tasted some new ideas. However,detector module with front-end readout electronics fordue to COVID-19 pandemic situation we avoided to conductsimultaneous PET and MRI study with the 7 Tesla clinical MRI

such study this year. We hope to continue our progress in nearsystem facilitated at the National Institutes for Physiologicalfuture. Thank you very much.

Science (NIPS), Japan. We had a plan to conduct further

234生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

研究会報告

〔

目

次

〕

1．生体コモンスペース研究会（代表・世話人：高井まどか

2021 年 2 月 19 日） ··············································· 239

2．細胞システム理解のためのシグナル応答原理解明の最前線（代表・世話人：松田知己

2020 年 9 月 3 日－9 月 4 日） ········································· 248

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

2020 年 10 月 6 日） ················································· 256

4．自閉症，てんかんの病態原理に関与するシナプス制御・神経回路機構（代表・世話人：田渕克彦

2021 年 2 月 2 日） ·················································· 268

5．上皮膜輸送の多様性・調和機構を基盤とする異分野融合研究の創出（代表・世話人：五十里彰2020 年 9 月 3 日－9 月 4 日） ······································· 275

6．温熱生理研究会（代表世話人：志水泰武

2020 年 8 月 27 日） ··················································· 286

7．痛みの研究会（代表世話人：古江秀昌
8．TRP チャネル研究会

2021 年 1 月 22 日） ··················································· 292―相互作用分子との協働による環境情報の受容と環境適応―（代表世話人：内田邦敏

2020 年 9 月 25 日） ··················································· 300

9．運動器／代謝系連関による生体機能制御とその変容の仕組み（代表・世話人：岩部美紀

2020 年 12 月 19 日－12 月 20 日） ····································· 310

10．食の「満足感」を担う分子・経基盤研究会（食欲・食嗜好研究会）（代表・世話人：佐々木努

2020 年 9 月 14 日－9 月 15 日） ····································· 321

11．シナプスを見る，測る，操る－新たな技術で挑むシナプス学（代表・世話人：掛川渉

2020 年 12 月 3 日） ················································· 329

12．機能と構造の視覚科学研究会（代表・世話人：鯉田孝和

2020 年 9 月 1 日） ·················································· 336

13．意思決定研究の新展開～社会共感・主観価値の生成・葛藤に関わる神経メカニズム～（代表・世話人：雨森賢一

2020 年 9 月 14 日－9 月 15 日） ······································· 340

14．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2020 年 11 月 12 日－11 月 13 日） ··································· 349

15．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

2020 年 12 月 11 日－12 月 12 日） ····································· 354（代表・世話人：中澤栄輔

2021 年 1 月 28 日） ················································· 356

16．脳神経倫理研究会
17．第 10 回社会神経科学研究会「社会性の創発・発達，その多様な軌跡」（代表・世話人： 明和政子

2020 年 11 月 19 日－11 月 20 日） ···································· 358

18．Synapse and System Plasticity of Learning and Memory Meeting（代表・世話人：王丹

2020 年 9 月 17 日－9 月 18 日） ········································· 366

19．生体システム統合機構としての情動（代表・世話人：南雅文

2020 年 9 月 16 日） ················································· 383

237

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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（提案代表：岩崎憲治

2020 年 11 月 10 日） ···················································· 390

21．第 2 回「力学系の視点からの脳・神経回路の理解」（代表・世話人：青柳富誌生2020 年 11 月 26 日－11 月 27 日） ··································· 392

238

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第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

1．生体コモンスペース研究会
2021 年 2 月 19 日
代表・世話人：高井まどか（東京大学大学院 工学系研究科）
所内対応者：久保義弘（生理学研究所）（１）修飾サブユニットによるイオンチャネル電位センサーの制御メカニズム○中條浩一，糟谷

豪（自治医科大学医学部生理学講座統合生理学部門）（２）がん細胞膜と細胞接着面との接着解消にともなう細胞内ナトリウムポンプの動態変化○藤井拓人 1，清水貴浩 1，永森收志 2，小泉桂一 3，田渕圭章 4，
奥村知之 5，藤井努 5，竹島浩 6，酒井秀紀 1（1 富山大･薬･薬物生理，2 慈恵医大･臨床検査医学，
3 富山大･和漢医薬･未病創薬ユニット， 4 富山大･生命科学･ゲノム機能解析，
5 富山大･医･消化器･腫瘍･総合外科， 6 京都大･薬･生体分子認識学）（３）膜厚さプローブとしての polytheonamide B チャネル
松木悠佳 1，高島雅子 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）（４）ナノ流路における脂質二重膜の形成と測定法の開発○川岸啓人 1，老木成稔 2，岩本真幸 2，許岩 1,3,4（1 阪府大･工･物質･化学，2 福井大･医･生命情報， 3JST さきがけ，4 阪府大 NnaoSquare）（５）両親媒性ペプチドとリン脂質からなるナノ構造の形成と形態制御○池田恵介 1，穴田千晴 1，江川文子 2，藤原敏道 2，中尾裕之 1，中野実1

（1 富山大･薬･生体界面化学，2 阪大･蛋白研）（６）MPC ポリマーをマトリックスとするナノ相分離表面におけるタンパク質吸着挙動○増田造 1，平口侑香里 1，久代京一郎 1，荒木保幸 2，和田健彦 2，高井まどか 1（1 東大･工･バイオエンジニアリング専攻，2 東北大･多元研）（７）タンパク質の精密定量による生命システムの定量的描出○松本雅記（新潟大･医･オミクス生物学分野）（８）リガンド修飾ヘテロ核酸(X-HDO)の CNS 移行メカニズムの解析○中田弦希 1，山本俊輔 2，平林英樹 2，横田隆徳 3，楠原洋之 1（1 東大院･薬，2 武田薬品工業･薬物動態研究所， 3 医科歯科大･医･脳神経病態学分野）（９）膜近傍の環境を感知する電位依存性 H+ チャネルの分子機構○藤原祐一郎（香川大学･医学部･分子生理学）（10）内耳感覚上皮ナノ振動の計測とその制御機構の解析
○太田

岳 1，任

書晃 2， 崔森悦 3,4，日比野

浩 1,3（1 大阪大･医・統合薬理学，2 岐阜大･医･生理学， 3AMED-CREST･AMED，4 新潟大･工･情報電子）（11）電気化学発光を用いた細胞スフェロイドの代謝活性検出○平本

薫 1，伊野浩介 2，小松慶佳 1，梨本裕司 2,3，珠玖

仁2（1 東北大･環境･先端環境創成学専攻， 2 東北大･工･環境資源化学講座，3 東北大･学際研）（12）人工抗体搭載型光アンテナによる細菌計測○田邉壮，板垣賢広，松井響平，椎木弘（大阪府立大･工･分子認識化学研究グループ）239

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（13）骨格筋再生過程における膜張力感知機構の役割○原雄二 1，平野航太郎 1，小畑裕次郎 1，森泰生 1，梅田眞郷 1（1 京大･工･合成･生物化学専攻）（14）高分解能光干渉断層撮影法による内耳感覚上皮帯のナノ振動計測○任

書晃 1,4，太田岳 2，崔森悦 3,4，日比野浩 2,4（1 岐阜大･医･生理学，2 大阪大･医･統合薬理学， 3 新潟大･工･情報電子，4AMED-CREST･AMED）（15）レーザー誘起表面変位（LISD）顕微鏡の開発と単一生細胞における膜の動的粘弾性計測への応用○森作俊紀 1，由井宏治 1,2（1 東理大･研究推進機構･W-FST センター，2 東理大･理･化）（16）走査型イオンコンダクタンス顕微鏡を用いた細胞のダイナミックイメージング○周

縁殊 1，斎藤将樹 2，池上浩司 3，鎌田

諒 4，

佐々木敦朗 4,5，福間剛士 1，高橋康史 1,6（1 金沢大･ナノ生命，2 東北大･医･分子薬理，3 広島大･医，4 慶應大･先端生命，5 シンシナティ大 v 医，6JST さきがけ）【参加者名】
赤羽悟美（東邦大学），安部 力（岐阜大学），池田恵実（富山大学大学院），永森收志（東京慈恵会医科大学），介（富山大学），伊藤雅方（東邦大学），岩本真幸（福井梨本裕司（東北大学），任 書晃（岐阜大学），原 雄二大学），老木成稔（福井大学），大島大輔（東邦大学），（京都大学），日比野浩（大阪大学大学院），平本 薫（東太田 岳（大阪大学），緒方元気（大阪大学），糟谷 豪北大学），藤井拓人（富山大学），藤原祐一郎（香川大学），（自治医科大学），川岸啓人（大阪府立大学院），許 岩

真木孝尚（福井大学），増田 造（東京大学），松本雅記（大阪府立大学），黒川洵子（静岡県立大学），酒井秀紀（新潟大学），三上義礼（東邦大学），三善英知（大阪大（富山大学），坂口義彦（奈良県立医科大学），椎木 弘学），村上慎吾（中央大学），森作俊紀（東京理科大学），（大阪府立大学），周縁殊（金沢大学），珠玖 仁（東北久保義弘（生理学研究所），立山充博（生理学研究所），大学），高井まどか（東京大学），高橋康史（金沢大学），

下村拓史（生理学研究所），陳 以珊（生理学研究所），

田邉 壮（大阪府立大学大学院），冨田太一郎（東邦大学），

Rizki Tsari Andriani（生理学研究所），平澤輝一（生理学研中條浩一（自治医科大学），中田弦希（東京大学），中野究所），Liu Chang（生理学研究所）【概要】
脳や心臓をはじめとしたヒトのそれぞれの臓器は，種未だ不明な点が多い。以上の課題の解決には，最先端の類や機能の異なる多様な細胞集団から成り立つ。個々の理工学技術に基づいてこの微小空間の場を標的にした細胞集団は，同種，異種細胞間でコミュニケーションを

ナノ計測方法を開発し，生きた生体試料に活用して微小行い，これにより正常に機能する。生命活動に不可欠な空間の物質動態を理解する必要がある。

この細胞間の交信は，イオンや小分子・ペプチドなどの本研究会では，このような先端ナノ計測技術を独自に

生理活性物質が担う。さらに交信を行う場所は，細胞に開発し，活用して生体界面の微小空間を観測する理工学

取り囲まれる細胞外の微小空間である。本研究会では，系の研究者，これらの科学者と協働して生体界面の生理

このコミュニケーションの場を「コモンスペース」と定学的挙動を研究する医・生物・薬学者，そして生体界面義した。しかし，このコモンスペースは，サブマイクロの現象を in vivo, in vitro や in silico で解析する理工学・理メートルからナノメートルのスケールといった微小空

論科学・生物学者を集めて議論する。またこの研究会を間であり，さらに形状も複雑なため，その中の物質動態きっかけとして共同研究を実施し「コモンスペース」のや構造，さらに両者の相関の理解は不十分である。よっ

物質動態を明らかにしていき，世界初の学際領域を開拓て，この微小空間と細胞集団・臓器の活動との関連にもすることを目的とする。

240

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（１）修飾サブユニットによるイオンチャネル電位センサーの制御メカニズム○中條浩一，糟谷

豪（自治医科大学 医学部 生理学講座 統合生理学部門）

電位依存性チャネルは，生体の電気活動やイオン輸送

チャネルに変えるユニークな性質を持つ。これまでの生を担う重要な膜タンパク質である。電位依存性チャネル

理学的解析や，クライオ電子顕微鏡によるは S1-S4 セグメントと呼ばれる 4 本の膜貫通領域で構成

KCNQ1-KCNE3 の複合体構造から，KCNE3 が電位センされる共通のドメイン（電位センサードメイン）が備わ

サードメインに結合し，電位センサーの動きを変えるこっており，この中の S4 セグメントが中心となって，膜とで KCNQ1 を開状態にしていることがわかってきた。

電位を感知する。細胞内の電位が脱分極すると，S4 セグ

しかし KCNE3 がどのようなメカニズムで電位センサー

メントが細胞外側にスライドし，その構造変化が引き金の動きを変えているのかについては，まだよくわかってとなってチャネルはイオンを通す開状態となる。KCNQ1いない。我々は，KCNQ1 の S1 セグメントと KCNE3 上は電位依存性 K+ チャネルの一種であり，KCNE と呼ばのいくつかのアミノ酸側鎖の相互作用が，KCNE3 を開れる修飾サブユニットによってその性質を大きく変え状態に固定するために必要であることを，電気生理学的る特徴を持つ。特に KCNE3 とよばれる修飾サブユニッ

手法と光生理学的手法を併せることで明らかにした。

トは KCNQ1 の電位依存性を消失させ，常時開状態の K+（２）がん細胞膜と細胞接着面との接着解消にともなう細胞内ナトリウムポンプの動態変化○藤井拓人 1，清水貴浩 1，永森收志 2，小泉桂一 3，田渕圭章 4，
奥村知之 5，藤井努 5，竹島浩 6，酒井秀紀 1（1 富山大･薬･薬物生理，2 慈恵医大･臨床検査医学，3 富山大･和漢医薬･未病創薬ユニット，
4 富山大･生命科学･ゲノム機能解析，5 富山大･医･消化器･腫瘍･総合外科，
6 京都大･薬･生体分子認識学）

がん転移プロセスにおいて，がん細胞の基質からの剥び CPA），Nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate

離は最も重要なステップの一つである。しかし，がん細（NAADP）阻害剤（Ned-19），および Focal adhesion kinase

胞膜と細胞接着面との接着が解消された「直後」に細胞（FAK）阻害剤（PF573228）の処理により阻害された。

内で起こる現象については未解明である。我々は，がんさらに，細胞内 Na イオンポンプをノックダウンした剥細胞の細胞内小胞に異常発現している Na イオンポンプ

離がん細胞において，ミトコンドリア酵素活性の減少おが，がん細胞をディッシュから剥離させることで原形質よびアポトーシスの亢進が観察された。がん細胞が細胞膜へ移行し，ディッシュに再接着させることで再び細胞接着面から剥離すると，細胞内ストアからの質内に戻ることを見出した。また，この Na イオンポン

NAADP/FAK 依存的な Ca2+シグナルが惹起され，細胞内プの動態制御に，がん細胞が剥離した直後に惹起される

ナトリウムポンプの原形質膜移行が引き起こされ，この細胞内遊離 Ca2+ 濃度上昇が関与することがわかった。剥機構が剥離がん細胞の生存に関与しているものと考え

離による Ca2+ 濃度上昇および Na イオンポンプの原形質られた。

膜移行は，SERCA Ca2+-ATPase 阻害剤（thapsigargin およ241

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（３）膜厚さプローブとしての polytheonamide B チャネル
松木悠佳 1，高島雅子 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）
生体膜は脂質二重膜という基本構造を持ちながら主径 4 Å のポアを形成する。膜に自発的に入り込み，一価にそのリン脂質組成によって厚さにバラエティがある。

陽イオン選択性チャネルとなる。そのゲーティング機構

そしてこの厚さの違いを膜タンパク質は環境因子としは，1 分子で膜を貫通する pTB の場合，gA チャネルのて感じとり，膜上での分布やその機能を変化させている。

ように膜内で二量体の形成と解離による電流オン・オフ

膜の厚さを測る方法には様々あるが，三次元弾性体としではない。脂質二重膜の厚さを変えるために異なる有機ての膜の力学的特性も捉える必要がある。今回私達はチ

溶媒で膜を形成した。有機溶媒分子の長さが長いほど膜ャネル形成ペプチドである polytheonamide B (pTB) チャ

は薄くなることが知られており，膜静電容量の測定によ

ネルを膜の厚さを測定するプローブとして利用した。

り確かめた。 pTB のチャネル活性は膜が厚くなるにし

pTB は 48 残基のペプチドであり，特異アミノ酸からなたがって開確率が下がることが明らかになった。さらにる。立体構造的には gramicidin (gA) チャネルと同様の脂質二重膜の厚さを変えるためにリン脂質分子のアシ6.3 ヘリックスという特殊な構造を取り，長さ 40 Å，内ル基の長さを変えたもので膜を形成し実験した。

（４）ナノ流路における脂質二重膜の形成と測定法の開発○川岸啓人 1，老木成稔 2，岩本真幸 2，許岩 1,3,4（1 阪府大･工･物質･化学，2 福井大･医･生命情報，3JST さきがけ，4 阪府大 NnaoSquare）
脂質二重膜は生命を定義する構成要素の１つであり，成し，膜間の分子ダイナミクスを単一分子レベルで測定可能なナノ流体デバイスの開発を目的とした。

これまで，バルク平衡測定によって脂質二重膜と分子(タンパク質，ペプチド，水)の相互作用が研究されてきた。

本研究では，脂質二重膜を垂直に形成するための特殊生命現象の理解には，膜間の分子ダイナミクス解明が極なナノ流路構造を持つナノ流体デバイスを作製した。水めて重要であるが，1 分子に適した測定法がないため，層と脂質を溶解した有機層をそれぞれナノ流路に導入

単一分子レベルでの定量的な情報は未だほとんど取得

し，ナノ流路内で脂質一重膜同士を接触させることで，されていない。1ナノ流体デバイスは，ナノメートルスケ

脂質二重膜を形成した。さらに，ナノ流路内の顕微鏡観ールの流路を持ち，fL(10-15 L)～aL(10-18 L)の流体を制御察を行い，脂質二重膜の評価を行った結果を報告した。

できることから，細胞内で重要な µM～nM の高い濃度で【参考文献】

も，単一分子の操作と分析が可能である。2そこで本研究

1. G. M. King and I. Kosztin, J. Membr. Biol., 2020,.

ではこれに着目し，ナノ流路内に垂直な脂質二重膜を形

2. Y. Xu, Adv. Mater., 2018, 30, 1-17.

（５）両親媒性ペプチドとリン脂質からなるナノ構造の形成と形態制御○池田恵介 1，穴田千晴 1，江川文子 2，藤原敏道 2，中尾裕之 1，中野実1

（1 富山大･薬･生体界面化学，2 阪大･蛋白研）
生体膜構造を模倣したナノ粒子の作製やその構造の等への応用へ向けた基盤となる。近年，脂質二重層をタ

制御は，それを利用した計測系の構築やナノメディシン

ンパク質，ポリマー，ペプチドなどの両親媒性分子が取242

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

り囲んだ構造を持つ円盤状ナノ粒子（ナノディスク）がこれらの知見に基づき，ナノディスク構造をさらに安定注目されている。我々は，両親媒性 α ヘリックス構造を化するペプチドをデザインした。また，18A 変異体は，形成するペプチド 18A に着目し，リン脂質とのナノディ

ナノディスクだけでなく，リン脂質と線維状の複合体をスク形成について調査した。その結果，リン脂質二重層形成した。この線維形成には脂質－ペプチド間の特異的のゲル-液晶相転移温度以上で，ナノディスクが不安定化

な分子認識が介在していた。以上より，脂質－ペプチド

し，ディスク同士の融合によってより大きなナノディス

分子間相互作用の変化が集合体形態を変化させる，ある

クやラメラ構造が形成されることを見出した。さらに高いはこの相互作用の調節によってナノ構造を制御可能

温では，ペプチドの変性に伴いベシクル構造が出現した。

であることが示唆された。

（６）MPC ポリマーをマトリックスとするナノ相分離表面におけるタンパク質吸着挙動
造 1，平口侑香里 1，久代京一郎 1，○増田荒木保幸 2，和田健彦 2，高井まどか 1（1 東大･工･バイオエンジニアリング専攻，2 東北大･多元研）
材料表面におけるタンパク質吸着は，細胞足場のようなメインと親水性マトリックスを持つナノ相分離表面を作製

生体材料を設計する上で重要な現象である。表面のナノ構した。この表面におけるタンパク質吸着挙動について，疎造はタンパク質吸着に影響する因子であるが，タンパク質

水性の PMPTSSi のみからなる表面と比較すると，ドメイン吸着を促進する疎水性ドメインの大きさとタンパク質吸より大きいフィブロネクチン，フィブリノーゲンの吸着量

着挙動の関係は未解明である。本研究では，疎水性セグメ

は大きく低下した。一方，ドメインよりも小さいリゾチー

poly(3-(methacryloyloxy)

ムは相分離表面でも吸着がみられた。すなわち，タンパク

propyltris(trimethylsilyloxy) silane) (PMPTSSi)，親水性セグ

質吸着を抑制する PMPC がマトリックスとなる相分離表面

メ ン ト (B) と し てにおいて，疎水性ドメインよりも大きなタンパク質は吸着

ン

ト

(A)

と

し

て

poly(2-methacryloyloxyethyl

phosphorylcholine) (PMPC)からなる ABA 型ブロック共重合が顕著に抑制されることが明らかになった 1。

体から，サイズを 10 nm または 20 nm に制御した疎水性ド

1) T. Masuda et al., Eur. Polym. J. 2020, 135, 109885.

（７）タンパク質の精密定量による生命システムの定量的描出○松本雅記（新潟大･医･オミクス生物学分野）
近年，次世代シークエンサーや質量分析計の高性能化にのプラットフォームである iMPAQT (in vitro proteome

伴い，多数の生体内高分子の網羅的な解析が可能なってきassisted MRM for protein absolute quantification) を開発した。複雑な生命システムの理解には，単なる分子の網羅的(Matsumoto M. et al. Nat. Methods 2017, Matsumoto M. and同定だけでは不十分で，より機能的かつ定量的な情報の取Nakayama KI. Curr. Opin. Biotechnol. 2018)，がんにおける代得が求められている。特に，タンパク質においては，存在

謝経路再編成やクロマチンタンパク質動態の解析に利用

量，局在，相互作用，翻訳後修飾などが複雑に絡み合ってしてきた(Kodama M. et al. Nat. Commun. 2020, Kito Y. Sci.

その機能や活性が発揮されることから，これらの情報をRep. 2020)。最近取り組んでいる iMPAQT の自由度や堅牢

様々な条件下で定量的に取得する必要がある。我々はこれ性の向上や質量分析技術開発の現状，パスウェイ構成要素

まで，ゲノムワイドなヒト組換えタンパク質ライブラリーの精密定量を通して見えてきた，がんや老化における代謝（18000 以上）を利用したターゲットプロテオミクス解析

経路再編成の実体を報告した。

243

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（８）リガンド修飾ヘテロ核酸(X-HDO)の CNS 移行メカニズムの解析○中田弦希 1，山本俊輔 2，平林英樹 2，横田隆徳 3，楠原洋之 1（1 東大院･薬，2 武田薬品工業･薬物動態研究所，3 医科歯科大･医･脳神経病態学分野）
核酸医薬品は，低分子医薬品や抗体医薬品と異なりタ影響を与えるものであり，血液中から脳移行メカニズム

ンパク質に変換される前の形態である核酸をターゲッの解析が早急の課題である。本研究では，マウス脳毛細トとし，理論的には細胞内のあらゆる遺伝子を制御でき

血管内皮細胞に発現するスカベンジャー受容体に注目る。その汎用性の高さから，今まで治療困難とされてき

し，HEK293 細胞に強制発現させ，X-HDO 曝露後の細胞た疾患への応用が強く期待されている。一方で，生体内内 ASO 蓄積量を LC-MS/MS により定量した。検討したにおける送達性のコントロールが困難で，核酸医薬品の

スカベンジャー受容体のうち，Ly75 を強制発現させるこ開発におけるボトルネックとなり，特に脳内へ核酸医薬とで，X-HDO 曝露後の細胞内 ASO 蓄積量の増加が認め品を到達させる技術は確立されていない。横田らは，新られた。同様に，一本鎖核酸 ASO 曝露後でも，細胞内たに DNA と RNA の混合二本鎖から構成されるヘテロ核

ASo 蓄積量の増加が認められたが，HDO 曝露後ではその酸にリガンドを付加(X-HDO)することにより，脳内の標ような効果が認められなかった。本結果は，Ly75 が的遺伝子の発現抑制できることを明らかとした。これはX-HDO ならびに ASO の血液脳関門透過に関与している

中枢神経疾患を対象とした核酸医薬品の開発に大きくことを示唆している。

（９）膜近傍の環境を感知する電位依存性 H+ チャネルの分子機構○藤原祐一郎（香川大学･医学部･分子生理学）
白血球に発現し，バイ菌を退治するための活性酸素のかかる電圧（ΔV）並びに H+濃度勾配（ΔpH）によって産生を担う電位依存性 H+ チャネル（Hv チャネル）は，

チャネルは開く。他の電位依存性チャネルには見られな

電圧，pH，酸化還元，温度，膜の伸展，脂質分子など，いユニークな特性である。我々は，電位センサーの駆動

種々の物理化学的エネルギーを受容し，H+ の透過・生体に伴う電荷の移動（ゲート電流）を解析することにより，電気信号へエネルギー変換する膜機能分子である。4 本

pH は H+ 透過とは別過程の膜電位を感知する過程に影響の膜貫通ヘリックスにより H+ 透過能を持つ電位センサを与えていることを見いだした。ΔpH の感受性に対してーを形成するシンプルな分子構造を呈する。１つのステ変異体作成→電気生理学的解析による探索を重ね，細胞ートで結晶構造が解かれているが，チャネル機能の動的

内・外の pH 感受性を個別に変化させる変異体を獲得しな分子構造基盤の理解は進んでいない。

た。このことは，野生型の Hv チャネルには pH センサー

pH を感知して開閉する Hv チャネルは，細胞内側あるが細胞内外にあり，その感受性はほぼ等価で，あたかもいは外側の絶対的 pH 値ではなく，相対的な pH の差を感膜にかかる ΔpH を感知しているように振る舞っている

知して開閉すると考えられている。言い換えると，膜にことを示唆する。

244

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（10）内耳感覚上皮ナノ振動の計測とその制御機構の解析
○太田

岳 1，任

書晃 2， 崔森悦 3,4，日比野

浩 1,3（1 大阪大･医･統合薬理学，2 岐阜大･医･生理学，3AMED-CREST･AMED，4 新潟大･工･情報電子）
ヒトをはじめとした動物は，大小・高低様々な音を聴こで我々は，改良型レーザー干渉計により，生モルモッ

く。その分析は，聴覚の末梢器官である内耳蝸牛の「感ト感覚上皮の高周波音領域におけるナノ動態を分析し覚上皮」により始まる。音はこのシート様組織をナノスた。80 dB 以上の強大音を入力すると，典型的な正弦波ケールで揺らし，その構成要素である有毛細胞の感覚毛振動を確認するとともに，この組織の位置が上方に向かを屈曲させる。そして，毛の先端にあるチャネルの開口

い直流的に移動する「位置ずれ」を見出した。この応答状態が変動し，内部へのイオン流入量も増減する。このは，細胞体の伸縮を阻害すると喪失した。さらに，別の電流量は，小さな音ほど感覚毛が大きく揺れるという個体へ感覚毛の動作を修飾する薬物を投与した。以前の「非線形」な性質によって調節を受ける。チャネルの電

報告通り，感覚上皮の正弦波振動における非線形な応答

流量の増減に呼応して，有毛細胞は，膜電位依存的に細は減弱した。同時に，位置ずれはほぼ測定されなかった。

胞体を長軸方向に伸縮させる。伸縮動作が感覚上皮の振以上より，感覚上皮の位置ずれは，感覚毛の動作に影響

動振幅を増幅する。しかし，感覚上皮の動作を制御するされるイオン流入により制御されると考えられた。

メカニズムについてはまだ十分に理解されていない。そ（11）電気化学発光を用いた細胞スフェロイドの代謝活性検出○平本

薫 1，伊野浩介 2，小松慶佳 1，梨本裕司 2,3，珠玖

仁2（1 東北大･環境･先端環境創成学専攻，2 東北大･工･環境資源化学講座，3 東北大･学際研）
3 次元的に培養した細胞（スフェロイド）が生体内の子還元により過酸化水素が発生することを利用して，酸組織モデルとして注目されている。生きたスフェロイド

素の還元とルミノール誘導体の酸化を交互に行うことの代謝活性を測定することで，個々のスフェロイドの品で微小領域の酸素濃度をセンシングする電気化学発光

質評価や薬剤の効能評価への利用が期待される。本研究

システムを開発した。基板上にスフェロイドを配置する

ではルミノール誘導体の電気化学発光を利用して，スフと，スフェロイドの呼吸活動によりスフェロイド周辺にェロイドの代謝活性イメージングを行った。電気化学発

酸素濃度分布が生じるため，これをルミノール誘導体の光は，電極反応によって発光物質が励起されて生じる溶発光分布としてイメージングすることが可能である。本液-電極界面の発光現象である。ルミノール誘導体は過酸

研究では，ヒト間葉系幹細胞と乳がん細胞のスフェロイ

化水素の存在下で酸化電圧を印加することにより強くドをモデルとして，電気化学発光イメージングを用いて発光することが知られている。本研究では，酸素の 2 電

呼吸活性評価や代謝物評価を行った。

（12）人工抗体搭載型光アンテナによる細菌計測○田邉壮，板垣賢広，松井響平，椎木弘（大阪府立大･工･分子認識化学研究グループ）
我々の研究グループでは，微生物が形成する様々な界開発に取り組んでいる。細菌の表面は種々の化学種から面に着目し，光学的，電気化学的手法を用いた計測法のなり，周囲の物質との間にさまざまな結合や相互作用を245

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告もつ。そこで，分子インプリンティング法を適用し，細た。室温において金属ナノ粒子は特定細菌表面に結合し菌表面の特定化学種に対応する分子鋳型をポリマーマ

たが，温度上昇によって結合性が消失した。つまり，人トリクスに形成した。分子インプリンティング法はテン

工抗体の結合性の温度制御が可能になった。このようなプレート（標的）分子との非共有結合に基づいた鋳型の特徴を有する人工抗体搭載金属ナノ粒子を用いて，金属形成を可能にするため，標的分子を認識する人工抗体とナノ粒子の光学的，電気化学的特性に着目した細菌検出して機能する。また，外部刺激によるポリマーの構造変が可能になった。

化によって人工抗体の結合性が変化することを見出し（13）骨格筋再生過程における膜張力感知機構の役割○原雄二 1，平野航太郎 1，小畑裕次郎 1，森泰生 1，梅田眞郷 1（1 京大・工・合成・生物化学専攻）

骨格筋を構成する筋線維は，筋収縮・弛緩に伴い絶えるリン脂質フリッパーゼが PIEZO1 活性化を正に制御し，ず損傷を受けており，損傷後の筋線維を再生する機能は細胞骨格の再編成を経て秩序だった筋管構造の構築に

筋恒常性の維持に必要不可欠である。筋損傷時に筋幹細関わることを見出した。

胞から派生した筋芽細胞が互いに融合しあうことで，筋続いて上記経路の生体レベルでの重要性の解明を試み管と呼ばれる多核の細胞融合体が形成され，筋線維へのた。Piezo1 は筋幹細胞にて高発現するが，分化に応じて発成熟・再生に至る。我々はこれらの過程において，膜構現が減少し成熟筋線維ではほとんど発現が検出されなか造が大きく変化すること，さらに細胞膜に掛かる物理的った。そこで我々は筋幹細胞特異的 Piezo1 欠損マウスをな力の役割について興味を抱いてきた。特に膜張力によ作出・解析した。筋再生過程を検討したところ，筋再生のり活性化されるイオンチャネル PIEZO1 を中心に，いわ遅延が認められ，さらに単離した筋幹細胞の解析により，ゆる「機械受容イオンチャネル」の役割解明を目指して

同遺伝子欠損に伴い筋幹細胞の増殖および遊走能低下をきた。我々はこれまでに筋線維の再生に関わる筋芽細胞示した。以上，PIEZO1 による膜張力感知機構は，筋再生をモデル系として，膜外層から内層にリン脂質を輸送すの進行に重要な役割を果たすことが示唆された。

（14）高分解能光干渉断層撮影法による内耳感覚上皮帯のナノ振動計測○任

書晃 1,4，太田岳 2，崔森悦 3,4，日比野浩 2,4（1 岐阜大･医･生理学，2 大阪大･医･統合薬理学，3 新潟大･工･情報電子，4AMED-CREST･AMED）
れているが，生体内での上皮帯の動態は十分に明らかに音は，内耳蝸牛において電気信号へと変換され，脳へされていない。

と伝達される。この変換は，音によってナノスケールで振動する感覚上皮帯で行われる。感覚上皮帯は，内・外

本研究では，この課題を克服するため，光干渉断層撮

有毛細胞，支持細胞，そして細胞外基質層などの細胞や影（Optical Coherence Tomography: OCT）法を基盤とする組織により構成される。内有毛細胞は，求心性神経を活

イメージング振動計測装置を創製した市販の OCT 装置

性化して，音情報を脳へと送る。一方，外有毛細胞は，に，広い周波数スペクトルと高出力を特徴とする特殊光感覚上皮帯の振動に合わせて自らの細胞体を伸縮させ源を導入し，計測系を蝸牛の生体内計測に最適化した。

て音受容の感度を調節する。修飾された上皮帯の振動は，生きたモルモットを使った実験により，外有毛細胞の頂聴覚の高い鋭敏性や周波数特異性に寄与すると指摘さ側と基底側，さらに細胞外基質層の３点にて異なる振動246

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

様式が計測された。さらに，マウスを対象とした計測もなる感覚上皮帯振動の生物物理的メカニズムが解明さ行い，外有毛細胞の頂側と細胞外基質層の２点の振動様れるだけでなく，今後各種難聴モデルマウスを用いた力式も測定した。本研究の技術は，聴覚機能の成立の鍵と学的視点からの病態解明にも貢献できる。

（15）レーザー誘起表面変位（LISD）顕微鏡の開発と単一生細胞における膜の動的粘弾性計測への応用○森作俊紀 1，由井宏治 1,2（1 東理大･研究推進機構･W-FST センター，2 東理大･理･化）・細胞への外力印加にレーザー光の輻射圧を利用する

細胞膜の粘弾性は，がんの転移などに関わる細胞移動

光学駆動・非接触型や組織の自発形成などに重要な役割を果たしている。従・光学駆動により従来 kHz 程度だった動的粘弾性計測

来，細胞膜の粘弾性計測には，マイクロピペット吸引法の周波数を MHz まで拡張や原子間力顕微鏡（AFM）などの接触法が主に用いられ・上記 2 つの特徴を光学顕微鏡に組み込み，1-2 m のてきた。しかし，マイクロピペット吸引法では直接接触による膜損傷の可能性がある。また AFM では，機械的空間分解能で任意の場所を計測可な励振を用いるので，周期的外力を加える周波数応答依

当該顕微鏡を用いて，がんと正常細胞の粘弾性による存特性（パワースペクトル）測定においては，周波数の識別や 1 m 程度の微小な細胞構造体の堅牢生の起源の上限が kHz 程度までに制限される。そこで本研究では，解明，さらには植物組織の先端成長と細胞壁の粘弾性と細胞 1 個における細胞膜の粘弾性を計測可能な新たな手の因果関係を明らかにした。以上，LISD 顕微鏡を開発法として，主に以下の 3 つの特徴をもつレーザー誘起表

し，当該顕微鏡が 1 細胞レベルで動物細胞および植物細面変位（laser-induced surface deformation: LISD）顕微鏡を

胞の表面の粘弾性計測に有用な手法であることを示し

開発した。

た。

（16）走査型イオンコンダクタンス顕微鏡を用いた細胞のダイナミックイメージング○周

縁殊 1，斎藤将樹 2，池上浩司 3，鎌田

諒 4，

佐々木敦朗 4,5，福間剛士 1，高橋康史 1,6（1 金沢大･ナノ生命，2 東北大･医･分子薬理，3 広島大･医，4 慶應大･先端生命，5 シンシナティ大･医，6JST さきがけ）

走査型イオンコンダクタンス顕微鏡（SICM）はガラス行うことができる。私たちは一つの細胞の表面に一本しのナノピペットと試料との距離により変化するイオン

か存在しない一次繊毛を蛍光で標識した後，SICM で形電流を利用して，非接触でナノピペットを試料表面にナ状測定を行った。具体的に，ヒト網膜色素上皮細胞株

ビゲートする走査型プローブ顕微鏡である。SICM は溶（RPE-1 細胞）とイヌ腎臓尿細管上皮細胞株（MDCK 細液中に存在する細胞表面のナノスケール形状をイメー

胞）の一次繊毛の構造をナノスケールで比較した。また，ジングすることが可能である。さらに，最初の数枚のイ

高解像度 SICM の形状イメージングにより，蛍光標識がメージを自動的に学習して，細胞が存在しない領域をス

困難なシリアポケットの可視化にも成功した。最近は一キャン範囲から除くことでイメージングの高速化がで次繊毛に局在するタンパク質を常時発現した細胞を用きる。SICM の特徴として，蛍光イメージングと同時にいて，生細胞での一次繊毛の動きの観察にも成功した。

247

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

2．細胞システム理解のためのシグナル応答原理解明の最前線
2020 年 9 月 3 日－9 月 4 日
代表・世話人：松田知己（大阪大学 産業科学研究所）
所内対応者：久保義弘（生理学研究所 神経機能素子研究部門）（１）二光子励起顕微鏡の機能向上による多次元生細胞イメージング○大友康平 1,2，根本知己 1,2（1 自然科学研究機構 生命創成探究センター 創成研究領域,
2 自然科学研究機構

生理学研究所 基礎神経科学領域）（２）トランススケールスコープが見出す生命のシンギュラリティ
市村垂生 1,2，垣塚太志 1，堀川一樹 3，勢力
橋本

薫 4，笠井淳司 4，

均 1,4，藤田克昌 1,5，渡邉朋信 6，○永井健治 1,7（1 大阪大学 先導的学際研究機構，2JST さきがけ，3 徳島大学 先端研究推進センター，
4 大阪大学大学院

薬学研究科，5 大阪大学大学院 工学研究科，

6 理化学研究所生命機能科学研究センター，7 大阪大学産業科学研究所）（３）刺胞動物ヒドラにおける進化的に保存された睡眠メカニズム○金谷啓之 1，Sungeon Park2，Ji-hyung Kim2，楠見淳子 3，Sofian Krenenou4，猿渡悦子 5，佐藤

文 5，Jongbin Lee2，Hyunwoo Bang2，小早川義尚 5，Chunghun Lim2，伊藤太一 5（1 東京大学大学院 医学系研究科，2School of Life Sciences, Ulsan National Institute of Science and Technology，
3 九州大学大学院

比較社会文化研究院，4AgroParisTech，5 九州大学 基幹教育院）（４）多機能イメージング計測から迫る概日リズム中枢神経回路の作動原理○榎木亮介 1,2，廣蒼太 1,2，根本知己 1,2（1 生命創成探究センター バイオフォトニクス研究グループ，
2 生理学研究所

バイオフォトニクス研究部門）（５）睡眠・覚醒リズムのリン酸化仮説○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教室，
2 理化学研究所

生命機能科学研究センター 合成生物学研究チーム）（６）生体内の薬物動態とその作用をリアルタイム計測する局所薬物センサシステム○緒方元気 1，澤村晴志朗 1，浅井開 2，楠原洋之 3，栄長泰明 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 慶應義塾大学 理工学部化学科，
3 東京大学大学院

薬学系研究科 分子薬物動態学教室）（７）動的膜張力測定法と KcsA チャネルの張力応答
岩本真幸，○老木成稔（福井大学高エネルギー医学研究センター）（８）大脳皮質における細胞外 ATP 動態の in vivo 蛍光イメージング○北島奈美 1，瀧川健司 1，関谷敬 1，佐藤要 1，浅沼大祐 1，坂本寛和 1，並木繁行 1，飯野正光 2，廣瀬謙造 1（1 東京大学大学院医学系研究科細胞分子薬理，2 日本大学医学部細胞分子薬理）（９）Ca2+ とレドックスシグナルによる小脳シナプス可塑性の極性決定○柿澤昌 1，遠藤昌吾 2（1 京都大学大学院 薬学研究科 生体分子認識学分野，
2 東京都健康長寿医療センター研究所

248

老化脳神経科学研究チーム）

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（10）A red-shifted version of genetically encoded ratiometric fluorescent temperature indicator for live-cell imaging
with low phototoxicity and high time resolution○Cong Quang Vu1,2，Tetsuichi Wazawa2，Kai Lu2，Masahiro Nakano2，Takeharu Nagai1,2（1 大阪大学大学院 生命機能研究科，2 大阪大学 産業科学研究所）（11）熱が細胞内でシグナルになる可能性○鈴木団（大阪大学 蛋白質研究所）【参加者名】
松田知己（大阪大学），永井健治（大阪大学），Vu Cong

科学研究機構生命創成探究センター），高橋泰伽（自然科（大阪大学），Zhai Le（大阪大学），LU KAI（大阪大学），

学研究機構生命創成探究センター），安宅光倫（自然科学上田泰己（東京大学），大出晃士（東京大学），金谷啓之

研究機構生命創成探究センター），廣 蒼太（自然科学研（東京大学），温 芷晴（東京大学），NGO THUC ANH究機構生命創成探究センター），大友康平（自然科学研究（東京大学），菅森義真（ウエイブフロント㈲），老木成機構生命創成探究センター），堤 元佐（自然科学研究機

稔（福井大学），平田宏聡（名古屋大学），曽我部正博（名構生命創成探究センター），渡我部ゆき（所属），山口和古屋大学），廣瀬謙造（東京大学），大久保洋平（東京大志（自然科学研究機構生命創成探究センター），石井宏和学），並木繁行（東京大学），北島奈美（東京大学），飯

（自然科学研究機構生命創成探究センター），中田開人（自野正光（日本大学），太向 勇（日本大学），柿澤 昌（京然科学研究機構生命創成探究センター），上原優子（生理都大学），日比野浩（新潟大学大学院），緒方元気（新潟学研究所），久保義弘（生理学研究所），立山充博（生理大学大学院），鈴木 団（大阪大学），山澤徳志子（東京学研究所），下村拓史（生理学研究所），陳 以珊（生理慈恵会医科大学），金 尚宏（東京大学），根本知己（自学研究所），AndrianiRizki Tsari（生理学研究所），平澤輝

然科学研究機構生命創成探究センター），榎木亮介（自然一（生理学研究所），LIU Chang（生理学研究所）【概要】
細胞はシグナル分子，張力，浸透圧，酸化ストレス，上記目標を達成するために，幅広い研究対象，研究手

熱などの様々な形態の情報を外部から受け取り，細胞内法で細胞シグナル応答の研究を行っている研究者を募での情報伝達・処理を介した応答を通して，細胞機能そって，個々の研究領域での研究成果を持ち寄り，異なっ

してさらなる細胞間での情報伝播を介した生体機能のた視点で互いの研究を掘り下げる議論を行った。当初は制御を実現している。ライブイメージングを中心とした生理研での開催を目指したが，新型コロナウイルスの影計測技術や in silico での細胞シミュレータを用いた解析

響に伴い，Zoom によるオンラインでの開催となった。

などの研究手法の進歩に伴い，制御機構解明の基礎とな

シグナル動態可視化法，その他の分子動態解析法，シグる個々の刺激とその応答に関する知見は深まっている。

ナル動態操作法，新規光学技術，個体レベルの機能解析

細胞システム解明のさらなる進展のためには，これらのなどに携わる多様な分野に渡る 11 名の講演者を全国か

シグナル応答機構の類似性や違いを考察してその総体ら迎え，総勢 44 名の参加者により活発な討議を行なっを理解する必要がある。本研究会では，シグナル応答解

た。そのうちの 3 件は大学院生によるもので，発表者の明を目指して研究を最前線で進めている研究者が，個々年齢層も幅広いものであった。異なる階層・分野の研究の研究対象の垣根を超えて討論をすることにより，技術者が一堂に会して視点で互いの研究を見つめ直すこと的な障壁を乗り越える方法を考案し，測定結果に関するで，直面している問題を解決する糸口やこれまでに無い

新たな解釈を産み出して当該研究分野のさらなる発展

発想が産み出され，シグナル応答原理解明のさらなる発の方向性を見出すことを目指している。

展がもたらされることが期待される研究会となった。

249

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（１）二光子励起顕微鏡の機能向上による多次元生細胞イメージング○大友康平 1,2，根本知己 1,2（1 自然科学研究機構 生命創成探究センター 創成研究領域,
2 自然科学研究機構

生理学研究所 基礎神経科学領域）

試料を蛍光標識し，顕微可視化する蛍光顕微鏡法は生局所性，深部可視化能，低侵襲性を特徴とする。我々は物学研究における重要なツールである。近年の技術発展本法に着目し，機能向上・強化研究に取り組んできた。

は目覚ましく，2008，2014 年のノーベル賞受賞対象とな

その結果，新規半導体レーザー光源，補償光学技術の適ったことは記憶に新しい。本法には，空間・時間分解能，

用による深部可視化能の更なる向上，超解像顕微鏡法の深部可視化能，視野の広さ，多色性，侵襲性の低さ，長一つである誘導放出制御（STED）法の応用による空間期観察適合性等の様々な性能指標が存在する。これらの分解能の向上，多点走査方式の導入による高速化をそれ

指標の優劣は顕微光学原理に大きく依存するが，多くはぞれ達成した。これらの顕微鏡システムは既に細胞生物

互いにトレードオフの関係にある。蛍光顕微鏡法のうち，学や神経科学研究の現場にて活用されつつあり，更なる

近赤外光パルスを用いた二光子励起顕微鏡法は励起の技術展開と生物学応用が期待される。

（２）トランススケールスコープが見出す生命のシンギュラリティ
市村垂生 1,2，垣塚太志 1，堀川一樹 3，勢力

薫 4，笠井淳司 4，

均 1,4，藤田克昌 1,5，渡邉朋信 6，○永井健治 1,7

橋本（1 大阪大学 先導的学際研究機構，2JST さきがけ，3 徳島大学 先端研究推進センター，
4 大阪大学大学院
6 理化学研究所

薬学研究科，5 大阪大学大学院 工学研究科，

生命機能科学研究センター，7 大阪大学 産業科学研究所）

ビッグバンのように無から有が創出される位相特異点

れらが生起される機序はほとんど明らかにされていない。

や，人工知能がヒトの知能を凌駕する技術特異点はシンギ

本演題では，生命現象におけるシンギュラリティにアプロュラリティと呼ばれる。極めて稀にしか起こらない少数要ーチするため，シンギュラリティ細胞を見逃さない，超広素のイベントが核となり，多要素システム全体に劇的で不視野と高解像度を両立したトランススケールスコープ

可逆な変化をもたらすことが大きな特徴である。生命現象

AMATERAS (A Multi-scale/modal Analytical Tool for Everyにおいても，比較的少数しか存在しない細胞（シンギュラ

Rare Activity in Singularity) の開発，ならびに AMATERAS

リティ細胞）が核となり，多細胞システム全体の構造・機で捉えたカルシウムシグナルの多様性やシンギュラリテ

能に劇的な変化をもたらす現象が知られているものの，そィが絡む生命現象などについての紹介がなされた。

250

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（３）刺胞動物ヒドラにおける進化的に保存された睡眠メカニズム○金谷啓之 1，Sungeon Park2，Ji-hyung Kim2，楠見淳子 3，Sofian Krenenou4，猿渡悦子 5，佐藤

文 5，Jongbin Lee2，Hyunwoo Bang2，小早川義尚 5，Chunghun Lim2，伊藤太一 5（1 東京大学大学院 医学系研究科，2School of Life Sciences, Ulsan National Institute of Science and Technology，
3 九州大学大学院

比較社会文化研究院，4AgroParisTech，5 九州大学 基幹教育院）

睡眠は哺乳類に限らず，ショウジョウバエや線虫でもの睡眠を促進することが明らかになった。断眠させたヒ観察される進化的に保存された現象である。しかしながドラの遺伝子発現変化を網羅的に解析したところ，ら，睡眠制御機構が進化の過程でどのように形成された

cGMP-dependent protein kinase 1 (PRKG1) や ornithineのかは定かでない。我々は，散在神経系(原始的で中枢をaminotransferase (OAT) を含む 212 個の遺伝子の発現変動

欠いた神経系)を有する刺胞動物ヒドラの睡眠を解析し，が検出された。PRKG1 はヒドラにおいて，他の生物と同その分子メカニズムの保存性を検証した。行動学的な解様に睡眠促進作用を持つ一方，オルニチン代謝の睡眠に対析から，ヒドラには反応性の低下・恒常性を伴う睡眠様する影響は，ヒドラとショウジョウバエで対照的であった。

状態が存在することが分かった。メラトニンや GABA の睡眠制御機構は散在神経系を有する動物でも既に分子レ

睡眠促進作用はヒドラにおいても保存されていた一方，ベルで獲得されており，また一部の制御機構は進化の過程

一般に覚醒作用をもたらすドーパミンの投与は，ヒドラで再プログラムされたと推測される。

（４）多機能イメージング計測から迫る概日リズム中枢神経回路の作動原理○榎木亮介 1,2，廣蒼太 1,2，根本知己 1,2（1 生命創成探究センターバイオフォトニクス研究グループ，
2 生理学研究所バイオフォトニクス研究部門）

哺乳類の約 24 時間の概日リズムの中枢は，脳深部の測する為の蛍光イメージング計測法を確立し，視交叉上視床下部領域にある視交叉上核に局在し，脳の他の領域

核の多振動体構造や，概日カルシウムリズムと時計遺伝や全身の末梢臓器へリズム情報を伝えることで，睡眠覚子発現との機能連関，神経回路で同期する概日膜電位リ醒サイクルやホルモン分泌などの約 24 時間の生理機能ズムの存在や，視交叉上核の主な投射先である室傍核/を調節する。視交叉上核は約２万個の神経細胞とそれを傍室傍核領域におけるウルトラディアンカルシウムリ

取り巻くグリア細胞から構成され，ネットワーク全体とズムなどを報告してきた。また最近では，マイクロパタ

しては 24 時間に正確でロバストなリズムを示す。一方ーン基盤上に単一神経細胞を培養する手法を確立し，大で分散培養した個々の神経細胞はリズムの周期が不安

多数の視交叉上核の神経細胞は単一でも安定した概日

定でばらつくとされ，視交叉上核の組織としての安定性

リズムを刻むこと，また神経細胞のリズムはグリア細胞や頑強性は多数の神経細胞の相互作用により生み出さにより撹乱されることを見出した。これらの概日リズム

れると考えられている。

のイメージング解析の試みの他，進行中である細胞内局
所カルシウムリズム計測について紹介した。

講演者はこれまでに，日から週単位で概日リズムを計251

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（５）睡眠・覚醒リズムのリン酸化仮説○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教室，
2 理化学研究所生命機能科学研究センター合成生物学研究チーム）

講演者らは，分子活性の変動そのものが睡眠覚醒リズ

CaMKII α/β が睡眠を誘導するリン酸化酵素であること

ムの時間情報，特に睡眠時間長を支配する可能性を考え，を発見した。この発見を元に，神経細胞の興奮持続やエ

哺乳類の睡眠（特にノンレム睡眠）で神経細胞の活動パ

ネルギーの枯渇，外的環境変化によるストレスなどの細ターンを直接担うイオンチャネル・ポンプについて，神胞状態・個体状態の履歴をリン酸化を中心とした分子修経活動の数理モデリングと，マウス睡眠表現型のスクリ

飾として統合・記録し，神経細胞の興奮性の低下，代謝ーニングシステム（SSS 法），独自に改良した CRISPR

活動の制御，ストレスによる細胞障害の修復を誘導するを用いたノックアウトマウス作製技術（Triple-CRISPR

睡眠のリン酸化仮説を提唱するに至った。概日時計研究

法）を用いて，細胞内 Ca2+ 動態に直接関与する一連のイからも示されるように，リン酸化制御が数分から数時間

オンチャネル・ポンプが睡眠時間制御に重要であることの広いスケールの時間情報の本体となりうる。総じて，を見出してきた。さらに，細胞内 Ca2+ が制御するリン酸タンパク質のリン酸化修飾が睡眠時間制御に中心的な化酵素に着目し，Camk2a/b ノックアウトマウスが著明な役割を果たす全体像を明らかにするべき時がまさに訪睡眠時間の短縮を示すことを明らかにした。そして，れている。

（６）生体内の薬物動態とその作用をリアルタイム計測する局所薬物センサシステム○緒方元気 1，澤村晴志朗 1，浅井開 2，楠原洋之 3，栄長泰明 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 慶應義塾大学 理工学部化学科，
3 東京大学大学院

薬学系研究科 分子薬物動態学教室）

生体に投与した薬物が，各々の臓器の“局所”へ如何

チャネルやトランスポータの働きに立脚する生体電位に分布しどのような濃度変化を示すか，そしてどのようのモニターを指向した微小ガラス電極を搭載する。本シな作用を及ぼすかをリアルタイム観測することは，薬効ステムの二つの電極をモルモットの内耳へ挿入し，聴覚や毒性の仕組みを理解する上で重要である。現在，薬物に必須な内耳の特殊電位環境を破綻させ，難聴を誘引す

濃度動態の把握には，体液や臓器を採取し，それらの標るブメタニドを静注した。その結果，迅速な濃度上昇と，本を体外の分析器にかける方法が主流である。しかし，それに少し遅延した内耳体液電位の降下が観察された。

この従来法では，「生体内」の“局所”における薬物動

また，ラット脳に二つの電極を刺入し，抗てんかん薬ラ

態を，リアルタイムで追尾することは困難である。また，

モトリギンを静注すると，脳内では，ゆっくりとしたラ

種々の生体信号の計測系との組み合わせも難しい。以上

モトリギンの濃度上昇が観察された。神経活動を示す電を踏まえ，講演者らは，最近，先端素材の「導電性ダイ

場電位は，薬物濃度の上昇開始とともに強く抑制された。

ヤモンド」を用いた計測システムを創出した。このシス本システムは多様な薬物や臓器に適用可能であり，次世

テムは，薬物濃度を測定する針状ダイヤモンド電極と，代の創薬や治療法の展開に大きく貢献する。

252

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（７）動的膜張力測定法と KcsA チャネルの張力応答
岩本真幸，○老木成稔（福井大学 高エネルギー医学研究センター）
チャネル－膜相互作用の分子メカニズムは広く研究できなかった。そこで Contact Bubble Bilayer (CBB) 法にされてきた。特に膜の力学特性（変形・弾性・張力）における他の脂質 2 重膜法にはないメリットを利用した膜対する応答について機械受容性チャネルがその先鞭を張力測定法を確立した。CBB 法ではバブル圧を操作でき告げたが，他の多くのチャネルも膜張力依存性を示すこるので，Young-Laplace 則によって膜張力も自由にコンとが明らかになってきた。これらの研究には patch-clamp

トロールできる。今回，新しい方法を確立することによ法が適用されてきたが，パッチ膜の物理的・化学的特性って膜張力の変化を時系列で捉えることに成功した。そは単純ではなく，膜張力の定量的評価にも問題がある。

して特徴的な張力依存性をもつ KcsA カリウムチャネル

一方，脂質 2 重膜法でも膜張力の定量的測定が可能になの膜張力に対する動的応答を捉えることができた。

ってきたが，従来の方法では準定常的な膜張力しか評価（８）大脳皮質における細胞外 ATP 動態の in vivo 蛍光イメージング○北島奈美 1，瀧川健司 1，関谷敬 1，佐藤要 1，浅沼大祐 1，

坂本寛和 1，並木繁行 1，飯野正光 2，廣瀬謙造 1（1 東京大学大学院 医学系研究科 細胞分子薬理，2 日本大学 医学部 細胞分子薬理）
生体内における ATP は，細胞内でのエネルギー通貨とローブが必要とされてきた。本研究では，より感度の高してだけでなく，細胞外にてシグナル分子として作用すい ATP プローブを開発するため，ATP 結合蛋白である

る。脳では，アストロサイトや神経細胞から放出され，FO/F1 ATPase の ε サブユニットと低分子蛍光色素 Cy3 を神経活動の制御などのシグナル伝達を担う。偏頭痛や脳組み合わせたプローブを設計した。そして，蛍光色素と梗塞などの病態では，一過性の神経活動が大脳皮質を伝ATP 結合蛋白との結合部位を網羅的に探索し，高感度播する際に，細胞外 ATP 濃度が上昇する。これらの細胞（Kd ≈ 100 nM）かつ高変化率（100 %）の ATP プローブ

外 ATP シグナルの機能解明には，ATP の時空間動態に

ATP Optical Sensor (ATPOS) を作製した。この ATPOS を関する知見が有用である。これまでに多くの蛍光 ATP

マウス大脳皮質へ導入し，生体内における細胞外 ATP

プローブが開発され，細胞内動態の可視化に応用されての可視化法を確立した。さらに，この可視化法を，神経きた。しかし，細胞外 ATP シグナルは，細胞内より低い活動が伝播する偏頭痛や脳梗塞などの病態モデルへ応

濃度域で作用するため，可視化のためのより高感度のプ

用し，ウェーブ状に広がる ATP 濃度上昇を捉えた。

（９）Ca2+ とレドックスシグナルによる小脳シナプス可塑性の極性決定○柿澤昌 1，遠藤昌吾 2（1 京都大学大学院 薬学研究科 生体分子認識学分野，
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）

環境条件の変化に応じて記憶・学習を書き換えたり消去

同様にシナプス可塑性が細胞レベルの基盤となり，記銘とすることは，新しい環境に適応し，合理的な行動を行うたは反対方向の変化が対応すると考えられている。シナプス

めに必要不可欠である。記憶・学習の消去には記銘過程と可塑性は長期増強（LTP）と長期抑圧（LTD）に大別され253

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

るが，この LTP/LTD の極性決定には細胞内 Ca2+ 濃度変化

これまで一酸化窒素（NO）と活性酸素（ROS）から産生が影響する。小脳では，より大きな Ca2+ 上昇が LTD を，される 8-ニトロ-cGMP シグナル系の LTD への関与を示し

より小さな Ca2+ 上昇が LTP を誘導する。
したがって，
LTDてきたが，今回，同シグナル系が LTP の阻害を介して，誘導時には LTP を誘導するシグナル系も活性化される可小脳シナプス可塑性の極性を決定づける可能性が示され能性があるものの，LTP の変化が 100 % 以上であるのにた。mGluR1-Gqα-PLCβ シグナル系は，LTD への関与は示

対し，
LTD の変化が 20～30 % 程度であることを考慮するされている一方で NO や ROS 産生への関与は示されていと，単に LTP に上書きする形で LTD が誘導されるとは考ないが，これらのノックアウトマウスでは LTD 刺激によ

え難く，LTD シグナルによる LTP の阻害が推測される。

り LTD も LTP も誘導されないことは，本仮説を支持する。

（10）A red-shifted version of genetically encoded ratiometric fluorescent temperature indicator for live-cell
imaging with low phototoxicity and high time resolution○Cong Quang Vu1,2，Tetsuichi Wazawa2，Kai Lu2，Masahiro Nakano2，Takeharu Nagai1,2（1 大阪大学大学院 生命機能研究科，2 大阪大学 産業科学研究所）
Developments of fluorescent thermometers include fluorescent

only the GFP. By taking the fluorescence ratio of RFP to GFP,dyes, nanoparticles, nanodiamonds, polymers, single-stranded

ratiometric temperature imaging was performed at a high time

DNA, and genetically encoded temperature indicators (GETIs).

resolution of 10 ms. In addition, visible light excitation of the

For cell imaging, GETIs are very useful for localization to a

GFP (~480 nm) can reduce phototoxicity in comparison to thespecific organelle by fusing with a signaling peptide or a

UV excitation (~370 nm) of gTEMP. R-gTEMP was able toprotein. Previously, they developed a ratiometric GETI,

measure temperature in a wide range from 15 to 50 °C with agTEMP, by using two fluorescent proteins with different

temperature sensitivity comparable to that of gTEMP. We

temperature sensitivity. They reported development of a

successfully observed a temperature gradient in single cells

red-shifted version of gTEMP, R-gTEMP, composed of a green

expressing R-gTEMP with an artificially-generated heat spot

fluorescent protein (GFP) with low temperature-sensitivity andand chemically-induced heat production in mitochondria. Thus,a

R-gTEMPred

fluorescentprotein

(RFP)

with

high

would

be

a

usefulindicator

to

study

temperature-sensitivity. In R-gTEMP, fluorescence of bothtemperature-related biological processes in live cells and

GFP and RFP is simultaneously observed with excitation of

expand the toolbox of GETIs.

（11）熱が細胞内でシグナルになる可能性○鈴木団（大阪大学 蛋白質研究所）

体温が 1 °C でも高いと不快なように，温度は我々にとり得られるタンパク質分子の熱伝導率や，実験的に報告って身近である。しかし細胞のスケールでは，熱物性にされる脂質二重膜の熱伝導率が水の 1/3～1/6 程度である

関わるパラメータについて，例えば熱伝導率（熱源周囲ことを考えると，上記の仮定は大雑把にも思われる。その温度勾配を決めるパラメータ）のような基本的な値でこで我々は，熱源かつ温度計として二つの機能を併せ持あっても，我々の知識は極めて限られている。そこで，

つ蛍光ナノ粒子と，これを利用してナノ粒子近傍の熱伝

体温恒常性を維持するための細胞による熱産生が，細胞導率を計測する手法を開発した。そして，生きた細胞のの温度をどう変化させるかについて検討するとき，細胞中で，局所的な熱伝導率を計測することに初めて成功し内の熱伝導率は水として議論されることが多い。計算よた。ちょっとした計算から，細胞のエネルギーのごく一254

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

部を放出するだけで，熱源周囲の温度が上昇することが傍の細胞内過程に影響している可能性，すなわち熱が近導かれる。微小な領域の温度上昇は速やかに緩和するが，距離のシグナル（「熱シグナル」）として働いている可

いくつかの生物学的過程にとっては十分に影響すると能性を示唆しているのかもしれない。

考えられた。細胞内で局所的に放出された熱が，熱源近255

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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
2020 年 10 月 6 日
代表・世話人：岡村康司（大阪大学大学院 医学系研究科）
所内対応者：久保義弘（生理学研究所）（１）精子に存在する特殊な膜電位感知機構
河合喬文 1，Sharmin Akter1，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）メカノセンサーチャネル Piezo の感覚神経とリンパ管における寄与
野々村恵子 1,2，Ardem Patapoutian3，藤森俊彦 1,2（1 自然科学研究機構 基礎生物学研究所 初期発生研究部門，2 総合研究大学院大学
3Howard Hughes Medical Institute, The Scripps Research Institute）（３）脂質膜ドメイン間の分配に基づく膜受容体のシグナル伝達制御
柳川正隆 1，桑島佑太朗 1,2，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）（４）イオンチャネル構造遷移過程のＸ線 1 分子動画計測
清水啓史（福井大学 学術研究院 医学系研究科 統合生理学）（５）チャネルシナプスの構造と生理
樽野陽幸 1,2（1 京都府立医科大学大学院 医学研究科 細胞生理学，2JST さきがけ）（６）細胞質 cAMP 緩衝タンパク質による生体膜 cAMP 感受性チャネル活動の時間制御
中島則行 1，中島明子 1，鷹野誠 1（1 久留米大学 医学部 生理学講座）（７）消化管神経叢で逆蠕動を制御する HCN チャンネル
小野富三人（大阪医科大学 医学部 生理学教室）（８）マイクロチップを利用した生体膜機能の再構築と膜タンパク質の高感度解析
渡邉力也（理化学研究所 開拓研究本部）（９）膜をはり，分子をはかる
竹内昌治 1,2,3（1 東京大学 情報理工学系研究科 知能機械情報学専攻
2

神奈川県立産業技術総合研究所（KISTEC），3 東京大学 生産技術研究所）

ポスター発表（１）カリウムチャネル選択性フィルタ内のイオン選択的ダイナミクス
三田建一郎 1，炭竈享司 1,2，岩本真幸 1,3，老木成稔 1,4（1 福井大学 医学部 分子生理，2 金沢大学 ナノ生命科学研究所
3

福井大学 医学部 分子神経，4 福井大学 医学部 高エネルギー医学研究センター）（２）嗅シリアサブミクロン区画における[Ca]i と膜電流の同時計測
竹内裕子 1，倉橋隆 1（1 大阪大学大学院生命機能研究科生理学研究室）（３）Hypokalemic periodic paralysis with a charge-retaining substitution in the voltage sensor
久保田智哉 1，Fenfen Wu2，Savine Vicart，仲座真希 1，Damien Sternberg3，渡邉大祐 4,
阿部達哉 4，國分則人 5，Bertrand Fontaine3，Stephen C. Cannon2，髙橋正紀 1（1 大阪大学大学院 医学系研究科 保健学専攻，2Dept of Physiology, UCLA
3University Hospital Pitié-Salpêtrière，4NHO 箱根病院

256

神経内科，5 獨協医科大学 神経内科）

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（４）電位依存性酵素 VSP の電位センサー・酵素間共役における S4 最下部の役割の解明
水谷夏希 1，川鍋陽 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 香川大学 医学部 分子生理学）（５）神経チャネル病の患者遺伝子解析の現状と問題点
佐藤瑠香 1，久保田智哉 1，髙橋正紀 1（1 大阪大学大学院 医学系研究科 保健学専攻 臨床神経生理学）（６）電位依存性プロトンチャネル活性に影響する細胞内分子
川鍋

陽 1，藤原祐一郎 1（1 香川大学 医学部 分子生理学講座）（７）動的膜張力操作による KcsA チャネルゲート開閉特性の研究
岩本真幸 1，老木成稔 2（1 福井大学 学術研究院医学系部門 分子神経科学分野
2 福井大学高エネルギー医学研究センター）（８）ホスホイノシチドによる KcsA の機能制御
紀谷拓音 1，川鍋

陽 1，藤原祐一郎 1（1 香川大学 医学部 分子生理学講座）（９）速度論的解析をベースにした TRP チャネル PI(4,5)P2 結合構造領域に対する分子ドッキング
シュミレーションを用いたホスホイノシチド選択性の解析
森誠之 1，岡田亮 1，長谷英治 2（1 産業医科大学 医学部 生体物質化学，2 京都大学 工学研究科 合成･生物化学専攻）（10）ゼブラフィッシュが持つ二つの HCN4 チャネルの機能解析
劉嘉瑩 1，糟谷

豪 1，中條浩一 1（1 自治医科大学医学部統合生理学）（11）生体膜環境の変化に伴う膜タンパク質の機能・動態制御機構の解析
桑島佑太朗 1,2，柳川正隆 2，阿部充宏 2，青柳良平 1，有田誠 1，佐甲靖志 2（1 慶應義塾大学大学院薬学研究科代謝生理化学講座，2 理化学研究所佐甲細胞情報研究室）（12）機械受容イオンチャネル PIEZO1 におけるリン脂質動態の感知機構
原雄二 1，丹羽洸介 1，佐々木映美 1，小畑裕次郎 1，平野航太郎 1，土谷正樹 1，梅田眞郷 1（1 京都大学大学院 工学研究科 合成･生物化学専攻）（13）ツメガエル卵母細胞系におけるイオンチャネルへの光応答性非天然アミノ酸導入法の検討
下村拓史 1，久保義弘 1（1 生理学研究所 神経機能素子研究部門）【参加者名】
老木成稔（福井大学），中川敦史（大阪大学），小野（名古屋大学），中島則行（久留米大学），稲田壮峰（香富三人（大阪医科大学），佐甲靖志（理化学研究所），

川大学），河合喬文（大阪大学大学院），佐藤瑠香（大二階堂悠平（大阪大学），糟谷

豪（自治医科大学），阪大学），黒川竜紀（大分大学），柳（石原）圭子（久西谷友重（和歌山県立医科大学），三好智満（大阪大学），

留米大学），野々村恵子（基礎生物学研究所），倉智嘉

竹内裕子（大阪大学），塚本寿夫（神戸大学），久保田久（大阪大学），神鳥和代（香川大学），樽野陽幸（京智哉（大阪大学），入江克雅（名古屋大学），杉本俊一

都府立医科大学），竹内昌治（東京大学），川鍋（大阪大学），シユウシュンセン（大阪大学），倉橋隆

川大学），清水啓史（福井大学），大岸憲人（東京大学），（大阪大学），水谷夏希（大阪大学大学院），好岡大輔

阿部一啓（名古屋大学），岩本真幸（福井大学），Sharmin（大阪大学大学院），岡村康司（大阪大学大学院），中Akter（大阪大学大学院），柳川正隆（理化学研究所），

條浩一（自治医科大学），山田憲明（大阪大学），大河大嶋篤典（名古屋大学），紀谷拓音（香川大学），森

内善史（大阪大学），藤原祐一郎（香川大学），善方文之（産業医科大学），劉太郎（自治医科大学），森亮（産業医科大学），桑島佑太朗（理化学研究所），松泰生（京都大学），高橋正田紀（大阪大学），渡邉力也（理化学研究所），久場博司

257

陽（香

誠

嘉瑩（自治医科大学），岡田真（大阪大学），大崎寿久（神奈川県立産業技術総生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

合研究所），坂田宗平（大阪医科大学），平野航太郎（京河野佳汰（大阪大学），久保義弘（生理学研究所），立都大学大学院），Paixao Ian（大阪大学），佐々木映美（京山充博（生理学研究所），下村拓史（生理学研究所），

都大学大学院），小畑裕次郎（京都大学），原陳

都大学），勝田雄治（㈱資生堂），森雄二（京以珊（生理学研究所），Andriani Riski Tsari（生理学研究所），平澤輝一（生理学研究所），Liu Chang（生理梨沙（大阪大学），

村田和義（生理学研究所），佐々木真理（大阪医科大学），

学研究所）

【概要】
本研究会は「イオンチャネルと生体膜のダイナミズな研究プログラムとした。午前，午後の講演セッション

ム：構造生物学の先にあるもの」と題して，昨年の大阪の合間に，昼食休憩をはさみ，ポスターセッションを設

大学での所外開催に引き続いての開催となった。３月頃

けた。ポスターセッションでは，各発表者毎のブレークから COVID-19 が国内でも猛威をふるいだし，担当教室

アウトルームを設定することで，参加者が自由にブレーの久保教授と打ち合わせを何度か行った結果，オンライ

クアウトルームに往き来できる状況を設けた。ポスター

ンでのバーチャル開催とすることに決定した。複数の若発表は説明者が不在のときの待ち受け画面に加えてコ

手研究者からの意見を取り入れつつ，できるだけオンラ

アタイムでのパワーポイント数枚による説明とした。プインでのメリットを生かせるような開催を目指した。オ

ログラムの進行は全体としてチャット機能を用いた質ンラインでの特殊性を考え，これまでの研究会の通例で問者の順序の明確化や生理研側からのタイマー表示なある開催期間の二日間を一日間に設定した。オンライン

どの工夫も功を奏し，大きな時間の遅れや接続の遮断なシステムとしては，広く使われており利便性も優れていども生じず，予定通り円滑に研究会は進行した。その結る zoom を使用することとした。

果，例年での会場開催に引けをとらない熱い議論が交わ講演者には，多方面から奥深いアプローチがなされるされた。参加者数も昨年を上回る約 70 名に登り，今後ようになっている昨今の状況を背景に，若手研究者の研の研究会の発展を後押しする上でも有用な機会となっ究者の意見を反映させながら，1 分子計測，電気生理学，

た。

遺伝学の研究から工学的応用の研究までを含む，学際的（１）精子に存在する特殊な膜電位感知機構
河合喬文 1，Sharmin Akter1，岡村康司 1（1 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）は電位センサード

し，精子の運動性に寄与していることなどを明らかにしメインとホスファターゼドメインより構成され，膜電位た。その一方で，VSP がどのようなメカニズムで精子の依存的にイノシトールリン脂質への脱リン酸化活性を

膜電位信号を感知しているのかについて，その時空間的示す。これまで VSP は精巣で発現することは分かっていな詳細を含めて不明な点は多く存在する。我々は，このたが，長い間その生物学的機能は分かっていなかった。

ような VSP の電位感知メカニズムに迫るべくアプロー

近年我々は，VSP がマウスの精子に発現し実際に酵素活チを行っている。本発表では現在有している予備的なデ性を示していること，VSP がカルシウムシグナルに寄与ータを中心に発表した。

258

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（２）メカノセンサーチャネル Piezo の感覚神経とリンパ管における寄与
野々村恵子 1,2，Ardem Patapoutian3，藤森俊彦 1,2（1 自然科学研究機構 基礎生物学研究所 初期発生研究部門，2 総合研究大学院大学
3Howard Hughes Medical Institute, The Scripps Research Institute）

機械受容チャネル Piezo1/2 は細胞膜に埋まる巨大な構行った。その結果，感覚神経に発現する Piezo2 が呼吸パ造を持ち，細胞膜の張力が増加すると開口し，非選択的

ターンを調節することを明らかにした（Nonomura et al.,にカチオンを透過させる。Piezo2 は感覚神経の一部に高2017, Nature）。また，リンパ管や静脈にて逆流を防ぐ構く発現しており，皮膚触覚の主要な機械受容分子である造である弁の形成には Piezo1 が必要であることを見出ことが示された。私は，Piezo 依存的な機械受容が生体した（Nonomura et al., 2018, PNAS）。本発表ではこれらの組織において果たす役割を調べるために，Piezo1 あるの詳細について報告した。

いは Piezo2 を細胞種特異的に欠損したマウスの解析を（３）脂質膜ドメイン間の分配に基づく膜受容体のシグナル伝達制御
柳川正隆 1，桑島佑太朗 1,2，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

膜受容体は主要な創薬の標的分子である。GPCR は G

薬学研究科）とで，シグナルバイアスを制御していることが明らかになった。

タンパク質とアレスチンを介して様々なシグナル伝達
経路を活性化する。主作用に係る経路を選択的に制御す上記の例にも見られるように，脂質膜と膜受容体の相るバイアスリガンドは，より副作用の少ない薬の候補と互作用は，細胞内シグナル伝達の空間的制御に重要な役して注目されている。しかしながら，GPCR が細胞内で割を担うと考えられる。生体において細胞膜の脂質組成

いかにして経路選択(シグナルバイアス)を実現しているは食生活等により変化するが，その細胞内シグナル伝達

かは明らかでない。本研究では，アンジオテンシン受容への影響は未解明な部分が多い。本発表の後半では，

体 AT1R をモデルとした 1 分子イメージング・BRET イ

TRPV4 チャネルをモデルとして，培養細胞の脂質組成をメージングを行った。その結果，AT1R が Gq・GRK と変えた際に生じる膜受容体の機能・拡散動態の変化を定

細胞膜ドメイン内でシグナロソームを形成し，リガンド

量した最近の試みに関しても紹介した。

の種類に応じて 3 者の膜ドメインへの分配が変化するこ（４）イオンチャネル構造遷移過程のＸ線 1 分子動画計測
清水啓史（福井大学 学術研究院 医学系研究科 統合生理学）
電子線単粒子構造解析により，イオンチャネルの立体

現・精製した分子を基板に固定し，基板側と逆側に自作

構造情報の蓄積が進んでおり，「機能する際にどのようした金ナノ結晶を観測プローブとして取り付ける。放射に動くか」が大きな課題となっている。この課題に取り

光白色 X 線を照射して，分子の構造変化を金ナノ結晶か組むため，私達は X 線 1 分子動態計測法を用いてイオン

らの回折点の動きとして動画計測する。分子がねじれる

チャネル分子の構造変化の動画計測を行ってきた。発構造変化は回折点の回転運動として，屈曲する構造変化259

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

は回折点の半径方向の運動として計測できる。2008 年にきることである。これにより，分子揺らぎの変化と大き＋K チャネル(KcsA)開閉の際のねじれ構造変化をビデオ

な構造変化の関係を調べる方法として，動的な構造変化

レートで計測することに成功して以降，観測手法を改良の過程に立体構造情報を位置づける方法として有用とし，現在はサブミリ秒の時間分解能で連続的に構造変化考えている。発表では手法の詳細，KcsA チャネルのデを追跡できる。この手法の利点は空間分解能が高い（～ータに加えて，近年取り組んでいる TRPV1 チャネルの0.1° 程度）こと，構造変化の遷移過程を連続的に記録で動態計測データを紹介した。

（５）チャネルシナプスの構造と生理
樽野陽幸 1,2（1 京都府立医科大学大学院 医学研究科 細胞生理学，2JST さきがけ）
神経機能を司る重要な生命機能である神経細胞間のとが明らかとなった。私はこれを従来の小胞性シナプス情報連絡のしくみは現在，シナプス小胞の開口分泌によに対して「チャネルシナプス」と命名し，第２の化学シ

る「化学シナプス」とギャップ結合による「電気シナプ

ナプス様式として提唱している。最近になり，チャネル

ス」の２つが広く知られている。一方，味覚を担う味蕾

シナプスにおける CALHM1/3，ミトコンドリア，神経の感覚細胞は古典的小胞性化学シナプスを持たずに ATP

厳密な空間的配置による神経伝達の局所性と安定性をを伝達物質とする化学神経伝達を行うが，そのシナプス支えるであろう固有のシナプス構造が明らかとなった。

機構は長い間謎だった。近年，CALHM1 と CALHM3 かまた，CALHM チャネルの３次元構造が決定されて ATP

らなる電位依存性イオンチャネル CALHM1/3 が発見さ

透過機構の構造基盤が解明された。本講演では，CALHM

れ，味蕾細胞で活動電位によって開く CALHM1/3 のイオ

チャネルシナプスの構造と生理機能についての最新のン透過ポアを通して ATP が神経へ向けて放出されるこ知見をまとめて紹介した。

（６）細胞質 cAMP 緩衝タンパク質による生体膜 cAMP 感受性チャネル活動の時間制御
中島則行 1，中島明子 1，鷹野誠 1（1 久留米大学 医学部 生理学講座）

嗅細胞には，細胞内 cAMP により活性化される 2 つの物物理学的な機能は不明であった。我々はシミュレーシ

カチオンチャネル（CNG および HCN）が存在する。CNGョンにより OMP に cAMP 結合構造があることを発見しチャネルが匂い受容体を介した cAMP 増加を感知する一た。OMP はリガンド刺激により急増した cAMP をスポ方で，HCN チャネルは定常 cAMP 濃度を感知して自発ンジのように速やかに吸着することで，CNG チャネルが活動レベルを調節し，活動依存的な神経ネットワーク構

持続的に開き続けることを抑制する。加えて，匂い受容築を制御する。しかし数ミクロン径の嗅細胞内部での汎体の自発活性化は cAMP と OMP の結合・解離平衡を保用分子 cAMP の時空間的な情報処理メカニズムの多くがつことで，cAMP のリザーブプールを形成する。この不明であった。そこで我々は，すべての嗅細胞に発現す

cAMP 緩衝メカニズムにより，匂い受容および神経ネッ

る Olfactory marker protein（OMP）に着目した。OMP はトワーク構築という異なる時間軸の cAMP 依存現象を実

これまで組織マーカーとして主に利用されていたが，生現していると考えられる。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（７）消化管神経叢で逆蠕動を制御する HCN チャンネル
小野富三人（大阪医科大学医学部生理学教室）
HCN チャネルは，心臓以外に腸管神経系においても発HCN4 チャンネルのアンタゴニストとモルフォリノノッ

現が報告されている。ゼブラフィッシュを用いて消化管にクダウンを用いたチャネル機能の抑制実験並びにチャネ

おける HCN4 の発現と生理学的機能を検討した。
まず hcn4

ルロドプシンを発現させた神経活動の活性化実験を行っ

遺伝子中に Gal4 遺伝子が挿入されたラインを用いて，生た。その結果，HCN4 発現神経の活動を抑制または活性化

体内で HCN4 発現細胞を視覚化し，さらに免疫組織化学

すると，逆蠕動が特異的に影響を受けた。以上より，今ま的にこれらがセロトニン神経であることを同定した。次にで神経系による制御メカニズムが不明であった逆蠕動に

vector-based imaging system を用いて蠕動の定量解析を行関して，HCN4 発現神経がリズムの“発生”“伝播”およい，順蠕動は腸管に対し主に長軸方向，逆蠕動は主に短軸び“輪走筋収縮”を制御するという，新たな 3 つの神経ネ方向への収縮で構成されていることを確認した。さらにットワークの存在が示唆された。

（８）マイクロチップを利用した生体膜機能の再構築と膜タンパク質の高感度解析
渡邉力也（理化学研究所 開拓研究本部）
マイクロチップを利用したバイオ分析は，従来の生化学

子への汎用性の拡張は必要不可欠であると考えられてい計測の感度や効率を大幅に高めるだけでなく，digital PCR，る。この背景をうけ，近年，私たちは，生体膜が高度に集

次世代 DNA シークエンサーに代表される革新的な分析装積化されたマイクロチップを開発し，生体膜機能の再構築

置へと応用発展している。元来，マイクロチップによる生とイオンや脂質などの膜輸送を高感度に検出する技術基

化学分析は，取り扱いのしやすさから，主として水溶性の盤を確立した[1,2]。本演題では，マイクロチップの最新の生体分子を標的としてきたが，生理的および薬理的な重要

開発動向を交えながら，それらが実現する膜タンパク質研性を考えると，膜タンパク質に代表される脂好性の生体分究の近未来像について議論した。

（９）膜をはり，分子をはかる
竹内昌治 1,2,3（1 東京大学情報理工学系研究科知能機械情報学専攻
2 神奈川県立産業技術総合研究所（KISTEC），3 東京大学生産技術研究所）

本講演では，これまでに我々の研究室で考案されたマに電極を挿入することにより，膜タンパク質を通過する

イクロデバイス技術を用いたさまざまな人工脂質 2 重膜

イオン電流計測や膜間に電位差を与えたときのタンパ形成法とその可能性について概説した。たとえば，脂質クの応答の解析などに応用できる。多チャンネル化にもの単分子膜同士を接触させて 2 分子膜を形成する「接触適しており，このような脂質二重膜がデバイスに融合し法」を開発した。この方法は，マイクロ流路中で，水－たシステムは，DNA チップや（可溶性の）タンパク質チ

溶媒界面にできる脂質分子の単分子膜を接触させ二重ップのように，創薬に重要な，膜タンパク質（特にイオ膜を形成させる。圧力や流速等を調節することによって，ンチャネル）の網羅的な解析ツールとしての応用が期待

再現性の良い膜形成が行える。また，これらのデバイス

できる。

261

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

ポスター発表（１）カリウムチャネル選択性フィルタ内のイオン選択的ダイナミクス
三田建一郎 1，炭竈享司 1,2，岩本真幸 1,3，老木成稔 1,4（1 福井大学 医学部 分子生理，2 金沢大学 ナノ生命科学研究所
3 福井大学医学部 分子神経，4 福井大学 医学部 高エネルギー医学研究センター）

カリウムチャネルのイオン選択性は，サイズの小さなイオンは 4 カルボニル酸素配位サイトの中心に分布する+ よりも大きなK+ イオンを透過させるものでありそだけでなく，8 カルボニル酸素配位サイトの中心から外のメカニズムは不明である。KcsA カリウムチャネルをれ，フィルタ内に連続的な経路が形成された。加えて，介した Na+ 透過の特異な性質を検討した。単一チャネル

Na+配位の両親媒性配位によりフィルタ内で曲がりくね

電流で 200 mM の Na+ 濃度では Na+ ブロッキングが見った経路が生成され複数の Na+ の配位自由度が高くな

られ，高い膜電位で緩和され，Na+ がチャンネルを透過った。Na+ の滞留時間は K+ よりも遥かに長く透過速度することを示唆した。2000 mM Na+ 濃度で単一チャネルは遅くなる。フィルタ内の透過速度の差はコンダクタン

コンダクタンスは K+ の 80 分の 1 であることが初めて測ス選択性として表され多数のイオンチャネルの選択性

定され Na+ の透過が直接示された。分子動力学シミュレ

メカニズムを理解する基礎となる。

Naーションではフィルタのカルボニル酸素リング内で Na+（２）嗅シリアサブミクロン区画における[Ca]i と膜電流の同時計測
竹内裕子 1，倉橋隆 1（1 大阪大学大学院 生命機能研究科 生理学研究室）

嗅細胞の応答の諸性質を説明するためには，線毛内のと考えられたが，今回，我々は線毛内に Fluo-4 とケージ

cAMP や Ca が長軸方向に対して拡散抑制を受けている

ド cAMP を導入して LSM のラスタースキャンによると考えざるを得ない事象がある。線毛はチューブ構造でROI 機能を用い，局所 cAMP ジャンプに伴う線毛の局所拡散制限を起こす構造体がみられないが，ケージド

Ca イメージング，線毛膜電流を同時に記録した。その結cAMP の局所ジャンプと電気生理学的記録により，細胞果，匂い順応に関する Ca の動作機序に関する新たな知

内因子の空間分布を推定したところ，Ca や cAMP の生見が得られ，また Ca（と cAMP）の線毛内拡散速度が自理学的な影響が線毛の長軸数ミクロン程度を超えない

由拡散に比べて劇的に制限されていることが分かった。

ことを確認した。しかし，一部の研究者はビジュアル的本実験では，Ca 測光や UV 刺激がラスタースキャンによに関連物質の時空間特性を見なければ，問題は完結しな

る時空間差を含むが，データ処理の計算手順の詳細など

いと指摘する。線毛は，エンベロープウイルスなどと同についても併せて議論した。

等レベルの直径（0.1～0.2 μｍ）しかなく光学測定は困難

262

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（３）Hypokalemic periodic paralysis with a charge-retaining substitution in the voltage sensor
久保田智哉 1，Fenfen Wu2，Savine Vicart3，仲座真希 1，Damien Sternberg3，渡邉大祐 4
阿部達哉 4，國分則人 5，Bertrand Fontaine3，Stephen C. Cannon2，髙橋正紀 1（1 大阪大学大学院 医学系研究科 保健学専攻，2Dept of Physiology, UCLA,
3University

Hospital Pitié-Salpêtrière，4NHO 箱根病院 神経内科，5 獨協医科大学 神経内科）

家族性低カリウム性周期性四肢麻痺（HypoPP）は，

我々は 4 家系 5 名の HypoPP において VSD 内のアルギニ

Nav1.4 又は Cav1.1 の電位感受性ドメイン（VSD）内のンがリジンへ変化する症例を経験した。それらの変異チ

アルギニンが非電荷アミノ酸に変異することで発症すャネルは，疾患発症に十分な Gating pore 電流を生じなかる。その機能異常は，Gating pore 電流と呼ばれる漏洩電った。HypoPP の病態メカニズムが Gating pore 電流だけ流の発生であり，病態の本態と考えられてきた。今回，ではないことを示す貴重な症例である（４）電位依存性酵素 VSP の電位センサー・酵素間共役における S4 最下部の役割の解明
水谷夏希 1，川鍋

陽 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 香川大学 医学部 分子生理学）
電位依存性酵素 VSP は，電位依存性イオンチャネルに水性の強さと酵素活性の強さが相関することが明らか

類似の電位センサーとそれに続く酵素部位で構成され，になった。さらに，両部位の親水性アミノ酸変異体では細胞膜電位の脱分極に伴って主にイノシトールリン脂酵素活性誘導に重要な酵素部位の動きが減弱した。以上

質 PI(4,5)P2 を脱リン酸化するユニークな分子である。

から，S4 最下部およびその疎水性は電位センサー・酵素

我々は電位センサーによる膜電位感知に共役して酵素

間共役に重要であることが示唆された。

活性が誘導されるメカニズムの解明を目指し，電位セン

次にその具体的な役割を明らかにするため，酵素活性サーの 4 番目の膜貫通ヘリックス S4 に着目してこれま

誘導時に S4 最下部の構造がどのように変化するか，非で解析を行ってきた。S4 への網羅的なアミノ酸変異導入

天然蛍光アミノ酸 Anap を導入して膜電位変化に伴う蛍の結果，カタユウレイボヤ由来 VSP (Ci-VSP)の S4 最下

光強度変化を解析した。研究会では，得られた結果から部に当たる I233 および F234 では導入アミノ酸側鎖の疎想定される構造変化についても考察し発表した。

（５）神経チャネル病の患者遺伝子解析の現状と問題点
佐藤瑠香 1，久保田智哉 1，髙橋正紀 1（1 大阪大学大学院 医学系研究科 保健学専攻 臨床神経生理学）
神経細胞に発現するイオンチャネル遺伝子の異常で常染色体優性遺伝の疾患であり EA2 は CACNA1A 遺伝

発症する神経チャネル病は，てんかん，小脳失調，頭痛子，EA1 は KCNA1 遺伝子に変異を持つ。一方 FHM はなど多岐にわたる。その中で反復発作性運動失調症（EA）

麻痺症状を前兆とする片頭痛であり，1～3 型がある。

と家族性片麻痺性片頭痛（FHM）について，日本の各医FHM1 は CACNA1A 遺伝子，FHM2 は ATP1A2 遺伝子，療施設より依頼をうけ，遺伝子解析に取り組んでいる。

FHM3 は SCN1A 遺伝子の異常で発症する常染色体優性

EA は間欠的な運動失調を呈する希少難病であり EA2 型

遺伝性疾患である。本邦では EA も FHM も遺伝子診断（EA2）が最多 EA1 型が次に多いとされている。ともに確定例は限られ，その有病率や自然歴など実態は不明で263

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告ある。診断確定例の数が限られる原因として臨床症状がどが挙げられる。研究会では，我々の神経チャネル病遺多彩であること，同一家系内でも臨床症状が違う事があ伝子解析の取り組みの現状とその中で経験した問題点

ること，また遺伝子解析の結果複数の遺伝子変化が検出について紹介した。

され，その病原性の確定が困難である場合が多いことな（６）電位依存性プロトンチャネル活性に影響する細胞内分子
陽 1，藤原祐一郎 1（1 香川大学医学部分子生理学講座）

川鍋

細胞の電気的活動の分子基盤であるイオンチャネル

制御についてはほとんど報告がなかった。本研究で，Hv1は，細胞内外のさまざまな分子により機能制御を受ける。

に対する細胞内側からの分子による制御を明らかにす

膜電位変化に応答してプロトンを透過する機能をもつるために，培養細胞に発現させたマウス由来の Hv1 電流2+

電位依存性プロトンチャネル Hv1 では，細胞外の Zn

やをパッチクランプ法で計測，急速灌流システムを使って阻害剤 2GBI，脂質であるアラキドン酸などによる機能

細胞内分子の影響を評価した。その結果，細胞内 ATP

制御が報告されている（Sasaki et al. 2006, Hong et al. 2013,

により，Hv1 活性が制御されることを示唆するデータを

Kawanabe&Okamura 2016）。これらの報告は細胞外側・得た。発表においては，その制御メカニズムと生理的意

膜からの分子による制御が対象であり，細胞内側からの義について議論した。

（７）動的膜張力操作による KcsA チャネルゲート開閉特性の研究
岩本真幸 1，老木成稔 2（1 福井大学 学術研究院 医学系部門 分子神経科学分野，2 福井大学 高エネルギー医学研究センター）
細胞膜に発生する張力は，膨潤や分裂，遊走など，細様々な膜張力下で解析した。Contact Bubble Bilayer (CBB)

胞の様々な変化に連動し，また，膜張力変化が膜タンパ

法では，2 つの脂質水溶液バブルの接触角と半径，内圧

ク活性に影響することが明らかになっている。これまで，によって，チャネルが組み込まれた接触面の脂質二重膜

膜張力依存的に活性化する機械受容チャネルが多数発

張力が決まる。今回，微小なバブル内圧の測定法を確立見されてきたが，近年我々は，pH 依存性の KcsA カリウ

し，シングルチャネル電流測定中の連続的な膜張力値をムイオンチャネルの活性が，膜張力によって修飾される得ることができた。圧力操作により約 1～6 mN/m の範囲

ことを明らかにした。程度の差こそあれ，膜張力は多くで膜張力を変動させたところ，開確率の膜張力依存性がのイオンチャネル活性に影響していると考えられる。本ヒステリシスを示すことが明らかになった。この結果は，研究では膜張力の普遍的作用機序の解明に向け，酸性 pH

膜張力によってチャネル構造にモードシフトが起きるで活性化状態にある KcsA チャネルのゲート開閉を，可能性を示唆した。

（８）ホスホイノシチドによる KcsA の機能制御
紀谷拓音 1，川鍋

陽 1，藤原祐一郎 1（1 香川大学 医学部 分子生理学講座）

細胞膜を構成する脂質は，イオンチャネルをはじめとしている。特に PI(4,5)P2 などに代表されるホスホイノシする膜タンパク質の機能を維持する上で重要な働きをチドは多くのイオンチャネルに対して直接作用し，その264

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

機能を制御していることが知られている。一方，カリウ

人工膜に再構成して，contact bubble bilayer (CBB) 法を用

ムチャネルのモデルとしてよく研究されている KcsA は，いてチャネル電流を計測した。その結果，膜の内葉がホ膜の内葉に存在するホスファチジルグリセロールなど

スファチジルコリンのみで構成されるときに比べて，PIの脂質によって，活性が制御されることが報告されていや PI(4)P，PI(4,5)P₂ ，PI(3,4,5)P₃ が 10 % 含まれている

るが（Iwamoto & Oiki 2015），ホスホイノシチドが KcsA

膜組成の時には，チャネルの開確率が著しく上昇するとの活性に与える影響については不明である。

いうデータを得た（Po=0.17→0.94-0.99）。本ポスター発

我々は本研究で，ホスホイノシチドによる KcsA の機表において，その制御メカニズムと生理的意義について

能制御を明らかにするために，発現・精製した KcsA を議論した。

（９）速度論的解析をベースにした TRP チャネル PI(4,5)P2 結合構造領域に対する分子ドッキング
シュミレーションを用いたホスホイノシチド選択性の解析
森誠之 1, 岡田亮 1，長谷英治 2（1 産業医科大学 医学部 生体物質化学，2 京都大学 工学研究科 合成･生物化学専攻）
イノシトールリン脂質（ホスホイノシチド）は膜蛋白

らし合わせると PreS1 ループ構造とアンキリンドメイン

質と選択的に結合することで生体膜フラッグ機能や神の間にあり口（マウス）のような形状で配置されている。

経活動の調節といった生理機能に関わる。PI(4,5)P2 作用

PreS1 ループ構造は TRPV1 や TRPM8 など他の TRP チャ

部位が未だ明瞭でない TRPC6 チャネルに着目しゼブラネルに共通して見られる機能未知の構造である。この領フィッシュ由来 VSP を用いた速度論的な解析実験を行

域のホスホイノシチドに対する特異性を調べるため，った。437 番目のアルギニンなどはホスホイノシチドの

docking simulation を行った。TRPC6 のマウス構造はイノ結合速度に影響を及ぼす重要なアミノ酸残基であるこシトール(4,5)二リン酸に対し高い指向性を示した。ホス

とを見出した。これらのアミノ酸残基を近年クライオ電

ホイノシチドに対する TRP チャネル群の共通した分子顕により明らかになった TRP チャネルの分子構造に照認識機構解明の手掛かりになると考えられた。

（10）ゼブラフィッシュが持つ二つの HCN4 チャネルの機能解析
劉嘉瑩 1，糟谷

豪 1，中條浩一 1（1 自治医科大学 医学部 統合生理学）

HCN チャネルは，過分極で開くとともに，細胞内環状つ（DrHCN4，DrHCN4L）存在し，どのような生理機能を

ヌクレオチド（cAMP）濃度に依存して電位依存性を変化持つかは明らかでない。そこで，DrHCN4，DrHCN4L をする性質を持つ。
ヒトは HCN1～4 の遺伝子を持っており，

それぞれアフリカツメガエルの卵母細胞に発現させ，電気心筋や神経細胞の興奮性を制御する。HCN4 は洞房結節な

生理学的性質を解析し，ヒトの HCN4 チャネル（HsHCN4）

ど特殊心筋細胞に発現し，細胞を自発的に興奮させるペーと比較した。HsHCN4, DrHCN4, DrHCN4L の G-V カーブのスメーカーチャネルとして機能する。ゼブラフィッシュはV1/2 はそれぞれ-100.2 mV，-88.5 mV，-73.5 mV となり，5 cm 程度の小型熱帯魚で生後１週間程度は透明であり，

DrHCN4L が最も開きやすいことがわかった。DrHCN4L

体内を外から容易に観察できることから，心臓研究においには細胞内の cAMP 結合領域を中心にユニークなアミノても有望なモデル脊椎動物として注目されている。ヒトに酸変異があり，開きやすいチャネルになっていると考えらは１つしかない HCN4 遺伝子がゼブラフィッシュには２

れる。

265

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（11）生体膜環境の変化に伴う膜タンパク質の機能・動態制御機構の解析
桑島佑太朗 1,2，柳川正隆 2，阿部充宏 2，青柳良平 1，有田誠 1，佐甲靖志 2（1 慶應義塾大学大学院 薬学研究科 代謝生理化学講座，2 理化学研究所 佐甲細胞情報研究室）
生体膜には多様な脂質分子が分布し膜タンパク質のり TRPV1 の動態変化を解析し活性化後に動きが遅くな反応場を提供している。近年膜リン脂質組成の変化がることを確認した。TRPV4 についても同様に活性化後にTRPV4 チャネルの活性に影響することが報告されたが動きが遅くなり機能と動きが相関することを見出した。

その活性制御機構は不明である。そこで本研究では膜タ

膜リン脂質に多価不飽和脂肪酸を取り込ませるとンパク質の“動き”と“機能”に着目し膜リン脂質組成

TRPV4 介したカルシウム応答が増強することを確認しの変化に応じて生じる影響を定量的に評価する手法かた。同条件で TRPV4 の拡散動態を解析した結果 TRPV4らその制御機構の理解を目指した。

の動きが速くなることが明らかになった。膜タンパク質

TRPV4 と同じファミリーに属する痛み受容体 TRPV1の 1 分子イメージングと機能評価を組み合わせ膜脂質環が，活性化後に膜上での動きが遅くなると報告されてい境の変化に伴う膜タンパク質の動態と機能変化が定量る。全反射蛍光顕微鏡を用いた 1 分子イメージングによ的に計測できることが明らかになった。

（12）機械受容イオンチャネル PIEZO1 におけるリン脂質動態の感知機構
原雄二 1，丹羽洸介 1，佐々木映美 1，小畑裕次郎 1，平野航太郎 1，土谷正樹 1，梅田眞郷 1（1 京都大学大学院 工学研究科 合成･生物化学専攻）
PIEZO1 を正に制御することを明らかにした。

イオンチャネルをはじめとする膜タンパク質は，隣接する脂質分子群により活性制御されることが古くから本研究では，PIEZO1 によるリン脂質動態感知につい論じられてきた。しかし生体膜における脂質分子の微細て，その分子機構解明を目的とした。ヒト PIEZO1 とシな変動が如何に認識され，膜タンパク質の活性制御を経ョウジョウバエ PIEZO とのキメラ変異体などのイオンて細胞現象が誘導されるか，その機構は未だ明らかでは

チャネル活性評価を通じ，ヒト PIEZO1 の N 末端から中ない。我々は生体膜を構成するリン脂質のとんぼ返り運

央領域にかけてリン脂質動態を感知する領域の存在が動（フリップ・フロップ）に着目し，これまでにリン脂示唆された。本研究会では，また，現在進行中の，PIEZO1質フリッパーゼが，酸性リン脂質の一つであるホスファにおける構造解析などの情報を基に，詳細なリン脂質認

チジルセリン（PS）を形質膜外層から内層へ輸送するこ識部位の同定および PIEZO1 活性制御機構のさらなる解とで，膜張力で活性化される機械受容イオンチャネル

明に向けて行っている実験結果も併せて発表した。

（13）ツメガエル卵母細胞系におけるイオンチャネルへの光応答性非天然アミノ酸導入法の検討
下村拓史 1，久保義弘 1（1 生理学研究所 神経機能素子研究部門）
コドン拡張法は，目的タンパク質の任意の位置に非天の報告例は現状ではごく少数である。我々は，ラット由然アミノ酸を導入することを可能にする。この手法によ来の膜電位感受性 K+チャネル Kv1.2 を対象として，ツり側鎖に光異性化能を有するアミノ酸（Photo-switchable

メガエル卵母細胞系における PSAA 導入法の確立を目指

unnatural amino acid; PSAA）を組み込むことで，多様なした。先行研究に基づき，終止コドンである TAG をタンパク質に光応答性を付与できると期待されるが，そPSAA 用に再定義するためのプラスミドを設計し，Kv1.2

266

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告の S4 ヘリックス上における TAG 変異体 DNA および

Kv1.2 PSAA 変異体は光照射に対して異なる電位感受性

PSAA とともに卵母細胞に導入した。その結果，Kv1.2の変化を示すことも分かった。この結果は，ツメガエル

電流を生じる変異体が得られ，これらを発現した卵母細卵母細胞系における PSAA 導入を初めて実証したもので胞に異なる波長の光を照射することで可逆的に活性をあり，また S4 ヘリックスの電位感受性メカニズムにつ変化させられることを確認した。さらに，それぞれのいて新たな知見を与えるものである。

267

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

4．自閉症，てんかんの病態原理に関与するシナプス制御・神経回路機構
2021 年 2 月 2 日
代表・世話人：田渕克彦（信州大学 学術研究院医学系）
所内対応者：深田正紀（生理学研究所 生体膜研究部門）（１）自閉症関連タンパク質 Neuroligin3 による新規のシナプス誘導経路と社会性調節機構
吉田知之（富山大学大学院 医学薬学研究部）（２）グルタミン酸受容体によるシナプス形成機構
松田恵子（慶應義塾大学 医学部）
（３）イハラてんかんラットの原因遺伝子 DSCAML1 とヒトてんかん
星野幹雄（国立精神･神経医療研究センター）（４）自閉スペクトラム症モデルにおいて発生シグナルの異常が引き起こす特定抑制性ニューロンサブタイプの分化障害
飯島崇利（東海大学 医学部）
（５）てんかん性脳症の原因遺伝子の同定と病態解明
才津浩智（浜松医科大学 医学部）
（６）X 染色体連鎖性神経発達障害の神経回路異常の研究
田渕克彦（信州大学 学術研究院 医学系）
（７）自閉スペクトラム症の病態モデル
内匠透（神戸大学 医学部）

（８）Neuroligin-3 R451C 自閉症モデルマウスのシナプス構造異常の同定
深澤有吾（福井大学 学術研究医学領域）（９）ボリューム電子顕微鏡による有髄および脱髄軸索の 3 次元微細形態解析
大野伸彦（自治医科大学 医学部）
（10）小脳抑制性介在ニューロンルガロ細胞の帯状構造特異的な入出力様式
宮﨑太輔（北海道大学 保健科学研究院）（11）AMPA 受容体のパルミトイル化修飾異常に伴うてんかん発作林崇（国立精神･神経医療研究センター）（12）てんかん・発達障害の発症神経回路
山川和弘（名古屋市立大学大学院 医学研究科）（13）ストレスによる炎症反応を引き金とした脳組織リモデリング
古屋敷智之（神戸大学 医学研究科）【参加者名】
吉田知之（富山大学），松田恵子（慶應義塾大学），星横井紀彦（生理学研究所），宮崎裕理（生理学研究所），

野幹雄（国立精神神経医療研究センター），飯島崇利（東稲橋宏樹（生理学研究所），江川孝彦（総合研究大学院大海大学），才津浩智（浜松医科大学），田渕克彦（信州大学），山辻 陸（岡山大学），妹尾賢治（東京大学），井学），内匠 透（神戸大学），宮﨑太輔（北海道大学），

上昌俊（スタンフォード大学），玉田紘太（神戸大学），

大野伸彦（自治医科大学），深澤有吾（福井大学），林 崇

聶（国立精神神経医療研究センター），山川和弘（名古屋市

Hospital of Philadelphia / University of Pennsylvania），

立大学），古屋敷智之（神戸大学），飯島陽子（東海大学），

Gayathri Balasuriya（Kobe University Graduate School of

深田正紀（生理学研究所），深田優子（生理学研究所），

Medicine），野村 淳（神戸大学），長野凱大（関西学院268

翔（神戸大学大学院），Kaneko Keisuke（Children's

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告大学），石川 充（慶應義塾大学），小林洋平（大日本住広（生命創成探究センター），山本真理子（生理学研究所），

友製薬㈱），柴田和輝（大日本住友製薬㈱），下野耕平（大長澤有祐（生理学研究所），佐藤 彩（生理学研究所），

日本住友製薬㈱），樋口 杏（金沢大学），石川由香（神奥村久士（生命創成探究センター），竹田育子（名古屋大戸大学），前田夕佳（東京理科大学），国井美紗子（横浜学），谷本昌志（基礎生物学研究所），塚原飛央（ミシガ

市立大学），大槻 元（京都大学大学院），山脇優輝（京ン大学），渋下 碧（名古屋大学大学院），渡邉 惠（国都大学），田辺章悟（国立精神・神経医療研究センター），

立精神・神経医療研究センター），会見昂大（慶應義塾大

高橋華奈子（国立医薬品食品衛生研究所），中村行宏（東学），ラハマン ラビブライス（生理学研究所），堀内 浩

京慈恵会医科大学），鳴島 円（生理学研究所），山肩葉（生理学研究所），新田博司（九州大学），新居桂陽（生子（生理学研究所），谷口将之（神戸大学），竹本さやか

理学研究所），藤原佐知子（生理学研究所），北城圭一（生（名古屋大学），矢賀勇志（千葉市立海浜病院），掛川 渉

理学研究所），村越秀治（生理学研究所），河野圭太（第（慶應義塾大学），DilinaTuerde（慶應義塾大学），吉川

一三共㈱），上田健二郎（第一三共㈱），堂本将輝（大塚弥里（就実大学），垣田真奈美（豊田中央研究所），窪田

製薬㈱），伊藤政之（慶應義塾大学）

芳之（生理学研究所），植松明子（生理学研究所），郷 康【概要】
自閉症とてんかんは，ともに遺伝子異常に起因する神はないかと考えられ，モデル動物を用いたシナプス機能

経発達障害である。分子メカニズムに共通点が多く，実の研究がおこなわれてきた。一方，同じ遺伝子が原因で際，自閉症患者の多くでてんかんを合併することが知ら起こるシナプス異常でも，脳の領域によって表現型が異れている。過去 20 年近くにわたり，これらの原因遺伝なるケースも多く，神経回路と関連付けた研究の重要性

子が同定されてきたが，それらは数百種類にもおよび，を問う声が増してきている。本研究会は，自閉症，てんメカニズムの違いを分類する必要がある。症候群性自閉かんなどの神経発達障害の原因遺伝子の同定，個々の分症や一部のてんかんで，単一遺伝子の異常により発症す

子機能の研究，病態モデルのシナプス機能，神経回路異るものがある一方，多くのものがポリジーン遺伝（多因常の研究で成果を挙げている国内の気鋭の研究者を招子遺伝）の様式をとることもわかってきている。これら

聘し，最新の研究成果を発表していただいた。国内の研の遺伝子の多くは，シナプス機能に関わっていることか究者が研究を発展させていく上で，有意義な情報交換のら，シナプス機能の異常がこれらの疾患の病態の本質で場になったと考えている。

（１）自閉症関連タンパク質 Neuroligin3 による新規のシナプス誘導経路と社会性調節機構
吉田知之（富山大学大学院 医学薬学研究部）
Neuroligin 3 (NLGN3) はシナプス後部の膜タンパク質

響を評価したところ，NLGN3-NRXN 経路を障害したマであり，シナプス前部の Neurexin (NRXN) と結合してシウス系統では社会性行動の増加が認められた。一方で，ナプス形成を担うシナプスオーガナイザーとしてよく

NLGN3-PTPδ 経路を障害したマウス系統では社会性が減知られている。私たちはシナプス前部オーガナイザーで少していた。また，自閉症モデルとして知られるある受容体チロシン脱リン酸化酵素 PTPδ のインターラ

NLGN3R451C 点変異導入マウス由来の神経細胞では，クトーム解析から，NLGN3 が PTPδ と結合してシナプス

PTPδ を介するシナプス誘導が選択的に障害されていた。

形成を担う新規のシナプス誘導経路があることを見出

これらの結果から，NLGN3 が互いに競合する２つのシした。NLGN3-PTPδ および NLGN3-NRXN 複合体の結晶

ナプス前部リガンド，NRXN と PTPδ を介して，双方向構造を基に，PTPδ もしくは NRXN との結合を選択的に性に社会性行動の発達を調節し，特に NLGN3-PTPδ 経路障害した NLGN3 点変異をデザインした。それらの点変の障害が自閉症の発病に関与する可能性が示唆された。

異を導入したマウス系統を作出して，社会性行動への影

269

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（２）グルタミン酸受容体によるシナプス形成機構
松田恵子（慶應義塾大学 医学部）
神経細胞の樹状突起では，多くの場合さまざまな脳領のままであった。これまで，グルタミン酸受容体の最も域からの異なった興奮性入力を受けるが，各シナプスでアミノ酸末端に存在する細胞外領域（ATD）は全長の 3は入力線維に応じて，形成されるシナプスの形態や，集分の 1 を占めるにもかかわらず，チャンネルのサブユニ積するグルタミン酸受容体のサブユニット構成，さらにット構成選択に関わる以外の機能は不明なままであっどのような可塑性を表現するかが異なっている。その結たが，我々はシナプス間隙に突き出たグルタミン酸受容

果，機能的に特異化したシナプスが，樹状突起上の特定

体の ATD が，細胞外因子やシナプス前部の受容体とのの領域に局在化し，シナプス伝達や可塑性様式が樹状突相互作用領域としての機能に着目した。本発表において起上で区画化される。シナプス形成を引き起こす分子はは，グルタミン酸受容体そのものがチャンネルとしてのシ ナ プ ス オ ー ガ ナ イ ザ ー と 総 称 さ れ ， neurexin や機能する以外に，シナプス間隙においてシナプス前部とneuroligin を初めとして数多くの分子が発見されてきたシナプス後部を機能的に繋ぎ，シナプス形成と特異的機が，これまでどのようにして入力線維に応じて，シナプ能を規定する分子機構について議論した。

スの個性が決定されるのか，その分子メカニズムは不明（３）イハラてんかんラットの原因遺伝子 DSCAML1 とヒトてんかん
星野幹雄（国立精神･神経医療研究センター）
我々は，連鎖解析法と次世代シークエンス技術を用いて，DSCAML1 タンパク質の C 末端側の一つのアミノ酸がアラ

イハラてんかんラットの原因遺伝子として DSCAML1 を同ニンからスレオニンに変異するが，その結果として定した。さらに，イハラてんかんラットでは，DSCAML1

DSCAML1 の立体構造が変化し，細胞膜へと露出できなく

遺伝子ゲノムに一塩基変異が入ることでスプライシング異なり本来の機能を失うことがわかった。さらに，ゲノム編

常が生じ機能的な DSCAML1 タンパク質が作られないこと，

集技術を使うことに相同なアミノ酸変異を持つ疾患型ノッ

そのため嗅内皮質の抑制性神経細胞の数が激減しその部位

クインマウスを作成したところ，嗅内皮質の抑制性神経細での電気活動が異常に活発になること，さらに嗅内皮質の胞の減少や，てんかん用の異常脳波を記録した。以上から，

興奮が海馬に伝えられて全脳的な激しいてんかん発作を引

この DSCAML1 遺伝子の変異によって，てんかん発症の原

き起こすこと，などが明らかになった。また，当研究機関

因・誘因となる可能性が示唆された。また，このタイプのの「てんかん症例バイオバンク」の中から DSCAML1 遺伝

てんかんに対する新たな治療法の開発についても紹介した。

子ゲノムに変異を持つヒト症例を見つけた。その症例では，（４）自閉スペクトラム症モデルにおいて発生シグナルの異常が引き起こす
特定抑制性ニューロンサブタイプの分化障害
飯島崇利（東海大学 医学部）

これまで VPA やウイルス感染を模倣する poly(I:C) を

露型の ASD 動物モデルはヒト ASD を強く反映するモデ

妊娠マウスやラットに投与して作成した胎生期薬剤曝ルとして，多くの研究者たちに広く研究材料に用いられ270

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告てきた。しかしながら，これらの胎生期曝露が ASD を

ロファイルを手掛かりとして，VPA 暴露 ASD マウスか引き起こす本質的分子メカニズムについては未だ混沌

ら ASD 発症や中核的症状に関与すると思われる興味深としている。 近年我々は，胎生期の薬剤曝露が神経系

い異常をいくつか同定し，本発表ではその中で最も顕著に及ぼす影響の全貌解明のため，培養神経細胞に ASDであった大脳皮質特定抑制性ニューロンサブタイプのリスクファクターである VPA を低濃度に一過的投与す

分化障害について紹介する。この異常は胎生後期の発生るによって子宮内曝露を模倣した in vitro VPA モデルを

シグナル異常によって引き起こされることを見出して構築し (Iijima et al., Sci. Rep., 2016) ，さらにこのモデル

おり，ASD 発症の新たな原因としての可能性と，将来的を用いてエクソンアレイおよび RNA-seq による網羅的な創薬・治療への応用についても議論した。

トランスクリプトーム解析を行った。この遺伝子発現プ（５）てんかん性脳症の原因遺伝子の同定と病態解明
才津浩智（浜松医科大学 医学部）
原因遺伝子（分子）の同定がその疾患の治療薬開発に

ト疾患の遺伝子解析を通じてその原因遺伝子変異を同繋がるためには，マウスを代表とする動物モデルの作成

定し，遺伝子変異に基づいたマウスモデルを作製するこを通じて疾患の病態生理を解明し，治療の標的分子を同とで，病態解明を目指している。本発表では，次世代シ

定したのちに薬物スクリーニングを行うといった，いくークエンサーを用いたてんかん性脳症の遺伝子解析のつもの過程が必要である。しかし，近年の次世代シーク

現状と，てんかん性脳症の新規原因遺伝子 RHOBTB2 のエンサーの登場と CRISPR/Cas9 という 2 つのブレイクス

マウスモデルを用いた病態解明の試みについて紹介しルーによって，原因遺伝子（分子）の同定とマウスモデ

た。

ルの作成は比較的容易になった。我々の研究室では，ヒ（６）X 染色体連鎖性神経発達障害の神経回路異常の研究
田渕克彦（信州大学 学術研究院 医学系）
我々は，MICPCH 症候群の分子病態メカニズムを解明

学的解析により，CASK 欠損ニューロンに投射するシナする目的で，原因遺伝子である CASK のメスヘテロノッ

プスの興奮性・抑制性のバランスが崩れていることが判

クアウトマウスを MICPCH 症候群の疾患モデルとして明した。また，これは CASK の guanylate kinase ドメイン研究を行っている。CASK のような X 染色体上にある遺を介した転写因子 TBR1 の機能獲得が阻害されることに伝子は，メスでは X 染色体不活性化の影響を受けると考より，下流遺伝子である Grin2B（NMDA 受容体のサブえられる。このため，我々は CASK メスヘテロノックア

ユニット GluN2B をコード）の発現が低下していること

ウトマウスの脳切片からパッチピペットを用いたにより引き起こされることが判明した。このマウスに関single-cell RT-PCR を行い，このマウスでは CASK 遺伝子

しては，現在小脳低形成のメカニズム，行動異常との関は X 染色体不活性化の影響を受け，CASK 欠損細胞と係について研究を行っており，これらについて研究会でCASK 正常細胞がランダムなモザイク状に入り混じって報告した。

いることを見出した。パッチクランプ法による電気生理271

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（７）自閉スペクトラム症の病態モデル
内匠透（神戸大学 医学部）

自閉スペクトラム症（ASD）は近年増加傾向にあり注

構成妥当性をも充たすヒト型自閉症モデルマウスであ目される。ASD は脳の発達障害と考えられ，他の精神疾る。また，本マウスにおいてはシナプスやセロトニンの患に比べて，遺伝的寄与が高いことが知られている。今異常が見いだされた。本マウスは，ヒト自閉症の前向きでは千個もの ASD リスク遺伝子，百のオーダーのコピ

遺伝学のための人工的ファウンダーマウスとして，またー数多型（CNV）がその原因に関与すると報告されてい創薬のためのモデルとして期待されるところである。さる。CNV の中で最も頻度の高いものの一つとして，ヒト

らに，ゲノム編集技術を利用した次世代染色体工学を確

染色体 15q11-13 重複が知られている。我々は，Cre-loxP

立し，ASD の原因となる CNV の網羅的 ES 細胞モデル

系に基づく染色体工学の手法を用いて，ヒト染色体

ライブラリーの構築に成功した。興味深いことにこれら

15q11-13 相同領域であるマウス染色体 7c の 6.3 Mb にわの CNV は ASD のみならず統合失調症や双極性障害のよたる重複をもったマウスを作製した。本マウスは，自閉

うな他の精神疾患 CNV とオーバーラップしている。こ症様行動を示すという表現妥当性のみならず，その生物

れら動物・細胞の病態モデルを用いた研究を紹介した。

学的異常としてヒトと同じ染色体異常を有するという（８）Neuroligin-3 R451C 自閉症モデルマウスのシナプス構造異常の同定
深澤有吾（福井大学 学術研究医学領域）
シナプス伝達は神経細胞間に形成されるシナプス結である。近年実用化された高分解能型走査型電子顕微鏡合で行われ，その適切な伝達とその調節が脳機能を支えを用いた連続断面観察技術と三次元再構築技術に着目ている。また，シナプス伝達の異常が原因と考えられる

し，シナプス前後構造の構造特徴を定量的に評価する手精神神経疾患も多く存在する。従って，各種神経精神疾法（微細構造相関解析法）の開発を行ってきた。この手患モデルマウスのシナプス機能や形態を精度良く解析

法では，収束イオンビーム搭載高分解能走査型電子顕微することは，神経疾患の病態解明と治療法の開発に有効鏡（FIB-SEM）を用いることで，シナプス結合前後構造であると考えられる。しかし，シナプス結合はシナプス

まるごとを従来の透過型電子顕微鏡観察よりも高い分

前と後の異なる細胞の間に形成され，それぞれに異なる解能で観察し，三次元再構築像から定量的に構造情報を役割を担ったナノスケールのオルガネラで構成するこ

取得することができる。本発表では，各種シナプス伝達とでシナプス伝達機能を創出しているため，個々のシナ関連遺伝子の変異によるシナプス結合構造への影響とプス結合の機能と構造を解析することは容易でなく，そ自閉症モデルマウス Neuroligin-3 R451C におけるシナプの異常を十分に同定できているとは言えないのが現状

ス構造の異常について報告した。

（９）ボリューム電子顕微鏡による有髄および脱髄軸索の 3 次元微細形態解析
大野伸彦（自治医科大学 医学部）
ボリューム電子顕微鏡は，数百枚以上の連続電子顕微鏡

用いたボリューム電子顕微鏡法をマウス脱髄モデルの超画像を効率的に取得し，生体の細胞や組織の三次元（3D）

微形態解析に応用することで，脱髄時の軸索ミトコンドリ

微細構造解析を行う上で有効な手法である。SBF- SEM をアの局在とダイナミクスが変化すること，そして微小管と272

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告の結合を介したミトコンドリアの変化が脱髄軸索の生存

髄鞘の厚みに偏りがみられることがわかった。また，それに寄与していることが明らかになった。また，慢性進行性

らのオリゴデンドロサイトの形成する髄鞘に隣接する髄の脱髄下におけるマウス小脳皮質では，登上線維の鞘は，ほとんどが異なるオリゴデンドロサイトによって形

varicosity がその内部のミトコンドリアとともに肥大化す成されているにも関わらず，厚さに有意な相関がみられた。

ることが示された。一方で，ボリューム電子顕微鏡法によこれらの結果から，個々のオリゴデンドロサイトが特定のりオリゴデンドロサイトとそれらが形成する髄鞘の超微径の軸索に選択的に髄鞘を形成していること，そして各オ

形態解析を行うことで，マウスの脳梁では各オリゴデンド

リゴデンドロサイトの髄鞘の厚みが軸索との相互作用をロサイトが髄鞘を形成する軸索群の径とその形成される

介して細胞単位で調節されていることが示唆された。

（10）小脳抑制性介在ニューロンルガロ細胞の帯状構造特異的な入出力様式
宮﨑太輔（北海道大学 保健科学研究院）
今回，我々は LC 特異的に蛍光タンパクを発現するモを介したセロトニン神経支配様式が示唆された。さらに

デルマウスを作成し，LC の形態学的特性を詳細に検討

LC 樹状突起同士は互いにジャンクション構造によってした。蛍光 in situ hybridization では，LC の約 70 % は結合しており，小脳帯域構造のマーカーである aldolaseC

GAD67/GlyT2 共陽性であり，残りは GAD67 単独陽性でとの相関性を検討したところ，個々の LC 樹状突起は小あることが示された。LC への入力を検討したところ，

脳帯域構造と対応していることが明らかとなった。一方，

PC 反回軸索終末，苔状線維，登上線維，顆粒細胞上行LC からの軸索は分子層の抑制性介在ニューロンやゴル線維，GlyT2 陽性線維による入力が観察された。LC とのジ細胞に投射しており，上行線維による同一帯域内へのシナプス形成はみられなかったものの，セロトニン線維

強い入力と側方側枝による帯域を超えた入力を行っては LC 樹状突起と近接している傾向が見られ，液性伝達いることが明らかとなった。

（11）AMPA 受容体のパルミトイル化修飾異常に伴うてんかん発作林崇（国立精神･神経医療研究センター）

個体レベルでの AMPA 受容体パルミトイル化の意義

ペンチレンテトラゾールの投与によって起こる発作のを明らかにするため，AMPA 受容体のシナプス組み込み

閾値が低下していた。同様に，臨床でも使用される各種に最も重要な GluA1 サブユニットのパルミトイル化部の抗てんかん薬の発作抑制効果も低減していた。LTP お

位システイン残基をセリン残基に置換した，非パルミト

よび LTD は，野生型マウスと比較して有意な差はなかっ

イル化修飾型ノックインマウス（GluA1CS）を作製した。

たものの，強い化学的 LTP（cLTP）刺激に伴うスパイン

GluA1CS 遺伝子改変マウスは，巨視的な脳構造および通構造の膨張は，一定の大きさ以上のスパインで顕著に増常のシナプス伝達と行動には明確な異常が認められな大していた。以上の一連の実験結果から，正常な脳内にかったが，分子レベルでは，海馬における GluA1 リン酸

おいては，AMPA 受容体のパルミトイル化が興奮性シナ化（pSer831）の上昇と大脳皮質での GluA1 タンパク質

プスでの AMPA 受容体発現量を適切に調節しており，この発現増加が見られた。また，海馬歯状回で最初期遺伝の修飾機構が興奮性と抑制性のバランス異常から生じ

子 Arc 分子の発現パターン異常が観察された。これらのるてんかん発作を抑止しているものと考えられた。

分子変化に対応して，GluA1CS 個体ではてんかん誘発薬273

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（12）てんかん・発達障害の発症神経回路
山川和弘（名古屋市立大学大学院 医学研究科）
てんかんや自閉症などの大規模ゲノム解析において死，記憶学習障害と社会性行動異常，
PV+細胞での Nav1.1

新生機能喪失変異を多く示す遺伝子として常に上位に半減がてんかん発作と突然死の主原因であり，興奮性神ランクされる電位依存性ナトリウムチャネルやシナプ

経細胞での半減は逆効果を持つこと，抑制性神経細胞特ス蛋白をコードする遺伝子の機能解析，マウスモデル解

異的 Scn1a 発現促進による治療法開発の試みなどを報告

析，さらにはそれら遺伝子の変異により発症する疾患のした。SCN2A については，てんかん患者での初めての変治療法の開発を目指して研究を進めてきた。SCN1A につ異，てんかん脳症・知的障害・自閉症合併患者の新生ナ

いては，てんかん・自閉症・知的障害を合併するドラベ

ンセンス変異，Scn2a ヘテロノックアウトマウスの興奮症候群などでの変異同定と機能解析について多くの報性神経細胞依存的てんかん発作，記憶学習障害と記憶再告を行うとともに，Nav1.1 のパルブアルブミン陽性

生異常，社会性行動異常と AMPA 受容体機能亢進薬によ（PV+）抑制性神経細胞での高い発現と Scn1a ナンセンる改善を報告した。

ス変異ノックインマウスにおけるけいれん発作と突然（13）ストレスによる炎症反応を引き金とした脳組織リモデリング
古屋敷智之（神戸大学 医学研究科）
社会や環境から受けるストレスは情動や認知機能を

TLR2/4 を介してエンドカナビノイド 2-AG に由来する炎

変容し，うつ病などストレス関連疾患のリスクを高める。

症関連分子 PGE2 の合成経路を増強し，前頭前皮質に投ストレスを受けた動物やうつ病患者で炎症反応が誘導

射するドパミン系を抑制してうつ様行動を誘導するこされることが示唆されてきたが，その働きには不明な点とも示した。しかし，ストレスによる脳内炎症反応がいが多い。我々はマウスにおいて，社会挫折ストレスが自かに惹起され増強されるのか，炎症に曝された神経細胞

然免疫受容体 TLR2/4 を介して前頭前皮質のミクログリがいかに機能・形態変化を遂げるのか，これらの変化にアを活性化し TNF-α や IL-1α といった炎症性サイトカイ

なぜ個体差があるのか，など重要な問題が山積している。

ンを産生して，興奮性神経細胞の樹状突起退縮やうつ様

本講演ではストレスによる炎症反応を引き金とした脳行動を誘導することを示した。また皮質下領域では組織リモデリングに関する最新の知見を紹介した。

274

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

5．上皮膜輸送の多様性・調和機構を基盤とする異分野融合研究の創出
2020 年 9 月 3 日－9 月 4 日
代表・世話人：五十里彰（岐阜薬科大学）

所内対応者：古瀬幹夫（生理学研究所）（１）日本人 CFTR 変異体への白人型 CFTR 変異治療薬の効果について
相馬義郎（国際医療福祉大学）（２）塩素イオンチャネル CFTR 変異体の小胞体関連分解における HECT 型ユビキチンリガーゼの機能解析
鎌田優香（関西学院大学）（３）老化モデルマウスにおける腸管機能の解析
栗原史弥（静岡県立大学）（４）RAA 系による大腸におけるクローディン発現の制御
五十里彰（岐阜薬科大学）（５）傍細胞輸送特性の再構成に向けて
古瀬幹夫（生理学研究所）（６）ヘテロ二量体型アミノ酸トランスポーターの構造機能解析
Wiriyasermkul Pattama（奈良県立医科大学）（７）乳がん細胞 MDA-MB-231 の JPH203 抵抗性にはアミノ酸飢餓ストレスを介した CTH の発現誘導が関与する
山賀貴（杏林大学）（８）トランスポーターの non-canonical substrate を多階層的解析により明らかにする
永森收志（奈良県立医科大学）（９）CNNM によるマグネシウムの輸送とその医学生物学的重要性
船戸洋佑（大阪大学）（10）細胞外の微量金属環境が極性細胞の膜輸送に与える影響
神戸大朋（京都大学）（11）二価鉄イオンを標的とした蛍光プローブとイメージング研究への応用平山祐（岐阜薬科大学）（12）Intracellular pH of airway surface epithelia in luminally-perfused mice bronchioles
Liu Libin（名古屋大学）（13）新生仔マウス初期培養上衣線毛細胞の培養系の確立
浅野真司（立命館大学）（14）肺多線毛上皮での線毛運動調節における Ezrin の役割の検討
川口高徳（立命館大学）（15）ステロイド薬による抗アレルギー作用と電気生理学的手法による定量化
風間逸郎（宮城大学）（16）選択的 LAT1 阻害薬 JPH203 前暴露によるアミノ酸輸送阻害効果
安西尚彦（千葉大学）（17）脂肪肝増悪因子としてのコレステロールトランスポーターNPC1L1 に関する研究
高田龍平（東京大学）

275

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（18）唾液腺水分泌の駆動力として働く Cl-分泌における Na+-グルコース共輸送体の役割
杉田誠（広島大学）（19）胃壁細胞の酸分泌刺激状態と休止状態における膜構造とイオン輸送機能の解析
藤井拓人（富山大学）【参加者名】
丸中良典（京都工場保健会/立命館大学），五十里彰（名古屋大学），Liu Libin（名古屋大学），山本明子（名（岐阜薬科大学），吉野雄太（岐阜薬科大学），平山祐

古屋大学），杉田誠（広島大学），永森收志（奈良県（岐阜薬科大学），船戸洋佑（大阪大学），神戸大朋（京立医科大学），Wiriyasermkul Pattama（奈良県立医科大

都大学），Hempstock Wendy（静岡県立大学），長田望

学），酒井秀紀（富山大学），藤井拓人（富山大学），

実（静岡県立大学），林久由（静岡県立大学），石塚

相馬義郎（国際医療福祉大学），沖米田司（関西学院大

典子（静岡県立大学），栗原史弥（静岡県立大学），伊学），鎌田優香（関西学院大学），安西尚彦（千葉大学），

久美直毅（静岡県立大学），木村徹（杏林大学），山高田龍平（東京大学），風間逸郎（宮城大学），河原克貴（杏林大学），浅野真司（立命館大学），川口高

雅（仙台白百合女子大学），武藤重明（自治医科大学），

徳（立命館大学），高橋昂平（立命館大学），安岡加紗

長澤有佑（総合研究大学），古瀬幹夫（生理学研究所），

音（立命館大学），名本友里枝（立命館大学），平尾拓

大谷哲久（生理学研究所），泉賀也（立命館大学），増田加奈（立命館大学），石黒裕士（生理学研究所）

洋【概要】
上皮細胞はシートを形成して体内環境を外部環境かルからの多角的なアプローチによって得られた研究成ら隔離する一方で，電解質や栄養素等を選択的に輸送す果を発表し，シニア研究者と十分な時間をかけて議論する。細胞膜に発現するチャネルやトランスポーターの機ることによって上皮膜輸送の多様性と調和機構の統合

能は，リン酸化やアセチル化などの翻訳後修飾だけでな的理解を進めることを目的とした。今年度は，COVID-19

く，タンパク質間相互作用や細胞内輸送によって調節さの影響で WEB 開催に変更されたにもかかわらず，医学，れる。また，上皮細胞を結合させるタイトジャンクショ

薬学，工学，栄養学等の多分野の研究者が参加され，新ンも水や電解質の輸送に関与しており，多種類の輸送機

規課題の発見や課題解決に繋がる活発な発表と討論が構が協調的に機能することによって生体ホメオスタシ行われた。さらに，フリーディスカッションの時間を設スが維持される。

けたことにより，若手からシニアまで世代を超えた研究者の議論が深まり，本研究会で目指した異分野融合研究

本研究会では，金属，非金属，糖質等の上皮膜輸送研の創出に向け，一定の役割を果たすことができた。

究に携わる若手研究者が，生体，器官，細胞，分子レベ（１）日本人 CFTR 変異体への白人型 CFTR 変異治療薬の効果について
君島莉央，相馬光流，岩井翔吾，松澤由佳，金子すずな，深田侑希大川詩織，清水正浩，小林奈央，直井佑太，成田和希，相馬義郎（国際医療福祉大学 薬学部 分子病態治療学分野／基礎医学研究センター）
嚢胞線維症 Cystic Fibrosis (CF) は，白人種における代表

16-17ｂにわたる大規模欠損変異で，153 個のアミノ酸の的な遺伝性疾患のひとつである。日本人を含む他人種にお大規模欠損を引き起こす（Δ (G970-T1122) 変異）。この Δ

いては，CF 患者の数は少ないが，白人種とは異なるタイ(G970-T1122) 変異体では，蛋白は合成されるが，ゴルジプの CFTR 変異がみられる。

体での糖鎖修飾等の成熟過程が正常に行われず，細胞膜で日本人に最も高頻度にみられる病因性変異は，エクソンの発現が阻害されている（classⅡ変異）ことが明らかにな276

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告った（Wakabayashi-Nakao et al., JPS 2018）。

いる。今回我々は，欧米で最も多くみられる classⅡ変異

日本で同定された 21 種類の病因性 CFTR 変異のうち，である ΔF508 変異の治療薬として開発された VX-809

Δ (G970-T1122) 変異に加え，
2 番および3 番目に多いL441P(Lumacaftor) の日本人特有の CFTR 変異体への効果につ変異と H1085R 変異を含む classⅡ変異が 11 種類含まれていて検討した。

（２）塩素イオンチャネル CFTR 変異体の小胞体関連分解における HECT 型ユビキチンリガーゼの機能解析
鎌田優香，中島千雅子，福田亮介，沖米田司（関西学院大学 理工学部 生命医化学科）
遺伝子変異などにより生じた異常タンパク質は細胞内

本研究室の先行研究において，ΔF508 CFTR の形質膜発タンパク質品質管理機構により認識され，ユビキチン化を現を制御するユビキチン化酵素 (E3 ligase) siRNA 網羅的受けて分解される。CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane

スクリーニングが行われ，複数の新規 E3 ligase が同定さconductance Regulator) は，難治性遺伝性疾患である嚢胞性れた。本研究では，ΔF508 CFTR の小胞体品質管理に関与

線維症（CF）の原因タンパク質であり，気道などの上皮することが考えられる HECT 型 E3 ligase (HECT-X) の機

細胞のアピカル膜で塩素イオンチャネルとして機能する。

能解析を目的とした。ΔF508 CFTR の小胞体品質管理へのCF 患者の大部分で見られる ΔF508 CFTR 変異体は小胞体関与が既知である E3 ligase RNF5 および RNF185 との比較におけるフォールディング異常の結果，ユビキチンープロ検討を行うため，各 E3 ligase KO 細胞を用いた解析を進め

テアソーム系により小胞体関連分解を受ける。その結果，ている。本発表では，現在までに得られた我々の最新の結上皮細胞のアピカル膜への発現が低下し，CF 病態を引き果を発表し，これら複数のユビキチンリガーゼの機能に関起こす。

して議論する。

（３）老化モデルマウスにおける腸管機能の解析
栗原史弥，Wendy Hempstock，石塚典子，林久由（静岡県立大学大学院 薬食生命科学総合学府 生理学研究室）
消化管の主要な機能としては栄養素の消化吸収機能

いて検討した。グルコースおよびペプチド誘発性短絡電と同時に外来異物が生体内に侵入することを防ぐバリ

流上昇は SAMP1 マウスにおいて有意に低下し，これはア機能があり，これは上皮細胞により担われている。老

過去の報告と一致した。腸管バリア機能を評価すると，化に伴い腸管のバリア機能が低下することは種を超え

盲腸，大腸では有意な変化は観察されなかったが，小腸て観察されており，これにより腸管内の異物が体内に侵中部では，予想とは逆に経上皮コンダクタンスは低下し入し，炎症性腸疾患や自己免疫疾患など様々な疾病の発た。更にこの低下の機序を検討すると，細胞間隙の陽イ症要因となると考えられている。上皮膜のバリア機能はオン透過性が対照群に比べ有意に低下していた。しかし，

タイト結合で担われているが，老化に伴いタイト結合部

タイト結合部のイオン透過性に関与する，クローディンの透過性がどのような機序を介して，低下しているかにファミリーの細胞局在並びに mRNA 発現量には変化がついては明らかにされていない。本研究では，老化促進

観察されず，機能的な調節がされている可能性が示唆さ

モ デ ル で あ る Senescence-Accelerated Mouse Proneれた。以上より，消化管の老化による機能低下機序は部(SAMP) 1 マウス及び C57BL/6J マウスを用い，Ussing チ

位ごとに異なることが示唆された。

ャンバー法にて栄養素吸収機能並びにバリア機能につ277

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（４）RAA 系による大腸におけるクローディン発現の制御
廣田智恵子 1，髙階優衣 1，眞鍋 綾 1，古川千紗 1，石塚典子 2
林 久由 2，田渕圭章 3，松永俊之 4，五十里 彰 1（1 岐阜薬科大学 生化学研究室，2 静岡県立大学大学院 薬食生命科学総合学府 生理学
3 富山大学

生命科学先端研究センター，4 岐阜薬科大学 EGPS）

体内の塩分濃度の低下により，レニン-アンジオテンシ

CLDN7 の mRNA 量とタンパク質量が増加することを見ン-アルドステロン（RAA）系が活性化し，腸管や腎臓の出した。ANGII タイプ 1 受容体拮抗薬であるロサルタン

イオンチャネル及びトランスポーターを介した電解質の共処理により，CLDN7 の発現増加が抑制された。まの輸送が増加する。一方，RAA 系が細胞間イオン透過性

た，ANGII 処理によって核内の NF-κB 量が増加し，に及ぼす影響は不明な点が多い。これまでに我々は，低CLDN7 の転写活性が増加した。この効果は，NF-κB 阻

食塩食で飼育したマウスの遠位結腸において，細胞間接害剤である BAY 11-7082 の共処理によって有意に阻害さ着分子のクローディン-2（CLDN2）と CLDN7 の発現量れた。ANGII は塩素イオンとナトリウムイオンの透過比が増加することを報告した。マウス結腸由来 MCE301 細（PCl/PNa ）を増加させたため，塩分濃度の低下による胞をアルドステロン処理したところ，CLDN2 発現量がRAA 系の活性化，腸管の CLDN7 の発現増加を介して，増加したが，CLDN7 発現量は変化しなかった。今回，傍細胞性塩素イオン吸収が増加することが示唆された。

アンジオテンシン II（ANGII）の効果を検討したところ，（５）傍細胞輸送特性の再構成に向けて
古瀬幹夫（生理学研究所 細胞構造研究部門）
単純拡散である傍細胞輸送の特性は細胞間結合タイクローディンサブタイプを導入して様々な傍細胞輸送

トジャンクション（TJ）の膜タンパク質クローディンフ

特性を再構成し，上皮輸送に与える影響を解析すること

ァミリーの 20 を超えるサブタイプの組み合わせに大きを目指している。しかし，そのためには，クローディン

く依存する。クローディンには，TJ においてバリアを形を発現せず TJ を持たない上皮細胞株が必要となる。そ成するサブタイプと電解質を通すポアを形成するサブ

こで，我々は，典型的な上皮細胞の一つであるイヌ腎臓

タイプが存在する。そして，ポア型クローディンが関与

由来 MDCK II 細胞を用いて，ゲノム編集によりクローデ

する電解質の傍細胞輸送が経上皮輸送と巧妙に共役しィン遺伝子を多重に欠損させ，最終的に TJ を持たないて上皮輸送全体を制御していることが，遺伝子改変マウ

上皮細胞を樹立した。さらにこの細胞に特定のクローデスや遺伝病の研究から明らかにされてきた。我々は，安ィンサブタイプを単独で導入し，形成された TJ の特性

定した形質をもつ上皮細胞株を用いて，任意の組合せのを解析したので報告する。

（６）ヘテロ二量体型アミノ酸トランスポーターの構造機能解析
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 anutrient homeostasis, metabolic activities, renal amino acidplasma membrane amino acid transport family that plays

reabsorption and cell growth regulation. Members of HATs

important roles in various biological functions, for example,

are composed of two subunits, a transporter subunit (SLC7)278

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

and an auxiliary glycoprotein subunit (SLC3). There are 2with Nureki laboratory at the University of Tokyo, we havemembers of SLC3, SLC3A1 (rBAT) and SLC3A2 (CD98hc).

solved LAT1-CD98hc structures by cryo-EM imaging. To

Each glycoprotein subunit is able to form heterodimer with

explore the function and structure of LAT1-CD98hc in depth,

several types of the transport subunits. One of the attractive

LAT1-CD98hc was purified and reconstituted in a defined

HAT(CD98hc-LAT1).

liposome composition. The transport properties and kinetics

CD98hc-LAT1 is a promising target of cancer diagnosis andwere well illustrated. We recently extend a similar approachtherapeutic due to its high and specific upregulation in manyto understand the structure and function SLC7A9-SLC3A1,

cancers. LAT1-CD98hc supplies the cells with essential

another HAT member who is the cystinuria-causative genes.

amino acids and serves leucine as a signaling molecule forExtensive studies on these two complexes will provide acell-growth regulatory pathways via mTOR. In collaboration

better understanding of the HAT clans.

membersis

SLC3A2-SLC7A5（７）乳がん細胞 MDA-MB-231 の JPH203 抵抗性にはアミノ酸飢餓ストレスを介した
CTH の発現誘導が関与する
山賀貴，櫻井裕之（杏林大学 大学院医学研究科 薬理学教室）

アミノ酸トランスポーターLAT1 はがん細胞のMDA-MB-231 と T-47D の両方で誘導されていたが，増殖に寄与すると考えられており，新たな治療標的としATF4 をノックダウンした後に JPH203 を処理すると，て注目されているが，LAT1 阻害への感受性はがん細胞

MDA-MB-231 のみで生存率が減少した。ATF4 標的遺伝

によって様々である。

子のうち cystathionine gamma-lyase (CTH) は，酸化スト

[背景]

[目的]

LAT1 阻害への抵抗性のメカニズムを明らかにレスから細胞を保護することが報告されており，JPH203
によって MDA-MB-231 で誘導されていた。CTH をノッ

する。
[方法]

クダウンした後に JPH203 を処理すると，MDA-MB-231

LAT1 を発現する乳がん細胞株 MDA-MB-231 とT-47D を用いて，マイクロアレイで LAT1 特異的阻害薬

のみで生存率が減少した。

である JPH203 処理によって変動した遺伝子の解析を行

[考察]

った。

を介した抗酸化ストレス経路の活性化が関与すること[結果]

JPH203 処理により，ストレス応答に関与する転MDA-MB-231 の JPH203 への抵抗性は，ATF4が示唆された。

写 因 子 activating transcription factor 4 (ATF4) は ，（８）トランスポーターの non-canonical substrate を多階層的解析により明らかにする
永森收志（奈良県立医科大学 生体分子不均衡制御学）
質を明らかにすることを目指している。以下がその一例でこれまでの膜輸送体研究は，解析が容易であることの多い canonical な基質を対象として主に進められてきた。一ある。

方で，生体内においてトランスポーターは non-canonical

腎障害の診断の遅れは，罹患率や死亡率に大きな影響

な基質の輸送も行っており，それが，疾患や生理機能にとを与える。腎障害では特に糸球体が注目されているが，って重要であることが明らかになっている。我々は，メタ

近位尿細管の損傷も起き，それにより個々の膜輸送体タ

ボロミクス，プロテオミクス，ex vivo や細胞レベルからンパク質にだけでなく，輸送システム全体の協調にも障タンパク質レベルの機能解析といった多階層的な解析系

害がおこることが知られている。そこで，急性腎障害モを用いることで，トランスポーターの non-canonical な基

デルの早期虚血再灌流傷害（IRI）を起こしたマウス腎臓279

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

近位尿細管上皮刷子縁膜のプロテオーム解析から，傷害

D-セリンの輸送体を同定した。この発見は，non-canonical

反応性タンパク質の急激な上昇と多くのトランスポー

な基質輸送の役割を解明し，腎臓における D-セリン輸送

ターの減少を見いだした。その結果，初期 IRI のバイオシステムを明らかにした。このアプローチにより，他のマーカーを予測し，さらに詳細な多階層的解析のベンチ

膜輸送系の研究が進むことも期待される。

マークとして，腎障害バイオマーカーとして期待される（９）CNNM によるマグネシウムの輸送とその医学生物学的重要性
船戸洋佑，橋爪脩，吉田篤，山崎大輔，三木裕明（大阪大学 微生物病研究所 細胞制御分野）

マグネシウムは必須元素でありながら，細胞から Mg2+

細胞内 Mg2+ 濃度を増やすことでがん悪性化に関わることも明らかにしてきた。

を排出する分子の実体が不明であるなど，他の主要元素と比べ恒常性維持機構の理解が大きく遅れていた。我々

さらに最近，PRL による細胞内 Mg2+ 調節の異常ががは が ん 悪 性 化 を 促 す phosphatase of regenerating liverん組織で見られる酸性環境への適応にも関わることを（PRL）の結合分子として膜蛋白質 Cyclin M（CNNM）

見つけている。生体内の細胞外環境は pH 7.4 前後に厳密を同定し，イメージング解析などから CNNM が不明でに調節されており，通常細胞はこの環境で最もよく増殖

Mg2+ 排出分子であることを発見した。またノッする。一方がん組織はワールブルグ効果などの代謝変容

クアウトマウスを用いた解析より，CNNM が細胞内マグにより細胞外 pH が 6.5 前後にまで酸性化しており，PRL

ネシウム量の調節に加え，腸や腎臓の上皮細胞を介した高発現細胞はこの酸性環境で最も盛んに増殖していた。

マグネシウムの吸収／再吸収に寄与し，個体でのマグネ細胞内 Mg2+ の調節異常が酸性適応を促す仕組みも明らシウム恒常性維持にも重要であることを見つけている。

かにしており，この最新の研究成果についても紹介する。

あった

また悪性がん組織で高発現する PRL は CNNM を阻害し，（10）細胞外の微量金属環境が極性細胞の膜輸送に与える影響
神戸大朋（京都大学大学院 生命科学研究科）
上皮細胞のアピカル膜とバソラテラル膜には，様々な鉄やマンガンも輸送できる ZIP8 を誘導発現させると，亜鉛トランスポーターが発現する。これまでアピカル膜

通常の培養では ZIP4 の場合と同様に ZNT1 の発現が増加に発現する複数の ZIP が亜鉛濃度に応じて発現制御されするが，培養液中に数 μM のマンガンが共存すると，ることがよく知られていたが，最近，我々はバソラテラ

ZNT1 の発現は逆に減少する。この ZNT1 の発現減少は，

ル膜に局在し，唯一の亜鉛エクスポーターである ZNT1

ZIP8 特異的であり，ZIP4 を誘導した時には見出されなが，亜鉛濃度の減少に応じて細胞表面から細胞内に取りい。以上の結果は，アピカル膜に発現する個々の ZIP の込まれて分解されることを見出した。この結果は，ZIP発現量に加えて，細胞外の微量金属環境に応じてバソラと ZNT1 の発現のバランスが個体レベルの亜鉛ホメオス

テラル膜の ZNT1 の発現量が制御されていることを示唆

タシス維持に重要であることを示している。

している。様々な金属により亜鉛ホメオスタシスは撹乱

上皮細胞アピカル膜に ZIP4 を誘導発現させると，培されるが，その機序は不明であった。今回見出したマン

養液中に微量に存在する亜鉛が細胞内に取り込まれるガンによる ZNT1 の発現変化は，その分子機序の一端をために，ZNT1 の発現は上昇する。一方，亜鉛に加えて明示していると考えている。

280

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（11）二価鉄イオンを標的とした蛍光プローブとイメージング研究への応用平山祐（岐阜薬科大学 薬化学研究室）

鉄は生体内に最も多く含まれる遷移金属種であり，そイオンを選択的に検出できる蛍光プローブを開発し，の生命機能は多岐にわたる。一方，鉄の過剰や欠乏は様々なモデル系において二価鉄イメージング研究を実

様々な疾患の要因となり，特に鉄過剰はがんや神経変性施してきた。本発表では，二価鉄イメージング蛍光プロ疾患に関与していると言われている。細胞内では，還元ーブの作用機序とこれらを使った過去のイメージング性物質であるグルタチオンが大量に存在していること，研究の概要について紹介し，その後，最近研究が盛んに鉄の輸送タンパク質として知られる PCBP1/2 との結合進められている鉄依存性細胞死（フェロトーシス）にお性から，細胞内での鉄輸送は主に二価鉄の状態で行われける二価鉄変動イメージングと，トランスフェリン・ト

る。その一方，二価鉄は酸化ストレスの根源とも言える

ランスフェリン受容体を介した細胞の鉄イオン取込のフェントン反応の基質であり，種々の病態のトリガーに

リアルタイムイメージング，および二価鉄を指標としたもなりうる。我々は，このような生体内における「鉄イハイスループットスクリーニングについて紹介したい。

オン自体」の挙動と機能を追跡するべく，細胞内二価鉄（12）Intracellular pH of airway surface epithelia in luminally-perfused mice bronchioles
Libin Liu1，Akiko Yamamoto1，Makoto Yamaguchi1，Itsuka Taniguchi1，Nao Nomura1
Miyuki Nakakuki1，Yuka Kozawa1，Mayuko Higuchi1，Tsutomu Tamada2，Hiroshi Ishiguro1（1Department of Human Nutrition, Nagoya University Graduate School of Medicine, Nagoya
2Department of Respiratory Medicine, Tohoku University Graduate School of Medicine, Sendai）

HCO3- concentration of airway surface liquid is important for(replaced with gluconate) did not affect pHi. When both bathantimicrobial activity and mucociliary clearance in airway.

and lumen were perfused with the standard HCO3--CO2-

Recent studies on H+/HCO3- transporters in airway epithelium

buffered solution, removal of luminal Cl- caused reversible

mainly use human nasal epithelial cells or Calu-3 cells. In theelevation of pHi from 6.93±0.02 to 7.05±0.03 (n=8) in 4 min,-present study, we have tried to characterize HCO3 transport insuggesting that Cl--HCO3- exchange mediates HCO3- secretion

airway surface epithelium by using luminally-perfused

across the apical membrane. The intracellular alkalization

bronchioles from mice. Tertiary bronchi (150-180 μm diameter)caused by removal of luminal Cl- in the presence of HCO3- waswere dissected from the lungs of C57BL/6J mice and the lumen

largely inhibited by luminal application of H2DIDS (200 μM).

was microperfused using concentric holding and perfusion

While luminal application of higher concentration of amiloride

pipettes. The epithelium was loaded with BCECF by applying(100 μM) caused decline of pHi by 0.06±0.01 (n=8) in 5 min.

BCECF-AM (5 μM) to the lumen for 10 min and changes in

Luminal application of lower concentration of amiloride (1 μM)

intracellular pH (pHi) were measured by microfluorometry atcaused elevation of pHi by 0.03±0.00 (n=8) in 4 min.
In summary, the present data suggest that Cl--HCO3-

37 °C.

exchange, Na+-H+ exchange, and ENaC in the apical membrane

When both bath and lumen were perfused with the
HCO3--free Hepes-buffered solution, removal of luminal Cl-

are involved in HCO3- secretion by airway surface epithelia.

281

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（13）新生仔マウス初期培養上衣線毛細胞の培養系の確立
名本有里枝 1，石井佑季 1，中張隆司 2，浅野真司 1（1 立命館大学 薬学部，2 立命館大学 総合科学技術研究機構）
脳室表面を覆う上衣細胞には多数の運動性線毛が存在した。こうして得られた上衣線毛細胞を，高速度カメラをし，脈絡叢で産生された脳脊髄液の流動や，神経細胞の移接続した倒立光学顕微鏡の灌流チャンバーにセットし，ビ動の誘導に関わる。上衣線毛の形成や運動に障害があるとデオ画像を解析し，ciliary beat frequency (CBF) と ciliary

水頭症を引き起こすことが報告されているが，線毛の発達

beat distance (CBD) を測定した。

や運動の調節機構は十分に解明されていない。この問題を

脳室上衣線毛細胞数は Transwell に播種後 1-5 週間に渡解決するには，安定な実験系として，脳室上衣線毛細胞のり増加した。線毛運動の CBF 値は 12.6 Hz から 5 週間で初代培養系が必要である。本研究では，マウスから初期培

19.9 Hz に増加した。一方，CBD 値は 5 週間維持された。

養上衣線毛細胞の培養系を構築し，運動の解析を行った。

脳室上衣線毛細胞は CO2/HCO3--free 条件下で CBF 及び新生仔マウスの全脳の細胞懸濁液をtrypsin 処理した後，CBD 値が増加し細胞内 pH 依存性が示唆された。

10 % FBS を含む DMEM を用いてフラスコ中で培養した。

Transwell を用いた極性培養により，脳室上衣線毛細胞

1 週間後，細胞を回収して Transwell chamber insert に播種をより生理的な環境に近い条件で培養できた。また，脳室し 10 % FBS を含む DMEM 培地下で 2 日間培養した。そ上衣線毛細胞の分化と維持には apical 側の培地に FBS をの後，basal 側の培地として 10 % FBS を含む DMEM を，含まない条件が必要であると考えられた。

apical 側の培地として FBS を含まない MEM を用いて培養（14）肺多線毛上皮での線毛運動調節における Ezrin の役割の検討
川口高徳 1，小木曽遥香 2，齋藤大地 1，安岡加紗音 1，中張隆司 2，浅野真司 1（1 立命館大学 薬学部，2 立命館大学 総合科学技術研究機構）
気道上皮では，多線毛細胞において運動線毛が，液層その結果，野生型マウスの肺多線毛細胞において，β2ARの流れを作り出すことで，感染防御の維持に重要である。

が Ezrin と subapical 領域で共発現していることが明らかと線毛運動の活性化は，細胞内での cAMP レベルの上昇やなった。また，Vil2kd/kd マウスの肺多線毛細胞において，

pH の変化によって引き起こされる。Ezrin は，apical 膜

野生型マウスと比較して β2AR 刺激薬であるプロカテロで局在するタンパク質のリンカータンパク質であり，気ール処理で起こる線毛運動の周波数（CBF）と振幅（CBA）

道上皮でも線毛運動活性化に関わる β2 アドレナリン受の増加率が低く，反応性の低下が見られた。IBMX 処理時

容体 (β2AR) および PKA の局在に重要な役割を担う可には，野生型および Vil2kd/kd マウス間に CBF，CBA の能性がある。本研究では，野生型マウスと比較して Ezrin

違いは見られなかった。以上から，Ezrin は肺多線毛細胞の発現を 5%以下まで抑制した Ezrin ノックダウンマウス

において β2AR 刺激時の PKA を介した cAMP レベルの上（Vil2kd/kd マウス）を用いて，気道線毛の機能や β2AR

昇による線毛運動の活性化に重要な役割を担う可能性がの局在の制御における Ezrin の役割を検討した。

考えられる。

282

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（15）ステロイド薬による抗アレルギー作用と電気生理学的手法による定量化
風間逸郎（宮城大学 看護学群）
アレルギー反応の際に肥満細胞がヒスタミンなどを

チゾンやデキサメタゾンの存在下でエクソサイトーシス

放出する過程（開口分泌現象；エクソサイトーシス）は，を誘発し，脱顆粒現象を観察した。また，ホールセル・パ

電気的細胞膜容量測定法による解析が可能である。これ

ッチクランプ法を用いて電気的細胞膜容量の変化を測定

までわれわれは，ラット腹膜由来肥満細胞に対し本電気

し，これらの薬剤がエクソサイトーシスの過程に及ぼす作

生理学的手法を用いることにより，一部の抗アレルギー用について定量化した。その結果，肥満細胞に対する内的薬が，組織のヒスタミン受容体に拮抗するだけでなく，または外的刺激によりエクソサイトーシスが惹起され，脱肥満細胞におけるエクソサイトーシスの過程そのもの

顆粒現象の進行と共に細胞膜容量は増加した。比較的低用を阻害することによって（“肥満細胞安定化作用”），量のステロイド薬（1, 10 μM）は，これらの変化に影響をより強力な抗アレルギー作用を発揮することを明らか与えなかったが，高用量のステロイド薬（100, 200 μM）にしてきた。

は速やかに，脱顆粒現象や膜容量の増加を有意に抑制した。

副腎皮質ステロイド薬は強力な抗炎症薬であるが，急性以上の結果より，ステロイド薬は用量依存性にエクソサイ

期には抗アレルギー作用をも発揮することが分かっていトーシスの過程を阻害し，“肥満細胞安定化作用”を発揮る。しかし，本薬剤が，肥満細胞からのエクソサイトーシすることが明らかになった。本作用は，ステロイド薬が有スそのものに及ぼす作用の詳細は明らかでない。そこで本する“non-genomic”な即時作用の本体である可能性が高研究では，ラット腹腔より肥満細胞を単離後，ヒドロコル

いと考えられた。

（16）選択的 LAT1 阻害薬 JPH203 前暴露によるアミノ酸輸送阻害効果
奥主健太郎，降幡知巳，森尾花恵，霊園良恵，安西尚彦（千葉大学 大学院医学研究院 薬理学）
JPH203 は，腫瘍細胞における必須アミノ酸の取り込み

析では，HT-29 細胞を 10 μM の JPH203 と 30，60，120 分に主要な役割を果たす L 型アミノ酸トランスポーター1

間前暴露すると，ロイシンの取り込み活性がそれぞれ対照（LAT1）を標的とする新規抗がん薬である。JPH203 の共細胞の 42 ％，32 ％，28 ％と低下した。さらに，前暴露培養による阻害効果は，従来の取り込みアッセイで示され効果と共培養効果の組み合わせの IC50 値は，共培養阻害ていますが，その前暴露による阻害効果は未だ明らかではのみの場合よりも低かった（34.2±3.6 nM vs 99.2±11.0

ない。今回，LAT1 発現ヒト大腸癌 HT-29 細胞でロイシンnM）。JPH203 には前暴露効果を通じて LAT1 機能を阻害

取り込みアッセイを用いて LAT1 機能に対する JPH203 のする能力があることが明らかになった。これらの知見は，前暴露阻害効果の特徴解明を目的とした。細胞を JPH203

癌治療における JPH203 の抗癌効果への新しい洞察を提供（0.3 μM で 120 分間）と前暴露すると，対照細胞におけする。

る活性レベルの 30 ％に低下した。同様に，時間依存性解（17）脂肪肝増悪因子としてのコレステロールトランスポーターNPC1L1 に関する研究
高田龍平，豊田優，山梨義英，鈴木洋史（東京大学 医学部附属病院 薬剤部）

コレステロールトランスポーターとして知られる

腸特異的に発現し，コレステロールの消化管吸収を担う

Niemann-Pick C1-Like 1 (NPC1L1) は，マウスではほぼ小ことが知られている。一方，ヒトにおける NPC1L1 は小283

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

腸のみならず肝臓においても高発現している。ところが，

よびその結果を踏まえた in vivo 阻害剤投与実験の結果か

肝臓の NPC1L1（肝 NPC1L1）が胆汁に排泄されたコレら，肝 NPC1L1 依存的な高脂肪食性脂肪肝誘導におけるステロールの再吸収に関与することが見出されている

TLR4 シグナルの関与が明らかとなった。また，脂肪肝

ものの，その生理的重要性については不明な点が多い。

が誘導された L1-Tg マウスにエゼチミブを含む高脂肪食

そこで，肝臓への脂肪蓄積に注目した以下の検討を行っを与えたところ，30 日後には肝臓中の中性脂肪レベルがた。

大幅に低下し，脂肪肝治療効果が認められた。

ヒト NPC1L1 を肝臓に発現する遺伝子改変マウス

以上の結果から，肝 NPC1L1 が脂肪肝増悪因子である（L1-Tg マウス）に高脂肪食を 2 週間与えると，顕著なことが示唆された。ヒトに近い肝臓を持つ L1-Tg マウス

脂肪肝が誘導された。一方，NPC1L1 阻害薬エゼチミブ

において，高脂肪食誘導性の脂肪肝が早期に認められたを含む高脂肪食を与えたところ，脂肪肝は誘導されなかことは興味深く，この原因となる分子機構についてさらった。さらに，肝組織を用いたマイクロアレイ解析，おなる検討を進めている。

（18）唾液腺水分泌の駆動力として働く Cl-分泌における Na+-グルコース共輸送体の役割
杉田

誠 1，竹安美彩 2，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）

唾液腺腺房細胞では副交感神経性刺激により細胞内介し分泌される量を表出する。Carbachol 刺激により誘発

2+ 濃度が上昇し，基底側方膜の Na+-K+-2Cl- 共輸送体

される顎下腺からの持続的な水分泌は Na+-グルコース（NKCC）を介して細胞内に輸送された Cl- が Ca2+ 依存

共輸送体 SGLT1 を阻害する phlorizin の投与により抑制

Ca-性 Cl チャネル（TMEM16A）を介して腺腔側へ分泌され，された。分離腺房細胞でのグラミシジン穿孔パッチクラ

水分泌を駆動する。本研究では分離腺房細胞でのグラミ

ンプとホールセルパッチクランプの双方の記録におい

シジン穿孔パッチクランプ解析とホールセルパッチクて，carbachol 刺激は振動性 Cl- 電流を誘発した。Carbachol

ランプ解析の比較，および顎下腺灌流標本での唾液分泌により誘発される振動性 Cl- 電流は phlorizin の投与によ速度測定を用い，carbachol 刺激により誘発される Cl- 電って，ホールセルパッチクランプ記録よりも，グラミシ

流・水分泌のグルコース輸送体活性への依存性を探究し

ジン穿孔パッチクランプ記録において顕著に抑制され-た。ホールセルパッチクランプで記録される Cl 電流はた。SGLT1 阻害により，NKCC 依存的な TMEM16A を

TMEM16A の活性化状態を表出するのに比較し，グラミ

介する Cl- 分泌が抑制され，水分泌が抑制されることがシジン穿孔パッチクランプで記録される Cl- 電流は示唆された。

-

NKCC を介して細胞内に輸送された Cl が TMEM16A を284

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第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（19）胃壁細胞の酸分泌刺激状態と休止状態における膜構造とイオン輸送機能の解析
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3 奈良県立医科大学

理工研究域 電子情報学系

生体分子不均衡制御学 共同研究講座）

胃壁細胞は，酸分泌刺激により細胞内の細管小胞が互規機能分子の同定を目的として，永森グループがブタ胃いに融合し頂端膜につながることで，管腔側の表面形状

粘膜より精製した頂端膜由来ベシクルと細管小胞由来が劇的に変化する。頂端膜と細管小胞では，胃プロトン

ベシクルを用いた網羅的定量プロテオーム解析を行い，+,K+-ATPase）と共役する機能分子が異なってポンプ（H

我々は細管小胞において Na+/H+交換輸送体（NHE）が高おり，酸分泌に伴う膜構造変化およびイオン輸送機能の発現していることを見出した。ブタ胃粘膜の免疫組織染分子機構の解明には異分野融合による研究が必要であ

色 に よ り ， NHE は 胃 壁 細 胞 に 高 発 現 し て お り ，る。我々は，ラット胃より初代培養胃壁細胞を作製し，H+,K+-ATPase と部分的に共局在していることがわかっ

高橋グループにより新たに開発されたナノピペット型

た。アクリジンオレンジを用いたベシクル内 pH 測定に

pH センサーにより，管腔表面 pH 変化のリアルタイム計

おいて，NHE 特異的阻害剤により ATP 依存性の細管小測，および走査型イオンコンダクタンス顕微鏡（SICM）

胞 内 の pH が 有 意 に 上 昇 し た こ と か ら ， NHE がを用いた頂端膜表面形状のナノスケールレベルでの動H+,K+-ATPase と機能共役している可能性が示唆された。

的変化の可視化に成功した。また，酸分泌に関与する新285

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第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

6．温熱生理研究会
2020 年 8 月 27 日
代表世話人：志水泰武（岐阜大学）
所内対応者：富永真琴（生命創成探究センター／生理学研究所）（１）温度感受性 TRP マウスの温度行動解析
宇治澤知代，富永真琴（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）（２）運動中のマスク着用の有無が深部体温および身体周囲環境に及ぼす影響加藤一聖 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）（３）カプサイシン投与による脱感作が暑熱下での自発運動抑制に及ぼす影響
増田雄太 1，丸井朱里 2，加藤一聖 1，唐木幸音 1, 坂井里帆 1，永島

計2

（１早稲田大学 人間科学研究科，2 早稲田大学 人間科学学術院 体温･体液研究室）（４）心理ストレス性交感神経反応を駆動する脳神経回路
片岡直也, 嶋 裕太, 中村和弘
（名古屋大学大学院 医学系研究科 統合生理学）（５）視床下部室傍核オキシトシン神経系による褐色脂肪熱産生の促進福島章紘，中村和弘（名古屋大学大学院 医学系研究科 統合生理学）（６）3 種単糖：グルコース，フルクトース，アルロースの GLP-1 分泌能と体熱産生作用の比較坂本侑津希 1，武藤明日香 1，矢田俊彦 2，岩崎有作 1,3（1 京都府立大学 生命環境学部，2 関西電力医学研究所,
3 京都府立大学大学院

生命環境科学研究科室）（７）カイコとクワコの温度センサーと休眠誘導
塩見邦博 1，横山

岳 2，下田みさと 3，齋藤茂 4，富永真琴 4（１信州大学 繊維学部，2 東京農工大学 農学部
3

群馬蚕糸技術センター，4 生理学研究所 細胞生理部門）（８）冬眠ハムスターにおける低温ショックタンパク質の選択的スプライシングによる発現調節析
椎名貴彦 1,2，堀井有希 2，志水泰武 1,2,3（１岐阜大学 応用生物科学部 共同獣医学科
2 岐阜大学大学院
3 岐阜大学

連合獣医学研究科

生命の鎖統合研究センター（G-CHAIN））（９）非冬眠動物における冬眠様状態の誘導
砂川玄志郎（理化学研究所 生命機能科学研究センター 老化分子生物学研究チーム･網膜再生医療研究開発プロジェクト）【参加者名】
岡松優子・斉藤昌之・高澤学），梅川翠・石本太我（北海道大田雄太・坂井里帆（早稲田大学），時澤結（秋田県総合食品研究センター），大西浩史（群馬大学），永島

衛生総合研究所），塚本大輔・石野計・丸井朱里・加藤一聖・増白畠由比穂・関286

健（労働安全匠・安達めぐみ・皓太（北里大学），内田邦敏（静岡県生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告立大学），塩見邦博（信州大学），志水泰武・椎名貴彦・

二連木晋輔（オハイオ州立大学），中島英（味の素㈱），堀井有希（岐阜大学），福島章紘・片岡直也（名古屋大富永真琴・根本知己・曽我部隆彰・榎木亮介・齋藤学），安井美桜（名古屋市立大学），佐藤麻紀・犬飼洋

Derouiche Sandra・水藤拓人・佐藤翔馬・丸山健太・渡我子（愛知医科大学），内田有希（奈良女子大学），岩崎部ゆき・Feng Xiaona・Nguyen Thi Hong Dung・Lei Jing・

有作・大林健人・清水天幸（京都府立大学），天野郁子・

Deveci Aykut・Deng Xiangmei・高橋泰伽（生理学研究所

古武達也（京都大学），砂川玄志郎（理化学研究所），／生命創成探究センター）

茂・

【概要】
2020 年度の温熱生理研究会（代表 岐阜大学・志水泰武

ことを示した。福島は視床下部室傍核から吻側延髄縫線核（以下敬称略））は，新型コロナ感染症の影響で参集して（rMR）へ投射するオキシトシン神経系が，交感神経プレ行うことができなかったため，遠隔会議システム（Zoom）

モーターニューロンの興奮性を増強し，交感神経活動を促を活用して実施した。初めての試みであったが，事務局の進することを示した。岩崎はフルクトースとアルロースがきめ細かい準備と統制の取れた運営により，参集型の研究

強い GLP-1 分泌促進能を有し，GLP-1 分泌と GLP-1 受容会と遜色のない活発な討論が実現できた。演題申し込み数

体を介して体熱産生を誘導することを報告した。

は例年より少なかったが，登録期間の延長や演題登録の個

第 3 セッションの座長は，岡松が担当した。塩見はカイ別依頼を避け，討論に費やす時間を十分に確保することとコ休眠誘導のしくみを家畜化前のクワコと比較しながら検した。その結果として，わずか９題の研究成果発表であっ証し，次世代卵の休眠性は母蛾が胚期に受けた温度条件がたが，非常に活発な討論が行われ，充実した研究会となっ優先的となるカイコと幼虫期の日長条件で次世代卵の休眠た。

性が決定するクワコの違い明確に示す性かを報告した。椎

第 1 セッションの座長は内田が担当し，3 名の演者が研

名は冬眠動物の低温耐性のメカニズムを解明するために低究成果報告を行った。富永は従来法の欠点を解消する画期

温ショックタンパク質のひとつである Cold-inducible RNA-

的な温度依存性行動解析法を紹介し，各種 TRP チャネル

binding protein（CIRP）に着目し，シリアンハムスターにおの欠損マウスを用いた最新の結果を報告した。加藤はマス

ける CIRP の発現調節について報告した。砂川はマウスのク着用の有無が運動中の深部体温に及ぼす影響を示した。

脳（視床下部）の一部に存在する Q 神経
（Quiescence-inducing

猛暑の中，マスク着用が励行される状況下でタイムリーな

neurons : 休眠誘導神経）を興奮させると，マウスの体温・話題であった。増田は，カプサイシン投与による TRPV1

代謝が数日間にわたって著しく低下することを示し，冬眠受容体の感受性低下が暑熱環境での運動量低下を抑制すしない動物に冬眠様状態を誘導できすこと，すなわち人間る可能性を示した。

でも冬眠を誘導できる可能性があることを報告した。

第 2 セッションでの座長は，砂川が務めた。片岡は心理いずれの報告においても有意義な議論がなされた。

ストレスを受けたラットにおける体温上昇，頻脈について，

WEB 開催であることから，懇親会は実施できなかったが，

腹内側前頭前皮質の DP/DTT 領域から視床下部背内側部

質疑応答の時間を十分確保できたことから充実した研究（DMH），延髄縫線核への神経路が重要な神経路になる会となった。

（１）温度感受性 TRP マウスの温度行動解析
宇治澤知代，富永真琴（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）
マウスの温度依存性行動は，これまで two-plate test やができる円形の Thermal gradient ring を用いて，野生型マ

温度勾配をもった直線 plate で調べられてきたが，温度分ウスと種々の温度感受性 TRP 欠損マウスの温度依存性解能が高くなく，端に居たがるというマウスの性質によ行動を観察した。360 度の ring を半分ずつ 12 のゾーンにる影響を受ける欠点があった。そこで，自由に動くこと

分け，滞在時間（Spent time），移動距離（Travel distance），

287

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

移動速度（Moving speed），加速度（Acceleration）を検欠損マウスは他のマウスと比べて 11.5 度から 14.4 度の討した。

ゾーンの滞在時間が長かった。移動距離の解析では，野11.5 度から 43.6 度の gradient での滞在時間の解析で，生型マウス，TRPM2 欠損マウス，TRPA1 欠損マウスは野生型マウス，TRPM2 欠損マウス，TRPA1 欠損マウス

他のマウスに比べて移動距離が短かった。TRPV1 欠損マ

は約 34 度に最もよく滞在した。他のマウス（TRPV1 欠

ウスは熱い温度ゾーンで入りやすかったが，TRPA1 欠損

損マウス，TRPV3 欠損マウス，TRPV4 欠損マウス，

マウスは低温ゾーンでの行動に野生型マウスと差がな

TRPM8 欠損マウス）はより低い温度を好んだ。TRPM8

かった。

（２）運動中のマスク着用の有無が深部体温および身体周囲環境に及ぼす影響加藤一聖 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）
感染症予防を目的としてマスクの着用が一般化してTchest），局所相対湿度（RHface; Rhchest）を測定した。

いる。一方，厚生労働省は暑熱環境でのマスク着用が熱マスク着用により運動開始後の息苦しさ，運動終了時

中症発症リスクを高めると注意喚起を行なっている。しの不快感が上昇する傾向が見られた。両試行において 10

かし，マスクによる体温調節反応の影響を調べた研究は分間の運動により Tear, Tchest の上昇が確認された。マ少なく，エビデンスは乏しい。暑熱環境での現場を模しスク着用による Tear, Tface, Tchest の変化は見られなかた実験を行い，マスク着用による影響を調べることを目ったが，マスク条件では運動によって RHface が上昇す的とした。

る傾向が見られた。

建設現場で働く若年成人男性 2 名を対象とした。屋外建本研究では，マスク着用による運動時の深部体温，皮設施設において 10 分間の中程度強度の運動を，マスクの膚温度の変化は見られず，RHface が上昇した。したがっ着用の有無の 2 試行に分けて実施した。運動開始前，運動て感覚指標の変化は RHface の上昇に依存すると考えら

開始後 5 分，運動終了後にアンケートによる主観的感覚，れた。本研究によりマスク着用は感覚指標への影響に留

鼓膜温度（Tear），顔面および胸部の皮膚温度（Tface;

まり，体温調節反応に影響しないことが示唆された。

（３）カプサイシン投与による脱感作が暑熱下での自発運動抑制に及ぼす影響
増田雄太 1，丸井朱里 2，加藤一聖 1, 唐木幸音 1, 坂井里帆 1, 永島

計2（１早稲田大学 人間科学研究科 体温･体液研究室，2 早稲田大学 人間科学学術院 体温･体液研究室）
マウスを暑熱暴露（33 ºC）すると，回転ホイールで測（Ve 群）の 2 群にマウスを分けた。カプサイシン投与に定した運動量が低下することを我々の研究室では報告しよる脱感作現象は eye-wiping test で評価した。次に，マウている。しかし，この環境でマウスを２週間以上飼育する

スは 12 時間の明暗サイクルで飼育し，25 ºC で飼育を行うと，運動量は徐々に増加してくる。このメカニズムとして，

条件（25 ºC 条件）と暗期の最初 6 時間を 33 ºC に環境温

皮膚での温度センサーの一つである Transient Receptorを維持した条件（33 ºC 条件）で，回転ホイールでの自発Potential Vanilloid 1 (TRPV1) の発現低下が関与する可能的運動量を測定した。

性が示唆されている。本研究では，カプサイシン投与によ6 時間のホイール運動の合計回転数は 25ºC 条件では群る TRPV1 受容体の感受性低下（脱感作現象）が暑熱環境間の差はなく，33 ºC 条件では CAP 群の運動量が Ve 群と下における自発的運動に及ぼす影響を検討した。

比較して有意に高値を示した（CAP 群 33 ºC, 1556±267
回転; Ve 群 33 ºC, 815±130 回転）。カプサイシン投与にカプサイシン投与を行う群（CAP 群）と Vehicle 投与群288

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第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

よる TRPV1 受容体の感受性低下が暑熱環境での運動量低下を抑制する可能性が示唆された。

（４）心理ストレス性交感神経反応を駆動する脳神経回路
片岡直也，嶋裕太，中村和弘（名古屋大学大学院 医学系研究科 統合生理学）
心理ストレスを受けたラットの脳内では，視床下部背と，心理ストレスによる BAT 熱産生と体温上昇が消失

内側部（DMH）から延髄縫線核への神経路が活性化され，した。この AAV 二重感染法を用いて，DP/DTT→DMH

交感神経系を介して褐色脂肪組織（BAT）熱産生，体温

投射神経選択的に光駆動型クロライドチャネルを発現上昇，頻脈が惹起される。我々は最近，DMH が腹内側させ，その軸索終末が分布する DMH を光照射して神経

前頭前皮質の DP/DTT 領域からグルタミン酸作動性のス伝達を抑制すると，社会的敗北ストレスによる体温，脈トレス信号を受けることを見出した。DP/DTT→DMH 神

拍，血圧の上昇ならびにストレス源からの逃避行動が強経路が心理ストレス反応にどの程度重要なのかを検討

く抑制された。これらの結果から，DP/DTT→DMH 神経するため，順行性および逆行性のアデノ随伴ウイルス

路は大脳皮質の心理ストレス信号を視床下部へ伝達し，（AAV）を DP/DTT および DMH へ注入し，DP/DTT→

ストレスに対処するための自律神経反応と行動を惹起

DMH 投射神経選択的に caspase3 を発現させて破壊するする重要な神経路であることが明らかになった。

（５）視床下部室傍核オキシトシン神経系による褐色脂肪熱産生の促進福島章紘，中村和弘（名古屋大学大学院 医学系研究科 統合生理学）
れ，視索上核では標識されなかった。

視床下部に存在するオキシトシンニューロンは様々な脳領域へ投射し，母性行動や社会的相互作用，ストレ麻酔ラットの rMR にオキシトシンを微量投与すると，ス反応などを修飾することが知られる。本研究は，オキ

褐色脂肪組織の交感神経活動の増加や頻脈が誘導され，シトシンによる自律神経機能修飾とその機構を明らか

この作用はオキシトシン受容体拮抗薬によって阻害さにすることを目指し，視床下部室傍核から吻側延髄縫線

れた。また，このオキシトシン微量投与は，rMR でのグ

核（rMR）へ投射するオキシトシン神経系の機能を検討

ルタミン酸作動性興奮性神経伝達も増強した。さらに，した。

光遺伝学技術を用いて，室傍核から rMR へのオキシトシ

オキシトシンニューロン選択的に膜移行型 GFP を発ン神経伝達を選択的に刺激すると，rMR 内オキシトシン

現させるウイルス（Oxy-Tet-palGFP virus）をラット室傍微量投与と同様の交感神経反応が誘導された。

核に注入すると，rMR において GFP 陽性軸索と VGLUT3以上より，室傍核オキシトシンニューロンの一部は陽性交感神経プレモーターニューロン間でのシナプス

rMR へ軸索投射して交感神経プレモーターニューロン様構造が観察された。また，rMR からの逆行性標識では，の興奮性を増強し，交感神経活動を促進することが示さ

室傍核尾側部のオキシトシンニューロンが多く標識さ

れた。

289

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第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（６）3 種単糖：グルコース，フルクトース，アルロースの GLP-1 分泌能と体熱産生作用の比較坂本侑津希 1，武藤明日香 1，矢田俊彦 2，岩崎有作 1,3（1 京都府立大学 生命環境学部
2 関西電力医学研究所
3 京都府立大学大学院

生命環境科学研究科）

食事誘発性熱産生には，栄養素の消化・吸収・代謝に

本研究では，3 種の六炭糖（グルコース，フルクトー

伴う熱産生（特異動的作用）に加えて，非栄養素成分にス，アルロース）に着目し，これら GLP-1 分泌促進能とよる体熱産生作用も含まれる。しかし，後者の熱産生機

体温上昇作用を，マウスを用いて比較・検討した。
3 種の単糖のうち，フルクトースとアルロースに強い構については未だ不明な点が多い。
発表者らは，食後誘発性熱産生に食後分泌促進される

GLP-1 分泌促進作用がみられた。そして，フルクトース

消化管ホルモンの glucagon-like peptide-1（GLP-1）が関とアルロースの経口投与はマウスの直腸温を有意に上与する可能性を見出し，2018 年の本研究会にて発表した。

昇させた。GLP-1 分泌を促進させない腹腔内投与では直GLP-1 はグルコースやフルクトースによって分泌される腸温を変化させなかった。加えて，GLP-1 受容体欠損マことが報告されている。加えて，フルクトースの類縁体

ウスへのフルクトースまたはアルロースの経口投与に（C3-エピマー）でゼロカロリー甘味料（非栄養素成分）

おいて，直腸温の上昇は全く観察されなかった。以上のである希少糖「アルロース」が，強力な GLP-1 分泌促進

結果より，フルクトースとアルロースは，強い GLP-1 分

成分：GLP-1 リリーサーであることを発表者らは発見し泌促進能を有し，GLP-1 分泌と GLP-1 受容体を介して体た（Y. Iwasaki et al., Nat Commun 2018）。

熱産生を誘導することが示された。

（７）カイコとクワコの温度センサーと休眠誘導
塩見邦博 1，横山

岳 2，下田みさと 3，齋藤茂 4，富永真琴 4（１信州大学 繊維学部，2 東京農工大学 農学部
3 群馬蚕糸技術センター，4 生理学研究所

細胞生理部門カイコ（Bombyx mori）は 5 千〜1 万年前の中国にお15DD に保護しても，それらの温度条件は休眠性の決定

いて祖先種のクワコ（Bombyx mandarina）から家畜化さに関係なく，幼虫期の日長条件で次世代卵の休眠性が決れたと考えられている。家畜化の過程でさまざま興味深定する。

い形質を獲得しており，休眠誘導のしくみもその一つで我々はこのようなカイコの家畜化過程における環境ある。カイコもクワコも胚休眠といって卵の時期に休眠

応答の分子機構の解析に着手している。カイコでは温度する。2 化性のカイコの場合，次世代卵の休眠性は母蛾センサーと時計タンパク質の強い繋がりがあり，これがが胚期に受けた温度条件が優先的に作用し決定される。

休眠性の決定に重要であり，クワコではこの繋がりが弱

例えば 25℃・全暗（25DD）の場合，幼虫期がいかなるいために幼虫期の日長条件が休眠性の決定に重要にな

日長条件でも休眠卵を産卵し，15DD の場合では非休眠ると推測した。

卵を産卵する。一方，クワコの場合，たとえ 25DD や290

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（８）Thermal Gradi 冬眠ハムスターにおける低温ショックタンパク質の選択的スプライシングによる発現調節
椎名貴彦 1,2，堀井有希 2，志水泰武 1,2,3（１岐阜大学 応用生物科学部 共同獣医学科
2 岐阜大学大学院
3 岐阜大学

連合獣医学研究科,

生命の鎖統合研究センター（G-CHAIN））

リスやハムスターなどの一部の哺乳類は，冬季の厳しを考えると，冬眠動物の低温耐性機構に低温ショックタ

い環境で生存するために，自発的に体温を下げ冬眠する。

ンパク質が寄与すると予想される。私たちは低温耐性の

冬眠時には体温が 10 °C 以下になるにもかかわらず，心メカニズムを解明する一環として，低温ショックタンパ

拍動や呼吸といった生命維持に必須の活動が行われる

ク質のひとつである Cold-inducible RNA-binding protein

ことから，冬眠動物には低体温に耐える機構が備わって（CIRP）に着目した研究を進めてきた。その結果，１）いると考えられる。一方，冬眠動物には虚血や放射線照

冬眠時のハムスターにおける CIRP は，スプライシング

射などによる臓器障害が極めて軽微であるという特性レベルの調節を受け，転写量自体に依存せずに機能的ながある。冬眠動物の低体温耐を解明し，ヒトを含めた非タンパク質の発現が増加する，２）CIRPmRNA のスプラ

冬眠動物に適用できれば，冬眠動物の特性を医療応用でイシングは体温変化によって調節されることを明らかきると期待される。従来から低温に応答して誘導されるにしてきた。本演題では，冬眠時のシリアンハムスター

分子として，低温ショックタンパク質が知られている。

における CIRP の発現調節について報告した。

低温ショックタンパク質には細胞保護作用があること（９）非冬眠動物における冬眠様状態の誘導
砂川玄志郎（理化学研究所 生命機能科学研究センター 老化分子生物学研究チーム･網膜再生医療研究開発プロジェクト）
冬眠中の動物は正常時と比べて数％まで酸素消費量神経）と名付け，この Q 神経を刺激することにより生じるが低下し，外気温よりも数度高い程度の低体温を呈しま

低代謝を QIH（Q neurons – induced hypometabolism）と名付

すが，何ら組織障害を伴うことなく自発的に元の状態にけました。

戻ります。このような“制御された低代謝”は，臨床へ

QIH 中のマウスは動き・摂食がほぼなくなり，体温セの応用が期待されています。外傷や疾患によって組織がットポイントが低下するため著しい低体温を呈します。

受けるダメージを回避することができるからです。しか

行動解析・組織学的解析では QIH の前後で異常が見らまし，冬眠のメカニズムは全く分かっていません。冬眠研せんでした。本研究によって，哺乳類に広く保存されて究を困難にしている理由の一つが，通常使用される実験

いる Q 神経を選択的に刺激することで，冬眠を通常はし動物であるマウス等が冬眠をしないことでした。

ない動物に冬眠様状態を誘導できることが明らかとな本研究では，マウスの脳（視床下部）の一部に存在する

り，人間でも冬眠を誘導できる可能性が示唆されました。

神経細胞群を興奮させると，マウスの体温・代謝が数日間

今後，他の非冬眠動物や冬眠動物で QIH を誘導できるかにわたって著しく低下することを発見しました。この神経検証していく予定です。

細胞群を Q 神経（Quiescence-inducing neurons : 休眠誘導291

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

7．痛みの研究会
2021 年 1 月 22 日
代表世話人：古江秀昌（兵庫医科大学）
所内対応者：富永真琴（生命創成探究センター／生理学研究所）（１）有髄神経における Whole-cell patch-clamp 法の確立と K2P チャネルの役割
神田浩里 1,2，戴

毅 1,2，野口光一 2，Jianguo Gu3（１兵庫医療大学 薬学部，2 兵庫医科大学 解剖学 神経科学部門
3University of Alabama at Birmingham, Department of Anesthesiology and Perioperative Medicine）（２）脱分化を伴うシュワン細胞障害に起因したタキサン系抗がん剤誘発末梢神経障害の発症機構に関する研究
今井哲司，小柳円花，中川貴之（京都大学 医学部附属病院 薬剤部）
（３）Spreading depression (CSD) とは酸化型ミトコンドリアの細胞間伝播であり, 血管内酸素分圧に依存する
前田仁士，寺田廣大，田中佑汰，桑名俊一（植草学園大学 保健医療学部）（４）【特別講演１】下行性疼痛制御メカニズムと新規アストロサイトサブセット
津田誠（九州大学大学院 薬学研究院 薬理学分野）（５）【特別講演２】条件付け恐怖の消去学習と WEB による痛み関連学習に関する話題
小山なつ（滋賀医科大学 生理学講座）（６）運動が鎮痛に働く脳メカニズム：恐怖回避思考からの脱却上勝也 1,2，仙波恵美子 2.3（１宝塚医療大学 和歌山保健医療学部 リハビリテーション学科,
2 和歌山県立医科大学

医学部 リハビリテーション医学,

3 大阪行岡医療大学

医療学部 理学療法学科）（７）軽度頭部外傷後の慢性頭痛の神経機構
田代晃正（防衛医科大学校 生理学講座）（８）頭頚部領域の異所性疼痛メカニズム
篠田雅路（日本大学 歯学部 生理学講座）（９）炎症が痛みの上・下行性経路に関わる扁桃体中心核ニューロンに及ぼす影響
杉村弥恵，高橋由香里，奥田崇雄，徳 亮太，加藤総夫（東京慈恵会医科大学 神経科学研究部）（10）島皮質による三叉神経脊髄路核尾側亜核ニューロンの活動制御機構
小林真之，中谷有香，山本清文（日本大学

歯学部薬理学講座）（11）Thermal Gradient Ring を用いた侵害性刺激の行動解析
宇治澤知代 1,2，富永真琴 1,2,3，笹島沙知子 1,2,3,4（１生理学研究所 細胞生理研究部門，2 生命創成探究センター 温度生物学研究グループ
3 総合研究大学院大学

生理科学専攻, 4 愛知医科大学大学院

医学研究科）（12）【特別講演３】臨床医の基礎研究-古典的 Ca2+ イメージング法と古典的パッチクランプ法による痛みの研究馬場洋（新潟大学大学院 医歯学総合研究科 麻酔科学分野）

292

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告【参加者名】
南

良県立医科大学），川股知之・吉田朱里（和歌山県立医雅文（北海道大学），半場道子（福島県立医科大学），山本純偉（筑波大学），前田仁士（植草学園大学），

科大学），佐々木太田

行岡医療大学），野村有紀（神戸大学），徳山尚吾（神浄（群馬大学），河野達郎（国際医療福祉大学），淳（大阪大学），仙波恵美子（大阪田代晃正（防衛医科大学校），篠田雅路・坪井美行・水戸学院大学），上村和枝・小林真之・岩田幸一・人見涼露・山本清文・岡田浩里（兵庫医療大学），古江秀昌・荒田晶子・古賀啓

田明子・林祐・大久保正道・小林希実子・中村善隆（兵庫医科大学），

良憲・淺野早哉香（日本大学），梅田聡

勝也（宝塚医療大学），戴毅・神（慶應義塾大学），渋川義幸・栗栖諒子（東京歯科大学），津田

加藤総夫・高橋由香里・杉村弥恵・徳永亮太・佐藤奈保（九州大学），小野堅太郎（九州歯科大学），藤田亜美

子（東京慈恵会医科大学），尾崎弘展（東京女子医科大（福岡歯科大学），城戸瑞穗・吉本怜子（佐賀大学），学），山本将大（国立国際医療研究センター），坂井栗原

敦・誠・齊藤秀俊・大野瑛明・内山瑳和子・末藤大智

崇・倉本恵梨子（鹿児島大学），荒川尚久・中岡

丸山基世（日本医科大学），砂川正隆・高山靖規・加藤

由貴・土門友紀・窪田一史（第一三共㈱），渡邉修造・

真未・赤沼裕子（昭和大学），槇原弘子（横浜市立大学），

守口由紀子・坪内千春・平尾顕三（ラクオリア創薬㈱），田辺光男・森田元樹・緒形雅則・尾山実砂・渡辺

石川敏三（ニプロ㈱），長濱顕司・塩見喜弘（ゼリア新俊（北大介・高崎一朗

薬工業㈱），増井邦晴（丸石製薬㈱），渡邉紀（花王（富山大学），尾崎紀之・堀紀代美（金沢大学），水谷㈱），伊藤彰敏（旭化成ファーマ㈱），野沢治（日産

みゆき（愛知医科大学），杉浦健之・大澤匡弘（名古屋

化学㈱），富永真琴・曽我部隆彰・齋藤茂・水藤拓人・

市立大学），小山なつ・中西美保・岩下成人（滋賀医科佐藤翔馬・DEVECI Aykut・LEI Jing・久保亜抄子・丸山大学），中川貴之・今井哲司（京都大学），田中達英（奈健太（生命創成探究センター/生理学研究所）

里大学），馬場洋（新潟大学），歌【概要】
痛みの研究会を１月 22 日に Web 上で開催し，末梢か分とし，できるだけ多くの話題を提供して頂いた。末梢ら中枢に至る幅広い領域を対象とした最新の研究成果

神経有髄神経の絞輪部からの新規パッチクランプ法のが報告（特別講演 3 題，招待講演 9 題）された。103 名

確立（神田），非侵襲的疼痛画像イメージング法の開発

もの参加があり，最前線の解析や新規知見に対して活発（前田），恐怖回避や運動・鎮痛の神経回路の同定（上），な議論が行われるなど有意義な研究会となった。幅広い

頭部外傷と疼痛の詳細な神経機構（田代），扁桃体にお領域を対象とした背景には，痛みは破局的思考を誘発しける神経投射・機能と炎症時の可塑的変化（杉村），三て精神機能に影響を及ぼすなど複雑で，痛みを伝導路の

叉神経と島皮質の疼痛神経機構の詳細（小林），Thermal

点として理解せず統合的に捉えることが重要であるとGradient Ring を用いた受容機構の解明と痛み研究への有考えた為である。参加者は研究機関や大学の基礎，臨床用性（富永）に関する独創的な研究成果が発表され，意の研究者が計 88 名，企業等の研究者が 15 名参加した。

欲的で刺激的な質疑応答に加え，生産的な討論も行われ特別講演では，各演題の時間を 40-50 分と十分に確保し，た。会全体を通じて最前線の知見・技法を広く共有でき，

下行性疼痛制御メカニズムと脊髄グリア細胞の関与（津今後の研究を遂行する上で極めて貴重な研究会となっ田）や，臨床的観点から複数の解析系を用いた鎮痛機構

た。Web 上で 100 名を超える参加者と会を進行するに当の本質（馬場），恐怖学習の機構や痛みの研究史（小山）たり，対応部門のスタッフの綿密な準備のお陰で，計画など多角的視点から得られた最新の研究成果に対してした演題はすべてスムーズに発表・意見交換が行われ盛熱心な討論・議論が展開された。招待講演では各演題 25会となった。

293

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（１）有髄神経における Whole-cell patch-clamp 法の確立と K2P チャネルの役割
神田浩里 1,2，戴

毅 1,2，野口光一 2，Jianguo Gu3（１兵庫医療大学 薬学部，2 兵庫医科大学 解剖学 神経科学部門
3University of Alabama at Birmingham, Department of Anesthesiology and Perioperative Medicine）

有髄神経線維の活動電位の伝導方法は，髄鞘を飛び越え

チャネルではなく温度感受性の K2P チャネルが強い外てランビエ絞輪部に電位が起こる「跳躍伝導」を特徴とし

向き電流を起こすことを見つけた。また，K2P チャネルている。そのため，無髄神経線維に比べて伝導速度が速く，の中でも TREK-1 と TRAAK チャネルが特異的にランビ

高頻度刺激に対し繰り返し発火することが可能となる。こエ絞輪に発現する事を同定した。これらのチャネルをノの有髄神経線維の電気生理学的な解析方法として，これまックダウンすることにより，軸索部における活動電位ので細胞外記録による活動電位の解析が行われてきたが，イ再分極や高頻度刺激への対応，速い伝度速度の獲得のたオンチャネルレベルでの解析が行われていない。本研究でめに重要な働きを担うことを見つけた。

は，哺乳類の有髄神経線維のランビエ絞輪部におけるホー本研究における軸索部のホールセルパッチクランプ

ルセルパッチクランプ法を確立し，軸索部に発現するイオ法は，軸索における活動電位の解析に非常に有用な手法

ンチャネルの機能的な解析を行った。

である。また，哺乳類軸索部における K2P チャネルを用いた新規活動電位メカニズムは，活動電位の伝導におけラットの感覚神経（Aβ）線維のランビエ絞輪部でのホる基礎的な理解に重要であることが考えられた。

ールセルパッチクランプ法により，電位依存性カリウム（２）脱分化を伴うシュワン細胞障害に起因した
タキサン系抗がん剤誘発末梢神経障害の発症機構に関する研究
今井哲司，小柳円花，中川貴之（京都大学 医学部附属病院 薬剤部）
タキサン系抗がん剤は，副作用として抗がん剤誘発末

疫細胞の遊走因子として知られることから，マクロファ梢神経障害（CIPN）を誘発するが，その発症機序には不ージ細胞株 RAW 264.7 を用いて細胞遊走アッセイを実

明な点が多い。本研究では，髄鞘を形成するシュワン細施した。その結果，RAW 264.7 はガレクチン-3（2 pM）胞に着目して，CIPN の発症機序について検討を行った。

含有培地に対する遊走反応を示した。同様に，PT 反復投

ラット坐骨神経由来シュワン細胞にパクリタキセル

与による CIPN モデルマウスの坐骨神経軸索において，(PT，10 nM) を処置したところ，ガレクチン-3 の分泌をマクロファージが多数浸潤していることを確認し，クロ伴ったシュワン細胞の脱分化が観察された。また，タキ

ドロン酸内包リポソーム処置により末梢マクロファー

サン系抗がん薬の投与を受ける乳がん患者，および PT

ジを除去すると，機械過敏応答がほぼ完全に抑制された。

（20 mg/kg）を反復投与したマウスにおいて，CIPN の発以上の結果から，シュワン細胞由来ガレクチン-3 が，化症初期にシュワン細胞由来と考えられるガレクチン-3 の学誘引分子としてマクロファージの末梢神経への浸潤

血中濃度が上昇することを確認した。ガレクチン-3 が免を誘発し，PT による CIPN 発症に関与すると考えられた。

294

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（３）Spreading depression (CSD)とは酸化型ミトコンドリアの細胞間伝播であり,血管内酸素分圧に依存する
前田仁士，寺田廣大，田中佑汰，桑名俊一（植草学園大学 保健医療学部）
片頭痛の実態は全身の不調を伴う重い障害である。

返し刺激に対しても都度現れた。一方で一旦大きな CSD

Spreading depression (CSD) は脳表面を神経活動の抑制が観察されると，モデルマウスにおいても短時間後に次のゆっくりと伝播する現象であり，片頭痛前兆の病態生理

CSD を生じるのは困難であった。しかしそのマウスに酸であると推定されているが，その発生機構はまだ明らか

素を吸入させると CSD は直ちに再び現れた。また，このではない。本研究ではミトコンドリア内フラビンタンパ

CSD のようなシグナル伝播は mGluR1 アゴニストである

クの自己蛍光イメージングにより，片頭痛モデルマウス

t-ACPD によっても誘導された。さらに CSD が生じる時，と対照のマウスで大脳皮質活動を直接観察・比較してみマウスは無動になった。以上から，慢性片頭痛のモデルた。結果，CSD は酸化型フラビンタンパクの細胞間伝播

動物では CSD が容易に誘発されること，また CSD の発という形で画像化することが出来た。この画像化した

生要因は主にグリア細胞における過剰なエネルギーを

CSD は，正常のマウスでは一度刺激に対して反応すると消費であり，酸素供給に依存することが分かった。このその後 1 時間以上経過しないと次の刺激に対する反応は

事実は，頭痛発作に対する酸素投与療法の根拠となり得観察されなかったが，片頭痛モデルでは短時間内の繰りる。

（４）【特別講演１】下行性疼痛制御メカニズムと新規アストロサイトサブセット
津田誠（九州大学大学院 薬学研究院 薬理学分野）

皮膚などへの侵害刺激は，一次求心性神経を介して脊に応答し，細胞内カルシウム濃度を上昇させた。このカ髄後角に入り，神経回路で適切に情報処理・統合され，ルシウム応答がどのようなシグナルで引き起こされ，脊脳へ伝達されることで生体は侵害刺激の存在を認知し，髄後角での体性感覚情報プロセシングにどのような影

それに対する適切な行動を誘発する。痛覚情報伝達経路

響を及ぼすのかを，脊髄スライスや in vivo イメージング，には，グリア細胞も豊富に存在し，これまで神経障害性

行動薬理学的手法で解析し，表層アストロサイトサブセ

疼痛などの慢性疼痛に対する重要性が数多く示されてットが青斑核から脊髄後角へ投射するノルアドレナリ

きた。さらに最近では，概ね均一な集団と考えられてきン神経シグナルで活性化すること，その活性化により皮たグリア細胞が，実は非常に不均一な集団を形成してい膚への軽度機械刺激に対する過敏応答が誘発されるこることもわかり始め，世界的な注目を集めている。最近とを明らかにした。脊髄後角表層に局在する新しいアス

我々は，脊髄アストロサイトの中に，後角の表層に局在

トロサイトサブセットの研究により，同細胞を介する下するサブセットを発見した。このアストロサイトサブセ

行性ノルアドレナリン神経の新しい体性感覚調節機構

ットは，皮膚への侵害刺激（カプサイシン足底部投与）が明らかになった。

（５）【特別講演２】条件付け恐怖の消去学習と WEB による痛み関連学習に関する話題
小山なつ（滋賀医科大学 生理学講座）
前半の「条件付け恐怖の消去学習」に関する話題は，発生モデルとして「恐怖回避モデル」が提唱されている

マウスを対象とした研究に関するものである。慢性痛のので，条件付けられた恐怖の消去学習の効果が亢進され295

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告ているマウスを探索してきた。最近では，ランニングホを行ってきた。「痛み関連の用語集」を作ることから始イールをケージに入れたマウスで，消去学習が亢進されめたが，シドニーで開催された第 11 回 IASP の製薬会社

るかを解析している。文脈記憶や手がかり記憶の消去ののブースで痛みに関する歴史年表をもらったことをき

時間経過を解析するプロトコールを検討し，手がかり記

っかけに，「痛みに関する歴史年表」なども作り始めた。

憶のみを消去するプロトコールにおいて，文脈記憶も曖

倉石先生が 2009 年の生理学研究所研究会で，痛みの歴昧になることが判明した。

史に関する教育講演をするようにと依頼してくださり，後半の「WEB による痛み関連学習」に関しては，膨その中で，カウザルギーという用語を作ったことで知ら大である痛み関連コンテンツを学習するために，WEBれるミッチェルを通して，南北戦争に魅せられ，麻酔薬

ファイルを構築することによって，筆者の脳みそに外付や消毒法の歴史や，当時の時代背景を含めた医学史の研け HDD（？）を追加し，シナプスを強化するために，コ究を始めたところである。

ンテンツ通しにリンクを張り巡らすというようなこと（６）運動が鎮痛に働く脳メカニズム：恐怖回避思考からの脱却上勝也 1,2, 仙波恵美子 2.3（１宝塚医療大学 和歌山保健医療学部 リハビリテーション学科,
2 和歌山県立医科大学

医学部 リハビリテーション医学,

3 大阪行岡医療大学

医療学部 理学療法学科）

私 達 は 運 動 が 慢 性 痛 を 緩 和 す る （ exercise-induced

スに対する VE は有意に疼痛行動を改善した。vHC-CA1

hypoalgesia: EIH）脳メカニズムの解明に取り組み，神経障領域において，NPP に伴い高まったグルタメート・ニュ

害性疼痛(NPP)モデルマウスに対する自発運動（VE）が，ーロンの活性化は VE により抑制され，さらに CA1 領域

腹側被蓋野におけるドパミンの産生を高めて脳報酬系をに局在して錐体細胞を抑制する parvalbumin 陽性 GABA 介

活性化することや NPP により高まった扁桃体（Amyg）中

在ニューロンの活性化を高めた。PSL-Sedentary マウスの心核（CeA）における GABA ニューロンの活性化を VE

BLA に RetroBeads Red(RBR)を注入すると，vHC-CA1 領が抑制することにより EIH 効果が生み出されることを明域には多くの FosB 陽性 RBR 陽性ニューロンが観察されらかにしてきた（Kami et al.Sci Rep,2018, Kami et al. Mol

た。NPP モデルマウスの文脈性恐怖記憶の消去が VE によPain,2020）。海馬は背側と腹側（vHC）に区分され，とくり促進されるかどうかを調べたところ，PSL-Runner ではに vHC は CeA や扁桃体基底外側核（BLA）への出力を介

PSL-Sedentary と比較して Freezing 時間の著しい短縮を認して恐怖の文脈化，条件付け，消去に影響を及ぼしている。

めた。以上の結果は，EIH 効果には VE に伴う文脈性恐怖

本研究では Amyg を介して恐怖行動に影響を及ぼす vHC

記憶の消去が重要な役割を担うとともに，これにはと EIH 効果との関係について検討した。NPP モデルマウ

vHC-Amyg(BLA)経路の抑制が関与する可能性を示唆した。

（７）軽度頭部外傷後の慢性頭痛の神経機構
田代晃正（防衛医科大学校 生理学講座）
軽度頭部外傷（Mild Traumatic Brain Injury :mTBI）後の経反射）が侵害刺激となり，三叉神経−自律神経回路を慢性頭痛（Post Traumatic Headache: PTH）は痛覚過敏，

興奮させることを報告したが，頭痛や photophobia とのPhotophobia，拍動痛といった，片頭痛様の症状を呈する。

関連は不明な点も多く残されている。本研究は，レーザ

近年我々は，光刺激による眼球内の血管拡張（副交感神ー誘起衝撃波による，mTBI モデルを用い，これまで，

296

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

頭痛のメカニズムとして研究されてきた髄膜炎症，血管拡張に伴う侵害受容ニューロンの興奮を記録した。その拡張，神経活動を複合的な相関システムとして実証して結果 mTBI 後 7-10 日のラットで，髄膜におけるエバンス

いくことで，PTH の神経機構の一端を解明することを目ブルーの漏出，侵害受容行動の増加，侵害受容ニューロ的とする。レーザー誘起衝撃波をラット頭頂部に照射。

ンの興奮性の増大が観察された。また，光刺激による，

エバンスブルーを用い，髄膜の炎症を確認した。次に，髄膜の血流量増加，血管拡張に伴う侵害受容ニューロン

痛覚過敏や Photophobia を確認するため，角膜に対するの興奮を確認することができた。本研究により，PTH は

侵害刺激や白色光刺激に対する侵害受容行動の解析に

慢性的な髄膜炎症による三叉神経−自律神経回路の感作

加え，延髄後角の侵害受容ニューロン活動を記録した。

が原因となり，痛覚過敏，Photophobia，拍動痛を発症す

さらに，光刺激による髄膜内の血流量の変調及び，血管ることが示唆された。

（８）頭頚部領域の異所性疼痛メカニズム
篠田雅路（日本大学 歯学部 生理学講座）
頭頸部局所に生じる炎症や腫瘍あるいは末梢神経損傷

ら放出される TNF-α のシグナル増強，三叉神経節ニューといった末梢組織の病変は，頭頚部領域の広範囲にわたるロンで産生される NO の三叉神経節内への放出増強，さら異所性疼痛を引き起こす。三叉神経系の侵害受容ニューロにギャップ結合を介した三叉神経節内衛星細胞活性化のンおよびグリア細胞や炎症性細胞といった非ニューロン

伝播の結果，口髭部投射三叉神経節ニューロンの興奮性がとの間に存在する情報伝達機構の可塑的変化がその発症増強することにより口髭部異所性疼痛が発症することを要因の一つとして考えられており，その変化は末梢組織病見出した。また，僧帽筋炎に随伴した顎顔面部の異所性疼

変が消退した後も持続することが報告されている。われわ

痛には，僧帽筋投射一次ニューロン中枢端から遊離される

れは，三叉神経第Ⅲ枝領域の炎症や末梢神経損傷によってFractalkine による延髄の Microglia の活性化が関与するこ

口髭部（三叉神経第Ⅱ枝領域）に生じる異所性疼痛は，局

とも見出した。本講演では，われわれの研究成果を中心に所病変部から三叉神経節へ逆行性軸索輸送された NGF の最新の研究データを交えて，頭頚部領域の異所性疼痛を調シグナル増強による TRPV1 陽性三叉神経節ニューロンの節するニューロンと非ニューロン間クロストークについ増加，三叉神経節に浸潤する Iba1 陽性マクロファージかて議論した。

（９）炎症が痛みの上・下行性経路に関わる扁桃体中心核ニューロンに及ぼす影響
杉村弥恵，高橋由香里，奥田崇雄，徳永亮太，加藤総夫（東京慈恵会医科大学 神経科学研究部）
扁桃体中心核（CeA）は外側腕傍核（LPB）を介して，及ぼす影響の詳細は未解明であった。CeA に投射する

脊髄後角から侵害受容情報の入力を受ける一方，下行性

LPB ニューロンのほとんどは CGRP を発現するため，

疼痛制御系の起始核である中脳水道周囲灰白質（PAG）

CGRP 下流に Cre リコンビナーゼを発現する CalcaCre マに投射する。我々はこれまで，炎症性疼痛モデルにおい

ウスを用いて ChR2 を発現させ，PAG に投射する CeA ニて LPB-CeA 外側外包部（CeC）シナプス伝達が増強する

ューロンへのシナプス入力を解析したところ， LPB

事実（Sugimura et al. 2016, Miyazawa et al. 2018），CeA（CGRP）ニューロンからの興奮性単シナプス性入力をニューロンが炎症性疼痛による異所性痛覚過敏を引き受ける PAG 投射 CeA ニューロンが存在する事実を見出起こす事実（Sugimoto et al. 2020）を報告してきた。しかした。これらは CeA 内側亜核と外側亜核に局在し，LPBしながら，上行性の侵害受容入力が翻って下行性経路にや局所回路からのシナプス入力，発火パターンなど， 侵297

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

害受容性扁桃体 CeC ニューロンと異なる特徴を示した。

響の解明は，痛みの慢性化における CeA の役割の理解に

炎症や慢性疼痛がこのニューロンの興奮性に及ぼす影

つながると期待される。

（10）島皮質による三叉神経脊髄路核尾側亜核ニューロンの活動制御機構
小林真之，中谷有香，山本清文（日本大学 歯学部 薬理学講座）
骨格筋を構成する筋線維は高い再生能を有しておを骨格筋に適用し筋再生過程を解析したところ，Piezo1

り，運動に伴う筋損傷に対して筋線維を再生することで欠損マウスでは筋再生能が著しく低下した。また，単離筋恒常性が維持される。筋線維に付随する幹細胞（筋衛

筋線維上の筋衛星細胞における挙動解析の結果，Piezo1星細胞）は，過剰な形質膜伸展の感知により休止状態か欠損細胞では増殖能低下とともに，細胞質分裂の遅延がら活性化状態へと遷移し，筋線維の修復・再生をもたら認められた。続いて内在性 PIEZO1 の C 末端に蛍光タンすと想定されてきたが，その分子機構は未だ明らかでは

パク質 tdTomato が付加される Piezo1-tdTomato マウスをない。我々はこれまでに細胞膜の膜張力により開口する

用 い て PIEZO1 の 動 態 解 析 を 行 っ た と こ ろ ，

機械受容イオンチャネル PIEZO1 が，筋衛星細胞に高発PIEZO1-tdTomato は筋衛星細胞の細胞質分裂時に分裂溝現することを見出した。以上の知見の元，本研究ではへ集積することを見出した。以上の結果より，PIEZO1PIEZO1 の骨格筋再生過程における機能解明を試みた。

は筋衛星細胞の細胞質分裂時において機能し，骨格筋線

まず筋衛星細胞特異的 Piezo1 欠損マウスの作出およ維の再生に重要な役割を果たすことが示唆された。

び表現型解析を行った。筋線維変性剤カルジオとキシン（11）Thermal Gradient Ring を用いた侵害性刺激の行動解析
宇治澤知代 1,2，富永真琴 1,2,3，笹島沙知子 1,2,3,4（１生理学研究所 細胞生理研究部門，2 生命創成探究センター 温度生物学研究グループ
3 総合研究大学院大学

生理科学専攻，4 愛知医科大学大学院 医学研究科）

43 度を越える熱刺激，15 度以下の冷刺激は痛みを惹起

損マウス，TRPV3 欠損マウス，TRPV4 欠損マウス，すると考えられている。自由に動くことができる円形のTRPM8 欠損マウス）はより低い温度を好んだ。TRPM8

Thermal gradient ring を用いて，野生型マウスと種々の温度欠損マウスは他のマウスと比べて 11.5 度から 14.4 度の感受性 TRP 欠損マウスの温度依存性行動を観察した。360

ゾーンの滞在時間が長かった。移動距離の解析では，野度の ring を半分ずつ 12 のゾーンに分け，滞在時間（Spent

生型マウス，TRPM2 欠損マウス，TRPA1 欠損マウスはtime），移動距離（Travel distance），移動速度（Moving speed），

他のマウスに比べて移動距離が短かった。TRPV1 欠損マ

加速度（Acceleration）を検討した。

ウスは熱い温度ゾーンで入りやすかったが，TRPA1 欠損

11.5 度から 43.6 度の gradient での滞在時間の解析で，マウスは低温ゾーンでの行動に野生型マウスと差がな

野生型マウス，TRPM2 欠損マウス，TRPA1 欠損マウス

かった。Thermal gradient ring は温度刺激による痛み関連は約 34 度に最もよく滞在した。他のマウス（TRPV1 欠

行動の解析に有用であると考えられた。

298

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（12）【特別講演３】 臨床医の基礎研究
2+– 古典的 Ca イメージング法と古典的パッチクランプ法による痛みの研究 –馬場洋（新潟大学大学院 医歯学総合研究科 麻酔科学分野)

細胞内 Ca2+ イメージング法は神経細胞の活動を可視化られた結果とほぼ完全に一致し，時間解像度も極めて高い。

する方法として一般的となっている。神経細胞の活動（興一方，その下行相は緩徐であり，刺激から約 400 ms で半奮）を「活動電位の発生」と定義した場合，細胞内 Ca2+ を減し，ベースラインに戻るまでは約 2 秒以上を要する。後モニターすることは神経細胞の活動をモニターする方法

根刺激で誘発される活動電位発生は 100-150 ms 程度しかとなり得るのか，L5 レベルの後根付き脊髄横断スライス

持続せず，その後は速やかに静止膜電位レベルに戻ること

in vitroから，細胞内 Ca2+ の下行相は活動電位発生とは相関しな

Ca2+ イメージング法を用いて検討した。後根断端を電気い。従って，細胞内 Ca2+ イメージング法は in vitro 標本に刺激すると刺激から約 2-3 ms 遅れて Aδ 線維の入力による

おいて，その上昇相からピークまでを見ることによってのCa2+ 上昇が見られ，約 30-40 ms 遅れて C 線維の入力によみ脊髄後角ニューロンの興奮を評価できる。本法を使ってる Ca2+ 上昇が加わり，100 ms 以内で細胞内 Ca2+ はピーク

脊髄レベルで鎮痛作用を発揮するオピオイドの一種であに達する。これらの反応はこれまでの電気生理的実験で得るメサドンの作用を検討した。その結果を報告する。

標本と外因性Ca2+ インディケーターを使用した

299

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

8．TRP チャネル研究会―相互作用分子との協働による環境情報の受容と環境適応―
2020 年 9 月 25 日
代表世話人：内田邦敏（静岡県立大学）
所内対応者：富永真琴（生命創成探究センター／生理学研究所）（１）マウス慢性脳低灌流モデルにおける TRPA1 の病態生理学的役割
抱将史，森嶋美沙，戸堀翔太，永安一樹，白川久志，金子周司（京都大学大学院 薬学研究科 生体機能解析学）（２）接触性皮膚炎感作過程におけるアジュバント物質の作用メカニズム
黒羽子孝太，木川晶峻，丸尾遥佳，梅本英司，今井康之（静岡県立大学 薬学部）
（３）食品由来脂肪酸およびその代謝産物による TRPV1 を介した UCP1 発現調節
川原崎聡子 1，内田邦敏 2，岸野重信 3，高橋春弥 1，野村

亘 1,6，狩野百合子 4

順 3,6，富永真琴 5，井上和生 1,6，河田照雄 1,6，後藤

小川

剛 1,6

（１京都大学大学院 農学研究科 食品生物科学専攻，2 静岡県立大学 食品栄養科学部
3 京都大学大学院

農学研究科 応用生命科学専攻，4 神戸女子大学 家政学部

5 生理学研究所

細胞生理研究部門，6 京都大学生理化学研究ユニット）（４）Increased TRPV4 in non-myelinating Schwann cells is associated with demyelination after sciatic nerve injury
Xiaona FENG1,2,3, Yasunori TAKAYAMA4, Nobuhiko OHNO5,6,
Hirosato KANDA7, Yi DAI7, Takaaki SOKABE1,2,3, Makoto TOMINAGA1,2,3（1Department of Physiological Sciences SOKENDAI，2Division of Cell Signaling NIPS
3Thermal Biology Group, Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS)
4Department of Physiology, Showa University School of Medicine,
5Division of Ultrastructural Research NIPS
6Department of Anatomy, Division of Histology and Cell Biology, Jichi Medical University, School of Medicine
7Department of Pharmacy, School of Pharmacy, Hyogo University of Health Sciences）（５）胃腸上皮に発現する TRPV4 活性化の VNUT 阻害による制御及び，腸内細菌による TRPV4 発現抑制に
関する検討
三原

弘 1，内田邦敏 2，小泉修一 3，森山芳則 4（１富山大学 医学部第三内科，2 静岡県立大学 食品栄養科学部環境生命科学科
3 山梨大学大学院

薬理学講座，4 松本歯科大学 歯学部）

（６）口腔粘膜創傷治癒における TRPV4 の影響
吉本怜子 1，合島怜央奈 2，大崎康吉 1，曹愛琳 1，高玮琦 1

本田裕子 1，内野加穂 1，澤田孟志 1，城戸瑞穂 1（１佐賀大学 医学部組織神経解剖，2 佐賀大学 医学部口腔外科）（７）難治性消化管疾患モデル動物における TRPV2 の発現と機能解析
松本健次郎 1，末永美奈子 1，林

大成 1，城戸瑞穂 2，加藤伸一 1（１京都薬科大学 薬物治療学分野，2 佐賀大学 医学部生体構造機能学講座）

300

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（８）TRPM7 と歯のエナメル質形成機構
岡部幸司，進正史，鍛治屋浩，岡本富士雄（福岡歯科大学 細胞分子生物学講座 細胞生理学分野）（９）冬虫夏草 OCS は TRPM7 チャネルの抑制を介して肺高血圧を改善する
琳 1，平石敬三 1，Lixia YUE2，平野勝也 1，井上隆司 3倉原（１香川大学 医学部 自律機能生理学，2 コネチカット大学 医学部，3 福岡大学）（10）骨格筋幹細胞における機械受容イオンチャネル PIEZO1 の役割
平野航太郎 1，原雄二 1，野々村恵子 2，北嶋康雄 3，小野悠介 3，森泰生 1，梅田眞郷 1（１京都大学大学院工学研究科 合成･生物化学専攻,
2 基礎生物学研究所

初期発生研究部門，3 熊本大学 発生医学研究所 筋発生再生部門）（11）心臓における TRPC6 を介した交感神経制御メカニズムの解明
小田紗矢香 1,2，Supachoke MANGMOOL3，山口陽平 4，冨田拓郎 5，加藤百合 7,
田中智弘 6，西村明幸 1,2，西山和宏 7，入部玄太郎 4，西田基宏 1,2,7（1 生命創成探究センター（生理学研究所），2 総合研究大学院大学
3 マヒドール大学薬学部，4 旭川医科大学, 5 信州大学
6 自然科学研究機構，7 九州大学大学院

医学部

薬学研究院）（12）Structural basis for promiscuous action of monoterpenes on TRP channels
Thi Hong Dung NGUYEN1,2,3，Satoru G. ITOH4,5,6，Hisashi OKUMURA4,5,6，Makoto TOMINAGA1,2,3（1Department of Physiological Sciences SOKENDAI，2Division of Cell Signaling NIPS
3Thermal Biology Group, Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS)
4Biomolecular Dynamics Simulation Group ExCELLS，5Research Center for Computational Science IMS
6Department of Structural Molecular Science SOKENDAI）（13）TRPC6 変異体 R175W における Ca2+/ Calmodulin 依存的不活性化機構 (CDI) の破綻
岡田

亮 1，Onur K. POLAT 2,3，森誠之 1（１産業医科大学 医学部，2 京都大学工学研究科 合成･生物化学専攻，3Rush University）（14）TRPA1 チャネルタンパク質の代謝を介した新規酸素センシング機構
中尾章人 1，内山誠 1，岡田泰昌 2，森泰生 1（１京都大学大学院工学研究科 合成･生物化学専攻，2 村山医療センター 臨床研究部）【参加者名】
業医科大学），西田基宏・加藤百合・西山和宏・遠山千山口陽平（旭川医科大学），鈴木喜郎（岩手医科大学），
佐藤主税（産業技術総合研究所），三原

恵実・田丸弘（富山大学），愛・鮎川皓一・大久保礼真・友清大樹・後南・

藤拓実・酒田康介（九州大学），沼田朋大（福岡大学），

剣持麻奈斗（静岡県立大学），松本健次郎（京都薬科大

岡部幸司・岡本富士雄・鍛治屋浩（福岡歯科大学），城学），金子周司・白川久志・抱将史・國政椋太郎・中戸瑞穂・吉本怜子・本田裕子・西山めぐみ・内野加穂（佐島弘貴・坂口怜子・中尾章人・植田誉志史・平野航太郎・賀大学），森村浩三・髙橋大樹（田辺三菱製薬㈱），勝尼谷明日路・長谷川義晃・細越淳来・川本倫也・松永佳田雄治（㈱資生堂），臼倉大・大森美ずき・中道賢治・永田航也・田中千尋・高橋

琴・曽我部隆彰・齋藤重成・原剛・川原崎聡子・松尾和輝（京Xiaona・Nguyen Thi Hong Dung・Deng Xiangmei・Lei Jing・龍・藤田郁尚（大阪大学），岩田裕子

安井美桜・丸山健太・西村明幸・田中智弘・小田紗矢香・

内田邦敏・坂本多穗・黒羽子孝太・寺田祐子・松山雄二・後藤

都大学），永田（国立循環器病研究センター研究所），太田利男（鳥取下田大学），倉原宏樹（生理学研究所）

琳（香川大学），森

誠之・岡田

亮（産

301

淳（㈱マンダム），富永真

茂・水藤拓人・佐藤翔馬・Feng

翔（生命創成探究センター/生理学研究所），稲橋生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

【概要】
2020 年度の TRP チャネル研究会（代表 静岡県立大の TRPV4 発現がピロリ菌感染に伴うメチル化により発現

学・内田邦敏）は，当初５月２８日，２９日の開催を予抑制されること，TRPV4 の下流で機能する VNUT が内臓定していたが，新型コロナ感染症の影響を考慮し遠隔会痛治療の標的となる可能性を示した。吉本は口腔上皮の議システム（Zoom）を活用したオンラインにて実施した。

TRPV4 が細胞間接着や細胞移動を調節し創傷治癒に関与

移動時間を考慮する必要がなかったため，９月２５日終することを報告した。松本は迷走神経に発現する TRPV2日の開催とした。初めての試みではあったが，事務局のが内臓痛覚過敏並びに逆流性食道炎に関与することを報

周到な準備と運営により，オンサイトとほとんど変わら告した。
岡部は TRPM7 が歯のエナメル芽細胞に高発現し，ぬ活発な議論がなされた。演題は 14 題となり，参加者

エナメル形成に関わることを報告した。
第 3 セッションは山口が座長を担当した。倉原は漢方のも例年よりも多い 80 人となった。
セッションは，１）TRPV，TRPA1 チャネルの生理・病

冬虫夏草が TRPM7 チャネル活性の抑制を介してはい高血態，２）口腔，消化管における TRP チャネルの役割，３）

圧症を改善することを示した。平野は機械受容チャネルで循環，筋組織における TRP チャネルの役割，４）TRP チ

ある PIEZO1 が筋衛星細胞の細胞質分裂を制御し，に骨格ャネル活性化機構，の 4 つを設け，セッション後及び研究

筋線維再生に関わることを報告した。小田は心筋に発現す

会終了後には質疑応答時間以外にも出来る限り自由な議

る TRPC6 がアドレナリン受容体シグナルを正に制御し心論の時間の場として，自由討論の時間を設けた。

臓の陽性変力作用をもたらすことを報告した。

第 1 セッションは白川が座長を担当した。抱はマウス慢

第 4 セッションは西村が座長を担当した。Nguyen は性脳低灌流モデルにおける神経傷害に対し，アストロサイ

様々な TRP チャネル活性を調節するモノテルペン作用す

トに発現する TRPA1 チャネルが保護的に作用することをる構造基盤を紹介した。岡田は FSGS 患者由来の変異の解報告した。黒羽子は接触性皮膚炎感作を起こす物質（アジ析から，TRPC6 の Coiled-Coil domain が Ca2+/ Calmodulinュバンド）が末梢神経に発現する TRPV1，TRPA1 を活性依存的な TRPC6 不活性化に関わることを報告した。中尾化する可能性を示した。川原崎は腸内細菌代謝産物であるは酸素依存的な代謝による TRPA1 活性の制御が酸素感知

脂肪酸が迷走神経の TRPV1 を活性化することでエネルギに関与するというユニークな機構を紹介した。

ー代謝を亢進することを報告した。Feng は末梢神経の髄

質疑の時間を十分に確保したこともあり，いずれの発表

鞘を形成するシュワン細胞において TRPV4 が神経傷害ににおいても有意義な議論がなされた。特に若手からの質問

伴う脱髄に関わることを報告した。

が多く，充実した研究会となった。

第 2 セッションは内田が座長を担当した。三原は胃上皮（１）マウス慢性脳低灌流モデルにおける TRPA1 の病態生理学的役割
抱将史，森嶋美沙，戸堀翔太，永安一樹，白川久志，金子周司（京都大学大学院 薬学研究科 生体機能解析学）

慢性脳低灌流は，神経変性疾患や精神疾患など認知機能

BCAS 処置 14 日後において，野生型（WT）マウスで障害を伴う多くの中枢神経疾患で認められ，これらの発は認められなかった白質傷害および認知機能障害が症・病態増悪に関わっていることが指摘されつつあるが，

TRPA1 遺伝子欠損（TRPA1-KO）マウスにおいてのみ認

その病態メカニズムには不明な点が多い。本研究では，微められた。免疫組織化学および定量的 PCR 解析により，小金属コイル装着による両側総頸動脈狭窄（BCAS）処置

BCAS 処置 14 日後の白質脳梁部において，WT マウスでにより作製したマウス慢性脳低灌流モデルを用いて，脳内は GFAP 陽性アストロサイト数が増加し，抗炎症性アス

ではアストロサイトなどに機能的に発現する TRPA1 の関

トロサイトの関連遺伝子である Cd109 の発現が増大した与を検討した。

が，TRPA1-KO マウスではそのような変化は減弱してい302

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告た。初代培養アストロサイトを用いた検討において，ような変化は認められなかった。以上の結果から，

TRPA1 を活性化するために H2O2 (100 μM) を処置した

TRPA1 を介したアストロサイトの活性化が，慢性脳低灌

ところ，WT アストロサイトでは Cd109 の遺伝子発現が流に伴う病態に対して保護的に寄与する可能性が示さ増大したのに対し，TRPA1-KO アストロサイトではそのれた。

（２）接触性皮膚炎感作過程におけるアジュバント物質の作用メカニズム
黒羽子孝太，木川晶峻，丸尾遥佳，梅本英司，今井康之（静岡県立大学 薬学部）
Fluorescein isothiocyanate (FITC) をハプテンとした接触

節由来の細胞を用い，また Transient receptor potential

性皮膚炎（FITC-CHS, contact hypersensitivity）マウスモデ

ankyrin 1 (TRPA1) および TRP vanilloid 1 (TRPV1) を強制ルにおいて，
感作時に FITC とフタル酸ジブチル (DBP) を発現させた細胞株を用いて DBP の作用を検討した。その一緒に皮膚に塗布することで，感作促進（アジュバント）結果，DBP により活性化される神経細胞が存在し，その作用が発現することを報告してきた。DBP は可塑剤とし活性化は TRPA1 および TRPV1 を介していることが明らて多く用いられてきた物質である。FITC-CHS においてかとなった。このことから FITC-CHS のアジュバント作用

DBP を含んだ感作溶媒をマウス前肢に塗布すると，FITC

は TRPA1，TRPV1 を発現した末梢神経が DBP によってを保持した樹状細胞の所属リンパ節への移動（トラフィッ

活性化された結果，樹状細胞のトラフィッキングが促進さキング）が促進されていた。この樹状細胞のトラフィッキれることで成立すると考えられた。

ングに神経の関与が推察されたことから，マウス後根神経（３）食品由来脂肪酸およびその代謝産物による TRPV1 を介した UCP1 発現調節
川原崎聡子 1，内田邦敏 2，岸野重信 3，高橋春弥 1，野村

亘 1,6，狩野百合子 4,

順 3,6，富永真琴 5，井上和生 1,6, 河田照雄 1,6, 後藤

小川

剛 1,6

（１京都大学大学院 農学研究科 食品生物科学専攻，2 静岡県立大学 食品栄養科学部
3 京都大学大学院
5 生理学研究所

農学研究科 応用生命科学専攻，4 神戸女子大学 家政学部
細胞生理研究部門，6 京都大学 生理化学研究ユニット）

脂肪組織のミトコンドリアにおいて熱産生を介しておいて Ucp1 発現が誘導されており，それに伴い直腸温

全身のエネルギー消費に寄与する脱共役タンパク質 1

および酸素消費量が上昇した。また，これらの化合物の(UCP1) は，肥満予防・治療への応用が期待されている。

投与によりノルアドレナリン代謝回転が亢進した。これ

近年，特定の食品由来成分が UCP1 発現調節能を有する

らの化合物の Ucp1 発現誘導作用は，β-アドレナリン受ことが報告されている。当研究室において，食品由来多容体阻害剤の投与下で消失した。さらに，TRPV1 ノック

価不飽和脂肪酸が UCP1 発現誘導能を有することを見出アウトマウスでは魚油または KetoA の投与による体重増した。ドコサヘキサエン酸（DHA）およびエイコサペン

加抑制作用および Ucp1 発現誘導作用は認められなかっタエン酸（EPA）を豊富に含む魚油を投与したマウスおた。以上の結果から，これらの食餌由来脂肪酸およびそ

よびリノール酸の腸内乳酸菌代謝産物である 10-oxo-12の代謝産物の Ucp1 発現誘導作用は TRPV1 を介した交感(Z)-octadecenoic acid (KetoA) を投与したマウスにおいて，神経の活性化によるノルアドレナリン分泌の増加に起高脂肪食負荷時の体重増加の抑制が認められた。これら因することが示唆された。

のマウスにおいて，褐色脂肪組織および白色脂肪組織に303

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（４）Increased TRPV4 in non-myelinating Schwann cells is associated with demyelination after sciatic
nerve injury
Xiaona FENG1,2,3，Yasunori TAKAYAMA4，Nobuhiko OHNO5,6
Hirosato KANDA7，Yi DAI7，Takaaki SOKABE1,2,3，Makoto TOMINAGA1,2,3（1Department of Physiological Sciences, SOKENDAI，2Division of Cell Signaling NIPS,
3Thermal Biology Group, Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS),
4Department of Physiology, Showa University School of Medicine,
5Division of Ultrastructural Research NIPS,
6Department of Anatomy, Division of Histology and Cell Biology, Jichi Medical University, School of Medicine,
7Department of Pharmacy, School of Pharmacy, Hyogo University of Health Sciences）

Transient receptor potential vanilloid 4 (TRPV4) is a non-normal myelin development for SCs in sciatic nerves in mice.

selective calcium-permeable cation channel that is widely

On the other hand, after sciatic nerve cut injury, TRPV4

expressed and activated in various neurons and glial cells in theexpression was remarkably increased in SCs following nerve

nervous system. Schwann cells (SCs) are primary glia cells thatdemyelination. Ablation of TRPV4 expression impaired thewrap around axons to form the myelin sheath in peripheral

demyelinating process after nerve injury, resulting in delayed

nervous system. However, whether TRPV4 is expressed andremyelination and functional recovery of sciatic nerves. These

functions in SCs is unclear. Here, we found the functional

results suggest that local activation of TRPV4 could be an

expression of TRPV4 in mouse SCs and investigated its

attractive pharmacological target for therapeutic intervention

physiological significance. Deletion of TRPV4 did not affectafter peripheral nerve injury.

（５）胃腸上皮に発現する TRPV4 活性化の VNUT 阻害による制御及び，腸内細菌による TRPV4 発現抑制に関する検討
三原

弘 1，内田邦敏 2，小泉修一 3，森山芳則 4（１富山大学 医学部 第三内科，2 静岡県立大学 食品栄養科学部 環境生命科学科,
3 山梨大学大学院

薬理学講座，4 松本歯科大学 歯学部）

アデノシン三リン酸（ATP）は，消化管の機械刺激受た。今回，ヒト胃腸細胞株（GES-1 および CCD 841）と，

容性迷走神経求心性神経の活性を調節する。ATP は ATP

SPF マウス，全身 TRPV4 欠損マウス，VNUT 欠損マウ

トランスポーターVNUT を介して分泌小胞に保存される

ス，無菌（GF）マウスの組織における TRPV4 および/

が，クロドロン酸が VNUT を阻害すると報告され，慢性または VNUT の発現を検討した。TRPV4 アゴニスト

疼痛に対する安全で強力な治療オプションであること（GSK101 または 8,9-EET）は，マウスの初代結腸上皮細が示唆されている。TRPV4 は，機械刺激や内因性微小炎

胞および CCD 841 細胞で細胞内 Ca2+ 濃度および/または症物質であるエポキシエイコサトリエン酸などによっ

電流応答の増加を誘発したが，TRPV4 欠損マウス由来のて活性化され，炎症条件下で感受性が上昇することが知

結腸上皮細胞では誘発しなかった。TRPV4 アゴニストはられている。我々は VNUT と TRPV4 がマウス食道上皮

GES-1 および CCD 841 細胞からの ATP 放出を誘発し，細胞に存在しており，胃上皮の TRPV4 活性化でも ATP

VNUT 阻害剤であるクロドロン酸によって阻害された。

が放出され，ピロリ菌感染によってメチル化異常により

SPF マウスは，GF マウスに比べ消化管上皮の TRPV4 発胃上皮の TRPV4 の発現が抑制されることを報告して来現が低下していた。これらの一連の結果は，クロドロン

304

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

酸による VNUT 阻害は内臓痛の新しい治療オプション

現抑制作用がありえることを示しており，病態への関与となり，また，ピロリ菌以外の腸内細菌にも TRPV4 発を含め更なる検討が必要と考えられた。

（６）口腔粘膜創傷治癒における TRPV4 の影響
吉本怜子 1，合島怜央奈 2，大崎康吉 1，曹愛琳 1，高玮琦 1

本田裕子 1，内野加穂 1，澤田孟志 1，城戸瑞穂 1（１佐賀大学 医学部 組織神経解剖，2 佐賀大学 医学部 口腔外科）
皮膚や粘膜の創傷が治癒には，上皮による速やかな被覆上皮における細胞間接着および細胞骨格に関わる分子の局が重要である。Transient receptor potential vanilloid 4 (TRPV4)在を調べたところ，TRPV4KO の再生上皮では，WT と比べ

2+ 透過性は温度や機械的刺激などにより活性化される Caて E-cadherin で示される細胞間隙が広く認められた。加え陽イオンチャネルである。我々は TRPV4 が口腔の上皮細胞て，細胞間接着や細胞運動時の張力発生に関与するミオシに機能的に発現し，細胞間接着や増殖を制御することを見

ン調節軽鎖のリン酸化が，再生上皮では非受傷部と比べて出したことから，TRPV4 が粘膜創傷治癒の標的となりうる

強く認められ，さらに，TRPV4KO の再生上皮では WT よと考えた。8 週齢の C57BL/6 野生型マウス（WT）あるいはり強く認められた。口腔上皮初代培養細胞を用いた解析でTRPV4 遺伝子欠失マウス（TRPV4KO）の硬口蓋に直径 1.5

は，TRPV4KO の細胞では WT の細胞と比べて細胞移動がmm の円型の創を作製し，治癒過程を組織学的に解析した。

亢進し，リン酸化ミオシン調節軽鎖の強い染色陽性を呈し

形成後 3 日目の創の面積および幅は WT より TRPV4KO でた。以上の結果から，TRPV4 活性の調節により創傷治癒過有意に小さかった。また，免疫組織化学染色により，再生程を制御できる可能性が示唆された。

（７）難治性消化管疾患モデル動物における TRPV2 の発現と機能解析
松本健次郎 1，末永美奈子 1，林

大成 1，城戸瑞穂 2，加藤伸一 1（１京都薬科大学 薬物治療学分野，2 佐賀大学 医学部 生体構造機能学講座）
TRPV2 は神経，心臓，免疫細胞に発現し，機械的刺激

各種マーカーとの共局在割合は各部位で正常と病態モデや 52 ℃以上の高温で活性化する受容器である。機能性消ルで変化は認められなかった。病態時の内臓痛覚過敏は化管障害や消化管炎症などの難治性消化管疾患への関与

TRPV2 阻害作用を有するトラニラスト，TRPV1 拮抗薬でも示唆されているが，大腸や食道における TRPV2 発現とある BCTC の投与により改善された。

病態における役割については不明な点が多い。本研究では，ラット下部食道括約筋（LES）において，TRPV2 は主に炎症性腸疾患および逆流性食道炎の病態モデルを用いて，nNOS 陽性の内在性抑制性神経に発現していた。LES におTRPV2 の局在と機能解析を行った。

ける TRPV2，NGF 発現は，正常時と比較し病態時では有意ラット大腸において TRPV2 は内在性抑制性，知覚神経，に増大した。摘出 LES において 2-APB の弛緩作用は，正常マクロファージ，脊髄由来（A 線維），迷走神経由来の外ラットと比較して病態時には有意に増大した。この作用は来性神経に発現していた。一方，TRPV1 は大腸へ投射す

トラニラストおよび L-NAME によって完全に抑制された。

る外来性神経にのみに発現が認められた。病態モデルの大さらに，トラニラストの投与は，逆流性食道炎モデルにおけ

腸，DRG，迷走神経背側核における TRPV2 発現は正常動る体重減少，食道傷害，上皮の肥厚を有意に抑制した。
TRPV2 は大腸における内臓痛覚過敏，LES の弛緩によ物と比較して有意に増大したが，筋間神経叢における発現は変化が認められなかった。また TRPV2 陽性神経細胞のる胃酸の逆流に関与していることが判明した。

305

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（８）TRPM7 と歯のエナメル質形成機構
岡部

幸司，進

（福岡歯科大学

正史，鍛治屋細胞分子生物学講座

浩，岡本

富士雄

細胞生理学分野）

TRPM7 はミネラル輸送を担うイオンチャネルと α キた。その結果，切歯にエナメル質形成不全や石灰化異常

ナーゼ活性を有するユニークな分子で「チャネルキナーを認め，チャネル機能に影響を与えずエナメル芽細胞のゼ」と呼ばれる。この TRPM7 は全身中でも特に歯のエ分化に重要な BMP シグナルの smad･p38 や CREB のリン

ナメル芽細胞に高い発現が認められ重要性が予想され酸化の障害が認められた。次に，イオンチャネル機能のる。ダイアモンドに匹敵する硬度を有する歯のエナメル解析を目的に歯特異的なコンディショナル TRPM7 欠損

質の形成や石灰化は，エナメル芽細胞の分化，基質タン（CK14-cre/TRPM7fl/fl）マウスの解析を行った結果，パクの分泌及び分解脱却，ハイドロキシアパタイトの結TRPM7 様イオン電流の抑制と共に，KR マウスに比べて晶化により進み，エナメル芽細胞の機能異常は歯の形成重篤なエナメル質形成不全を呈した。従って，TRPM7

障害を呈する。我々はエナメル芽細胞における TRPM7のキナーゼ機能は BMP や CREB のシグナルを介して，のキナーゼ機能とチャネル機能を検討した。まず，点変

また，チャネル機能はその Ca2+/Mg2+ 輸送等を介してエ異によりキナーゼ活性だけを欠失した TRPM7 α キナー

ナメル質形成を担うことが明らかとなった。

ゼ変異（KR）マウスを用いてキナーゼ機能の解析を行っ（９）冬虫夏草 OCS は TRPM7 チャネルの抑制を介して肺高血圧を改善する
倉原琳 1，平石敬三 1，Lixia YUE2，平野勝也 1，井上隆司 3（１香川大学 医学部 自律機能生理学，2 コネチカット大学 医学部，3 福岡大学）
昆虫病原性真菌である冬虫夏草 Ophiocordyceps sinensisの病態の進行が有意に穏やかであった。PH ラットと PH(OCS) は，異常増殖やリモデリングに対して抑制作用を患者の肥厚肺動脈および叢状病変部位には TRPM7 の発現発揮することが知られている。一方，肺高血圧症（PH）

局在が観察された。OCS は，PH 患者由来 HPASMC の増の病態の進行には，肺動脈のリモデリングと異常収縮が密殖，および TRPM7 様電流，内皮間葉転換，IL-6 による接に関与している。そこで本研究では，OCS による PH のSTAT3 のリン酸化，PDGF による Akt のリン酸化を抑制

治療の可能性について，ラット・マウスの肺高血圧モデル

した。同様の効果は，TRPM7 siRNA 処置や TRPM7 拮抗および培養肺動脈内皮細胞（HPAEC）・平滑筋細胞薬 FTY-720 の添加でも観察された。さらに，OCS と（HPASMC）を用い，種々の炎症・線維化への関与の報

FTY-720 は，単離ヒト肺動脈に対して弛緩作用を示した。

告がある TRPM7 について検討を行った。OCS は，モノク

これらの結果から，OCS は PH の改善効果を持ち，このロタリン PH ラットの病態進行を改善した。TRPM7 遺伝効果の一部は TRPM7 チャネル活性の抑制を介した機序に的ノックアウトマウスでは，野生型マウスと比較して PH

よって生じている可能性が示唆された。

306

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（10）骨格筋幹細胞における機械受容イオンチャネル PIEZO1 の役割
平野航太郎 1，原雄二 1，野々村恵子 2，北嶋康雄 3，小野悠介 3，森泰生 1，梅田眞郷 1（１京都大学大学院 工学研究科 合成･生物化学専攻,
2 基礎生物学研究所

初期発生研究部門，3 熊本大学 発生医学研究所 筋発生再生部門）

骨格筋を構成する筋線維は高い再生能を有しており，運格筋に適用し筋再生過程を解析したところ，Piezo1 欠損マ動に伴う筋損傷に対して筋線維を再生することで筋恒常

ウスでは筋再生能が著しく低下した。また，単離筋線維上性が維持される。筋線維に付随する幹細胞（筋衛星細胞）の筋衛星細胞における挙動解析の結果，Piezo1 欠損細胞では，過剰な形質膜伸展の感知により休止状態から活性化状は増殖能低下とともに，細胞質分裂の遅延が認められた。

態へと遷移し，筋線維の修復・再生をもたらすと想定され続いて内在性 PIEZO1 の C 末端に蛍光タンパク質 tdTomatoてきたが，その分子機構は未だ明らかではない。我々はこが付加される Piezo1-tdTomato マウスを用いて PIEZO1 のれまでに細胞膜の膜張力により開口する機械受容イオン

動態解析を行ったところ，PIEZO1-tdTomato は筋衛星細胞

チャネル PIEZO1 が，筋衛星細胞に高発現することを見出の細胞質分裂時に分裂溝へ集積することを見出した。以上した。以上の知見の元，本研究では PIEZO1 の骨格筋再生の結果より，PIEZO1 は筋衛星細胞の細胞質分裂時におい過程における機能解明を試みた。

て機能し，骨格筋線維の再生に重要な役割を果たすことがまず筋衛星細胞特異的 Piezo1 欠損マウスの作出および示唆された。

表現型解析を行った。筋線維変性剤カルジオとキシンを骨（11）心臓における TRPC6 を介した交感神経制御メカニズムの解明
小田紗矢香 1,2，Supachoke MANGMOOL3，山口陽平 4，冨田拓郎 5，加藤百合 7
田中智弘 6，西村明幸 1,2，西山和宏 7，入部玄太郎 4，西田基宏 1,2,7（1 生命創成探究センター（生理学研究所），2 総合研究大学院大学
3 マヒドール大学

薬学部，4 旭川医科大学，5 信州大学 医学部

6 自然科学研究機構，7 九州大学大学院

薬学研究院）

心臓は環境変化や外的刺激に対して柔軟に適応する

り，TRPC6 欠損マウスにおいて，β AR 刺激後の心収縮ことで，その恒常性を維持している。非選択的カチオン応答（陽性変力作用）が減弱していることを見出した。

チ ャ ネ ル で あ る Transient receptor potential canonical

TRPC6 欠損マウスにおける心収縮力応答の減弱は，単離(TRPC)6 は，①種々の物理化学的刺激を感知し，そのシ心筋レベルでも観察された。cAMP 検出プローブ用いたグナルを細胞内に伝達するマルチモーダルセンサー，②

イメージングにより，TRPC6 をノックダウンした初代ラシグナル分子を集積させる足場タンパクという二面的ット胎児心筋細胞で β AR 刺激後の cAMP 産生の低下を役割を持ち，これらの機能異常・破綻が心血管疾患の病確認した。HEK293 細胞の過剰発現系において，TRPC6

態形成に関与することが明らかにされてきた。しかし，は β AR の内在化プロセスにも関与することを見出した。

TRPC6 の生理的役割については不明な点が多い。そこで本研究により，TRPC6 は β AR シグナルを正に制御する

心臓の運動量を制御する自律神経系に着目し，心臓のア

ことによって心臓の陽性変力作用を増強させることがドレナリン受容体（AR）応答における TRPC6 の役割に示唆された。

ついて解析を行った。心カテーテル法を用いた測定によ307

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（12）Structural basis for promiscuous action of monoterpenes on TRP channels
Thi Hong Dung NGUYEN1,2,3，Satoru G. ITOH4,5,6，Hisashi OKUMURA4,5,6，Makoto TOMINAGA1,2,3（1Department of Physiological Sciences SOKENDAI，2Division of Cell Signaling NIPS,
3Thermal Biology Group, Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS),
4Biomolecular Dynamics Simulation Group ExCELLS，5Research Center for Computational Science IMS
6Department of Structural Molecular Science SOKENDAI）

Monoterpenes are major constituents of plant-derived

and glycine residues in the linker between S4 and S5 that are

essential oils and have long been widely used for therapeutic

related to the action of these chemicals and validated theseand cosmetic applications. The monoterpenes menthol andfindings in molecular dynamics simulations. The involvement

camphor are agonists or antagonists for several TRP channelsof these amino acids differed between TRPV3 and TRPV1 forsuch as TRPM8, TRPV1, TRPV3 and TRPA1. However,chemical-induced and heat-evoked activation. These findings

which regions within TRPV1 and TRPV3 confer sensitivity toprovide the basis for characterization of physiologicalmonoterpenes or other synthesized chemicals such as 2-APB

function and biophysical properties of ion channels.

are unclear.

In this study we identified conserved arginine（13）TRPC6 変異体 R175W における Ca2+ / Calmodulin 依存的不活性化機構 (CDI) の破綻
岡田

亮 1，Onur K. POLAT2,3，森誠之 1（１産業医科大学 医学部，2 京都大学 工学研究科 合成･生物化学専攻，3Rush University）
受容体作動性非選択的カチオンチャネルである TRPC6をもつ FSGS 関連 TRPC6 変異体に関する機能解析は十分は，難治性ネフローゼ症候群を伴う腎病変である巣状分節になされておらず，C 末端領域の変異体と同様に CDI が性糸球体硬化症（focal segmental glomerulosclerosis, FSGS）

破綻しているか不明であった。今回，日本人女児の FSGSの原因遺伝子として知られている。最近，我々は，TRPC6

患者より同定された R175W 等，Ankyrin-repeat domain のC 末端領域の Coiled-Coil domain に FSGS 患者由来の変異

変異体について電気生理学的手法を用いた機能解析を行2+ / Calmodulin 依存的不活性をもつ TRPC6 変異体では Caったところ，野生型 TRPC6 と比較して顕著な CDI の遅延化機構（CDI）が破綻し，遅延性シグナルが生じることにが認められた。CDI の破綻は，N 末端領域や C 末端領域

よって発症に至るとの知見を得た（Polat OK et al., JASN,に変異をもつ FSGS 関連 TRPC6 変異体の gain-of-function2019）。一方，N 末端領域の Ankyrin-repeat domain に変異を説明する新たな知見であると考えられた。

（14）TRPA1 チャネルタンパク質の代謝を介した新規酸素センシング機構
中尾章人 1，内山誠 1，岡田泰昌 2，森泰生 1（１京都大学大学院 工学研究科 合成･生物化学専攻，2 村山医療センター 臨床研究部）
酸素に関する研究は 2019 年ノーベル生理学・医学賞のいるとされているが，その分子メカニズムは今なお決，着受賞対象となったが，未だ不明な点が多い。特に急性の酸がついていない。また，体内の局所，特に酸素消費が盛ん

素センシング機構に関しては，Heymans 以降（1938 年ノな脳の局所における酸素センシング機構の詳細は不明でーベル生理学・医学賞受賞）頸動脈小体によって担われてあった。最近，我々の研究グループは，延髄呼吸中枢にお308

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

けるアストロサイトが穏やかな低酸素に速やかに応答す

ング機構としては，既に形質膜上に存在するイオンチャネ

ること，またその分子メカニズムとして TRPA1 チャネル

ルの機能修飾によって細胞応答が惹起されると考えられタンパク質の細胞表面膜における集積が重要であることてきたのに対し，本研究では TRPA1 チャネルタンパク質を明らかにした（Current Biology in press, 京都大学プレスの酸素依存的な代謝が関与することを明らかにした。本発

http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_

表では，このユニークな TRPA1 の制御機構に関して報告

リ リ ー ス

results/2020/200717_2.html）。今までの急性の酸素センシ

する。

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第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

9．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
2020 年 12 月 19 日－12 月 20 日
代表・世話人：岩部美紀（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）脂肪肝再生過程で生じる細胞死の様式制御メカニズム
稲葉有香（金沢大学）（２）非アルコール性脂肪肝炎とクッパー細胞鉄代謝
金森耀平（名古屋大学）（３）筋萎縮における尿中タイチン測定の意義
堤理恵（徳島大学）（４）身体不活動にともなう骨格筋代謝の変化が高次脳機能に及ぼす影響
志内哲也（徳島大学）（５）亜鉛トランスポーターから究明する代謝調節機構の解明 〜生活習慣病に対する治療戦略を目指して〜
福中彩子（群馬大学）（６）立体構造情報に基づいた，グレリン受容体のリガンド認識機構の解明
椎村祐樹（久留米大学）（７）健康長寿を目指した新規糖尿病治療法創製に向けた取り組み
岩部美紀（東京大学）（８）視床下部のプロスタグランジン生成と全身糖代謝の関係
戸田知得（北海道大学）（９）軽度認知障害から中期のアルツハイマー型認知症患者における APOE-ε4 と体格・身体組成の関連安藤貴史（産業技術総合研究所）（10）糖尿病における精神障害に対する neuropeptide Y の関与
植田大暉（星薬科大学）（11）エネルギー代謝を制御する中枢―末梢神経回路
近藤邦生（生理学研究所）（12）腸 GLP-1 の血漿インスリン濃度依存的なインスリン感受性亢進作用岩崎有作（京都府立大学）（13）食塩と脂質の過剰摂取が体重，糖代謝に与える影響高木博史（名古屋大学）（14）中鎖脂肪酸受容体を介した新規代謝調節機構
大植隆司（東京農工大学）（15）骨量減少を抑制する脂肪酸の発見
中島友紀（東京医科歯科大学）（16）栄養素研究の新たなモデル動物として遺伝子改変メダカの作製
別府香名（徳島大学）（17）急性腎虚血再灌流モデルにおいてアディポネクチンと T-カドヘリンは血管透過性亢進と尿細管細胞傷
害に保護的に作用する
清水有理（大阪大学）（18）膵 β 細胞再生の分子機構
三木隆司（千葉大学）（19）サルコペニア・フレイルと性差
小川純人（東京大学）

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告【参加者名】
戸田知得（北海道大学），喜多俊文（大阪大学），清水（産業技術総合研究所），岩部真人（東京大学），松川隼有理（大阪大学大学院），中島友紀（東京医科歯科大学），

也（国立国際医療研究センター研究所），二木寛之（東京

土居雅夫（京都大学），櫻井 孝（国立長寿医療研究セン大学），原 加奈子（徳島大学），金森耀平（名古屋大学），ター），阪上 浩（徳島大学大学院），神田 容（名古屋稲葉有香（金沢大学），池田弘子（星薬科大学），植田大大学），黒田雅士（徳島大学大学院），付 友紀子（名古暉（星薬科大学），別府香名（徳島大学大学院），廣瀬友屋大学），米持奈央美（星薬科大学），川上歩花（徳島大矩（名古屋大学），岩部美紀（東京大学），岩崎有作（京学），田村優実（徳島大学大学院），須藤珠水（東京農工

都府立大学），大林健人（京都府立大学），清水天幸（京大学），松尾宏美（徳島大学大学院），福中彩子（群馬大

都府立大学），高木博史（名古屋大学），岡本士毅（琉球学），小川純人（東京大学），富永玲奈（徳島大学大学院），大学），堤 理恵（徳島大学），孫 汝楠（名古屋大学），

宮本潤基（東京農工大学），渡辺啓太（東京農工大学），

三木隆司（千葉大学），長沼孝雄（国立国際医療研究セン

椎村祐樹（久留米大学），北野(大植) 隆司（東京農工大

ター研究所），古橋眞人（札幌医科大学），井上 啓（金学），西田朱里（東京農工大学大学院），山内敏正（東京沢大学），田中智洋（名古屋市立大学），青谷大介（名古大学大学院），満島 勝（国立国際医療研究センター），

屋市立大学），能美太一（京都府立大学），長谷川結紀（京坂野僚一（名古屋大学），杉山摩利子（名古屋大学），溝都府立大学），武藤明日香（京都府立大学），豊岡真悠（京口 暁（名古屋大学大学院），柳沼裕史（名古屋大学），

都府立大学），小山博之（名古屋市立大学大学院），近藤

滝 啓吾（名古屋大学），茶本 凜（徳島大学），芝崎真

邦生（生理学研究所），中島健一朗（生理学研究所），菊裕（星薬科大学），志内哲也（徳島大学），田中 都（名地晶裕（生理学研究所），上原優子（生理学研究所），箕古屋大学），菅波孝祥（名古屋大学），三島優奈（徳島大越靖彦（生理学研究所），傅 欧（生理学研究所），三須

学），木村 藍（国立長寿医療研究センター），安藤貴史

宏武（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，り組み，大学院生を含む若手研究者 9 名に加え，各分野

代謝をはじめ，脳神経系機能や免疫制御機能など様々なのトップランナーとして 10 名の研究者に発表をお願い

生命システムを制御し，老化をも制御する。そして，運した。具体的な発表は，肝臓・筋肉における代謝制御（稲動器から分泌される分子が，生体機能に関与する一方，

葉・金森・堤・志内等），受容体・トランスポーター代

破綻・異常が，逆に運動機能に影響を与える両方向的な謝調節（福中・椎村・岩部等），中枢における代謝制御関係が見出されているが，生体恒常性の制御機構として（戸田・安藤・植田・近藤等），腸・運動器における代の俯瞰的理解は不十分である。本研究会においては，筋謝制御（岩﨑・高木・大植・中島等），感覚器・代謝関

骨格系，内分泌，神経，免疫等の専門家が一堂に会し，

連臓器・老化に関する代謝制御（別府・清水・三木・小共同研究を推進することにより，生命現象を理解するだ

川等）について行った。また，発表者および参加者全員

けでなく，超・超高齢社会の我が国において，健康寿命に占める女性研究者の割合が 30%をこえ，男女共同参画の延伸に寄与することを目的とした。本研究会を通し，の推進にも貢献できる研究会となった。本研究会は，多層的オミックス，栄養学，運動生理学，加齢・老化，

ZOOM シンポジウム形式で行い，最新の技術とデータの時計遺伝子等を網羅する異分野連携共同研究のネット共有，自由・活発な発表・議論が行われ，知見・研究技

ワーク形成の起点とすることを視野に入れ，本研究会を術・人的交流を深めることができ，運動器/代謝系連関に開催した。代表世話人を岩部美紀が担当し，運動器／代よる生体機能制御とその変容の仕組みに関する有機的謝系連関に関わる若手研究者の教育と人材育成にも取共同研究の推進に繋がるものとなった。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（１）脂肪肝再生過程で生じる細胞死の様式制御メカニズム
稲葉有香 1，橋内咲実 2，井上

啓 1,2

（1 金沢大学 新学術創成研究機構 栄養･代謝研究ユニット
2 金沢大学

医薬保健学総合研究科 代謝生理学分野）

脂肪肝では，肝臓の再生能が障害される。我々は，脂討を行った。ATF3 欠損群では，高度脂肪肝切除後再生肪肝再生障害の要因として，細胞内ストレスに伴う肝細過程でネクロプトーシスのみ消失した。実際，ATF3 欠

胞死誘導が重要な役割を担うこと，脂肪肝の程度に応じ損群では，ネクロプトーシス誘導分子 RIPK3 の発現及びて再生過程で生じる細胞死の量と質が変化することをリン酸化が減少したが，活性型カスパーゼ３は野生型と明らかにした。特に，高度脂肪肝では，壊死が誘導され，同等であった。一方，高度脂肪肝マウスへの ATF3 過剰

重篤な肝障害を引き起こす。本研究は，高度脂肪肝再生

発現は，RIPK3 発現を増加させ，ネクロプトーシスを惹過程で生じる細胞死の質を制御するメカニズムの解明起した。さらに，ネクロプトーシスをモニタリング可能を目的とした。

な肝細胞株を用いた検討により，ATF3 過剰発現がネク

高脂肪食負荷マウスに対する 70%肝切除後の再生過程

ロプトーシスを誘導することを明らかにした。

において，中等度脂肪肝ではアポトーシスが，高度脂肪高度脂肪肝の再生過程で生じるネクロプトーシスの肝ではアポトーシス・ネクローシスが惹起された。高度制御メカニズムとして，ATF3 が重要な役割を担うこと

脂肪肝の再生過程で，ストレス誘導性転写因子 ATF3 のを明らかにした。課題名と研究者名の間，研究者名と本発現が著増したことから，ATF3 欠損マウスを用いた検文の間にはそれぞれ空行を１行ずつ入れてください。

（２）非アルコール性脂肪肝炎とクッパー細胞鉄代謝
金森耀平 1，田中

都 1，伊藤美智子 1,2,3，越智梢 1，伊藤綾香 1，小川佳宏 4，菅波孝祥 1（1 名古屋大学 環境医学研究所 分子代謝医学分野
2 東京医科歯科大学

生体材料工学研究所 バイオエレクトロニクス分野

3 神奈川県立産業技術研究所，4 九州大学大学院

医学研究院 病態制御内科学分野）

脂肪肝が進行すると，炎症と線維化を伴う非アルコール陽性であり，炎症・線維化促進因子を高発現することから，性脂肪肝炎（nonalcoholic steatohepatitis: NASH）を発症す

細胞内の鉄蓄積が NASH におけるクッパー細胞の形質転る。NASH では，肝細胞死に応答してクッパー細胞が換を誘導すると考えられた。分子機構として，鉄によるリCD11c 陽性に形質転換することで病態形成を促進するが，ソソームの機能障害が転写因子 MiT/TFE ファミリーを活形質転換の機序には不明点が多い。一方，鉄代謝異常が性化することで，CD11c ならびに炎症・線維化促進因子

NASH 発症の引き金として指摘されているものの，詳細はの発現誘導に至ると考えられた。実際，NASH では，死細不明である。本研究では，クッパー細胞鉄代謝が NASH

胞に近接する CD11c 陽性クッパー細胞において，
MiT/TFEの病態形成に及ぼす意義を明らかにすることを目的とした。

ファミリーの活性化が認められた。

磁気細胞分離装置を利用し，NASH モデルマウスにおけ

NASH とクッパー細胞鉄代謝の関係の実態を明らかにるクッパー細胞を鉄高含有（Fe-hi）細胞，鉄低含有（Fe-lo）

した本研究は，新たな病態メカニズムの解明に資すると期細胞に分類した。その結果，Fe-hi クッパー細胞が CD11c

待される。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（３）筋萎縮における尿中タイチン測定の意義
堤

理恵 1，原加奈子 1，三島優奈 1，黒田雅士 1，中西信人 2，大藤純 2，松尾雅文 3，阪上浩1

（1 徳島大学大学院 医歯薬学研究部 代謝栄養学分野
2 徳島大学病院

救急集中治療部，3 神戸学院大学 リハビリテーション学部）

ICU 入室患者に見られる顕著な筋萎縮はその後の離床

1-3pmol/mg/dl)は，
1，3，5 日目にそれぞれ 27.9(16.8-59.6)，

や社会復帰の観点からも深刻である。しかしながら筋萎

46.6(24.4-97.6)，38.4(23.6-83.0) pmol/mg Cr といずれも正縮を診断できる明確なバイオマーカーは未だ存在しな

常上限の 10 倍～15 倍に上昇した。さらに尿中タイチンい。我々は，筋ジストロフィー患者において尿中タイチ

濃度は 3～7 日目において大腿直筋の萎縮が大きいほどン濃度が筋萎縮の非侵襲的バイオマーカーとなり得る

上昇が顕著であり (p≦0.03)，ICU-AW や死亡率との関連ことに着目し，重症患者における尿中タイチン測定の意も示唆された。現在，尿中タイチンの放出の機序および義を検討した。徳島大学病院及び徳島県立中央病院 ICU

生理的意義について筋損傷，筋萎縮および敗血症モデルに 3 日以上入室が見込まれる成人の呼吸不全患者を対象

マウスを用いて検討している。本発表においては，骨格とし，1，2，3，5，7 日目の尿中タイチン濃度の測定を筋分解の結果増加する血中遊離アミノ酸濃度との関連行った。筋萎縮の評価には，超音波を用いて大腿直筋のと併せて報告する。

筋断面積を測定した。尿中タイチン濃度(正常値;（４）身体不活動にともなう骨格筋代謝の変化が高次脳機能に及ぼす影響
志内哲也 1，清水紀之 1，近久幸子 1，勢井宏義 1（1 徳島大学大学院 医歯薬学研究部 統合生理学分野）
ロコモティブシンドロームやサルコペニアなど，運動であり，動かさなければ骨格筋は退廃する。すなわち，不足が原因となる症状が注目されている。生活習慣病の骨格筋の変化が発端となり個体に様々な影響を与える

発症への寄与率としても，身体不活動は喫煙や肥満と同「筋脳相関」による生体制御が，身体不活動による生活等の位置づけがなされている。適度な運動が身心に対し習慣病発症の機序になる可能性が考えられる。

て良い影響があることは周知の事実であり，近年ではそ

我々は，身体不活動による骨格筋代謝の変化に影響をの分子メカニズムも明らかになりつつある。しかしながもたらす因子として，グルココルチコイド系に焦点を当ら，身体不活動によるマイナス効果については，疫学的てて検討を行っている。本発表では，身体不活動マウスには知られているが，機序についてはあまり知られていモデルや骨格筋特異的遺伝子制御マウスモデルを用いない。

た研究を紹介し，身体活動におけるグルココルチコイド
系を介した骨格筋代謝の変化と高次脳機能への関連性

身体不活動により，大きな影響が出る臓器の一つが骨について議論したい。

格筋である。身体を動かすためには骨格筋の活動が必要

313

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（５）亜鉛トランスポーターから究明する代謝調節機構の解明 〜生活習慣病に対する治療戦略を目指して〜
福中彩子 1，木村徹 2，深田俊幸 3，藤谷与士夫 1（1 群馬大学 生体調節研究所， 2 杏林大学 医学部，3 徳島文理大学 薬学部）
人体における代謝調節機構の理解は，
主に生活習慣の改る。我々のグループはこれまでに特定の亜鉛のトランスポ

善おいて必要不可欠となっている。この代謝機能を担う組ーターが，膵島の機能や脂肪細胞の分化を制御することを

織や細胞の働きは極めて多くの分子やシグナル伝達系に見出したため，その詳細なメカニズムの解明を目指した研より複雑に制御されると考えられている。そして代謝を担究を行っている（Tamaki M，J Clin Invest. (2013), Fukunaka

う個々の細胞種においては，近年生体内に微量に存在する

A, PLoS Genet. (2017) ）。本発表では我々がこれまで明ら

金属元素の関連分子が様々なメカニズムで調節に関与す

かにしてきた亜鉛トランスポーターの代謝調節機構におることが明らかになっており，個々の金属関連分子が代謝ける役割と，その制御を利用した生活習慣病の治療戦略ににおいて如何なる機能を発揮するかに注目が集まっていついて議論したい。

（６）立体構造情報に基づいた，グレリン受容体のリガンド認識機構の解明
椎村祐樹，児島将康（久留米大学 分子生命科学研究所 遺伝情報研究部門）
グレリンは，胃から発見されたペプチドホルモンであたグレリン受容体の立体構造を 3.3 Å 分解能で決定した。

る。グレリンの活性化は 3 番目のセリン残基へのオクタ取得した 3 次元構造からリガンド結合部位について詳細

ン酸修飾によって制御されており，オクタン酸修飾されに解析した。その結果，グレリン受容体のリガンド結合

たグレリン（活性型グレリン）は，グレリン受容体に結部位に，極性アミノ酸の局在とフェニルアラニン残基の合することで，成長ホルモンの分泌促進や摂食亢進，エ集積という 2 つの特徴を見出した。そこで，これらのアネルギー代謝調節など多彩な生理作用を示す。したがっ

ミノ酸をそれぞれアラニンに置換したグレリン受容体てグレリン受容体は脂肪酸修飾の有無を識別するため変異体を作製し，活性型グレリンとの結合実験を行った。

の分子機構を備えていると考えられるが，その認識機構

その結果，作製したグレリン受容体変異体では，活性型は明らかになっていない。そこで本研究では，グレリン

グレリンとの結合能が著しく減衰することが確認され受容体の立体構造を決定し，そのリガンド認識機構の解た。したがって，グレリン受容体は，リガンド結合部位明を試みた。

の極性アミノ酸とフェニルアラニンによって活性型グ

X 線結晶構造解析によって，アンタゴニストが結合しレリンを認識していることが示唆された。

（７）健康長寿を目指した新規糖尿病治療法創製に向けた取り組み
岩部（岡田）美紀，岩部真人，山内敏正（東京大学大学院 医学系 研究科糖尿病･代謝内科）
生活習慣病は，健康長寿の最大の阻害要因である。糖

らかにしてきた。アディポネクチン/AdipoR を標的にし尿病は，がんや認知症などのリスクが高まり健康な人よた抗糖尿病・生活習慣病薬開発を目指し，分子メカニズ

り約 10 年短命となる。我々は，脂肪細胞から分泌されムに立脚した治療戦略研究を行ってきた。これまでにるホルモンであるアディポネクチンとその受容体

AdipoR アゴニストの取得に成功し，AdipoR の立体構造

AdipoR の作用低下がこれら疾患の原因となることを明

情報を利用した構造ベース創薬を目指してきた。

314

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

さらに，糖尿病・生活習慣病に対して，運動が有効な激増する糖尿病・生活習慣病治療法創製の有力なスト

予防法・治療法であることはよく知られているが，運動

ラテジーとして，構造ベース創薬の基盤が整い，AdipoRの詳細な分子メカニズムは未だ十分に解明されておらを標的とする治療法・治療薬の開発の加速が期待される。

ず，さらに，運動を継続することは非常に困難であるとまた，糖尿病・生活習慣病を解決し，先制医療のコンセいう課題が存在する。我々は，運動の分子メカニズムをプトを具現化し，運動の実施率向上を目指した健康長寿

明らかにすると共に運動の実施率向上のための取り組に資する画期的な新規糖尿病・生活習慣病治療法開発のみを行っている。

取り組みと可能性についても紹介したい。

（８）視床下部のプロスタグランジン生成と全身糖代謝の関係
戸田知得 1，Lee Ming Liang1，松永洋和 1，杉浦悠毅 2，早坂孝宏 3，北沢

泉 1，岡松優子 1，木村和弘 1（1 北海道大学大学院 獣医学研究院 生化学教室，2 慶応義塾大学 医学研究科 医化学教室
3 北海道大学

医学研究院 外科系部門 外科学分野）

視床下部は血中の栄養素やホルモン濃度の変化によ利用される。しかし，血糖値の変化または肥満が視床下部って全身のエネルギー状態をモニターしている。その状のプロスタグランジン類を生成するか，また，視床下部の況に応じて摂食量や全身組織の代謝を調節することでプロスタグランジン類が血糖値の調節に重要であるかは体重や血糖値などを一定に保つ。特に，視床下部には血不明である。我々は，イメージング質量分析器および高速

糖値のセンサーとして働くグルコース感受性神経があ

液体クロマトグラフィー質量分析器を用いて，視床下部にり，骨格筋の糖取り込みや肝臓からの糖産生を調節しておける細胞膜リン脂質量の変化およびプロスタグランジ

血糖値を一定に保っている。肥満すると視床下部によるン類の生成を測定した。その結果，血糖値の増加および肥エネルギー感知システムの機能が低下して，全身エネル

満が視床下部におけるアラキドン酸含有リン脂質量を低

ギーの恒常性が維持できなくなる。しかし，そのメカニ

下し，ある種のプロスタグランジン類の生成を増加するこ

ズムは十分に解明されていない。

とで，全身の糖代謝調節に重要な役割を営むことを見出した。本研究会ではこれらの知見について紹介し，血糖値増細胞膜リン脂質中には不飽和脂肪酸が存在し，様々な刺加と肥満の違いについて議論したい。

激によって遊離され，プロスタグランジン類の原料として（９）軽度認知障害から中期のアルツハイマー型認知症患者における APOE-ε4 と体格・身体組成の関連
安藤貴史 1，木村

藍 2，杉本大貴 2，櫻井孝2

（1 産業技術総合研究所，2 国立長寿医療研究センター）
齢者において，APOE-ε4 の有無と体格・身体組成に関連背景：があるか明らかにすることを目的とした。

認知症患者における体重低下は，認知症の進行や死亡率

方法：の増加に関わる。また，アルツハイマー型認知症病を発症する人は，発症の数年前から体重の低下が見られることが2010 年 10 月から 2018 年 2 月の期間，もの忘れ外来を明らかになっている。これらのことから，アルツハイマー

初めて受診した 65 歳から 89 歳の外来患者において，軽病における体重低下の要因調査や体重低下する人の特徴

度認知障害から中期のアルツハイマー型認知症の 1690を把握することで，アルツハイマー病の進行リスクの顕在名を対象とした。対象者の APOE4 の保有有無と body

化や，認知症発症や進行の遅延などに寄与する可能性があmass index（BMI）や，除脂肪量，脂肪量，体脂肪率を評る。したがって，本研究では，認知機能が低下している高価し関連を調べた。

315

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

認知機能が低下した高齢女性では，APOE-ε4 の有無は結果：
併存疾患や認知機能などの交絡因子の補正後，女性に認知機能のみならず，認知機能とは独立して BMI や体脂

おいて APOE-ε4 を保有していると，BMI が低く，体脂肪量と関連することが明らかになった。我々の結果より，

肪量や体脂肪率が少なかった。一方で，男性では関連がAPOE-ε4 を保有している高齢女性は，栄養の充足状態やみられなかった。

体重の管理により気を配る必要があると言えるだろう。

結論：（10）糖尿病における精神障害に対する neuropeptide Y の関与
植田大暉，米持奈央美，鎌田知紘，池田弘子（星薬科大学 薬物治療学研究室）
糖尿病では精神疾患の罹患率が高いことが報告された。さらに，NPY Y2 受容体拮抗薬の投与により STZ 誘ている。うつ病などの精神疾患では社会性の低下が発症

発糖尿病マウスにおける社会性の低下が改善した。以上要因となることから，糖尿病においても社会性が低下すより，糖尿病時には，NPY 神経が活性化することで社会ることで精神疾患が発症する可能性が考えられる。そこ性が低下することが示唆された。一方，扁桃体や腹側海で，1 型糖尿病モデルである streptozotocin (STZ) 誘発糖

馬のグルタミン酸神経が社会性に関与することが報告

尿病マウスの社会性について検討した結果，STZ 誘発糖

されていることから，グルタミン酸神経の関与について

尿病マウスでは社会性が低下していることが明らかに検討した結果，NPY はグルタミン酸神経の活性化を介しなった。一方，神経ペプチドである neuropeptide Y はエて社会性を低下させることを示唆する結果が得られた。

ネルギー調節だけでなく情動にも関与することが指摘

本発表では，糖尿病における社会性の低下に対する NPYされている。そこで NPY が社会性に関与するか検討しならびにグルタミン酸神経の関与についての研究成果たところ，NPY Y2 受容体の刺激により社会性が低下しを発表したいと考えている。

（11）エネルギー代謝を制御する中枢―末梢神経回路
近藤邦生，箕越靖彦（生理学研究所 生殖･内分泌系発達機構研究部門）
我々の体は，外界の環境の変化に対して体内のエネル代謝を担う末梢組織（肝臓・骨格筋・褐色脂肪組織）をギー状態を安定に保つ「エネルギー恒常性」を持つ。恒制御する中枢神経回路の解析を行い，他の中枢神経から常性の制御に重要な役割を果たしているのが，脳である。

情報を受け取り，脊髄に投射して末梢組織を制御する神脳は，外界の情報と体内の情報を取り入れて統合し，末経細胞（プレモーターニューロン）が，限局された脳領梢組織の機能を制御する。

域に存在することを見出した。視床下部室傍核に存在す

我々は近年，エネルギー代謝を制御する中枢―末梢間るプレモーターニューロンの多くが Nitric oxide synthase

神経回路の解明に取り組んでいる。仮性狂犬病ウイルス

1 (Nos1) を発現していた。この室傍核 Nos1 ニューロン（PRV）は神経細胞に感染し，シナプスを介して逆行的は，肝臓・骨格筋・褐色脂肪組織の全てに投射しており，に移動する性質を持つ。PRV を末梢組織に接種するとウ

化学遺伝学的手法を用いて人為的に活性化すると，エネ

イルスは接種した組織に投射する一連の神経回路に感ルギー消費量と血糖値が上昇した。このことから，Nos1

染するため，末梢組織を制御する神経回路を網羅的に同ニューロンが末梢組織のエネルギー代謝を制御するこ

定することができる。我々は PRV を用いて，エネルギーとが示唆される。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（12）腸 GLP-1 の血漿インスリン濃度依存的なインスリン感受性亢進作用
岩崎有作 1，大林健人 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，3 神戸大学大学院 医学研究科）

腸ホルモン glucagon-like peptide-1 (GLP-1) は，膵 β 細糖・高インスリン血症を示す 2 型糖尿病モデルマウス（高胞に作用し，インスリン分泌促進を介して高血糖を改善

脂肪食肥満マウス，db/db マウス）へのアルロース投与する。加えて，腸 GLP-1 は内臓感覚神経の求心性迷走神は顕著に高血糖を改善した。この時血漿インスリン値に経を活性化して耐糖能を向上させる経路も明らかとさ変動はなく，インスリン抵抗性が改善していた。高血れた。しかし，腸 GLP-1 の求心性迷走神経を介した耐糖糖・低インスリン血症の 1 型糖尿病モデルマウス（Akita

能向上作用の詳細なメカニズムは不明な点が多い。本研マウス）へのアルロース投与は高血糖を改善しなかった。

究では，GLP-1 分泌促進剤として同定した希少糖アルロ

一方，Akita マウスへのアルロース投与は，インスリンースを用いて，健常マウスと糖尿病モデルマウスに対す

腹腔内投与による血糖低下作用を増強させた。
以上より，腸 GLP-1 分泌促進は，高い血漿インスリンる希少糖アルロースの GLP-1 分泌促進を介した血糖改値の時のみインスリン感受性を亢進させて高血糖を改善作用とその機序を検討した。
健常マウスへのアルロース単回経口投与は GLP-1 分

善することが示された。

泌を亢進させたが血糖値に影響を与えなかった。高血（13）食塩と脂質の過剰摂取が体重，糖代謝に与える影響高木博史 1，滝啓吾 1，坂野僚一 1,2，有馬

寛1（1 名古屋大学大学院 医学系研究科 糖尿病･内分泌内科学
2 名古屋大学

総合保健体育科学センター）

日本人の食塩摂取量は諸外国と比較して伝統的に多効率の低下，体重増加の抑制，肝重量の低下，精巣周囲いことが知られている。食生活の欧米化によって日本人

脂肪組織重量の増加を認めた。NCD 群と NCD+NaCl 群のエネルギー摂取に占める脂質の割合は増加しており，においてはインスリン感受性と耐糖能に差を認めなか

日本人の食生活は食塩と脂質の過剰摂取となっている。

ったが，HFD 群と比較して HFD+NaCl 群は，インスリン

我々は食塩と脂質の過剰摂取が体重と糖代謝に与える感受性改善を認めたものの耐糖能悪化を認め，ピルビン

影響をマウスモデルで検討した。

酸負荷試験において肝糖新生亢進を認めた。HFD 群と比8 週齢 C57BL6J 雄性マウスを普通食(NCD 群)，高塩分

較して HFD+NaCl 群は，ブドウ糖負荷試験中の血中イン食(NCD+NaCl 群)，または高脂肪食(HFD 群)，高脂肪高スリン濃度が低く，膵島の面積と数の有意な減少を認め

塩分食(HFD+NaCl 群)で 30 週間飼育し，体重，耐糖能をた。

比較した。NCD 群と NCD+NaCl 群においては体重，耐以上より，食塩と脂質の過剰摂取は，肥満度が低くイ糖能に有意差を認めなかったが，HFD 群と比較してンスリン分泌不全を合併した 2 型糖尿病の病態形成に関

HFD+NaCl 群は，累積摂餌量は同等であったものの飼料与する可能性が示唆された。

317

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（14）中鎖脂肪酸受容体を介した新規代謝調節機構
大植隆司 1，増島侑紀 1，野仲葉月 1，五十嵐美樹 1，加藤裕教 2，木村郁夫 1,2（1 東京農工大学大学院 農学研究院，2 京都大学大学院 生命科学研究科）
食生活の欧米化に伴う脂質の過剰摂取が，代謝性疾患

MCT オイルの構成脂肪酸である中鎖脂肪酸は，生体内にの誘発・増悪化に関与することが知られているが，近年，

おいて様々な生理機能に関与すると言われているがそ

代謝性疾患の予防・改善の観点から，摂取する食事脂質の正確な分子作用機序は明らかになっていない。

の量だけでなく，質の重要性に注目が集まっている。そ本研究では，中鎖脂肪酸に着目し，GPCR を介した代のような中，脂肪酸は単にエネルギー源として利用され

謝調節機構を明らかにする一環として，受容体遺伝子欠るだけではなく，様々な細胞内プロセスに関係するシグ

損マウスを用いた個体レベルでの検討に加え，それら受ナル分子として作用する可能性が明らかになってきた。

容体の強制発現株を用いた中鎖脂肪酸の詳細な受容機

その機能を担う生体内の受容体として，G タンパク質共構を細胞レベルで検証した。その結果，中鎖脂肪酸は役受容体（GPCR）が示唆されている。しかしながら，

GPCR を介して代謝機能調節に寄与することが示唆されその詳細な認識機構とそれに続く機能発現を含めた分た。今後，代謝性疾患の予防を対象とした機能性食品の子機序は明らかにされていない。なかでも，手術後の栄開発や，脂肪酸受容体を標的とした創薬への応用につな

養管理や低栄養患者の栄養補給，また小児のてんかん治

がることが期待される。

療食（ケトン食）などの医療用食品として利用される（15）骨量減少を抑制する脂肪酸の発見
中島友紀 1,2（1 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，
2 日本医療研究開発機構

ローヤルゼリー（Royal Jelly: RJ）は，ミツバチの働き

AMED-CREST）

が，その機能性分子や作用メカニズムについては不明であった。

蜂が蜂蜜や花粉を食べ，その体内で合成し，咽頭腺，大腮腺から分泌する乳白色クリーム状の物質で，女王蜂や本研究では，ローヤルゼリー（Royal jelly: RJ）の様々

その幼虫に必須な特別食物である。RJ は，ロイヤルラク

な分画解析から，脂肪酸である 10-ヒドロキシ-2-デセンチンなどたんぱく質が多いほか，アミノ酸，脂質，ビタ酸（10H2DA）が骨破壊を抑制する分子であることを発ミン，ミネラルなど，多彩な成分で構成されている。古見した。さらに，10H2DA が遊離脂肪酸受容体 4（FFAR4）

来よりヒトにおける RJ の摂取は，抗炎症，血圧改善，を活性化し，NF-κB シグナルを抑制することで破骨細胞

肥満予防など様々な健康増進の効果をもたらすことが分化を抑制することを明らかにした。

知られており，RJ に特徴的な様々な機能性分子が含まれ本研究の成果から，閉経後骨粗鬆症のような病的骨破ていると考えられてきた。これまでに，RJ の摂取が骨量壊を伴う骨疾患の新規治療法の開発や機能性食品によの維持に有意な効果をもたらすことが示唆されてきたる骨健康の増進への応用が期待される。

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第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（16）栄養素研究の新たなモデル動物として遺伝子改変メダカの作製
別府香名 1，堤理恵 1，黒田雅士 1，阪上浩1

（1 徳島大学大学院 代謝栄養学分野）
Receptor Type1 member3）遺伝子領域に GFP を導入した【背景・目的】化 学 療 法 に よ る 味 覚 障 害 は ， 味 覚 受 容 体 の down-

味覚受容体可視化トランスジェニックメダカを作製しregulation が関与しており，受容体発現の dysregulation がた。稚魚に抗がん剤とアミノ酸曝露を行い，T1R3 の発味覚障害の原因の一つである可能性がある。しかし，齧

現変化を，リアルタイム PCR による遺伝子発現量の解析

歯類の味蕾細胞が少ないことや倫理上及び動物愛護のと蛍光強度により評価した。

観点から，詳細な機序や有効成分を明らかにすることは【結果・考察】困難である。本研究では，味覚受容体を蛍光ラベルした

ノックイン系統において，口唇，鰓耙，咽頭部に GFP

遺伝子改変メダカを作製することで，剖検の必要のない蛍光が認められた。抗がん剤の 5-FU 曝露により T1R3

実験系の確立を目指し，栄養素研究の新たなモデル動物

遺伝子発現量の減少と蛍光強度の減弱が確認された。一としての有用性を検討した。

方，グルタミン酸ナトリウム曝露により T1R3 発現が増【方法】

加した。今回作製したノックイン系統は，味覚研究のモ

OK-Cab^lf メダカの受精卵に CRISPR/Cas システムをデル動物として有用である可能性が示唆された。

利用したゲノム編集を行い，味覚受容体 T1R3（Taste（17）急性腎虚血再灌流モデルにおいてアディポネクチンと T-カドヘリンは血管透過性亢進と尿細管細胞傷害に保護的に作用する
清水有理（大阪大学大学院 医学系研究科 内分泌･代謝内科学）
アディポネクチン（APN）は 3 量体，6 量体，及び 18に APN-KO マウスが野生型に比べてより高度な尿細管

量体以上の多量体を形成し脂肪細胞から特異的かつ多上皮細胞障害と血管透過性を呈したこと，③障害に応答

量に分泌される善玉アディポサイトカインである。多量して Tcad-KO と APN-KO マウスの両方で野生型ではみ体 APN は，GPI アンカー型膜蛋白 T-カドヘリン（Tcad）

られなかった周皮細胞の loss を認めたこと，④In vitro でと高親和性に相互作用することで血管，心筋，骨格筋組

マウス初代周皮細胞も Tcad を発現し，APN 添加で Tcad

織に集積し，血管内皮細胞，心筋・骨格筋細胞，間葉系

依存的にエクソソーム分泌を促進したことを明らかに幹細胞のエクソソーム産生を促進する。

した。

腎臓は，心血管組織と比較すると Tcad 発現量は相対

周皮細胞から放出されたエクソソームは，障害を受け的に低いが，APN は種々の腎障害モデルにおいて保護的た尿細管上皮細胞や毛細血管網に対して保護的な役割に作用することが報告されている。そこで我々は APNを担っていると報告されており，今回のモデルでも同様と Tcad の腎臓における局在と作用について検討した。

に作用していると考えられる。以上より APN は Tcad を

本研究では①免疫染色で APN と Tcad が細動脈までの介して周皮細胞に集積し，マウス急性腎虚血再灌流モデ
ルにおいて腎保護的に作用したと考えられる。

血管内皮と傍尿細管毛細血管の周皮細胞に存在すること，②マウス急性腎虚血再灌流モデルで Tcad-KO ならび319

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第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（18）膵 β 細胞再生の分子機構
三木隆司 1，波多野亮 1，張錫麟 1，陳雪 1，馬玉潔 1，金田篤志 2，李恩瑛 1（1 千葉大学大学院 医学研究院 代謝生理学，2 千葉大学大学院 医学研究院 分子腫瘍学）
膵 β 細胞の量と質の低下は糖尿病の重要な発症原因で機序を分子レベルで解析した。DTR マウスでは，DT 投ある。2 型糖尿病患者では，膵 β 細胞量は糖尿病発症に与後に残存する膵 β 細胞が活発な細胞分裂を起こし，比

先立って減少し始め，発症後も進行するが，健常者では，

較的短期間（14 日程度）で膵島再生することが明らかに

膵 β 細胞死による減少が細胞増殖で代償され，生涯にわなった。再生機序を分子レベルで解明するために，再生たり膵 β 細胞量はほぼ一定に維持される。膵 β 細胞の増膵島をレーザーキャプチャーマイクロダイセクション

殖制御機構の解明は重要であり，本研究では膵島再生モ（LCM）法で回収し，遺伝子発現を qPCR 解析した。すデルマウスを用いてこの分子機構を解析した。

ると Ngn3 や MafB など，未熟な膵 β 細胞の分子マーカ

私たちは膵 β 細胞特異的にジフテリア毒素受容体

ーと細胞分裂を示す Ki67 の発現が増加し，機能分子で（DTR）を発現するマウス（DTR マウス）を作製し，ジある Ins2 などの発現が減少することを見出した。この様

フテリア毒素（DT）を投与すると，残存膵 β 細胞が速やに，DT 投与後には残存する膵 β 細胞が脱分化・増殖し，かに細胞分裂を起こすることを見出した。

膵 β 細胞が再生することが明らかになった。本シンポジ
ウムではこの機序についてご紹介したい。

今回はこのマウス（DTR マウス）を用いて，この再生（19）サルコペニア・フレイルと性差
小川純人（東京大学大学院 医学系研究科 老年病学）
これまでの知見から，老年疾患や老年症候群の中にはた，漢方医学ではフレイルと虚証（腎虚，気虚，血虚，性差が存在することが知られており，さらに生殖系臓器脾虚など）との接点も注目され，漢方補剤の中には抗炎や心臓，脳，腎臓をはじめとする非生殖系臓器における症効果や性ホルモン様作用がある可能性が示唆されて性差，薬物動態や薬力学における性差，寿命や健康寿命いる。今回，サルコペニア・フレイルとその性差についの性差なども次第に明らかとなってきている。とりわけ，て取り上げ，その中で性ホルモン作用の特性や性差に配サルコペニアやフレイル（虚弱）の発症・進展に関して慮した運動・栄養アプローチ，ならびにホルモン補充やは，性差の存在や性ホルモン動態との関連性が浮かび上

漢方補剤をはじめとした薬物療法とその可能性についがっていることに加えて，骨代謝や認知機能などの臓器て紹介したい。

連関における骨格筋の役割や機能も示唆されている。ま320

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

10．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）
2020 年 9 月 14 日－9 月 15 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）新規「摂食リズム異常モデルマウス」の肥満表現系解析
岩崎有作（京都府大）（２）摂食リズムと概日リズムの相互作用
中澤和雄（豊橋技科大）（３）The role of neuropeptides in satiety
Young-jai You（名古屋大）（４）視床下部分泌性小タンパク質の脂肪蓄積作用
福村圭介（広島大）（５）グルカゴンとタンパク質嗜好性松居翔（京都大）（６）報酬系に対する脳内脂質の役割
酒寄信幸（広島大）（７）サルを多面的に見つめてうつ病研究を推進するツール
山中

創（京大霊長研）（８）食・代謝・光情報の統合と摂食概日リズム創出：室傍核の役割
矢田俊彦（関西電力医学研究所）（９）匂いに基づく摂食行動の神経調節性シグナルによる調節機構
モハメッド･モンジュルル･アハサン（高知大学）（10）竹食の霊長類における TAS2R16 の機能変化
今井啓雄（京大霊長研）（11）塩味とうま味の相乗作用に関する研究
小澤貴明（大阪大蛋白研）（12）末梢塩味受容機構の解明
樽野陽幸（京都府医大）【参加者名】
藍原祥子（神戸大学大学院），朝倉敬子（東邦大学），

OH JUNGMIN（京都大学大学院），大栗弾宏（サントリ安藤貴史（産業技術総合研究所），五十嵐麻希（東京大ー食品インターナショナル㈱），大槻智也（京都大学大学大学院），五十嵐美樹（東京農工大学），石本太我（北学院），大林健人（京都府立大学），岡海道大学），市川智也（㈱ロッテ），稲葉明彦（京都大研究所），岡学霊長類研究所），井上可南子（京都大学），井原悠介

岡本士毅（琉球大学大学院），小澤貴明（大阪大学），（味の素），今井啓雄（京都大学），岩越栄子（広島大垣田真奈美（豊田中央研究所），門田惇希（広島大学），学），岩崎有作（京都府立大学），岩畑慎一（ハウス食

鴨井享宏（ハウス食品グループ本社㈱），菊地晶裕（生品㈱），岩間大貴（京都大学），上田修平（名古屋大学

理学研究所），菊池真和（㈱ロッテ），岸

環境医学研究所），上原優子（生理学研究所），宇賀神

ウス食品㈱），北沢道彦（東京海洋大学大学院），浮穴和義（広島大学），

木村友紀（松谷化学工業㈱），河内花菜子（京都大学），

321

和（豊田中央和來（京都大学），岡田紫苑（京都大学），

さくら（ハ泉（北海道大学獣医学研究院），

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告小山博之（名古屋市立大学大学院），近藤高史（近畿大

乗添彩乃（奈良女子大学），伯川美穂（京都大学），傅学），近藤邦生（生理学研究所），酒寄信幸（広島大学），

欧（生理学研究所），福村圭介（京都第二赤十字病院），

佐々木

藤井

努（京都大学），志内哲也（徳島大学），柴田徹（八千代病院），伏見駿亮（京都大学大学院），

諒祐（日本製粉㈱），清水愼太郎（ハウス食品㈱），清北條江里（日本ハム㈱），堀尾修平（生理学研究所），

水天幸（京都大学），白石郁美（味の素㈱），相馬祥吾

松居（京都府立医科大学），鷹股亮（奈良女子大学），竹倫（京都大学），三須宏武（生理学研究所），MISBAH

隈幸洋（ハウス食品グループ本社㈱），竹村晶子（奈良RASHID（生理学研究所），箕越靖彦（生理学研究所），

県立医科大学），玉置麻理（ハウス食品㈱），樽野陽幸

三村朱花（広島大学），宮本理人（徳島大学），村田航（京都府立医科大学），柘植杏菜（ライオン㈱），都地志（福井大学），Md. Monjurul Ahasan（高知大学），森真澄（東京海洋大学），戸田知得（北海道大学），富研

紀之（同志社女子大学），森本恵子（奈良女子大学），

一（不二製油グループ本社㈱），豊原良和（高砂香料工

森脇翔悟（広島大学），八十島安伸（大阪大学），矢田

業㈱），内藤万菜（広島大学），長崎恭久（日清食品ホ

俊彦（関西電力医学研究所），山内優歩（奈良女子大学），

ールディングス㈱），中澤和雄（豊橋技術科学大学），

山口正洋（高知大学），山下真理子（奈良女子大学），

中島健一朗（生理学研究所），中村文哉（アサヒクオリ

山中ティーアンドイノベーションズ㈱），成松勇樹（広島大古屋大学），吉川貴仁（大阪市立大学大学院），吉田健

学），新田貴大（ハウス食品グループ本社㈱），沼野利人（京都大学），Rattanajearakul Nawarat（生理学研究所），佳（豊橋技術科学大学），沼部令奈（京都大学），野尻

綿屋佑紀（ポッカサッポロフード&ビバレッジ㈱）翔（京都大学），松本英希（味の素㈱），丸山世創（京都大学霊長類研究所），You, Young-Jai（名健介（長谷川香料㈱），野村憲吾（京都府立医科大学），【概要】「食欲・食嗜好」をテーマに，多分野からの研究者を集間における参加者間の情報交換ができなかったり，発表にめた学際的な研究会として，第５回食欲・食嗜好の分子・対する質疑時間が不十分であったりなど，課題も見られた。

神経基盤研究会が 9/14-15 に zoom によるオンラインで開オンライン開催の功罪が分かる研究会となったが，参加催された。新型コロナウイルス対策のため，オンサイトで者の満足度は例年通り高く，来年も参加したいという声がの開催を断念し，オンラインのみの開催としたが，参加へ大半であった。ただし，来年の開催フォーマットとしては，のハードルが下がり，参加者が例年（90～100 名程度）よ

オンサイト＋オンライン（併用），あるいは，オンサイト

りも 1 割ほど増えた（合計 111 名。内訳は，アカデミア

での開催希望が多く，オンライン開催のみの希望は少なか

77 名，産業界 29 名，その他 5 名）。オンサイト開催の際った。

に必要な「出張」がなくなったため，参加しやすくなった

参加をオープンにし，毎回新しい切り口の研究者が流入

属性の方々（20 代と産業界）の参加が増えた。

する存在意義の非常に高い会になってきている。特に産業初のオンライン開催であったため，最低限必要な内容に界の研究者の参加が増えており，本会が産学連携を模索す絞った形式での開催となった。その結果，発表形式は口頭る良い機会と認知されてきたと感じられる。

発表（1 種類のみ），ポスター発表なし，とした。その代

本会は，質・量ともに学術領域の学際化と変革を担う研

わりに，特別講演を今回初めて導入した。ただし，オンラ究会に発展してきた。来年度も，研究会と学術領域を発展

イン開催の問題点として，例年積極的に行っている休憩時させるために，改善策を準備したい。

322

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（１）新規「摂食リズム異常モデルマウス」の肥満表現系解析
山下栞奈（京都府立大学 生命環境学部）
矢田俊彦（関西電力 医学研究所）
岩崎有作（京都府立大学 生命環境学部，京都府立大学大学院 生命環境科学研究科）
摂食リズム異常（非活動期の過食）は内臓肥満や代謝

食群と等しくなった。絶食期間中は有意に脂質代謝亢進

疾患の強力な成因である。しかし，摂食リズム障害の改しが，再摂食後 4 日間の脂質代謝は低下し，そのためこ善薬は未だ開発されていない。その理由は，良い摂食リの 1 週間の累積脂質燃焼量は自由摂食群より有意な低値ズム異が存在しないことが考えられる。発表者らは，従を示した。絶食から 1 週間に解剖すると，内臓脂肪重量

来の特殊技術（遺伝子改変）や長期間の肥満誘導飼育（高が約 1.5 倍に増加した。週に一度の一日絶食・明期再摂

脂肪食負荷 2 ヶ月）を必要とせず，マウスを絶食・明期

食を 8 週間繰り返すと，内臓肥満を呈し，インスリン抵再摂食するだけで摂食リズムを崩せることを見出した

抗性を惹起した。一日絶食・明期再摂食後，時間給餌制（2016 年の本会にて発表）。本研究では，この新規摂食限により強制的に明期過食を防止すると，脂質代謝低下

リズム異常モデルマウスの肥満表現系について解析をと内臓脂肪蓄積を抑制した。また，GLP-1 リリーサーのした。

希少糖アルロースの投与によっても，明期過食と内臓肥満を是正した。本モデルマウスが今後の摂食リズム異常

自由摂食群を対照群とし，約一日絶食・明期再摂食させたマウスの摂食量を調べた。再摂食後 4 日間は明期摂改善薬の開発に役立つかもしれない。

食量のみが有意に増加し，そして，累積摂食量は自由摂（２）摂食リズムと概日リズムの相互作用
中澤和雄 1，坪井貴司 2，沼野利佳 1（1 豊橋技術科学大学 環境生命工学専攻，2 東京大学大学院 総合文化研究科 広域科学専攻）
神経伝達物質の一種である神経ペプチド Y(Neuropeptide

本研究では NPY に緑色タンパク質 Venus を融合させた

Y：NPY) は，摂食行動を促進させる。具体的には，視床

NPY::Venus を強制発現させた NPY 可視化トランスジェニ

下部弓状核に存在する NPY 産生ニューロンが，室傍核へック（Tg）マウスを作出し，制限摂食時の SCN における

NPY を分泌することで摂食行動が促進される。一方，概NPY 分泌量を測定した。

日リズムの制御中枢である視交叉上核（SCN）に対する

一方 SCN の概日リズムを，Period1 時計遺伝子の発現変

NPY 分泌には，概日リズムがあり，マウスでは，夜間に動を指標として測定した。具体的には，化学発光によって

NPY 分泌量のピークが現れる。そこでマウスに毎日一定

Period1 時計遺伝子発現変動をリアルタイム可視化解析で時刻に給餌させる制限摂食を行うことで，行動リズムなど

きる (Period1-Luc)Tg マウスを用いた。そして，制限摂食の概日リズムの位相が，摂食時間に同調して変化すること時の Period1-Luc Tg マウスの SCN と消化管を単離培養し，が報告されている。

その概日リズムを比較検討した。
本研究会では，制限摂食時の SCN と消化管の概日リズ

SCN に対する NPY 分泌量を測定することで，制限摂食
が SCN の概日リズム制御への影響を解析できる。そこでムへの影響の相違について議論したい。

323

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（３）The role of neuropeptides in satiety
Mei Makino，Young-Jai You（Neuroscience Institute, Nagoya University）
From simple invertebrates to complicated humans, mostscreen of a neuropeptide family, FLPs, which plays a conserved

animals exhibit a behavioral sequence of satiety: after fullrole in feeding in invertebrates as well as mammals. Among 28

feeding, animals stop eating and fall asleep. We found C.

tested flp genes, we identified 10 FLPs that regulate satiety

elegans exhibits satiety quiescence that mimics post-prandial

quiescence. Among them flp-11, known to regulate other types

sleep in mammals. Satiety quiescence is regulated by insulin,of sleep-like behaviors in C. elegans, plays the most significant

cGMP and TGFβ signaling in neurons, as well as by fatrole in satiety quiescence; the flp-11 mutation reduces satiety

metabolism mediated by the SREBP-SCD pathway, suggestingquiescence, whereas over-expression of flp-11 enhances it.

a robust conservation in behavior and molecular pathways in

FLP-11 acts in RIS neuron, as a mutant of aptf-1, a

feeding regulation between C. elegans and mammals. Based ontranscription factor required for RIS cell fate determination, is

thisneuro-molecularalso defective in satiety quiescence. We are currently

mechanisms of appetite regulation, taking an advantage of theinvestigating how and where FLP-11 interacts with the cGMP

simple yet powerful genetics and rich resources available in C.

and TGFβ signals that also regulate satiety quiescence. Taken

elegans.

together, our study could provide an insight into understanding

conservation,

weinvestigate

the

Neuropeptides regulate many kinds of homeostasis, such as

how neuropeptides regulate feeding behavior by unveiling theenergy and sleep homeostasis. To find neuropeptides thatconserved molecular mechanisms and the underlying neural

regulate feeding, we performed an RNA interference-based

circuit.

（４）視床下部分泌性小タンパク質の脂肪蓄積作用福村圭介，成松勇樹，鹿野健史朗，齋藤鷹也，近藤邦裕，古満芽久美，岩越栄子，浮穴和義（広島大学大学院 統合生命科学研究科）
我々は近年，鳥類や哺乳類の視床下部に特異的に発現し，の結果，糖質が多く含まれる食餌下では，NPGL の投与に80 アミノ酸残基の分泌性小タンパク質をコードする新規より，脂肪蓄積量が顕著に増加した。また，アデノ随伴ウ遺伝子を発見した。この小タンパク質を，C 末端のアミノ

イルスにより Npgl を過剰発現させたところ，食餌からの酸配列（Gly-Leu-NH2）から Neurosecretory protein GL

グルコースの取り込みが亢進し，脂肪蓄積量も増加した。

(NPGL) と名付けた。これまでに，NPGL は脂肪蓄積や摂さらに，白色脂肪組織での de novo 脂質合成酵素の転写量

食行動を亢進することが明らかになっている。本研究では，も増加した。一方で，脂質含有量が多く糖質含有量が少な

ラットおよびマウスを用いて，食餌中の栄養分が NPGL

い食餌下では，NPGL の脂肪蓄積作用が認められなかった。

の生理作用に与える影響について検討した。

すなわち，NPGL は，糖質を基質とした de novo 脂質合成

先ず，栄養分の組成が異なる食餌下で，脳室内に NPGLを亢進することで，脂肪蓄積を促すことが示唆された。

を 2 週間慢性投与し，脂肪蓄積量をそれぞれ測定した。そ324

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（５）グルカゴンとタンパク質嗜好性
松居

翔 1，中川祐子 2，藤谷与士夫 2，北村忠弘 3，佐々木努1（1 京都大学大学院 農学研究科 食品生物科学専攻 栄養化学分野）（2 群馬大学 生体調節研究所 分子糖代謝制御分野，3 群馬大学 生体調節研究所 代謝シグナル解析分野）
主に膵臓 α 細胞で合成・分泌されるグルカゴンは，血与し，普通食 vs.高タンパク質食の食餌選択試験を行った。

糖低下時に分泌が亢進し血糖値を上昇させるホルモン

その結果，1mg/kg body weight のグルカゴン投与で顕著として知られていたが，近年，グルカゴンの特異的な生なタンパク質嗜好性抑制作用が認められた。他方，同様理作用は，血糖値増加作用ではなくアミノ酸代謝の恒常の検証を高ショ糖食，高脂肪食でも行ったが，それらの性維持であることが提唱されている。また，アミノ酸の食餌に対する嗜好性の変化は認められなかった。これら

摂取は，膵臓 α 細胞からのグルカゴンの分泌を誘導する。

のことから，グルカゴンはタンパク質嗜好性を特異的にこれらのことから，グルカゴンは生体内のアミノ酸の恒抑制制御していることが明らかになった。今後は，神経常性を維持するために，タンパク質嗜好性の制御に関わ特異的グルカゴン受容体欠損マウスを用いて検証を行ることが予想される。そこで，9 週齢雄 C57BL/6 マウス

い，グルカゴンによるタンパク質嗜好性抑制作用の制御に 0.1，0.5，1mg/kg body weight のグルカゴンを腹腔内投機構を明らかにしていく。

（６）報酬系に対する脳内脂質の役割
酒寄信幸（広島大学），小林和人（福島県立医科大学）
間には正の相関があり，高 n-6/低 n-3 食摂取が肥満を増現代社会における肥満人口の増加は著しく，その重要加させる一因である可能性が示唆されている。

な要因としてジャンクフードなどの嗜好食品を快楽のために過剰摂取してしまうことが挙げられる。しかしど本研究では，肥満の増加と高 n-6/低 n-3 食の拡大とののような環境因子によって嗜好食品の摂取が制御され因果関係を解明するため，マウスに n-6 と n-3 PUFA がるかについては解明が遅れており，地球規模で増加する

バランスよく配合されたコントロール飼料または高 n-6/肥満の原因となる生活環境の解明は社会的急務である。

低 n-3 飼料を投与し，快楽的摂食行動およびその神経基

多価不飽和脂肪酸（PUFA）は主要な脂質の一つであ盤として腹側被蓋野におけるドパミン作動性ニューロ

り，n-6 と n-3 に分類される。現代の多くの国々では n-6ンに着目した解析を行った。本研究は脳発生の観点からPUFA を豊富に含む調理油の摂取増加や n-3 PUFA を豊将来の摂食行動を解析している。研究会では我々の最新富に含む魚類の摂取減少が見られ，高 n-6/低 n-3 食が拡データを発表したい。

大している。肥満人口の増加と食の高 n-6/低 n-3 化との（７）サルを多面的に見つめてうつ病研究を推進するツール
山中

創 1，石橋英俊 2，高田昌彦 1，中村克樹 1（1 京都大学霊長類研究所，2 東京医科大学）
うつ病は原因不明の疾患であり，根本的な治療方法は確

しかし，行動や解剖学的構造・生理学的特徴がヒトと大き立されていない。そのため，病因解明や根本的な治療法のく異なるげっ歯類から得られた知見そのままをヒトに当開発がげっ歯類を中心に現在も精力的に進められている。

てはめるだけでは限界がある。また，うつ病は複雑で多種325

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

多様な病態像を示すことから，一つの評価テストだけでそ的なレセルピン反応パターンを示す高感受性個体であっの動物がうつ病であるのかを判断するには限界がある。本た。本研究における発生率（11 ％）は，臨床研究での発研究ではこれらの限界を打開するために，ヒトに近縁な霊生率（19 ％）とほぼ同等であった。このテストバッテリ

長類を対象にした多面的なテストバッテリーを構築した。

ーは，霊長類モデルにおけるうつ病様行動の評価に有用な６つのテストを考案し，コモンマーモセットのレセルピン

ツールとなることが示唆された。新しい研究基盤となる

惹起性うつ病モデルに対して８日間の反復測定を行い，新「マーモセットのうつ病用テストバッテリー」であれば，しいテストバッテリーを構築した。砂糖水に対する選好性，探索的なスクリーニング法として有効性を発揮し，うつ病

食べた量，食べ物を選り好みする行動などを調べた。９頭研究の学術体系や方向性を大きく転換させることが期待のマーモセットのうち１頭は，６つすべてのテストで典型できる。

（８）食・代謝・光情報の統合と摂食概日リズム創出：室傍核の役割
矢田俊彦 1，王磊 1，中田正範 2，岩崎有作 3（1 関西電力医学研究所 統合生理学研究部門，神戸大学大学院 医学研究科 糖尿病･内分泌内科部門）（2 和歌山県立医科大学 生理学講座，3 京都府立大学大学院 生命環境科学研究科 動物機能学研究室）
動物もヒトも固有の摂食概日リズムを持ち，体重や血って，１サイクル前の明期の FGF21 分泌＋暗期の血糖上

糖値の恒常性維持に重要な役割を担っている。その障害

昇→明期 Nesfatin-1 活性化の流れ，および，光照射の２は肥満や糖尿病の成因となり，さらの多くの疾患に関与経路によりオキシトシンが活性化され，明期摂食が抑制すると推察される。これらの疾患は近年増加しており，される。過去のリズム維持が重要である。一方，暗期直原因として摂食概日リズムを乱す環境要因がある。しか前には，弓状核 NPY/AgRP ニューロンが活性化され，室し，摂食概日リズムの形成および環境要因による撹乱の傍核に投射しオキシトシンを抑制し，食欲と暗期摂食がメカニズムには未知の部分が多い。齧歯類の摂食は，暗トリガーされる。

期に亢進し，明期に抑制される。明期には視床下部室傍

肥満動物は明期選択的な過食を示し，Nesfatin-1 または核の Nesfatin-1，オキシトシン神経が活性化され，摂食オキシトシンの補充で明期過食と肥満が改善する。希少糖抑制と逆位相で相関する。Nesfatin-1 阻害は，オキシト

アルロースは明期過食と肥満を改善し，腸ホルモン GLP-1

シン抑制，明期摂食増加を起こす。明期の飢餓・低血糖

分泌を亢進する。GLP-1 は室傍核 Nesfatin-1，オキシトシにより分泌される FGF21 は，その後の暗期の血糖上昇のン神経を活性化する。摂食概日リズムの維持・修復には，作用を受けることで，次の明期サイクルに Nesfatin-1 を明期の飢餓→FGF21 分泌，暗期の食事→血糖上昇・GLP-1

活性化する。暗期の光照射は，中枢時計 SCN を介して室分泌，明期の光照射の生活習慣の維持による室傍核

傍核オキシトシン神経を活性化し，摂食を抑制する。従

Nesfatin-1・オキシトシン系の律動的活性化が重要である。

（９）匂いに基づく摂食行動の神経調節性シグナルによる調節機構
モハメッド･モンジュルル･アハサン，村田芳博，谷口睦男，山口正洋（高知大学 医学部 統合生理学講座）
食べ物の匂いに基づく摂食行動は神経調節性シグナル

匂いとえさ報酬の連合学習によってその発現が変化する

によって影響を受ける。我々は，マウス嗅覚系脳領域におことを明らかにした。嗅結節の前内側ドメインは匂いの誘いて摂食に関する神経調節性シグナル分子の発現を調べ，引行動を促進する領域である。そこで，この領域に高い発多くの分子が固有の発現パターンを持っていること，また現を示すオレキシン受容体に着目し，この機能的役割を検326

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告討した。特定の匂いとえさ報酬の連合学習を行い，この匂匂いとえさの連合学習の過程でオレキシン受容体アンタ

いに誘引行動を示すようになったマウスを用いて，嗅結節

ゴニストを局所投与すると，誘引学習が抑制された。以上の前内側ドメインにオレキシン受容体アンタゴニストをのことから，嗅結節前内側ドメインはオレキシンシグナル

局所投与したところ，匂いに対する誘引行動が減弱し，更などの代謝シグナルを受け取って，匂いの摂食行動を制御にこの匂いに対して忌避行動をとるようになった。また，

していることが考えられた。

（10）竹食の霊長類における TAS2R16 の機能変化
糸井川壮大（京都大学霊長類研究所，日本学術振興会），Fabrizio Fierro（The Hebrew University）
Morgan E. Chaney（Kent State University），Elise Lauterbur（The University of Arizona）
早川卓志（北海道大学，日本モンキーセンター），Anthony J. Tosi（Kent State University）
Masha Y. Niv（The Hebrew University），今井啓雄（京都大学霊長類研究所）
り，食性との関連が示唆されている。

味覚は食物の栄養価や有害性を判断するうえで欠かせない感覚である。食嗜好の多様化に伴い，味覚の変化

これまで私たちは，苦味受容体のリガンド感受性と食も起こっている可能性があり，さらに味覚の変化が食嗜

嗜好・食行動の関係を調べてきた。本発表では，植物の好の多様性をもたらす可能性もある。味覚の中でも青酸

主要な二次代謝産物である β グルコシド類を特異的に受化合物などの毒物認識に関与する苦味は，苦味受容体

容する苦味受容体 TAS2R16 のリガンド感受性を様々な

TAS2R がリガンドである苦味物質を受容し，活性化され食性の霊長類で比較検討した結果を紹介し，食性との関ることでもたらされる。ゲノム中の苦味受容体遺伝子の連を考察する。特に，青酸化合物を多く含む竹を主食とレパートリーは種間相違が大きく，動物の食性や生活環するジェントルキツネザル３種に注目し，進化に伴う境に応じて柔軟に変化してきたと考えられている。また，

TAS2R16 の機能変化をトレースした結果を発表する。

個々の苦味受容体のリガンド感受性にも種間相違があ（11）塩味とうま味の相乗作用に関する研究
小澤貴明，柴田智弘，疋田貴俊（大阪大学 蛋白質研究所）
うま味物質の添加は塩味の持つ嗜好性を増強するこたところ，MSG 添加量の増加に伴って時間あたりの報酬とがヒトにおいて報告されている。しかし，実験動物に獲得回数が増加した。以上の結果は，（１）本行動課題

おいて同様の効果が認められるかどうかは検討されてはマウスの塩味報酬に対する動機づけを測るのに適切来なかった。本研究では，塩摂取制限下にあるマウスをであること，（２）マウスにおいて，うま味物質の添加対象として，食塩水報酬（NaCl）に対するうま味物質

が塩味嗜好性を増強する可能性を示している。重要なこ（monosodium glutamate, MSG）の添加が及ぼす影響につとに，食塩単独条件と食塩+MSG 条件において時間当た

いて，給餌チューブに対する舐め行動（リッキング）をりの報酬獲得回数が同程度の時，ナトリウム含有量は食指標としたオペラントリッキング課題を用いて検討し

塩+MSG 条件の方が 30 % 少ない。このことは，マウスた。実験 1 では，比率累進スケジュールを用いて，異なにおいて食塩の一部を MSG に置き換えることにより，る濃度の食塩水報酬に対する動機づけを調べたところ，減塩効果が得られることを示唆している。発表では，脳食塩濃度の増加に伴って時間あたりの報酬獲得回数が内ドーパミン放出量を検討した予備データに基づいて，増加した。実験 2 では，同じ課題を用いて，食塩水に対塩味とうま味の相乗作用の神経基盤についても議論すする MSG 添加が報酬獲得動機づけに及ぼす影響を調べ

る。

327

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（12）末梢塩味受容機構の解明
樽野陽幸（京都府立医科大学 細胞生理学，JST さきがけ）
うま味物質の添加は塩味の持つ嗜好性を増強するこたところ，MSG 添加量の増加に伴って時間あたりの報酬とがヒトにおいて報告されている。しかし，実験動物に獲得回数が増加した。以上の結果は，（１）本行動課題

おいて同様の効果が認められるかどうかは検討されてはマウスの塩味報酬に対する動機づけを測るのに適切来なかった。本研究では，塩摂取制限下にあるマウスをであること，（２）マウスにおいて，うま味物質の添加対象として，食塩水報酬（NaCl）に対するうま味物質

が塩味嗜好性を増強する可能性を示している。重要なこ（monosodium glutamate, MSG）の添加が及ぼす影響につとに，食塩単独条件と食塩+MSG 条件において時間当た

いて，給餌チューブに対する舐め行動（リッキング）をりの報酬獲得回数が同程度の時，ナトリウム含有量は食指標としたオペラントリッキング課題を用いて検討し

塩+MSG 条件の方が 30 %少ない。このことは，マウスにた。実験 1 では，比率累進スケジュールを用いて，異なおいて食塩の一部を MSG に置き換えることにより，減る濃度の食塩水報酬に対する動機づけを調べたところ，塩効果が得られることを示唆している。発表では，脳内食塩濃度の増加に伴って時間あたりの報酬獲得回数がドーパミン放出量を検討した予備データに基づいて，塩増加した。実験 2 では，同じ課題を用いて，食塩水に対味とうま味の相乗作用の神経基盤についても議論する。

する MSG 添加が報酬獲得動機づけに及ぼす影響を調べ

328

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

11．シナプスを見る，測る，操る－新たな技術で挑むシナプス学
2020 年 12 月 3 日
代表・世話人：掛川渉（慶應義塾大学）

所内対応者：吉村由美子（視覚情報処理研究部門）（１）海馬苔状線維シナプス前終末における cAMP 依存的な局所 Ca2+ 流入の増強
深谷亮太（同志社大学）（２）超解像顕微鏡を用いたスパインの微細形態と動態の解析
柏木有太郎（東京大学）（３）小脳シナプスの機能的多様性の直接計測
川口真也（京都大学）（４）シナプス型特異的なシナプス前部ナノ構造の超解像可視化解析
坂本寛和（東京大学）（５）Super-resolution imaging for subsynaptic architecture of glutamate receptor subtypes regulated by liquid-liquid
phase separation
Pin-Wu Liu（京都大学）（６）高分解能走査型電子顕微鏡を用いたシナプス結合の微細構造相関解析
深澤有吾（福井大学）（７）概日時計と睡眠・覚醒を繋ぐ神経回路
小野大輔（名古屋大学）（８）シナプス可塑性の光操作－記憶・学習を制御するオプトジェネティクス－
松田信爾（電気通信大学）（９）CaMKII 経路の単一シナプス光操作と分子活性イメージング
村越秀治（生理学研究所）【参加者名】
金子啓介（Children’s Hospital of Philadelphia），河野洋

本橋淳子（慶應義塾大学），石田 綾（慶應義塾大学），

幸（アイオワ大学），渡辺雅彦（北海道大学），Peng Zhao

野澤和弥（慶應義塾大学），会見昂大（慶應義塾大学），（北海道大学），Sultana Ferdous（北海道大学），佐々木大垣里紗（慶應義塾大学），塩崎茉莉（慶應義塾大学），

哲也（筑波大学），今村彩子（筑波大学），細井延武（群吉川かおり（慶應義塾大学），平山昭代（慶應義塾大学），

馬大学），渡邊 将（群馬大学），合田紀子（理化学研究井端啓二（聖マリアンナ医科大学），坂内博子（早稲田大所），齋藤喜仁（理化学研究所），厚美佑輔（理化学研究学），松田信爾（電気通信大学），上阪直史（東京医科歯所），鷹合秀輝（国立障害者リハビリテーションセンター），科大学），渡部文子（東京慈恵会医科大学），中村行宏（東柚崎通介（慶應義塾大学），掛川 渉（慶應義塾大学），

京慈恵会医科大学），石川太郎（東京慈恵会医科大学），

松田恵子（慶應義塾大学），高野哲也（慶應義塾大学），

宮田麻理子（東京女子医科大学），緑川光春（東京女子医

荒井 格（慶應義塾大学），山崎世和（慶應義塾大学），

科大学），植田禎史（東京女子医科大学），岡部繁男（東石川智愛（慶應義塾大学），Dilina Tuerde（慶應義塾大学），京大学），狩野方伸（東京大学），真鍋俊也（東京大学），

須山成朝（慶應義塾大学），伊藤政之（慶應義塾大学），

柏木有太郎（東京大学），渡邉貴樹（東京大学），菅谷佑

石川理子（慶應義塾大学），今井貴雄（慶應義塾大学），

樹（東京大学），坂本寛和（東京大学），大島知子（東京

鹿内弥磨（慶応義塾大学），竹尾ゆかり（慶應義塾大学），大学），佐藤大祐（東京大学），野呂高之（東京大学），

曽我部拓（慶應義塾大学），小泉美智子（慶應義塾大学），

小島佑介（東京大学），石川裕貴（東京大学），大西泰地

329

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（東京大学），张 疏（東京大学），藤野修平（東京大学），

森田雅登（京都大学），山下愛美（大阪医科大学），北西

鈴木穂香（東京大学），奥野優人（東京大学），小林新九

卓磨（大阪市立大学），八木 健（大阪大学），足澤悦子

郎（東京大学），井上律子（東京都健康長寿医療センター（大阪大学），粟 汐里（大阪大学），坂場武史（同志社研究所），瀧川健司（東京都健康長寿医療センター研究所），大学），高森茂雄（同志社大学），御園生裕明（同志社大入江智彦（国立医薬品食品衛生研究所），有村奈利子（国学），森 靖典（同志社大学），三木崇史（同志社大学），

立精神･神経医療研究センター），橋本泰昌（国立精神･塙 京子（同志社大学），深谷亮太（同志社大学），吉田神経医療研究センター），實木 亨（横浜市立大学），中知史（同志社大学），竹中康一郎（同志社大学），宮野里

島和希（横浜市立大学），太田 航（横浜市立大学），大菜子（同志社大学），平井向日葵（同志社大学），田中 護

塚稔久（山梨大学），喜多村和郎（山梨大学），飛田耶馬（同志社大学），中澤惠太（同志社大学），杉村岳俊（奈人（山梨大学），萩原 明（山梨大学），浜田 駿（山梨良県立医科大学），田川義晃（鹿児島大学），奥野浩行（鹿大学），真仁田紀子（山梨大学），金 然正（山梨大学），

児島大学），堀 哲也（沖縄科学技術大学院大学），村越

深澤有吾（福井大学），久場博司（名古屋大学），清中茂

秀治（生理学研究所），榎木亮介（生理学研究所），郷 康

樹（名古屋大学），小野大輔（名古屋大学），堂浦智裕（名広（生理学研究所）山肩葉子（生理学研究所），平澤輝一

古屋大学），山田 玲（名古屋大学），藤原里沙子（名古（生理学研究所），高橋泰伽（生理学研究所），植田大海

屋大学），小島憲人（名古屋大学），曽我恭平（名古屋大（生理学研究所）安宅光倫（生理学研究所），廣 蒼太（生学），三浦裕太（名古屋大学），武内恒成（愛知医科大学），

理学研究所），吉村由美子(生理学研究所)，林 健二（生林 康紀（京都大学），平野丈夫（京都大学），川口真也

理学研究所），木村梨絵（生理学研究所），米田泰輔（生（京都大学），劉 品吾（京都大学），井下拓真（京都大理学研究所），山本真理子（生理学研究所），呉 嘉豪（生学），水田恒太郎（京都大学），田中洋光（京都大学），

理学研究所），高木正浩（生理学研究所）【概要】
意識や記憶をはじめとする高次脳機能は，脳内の構成

シナプス研究を切り開くべく最新の超解像蛍光顕微鏡素子である神経細胞が「シナプス」を介して連絡しあうや電子顕微鏡技術が紹介された。「シナプスを操る」セことで発揮される。近年の光学系および計測系の技術革ッションでは，新規光遺伝学技術を駆使し，記憶・学習

新や，光遺伝学などの優れた分子・細胞制御ツール開発

をはじめとする高次脳機能解明に向けた興味深い研究の加速に伴い，シナプス研究も新たな切り口から追究で発表が続いた。発表後の質疑応答では，挙手による質問

きる時代になりつつある。本研究会は，「シナプスを見形式に加え，Chat 機能や Slack システムへの質問・コメる・測る・操る―新たな技術で挑むシナプス学」をテー

ント書き込みを併用し，限られた時間の中で有意義な議マとし，シナプスの形成・機能制御機構に関する最新の論が行われた。また，今回，Online 開催の特長をさらに知見について情報交換を行うことを目的として企画さ活かし，Breakout room システムを用いたポスターセッシれた。今年は，新型コロナウイルス感染拡大状況に鑑み，ョンを開催した。このセッションでは，18 名の若手研究

１２月３日の１日に発表を凝縮し，Zoom 会議システム

者が発表し，対面さながらの活発な意見交換が行われた。

を用いた Online 開催とした。国内外から１３８名もの研会終了後に開催された世話人会では，Online 開催の長所究者が参加し，気鋭の研究者による９題の口頭発表が行や課題点，そして次回以降の会の実施方法について多くわれた。３つの発表セッションのうち，「シナプスを測の建設的な意見が述べられた。来年度は，新型コロナウ

る」セッションでは，電気生理学的手法を用い神経伝達イルスが沈静化し，Online だけでなく対面での討論が実放出機構や活動電位伝播様式に関する新たな概念が報現されることを期待する。

告された。「シナプスを見る」セッションでは，今後の330

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（１）海馬苔状線維シナプス前終末における cAMP 依存的な局所 Ca2+流入の増強
深谷亮太（同志社大学 脳科学研究科）
グルタミン酸作動性の海馬苔状線維-CA3 錐体細胞

MF-CA3 シナプスに，Ca2+ アンケージング，Ca2+ イメー（MF-CA3）シナプスでは，高頻度刺激によりシナプス

ジング，MFB からの直接ホールセルパッチクランプ記録，前性の伝達増強が誘導される。このとき，シナプス前終超解像蛍光顕微鏡（STED）法を適用し，それぞれの実

末（MFB）において cAMP/PKA 系がはたらくことで，

験において cAMP の濃度上昇の効果を検討した。解析のCa2+ とのカップリングが強結果，cAMP 濃度が上がることで，Ca2+ チャネルが放出

神経伝達物質の開口放出とまり，グルタミン酸放出が促進されると考えられている。

部位付近へ集積し，脱分極にともなう局所 Ca2+ 流入を大本研究では，このカップリングにかかわる要素（開口放きくすることを示唆する所見を得た。以上の内容につい出の Ca2+ 感受性，MFB への Ca2+ 流入）に，cAMP 濃度て，上記演題にて発表をおこなった。

の上昇がどのように作用するかを調べた。ラット海馬の（２）超解像顕微鏡を用いたスパインの微細形態と動態の解析
柏木有太郎（東京大学大学院 医学系研究科 神経細胞生物学教室）
する技術の開発が必要である。

哺乳類の中枢神経系において，興奮性シナプスの大部
分は錐体神経細胞の樹状突起から伸び出たスパインと我々は超解像顕微鏡を用いて光学顕微鏡画像からス呼ばれる 1 μｍ程度の小さな突起の上に作られる。スパ

パインの微細形状を正確に測定する技術を開発した。本

インの大きさは最も小さなものと最も大きなもので 100

セミナーでは超解像顕微鏡の一つである構造化照明顕

倍程も体積が違い，その形態は細長い突起様のものから微鏡を用いたスパインの定量解析手法について説明し，

マッシュルーム状の形態のものまで多種多様である。ス

本手法を用いたスパイン解析の実例を提示する。本手法

パインの大きさはシナプスの情報伝達効率と高く相関はライブイメージングと組み合わせることで生きたス

し，またスパインの形態はシナプス後部の分子動態に影

パインの形態変化を定量解析することが可能である。シ

響してシナプス後部シグナルを調節するとされる。シナ

ナプス可塑性後におこるスパインの微細形態変化につ

プス伝達効率を調整する分子機構を理解し，また神経疾いて紹介し，記憶や学習の構造的基盤を明らかにする上患におけるシナプスの病理的な変化を理解する上で，で本手法がどのように発展できるかを議論したい。

個々のスパインの大きさと形状を正確かつ迅速に測定（３）小脳シナプスの機能的多様性の直接計測
川口真也（京都大学大学院 理学研究科 生物物理学教室）
中枢神経系ニューロンでは，樹状突起→細胞体→軸索動を高時空間解像度で記録する細胞膜電位蛍光イメー→終末へと情報が 1 方向性に処理される。これは，神経

ジングと，軸索からの直接パッチクランプ記録を組み合回路のはたらきを理解する土台となっている。しかし，わせて軸索・終末部の情報の流れを詳細に解析した。そ軸索やその終末は微小で直接記録が技術的に難しいたの結果，神経活動に依存して軸索での情報の流れが長時

め，軸索部における 1 方向性の情報伝達の妥当性には，間にわたり可塑的に変化することが分かった。小脳プル

不明確な点が残っている。そこで，神経細胞の電気的活

キンエ細胞では，通常は軸索起始部で活動電位発火が起331

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

こる。ところが，神経活動を 2 分間亢進させた後では，物質を感知するイオンチャネル型受容体のはたらきが発火開始部位が軸索遠位まで大きくシフトすることが増大することに起因し，その結果，異所性の活動電位が示唆された。そして，その異所性の活動電位が，ときに惹起されると考えられた。本研究会では，神経細胞にお逆伝播して細胞体や周辺の軸索終末部まで至ることがける 1 方向性情報処理の神経活動依存的な多方向化に分かった。その仕組みとして，軸索終末部において伝達

ついて概説し，そのメカニズムを考察した。

（４）シナプス型特異的なシナプス前部ナノ構造の超解像可視化解析
坂本寛和（東京大学大学院 医学系研究科 細胞分子薬理学分野）
シナプス小胞のエキソサイトーシスを介した神経伝

種類のシナプス型（二種類のグルタミン酸作動性シナプ

達物質の放出はシナプス前終末のアクティブゾーンでスと二種類の GABA 作動性シナプス）ついて数百から数起こる。アクティブゾーンは RIM・CAST/ELKS・RIM-BP

千のアクティブゾーンの系統的定量解析を実現し，シナなどの足場タンパク質と Munc13・カルシウムチャンネ

プス型特異的なアクティブゾーンの超分子ナノ構造をルなどの放出装置から構成される超分子ナノ構造体で明らかにすることができた。本研究結果から，アクティ

あるが，その構造はすべてのシナプスで共通なのか，そブゾーンは柔軟な超分子構造体であり，その分子組成だ

れともシナプスの種類によって異なるのかはよく分かけでなく分子の結びつき・微細空間配置を調整することっていなかった。今回，超解像顕微鏡を用いたアクティ

で神経伝達物質の放出特性に合わせた構造を取ること

ブゾーン主要構成分子の測定法と超解像顕微鏡画像のが明らかとなった。

効率的な解析法を構築することで，海馬 CA3 領域内の四（５）Super-resolution imaging for subsynaptic architecture of glutamate receptor subtypes regulated byliquid-liquid phase separation
Pin-Wu Liu，Tomohisa Hosokawa and Yasunori Hayashi（Department of Pharmacology, Kyoto University Graduate School of Medicine）
Long-term potentiation (LTP) of synaptic transmission,macromolecules was found to play a critical role in regulating

which generates a persistent synaptic change from transient

the assembly and the segregation of proteins within various

neuronal activity, is known to be the basis for memory formation.

intracellular structures, including postsynaptic density (PSD).

The major mechanism to maintain LTP is the regulation ofInterestingly, we found that calcium/calmodulin-dependentglutamate receptors, especially AMPA receptor (AMPAR).

protein kinase II (CaMKII) undergoes LLPS with NMDARAMPARs form segregated clusters, called nanodomains, on thesubunit GluN2B in Ca2+ dependent manner as possible

postsynaptic membrane in an activity dependent manner. Thismechanism of the incorporation of CaMKII into PSD.

AMPAR nanodomains and presynaptic vesicle releasing sites

Incorporation of CaMKII resulted in the segregation of Stargazin,

are aligned together and forming a trans-synaptic nanocolumn

as a proxy of AMPAR, from GluN2B as a phase-in-phasestructure, which regulates the efficacy of synaptic transmission.

structure. Furthermore, Neuroligin-1 (NLGN1), a neuronalThis can be a novel mechanism for LTP. However, theadhesion molecule, which clusters presynaptic neurexin andmechanism underlying AMPARs segregation and the activity-

other active zone proteins, also segregates together withdependent regulation remains unclear.

AMPAR.

Recently, liquid-liquid phase separation (LLPS) of biological

To test if this mechanism regulates subsynaptic segregation332

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

of AMPAR and NMDAR at the synapse, we observed AMPAR

our in vitro experiment. This segregation was disrupted by

and NMDAR in living neuron with dual-color direct stochastic

tat-CN21. Furthermore, tat-CN21 also reduced the segregation

optical reconstruction microscopy (dSTORM) treated with

between of NLGN1 and NMDAR. These results suggest that

membrane-permeable CN21 (tat-CN21) which competes andthe incorporation of CaMKII into PSD and the interaction

disrupts CaMKII-GluN2B interaction. In intact synapses, thebetween CaMKII and GluN2B is critical for the formation of

two receptors are segregated from each other, consistent with

AMPAR nanodomain and the trans-synaptic nanocolumn.

（６）高分解能走査型電子顕微鏡を用いたシナプス結合の微細構造相関解析
深澤有吾（福井大･医･脳形態機能学分野）
構築像から構造情報を定量的に取得する手法の開発を

シナプス伝達は神経細胞間に形成されるシナプス結行ってきた。

合で行われ，適切な伝達と可塑的制御機構により脳機能が支えられ，シナプス伝達の異常が原因と考えられる精そこで本発表では，これまでに得られた軸索-樹状突起神神経疾患も多く存在する。従って，脳内の各シナプス

スパインシナプスの微細構造に関する解析結果を下記

結合の機能や形態の特徴を理解することは，脳機能の創の項目に焦点を当てて紹介した。

出機構と神経疾患の病態の両方の解明に有効である。し１）複数のシナプス結合種に共通する構造特徴：微細構
造相関とは何か？

かし，個々のシナプス結合の機能と構造を単一シナプス
結合レベルで解析することは容易ではなく，また，その

２）シナプス結合の種類に固有の構造特徴は何か？

解析も集団解析に留まっているのが現状である。

３）シナプス結合の個々の構造特徴を決定している遺伝
子産物は何か？

私はこの現状を変える目的で，従来の透過型電子顕微

４）シナプス結合の構築異常を単一シナプスレベルで検鏡観察よりも広範囲を連続断面観察できる収束イオン

出できるか？

ビーム搭載型高分解能走査型電子顕微鏡（FIB-SEM）を用いてシナプス前後構造を丸ごと撮影し，その三次元再（７）概日時計と睡眠・覚醒を繋ぐ神経回路
小野大輔（名古屋大学 環境医学研究所）
私たちは地球の自転により生じる２４時間周期の明醒することで，その危機を回避する行動を取ります。つ暗環境の中，睡眠・覚醒を毎日繰り返しています。しかまり，睡眠・覚醒は，概日時計による調節を受けつつも，し，この睡眠・覚醒リズムは，恒常暗など一定環境下で緊急事態にはその情報をシャットダウンし，一時的に覚もおよそ２４時間毎に繰り返し見られます。この２４時

醒度を保つシステムが備わっています。しかしながら，間の自律的なリズムを，「概日リズム」と呼び，概日時

概日時計中枢である視交叉上核から，どの神経回路を介計により調節されています。私たちの体を構成するすべ

して睡眠・覚醒が調節しているのかはよく分かっていまての細胞には，この概日時計が備わっており，遺伝子発せんでした。

現レベルで２４時間の時間を刻んでいます。その中でも，我々のグループは，光操作と光計測技術を駆使しこの概日時計の中枢，脳内の視床下部に位置する「視交叉上問題に取り組みました。マウスを用いストレス応答に関核」に存在することが知られています。睡眠・覚醒は，わる脳内の神経細胞として知られている，コルチコトロ

概日時計により調節されている一方，私たちは生命の危

ピン放出ホルモン産生神経（CRF 神経）を興奮させると，機に直面した際には，眠たい夜中であっても一時的に覚覚醒時間が増加することを発見しました。また CRF 神経333

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

は，覚醒の維持に重要なオレキシン神経を興奮させていれらの結果から，日中は視交叉上核の神経活動が増加し，ることも発見しました。さらに CRF 神経の活動は，視交

その結果室傍核 CRF 神経の活動が抑制され，覚醒度が抑叉上核の神経から遊離される抑制性の伝達物質である

えられ，夜間になると視交叉上核の活動が減少し，室傍GABA により調節されていました。つまり，視交叉上核

核 CRF 神経の活動が増加し，オレキシン神経を介し覚醒は CRF 神経の活動を調節し，さらにオレキシン神経の活度が増加している事が考えられます。

動を介して覚醒を誘導していることが分かりました。こ（８）シナプス可塑性の光操作－記憶・学習を制御するオプトジェネティクス－
松田信爾（電気通信大学大学院 情報理工学研究科）
シナプス可塑性は記憶や学習の基礎過程と考えられ抑圧を阻害することに成功した。この PhotonSABER をており，そのメカニズムの解明は神経科学分野の最重要

小脳プルキンエ細胞特異的に発現するノックインマウ

課題のひとつであり盛んに研究されてきている。これまスでは，光を照射しない条件では，正常に視機性眼球反での研究により長期増強および長期抑圧といった代表

応（OKR）の適応が見られたが，光刺激を与えた時にの的なシナプス可塑性はシナプス後部に存在する AMPA

み OKR 適応が阻害された。このことから小脳 Purkinje

型グルタミン酸受容体（AMPA 受容体）の数の変化であ細胞の長期抑圧は OKR 適応学習を直接的に制御していることが明らかにされてきた。一方，シナプス可塑性とることが示唆された。
さらに近年の研究によりリソソームのエキソサイトー

記憶学習といった個体レベルでの脳機能との直接的なシスが長期増強の誘導に重要であることが明らかになっ関係性については不明な部分が多く残されている。
我々は光駆動性のプロトンポンプを神経細胞の特定てきている。
実際，
我々は海馬神経細胞および小脳 Purkinjeの細胞小器官に発現させ，AMPA 受容体の細胞内輸送を細胞に長期増強を誘導する刺激を与えると，リソソームの光によって制御することでシナプス可塑性を操る技術

エキソサイトーシスが引き起こされることを明らかにしを開発し，シナプス可塑性と脳機能との関係性を解析している。また，シナプトタグミン７の dominant- negativeてきている。

変異体を発現させ，リソソームのエキソサイトーシスを阻

長期抑圧はシナプス後部に存在する AMPA 受容体の害すると長期増強が引き起こされないことも明らかにし数がエンドサイトーシスによって減少することが明らている。リソソームのエキソサイトーシスにはリソソーム

かになっている。またエンドサイトーシスにはエンドソ内部からのカルシウムの放出が必要であり，リソソーム内ーム内部の酸性化が重要な役割を果たすことも知られ部にカルシウムを貯蔵するためには内部が酸性化していている。そこで我々は近年，光刺激によりエンドソーム

ることが必要であることも知られている。そこで光駆動性

内部から細胞質へとプロトンを輸送する光遺伝学ツー

プロトンポンプをリソソームに発現させ光刺激依存的にル PhotonSABER を開発し，光刺激を与えているときにリソソームのエキソサイトーシスを制御し長期増強の誘のみ AMPA 受容体のエンドサイトーシスならびに長期

導を光により阻害する技術を開発している。

（９）CaMKII 経路の単一シナプス光操作と分子活性イメージング
村越秀治（生理学研究所 脳機能計測･支援センター）
CaMKII は，大脳皮質や海馬の神経細胞で非常に多く

私たちは最近，CaMKII の機能を調べるためのツールと発現（全タンパク質量の数％）しており，シナプス長期して，Phototropin1 の LOV2 を用いて，遺伝子コード型

増強や記憶・学習に深く関与していると考えられている。

の光応答性 CaMKII（paCaMKII）を開発した。paCaMKII

334

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告を海馬スライス CA1 領域の興奮性神経細胞に導入し，2を 2 光子蛍光寿命イメージング顕微鏡により可視化した。

光子励起を用いて単一スパイン内で paCaMKII を活性化

その結果，CaMKII 活性化が Cdc42 活性化には十分であさせたところ，スパイン体積の増大と維持が 4 時間以上ることが分かった。さらに，単一スパインでの CaMKIIに渡って観察された。さらに，刺激スパインにおいて，活性化と比較して，多重スパインでの CaMKII 活性化に

AMPA 受容体の集積と AMPA 電流の増大も観察された。

よって個々のスパインで Cdc42 と長期増強が増強される

これらのことはシナプス可塑性の惹起には CaMKII の活ことが分かった。すなわち，CaMKII は自身の空間活性性化で十分であることを示している。また私たちは，パターンによってシナプス長期増強をコントロールで

CaMKII の下流のシグナル分子の時空間活性化パターン

きることが分かった。今後 paCaMKII が，CaMKII の機を調べるため，アクチン制御分子である Cdc42 に着目し，能の機能を調べるための強力なツールになると考えら

単一スパインでの paCaMKII 活性化による Cdc42 活性化

れる。

335

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

12．機能と構造の視覚科学研究会
2020 年 9 月 1 日
代表・世話人：鯉田孝和（豊橋技術科学大学）
所内対応者：吉村由美子（視覚情報処理研究部門）（１）神経回路の構造と機能を明らかにするウイルス遺伝子工学とイメージング技術
小坂田文隆（名古屋大学）（２）乳児の視覚世界
山口真美（中央大学）（３）アゲハの高次中枢における波長情報処理
木下充代（総合研究大学院大学）（４）視覚運動特徴を処理する特異な網膜神経回路
松本彰弘（デンマーク・オーフス大学）【参加者名】
萩原賢太（Friecrich Mieschar Institute），米原圭祐（オMedicalcenter），山原恵子（科学技術振興機構），内川惠

ーフス大学），松本彰弘（オーフス大学），本谷友作（コ二（神奈川工科大学），宇賀貴紀（山梨大学），篠崎陽一

ーネル大学），笹森 瞳（北海道大学），斎藤優花（北海（山梨大学），上野智広（山梨大学），濱田健太郎（山梨道大学），眞田尚久（岩手県立大学），森澤陽介（東北大大学），三原美晴（富山大学），久保 郁（国立遺伝学研学），曽加 蕙（東北大学），山本浩輔（東北大学），平究所），北川真子（国立遺伝学研究所），松田光司（国立松 駿（東北大学），増田 修（新潟医療福祉大学），杉遺伝学研究所），Fiallos Carolina（国立遺伝学研究所），

山清佳（新潟大学），侯 旭濱（新潟大学），酒井晶子（新臼井支朗（豊橋技術科学大学），鯉田孝和（豊橋技術科学

潟大学），佐々木哲也（筑波大学），菊地 豊（公益財団大学），及川達也（豊橋技術科学大学），渡邉裕汰（豊橋法人脳血管研究所附属美原記念病院），大塚聡子（埼玉工技術科学大学），兼松 圭（豊橋技術科学大学），山本直

業大学），村井伊織（理化学研究所），石井俊行（日本医之（名古屋大学），小坂田文隆（名古屋大学），萩尾華子

科大学），峯耕太郎（国立成育医療研究センター），蟻川

（名古屋大学），竹内遼介（名古屋大学），佐藤彰典（名謙太郎（総合研究大学院大学），木下充代（総合研究大学

古屋大学），正木佑治（名古屋大学），伊藤 慶（名古屋院大学），山口真美（中央大学），楊 嘉楽（中央大学），大学），辻村誠一（名古屋市立大学），佐藤麻紀（愛知医中島悠介（中央大学），馬 書悦（中央大学），鶴見周摩科大学），小林 恵（愛知県医療療育総合センター発達障（中央大学），山中七菜子（中央大学），武 真由（中央害研究所），神山斉己（愛知県立大学），岩松立眞（愛知大学），雄 元晴（東海大学），伊藤 南（東京医科歯科

県立大学），牧野 蓮（愛知県立大学），山下 茜（愛知大学），吉田達見（東京医科歯科大学），吉田 誠（東京県立大学），佐々木友望（愛知県立大学），日高 聰（藤工業大学），蒋池かおり（東京女子医科大学），小島大輔

田医科大学），金地真生（三重大学），杉村岳俊（奈良県（東京大学），根東 覚（東京大学），西尾奈々（東京大立医科大学），伊藤浩之（京都産業大学），田中宏喜（京学），平本篤紀（東京大学），品川大樹（東京大学），橋

都産業大学），山田将太郎（京都産業大学），森口佑介（京本昂之（東京大学），面谷 信（東京電機大学），有久 亘

都大学），渡部綾一（京都大学），坂田千文（京都大学），（東京都医学総合研究所），浅野暁子（東京都立大学），

若山曉美
（近畿大学病院），竹村浩昌（情報通信研究機構），

金子章道（慶應義塾大学），本間耕平（慶應義塾大学），

坂野雄一（情報通信研究機構），篠崎隆志（情報通信研究石川理子（慶應義塾大学），小松英彦（玉川大学），齊藤

機構），番 浩志（情報通信研究機構），中村大樹（NTT治美（玉川大学），吉岡敏秀（玉川大学），正岡明浩（玉コミュニケーション科学基礎研究所），秋山

川大学），蒋 嘉森（玉川大学），Yong Haiming（Tokyo

コミュニケーション科学基礎研究所），北西卓磨（大阪市

336

諒（NTT

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告立大学），佐藤宏道（大阪大学），藤田一郎（大阪大学），

大学），相田紗織（山口大学），奥村美紗子（広島大学），

七五三木 聡（大阪大学），田村 弘（大阪大学），内藤中山賢一（広島大学），安川真輔（九州工業大学），岡村智之（大阪大学），稲垣未来男（大阪大学），三好智満（大純也（鹿児島大学），山根ゆか子（OIST），西 友希（石阪大学），末松尚史（大阪大学），角田圭輔（大阪大学），

川病院），緒形昌美（ソニー㈱），本間俊光（Yamagata1），

畑中 岳（大阪大学），山本 悠（大阪大学），伊藤竜朗

澤田大輔（アサヒクオリティーアンドイノベーションズ（大阪大学），大石浩輝（大阪大学），林 燦碩（大阪大㈱），小池 誠（マイクロ特許事務所），河田 卓（㈱Inner学），宮田季和（大阪大学），上田悠佳（大阪大学），安Frontier），横田浩紀（㈱Ayrom），加藤大典（㈱トプコ

井裕人（大阪大学），渡辺直樹（大阪大学），澤井 元（大ン），中野由香梨（㈱ニデック），野秋貴史（参天製薬㈱），阪府立大学），森本優洸聖（大阪府立大学），阪口幸駿（同永谷広行（星和電機㈱），日野恵介（大塚製薬㈱），鈴木

志社大学），尾山匡浩（神戸市立工業高等専門学校），潮栄二（東海光学㈱），郷田直一（生理学研究所），鳴島 円

井川修一（福岡国際医療福祉大学），佐藤雅之（北九州市（生理学研究所），揚妻正和（生理学研究所），西尾亜希

立大学），永井聖剛（立命館大学），小池千恵子（立命館子（生理学研究所），高橋泰伽（生理学研究所），山本哲

大学），立花政夫（立命館大学），堀江 翔（立命館大学），

也（生理学研究所），吉村由美子（生理学研究所），林 健

西村勇輝（立命館大学），首藤浩伸（立命館大学），堀 哲

二（生理学研究所），木村梨絵（生理学研究所），米田泰崇（立命館大学），井上祐介（立命館大学），松島祐輝（立輔（生理学研究所），山本真理子（生理学研究所），呉 嘉

命館大学），塚本吉彦（兵庫医科大学），畠 義郎（鳥取豪（生理学研究所），高木正浩（生理学研究所）【概要】
視覚系の研究には，光受容器，網膜，中枢，さらに心理るトピックを共有することができた。

物理学や工学モデル，眼科学や神経心理学など様々な階層

オンライン開催でありさらに参加費無料であったことの研究が含まれる。実験対象も非脊椎動物から人間までとから国内外から数多くの参加者に恵まれた。事前登録数は幅広い。それぞれの領域で研究が進展するにつれ，研究分

１６８名，同時最大接続数１３０名程度と予想を超える規野は細分化し，各研究者個人がすべての分野をカバーでき模となった。オンライン会議では質疑応答の盛り上がりがないことはもちろん，個々の研究の位置付けや体系的理解心配されたが，チャット機能で随時コメントや質問を寄せも困難になってきている。こうした現状をふまえ，自らのるとともに，質疑を座長が読み上げ，演者が回答するとと研究の位置づけをしっかりと認識し，密接に関連する研究

もに，共著者もチャットでフォローするという方式が一体

領域の進歩を理解するために，本研究会が企画された。

感を生み，まれにみる盛り上がり方を見せた。開催後のア研究会は 2020 年 9 月 1 日に zoom を用いたオンライン

ンケートでは８８名もの意見が寄せられ，そのすべてが好形式で開催された。国内外からの招待講演４題，ならびに意的なものであった。早期にオンライン開催を決めたこと

１４件のフラッシュトークが行われた。４つの招待講演は，から海外で活躍する研究者を容易に招待でき，さらに一般

昆虫の中枢神経系，マウス網膜，マウス視床皮質回路，ヒ

参加者も国内遠方や海外から多く見られたことから，オン

トの赤ちゃんの成長と多岐にわたり，それぞれが大変わか

ライン開催の良い点が現れたと言える。次回以降も感染症

りやすく興味をそそる講演であった。フラッシュトークでの状況によらずオンライン開催を希望する意見が３割程

は解剖，心理，生理，計算論まで幅広く視覚科学にまつわ度あり，今後の開催方針の参考となった。

337

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（１）神経回路の構造と機能を明らかにするウイルス遺伝子工学とイメージング技術
小坂田文隆（名古屋大学大学院 創薬科学研究科 細胞薬効解析学分野）
視覚情報は網膜で受容され，外側膝状体（LGN）を経現されることが明らかになりつつある。本講演では，神て大脳皮質 1 次視覚野（V1）へと伝えられる。その後，

経回路の構造と機能を解析するための新たな手法とし高次視覚野を含む他の領野に伝達され，知覚や認知に至て，特定の細胞種に組換え酵素を発現する遺伝子改変マる。これら視覚関連領域において，例えば，霊長類の LGN

ウス，特定の細胞種に入力する細胞群を標識できる狂犬は組織学的に 6 層を有し，各層は左眼あるいは右眼のど病ウイルスベクター，静脈注射で血液脳関門を通過し脳

ちらか一方から入力を受け，視覚反応特性も異なる。霊細胞へ遺伝子導入可能なアデノ随伴ウイルスベクター

長類の V1 は大脳皮質表面に対して水平に 6 層構造を持に代表されるウイルス遺伝子工学技術と，大脳皮質の多ち，反応性が類似した神経細胞が集まるカラム構造を柱くの領野を同時に機能評価できる広域イメージングや状に持つ。一方で，マウスでは，LGN は組織学的に明確異なる焦点面を同時に撮像可能な多平面 2 光子イメージな層構造を持たず，V1 もカラム構造を持たない。しかングなどの光学技術を紹介し，それらを組み合わせるこ

し，マウスのこれらの領域においても，細胞種特異的なとで得られたマウスの視覚神経回路に関する知見を紹

シナプス接続や分布により精密な神経回路構造が形成介する。

されることで，特異性を持った情報処理や機能発現が実（２）乳児の視覚世界
山口真美（中央大学 文学部 心理学研究室）
乳児の視覚認知世界は，１９６０年代に心理学者 Fantz

脳内処理が存在することを明らかにしてきた。

が考案した，乳児の選好特性を利用した実験手法である

乳児の視覚認知能力が成人と同様な機能を持つことが「選好注視法」や，学習を利用した「馴化法」を用いるこ

明らかにされてきた一方で，幼い乳児は成人と同じようにとにより明らかになっている。形態認知・空間認知・運動世界を見ているわけではないことも明らかになっている。

視から言語獲得，あるいは視力発達に至るまで，乳児の多成人が当たり前のように感じる「知覚の恒常性」のない世様な認知機能を明らかにされてきた。近年はこうした基本

界にいることが，最近の実験で明らかにされた。すなわち，的認知機能に加え，多感覚の統合過程や社会性の認知機能

生後４ヶ月未満の乳児は，成人が気づかない環境の変化，の解明についての研究が進んでいる。さらに乳児を対象と照明方向の変化に気づく。そしてこの気づきが消失した生した脳計測手法の確立により，脳機能の発達をベースにし後７ヶ月以降，それ以前の乳児では気づくことのできない，

た認知発達が解明されることとなり，定型・非定型な発達

物体の質感の変化に気づくようになり，成人と同様の「恒を検討することが可能となった。

常性」のある世界に生きることとなる。乳児の視覚世界の不思議さを実感しながら，成人に至る，視覚認知機能の発

私たちの研究室では，顔認知・空間認知や運動視・周辺達について解説する。

抑制の発達などを検討し，色知覚では乳児でも金色カテゴ
リがあること，さらに言語を獲得する以前に色カテゴリの338

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（３）アゲハの高次中枢における波長情報処理
木下充代（総合研究大学院大学）
アゲハ（Papilio xuthus）は，色恒常性や対比現象を含キノコ体傘部に入る視覚情報の性質を明らかにする

む色覚を持つ。求蜜行動中のアゲハは，色をよく覚え見ため，キノコ体で分光感度と光強度応答の細胞内記録を分ける。色の識別能力は非常に高く，430，480，560 nm行なった。これまで記録した細胞は，分光感度に従っての３波長でわずか 1 nm の差を弁別できる。このことか

１２種に分けることができた。その多くの細胞の分光感ら，アゲハの色覚は複眼にある６種類の光受容細胞のう度は反対色性を含み，光受容細胞の分光感度とも異なっ

ち紫外・青・緑・赤受容細胞を基盤とした４原色と考えていた。中には感度の高い波長域が，哺乳類の第四視覚られている。

野で見つかるような鋭いものがあった。鋭い感度を持つ

複眼から入った波長情報は，視覚中枢で処理されたあ細胞の感度域は，波長弁別能の高い紫から緑の波域と赤と高次中枢で他の感覚と統合される。視覚中枢からの出

波長域に分布していた。キノコ体に入力する視覚神経群

力神経を精査したところ，アゲハではキノコ体傘部に出は，求蜜行動中にアゲハが見て学習する“色”情報を送力する視覚神経群が発達していることを発見した。キノっている可能性が高い。以上の結果は，これまで報告さ

コ体は，視覚・嗅覚・味覚など異なる感覚情報の統合とれている昆虫の色覚に関わる神経機構の理解を大きく連合学習・記憶に関わる領域である。

進める知見である。

（４）視覚運動特徴を処理する特異な網膜神経回路
松本彰弘（デンマーク･オーフス大学）
わたしたちが受容する視覚世界は，明るさ，色，空間

これまでの研究から，GABA 作動性抑制性シナプスの周波数など多様な視覚特徴を含有する。それらの特徴が空間的に非対称な分布が，方向選択性の形成に寄与する

時間軸に相関構造を伴うと，運動方向，速度などの運動ことが知られている。一方で，グルタミン酸作動性やア特徴が生じる。視覚系の感覚器官である網膜は，その神

セチルコリン作動性シナプスによる興奮性入力がどの経回路によって，視覚特徴を抽出し脳へと伝送する。特ように寄与するのか，明らかではない。また異なる速度に，網膜像に生じた運動方向や速度は，脳において，身調節性を説明する回路機構も示されていない。
本研究での着眼は，視覚特徴の処理における，グルタ

体の移動に伴うオプティカルフローの処理や眼球運動

ミン酸，アセチルコリン，GABA 作動性神経伝達による，の制御などに利用される重要な特徴である。
網膜での運動特徴の抽出は，運動方向と速度に調節性

局所の樹状突起での時空間的な演算論である。マウス網を持った方向選択性細胞が担う。即ち，遅い速度に調節膜を用い，電気生理，２光子イメージング，EM コネク性をもつオン型と，より速い速度に広範な調節性をもつ

トミクス解析，モデルシミュレーションを組み合わせ，オンオフ型細胞である。つまり，網膜表現として運動情網膜回路での特異な結合様式が，運動特徴の検出に寄与

報は，運動方向と速度とが連関を有する。

することを示した研究について，報告する。

339

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

13．意思決定研究の新展開 ～社会共感・主観価値の生成・葛藤に関わる神経メカニズム～
2020 年 9 月 14 日－9 月 15 日
代表・世話人：雨森賢一（京都大学霊長類研究所･白眉センター）
所内対応者：磯田昌岐（認知行動発達機構研究部門）
世話人：則武厚（認知行動発達機構研究部門）（１）予測に基づく意思決定を可能にするマウス前頭皮質の神経活動
濱口航介（京都大学 医学研究科）（２）意思決定における側坐核ネットワークの制御機構
疋田貴俊（大阪大学 蛋白質研究所）（３）接近回避葛藤の柔軟な切り替えを行う線条体モジュール仮説
雨森賢一（京都大学霊長類研究所･白眉センター）（４）行動異常に関わる線条体コンパートメントの神経活動
三浦正巳（東京都健康長寿医療センター研究所）（５）霊長類における遺伝学的干渉によるネットワーク作動変容のマルチスケール解析
平林敏行（量子科学技術研究開発機構 放射線医学総合研究所）（６）社会的距離を制御する神経回路の探索
征矢晋吾（筑波大学 国際統合睡眠医科学研究機構）（７）協力社会を支える社会性の比較認知科学
山本真也（京都大学 高等研究院）（８）発声制御における聴覚-前頭皮質回路の役割
綱田丈二（Chinese Institute for Brain Research, Beijing）（９）マカクザル皮質―皮質下ネットワークにおける自己と他者の報酬情報処理
則武

厚（自然科学研究機構 生理学研究所）（10）マーモセット自閉症モデルにみる社会行動の異常
一戸紀孝（国立精神･神経医療研究センター）（11）マカクザルはこころの理論をもつか?
長谷川功（新潟大学 医学部）
（12）マーモセット大脳皮質視覚野での自発活動と刺激誘発性活動のカルシウムイメージング
松井鉄平（東京大学 医学部）
【参加者名】
雨森賢一（京都大学霊長類研究所），一戸紀孝（国立精村 聡（京都大学霊長類研究所），兼子峰明（京都大学霊神・神経医療センター），征矢晋吾（筑波大学），綱田丈長類研究所），鮫島和行（玉川大学），仁科国之（高知工

二（Chinese Institute for Brain Research, Beijing），長谷川 功

科大学），加藤郁佳（東京大学・理化学研究所），小口峰（新潟大学），濱口航介（京都大学），疋田貴俊（大阪大

樹（麻布大学），廣川純也（同志社大学），萩原賢太（Friedrich学），平林敏行（放射線医学総合研究所），松井鉄平（東Miescher Institute），山本愛優美（慶應義塾大学），岩沖

京大学），三浦正巳（東京都健康長寿医療センター），山晴彦（京都大学霊長類研究所），佐藤大気（東北大学大学

本真也（京都大学高等研究院），
則武 厚（生理学研究所），

院生命科学研究科），上原一将（生理学研究所），辻本憲

井上謙一（京都大学霊長類研究所），網田英敏（京都大学

吾（国立精神・神経医療研究センター），松田直祥（北海霊長類研究所），髙安 環（京都大学理学研究科），野々道大学），佐藤大輔（新潟医療福祉大学），八田紘和（京340

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

都大学こころの未来研究センター），水口暢章（立命館大院），木村梨絵（生理学研究所），浦久保秀俊（生理学研学），石田裕昭（東京都医学総合研究所），山本美久（岡究所），纐纈大輔（生理学研究所），横山 寛（生理学研

山大学），角谷基文（名古屋大学），二宮太平（生理学研究所），高橋泰伽（生理学研究所），郷 康広（自然科学究所），西 友希（石川病院），原 あゆみ（慶應義塾大研究機構生命創成探究センター），揚妻正和（生理学研究学），出馬圭世（高知工科大学），小笠原香苗（生理学研所），田中慎吾（新潟大学），戸松彩花（生理学研究所），究所），竹村浩昌（情報通信研究機構），趙 景康（新潟定藤規弘（生理学研究所），人羅菜津子（北海道大学），大学），OH JUNGMIN（京都大学霊長類研究所），渡我

高橋裕美（同志社大学大学院），小松英彦（玉川大学脳科

部昭哉（理研 CBS），雨森智子（京都大学霊長類研究所），

学研究所），瀬口瑛子（慶應義塾大学），大原崚太郎（京近藤崇弘（慶應義塾大学），岡本 峻（慶應義塾大学），

都大学霊長類研究所），小原奈暉（新潟大学），近添淳一

横山 修（東京都医学総合研究所），米丸ひなの（立命館（生理学研究所），菅原朋子（豊田中央研究所），高橋幸大学），渡邉 裕（医療社団法人春恵会基礎医学実験室），

治（横浜市立脳卒中・神経脊椎センター），川嵜圭祐（新井上律子（東京都健康長寿医療センター研究所），羽野貴

潟大学），江川 純（新潟大学大学院），横井 功（生理哉（NPO 法人子どもの発達・学習を支援するリハビリテ

学研究所），齊藤孝臣（新潟大学大学院），Nanxi Liu（新ーション研究所），大塚 亮（ユマニテク医療福祉大学校），

潟大学），新居桂陽（生理学研究所），磯田昌岐（生理学

阪口幸駿（同志社大学大学院），吉武講平（Icahn School of研究所），足立雄哉（新潟大学），郷田直一（生理学研究

Medicine at Mount Sinai, NY, USA），植松明子（生理学研所），阿部 湧（新潟大学大学院），杉山秀吾（新潟大学）

究所），鳥越万紀夫（理化学研究所），田中大樹（石川病【概要】
神経科学の進展とともに，意思決定に影響を及ぼすあった。2 日目（15 日）は，「社会価値判断とコミュニ「価値」には，様々な心象があることが明らかになってケーションの脳メカニズム」と題したセッションを行い，きた。またその中でも，「社会の中の自己や他者の心象」

7 名の講演者による研究紹介が行われた。社会的距離，といった社会的な価値が本質的であることが明らかに忌諱，協調，協力，妬み，コミュニケーション，こころなってきた。こうした中，意思決定研究は，新たな展開の理論に関する研究が，げっ歯類，マーモセット，そしを迎え，社会的な価値判断を研究対象とする新たなステてマカクザルを用いて，神経回路の因果的関与のレベルージに入っている。近年は神経活動の計測技術，操作技

で詳細に解明される研究が次々と発表され，大いに感銘

術が高度化し，解析できる対象やスケールが大きくなっを受けた。われわれ動物は，主観的，社会的な様々な価てきた。そこで，1 日目（14 日）は，大脳皮質―大脳基値を統合して，その葛藤の中で意思決定を行っている。

底核の詳細な回路研究を行っている研究者を招き，「大こうした研究の潮流を踏まえ，ディスカッションの時間

脳基底核を含む大規模ネットワークの脳メカニズム」のを設け，新たな展開を見せている意思決定研究に科学的セッションを企画し，5 名の講演者による研究紹介が行に取り組むためにはどうすべきか，について多角的な討

われた。げっ歯類，マーモセット，マカクザルの大規模論を行った。本研究会は，コロナ禍のため web 開催とな

ネットワークの研究に至るまで，イメージング・遺伝学

ったが，学術的に重要な発表が多く，当初の狙い以上の的回路操作などの最先端の手法を用いた研究の発表が盛会となり，非常に有意義な研究会となった。

341

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（１）予測に基づく意思決定を可能にするマウス前頭皮質の神経活動
濱口航介，渡邉大（京都大学 医学研究科）

高橋裕美（同志社大学 脳科学研究科）
動物はどこまで環境の構造を理解して，意思決定をして神経活動を抑制すると，逆転が遅くなる皮質領域が存在しいるのだろう。従来の意思決定課題においては，環境の構た。光抑制効果が最も有意に認められた領域は，２次運動

造を含まないモデルフリーの強化学習モデルが利用され

野
（M2）
の一部で，
顔や舌の運動とその準備を担う Anterior

る事が多い。この時，動物が環境の構造について知らない

Lateral Motor (ALM)と呼ばれる領域であった。

事を暗黙に仮定している。しかし連続逆転学習課題や予測的な逆転行動の神経メカニズムとしては，１）行

Two-armed bandit 課題のように，定期的に報酬の条件が変動の価値が減衰する，２）探索に関わる神経活動が増加

わる課題を長期間行わせると，報酬条件の変わるタイミン

する，などが予想された。予測的な逆転行動に関わる神

グを動物が予測するという報告が複数存在する。このこと

経活動を計測するため，ALM 皮質５層の興奮性神経細は，課題の構造を動物が学習し，報酬条件が変化する前に胞から二光子顕微鏡によるカルシウムイメージングを予測的に探索を始める神経メカニズムの存在を示してい行った。学習後期で高正答率のマウスでは，行動直前のる。しかしながら，予測的な意思決定の神経メカニズムは，準備活動は，報酬を得るといったん強まるが，その後はほとんどわかっていない。

報酬を得るごとに減衰した。一方で，学習初期の低正答

この理解に向けて，我々はマウスを用いて以下のような率のマウスの準備活動は，報酬を得るごとに強くなって実験を行った。マウスに連続逆転学習課題を長期間学習さいた。これらの結果は，ALM の神経活動は，単なる運せると，学習後期において高正答率を示すマウスは報酬条

動準備ではなく，行動の結果得られる報酬期待（行動価

件が変化する直前で予測的な逆転行動を行った。これはマ値）を表す事を示している。
本研究では，マウスが予測的な逆転行動を行う事，そ

ウスが，逆転が定期的に起こるという逆転課題の構造を学の神経メカニズムが ALM の行動価値の減衰であること習したからと考えられた。

を示した。本講演ではさらに，逆転を予測しつつ意思決

この予測的な逆転に重要な役割を果たす皮質領域を，光定を行う強化学習モデルについても議論する。

遺伝学による神経活動抑制を用いて同定した。運動直前の（２）意思決定における側坐核ネットワークの制御機構
疋田貴俊（大阪大学 蛋白質研究所）
報酬を求め，危険を避ける意思決定は，動物の生存にングを行っているという新しい神経回路機構を提唱し関わる必須な行動であり，大脳基底核，特に腹側線条体ている。さらに，側坐核の直接路と間接路が側坐核-大脳である側坐核が関与している。私たちはこれまでに，側皮質前頭前野ネットワークをどのように制御している坐核の直接路が報酬行動に，間接路が忌避行動に関与すかを分子機構から解析を進めている。これらから意思決ることを示してきた。また，側坐核に入力する腹側被蓋定における神経ネットワークの制御機構を考察する。

野からのドーパミン入力が直接路と間接路のスイッチ342

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（３）接近回避葛藤の柔軟な切り替えを行う線条体モジュール仮説
雨森賢一（霊長類研究所･京都大学白眉センター）
報酬と同時に罰があたえられる場合，その報酬と罰のることができる。ただし，実際の線条体構造は，ストリオ

セットを受け入れるか（接近），受け入れないか（回避），

ソームとマトリックスが隣接した構造をなし，2 つの構造という意思決定に関して心理的な葛藤が生じる。これはの間には直接の相互作用はないものの，コリン作動性介在

接近回避葛藤とよばれ，不安やうつといった情動や気分ニューロンなどを介した間接的な相互作用が存在すること関係が深く，抗不安薬の投与によって変化することがとが明らかになりつつある（Inoue et al., 2016）。また，

知られている（Vogel et al., 1971）。我々は，マカクザル

actor-critic モデルとは違い，線条体は多数のコンパートメの線条体を対象として微小電気刺激実験を行い，線条体

ント構造が入り組んだ構造になっており，actor と critic がの刺激は，不安生成だけでなく，強迫性障害に似た悲観並列した形になっている。

的な価値判断の固執を引き起こすことを明らかにした本研究では，こうした実際の線条体の解剖学的な構造を（Amemori et al., 2018）。こうした固執現象は，関連す考慮に入れたモジュール強化学習法を提案する。このモデる大脳皮質である前帯状皮質の刺激では引き起こされ

ルは，critic を報酬の予測器として使用し，制御器の actorなかった。線条体に特有のこの固執現象は，どのようにとペアがモジュールを形成し（Amemori et al., 2011），予説明できるのだろうか？

測期の予測誤差に応じて選択されることにより，行動を，

線条体のストリオソームとマトリックスのコンパート

行為の系列として生成することが可能となる（Haruno et

メント構造は，マトリックスの最終出力核が視床である一al., 2001）。本研究のモジュール強化学習法は，モジュー方，ストリオソームは黒質ドーパミン細胞の制御にもかか

ルの予測器の破綻が意思決定の固執を誘導することから，

わる。こうした解剖学の知見から，強化学習の actor-critic

ストリオソームの活動異常が，固執の原因であることを示

モデルとの類似性が示唆されている。状態価値関数を表現

唆する。本研究では，こうした理論的な背景をもとに，悲する critic をストリオソームが担い，行動価値関数を表現

観的な価値判断の固執現象のモデル化を行う。さらに，モする actor をマトリックスが担うと考えると，行動生成過デル化を通して，モジュール強化学習の線条体モデルとし程における 2 つのコンパートメントの機能分担を説明すての妥当性と，弱点について議論する。

（４）行動異常に関わる線条体コンパートメントの神経活動
三浦正巳，井上律子（東京都健康長寿医療センター研究所）
常同行動は，目的のない無意味にみえる行動，姿勢やどの最初期遺伝子が誘導される。最初期遺伝子は神経活動

発語を繰り返す行動異常である。状況によらず同じ行動

によって誘導されることから，線条体の不均等な興奮が起が表出するため，常同行動は行動選択が上手くいってい

きていることが推測されている。

ない状態と言える。発達障害，精神疾患や認知症など多我々は常同行動モデルマウスの神経活動を調べ，彩な疾患において常同行動はみられる。精神刺激薬剤にstriosome の直接路ニューロンと間接路ニューロンから電よっても常同行動は誘発され，治療中のパーキンソン病

気記録を行ってきた。線条体の 80 – 90 % を占める matrix

での punding もその一つとされる。

と同様に，striosome の投射ニューロンはドーパミン D1 受

常同行動を生じる神経基盤には大脳基底核の機能異常容体を持つ直接路ニューロンと D2 受容体を持つ間接路ニが含まれ，一部には線条体の解剖学的領域 striosome とューロンから構成されていて，striosome の直接路ニュー

matrix が関わると考えられてきた。精神刺激薬剤を反復投

ロンは黒質緻密部へ投射している。従って striosome と与した常同行動モデル動物では，striosome 優位に Fos なmatrix を分ければ，線条体には４種類の投射ニューロンが343

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告存在する。これら４種類の投射ニューロンから電気記録を行動異常とは日常生活でその場に相応しい行動をとれ行い，常同行動モデルマウスの神経活動がどのように変化ないことであるが，常同行動に線条体の興奮性の異常があしているかを比較した。その結果，実際に膜の興奮性が変るとすると，どのように関わっているのだろうか。最後に，化していることを見出している。

意思決定といった視点から線条体の役割を考察する。

（５）霊長類における遺伝学的干渉によるネットワーク作動変容のマルチスケール解析
平林敏行（量子科学技術研究開発機構 放射線医学総合研究所）
特定の脳領域における神経活動を操作して，それによ

合のみでは決まらない。従って局所操作の影響を正しくる行動の変化を調べる手法は，古くから脳領域と機能の理解する為には，行動の変化を調べるだけでなく，操作

因果的対応を調べる為の基本的なアプローチの一つでと同時に全脳の機能イメージングを行い，大域ネットワあり，特に近年の遺伝学的回路操作法の進展に伴い，現ーク作動の変容を捉える方法が有効であると考えられ代のシステム神経科学においてはその中核を担っている。本講演では，DREADD による局所抑制がもたらす大る。こうした局所的な神経活動の操作がもたらす行動の域ネットワーク作動の変容をマルチスケールに捉える

変化は，一般には操作した領域自体の活動変化によるも“Chemogenetic fMRI/fPET & electrophysiology” について，のであると解釈されるが，実際にはその影響は操作した知覚，認知記憶，及び情動のそれぞれの側面で進めてい領域のみにとどまらず，神経投射を介して特定の大域ネるマカクザル研究を通じて紹介し，その現状と展望につットワーク全体に及んだ結果として行動の変化に繋がいて議論したい。

ると考えられ，かつその影響範囲は必ずしも解剖学的結（６）社会的距離を制御する神経回路の探索
征矢晋吾，矢代海，兎田幸司，齋藤夕貴，櫻井勝康，Yoan Cherasse，櫻井武（筑波大学 国際統合睡眠医科学研究機構）
阿部

学（新潟大学 脳科学研究所）

見知らぬ他者とコミュニケーションを取る上で個体発現するニューロン（Npbwr1 ニューロン）特異的に間の距離を縮めていくことは社会性を構築する上で必hM3Dq および hM4Di を発現させ，CNO 投与により人為須である。しかし，社会的接触に至るまでの個体間距離的に操作した。その結果，3 チャンバー社会行動試験におの調節機序については不明である。他者との社会的接触

いて，hM3Dq 群ではコントロール（Saline 投与群）に比は恐怖や不安などの情動応答を引き起こすことから，情べ新規マウス周辺における滞在時間が著しく増加した一動応答の制御メカニズムが重要である可能性が示唆さ方で，hM4Di 群では滞在時間が減弱した。Npbwr1 ニューれる。

ロンの投射先を探索するため，Cre 依存的にシナプトフィ

我々は社会的接触を制御する神経基盤を探索するためジンを発現する AAV を CeA に投与した結果，Npbwr1 ニ

ニューロペプチド B/W の受容体である Npbwr1 に注目しューロンは主に MiTg (Microcellular tegmentum) に投射すた。Npbwr1 は恐怖応答に重要な役割を果たす扁桃体中心

ることが明らかになった。CeA の Npbwr1 ニューロンに核（CeA）において顕著な発現が観察され，社会行動や情ChR2 を発現させ，光遺伝学を用いて下流の MiTg に投射

動応答に重要な役割を果たすと考えられている。

する軸索末端を刺激した結果，3 チャンバー社会行動試験

Npbwr1-iCre マウスを用いて Cre 依存的なアデノ随伴ウイ

において新規マウス周辺における接触時間が顕著に増加

ルス（AAV）を CeA に投与することにより，Npbwr1 をした。Npbwr1 はヒトにおいて機能低下を伴うアミノ酸配344

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

列の変化（Y135F）を伴う SNP (1 塩基多型:404A>T) が確する恐怖応答が著しく減弱していた。

認されている。AAV を用いて NPBWR1(135Y) および変以上の結果から，CeA の Npbwr1 ニューロンは下流の異型 NPBWR1(135F) を Npbwr1-iCre の CeA に回復させた

MiTg を介して他者との社会的接触を制御している可能結果，135F 群では顕著な社会的接触や社会的距離の短縮性が示唆された。また，Npbwr1 の SNP は恐怖応答の調が観察される一方で，135Y 群では社会的接触の減少およ節に関与し，社会的接触および社会的距離の制御に重要

び社会的距離の増加が確認された。さらに 135F 群ではな役割を果たすことが示唆される。

135Y 群に比べて恐怖条件付けにおいて音および文脈に対（７）協力社会を支える社会性の比較認知科学
山本真也（京都大学 高等研究院）
チンパンジー・ボノボを中心とした進化の隣人を対象分配などの 2 個体間協力を支えている。それに対し，チに，「ヒトらしい」行動特性の進化的基盤について研究

ンパンジーでは，個体間関係が競合的であると同時に，してきた。この 2 種は進化的に非常に近縁であるにもか

集団間関係も敵対的である。この外集団の脅威に対応す

かわらず，認知・行動・社会のさまざまな点で異なる様るため，集団としてまとまる特性を獲得してきたのでは相をみせる。チンパンジーは競合的な社会を築き，ボノ

ないか。協力（集団内協力）と戦争（集団間競合）は表

ボは寛容な社会に暮らすと言われている。このような違裏一体である可能性が指摘される。
野外での観察研究および飼育下での認知研究に加え，いが，彼らの協力行動にどのような異同をもたらすのだ

近年は，生理学的側面からの協力行動のメカニズム解明

ろうか。
チンパンジーは集団での協力に優れ，ボノボは 2 個体にも挑戦している。様々な動物種へのオキシトシンの経間での協力に秀でており，それには集団内と集団間の要鼻投与にも成功した。幅広い視点からの比較認知科学の因が関わっているという仮説を立てた。ボノボの個体間取り組みを紹介したい。

関係は寛容であり，そのことが高度に社会化された食物（８）発声制御における聴覚-前頭皮質回路の役割
綱田丈二（Chinese Institute for Brain Research, Beijing）
状況に応じて，発声を柔軟に制御することは，他者へりされるのか，明らかではなかった。そこで，これら２

正確に意思伝達する上で重要である。発声の制御には，点を検証するため，発声中のコモン・マーモセットの前意図した発声と，聴覚フィードバックとして聞いた音声

頭皮質と聴覚皮質から神経活動を同時に記録した。そのの誤差を小さくすることが要求される。これまでの研究

結果，発声の直前に両脳領野のシータ波の活動が高まり，によって，発声の制御において，前頭皮質は，発声に関これらの活動が，前頭前皮質から聴覚皮質への情報の流する運動指令の生成に関与し，聴覚皮質は，聴覚フィー

れを反映するものであることが分かった。さらに前頭皮

ドバックをモニタリングし，意図した発声と聴覚フィー質の発声前における活動は，これから発する鳴き声のタ

ドバックの誤差をコードすることが示されてきた。これ

イプや音響的な特性をコードすることが分かった。以上

らから，発声中に前頭皮質から聴覚皮質へ，意図した発の結果は，発声開始前に，前頭皮質は，意図した発声に声に関する情報が送られると考えられる。しかしながら，関する情報を聴覚皮質に送ることを示唆する。対照的に，

１）発声中に前頭皮質と聴覚皮質が相互作用するかどう

発声中には，前頭皮質の活動は，広い帯域に渡って抑制

か，２）相互作用するならば，どのような情報がやり取されており，脳領野間の相互作用も弱かった。その一方

345

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

で，聴覚皮質において，聴覚フィードバックのモニタリ

ックをモニタリングすることを示唆する。このように，ングに関与する，ガンマ波の活動が発声中に高まり，こ本研究では，発声の制御の神経メカニズムとして，前頭の活動が，発声前のシータ波の活動と相関することが分皮質から聴覚皮質への意図した発声に関する情報の伝

かった。このことは，発声中，聴覚皮質は，意図した発達と，この情報に基づいた聴覚皮質における聴覚フィー

声に関する情報を保持しつつ，同時に，聴覚フィードバ

ドバックのモニタリングを明らかとした。

（９）マカクザル皮質―皮質下ネットワークにおける自己と他者の報酬情報処理
則武

厚（自然科学研究機構 生理学研究所）

自己の得るもの（報酬）の価値が他者の得るものに影酬情報処理に深く関係するドーパミン中脳核のドーパ響を受けてしまう。その背景には，限りある報酬資源をミン細胞，それと解剖学的結合を密に持つ視床下部外側

めぐる他者との競争があると考えられる。我々はそのよ

野および社会的な情報処理の中枢とされる前頭前野内

うな競争的状況において他者の報酬に影響を受ける自側部の細胞から単一神経細胞活動および局所電場電位

己の報酬価値を「主観的価値」とし，その神経機構を電活動を記録した。

気生理学的に調べた（Noritake et al., 2018, 2020）。

本研究会では，報酬への期待行動における主観的価値

この目的のため，2 頭のサル（自己と他者）を対面しの表出，上記の脳部位における自己および他者の報酬情て座らせ，各サルに視覚刺激－報酬確率を同時に条件づ

報処理様式，脳部位間の神経情報の流れに関して得た結けする「社会的条件づけ」をおこなった。社会的条件づ果に基づき，主観的価値生成過程の仮説を報告する。さけでは，競争的状況を模し，自己および他者の報酬確率

らに，皮質―皮質下ネットワークにおける報酬情報処理を操作した。この社会的条件づけ下において，自己の報における社会的・競争的要因の重要性について議論する。

（10）マーモセット自閉症モデルにみる社会行動の異常
一戸紀孝（国立精神･神経医療研究センター）
自閉スペクトラム症（以下自閉症）は，コミュニケーシ

我々は，このバルプロ酸を妊娠中の母親マーモセットにョン/社会性の障害・固執性をコア症状として，３歳まで投与することにより自閉症モデル動物を作成した。このに診断される発達障害である。自閉症は 100 人に 1 人の頻モデル動物の大脳皮質の遺伝子発現の変異は，ヒト自閉度で認められが，そのコア症状に対する治療法はいまだに症における変異と相関をしめしていた。また，分子生物確立していない。非ヒト霊長類は，ヒトに類似の社会行

学的・形態学的解析はシナプス形成・髄鞘形成・ミクロ

動・脳構造/機能・発達に伴う遺伝子発現ダイナミクスをグリア・アストロサイトの異常においてモデル動物とヒもつ点で発達障害である自閉症の Translational Research にト自閉症患者において共通点が多いこと示した。これら

とって有用な動物と期待されている。この中でマーモセッのことから，バルプロ酸暴露マーモセットは生物学的なトは学習依存的な多様なコールを用いたコミュニケーシ

観点から自閉症の良いモデルになっていると考えられョンを行い，早い成熟，繁殖力の高さゆえに，自閉症モデた。
我々は動物モデルとして必須の行動学的異常に関しル動物としてのメリットがある。
妊娠中の母親が抗てんかん薬バルプロ酸を使用するて検討を行った。ヒト自閉症は３歳の時期に診断されると，子どもの自閉症のリスクが上昇することが知られてことを考慮して，ヒトの 3 歳に当たる 3 ヶ月令のマーモいる。バルプロ酸のエピジェネティックな胎児遺伝子発セットの行動異常を調べた。その結果，小児期のモデル

現修飾が自閉症発症のメカニズムと考えられている。

マーモセットは call が単調になっており，他個体へ視線346

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告を向ける頻度が低いことがわかった。また成体のモデル

は逆転学習の異常も認められ，モデル動物がもう一つの動物は，向社会性に関連すると考えられている不公平忌

コア症状である固執性傾向も持つことが示された。興味避を示さないことが見出された。我われは定型発達マー深いことに３ヶ月令のモデル動物の他個体へ視線を向

モセットは，二人の実験者が食べ物を交換するお芝居をける頻度の異常の程度と，成体における３つのテストのしていて，どちらかが非互恵的に振る舞うと，その実験

異常の程度には相関が見られ，小児期での自閉症様傾向

者からは餌をもらわない傾向があることをすでに報告

が成体まで維持されると考えられた。これらの結果はバしていた。このテストを成体モデル動物に行ったところ，

ルプロ酸暴露マーモセット行動学的・生物学的な妥当性

モデル動物は同じ条件下でも二人の実験者から同様なを持ち，自閉症の治療法開発にとって有望なモデルであ割合で餌を受けとることがわかった。成体のモデル動物

ると考えられた。

（11）マカクザルはこころの理論をもつか?
長谷川功（新潟大学 医学部 神経生理学分野）

社会生活において，人の気持ちを汲んだり，その場のことが報告された（Krupenye et al, 2016）。わたしたちは，

空気を読んだりするためには，他者にも自分とは異なる

同様の手法を用いて，マカクザルにも他者の誤った信念

心の状態があることを理解する『心の理論』と呼ばれるを理解できることを示唆する視線の偏りがあることを能力（Premack and Woodruff, 1978）が必要と考えられる。

見出した。しかし，見かけ上の行動の類似は，必ずしも心の理論の有無を検証する決め手は，相手の誤った思い

進化の相同性にもとづくとは限らない。わたしたちはヒ込みを正しく理解して，その思い込みにもとづく相手のトの脳機能イメージングで誤信念課題に伴う賦活が最行動を予測できるかどうかを調べる『誤信念課題』であも再現性よく認められる内側前頭皮質の神経活動と非る（Wimmer & Perner, 1983）。種々の誤信念課題を用い

ヒト霊長類の「他者の誤った信念の認知」様の行動とのたヒトの脳機能イメージングにおいて，内側前頭皮質，

因果関係を明らかにするため，マカクザルの脳の神経活

上側頭溝，側頭頭頂接合部を含む脳回路の賦活が報告さ

動を可逆的に抑制する化学遺伝学のアプローチ（Nagai et

れている（Schurz et al, 2014）。しかし，これらの回路の

al, 2016）を利用した。実験の結果，内側前頭皮質の神経

中に心の理論の能力と因果関係を持つ部位があるかど活動を抑制すると，サルの，動く視標を追視する能力や，うかは特定されていない。因果関係を立証するには動物

短期記憶に基づく視線の偏りには変化が認められなか実験が不可欠であるが，ヒト以外の動物が他者の誤ったったが，他者の誤信念に基づく行動を予期する視線の偏

信念を理解できることを示す証拠がなかった（Call andりが消失することがわかった。本研究により，マカクザ

Tomasello, 2008）からである。

ルでも他者の誤った信念を理解できること，さらにこの能力が内側前頭皮質の神経活動に依存していることが近年，非言語的な誤信念課題と予期的眼球運動パラダ
イム（Southgate et al, 2007）を組み合わせたアプローチに示唆された。

より，チンパンジーにも他者の誤った信念を理解できる347

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（12）マーモセット大脳皮質視覚野での自発活動と刺激誘発性活動のカルシウムイメージング
松井鉄平，橋本昴之，村上知成，上村允人，菊田浩平，加藤利樹，大木研一（東京大学医学部統合生理学教室）
Spontaneous cortical activity in the absence of sensory

surface allows optical access throughout the visual cortical

inputs or body movements is robustly observed across cortical

network. By using combination of widefield and two-photon

areas. Previous studies reported non-random spatiotemporal

imaging, we compared spontaneous and visually evoked

structure of spontaneous cortical activity. Whether or not suchcortical activity in multiple visual cortical areas at multiple

non-random spatiotemporal structure relate to functional

spatial scales.

organization of the cortical networks is an active matter ofWide-field imaging of spontaneous activity in the marmoset

debate. At the mesoscale, previous optical imaging in thevisual cortex revealed rich spatiotemporal structures at various

visual cortex of cats and ferrets reported that spatial patterns

spatial scales. At a large spatial scale of several millimeters,of spontaneous cortical activity closely resemble spatialwave-like spontaneous activity propagating across the cortex

patterns of iso-orientation columns (Kenet et al., 2003; Smith

was readily observed. At a smaller spatial scale of several

et al., 2018) suggesting that spontaneous activity recapitulates

hundred micrometers, columnar patterns resembling orientation

visually evoked activity. However, because functional

maps were frequently observed and were often embedded

organization of higher visual areas in these animals are hardly

within the wave-like activity. Cellular scale imaging withknown, these previous studies were limited to early visual

two-photon

areas. In primates, whose higher visual areas are well studied,spontaneous activity reflected spontaneously active clusters ofit has been difficult to measure precise mesoscale structuresneurons. In the primary visual cortex, spike triggered average ofof spontaneous neuronal activity because, in macaquespontaneous activity showed significant overlap between themonkeys, most of the visual areas are embedded within thecolumn-like spontaneously activity and iso-orientation columns.

sulcus and inaccessible to optical imaging. In this study, we

Currently, we are extending the same analysis to higher visualapplied calcium imaging technique optimized for primatesareas. The combined results will allow us to examine whether(Sadakane et al., 2015; Uemura et al., Society for Nerusocienceor not there exist a general rule that defines the relationship

Abstract, 2018) to marmoset monkeys whose smooth corticalbetween spontaneous and visually evoked cortical activity.

348

microscopy

confirmed

that

the

columnar生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

14．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2020 年 11 月 12 日－11 月 13 日
代表・世話人：高草木薫（旭川医科大学 脳機能医工学研究センター）
所内対応者：南部篤（生体システム研究部門）（１）胎児・乳児期における脳機能と運動の発達
多賀源太郎（東京大学）（２）精神科臨床における成人の自閉症スペクトラム障害，ADHD，学習障害，発達性協調運動障害などの発達障害
前田貴記（慶応義塾大学）（３）当院にて経験する小児運動疾患～瀬川病・遺伝性ジストニア・トウレット症～
星野恭子（瀬川記念小児神経学クリニック）（４）小児の不随意運動症に対する脳深部刺激療法
熊田聡子（東京都立神経病院）（５）小児のリハビリテーション～脳性麻痺を中心に～四津有人（東京大学）（６）脳の遷移ダイナミクスの機能的意義と自閉症傾向との関連
北城圭一（生理学研究所）（７）コルセット使用時の体幹筋の様子から推定される患者の状態
下田真吾（理化学研究所）（８）脳卒中患者の歩行の「個別性」を克服するモデルベースト・リハビリテーション
大脇大（東北大学）（９）社会的相互作用に伴う脳を超えたネットワークの形成：二個体同時計測 fMRI 研究
定藤規弘（生理学研究所）【参加者名】安琪（九州大学），雨森賢一（京都大学），太田神経病院），吉田純一朗（国立精神神経医療研究センタ順（東京大学），中屋敷弘晟（東京農工大学），鈴木恒彦

ー），前田貴記（慶應義塾大学医学部），門田（大阪発達総合療育センター），平田泰久（東北大学），

知工科大学），江藤人拓（東京大学），知見聡美（生理林部充宏（東北大学），濵田裕幸（東京大学），福山秀学研究所），古賀洋平（九州大学），須藤珠水（東京農青（旭川医科大学），藤山文乃（北海道大学），温文工大学），儀間裕貴（東京都立大学），山田康朝（千葉（東京大学），阿部勇貴（東京大学），丸田茂樹（東京

県立四街道特別支援学校），千葉龍介（旭川医科大学），大学），高田謙一（東京大学），木野本

萩生翔大（京都大学），阿部十也（国立精神神経医療研

誠（ボバース

リハビリテーション教育センター），沖村究センター），高橋未来（旭川医科大学），岸

宰（慶應義

宏（高

哲史（東

塾大学），須藤珠水（東京農工大学），湖上碩樹（東京京大学），Oh Jungmin（京都大学），野口智弘（旭川医大学），阪口幸駿（同志社大学），石塚佳奈子（名古屋科大学），淺間一（東京大学），四津有人（東京大学），

大学），守田知代（大阪大学），内藤栄一（情報通信研

吉田和憲（東京大学），佐藤

究機構），山川博司（東京大学），大瀧亮二（東北大学

島大学院），田中

Rahman Labiblais（生理学研究所），星野恭子（瀬川記念

大（東京大学），下田真吾（理化学研

彩（生理学研究所），鳴円（生理学研究所），吉村由美子（生理学研究所），究所），羽野貴哉（NPO 法人子どもの発達・学習を支援

小児神経学クリニック），橘するリハビリテーション研究所），熊田聡子（東京都立彦（国立精神・神経医療研究センター）349

吉寿（神戸大学），関和

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

【概要】
本国における「超高齢者人口の増加」，「労働者人口ーション医学，精神医学，心理学を背景とする研究者がの減少」，そして，「少子化の急速な進行」は，本国の参加・議論することにより，上記の枠組みの構築を目指

存亡に関わる重要な課題であり，可及的な解決法の確立す。2020 年度の研究会では，現地とオンラインにおいてと実行が必要である。特に「少子化」が抱える問題は「生50 名を超える参加者によって幼小児の健全な発達をいまれてくる子供」の数が少ないという単純な問題としてかに促すかについて議論が行われた。具体的には臨床現扱うことが出来ない。近年では周産期医療の進歩によっ場において脳性麻痺や発達障害を抱える幼小児と接して「低体重児」の出生数が多くなってきている。低体重ている医師や，脳の発達，社会性の獲得などを研究して児では，高次脳機能や運動機能の障害（脳性麻痺や学習いる脳・神経生理を専門とする研究者，リハビリテーシ

障害など）のリスクが増加する。従って，「このようなョンシステムを開発する工学者などが集まり，相互に意

ハンディキャップを持つ幼小児の適切な発達と成長を見交換がなされた。特に臨床現場において障害を抱える

サポートし，適切な高次脳機能と運動機能を維持・獲得

様々な幼小児を診ているリハビリテーション医学の研するための枠組み」を構築する必要がある。そこで本研究者とロボット工学を専門とする工学者などによる活究会では，脳神経科学・小児神経学・工学・リハビリテ発な議論が行われた。

（１）胎児・乳児期における脳機能と運動の発達
多賀源太郎（東京大学）
ヒトの運動は，胎児期に始まり，新生児から生後 3 ヶ線維の形態形成，脳の機能的ネットワークの構築と発達，

月に至るまで，General Movement と呼ばれる全身の自発脳の自発活動や機能的活動等の実態が明らかにされ，運運動によって特徴付けることができます。その後，生後動発達を脳の発達との関連において，理解することが可

１年間に，定頸，上肢リーチング，寝返り，座位，立位，能になりつつあります。本発表においては，物理学，生

二足歩行などのように次々と随意的な運動が獲得され物学，工学，心理学等を基盤とし脳と身体の自発活動にます。近年では 3 次元動作解析装置による行動計測や心関して，乳幼児期に観察される自発運動の特徴と意図の

理実験，MRI や NIRS 等の脳の構造・機能イメージング

発現，その自発運動の特徴と環境との相互作用を通じた手法，非線形動力学モデリングの発展に伴って，胎児期学習機構やその個性創発の原理について議論します。

から乳児期にかけて，大脳の層構造の発達，脳溝や白質（２）精神科臨床における成人の自閉症スペクトラム障害，ADHD，学習障害，
発達性協調運動障害などの発達障害
前田貴記（慶応義塾大学）
精神科臨床で出逢う発達障害の患者さんたちは，知的ますます合理性・効率性が求められるため，うまく適応には大きな問題がないため，特別な支援を受けてきたこ

できず，二次的にうつなどの精神障害を発症し，ようやとはなく，生きにくさを感じつつも，なんとか成人してく精神科を受診するに至る。発達障害患者さんへの精神

社会人になることはできる人たちである。しかし，社会療法のコツは，苦手な部分については目立たないようにに出て就労を始めると，人間関係の複雑さや，現代では足を引っ張らないようにとアドバイスをしながら，当人

350

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告の持っている能力を最大限に駆使して，適応する術（すなのかについて考える上で参考になるかもしれません。

べ）を探る工夫の繰り返しである。ご本人にも，ご家族

見方を変えれば，試行錯誤しながらもなんとか“適応”にも，「発達障害なりに発達するので諦めないこと。」

して生きてきたと前向きにみることもできるので。なお，と励ましておりますが，このアドバイスは響くように思私が専門にしている「主体性(agency)」の神経科学といいます。当日は，成人の発達障害の臨床の実際について，う観点からの発達障害研究の試みについても，紹介したお話いたしますが，小児期にどのようなサポートが必要

いと思います。

（３）当院にて経験する小児運動疾患～瀬川病・遺伝性ジストニア・トウレット症～
星野恭子（瀬川記念小児神経学クリニック）
瀬川家の始祖は高槻藩藩医，9 代目前院長瀬川昌也先生

ATP1A3 異常 DYT12（Rapid-onset dystonia parkinsonism）

は 1973 年日本初小児神経専門クリニックを御茶ノ水に開精神症状を呈する SGCE 異常 DYT11（Myoclonus-dystonia），

業しました。瀬川先生は 1970 年夕方に増悪するジストニ

成長障害を呈する KMT2B 異常 DYT28 を紹介します。最アの女児に出会いました。この女児は L-dopa で劇的に改後に当院に最も多く来院する神経発達症の中で，難治トウ善したことから，小児のパーキンソン病（PD）と議論さレット症 DBS 治療例と自閉スペクトラム症のロコモーシ

れたが，1 例目の祖母も同症状で L-dopa で改善したこと

ョンについても述べます。当日は，トウレット症や自閉症から独立した疾患となりました。GCH1 遺伝子異常が同定

スペクトラム症を有する方々の行動に関するビデオを提されて以来，症状の多様性が報告されています。遺伝性ジ示しながら，神経科学や生理学，工学の研究者の先生方とストニアは 30 近く分類されていますが，その中でも議論をしたいと思います。

（４）小児の不随意運動症に対する脳深部刺激療法
熊田聡子（東京都立神経病院 神経小児科）
脳深部刺激療法は neuromodulation 療法の一つで，大脳被殻の投射神経細胞における dopamin signaling の異常に基底核などの慢性電気刺激により神経回路の機能を修よって生じる遺伝性ジストニアの存在が明らかとなっ正し，運動異常症の症状改善を図ります。このような治ており，ジストニア病態における dopamine の意義がます

療法は成人ではパーキンソン病に対して広く行われるます注目されています。本発表では，当科で 2007 年よようになり，有効性が報告されてきました。一方で，小り施行している小児の不随意運動症に対する脳深部刺児ではジストニアなどにおいて，筋肉が自分の意志とは

激療法の治療経過を報告し，効果発現の機序や幼弱脳に無関係に収縮を起こし，身体の捻れを伴うような不随意

対する慢性的な刺激が脳機能に与えうる長期的な影響運動に対して脳深部刺激療法の有効性が報告されていに関して考察し，参加者の皆様と議論していきます。

ますが，本邦での知見は未だ少ないのが実情であります。

351

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（５）小児のリハビリテーション ～脳性麻痺を中心に～四津有人（東京大学）
本稿では，脳性麻痺を中心に小児のリハビリテーショの利用は以前より行われているが，今後，ますます工学

ンについて述べます。リハビリテーションの対象は，疾的アプローチが重要になると考えています。本発表にお患の治療だけでなく，機能・構造障害，活動制限，参加

いては脳性麻痺児に対して行っているリハビリテーシ

制約なども含みます。対応として，根治できるものは根ョンの実情をお話するとともに，今までに行ってきた医治を目指しますが，根治が困難な場合は対処療法を行い工連携における取組として，先天性無痛無汗症患者のロます。また，患者本人への対応だけでなく，環境への対

コモーションに対して開発した装具のコンセプトとそ

応も行います。アプローチとして，小児科，整形外科，の効果に関して実例を交えながら紹介をし，議論してい理学療法，作業療法，言語聴覚摂食嚥下療法など，総合

きたいと思います。

的なチームアプローチが必要となります。テクノエイド（６）脳の遷移ダイナミクスの機能的意義と自閉症傾向との関連
北城圭一（生理学研究所）
我々の研究グループでは脳波の非線形ダイナミクス，の性質は脳のネットワーキングを切り替える柔軟な脳

特に振動同期ダイナミクスの機能的意義や脳卒中・脳梗

情報処理にとって必須な性質であると思われます。本発

塞をはじめとする病態との関連を計算論的神経科学お表ではこのような過渡的な神経ダイナミクスと健常なよび脳波などによるイメージジングの観点から調べて脳の機能や脳卒中病態との関連を報告します。さらに，きました。脳波の振動同期は大域的な情報統合に関連す

健常者の自閉症傾向と過渡的な大域的脳波ダイナミク

ると考えられます。一方，脳波レベルの振動同期は一つスとの関連についても報告し，過渡的なダイナミクスのの同期状態が長く持続することは少なく，複数の同期状

計算論，及び，その数理モデルや個人特性についての議態間を遷移する過渡的なダイナミクスを示すことが多論を行いたいと思います。

いです。メタスタビリティ（準安定性）とも呼ばれるこ（７）コルセット使用時の体幹筋の様子から推定される患者の状態
下田真吾（理化学研究所）
小児麻痺に代表される幼少期の運動麻痺からのリハは不可欠であると考えられます。本発表では，実際の臨ビリテーションは，これまで一度も経験したことのない

床現場において脳性麻痺児がコルセットにより体幹を動作を学ばなければならないうえに，小児は成長の過程

固定することで，麻痺患者が活発に動くようになったとにあって身体や脳の発達を伴うため，機能回復を促すこいう事実をもとに，コルセット前後の体幹の筋電位解析とは複雑なプロセスとなることが容易に予想されます。

を行うことで，動作中の筋活動から動きに関わる成分をさらに幼少期は好奇心が旺盛であり，環境における様々抽出するだけではなく，周波数特性から患者の意識・疲なことに興味を示す時期でもあります。そのため身体や労・興味といった要素を推定する手法について議論を行運動の状態そのものだけでなく，その時の興味や意識のいます。

状態などを正しく推定することが効果的なリハビリに352

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（８）脳卒中患者の歩行の「個別性」を克服するモデルベースト・リハビリテーション
大脇大（東北大学）

脳卒中発症後の歩行の変容は，発症部位，重症度，残を解明し，個別性モデルに基づくモデルベースト・リハ

存機能によりさまざまであり，神経疾患と歩行障害の因ビリテーションの実現を目指しています。本講演では，

果関係は明確ではありません。このため，担当医師，療

これまでの発表者らの取り組みである角運動量に着目

法士は，個人の経験ベースの主観的かつ定性的な歩行診

した歩行分析による脳卒中患者の個別性の表現方法と，断を行い，限られた入院日数，介入時間の制限のなかで歩行動作に対して開発してきたインソール型の知覚フ

試行錯誤的に介入法を模索しているのが現状です。本研ィードバック機器によって足部の接地タイミングを教

究では，標準的な介入による歩行改善を妨げる最も根源

示することによる介入法，および将来展望について紹介的な要因が「脳卒中患者の歩行の個別性」 にあるとのし，議論を行う予定です。

着想に基づき，歩行の個別性を形成する力学的数理構造（９）社会的相互作用に伴う脳を超えたネットワークの形成：二個体同時計測 fMRI 研究
定藤規弘（生理学研究所）
ヒトは相手や第三者・モノを注視することで視覚的注

経同期によって表象されること，（３）共同注意の経験

意を共有することができます。前者をアイコンタクト，

はミラーシステムに含まれる右下前頭葉におけるアイ

後者を共同注意と呼び，社会性発達上非常に重要な里標

コンタクト中の個体間神経同期により記憶されることであります。発表者は今までの研究において（昨年の研を示してきました。これらの結果は，ミラーシステム並究会にて実際にお見せしました）二個体の同時計測 fMRI

びに小脳が視線を介した即時性相互作用に関与していを用いた脳機能イメージングから（１）アイコンタクトることを示しております。本発表においてはこれらの結による再帰的な相互作用が小脳と前帯状皮質や前島皮果を参加者の皆様にお示しすると共に議論をしていき質を含む辺縁系ミラーシステムを活性化すること，
（２）

ます。

共同注意における標的の共有は，右前島皮質の個人間神353

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

15．行動の多様性を支える神経基盤とその動作様式の解明）
2020 年 12 月 11 日－12 月 12 日
代表・世話人：関和彦（国立精神･神経医療研究センター 神経研究所モデル動物開発研究部）
所内対応者：南部篤（生体システム研究部門）（１）Cortical information dynamics of active vision in the marmoset
兼子峰明（京都大学霊長類研究所）（２）扁桃体の持続的賦活化により腹側視覚皮質の顔‐表情の神経表現が変容する
宮川尚久（放射線医学総合研究所）（３）筋と脊髄をつなぐ人工神経接続による一次運動野神経細胞の適応
兼重美希（東京都医学総合研究所）（４）Are primates just big frogs? Forelimb force direction and amplitude are independently controlled by spinal motor
modules.
Amit Yaron（国立精神･神経医療研究センター）（５）オプトジェネティクスを利用したマカクザル上肢の運動誘発～マカクザル大脳皮質へのオプトジェネティクスの適用～
佐野裕美（生理学研究所）（６）味覚連合記憶の想起における青斑核ノルアドレナリン細胞の役割― ハエ嗅覚器由来のイオンチャネルを利用した新規神経活動活性化ツールによる検討 ―井口善生（福島県立医科大学）（７）経済学的意思決定時の腹側線条体・中脳ドーパミンニューロン・眼窩前頭皮質の神経活動ダイナミクス
禰占雅史（筑波大学）（８）効率的な視覚探索を妨げる統合失調症の復帰抑制障害
岡田研一（北海道大学）（９）海馬出力路の構成と機能
大原慎也（東北大学）【参加者名】
網田英敏（京都大学霊長類研究所），井口善生（福島研究センター），高田昌彦（京都大学霊長類研究所），

県立医科大学），磯田昌岐（生理学研究所），井上謙一

髙安 環（京都大学霊長類研究所），武井智彦（京都大（京都大学霊長類研究所），上田康雅（関西医科大学），学），竹谷隆司（北海道大学），橘上原一将（生理学研究所），大井真人（東北大学），大田中真樹（北海道大学），辻原慎也（東北大学），岡田研一（北海道大学），小山佳

田直司（北海道大学），筒井健一郎（東北大学），長野（放射線医学総合研究所），加藤荘志（広島大学），兼人士（東北大学），中村加枝（関西医科大学），中村晋

子峰明（京都大学霊長類研究所），兼重美希（東京都医也（東北大学），中山義久（東京都医学総合研究所），

学総合研究所），亀田将史（北海道大学），木村

南部

慧（京

吉寿（神戸大学），

奈津美（神戸大学），土篤（生理学研究所），西村幸男（東京都医学総合

都大学霊長類研究所），行天悠一郎（東北大学），倉岡研究所），二宮太平（生理学研究所），禰占雅史（筑波康治（関西医科大学），郷田直一（生理学研究所），小大学），芳賀春香（東北大学），萩原杉亮人（国立精神・神経医療研究センター），小林和人所），羽鳥康裕（東北大学），濱野友希（生理学研究所），（福島県立医科大学），佐野裕美（生理学研究所），澤福永雅喜（生理学研究所），松崎政紀（東京大学），松頭

本正幸（筑波大学），松山亮（北海道大学），関和彦（国立精神・神経医療354

淳（生理学研究圭（北海道大学），南本敬

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

史（放射線医学総合研究所），三村喬生（放射線医学総経医療研究センター），戸松彩花（生理学研究所），吉合研究所），宮川尚久（放射線医学総合研究所），森谷

野倫太郎（東北大学），奈良愛美（東北大学），纐纈大叡生（東北大学），安田正治（関西医科大学），山中創輔（生理学研究所），畑中伸彦（生理学研究所），菊田（京都大学霊長類研究所），ヨウアンキ（東北大学），

里美（生理学研究所），知見聡美（生理学研究所），植横山 修（東京都医学総合研究所），吉田暁人（東京大松明子（生理学研究所），Woranan Wongmassang（生理学），Rahman Labiblais（生理学研究所），Gaoge YAN

学研究所）（京都大学霊長類研究所），Amit Yaron（国立精神・神【概要】
脳は，外部環境と内部環境に関する情報を常に感知し，行動やその多様性などを対象としている研究者が，最新それらを統合，認識，記憶と照合することによって適切の研究成果及び将来展望を議論することを目的とする。

な行動を決定・発現する。動物の行動の多様性は，この二年目になる本年は，COVID19 感染状況が小康状態にプロセスの多様性であり，その脳内メカニズムを探るのなった秋のタイミングで，直接対面議論の有用性を鑑みがシステム神経科学である。近年，その基盤となる神経て研究会直前まで現地開催の予定で準備を進めたが，再ネットワークと行動の因果律を検証する分子遺伝学的

び感染蔓延の兆候から，計画変更して完全オンラインでな方法が，主として齧歯類を対象に開発され，多くの成の開催となった。結果として，質の高い口頭発表と前年果を上げている。光遺伝学やイメージング技術など，目度以上に活発な議論が交わされ，充実した研究会になっ的の神経ネットワークの活動を操作・可視化する革新的た。しかし，もう一つの柱であったポスター発表とそれな手法など，革新的な実験ツールを用いることによって，をトリガーにした自由討論，人脈形成などの若手研究者

ヒトや霊長類の進化した脳神経系や複雑な筋骨格構造

向けのイベントは行なうことが出来なかった。次年度のが作り出す，運動・感覚・知覚・認知・情動などの多様状況は予測できないが，オンラインになった場合にも同性を，高い精度で解明できる時代が到来している。本研

分野の若手研究者の発表・交流の場をどのように作るか，究会は，様々な神経ネットワークを基盤にして，動物の十分な検討が必要である。

355

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

16．脳神経倫理研究会
2021 年 1 月 28 日
代表・世話人：中澤栄輔（東京大学 医学部）
所内対応者：定藤規弘（生理学研究所）（１）日本の Neuroethics の歴史と現状
中澤栄輔（東京大学）（２）ワークショップ「日本の Neuroethics が 2020 年代に問うべき 30 の問い」
定藤規弘（生理学研究所）
丸山めぐみ（生理学研究所）
Nargis Akter（生理学研究所）
福士珠美（日本医療研究開発機構）
荒木敏之（国立精神･神経研究センター）
有江文栄（国立精神･神経研究センター）
立花幸司（熊本大学）
中澤栄輔（東京大学）【参加者名】
中澤栄輔（東京大学），定藤規弘（生理学研究所），
丸山めぐみ（生理学研究所），福士珠美（日本医療研究有江文江（国立精神･神経研究センター），Nargis Akter（生理学研究所），立花幸司（熊本大学）

開発機構），荒木敏之（国立精神･神経研究センター），【概要】
脳神経科学・技術の発展に伴い，それによってもたらこうした状況を踏まえ，脳神経倫理研究会は日本におされる人間，社会の変容を評価する営みとして脳神経倫ける脳神経倫理学のプラットフォームとなるべく，研究

理は欧米を中心に 2000 年代のはじめに勃興した。2008

者の自発的取り組みとして結成されたものである。研究

年には，International Neuroethics Society が米国の研究者会では，「日本の Neuroethics の歴史と現状」について中を中心に結成され，脳神経倫理学という学際的学問分野

澤栄輔（東京大学）が提題を行ったのち，「日本のが形成されている。日本においても脳神経倫理に関する

Neuroethics が 2020 年代に問うべき 30 の問い」と題して萌芽的な取り組みは散見される。しかしながら，これま

今後，脳神経科学・技術が社会・人間に与える影響につで，日本においては学会組織の枠組みを超えた分野横断

いて体系を構築するための方法がディスカッションさ

型の学知の集合と蓄積がなされることがなかった。

れた。

（１）日本の Neuroethics の歴史と現状
中澤栄輔（東京大学）
日本の Neuroethics は 2000 年代半ばよりいくつかの研の自由意志といったトピックがしばしば議論の俎上に究プロジェクトにより推進されることで始まった。当時乗せられた。その後，脳画像研究における偶発的所見へ

か ら ， Brain Machine Interface の 倫 理 ， Deep Brainの対処法についての研究など，脳科学研究を実施する上Stimulation の倫理，エンハンスメントの倫理 [4]，人間で現実的に生じうる喫緊の問題への取り組みも行われ

356

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告た。現在では，2000 年代半ばの草創期の熱は若干失われ

年代にはリアルな懸念として取り上げられ得る状況にているように感じられるものの，日本の Neuroethics は脳ある。脳科学研究の進展と，脳科学研究をめぐる社会の科学研究の進捗に併せて，着実なしかたで進展してきた。

変化を機敏に捉え，Neuroethics の研究対象もまた柔軟に

21 世紀に入ってからの脳科学はイメージング，組織工学，

変化させていく必要がある。とりわけ，日本という文脈

遺伝学といった関連諸領域の急速な進展と相俟って予を加味して，いま Neuroethics が問うべき問いを構築する

想以上の進捗を見せている。2000 年代には単なるサイエ作業が求められる

ンスフィクションであると一蹴されていた杞憂も，2020（２）ワークショップ「日本の Neuroethics が 2020 年代に問うべき 30 の問い」
定藤規弘，丸山めぐみ，Nargis Akter（生理学研究所）
福士珠美（日本医療研究開発機構）
荒木敏之，有江文栄（国立精神・神経研究センター）
立花幸司（熊本大学），中澤栄輔（東京大学）
策定を通じて，日本の脳神経倫理の課題を浮き彫りにす

本邦における脳神経倫理の課題をまとめるべく，「日本の Neuroethics が 2020 年代に問うべき 30 の問い」を策ることには学問的および社会的な意義がある。

定するため，その意義，射程，製作工程についてディス【射程】脳神経科学・技術の倫理的課題を周知，共有す

カッションが行われた。

ることを目指し，「30 の問い」の射程は，第一に日本の【意義】脳神経科学・技術の急速な進展に伴って，脳神脳神経科学者を念頭におく。さらに，日本の脳神経倫理

経倫理の需要が高まっている。その一方で，日本の脳神の取り組みを海外の研究者と共有することは学問的に

経倫理は，個別の大学や研究機関ごとに時限的に設置さ重要であり，海外の脳神経科学者，脳神経倫理学者がアれたプロジェクトごとの取り組みにとどまっており，知クセス可能な形態での公表を目指す。

見の蓄積と継承が十分ではない。そこで「30 の問い」の【製作工程】2021 年度中の公表を目指す。

357

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

17．第 10 回社会神経科学研究会「社会性の創発・発達，その多様な軌跡」
2020 年 11 月 19 日－11 月 20 日
代表・世話人： 明和政子（京都大学大学院 教育学研究科）
世話人： 松田哲也（玉川大学 脳科学研究所）
世話人： 髙橋英彦（東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科）
所内対応者： 定藤規弘（自然科学研究機構 生理学研究所）（１）「ロボットとの共生社会学」
浅田稔（大阪大学 先導的学際研究機構）（２）「能動的推論，視点取得からコミュニケーションへ－発達原理を考える－」乾敏郎（追手門学院大学）（３）「実行機能の発達の社会神経科学的検討」
森口佑介（京都大学大学院 文学研究科）（４）「社会性と自閉スペクトラム症：脳画像研究」
小坂浩隆（福井大学 医学部）
（５）「オキシトシンは人間関係のバイオマーカーか」藤原武男（東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科）（６）「社会の形成における内分泌の役割」
菊水健史（麻布大学 獣医学部）（７）「腹側運動前野と内側前頭前野の機能連関から自閉スペクトラム症を考える」
磯田昌岐（自然科学研究機構 生理学研究所）（８）「共同注意を支える生理的基盤」
板倉昭二（同志社大学 赤ちゃん学研究センター）（９）「共感性と視点取得に関わる神経基盤と発達過程」
小川健二（北海道大学大学院 文学研究院）（10）「スティグマの生物・心理・社会学的研究」
小池進介（東京大学 こころの多様性と適応の統合的研究機構）（11）「ライフコース疫学による思春期主体価値の形成過程と人生への影響の解明」
西田淳志（東京都医学総合研究所 社会健康医学研究センター）（12）「内受容感覚と意味概念に基づく社会的感情の創発」
大平英樹（名古屋大学 情報学研究科）【参加者名】
リハビリテーション研究所）

角谷基文（名古屋大学情報学研究科）
水口暢章（立命館大学総合科学技術研究機構）

下野九理子（大阪大学連合小児発達学研究科）

孟

西憲巍（同志社大学赤ちゃん学研究センター）

友希（石川病院リハビリテーション部）

田中大樹（石川病院リハビリテーション部）

中村月香（国立精神・神経医療研究センター神経研究所

大東 将（京都大学文学研究科）

微細構造研究部）
桜井芳生（鹿児島大学法文学部人文学科）

高橋宏暢（麻布大学獣医学部動物応用科学科）

仁科国之（高知工科大学）

飯泉佑香（麻布大学獣医学部動物応用科学科）

渡部綾一（京都大学大学院教育学研究科）

渡邊

羽野貴哉（NPO 法人子どもの発達・学習を支援する

原

358

塁（東京医科歯科大学精神行動医科学分野）
あゆみ（慶應義塾大学青山敦研究室）

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

五島隆太（広尾病院神経科医員）

南條啓孝（生理学研究所心理生理学研究部門）

松本有紀子（東京医科歯科大学精神科）

田中大貴（玉川大学脳科学研究所）

松永昌宏（愛知医科大学医学部衛生学講座）

藤井貴之（玉川大学脳科学研究所松田研究室）

金井貴夫（東京医科歯科大学）

石原高橋佳代（理化学研究所

田邊宏樹（名古屋大学情報学研究科心理・認知科学専攻）

生命機能科学研究センター

紙上敬太（筑波大）

健康・病態科学研究チーム）
吉岡

暢（神戸大学人間発達環境学研究科）

萩原歩（名古屋大学心理・認知科学専攻）

淳（生理学研究所神経ダイナミクス研究部門）

高岸治人（玉川大学脳科学研究所）

李寿

森田彩子（東京医科歯科大学国際健康推進医学分野）

秋露（玉川大学脳科学研究所高岸研究室）

述氷（玉川大学脳科学研究所）

保坂太志（東京大学総合文化研究科広域科学専攻）

則武

厚（生理学研究所）

永澤美保（麻布大学獣医学部動物応用科学科介在動物学

二宮太平（生理学研究所）
小山佑奈（博士後期課程学生）

研究室）
植松明子（生理学研究所認知行動発達機構研究部門）

浅田

山田順子（玉川大学脳科学研究所）

磯田昌岐（生理学研究所）

子安ひかり（麻布大学介在動物学研究室）

板倉昭二（同志社大学 赤ちゃん学研究センター）山本

乾 敏郎（追手門学院大学）

希（京都大学大学院文学研究科心理学専修）

稔（大阪大学先導的学際研究機構）

小笠原香苗（生理学研究所心理生理学研究部門）

大平英樹（名古屋大学情報学研究科）

北地

小川健二（北海道大学大学院文学研究院）

雄（総合東京病院）

阪口幸駿（同志社大学大学院脳科学研究科）

菊水健史（麻布大学獣医学部）

本多結城子（生理学研究所）

小池進介（東京大学こころの多様性と適応の統合的研究

福永雅喜（生理学研究所）機構）

土元翔平（生理学研究所心理生理学研究部門）

小坂浩隆（福井大学医学部）

三船恒裕（高知工科大学経済マネジメント学群）

西田淳志（東京都医学総合研究所社会健康医学研究セン

濱野友希（生理学研究所システム脳科学研究部門）

ター）

中川恵理（生理学研究所心理生理学研究部門）

藤原武男（東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科）

橋口真帆（生理学研究所心理生理研究部門）

森口佑介（京都大学大学院文学研究科）

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）

上原一将（生理学研究所神経ダイナミクス研究部門）

髙橋英彦（東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科）

郷田直一（生理学研究所心理生理学研究部門）

松田哲也（玉川大学脳科学研究所）

戸松彩花（生理学研究所認知行動発達）

明和政子（京都大学大学院教育学研究科）

丸山修紀（生理学研究所心理生理学研究部門）

岩瀬

南條 均（大阪市立大学）

木村玲子（生理学研究所心理生理学研究部門）

山本哲也（生理学研究所心理生理学研究部門）

竹中邦子（生理学研究所）

小池耕彦（生理学研究所）（講演者 12 名，座長 4 名，一般 61 名，スタッフ 3 名恵（生理学研究所定藤研究室）

計 80 名）伊藤嘉邦（生理学研究所心理生理学）
吉本隆明（生理学研究所心理生理部門）【概要】
ヒトの形質は，胎児期からの身体―環境の相互作用をものとなる。本研究会では，きわめて社会的な生物とし連続的に重ねながら創発し，多様に水路づけられていく。

て進化してきたヒト特有の形質，社会的認知が創発・発さらに，個の発達は周囲の社会，文化の形成に影響を与達する軌跡（機序），その普遍性と多様性，さらにそのえ，それが次世代の個の形質を創発させる制約環境その背後にあるメカニズム（機構）について，２日間（2020359

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

年 11 月 19 日（木）12:55-16:05・20 日（金） 9:00-12:05）

思春期から成人期にかけて顕著に変化する社会性の側にわたり議論した（オンラインによる開催）．参加者は面に焦点をあて，社会的自己の発達とその多様性創発に

計 80 名（講演者 12 名，座長 4 名，一般 61 名）であっ

関連すると思われる社会的，身体的要因について，臨床た。

医学，社会医学，計算論的心理学の知見を中心に議論を行った。

本研究会は，４つのセッションにより構成された。セッション１では，ロボティクス，社会神経認知科学，発コロナ禍において，オンラインでのコミュニケーショ

達心理学分野の研究者から話題提供がなされ，ヒトの社

ン様式が私たちの日常に急激に浸透した。生物としての会性発達に関する心理・行動特性とその機構について議

ヒトの社会性は，身体という生物学的制約のもと，環境論を行った。セッション２では，社会性発達の定型―非（他者）と身体が相互作用することで創発，発達する。

定型性を含む多様な表現型に関連する要因として，脳のこの根幹をふまえると，実世界と仮想世界とが交錯する

構造や機能，内分泌オキシトシンとその生物学的基盤に新たな時空間において，ヒトの社会性がどのように発達ついて，医学，生物学，社会疫学の知見を中心に議論をしていくのかを真剣に考えなければならない時期を迎行った。セッション３では，ヒトの社会性を代表する共えている。本研究会を通じて，従来の視点を超えた発想，

同注意や共感，自他の視点変換を取り上げ，その脳内，アプローチにより研究を進展させていく必要性を，参加

心的機構と機序について，神経生理，発達心理学，社会者と共有して閉会とした。

神経認知科学の知見から議論した。セッション４では，（１）ロボットとの共生社会学
浅田稔（大阪大学 先導的学際研究機構 共生知能システム研究センター）

最先端 AI・ロボティクスの進展はめざましく，オートり，最初にその思想的背景にふれる。次に，初期自己のドライブに代表されるように，自律的判断を行う人工物

概念としての生態学的自己や最小自己と呼ばれる主体

が社会に導入されつつある。本講演では，人工物の代表感について，設計論の立場も交えて紹介する。次に痛覚的存在であるロボットが社会的存在として認められるによる，自己の気付きや他者の痛みを感じることを通じ可能性を議論する。これまで人固有と思われていた自己ての共感や初期モラルの創発可能性について思考実験の概念，主体感，共感，道徳，倫理，法制度などについする。下図は，ミラーニューロンシステムの発達を通じて，人工物としての設計可能性を検討し，共生社会のあて，自己の痛み体験から他者の痛みを感じ，それを回避り方を問う。上記の課題は，講演者が提唱してきた認知する行動を学習するロボットの概念設計図を示す。

発達ロボティクスが対象としてきた研究トピックであ（２）能動的推論，視点取得からコミュニケーションへ －発達原理を考える－
乾敏郎（追手門学院大学大学院 心理学研究科）

Friston の自由エネルギー原理（FEP）は，知覚と運動のとし，サプライズを避けることができる。サプライズの循環，意思決定，好奇心，洞察，脳間共鳴，意識などの長期平均がエントロピーであり，このような機能によを説明する脳の大統一理論である（乾・阪口，2020 岩波

り熱力学第二法則に抗し，適応的事前分布を実現でき，

書店

印刷中）。FEP では，人間や生物が不確実性を最（一般化）ホメオスタシスを実現する。不確実性は，ベ小化するように行動すると考える。不確実性の最小化に

イズ推定の枠組みで計算すると，Helmholtz の自由エネ

よって，外環境と（身体）内環境の予測をより確実なもルギーと同一の式で表されることが，この名前の由来で360

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告ある。自由エネルギーを最小化する方法は二つある。一号を入力として，外受容信号と自己受容信号を予測する

つは予測をより確実なものに書き換える方法である。こ

多感覚ニューロンであり，ミラーニューロンは自己の持

れは知覚，すなわち無意識的推論に対応する。もう一つ

つ生成モデルを他者に当てはめて理解と学習を進めるは能動的推論 active inference と呼ばれるもので，知覚しニューロンである。ここではミラーニューロンを含む視た対象に対して，再びその感覚を作り出す運動（または点取得（身体化された処理過程）のモデルと実験的知見注意）を実現する（確認する）ことにより，自己実現的を紹介する。2 人のインタラクションにおいては，環境な知覚－運動のサイクルを閉じてサプライズを低下さの生成モデルに他者の心的状態を含め，それを隠れ状態

せ，自己が持つ外界に対する生成モデルを確実なものにとして推論と学習を行う。これにより互いの脳は共振ししていく方法である（Stahl & Feigenson (2015) の発達研

あう（Huygens の振子時計のように）．FEP から相対的究も一例）。これは一般に，自己証明する脳として知らに不正確な事前信念を持っている人は正確な事前信念れる。FEP では，脳内に運動指令というものはなく，運を持っている人に比べて相手の構造に合わせて修正し動はあくまで予測された外受容，自己受容感覚の実現でていく傾向が強いことが理論的に示されている。以上のあり，随意運動の場合は，自己受容感覚の予測を筋肉とような背景にたって，FEP を基礎とした発達原理への構

脊髄の間にある反射弓，内臓運動の場合は脳幹と内臓の想を紹介する。避する行動を学習するロボットの概念設

間にある自律神経反射弓によって運動が実行される。

計図を示す。

FEP によれば，ミラーニューロンは外受容と自己受容信（３）実行機能の発達の社会神経科学的検討
森口佑介（京都大学大学院 文学研究科）
実行機能とは，目標に向かった行動や思考を制御するできた，実行機能の社会神経科学的研究について報告す

能力力のことを指す。これまでの研究から，実行機能はる。1 つは，社会的環境と実行機能の発達に関する研究

３歳から６歳頃に著しい発達を見せることが明らかにである。養育者 (Lertladaluck et al., 2020)，経済格差なっている。このような発達プロセスの背後にあるのが，(Moriguchi & Shinohara, 2019) ， 文 化 (Senzaki et al.,

外側前頭前野などの脳内機構であることが示されていsubmitted) などの社会環境的要因が実行機能の発達に及る。これまでの研究は，参加児個人に対して課題を与え，ぼす影響について紹介する。もう 1 つは，他者と共同でいかにしてその問題を解決するか，その発達過程はいか

課題に取り組む場面における実行機能の様相である。他なるものかに着目してきた。しかしながら，他者がいる

者と課題に取り組んでいるときに，子どもの行動が以下場面において実行機能がいかに発達するについては明に影響をうけるのか，その発達的変化はいかなるものか

らかではない。本研究では，講演者がこれまで取り組ん（Moriguchi & Sakata, 2020）について紹介する。

（４）社会性と自閉スペクトラム症：脳画像研究小坂浩隆（福井大学 医学部 精神医学）
社会性は，ヒトの世界の中で重要や役割を担っている。

自閉スペクトラム症児者は，決して珍しい障害ではなく，その社会性が乏しい一群の代表に自閉スペクトラム症

グレーゾーンを含めると日常場面で出会うことも多い。

(autism spectrum disorders: ASD) がある。以前は，広汎性発表者は，自閉スペクトラム症をもつ当事者たちを日々

発達障害，アスペルガー障害と呼ばれていた一群も含め，の臨床で診ているなかで，臨床症状を呈することに臨床

ASD は大きな概念となっている。人口の 1-2％も占める

疑問をもち，その回答を出す臨床研究をいくつか行って361

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

きた。（１）コミュニケーション能力に与えているようKosaka et al., NeuroImage, 50:1357-1363, 2010

要因は何か，（２）話し始めるまでの時間はどれぐらい

Lange et al., Autism Res, 8:82-93, 2015

かかるのか，（３）相手の表情を理解できないのはなぜ

Hazlett et al., Nature, 542:348-351, 2017

か，（４）共同注視ができない責任領域はどこか，（５）Wolff et al., Am J Psychiatry 169:589-600, 2012

他者からの評価を気にしないのはなぜか，（６）相手のIshitobi et al., Res Autism Spectr Disord, 5:910-919, 2011

気持ちに本当に共感できないのか，など自施設や他施設

Hadjikhani et al., Sci Report, 7:3163, 2017

での研究を紹介しながら，社会的コミュニケーションのTanabe et al., Front Hum Neurosci, 6:268, 2012

障害が認められる自閉スペクトラム症の病態を探究しMorita, et al., Social Neurosci, 7:223-239, 2012

たい。

Komeda, et al., SCAN, 10:145-152, 2015

Kimura et al., Psychiatry Res., in press（５）オキシトシンは人間関係のバイオマーカーか藤原武男（東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科 国際健康推進医学分野）
これまで社会疫学の重要なテーマであるソーシャル

三世代にわたる調査も実施してきた。本講演ではこれまキャピタルの健康影響について研究をしてきたが，そのでの研究を概観し，欧米からの結果とも比較しながら，

バイオマーカーとしてオキシトシンに着目し関連を調日本における人間関係のあり方についてオキシトシン

査した。一方，親子関係の研究も行っている中で，オキを通して考察してみたい。

シトシンと養育行動との関連についても祖母・母・子の（６）社会の形成における内分泌の役割
菊水健史（麻布大学 獣医学部）
ヒトを含む生物は，集団を形成し，その中で適切な行

外界の刺激に対する情動反応性も大きく変容する。共感動をとる。他者とのやり取りを介して，いわゆる集団内性の起源的機能である情動伝染においても，グルココルのニッチが形成されていく。このようなプロセスにおいチコイドがその伝染に関わることが明らかになった。まて，内分泌の役割が注目されている。多くの社会行動はた幼少期の母子間におけるオキシトシンの分泌は成長ホルモンの制御下にあり，性行動や攻撃行動，親子の関後の社会性を左右することも明らかになった。このよう係性がホルモン依存的に成り立つ。例えば，幼若個体かに，社会性の制御にはホルモンが司っており，内分泌社

ら性成熟を迎えるとき，成熟後のホルモンによるオス型

会学「Social Neuroendocrinology」なる新しい領域も始ま

行動の発現，メス型行動の発現，オスとメスが番ったのりつつある。本講では社会性を司るホルモンである性ホ

ちの養育行動への推移，など生命活動の時期や役割の特ルモンや，グルココルチコイド，オキシトシンに着目し，異性を担っているのがホルモンのはたらきの一つであ

社会形成における役割について，進化的な側面も含めてる。そしてこのような生命活動の時期や役割によって，

紹介する。

362

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（７）腹側運動前野と内側前頭前野の機能連関から自閉スペクトラム症を考える
磯田昌岐（自然科学研究機構 生理学研究所 認知行動発達機構研究部門）
自閉スペクトラム症の社会的認知行動変容を特に腹動を同時に計測した。また，ウイルスベクター技術を用

側運動前野のミラーニューロンの障害から説明しよう

いて腹側運動前野から内側前頭前野に投射する神経路とする仮説に broken mirror hypothesis がある。しかし，の活動を選択的に遮断し，タスク遂行への影響を検討しミラーニューロンは本来単一神経細胞レベルの発火パた。その結果，２つの脳領域では動作主関連ニューロン

ターンで定義されることから，この仮説の検証は困難で（ミラーニューロン，他者ニューロン，自己ニューロン）ある。一方，われわれは自閉スペクトラム症様の表現型の存在割合が異なること，及び生物学的他者に対する選を示すニホンザルの自然発生例を見出し，精神疾患関連

好性が異なることを見出した。２領域の機能連関につい遺伝子の変異に加えて内側前頭前野のミラーニューロては，動作遂行時と動作観察時にデルタ帯域の同期的活

ンや他者ニューロンが野生型個体に比し顕著に少ない動が高まること，及び他者の生物性が高いほど腹側運動ことを報告した。腹側運動前野と内側前頭前野はそれぞ

前野から内側前頭前野への情報流が増加することを見れミラーシステムとメンタライジングシステムのノー出した。さらに，当該神経路の情報流を遮断すると，他ドと考えられているが，両者の機能差，両者の機能連関

者の動作情報に基づく自己の動作選択が障害され，そのの様式，自閉スペクトラム症表現型との関連性について

程度は他者の生物性が高いほど顕著になることを見出は，その有無も含めてわかっていない。今回われわれはした。この行動障害は上記の自閉スペクトラム症様ニホ

対面する２頭のニホンザルに対し，他者の動作情報を参

ンザルと類似していたことから，自閉スペクトラム症で照して自己の動作を適切に選択することを要求するタの社会的認知行動変容には腹側運動前野と内側前頭前スクを考案し，腹側運動前野と内側前頭前野から神経活野の協調不全が関与する可能性が示唆された。

（８）共同注意を支える生理的基盤
板倉昭二（同志社大学 研究開発推進機構 赤ちゃん学研究センター）
ヒトの社会の成立は，社会的コミュニケーションに負ットを用いて，検討した研究を紹介する。例えば，母親

うところが極めて大きい。それによって，自分や他者，との注意の共有で生起した乳児の刺激に対するインパ

また環境に関する情報交換が可能となる。これらの情報

クトは，単に刺激の物理的変化による注意の励起よりも交換は，言語や身体のシグナルといった様々なチャンネ

大きいことがわかった。また，ヒトもロボットも，ともルを通して行われる。特に，身体シグナルに関して，ヒに視線と頭部回転（head orientation）により，特定の物

トは視線に対する感受性が特に強い。ヒトは，他者の視体刺激に対する乳児の視線追従を誘発することはでき

線方向に基づいて，自分の注意をシフトさせる傾向があた。しかしながら，ヒトの視線は，乳児における物体学る。これは，個人間やヒトを取り巻く環境を広く共有す

習や物体選好に影響を及ぼしたが，ロボットの視線の場

る関係を創り出す核となる能力である。本講演では，ま合はその限りではなかった。最後に，こうした視線追従ず，ヒト以外の霊長類に関する Experimenter-Given Cue

や共同注意は，覚醒水準のレベルに依存しているとことParadigm による行動学的な研究を紹介する。一連の結果

を，心拍を指標として用いた研究を紹介する。９～１０から，多くの人以外の霊長類で，視線追従が見られた。

カ月児に，ヒト成人が，乳児とアイコンタクトを取る，こうした視線追従は，霊長類に限らず，イヌやウマとい目を閉じている，首を横に振る（シバリング）３つの条

った家畜化された動物にも認められることがわかって件を示したのち，２つの物体の内の一つに視線を向ける

いる。次に，視線追従や共同注意の意味を，母子やロボビデオを観察すし，視線追従の割合や心拍を計測した。

363

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

その結果，アイコンタクト条件のみ心拍が上がり，視線追従も増加することがわかった。

（９）共感性と視点取得に関わる神経基盤と発達過程
小川健二（北海道大学大学院 文学研究院）
共感性や心の理論（視点取得）に関わる神経基盤は，成次に，認知的な他者理解である心の理論（視点取得）の人を対象とした脳機能イメージングで多く調べられてき神経基盤について検討した。心の理論の神経基盤として，たが，その発達過程については不明な点が多い。共感性に

特に側頭頭頂接合部（TPJ）が一貫して報告されているが，関わる神経基盤の発達を調べるため，児童期の子供（6〜

自分とは異なる他人から見え方を理解する「（レベル２の）11 歳）と成人（20〜32 歳），それぞれ 30 名を対象にして視覚的視点取得」と，他人の心的状態を理解する「誤信念実験を行った。刺激として，子供向けのアニメーションか

課題」とは，同一の神経基盤に支えられているのだろう

ら情動的共感および認知的共感が含まれる 8 つの場面（各か？その問いに答えるため，双方の課題遂行中の成人の被1 分間）を切り出し，その動画視聴中の脳活動を fMRI で

験者（20〜27 歳，31 名）の fMRI 脳活動を直接比較した。

計測した。分析では，共感性や心の理論に関わるとされる結果から，両方の課題で両側 TPJ の活動増加が顕著に見関心領域（ROI）の信号時系列を基に，個人内での異なるられたが，TPJ の中でも誤信念課題は視覚的視点取得に比ROI 間の相関（functional connectivity），および個人間でのべ，より前方かつ背側に活動ピークが位置していた。本結同じ ROI 間の相関（inter-subject correlation）を算出した。

果は，心の理論に関わる TPJ の中でも領域特異性が存在

結果として群間の違いが観察され，認知的共感に関わるネする点を示唆するものであり，同じく他者認知に関わる有ットワークに変化が見られた。本結果が，情動的共感と認線外身体領域（EBA）や上側頭溝後部（STSp）を含め，知的共感に対する発達過程の違いを反映する可能性につ心の理論の脳内機序について考察する。

いて考察したい。

（10）スティグマの生物・心理・社会学的研究
小池進介（東京大学 こころの多様性と適応の統合的研究機構）
スティグマとは偏見・差別のことで，それによって行会運動的な側面が大きく，これまで生物・心理・社会学

動が変容してしまうことも含む。精神疾患へのスティグ的いずれをとっても，科学的な検討が十分なされてきた

マは，一般市民だと援助希求・受療行動を，当事者・家とはいえない。本発表ではまず，精神疾患へのスティグ族だと回復を妨げる要因となる。そのため，疾病教育なマについて発表者がこれまで行ってきた心理社会学的どの当事者・家族へのアプローチだけでなく，広く一般研究を概説する。そのうえで，安静時機能結合，親子関

市民にむけた教育啓発活動が必要である。一方で，精神係といった生物心理学的な検討を紹介し，なぜ人が人を疾患へのスティグマについては，教育啓発活動などの社差別するのか，思春期発達の観点から考察していく。

364

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第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（11）ライフコース疫学による思春期主体価値の形成過程と人生への影響の解明
西田淳志（東京都医学総合研究所 社会健康医学研究センター）
若者の活力は，少子高齢社会において社会的イノベー

人を対象としたものであり，その発達過程を縦断的にとションを維持・発展させるための貴重な人的資本であり，らえようとする研究，特に大規模コホート研究によってそれを最大限に引き出す社会の在り様が今日問われて実証的に明らかにしようとする研究は皆無であった。そいる。一方，若者の無気力（アパシー）や長期ひきこもこで日本で最大規模となる思春期コホート（東京ティー

りは，社会問題となって久しく，未だその解消に向けた

ンコホート）を用いてこの主体価値の思春期形成過程の有効策は見出されていない。思春期は，人生という長期解明に取り組んでいる。東京ティーンコホートは，都内

的生活行動を自ら主体的に選択する動因（「主体価値」）

3 自治体（世田谷区・三鷹市・調布市）に住む 10 歳児が形成される重要なライフステージあり，この時期に形

童約 3300 人の思春期発達過程を縦断的にとらえるこ

成される主体価値は，その後の人生における自己実現，とを目的としたプロジェクトであり，これまでのところ

それを希求する際のモチベーションの基盤となり，人間

92％の追跡率を維持している。本発表では，東京ティーのウェルビーイングの源となると考えられる。我々は，ンコホートによる思春期の主体価値形成過程に関する

思春期の主体価値の形成過程，およびその後のライフア

知見とともに，ロンドン大学 MRC Unit と連携して行っウトカムに与える影響を大規模コホート研究によってている思春期主体価値の長期的生涯影響の研究成果に実証的に解明しようと試みている。 主体価値に関するついても報告する。

これまでの研究の多くは，価値形成がある程度進んだ成（12）内受容感覚と意味概念に基づく社会的感情の創発
大平英樹（名古屋大学大学院 情報学研究科 心理･認知科学専攻）
内受容感覚（interoception）は身体内部の知覚を意味す

どの主観的経験の創発には，内受容感覚をはじめ外受容るが，近年，脳内の内的モデルによる予測と身体信号と感覚，固有感覚などを統合したカテゴリーとしての意味の差異，つまり予測誤差を検出し，それを縮小すること

概念の意義が指摘されている。これは，社会的感情など

で身体状態を制御する過程だと考えられるようになっの高次の心理的過程では特に重要であると考えられてた（e.g. Seth & Friston, 2016）。この観点では，内受容感いる。近年，そうした意味概念の機能を階層的な予測的覚とは単なる受動的な身体の知覚ではなく，恒常性の維処理として表現しようとする考え方が提唱されており，持のために，予測的処理により身体状態の表象を創り出

そこでは意味概念は状況や個人の内的状態の不確実性

す能動的な過程である。この考え方により，内受容感覚を縮小する装置として機能すると主張されている。このを基盤とした感情の創発や，時間知覚，意思決定，さら仮説についての実証的検討はほとんどなされていないには社会的認知への影響など，広範な心理的現象との関が，社会的認知，社会的感情，社会的行動を説明する魅連が理解される。また，こうした内受容感覚の予測的処

力的な理論的枠組みであると考えられる。ここでは，内理の神経基盤として，島皮質をはじめ，前部帯状皮質，

受容感覚を巡る最近の研究知見を紹介しつつ，その機能

前頭眼窩皮質，線条体，扁桃体，などを中心とした大規を社会性へ拡張し将来の研究を発展させるための課題

模な神経ネットワークが考えられている。一方，情動なを指摘したい。

365

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

18．Synapse and System Plasticity of Learning and Memory Meeting2020 年 9 月 17 日－9 月 18 日
代表・世話人：王所内対応者：鳴島丹（京都大学 高等研究院）

円（自然科学研究機構 生理学研究所）（１）Homeostatic maintenance of net synaptic drive during synaptic plasticity.
Cliff Abraham (University of Otago)（２）Protein arginine methylation outside the nucleus: how does it regulate synapse development and plasticity?
Lai Kwok On (University of Hong Kong)（３）Maintenance of time-dependent spatial memory by neurosteroids in mice.
Shimizu Kimiko (The University of Tokyo)（４）The role and regulation of importin beta 1 in nuclear signaling during transcription-dependent plasticity.
Ch'ng Toh Hean (Nanyang Technological University)（５）An aversive-sensorimotor neural circuit for instructing associative emotional memories.
Joshua Johansen (RIKEN)（６）Group III metabotropic glutamate receptors gate long-term potentiation and synaptic tagging/capture in rat
hippocampal area CA2.
Saji Kumar Sreedharan (National University of Singapore)（７）Characterization of a novel hippocampal-septal circuit.
Thomas McHugh (RIKEN)（８）The role and regulation of importin beta 1 in nuclear signaling during transcription-dependent plasticity.
Lin Shih-Chieh (National Yang-Ming University)（９）Cerebellar output networks for non-motor cognitive behaviors.
Lee Yong-Seok (Seoul National University)（10）Engram cells after repetition of learning.
Han Jin-Hee (Korea Advanced Institute of Science and Technology)（11）Cortico-amygdala interaction during taste-aversion association learning to recruit a memory trace.
Sano Yoshitake (Tokyo University of Science)（12）Dopamine dip and dopamine D2 receptors regulate structural long-term potentiation and discrimination learning.
Iino Yusuke (The University of Tokyo)（13）On-demand DA release is involved in olfactory aversive learning.
Saitoe Minoru (Tokyo Metropolitan Institute of Medical Sciences)（14）Genome editing-based strategies for imaging endogenous proteins in mammalian brain in vivo.
Mikuni Takayasu (Niigata University)（15）Imaging voltage in neurons with genetically encoded indicators.
Sakamoto Masayuki (Kyoto University)（16）Spying on endocannabinoid dynamics in vivo by constructing genetically-encoded GRAB sensors.
Li Yulong (Peking University)（17）A photoactivatable CaMKII induces synaptic plasticity in single synapses.
Murakoshi Hideji (National Institute for Physiological Sciences)366

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（18）Extinction reverses specific synaptic engrams that encode a fear memory.
Kaang Bong-Kiun (Seoul National University)（19）A hippocampal-amygdala circuit for experience-dependent observational fear.
Kitamura Takashi (UT Southwestern)（20）Unraveling cortical circuits for shaping vision-guided action.
Lee Seung-Hee (Korea Advanced Institute of Science and Technology)（21）How does memory retrieval regulate memory?
Ye Xiaojing (Sun Yat-Sen University)（22）Defining the spatiotemporal window of synaptic plasticity events during memory consolidation.
Goto Akihiro (Kyoto University)（23）Balancing act: Mechanism of homeostatic synaptic scaling by proteostasis.
Sourav Banerjee (National Brain Research Centre of India)（24）Dnmt3b regulates synaptic function and memory in adult hippocampal neurons.
Zhuo Yu (Qingdao University)（25）Neuron-selective RNA editing of Cav1.3 Channel and its role in Learning and Memory.
Soong Tuck Wah (National University of Singapore)（26）Controlling the flexibility in memory updating through the gating mechanism for activity-dependent transcription
in Drosophila
Hirano Yukinori (Hong Kong University of Science and Technology)（27）Epitranscriptomic mechanisms at the dynamic end of microtubule regulates neurodevelopment and synapse
organization.
Wang Dan Ohtan (Kyoto University)（28）Long Noncoding RNAs and Memory.
Timothy Bredy (University of Queensland)（29）Abnormal Sleep Signals Vulnerability to Chronic Social Defeat Stress.
Dipesh Chaudhury (New York University Abu Dhabi)（30）Genetic and imaging approaches to elucidate the roles of REM sleep.
Hayashi Yu (Kyoto University)（31）Offline emergence of transitive inference in cortical circuits.
Kareem Abdou (University of Toyama)（32）Improvement of social defeat stress-induced PTSD-like behaviors by hippocampal memory forgetting effects ofneurogenesis enhancer.
Ishikawa Rie (The University of Tokyo)【参加者名】王 丹（Institute of Cell-Material Sciences, Kyoto University），

Kong），奥野浩行（鹿児島大学），林 康紀（京都大学

喜田 聡（東京大学大学院農学生命科学研究科/Univeristy

大学院），Thomas McHugh（RIKEN CBS），Arima Tomoki

of Tokyo），Joshua Johansen（RIKEN CBS），Yukinori Hirano（Tokyo University of Science ），Jianzhi Zeng（Peking（Life Science Division, Hong Kong University of Science andUniversity），坂本雅行（京都大学大学院生命科学研究科），

Technology），小林曉吾（九州大学），Sajikumar SreedharanAbdalla Alia（Division of Life Sciences/HKUST），田川義晃（Physiology, National University of Singapore），Kwok-On（鹿児島大学医歯学総合研究科），Li Yaolong（Graduate

LAI（School of Biomedical Sciences, University of Hongschool of medicine Kyoto University ） ， Kareem Abdou

367

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（Department of Biochemistry, University of Toyama），清水Biochemistry, University of Toyama），濱野友希（生理学研

貴美子（東京大学），平原千景（東京農業大学），松田朋

究所 システム脳科学研究部門），Yusuke Iino （The子（東京農業大学大学院農学研究科バイオサイエンス専攻

university of Tokyo），堀内 浩（生理学研究所 生体恒常

博士前期課程 動物分子生物学研究室），Mayumi Watanabe

性発達研究部門），後藤明弘（京都大学医学研究科システ（RIKEN Center for Brain Science），Wickliffe Abraham

ム神経薬理），丸山健太（生理学研究所），鍋倉淳一（生（Department of Psychology, University of Otago），Jun

理学研究所），山肩葉子（生理学研究所），Minoru Saitoe

Yokose（UT Southwestern），Takashi Kitamura（University of（Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science），Jin-Hee

Texas Southwestern Medical Center），Ryang Kim（University

Han（Department of Biological Sciences, KAIST），Shih-Chiehof

Lin （ Institute

Texas

Southwestern

MedicalCenter ） ， Keikoof

Neuroscience,

National

Yang-Ming

Tanaka-Yamamoto （ Center for Functional Connectomics,

University），Dipesh Chaudhury（New York University Abu

Korea Institute of Science and Technology (KIST)），谷水俊

Dhabi），Rie Ishikawa（University of Tokyo），Naoki Matsuo

之（東京大学 農学生命科学研究科 栄養化学研究室），（Faculty of Science, Kyushu University），村越秀治（生理Lin ChiaWen（RIKEN CBS），Muhang Li（Laboratory for学研究所），長野慎太郎（（公財）東京都医学総合研究所），

Circuit & Behavioral Physiology, RIKEN Center for Brain

Yoshinori Suzuki（Tokyo Metropolitan Institute of Medical

Science），Kenta Hagihara（Friedrich miescher Institute），

Science），Kohei Ueno（Tokyo Metropolitan Institute of

木村梨絵（生理学研究所 視覚情報処理研究部門），Tuck

Medical Science），Yulong Li（Peking University），Bong-Kiun

Wah Soong（Department of Physiology, Yong Loo Lin School

Kaang（School of Biological Sciences），Timothy Bredy（Theof Medicine, National University of Singapore），Kazumasa

University of Queensland），Yu Hayashi（Grad. School of Med.,

Tanaka（OIST），Tomoka Yoseyama（Okinawa Institute of

Kyoto U./ WPI-IIIS, U. of Tsukuba），Zhaofa Wu（Peking

Science and Technology Graduate University），Xiaoijng Ye

University），藤田 楓（九州大学），Mohamed H. Aly Mostafa（Dept. of Forensic Science, Zhongshan School of Medicine,（Department of Biochemistry, Graduate School of Medicine

Sun Yat-sen University），Thato Mokhothu（Memory Researchand Pharmaceutical Sciences, University of Toyama），Mahaunit OIST），NG Man Yung（HKUST LIFS Department），

Wally （ Department of Biochemistry, Graduate School of

Shruthi Sateesh（Department of Psychology, University of

Medicine and Pharmaceutical Sciences, University of Toyama），

Otago），Yong-Seok Lee（Seoul National University College of

HONGYU CHANG（東京大学大学院医学系研究科 疾患生

Medicine），Yoshitake Sano（Tokyo University of Science,

命工学センター構造生理学部門(Kasai lab)），YU ZHOU

Department of Applied Biological Science），HE LINMENG（Qingdao University ），Akinobu Suzuki （ University of（RIKEN Center for Brain Science），Kandarp Joshi（ICeMS,

Toyama），Ming-Ching Chiang（Institute of Neuroscience,

Kyoto University ） ， Jeong-Kyu Han （ Seoul National

National Yang-Ming University），Szwen Liu（Institute of

University），Viviane Saito（Memory Research Unit, Okinawa

Neuroscience, National Yand-Ming University, Taiwan），

Institute of Science and Technology Graduate University

Ch'ng Toh Hean（Nanyang Technological University, Lee Kong

(OIST)），助川桃枝（京都大学生命科学研究科），豊泉英

Chian School of Medicine），川辺浩志（神戸医療産業都市

智（RIKEN CBS），Xiaowei Gu（RIKEN CBS），水田恒推進機構），Takayasu Mikuni（Brain Research Institute,太郎（京都大学），Heeyoun Park（CFC, Korea Institute of

Niigata University），野村 洋（北海道大学），李 妍（名Science and Technology (KIST), Korea），Kaoru Inokuchi

古屋大学），LiWanru（Nagoya University），藤原芳江（京（Univ Toyama），浅井裕貴（富山大学 医学部 生化学講

都大学高等研究院物質ー細胞統合システム拠点），Taegon座），上原一将（生理学研究所・神経ダイナミクス研究部

Kim（Korea Institute of Science and Technology (KIST)），人門），高橋泰伽（生理科学研究所バイオフォトニクス研究

羅菜津子（北海道大学），Aleksa Petković（Biology, NYUAD），

部門），揚妻正和（生理学研究所・生体恒常性発達研究部

野本真順（富山大学 医学薬学研究部 生化学講座），門），榎木亮介（自然科学研究機構生命創成探究センター），

Seung-Hee Lee（KAIST Department of Biological Sciences），

Nur Zeynep Gungor（Center for Brain Science, Riken），植田Motomi Matsuno（Tokyo Metropolitan Insitute of Medical

大海（生理学研究所），Mostafa Fayed（Department of

Science），宮下知之（東京都医学総合研究所），向井康

368

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

敬（名古屋大学環境医学研究所），大川宜昭（獨協医科大Metropolitan Institute of Medical Science），Nozomi Uemura学），山中章弘（名古屋大学環境医学研究所），高橋純平（Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science, Learn and（東京理科大学 薬学部 薬科学科専攻），Yi Wang（RIKEN,

Memory Project），Z. Salma Haniffa（Biology Department,

Center for Brain Science），松村京香（東京農業大学大学院

NYUAD），Jessica Natali Sulkes Cuevas（Centetr for Brain

農学研究科），Marko Susic（NYUAD Biology），鳴島 円

Science, Riken），Yire Jeong（Department and Institution: Dept.

（生理学研究所），Sourav Banerjee（National Brain Researchof Biological Sciences, Korea Advanced Institute of ScienceCentre），廣 蒼太（生理学研究所バイオフォトニクス），

and Technology），Hongshen He（RIKEN CBS McHugh lab），

根本知己（自然科学研究機構生命創成探究センター・生理

Seiya Ogura（Department and Institution: Kyoto university,

学研究所），Anurag Singh （Department of Psychology,

Systems Neuropharmacology ），Shengqun Hou（iCeMs, Kyoto

University of Otago, Dunedin），Damien Mercier（OIST /University ） ， CHANG YUNG CHIA （ Kyoto University

Memory research Unit），Rohini Roy（Graduate school ofGraduate School of Medicine ） ， Tomohisa Hosokawa

Biostudies），SUK-HO LEE（Seoul National University），（ Department and Institution Kyoto University, graduate

Kyoung-Doo Hwang （ Department of Physiology,Seoulschool of medicine, department of pharmacology），Ayaka

National University College of Medicine），Won-Kyung Ho

BOTA（Kyoto University），石井宏和（Department and（ Department of Physiology, Seoul National University

Institution ExCELLS, NIPS），Jiang Xinzhi（Department ofCollege of Medicine），Yong Gyu Kim（Department ofPharmacology, Kyoto University Graduate School of Medicine），

Physiology, Seoul National University College of Medicine），

Ogawa, Masaaki（Department and Institution Graduate School

Jewoo Seo（Seoul National University, College of Medicine,of Medicine, Kyoto Univ.），Dennis Cheung（自然科学研究

Department of Biomedical Sciences），Junjiro Horiuchi（Tokyo

機構生理学研究所生体恒常性発達研究部門）【概要】
記憶はすべての生物が生存していく上で欠かせないする 範囲が多岐にわたるため，記憶研究者が一堂に会生命機能である。動物のみならず神経系をもたない多くする機会が少ない。今回はコロナ禍の影響でビデオ通信の単細胞生物でさえ，なんらかの形で過去の経験から，の形で，地域的にはニュージーランドから，UAE までカ

未来へ備える記憶機能をもっている。つまり，遺伝子発バーし，アジアオセニア各国の研究者を中心とした会議

現，イオンチャンネルの状態，細胞内シグナル伝達，シの開催になった。二日間にわたって，様々な視点から記

ナプス，細胞，発火パターン，ニューロンネットワーク，

憶・学習に集中した議論と未発表データのシェアから，

脳領域結合など様々な時空間スケールにおいて，バイオ

お互いの最先端の情報を共有・補完することで，アジアロジカルな変化が起きて，その結果が記憶の実態になり諸国の様々な研究者による画期的な記憶・学習研究の新うる。また，記憶研究は，加齢， 運動，睡眠，生活習展開に繋がる機会を設けることができた。

慣など他の生命活動にも密接に関係する。一方で，包含369

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（１）Homeostatic maintenance of net synaptic drive during synaptic plasticity
Wickliffe C. Abraham（Department of Psychology, Brain Health Research Centre,
Brain Research New Zealand, University of Otago, Dunedin, New Zealand）
reconstructions

A recurrent question in the synaptic plasticity field is howofserialsectionelectronmicroscopy.

circuit activity is homeostatically maintained in the face ofComputational modelling has replicated the electrophysiologicalsynaptic plasticity events that could lead to runaway synaptic

data, when the induction of LTP is accompanied by a rapid

strengthening or weakening. A mechanism does appear to exist,

change in the thresholds for LTP and LTD such that LTD is

as we have observed that long-term potentiation (LTP) in the

induced by ongoing spontaneous activity of all the synaptic

dentate gyrus in vivo is rapidly matched by long-term

inputs, until the level of postsynaptic cell firing is restored todepression (LTD) in nearby synapses. This electrophysiologicalbasal levels. Thus, a rapid metaplasticity-based response to an

homeostasis is correspondingly associated with large increases

initially unidirectional plasticity event may be one mechanismin the size of some postsynaptic spines balanced by smaller

by which network stability is maintained.

reductions in the size of many others, as revealed by 3D（２）Protein arginine methylation outside the nucleus: how does it regulate synapse development andplasticity?
Kwok-On Lai（School of Biomedical Sciences, State Key Laboratory of Brain and Cognitive Sciences,
The University of Hong Kong, Hong Kong）
Most excitatory synapses are located on dendritic spines,

mRNAs and their local translation allow spatially-restricted

which are highly dynamic and heterogeneous in morphologies.

modification of protein composition that leads to strengthening

Mushroom spines are crucial for the storage of memory, whileof individual synapses. In this talk I will summarize our recent

defects in spine maturation are associated with neurodevelopmental

findings on how the synaptic actin cytoskeleton and intracellulardisorders. Furthermore, experience- dependent changes in spinetransport are controlled by arginine methylation, a type ofsize are pivotal to learning and memory. The neuronal

post-translational modification which is better known tocytoskeleton is crucial for dendritic spine formation andregulate chromatin structure and transcription in the nucleus. I

remodeling. On one hand, actin filaments are abundant inwill discuss arginine methylation of the dendritic RNA-binding

dendritic spines, and the concerted action of multiple

protein G3BP1 and the kinesin motor KIF5B, as well as theactin-binding proteins initiates structural changes of the synapse.

consequences on dendritic spine development and synaptic

On the other hand, microtubule-mediated dendritic transport offunction.

（３）Maintenance of time-dependent spatial memory by neurosteroids in Mice
Shimizu Kimiko（The University of Tokyo）
Neurosteroids are neuroactive steroids that are synthesized incytochrome P450 enzymes, among which a new member of P450

the brain and influence many biological functions. These

hydroxylase, CYP7B1, has been shown to catalyze formation ofneurosteroids are synthesized from cholesterol by a series of

7-hydroxylated neurosteroids, 7α-hydroxypregnenolone (7α-OH-370

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告Preg) and 7α-hydroxydehydroepiandrosterone (7α-OH-DHEA).

training-induced increase of dendritic spine density in the

We identified for the first time the existence of 7α-OH-Preg andhippocampus.

7α-OH-DHEA in the mouse hippocampus after Morris’s water

administration of 7α-OH-Preg and 7α-OH-DHEA in Cyp7b1-

maze task by using LC-MS/MS. We found a dawn-dusk change

deficient mice improved the spine density and remote spatialin remote spatial memory in WT mice; the memory performance

memory performance. These results demonstrate that theat ZT1 (dawn) was higher than that at ZT11.5 (dusk). Cyp7b1-7α-hydroxylated neurosteroids regulate long-term maintenance of

deficiency impaired remote spatial memory at ZT1 and prevented

spatial memory in mice.

Further,chronic

intracerebroventricular（４）The role and regulation of importin beta 1 in nuclear signalling during transcription-dependent
plasticity
Toh Hean Ch’ng（Nanyang Technological University）
plasticity

mediated nuclear import impaired transcription of immediate

proteins is required to trigger transcription during encoding of

early gene expression and abolished several forms of long-termlong-term memories. The movement of soluble proteins to theplasticity in hippocampal slices. We also report the presence of

nucleus serve as a means for synaptic signals to be relayed todifferent importin-β1 mRNA isoforms at the synapse and show

the nucleus to modulate transcription. The failure of this signalthat synaptic stimulation drives local translation of importin-β1.

transmission

numerous

Finally, we describe a biochemical approach to isolate andneuropsychiatric and neurocognitive disorders. In this study, wecharacterize novel importin β1 cargo proteins at the synapse

show that the importin-β1, a member of the classical nuclearthat respond to neuronal activity by entering the nucleus.

import complex, is found in different subcellular compartmentsCollectively, our data validates the importance of importin

and responds to a variety of stimulus by undergoing nuclear

β1-mediated active transport of nuclear proteins during

accumulation. Importantly, the inhibition of importin-β1transcription-dependent plasticity.

Activity-dependentisnuclearthetranslocation

underlying

cause

of

of

（５）An aversive-sensorimotor neural circuit for instructing associative emotional memories
Joshua Johansen（RIKEN）
emotional

memories. Glutamatergic CnF neurons projecting to the LA

reactions and long-term associative memories. It is unclear how

integrate information from spinal-nociceptive and defensive-

the nervous system transduces aversive experiences into neuralmotor brain regions. Combined machine learning behavioral

instructive signals which produce memory formation. A

analyses and electrophysiology approaches demonstrated that

common view is that emotional memories are triggered by the

LA neurons encode both aversive-sensory and aversive-motor

external sensory properties of aversive experiences, but

features of noxious stimulation and that this information isclassical theories proposed that emotional feeling states resulttransmitted through the CnF-to-LA pathway. Finally, optogenetic

from internal bodily reactions to unpleasant events. Here we

inactivation of the CnF-to-LA circuit abolished aversive

identify a brainstem cuneiform (CnF) circuit which conveys

memory formation and stimulating it was sufficient to produce

both external aversive-sensory and internal aversive-motor

learning. These findings show that emotional memories arise

information to the lateral amygdala (LA), a brain region

through engagement of an instructive circuit driven by both

important in emotional learning, to instruct associative

external and internal aspects of aversive experience. This

Aversive

experiences

produce

immediate371

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

suggests a clinically relevant brain mechanism for theintensity of external traumatic experiences and the magnitudeindividual scaling of emotional memory strength by both theof the accompanying bodily reactions.

（６）Hippocampal area CA2: Trace or trap for memory ?
Sreedharan Sajikumar（National University of Singapore, Singapore）
The hippocampus is a critical brain region for the formation of

direct inputs from the hypothalamic regions and displays adeclarative memories. While social memory had long beenunique expression pattern for receptors for neuromodulators.

attributed to be a function of the hippocampus, it is only of late

The location, inputs, and molecular signatures of the areathat the area CA2 of the hippocampus was demarcated as

CA2 point to the possibility that CA2 serves as aessential for social memory formation. In addition to thismodulatory gateway that processes information from thedistinct role, CA2 possesses unique molecular, structural

entorhinal cortex and CA3, before relaying them onto CA1,

and physiological characteristics compared to the other CA

the major output of the hippocampus. I will discuss recent

regions-CA1 and CA3, and the dentate gyrus (DG). CA2

findings regarding plasticity and neuromodulation in the

pyramidal neurons are positioned at a location between CA1CA2 region of the hippocampus, and how this may have theand CA3, receiving inputs from CA3 and DG, in addition topotential to influence plasticity in connecting circuits, andforming a powerful disynaptic circuit with direct input fromthereby memory and behaviour.

the entorhinal cortical layer II neurons. CA2 also receives（７）Characterization of a novel hippocampal-septal circuit
Thomas McHugh（RIKEN）
The connections between the hippocampus and medial

our identification and characterization of a novel descending

septum (MS) are crucial for integration of sensory and motor

glutamatergic projection from hippocampal CA2 pyramidal

information, the generation of the theta oscillation and thecells to PV+ neurons in the MS that can regulate hippocampal

encoding and expression of memory. While recent work hascholinergic tone. I will highlight the involvement of thisuncoveredcholinergic,

pathway during different memory phases and share theglutamatergic and GABAergic inputs from the MS to the

behavioral and physiological consequences of manipulations ofhippocampus in these processes, much less is known about thethis circuit.

specific

roles

for

ascendingrole of the descending hippocampal efferents. I will describe（８）Temporal backpropagation of basal forebrain neuronal activity reveals stepwise learning strategy
Lin Shih-Chieh（National Yang-Ming University）
Much evidence suggests that animals and humans form

models are first established during new learning. Here, byinternal models to guide decision-making and associative

tracking the temporal evolution of neuronal activity in thelearning. However, little is known about how such internal

basal forebrain (BF) during learning, we show that animals372

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

internal model undergoes stepwise expansion to incorporate

was not automatically represented in the internal model until

new reward predictors. Reward predictors were sequentiallythe BF neuronal responses backpropagated to that stimulus.

incorporated based on their temporal proximity to the reward,

These results reveal an effective strategy for discoveringandnovel associations in complex decision trees without the need

thisprocesswasmirroredbythetemporalfor representing all potential events concurrently.

backpropagation of the BF neuronal responses from the timeof reward to earlier epochs in discrete steps. A new stimulus（９）Cerebellar output networks for non-motor cognitive behaviors
Yong-Seok Lee（Department of Physiology, Seoul National University College of Medicine, Seoul, Korea）
The cerebellum has recently been shown to be involved inof PBN-projecting DCN neurons impaired the expression ofregulating non-motor functions such as social behaviors andcued fear memory without affecting either contextual feargoal-directed behaviors through its projections to other brain

memory or innate fear response. In addition, we also found that

regions. Also, cerebellum dysfuncions are associated with

PBN-projecting DCN neurons do not overlap with VTA-

multiple neuropsychiatric disorders. Although the cerebellum isprojecting DCN neurons which has recently been shown to bealso reported to be involved in several affective behaviors

involved in social rewarding. Taken together, we demonstrate a

including fear memory, how its output from deep cerebellar

functional role of a previously unknown cerebellar output

nuclei (DCN) regulates the fear learning and memory is not

network to PBN in fear learning and memory. Furthermore, ourknown. In this study, we found that a subpopulation of DCN

results suggest that distinct cerebellar outputs have emotional

neurons project to parabrachial nucleus (PBN) which wasvalence specificities.

shown to process general danger signals. Optogentic inhibition（10）Engram cells after repetition of learning
Han Jin-Hee（Korea Advanced Institute of Science and Technology）
Most memories result from repeated experiences in our

subset of cells that was initially allocated into engram still

everyday life. However, it is unknown what happens to engram

participates in memory even after repetition of the same

during this process. Using excitability manipulation and naturallearning. In this talk, I will present and discuss data from thisengram cell labeling methods in mice, we examined whether astudy.

（11）Cortico-amygdala interaction during taste-aversion association learning to recruit a memory trace
Yoshitake Sano（Tokyo University of Science）
The insular cortex (IC) is the primary gustatory cortex, and it

experience such as visceral malaise, which results in avoidanceis a critical structure for encoding and retrieving theof consuming a learned tastant. Previously, we showed thatconditioned taste aversion (CTA) memory. In the CTA,

levels of the cyclic-AMP-response-element-binding protein

consumption of an appetitive tastant is associated with aversive(CREB) determine the insular cortical neurons that proceed to373

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

encode a conditioned taste memory. In the amygdala andof insular cortical and/or basolateral amygdala (BLA) neurons

hippocampus, it is shown that CREB and neuronal activity

in mice, at the time of learning and tested whether highly

regulate memory allocation and the neuronal mechanism that

excitable neurons during learning are preferentially re-activateddetermines the specific neurons in a neural network that willby memory retrieval. Here, we show that functional andstore a given memory. However, cellular mechanism ofstructural interactions between the IC and BLA regulate CTA

memory allocation in the insular cortex is not fully understood.

memory allocation in the insular cortex.

In this study, we manipulated the neuronal activity in a subset（12）Dopamine D2 receptors detect dopamine dips to disinhibit structural long-term potentiation and torefine reward prediction
Iino Yusuke（The University of Tokyo）
Dopamine neurons encode the discrepancy between theusing a dopamine dip. In NAc slices, a dopamine dip (as short

expected and actual reward. When the expected reward is

as 0.4 s) was detected by D2Rs to disinhibit adenosine A2Aomitted, there is a transient decrease in dopamine concentration

receptor (A2AR)-mediated enlargement of dendritic spines in(dopamine dip) in the nucleus accumbens (NAc). Although

D2R- expressing spiny projection neurons (D2-SPNs).

high-affinity dopamine D2 receptors (D2Rs) have been

Plasticity- related signaling by Ca2+/calmodulin-dependent

proposed to detect dopamine dips, the characteristics, and theprotein kinase II and A2ARs in the NAc were required forcellular basis of D2R- and dopamine dip-dependent behavior

discrimination learning. In contrast, dopamine dips or D2-SPNs

are unclear. Here, we demonstrate that tone reward

were not involved in extinction learning. Our results

conditioning induces stimulus generalization in a mannerdemonstrate that D2Rs detect dopamine dips to refine thedependent on dopamine D1 receptors (D1Rs) in the NAc ofgeneralized reward prediction mediated by D1Rs.

mice and that discrimination learning refines the conditioning（13）On-demand DA release is involved in olfactory aversive learning
Minoru Saitoe（Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science (TMiMS) ）In Drosophila, dopamine (DA) released onto the mushroom

neurons. Strikingly, in vivo imaging study of DA release in fly

body (MB) is critical for olfactory aversive conditioning. In

performing olfactory aversive conditioning revealed uniquecanonical release mode, activated DA neurons release DA fromphase of DA release that depended on RyR activity in the DA

numbers of release sites, volume transmission. Our ex vivo

neurons and occurred after ceasing conditioning. Behavioral

imaging studies identified a novel mode of local DA releasestudies suggest that to establish olfactory aversive conditioning

induced by carbon monoxide (CO) generated in the

RyR-mediated DA release phase after conditioning is morepostsynaptic MB neurons that have been coincidentally

important than DA release phase during conditioning. We

activated by two different sensory input pathways, on-demand

propose that on-demand DA release plays pivotal role intransmission. Unlike canonical release, on-demand DA releaseolfactory aversive conditioning by regulating DA release after

requiresCa2+

conditioning.

efflux via ryanodine receptors (RyRs) in therelease sites and does not necessarily require activity of DA374

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（14）Genome editing-based strategies for imaging endogenous proteins in mammalian brain in vivo
Takayasu Mikuni（Brain Research Institute, Niigata University）
Rapid and precise genome editing using CRISPR-Cas

editing in the field of neuroscience. Here I present two

systems is a powerful technology in various scientific fields.

strategies, SLENDR and vSLENDR, to induce HDR-mediatedEspecially, genome editing through homology-directed repair

genome editing in mammalian brain in vivo. Rapid and precise(HDR) provides a versatile approach to precisely introduce

genome editing in the brain will allow for a wide range of

insertions, deletions or replacements in the genome. However,applications in neuroscience research, such as high-throughput

it has been considered to be difficult to induce HDR inmonitoring of endogenous gene products in brain tissue.

postmitotic neurons, limiting the application of precise genome（15）Imaging voltage in neurons with genetically encoded indicators
Sakamoto Masayuki（Kyoto University）
Imaging membrane potential in neurons has become a

We found that spine heads are electrically isolated by the spine

fruitful approach to study neural circuits. Recently, the effective

neck from membrane potential signals in parent dendrites. This

performance of genetically encoded fluorescent voltage

attenuation of EPSPs by spines could have important

indicators has been greatly improved. Here, we developed arepercussions for synaptic plasticity and dendritic integration.

novel genetically encoded voltage indicator, ArcLight-MT and

Next, we utilized this indicator in vivo. We succeeded to record

demonstrated the use of it. First, we applied it to measure thevisual stimulus-induced fluorescent response in visual cortex

voltage in dendritic spines. To examine electrical properties ofwith single cell resolution in single trials. Our results

dendritic spines, we recorded voltage fluorescence signal indemonstrate that the feasibility of voltage imaging as a tool toresponse to synaptic input with two-photon glutamate uncaging.

monitor the activity of neurons.

（16）Spying on endocannabinoid dynamics in vivo by constructing genetically-encoded GRAB sensors
Yulong LI（School of Life Sciences, Peking University）
Endocannabinoids (eCBs) are retrograde lipid neuromodulators
involved in many physiological and pathological important
processes including learning and memory. A longstanding yetlargely unmet goal is to measure eCB dynamics reliably andspecifically with high spatiotemporal precision, particularly inanimals executing complex behaviors. Here, we developed a novel
genetically-encoded fluorescent eCB sensor (GRAB-eCB) basedon the human CB1 receptor and a circular permutated EGFP
(cpEGFP). GRAB-eCB retains the molecular specificity & affinityof native CB1 receptor and exhibits ~second kinetics and large
fluorescent increase (upto ΔF/F0 ~700 % in neurons) to eCBs.

GRAB-eCB is capable of reporting eCB signals in cultured
neurons and acute brain slices. In living mice, GRAB-eCB can
depict running or foot-shock triggered eCB dynamics inhippocampus and amygdala, respectively. Finally, co-expressing
GRAB-eCB with calcium indicator jRGEGO resolves eCB waves
in green and neuronal activity in red simultaneously during an
epileptic event in vivo. Thus, GRAB-eCB sensor provides a
powerful new tool to study eCB dynamics in vivo. Additional
GRAB sensors can be similarly developed to expand the detection
repertoire of other important neurochemicals, such as monoamines,
purinergic transmitters and neuropeptides.

375

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（17）A photoactivatable CaMKII induces synaptic plasticity in single synapses
Hideji Murakoshi（National Institute for Physiological Sciences）
Optogenetic approaches have proven their utility in thepotentiation (sLTP) in vitro and in vivo. It also resulted inneurosciences for studying neuronal functions. However,recruitment of AMPA receptors and functional LTP in single

optogenetic tools capable of inducing synaptic plasticity at thespines. Combining paCaMKII activation with protein activity

level of single synapses have been lacking. Here, we describe

imaging by 2-photon FLIM-FRET, we demonstrate thatan optogenetic tool for dissecting signaling through the

paCaMKII activation in clustered spines induces robust sLTP

Ca2+-calmodulin-dependent protein kinase (CaMKII) pathway

by a mechanism that involved the actin-regulatory small

and for inducing synaptic plasticity. We engineered a

GTPase Cdc42. This optogenetic tool for dissecting thephotoactivatable (pa)CaMKII by fusing a light-sensitive

function of CaMKII activation in the absence of otherdomain, LOV2, to CaMKIIα. Blue light or two-photon

calcium-sensitive signaling and for manipulating synaptic

excitation reversibly activated paCaMKII. Activation inplasticity should find many applications in neuroscience.

single spines was sufficient to induce structural long-term（18）Extinction reverses specific synaptic engrams that encode a fear memory
Bong-Kiun Kaang（Seoul National University）
Successful adaptation to the environment requires accurately

developed synapse-labeling dual-eGRASP. We found that

responding to external threats. This process recalls specificsynapses between engram neurons at auditory cortex and lateralmemories from a given context that was shaped by extinguishing

amygdala were selectively enhanced to store fear memory

non-adaptive responses. Although many studies have investigatedconsistent with our prior work in the hippocampus. We foundthe neural correlates of memory extinction, we still do notthat extinction reversed this conditioning-induced enhancementknow whether extinction involves reversing strengthenedof synapses between engram neurons while other types ofsynapses that encode fear memories (unlearning) or inhibitory

synapses did not show any significant changes. Our studies

learning of the safety information (new learning). To address

demonstrate that extinction induces the reversal of engram

this issue by examining any structural synaptic changes

synapses, which supports the unlearning hypothesis.

accompanied by memory extinction, we applied our previously（19）A hippocampal-amygdala circuit for experience-dependent observational fear
Takashi Kitamura（University of Texas Southwestern Medical Center）
The ability to predict dangerous situations is crucial for

foot-shocks in a modified contextual fear apparatus. Althoughsurvival. In social fear learning, individuals can learn about

the observer is not shocked, it freezes in response toharmful stimuli and environments by observing otherdemonstrator foot-shock and learns to fear the context. We

conspecifics in aversive situations. Observational fear (OF) isdefine this as innate OF because the observer has neither

a mouse model of social fear learning in which a naïve

shock experience nor is familiar with the demonstrator.

observer witnesses an unfamiliar demonstrator receive

However, in other cases in nature, it is difficult to assess the376生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

danger of a situation solely by observing others. Therefore, in

ACC has a specific role in innate OF but in not experience-these cases, both prior experience and familiarity with thedependent OF. Next, we investigated the role of thedemonstrator are required for observers to exhibit OF. We

hippocampus in experience-dependent OF. Chemogenetic

define this as experience-dependent OF. While the neural

inhibition of excitatory neurons in dorsal hippocampus during

mechanisms of innate OF primarily depend upon the anterior

own shock experience blocks experience-dependent OF. In

cingulate cortex (ACC) and basolateral amygdala (BLA), theventral hippocampus, chemogenetic inhibition of excitatoryneural mechanisms of experience-dependent OF are mostly

neurons that project to the BLA during OF testing blocks

unexplored. In this study, we developed a mouse model ofexperience-dependent OF. Together, our findings demonstrateexperience-dependent OF and then investigated the underlyingthat a dorsal and ventral hippocampus-amygdala network

neural mechanisms. Surprisingly, a chemical lesion in ACC

differentially

failed to block experience-dependent OF, while the same

Furthermore, we propose dorsal hippocampus generates a fearlesion results in impairment of innate OF. This is confirmed

memory engram in the BLA during own shock experienceby enhanced immediate early gene expression in ACC during

and ventral hippocampus reactivates the fear memory engram

innate OF but not during experience dependent OF, indicating

to express experience-dependent OF.

contributes

toexperience-dependent

OF.

（20）Unraveling cortical circuits for shaping vision-guided action
Lee Seung-Hee（Korea Advanced Institute of Science and Technology）
Visual information is a key environmental cue that makes

and premotor suppression in the Cg predict trial-by-trial

animals learn goal-directed behavior. However, it is still

variations in reaction times during the task. Notably,

unclear how cortical circuits permit appropriate responses to

optogenetic activation of Cg sensory neurons drives task-relevant

relevant visual stimuli while inhibiting spontaneous action.

actions by inhibiting the on-going activity of motor neurons.

Here, we unraveled a visual circuit in the cingulate cortex (Cg)Furthermore, premotor suppression happens only whenthat trigger vision-guided action in mice performing a visualbackground activity in the Cg is low. Together, our data

Go/No-go task. Unlike the visual cortex, which is predominantly

demonstrate that sensory inputs to the Cg disinhibits

processing sensory information, the Cg represents sensory andgoal-directed actions via exerting gated inhibition of motor

motor signals independently during the task. Both visual gainneurons that suppress spontaneous action.

（21）How does memory retrieval regulate memory?
Xiaojing Ye（Zhongshan School of Medicine, Sun Yat-sen University）
Memory retrieval serves an important biological function to

extinction, raising the question of how different patterns ofmodulate the strength and content of the original memories.

memory retrieval generate distinct effects. Using the inhibitory

Understanding how memories can be modified through retrieval

avoidance task in rats, we have found that activity in the direct,

opens novel exciting opportunities for treatments of manysparse dorsal hippocampal projections to the prelimbic andneuropsychiatricbecomes

infralimbic cortex of the medial prefrontal cortex is differentiallymaladaptive and inflexible. While brief recent memory retrieval

engaged in retrieval-mediated memory enhancement andleads to memory strengthening, prolonged non-reinforced

extinction, respectively. We have further explored theretrieval or retrieval of remote memories favors memory

contribution of excitatory and inhibitory synaptic proteins todisorders,

in

which

memory377

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

retrieval-mediated memory regulation. Collectively, our study

reversing maladaptive memory enhancement in affiliatedwill help develop novel strategies for preventing and potentiallyneuropsychiatric disorders.

（22）Defining the spatiotemporal window of synaptic plasticity events during memory consolidation.
Goto Akihiro（Kyoto University）
light illumination and found LTP was specifically erased if

The memory is initially formed in the hippocampus but

light is illuminated within 30 min after induction in vitro.

subsequently transferred to the rest of brain, in a process called
memory consolidation. During this process, “offline-synaptic

In vivo, we found memory was erased by illumination rightplasticity” occurs but when and where such plasticity occurs

after memory task in hippocampus, but not in anterior cingulate

remains largely elusive. We therefore developed a new method

cortex (ACC). After mouse was returned to home cage andfor optically erasing long-term potentiation (LTP) with awent to sleep, hippocampus was illuminated and memory wasdefined spatiotemporal window. We previously found thaterased. Next day in home cage, illumination during sleep in

cofilin, an actin binding protein, is enriched in the spine during

hippocampus had no effect but that in ACC erased memory.

LTP. We therefore inactivated cofilin optically by fusing it withThis indicates offline LTP locally at hippocampus and ACC

SuperNova, a photosensitizer protein that generates ROS upon

during sleep are important for memory consolidation.

（23）Balancing act: Mechanism of homeostatic synaptic scaling by proteostasis
Sourav Banerjee（National Brain Research Centre）
Homeostatic scaling maintains synaptic weightage at aactions of protein synthesis and protein degradation regulate

threshold point by adjusting its strength following hebbian

synaptic strength by remodeling of miRNA containing RNAchanges that occur when neural circuit is engaged in cognitive

inducing silencing complex (miRISC) via the mTOR pathway.

function. Synaptic homeostasis requires changes in proteomic

We observed that the remodeling of miRISC modulates surface

composition that is dependent on new protein synthesis andexpression of AMPA receptors, an end point effector ofprotein degradation by ubiquitin-proteasome system (UPS).

synaptic scaling, via regulation of Arc expression. Our finding

However, the regulatory control point driving homeostatic

proposes a multifaceted model, where synaptic scaling isscaling by co-modulating protein synthesis and UPS-mediatedregulated by compositional change in protein complex throughprotein degradation, known as proteostasis, is poorly

a synergistic control of protein synthesis and protein

understood. Here, we examine a mechanism that modulatesdegradation. This study opens up a new avenue to explore how

synaptic scaling in hippocampal neurons using whole-cell patch

concerted mechanisms of translation and degradation dictatesclamp recording and analyzing the associated remodeling ofsynaptic plasticity.

protein complexes. Our data shows that the combinatorial378

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（24）Dnmt3b regulates synaptic function and memory in adult hippocampal neurons
Yu Zhou（Department of Physiology and Pathophysiology, Qingdao University）
DNA methylation is a key epigenetic mark regulating

Dnmt3b-deficient mice. We conclude that Dnmt3b is required forimportant cellular processes in brain development and plasticity.

synaptic plasticity and object-place memory, and sialyltransferase

Dnmt3b is the major de novo DNA methyltransferase, but its

genes are important candidates for Dnmt3b-depedent modulation

function in mature neurons is unclear. We generated conditionalof non-CpG methylation and transcription in CA1 excitatory+ excitatory

mutant mice lacking Dnmt3b exclusively in αCaMKII

neurons. Our study provide the first direct evidence that Dnmt3b

or Dlx5/6+ inhibitory neurons, and found that Dnmt3b deficiency

in αCaMKII+ neurons of dorsal CA1 are required forin αCaMKII+ neurons led to altered calcium transients, impaired

maintenance of neuronal methylation, for proper control of gene

synaptic plasticity and object-place memory. Whole genome

expression, and consequently for normal synaptic plasticity andbisulfite sequencing revealed a significant decrease in non-CpG

object-place memory in adult mice. Different from Dnmt1 andmethylation of sialyltransferase genes in the hippocampus of

Dnmt3a, Dnmt3b functions to maintain non-CpG methylation

Dnmt3b-deficienct mice. Gene expression microarray andpattern within gene bodies of αCaMKII+ neurons. Our analysis

qRT-PCR analysis identified dysregulated expression ofadds important new insight into the role of Dntm3b in synapse

transcripts associated with synaptic function, including St6gal2

function and adult memory. In addition, we get a new link tothat encodes ST6Gal II. Interfering with St6gal2 upregulation or

sialic acid biology in this process.

blocking ST6Gal II activity rescued LTP and memory deficits in（25）Neuron-selective RNA editing of Cav1.3 Channel and its role in Learning and Memory
Tuck Wah Soong（National University of Singapore）
SRSF9 binds to the single strand intronic sequence around exon

Posttranscriptional modification such as RNA editing is anadaptive means to fine-tune

Ca2+-dependent

41 to reduce ADAR2-mediated editing of the Cav1.3

regulation of

IQ-domain.

voltage-gated Cav1.3 channels by recoding the genomic
sequence that encode IQDY of the IQ-domain. Neuron-selective

To address the physiological significance of Cav1.3 RNA

RNA editing of the Cav1.3 channels slows CDI andediting and to address the above-mentioned paradox inparadoxically it has been reported that calmodulin binds edited

regulation of Ca2+ influx, we generated editing complementary

Cav1.3 channels with lower affinity to result in lower open

sequence null (ECS-/-) mice that were genetically targeted toprobability.

produce unedited Cav1.3 channels. Electrophysiological

To address the mechanism that underly neuron-selectivity inhippocampal slice recordings showed enhanced late-LTP. The

RNA editing of Cav1.3 channel, we evaluated the role of

ECS-/- mice have better spatial learning and memory asreported editing repressors and found that the splicing factor

demonstrated by behavioral tests using the Morris Water-maze.

379

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（26）Controlling the flexibility in memory updating through the gating mechanism for activity-dependenttranscription in Drosophila
Yukinori Hirano（Division of Life Science, Hong Kong University of Science and Technology）
Consolidated memory can be preserved or updated

histone deacetylase Rpd3 and CoRest, acts as the gating

depending on the environmental change. Although suchmechanism that opens and closes the time window for

conflicting regulation may happen during memory updating,activity-dependent transcription. Opening the gate through thethe flexibility of memory updating may have already been

compositional change in Rpd3/CoRest is required for memory

determined in the initial memory consolidation process. Here,consolidation, but closing the gate through Rpd3/CoRest is

we explored the gating mechanism for activity-dependentsignificant to limit future memory updating. Our data indicate

transcription in memory consolidation, which is unexpectedlythat the flexibility of memory updating is determined throughlinked to the later memory updating in Drosophila. Throughthe initial activity-dependent transcription, and thus provide aproteomic analysis, we discovered that the compositional

rule in defining the memory state.

change in the transcriptional repressor, which contains the（27）Epitranscriptomic mechanisms at the dynamic end of microtubule regulates neurodevelopment andsynapse organization
Dan Ohtan Wang（Kyoto University）
N6-methyl-adenosine (m6A) is the most abundant internal

neuropsychiatric disease pathways. However, the cellularmessenger RNA (mRNA) modification in mammals, marking

mechanism underlying this functional linkage has been

thousands of mRNAs and regulating their splicing, export,

unknown. Now we show that a developmentally regulated

stability, and translation. A wide range of brain functions

RNA granule located to the microtubule growing end, whichhave been shown to be dependent on m6A-mediatedplays crucial role for modulating neuronal connectivity

regulatory pathway, including but not limited to corticalthrough regulating cytoskeleton dynamics, is highly decorated

neurogenesis, circadian rhythm, learning and memory, reward,

with m6A and recruits cytoplasmic m6A reader YTHDF1.

addiction, stress, stroke, and spinal injury, etc. Previously weReducing YTHDF1 (reader) or METTL14 (writer), disrupted

have identified a synaptic m6A-epitranscriptome, a composite

the expression of the RNA granule and severely inhibitsof 4,469 m6A sites in 2,921 genes selectively enriched at thepostmitotic neural development, in a similar manner to whensynapses of healthy adult rodent forebrain. This group of

dynamic microtubule is dysregulated. Our results reveal agenes are functionally enriched for synapse organization andphysical link between RNA modification and dynamic

function,

microtubule.

andimplicatedinneurodevelopmentaland（28）Long Noncoding RNAs and Memory
Timothy Bredy（University of Queensland）
Long noncoding RNAs have emerged as key regulators ofstate dependent manner of expression. most effort toward

gene expression. To date, due to their low level and often

understanding the functional relevance of this class of RNA

380

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

has been focused on cancer or ES cell differentiation. Here, I

experience-dependent lncRNA activity in learning andwill present recent our work using new approaches to detectmemory.

lncRNA in the brain and discuss the functional role of（29）Abnormal Sleep Signals Vulnerability to Chronic Social Defeat Stress
Dipesh Chaudhury（New York University Abu Dhabi）
There is a close association between mood and sleep

fragmentation of Non-Rapid Eye Movement (NREM) sleep

regulation. Sleep is necessary for normal functioning of theboth pre- and post-stress. Stress-resilient mice displayedbrain during the wake state and disrupted sleep is a core feature

reduced sleep time in the initial quarter of the dark periodof many psychiatric diseases including major depressive

pre-stress relative to the stress-susceptible mice. In-contrast,

disorder (MDD). Moreover, chronic stress has detrimental

following exposure to CSDS, both resilient and susceptible

effects on sleep. We assessed the link between stress and sleep

mice spent similar amounts of time in the different vigilancein mice using a chronic social defeat stress (CSDS) paradigm.

states. Additionally, during the dark phase post-CSD, resilient

The social behaviour of the mice post stress was classified inmice displayed increased NREM fragmentation similar to thetwo main categories: mice susceptible to stress that display

susceptible mice. Our findings emphasized the strong interplay

social avoidance and mice resilient to stress. EEG measures ofbetween sleep and stress and sleep differences prior to stresssleep-wake states was assessed across 24-h pre- and 24-h

exposure can predict the level of susceptibility to future stress.

post-stress periods. Stress-susceptible mice displayed increased（30）Genetic and imaging approaches to elucidate the roles of REM sleep
Yu Hayashi（Graduate School of Medicine, Kyoto University/
International Institute for Integrative Sleep Medicine (WPI-IIIS), University of Tsukuba
The roles of rapid eye movement (REM) sleep, a majoret al., unpublished). We will discuss our results, which willsource of vivid dreams, are poorly understood. Here, wehelp draw a final conclusion on how CBF changes during

focused on cerebral blood flow (CBF). Various approaches

REM sleep. In addition, we identified neurons involved inhave been taken to investigate how CBF changes during sleep.

regulating REM sleep and genetically manipulated their

However, conflicting conclusions have been drawn fromfunctions (Hayashi et al., Science, 2015; Kashiwagi et al.,multiple approaches including positron emission tomography

Current Biology, 2020; Liu et al., unpublished). With these(PET), near infrared spectroscopy (NIRS), and ultrasonicapproaches, we developed mice in which REM sleep isdoppler techniques. We developed an alternative approachdrastically reduced. These mice exhibited various behavioral

using two-photon microscopy to directly observe red blood

deficits, supporting that that REM sleep plays an essential

cells in capillaries while monitoring sleep/wake stages (Tsairole in maintaining brain functions.

381

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（31）Offline emergence of transitive inference in cortical circuits
Kareem Abdou（University of Toyama）
Creative problem-solving is critical for all spheres of

the training sessions disrupted the performance during theinnovation and pioneering thought. Sleep does more thaninference test. Optogenetic inhibition to Anterior Cingulate

simply consolidate memories; it can inspire insight. However,Cortex (ACC) neurons during rapid eye movement (REM) &it is unknown how the brain creates new ideas or solve

non-REM (NREM) sleep blocked the emergence of inference,

problems during periods of rest/sleep. In this study, Micebut did not affect the original premise pairs. Moreover, inwere subjected to transitive inference behavior paradigm

case of incomplete training, optogenetic activation to theusing 5 different contexts. Mice were trained with individual

neuronal terminals of medial entorhinal cortex in ACC during

premise pairs (A>B, B>C, C>D, D>E) allowing mice to form

REM, but not NREM, sleep was sufficient to induce thehierarchical order (A>B>C>D>E), then they were tested withinference. Collectively, REM and NREM sleeps are necessaryinference pairs (B & D). Mice did not infer correctly whenfor correct transitive inference, while only REM sleep istested on the last day of the training stage, but one day later

sufficient for inducing the inference and creativity.

they could infer correctly. Sleep deprivation for 4 hours after（32）Improvement of social defeat stress-induced PTSD-like behaviors by hippocampal memory
forgetting effects of neurogenesis enhancer
Rie ISHIKAWA（Dept. of Applied Biological Chemistry, Univ. of Tokyo）
Post-traumatic stress disorder (PTSD) is a mental disorderparadigm as a new PTSD model and examined effects of MEM

associated with traumatic memory. Our previous study showedtreatment on SD stress-induced PTSD-like behaviors. MEM

that increasing adult hippocampal neurogenesis by treatment

treatment significantly reduced social avoidance behavior in SD

with memantine (MEM), an uncompetitive antagonist of themice, suggesting that MEM-treated SD mice showed forgetting

NMDA glutamate receptor, promotes hippocampus-dependentof social avoidance memory. Interestingly, MEM-treated SD

fear memory forgetting in mice (Ishikawa et al., 2016), raising

mice showed comparable anxiety-like behavior with control

the possibility that fear memory forgetting is a novel

mice that were not exposed to SD stress. Therefore, we suggest

therapeutic target of PTSD (Kida, 2018). In rodents, repeatedthat neurogenesis enhancer improves PTSD (anxiety)-like

exposures to social defeat (SD) stress by aggressor mice induce

behaviors through forgetting of traumatic (social avoidance)social avoidance behaviors to the aggressor and chronic

memory.

anxiety-like behaviors. In this study, we used SD stress382

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

19．生体システム統合機構としての情動2020 年 9 月 16 日
代表・世話人：南雅文（北海道大学大学院 薬学研究院 薬理学研究室）

所内対応者：揚妻正和（生理学研究所 生体恒常性発達研究部門）（１）ストレスによる脳内炎症の多様性
古屋敷智之（神戸大学大学院医学研究科薬理学分野）（２）心理ストレス反応の神経回路— ｢心」と「体」をつなぐ仕組み —中村和弘（名古屋大学大学院 医学系研究科 統合生理学）（３）Crisis fate orchestration: 先天的恐怖情動誘導性の生命保護作用小早川高（関西医科大学）（４）慢性痛による拡張扁桃体神経回路の可塑的変化は不安を惹起する
山内直紀，南雅文（北海道大学大学院 薬学研究院 薬理学研究室）（５）不安様行動における脳と末梢臓器活動の変化
佐々木拓哉（東京大学大学院 薬学系研究科）（６）特異的な神経回路活性化による自己免疫疾患の制御
村上正晃（北海道大学 遺伝子病制御研究所）（７）扁桃体中心核内ネットワーク
加藤総夫，杉村弥恵，奥田崇雄，徳永亮太，高橋由香里（東京慈恵会医科大学 神経科学研究部）（８）幼少期の皮膚炎によるストレスは思春期の脳内炎症に対するプライミング効果を介して鬱様症状を誘導する
橋本興人，関口正幸（国立精神･神経医療研究センター 神経研究所 疾病研究第四部）（９）Omega-3 系脂肪酸と不安症状
松岡豊（国立がん研究センター 社会と健康研究センター）（10）情動と自律神経機能：「脳・心・身体」の三者関係による調和的理解梅田聡（慶應義塾大学 文学部 心理学研究室）【参加者名】
南

古屋大学・環境医学研究所・神経系分野 I），則武雅文（北海道大学・大学院薬学研究院・薬理学研

厚究室），揚妻正和（生理学研究所・生体恒常性発達研究（生理学研究所・認知行動発達機構研究部門・磯田研究部門・鍋倉研），加藤総夫（東京慈恵会医科大学・神経室），竹本さやか（名古屋大学・環境医学研究所・神経科学研究部），中島龍一（藤田医科大学・総医研・シスI），佐々木拓哉（東京大学・大学院薬学系研究科・薬品

テム医科学），古屋敷智之（神戸大学・大学院医学研究作用学教室），梅田

科・薬理学分野），谷口将之（神戸大学・医学研究科・学研究室），中村和弘（名古屋大学大学院・医学系研究

薬理学分野），高橋由香里（東京慈恵会医科大学・総合科・統合生理学），関口正幸（国立精神・神経医療研究

医科学研究センター・神経科学研究部），野村洋（北センター神経研究所・疾病研究第 4 部），橋本興人（国海道大学・大学院薬学研究院・薬理学研究室），北岡志

立精神・神経医療研究センター神経研究所・疾病研究第保（神戸大学・医学部・薬理学分野），笠井淳司（大阪4 部），大西克典（久留米大学医学部薬理学講座），鍋大学・薬学研究科・神経薬理学），天野大樹（北海道大

倉淳一（生理学研究所），助川桃枝（京都大学 iCeMS 王学・大学院薬学研究院・薬理学研究室），上田修平（名丹グループ），塚原飛央（ミシガン大学医学部 MNI

383

聡（慶應義塾大学・文学部・心理Iwase

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

and Sutton labs），堀内

研究会報告

浩（生理学研究所生体恒常性発和敏（神戸大・医・薬理），守屋正道（慈恵医大神経科

達研究部門），村上正晃（北海道大学・遺伝子病制御研

学部・帝京平成大学健康医療スポーツ学部），山本純偉

究所），西岡忠昭（大阪大学・蛋白質研究所・高次脳機（筑波大学医学医療系），橋本泰昌（国立精神神経医療

能学研究室），小早川高（関西医科大学・附属生命医研究センター），戸田知得（北海道大学・獣医学部・生学研究所・神経機能部門），近藤邦生（生理学研究所），

化学教室），榎木亮介（自然科学研究機構 生命創成探

Chanhyun Park（Institute for Basic Science (Korea), Center

究センター バイオフォトニクス研究部門），根本知己

for NanoMedicine, Jae-Hyun Lee lab），人羅（今村）菜津（自然科学研究機構・生命創成探究センター・バイオフ子（北海道大学・薬学部薬理学研究室），聶

翔（神戸ォトニクス），植松明子（生理学研究所），山肩葉子（生大学大学院・医学研究科・薬理学），浮地里佳子（東京理学研究所），菅原朋子（豊田中央研究所ヒューマンサ

慈恵会医科大学・神経科学研究部），杉村弥恵（東京慈イエンス特任研究室），疋田貴俊（大阪大学蛋白質研究

恵会医科大学・神経科学研究部），三須宏武（生理学研所），石塚佳奈子（名古屋大学医学部附属病院親と子ど究所・生殖・内分泌系発達機構研究部門），森啓太（東もの心療科），山田大輔（東京理科大学・薬学部・薬理

京大学・理学系研究科・生物科学専攻），堀金慎一郎（名学研究室），小林健寧（大阪大学蛋白質研究所・高次脳

古屋大学・環境医学研究所・神経１），竹内絵理（国立

機能学研究室），布間寛章（東京慈恵会医科大学神経科

精神・神経医療研究センター神経研究所疾病研究第四学研究部），酒井雅子（㈱エクォス・リサーチ三河安城部），國石研究室），野口洋（国立精神・神経医療研究センター 精淳（東京慈恵会医科大学神経科学研究

泉（北海道大学・獣医学研究院・部），山本真理子（生理学研究所・視覚情報処理研究部

生化学教室），OH JUNGMIN（京都大学・霊長類研究所・門），Kae Nakamura（関西医大生理学），青峰良淳（大統合脳システム分野），松岡豊（国立がん研究センタ

阪大学・蛋白質研究所・高次脳機能学研究室），片山和

ー・社会と健康研究センター健康支援研究部），鳥越万希（大阪大学蛋白質研究所高次脳機能学研究室），安宅紀夫（理化学研究所・CBS・意思決定回路動態），山内光倫（生理研・基盤神経科学・バイオフォトニクス），

直紀（北海道大学大学院薬学研究院薬理学研究室），片安田正治（関西医科大学生理学講座），山内つぐみ（東岡直也（名古屋大学大学院・医学研究科・統合生理学），

京理科大学薬学部斎藤研究室），斎藤顕宜（東京理科大奥田崇雄（慈恵医大・神経科学研究部・加藤研），徳永

学・薬学部・薬理学研究室），河南絢子（東京理科大学

亮太（東京慈恵会医科大学神経科学研究部），堀川伊和

薬学部斎藤研究室），稲垣貴士（生理学研究所生体恒常（神戸大学・大学院・医学研究科・薬理学分野），佐藤

性発達研究部門

神薬理研究部），北沢奈保子（東京慈恵会医科大学 神経科学研究部），松下【概要】
情動と身体反応について考えるとき，例えば，不安・テム統合機構」という視点から各研究者の研究を見直し，

恐怖情動を惹起する感覚刺激として捕食者との遭遇が成果発表と討論により，「情動とは何か」という問いにあるが，このような場合に生物が緊急かつ最優先に行う

対して新しい考え方を提起し，情動研究の新しい方向性

べきことは危機回避であり，脳も含めた様々な臓器（シを見いだすことを目的として企画・開催した。研究会でステム）の機能を総動員することが生存維持に重要であは，情動とそれに関連する身体反応，さらには，そのメる。この「様々なシステムの機能を緊急かつ最優先で動カニズムに関する最新の研究成果 10 件が発表され，い員し，危機回避のための一連の生体反応とする生体シス

ずれの発表においても活発な質疑応答がなされた。それ

テム統合機構」こそが「不安・恐怖情動」の本体であるにより，情動を新しい視点から捉え直し，その作動原理と考えられる。そこで，本研究会は，「情動＝生体シスの理解を深めることができた。

384

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（１）ストレスによる脳内炎症の多様性
古屋敷智之（神戸大学大学院 医学研究科 薬理学分野）
社会や環境から受けるストレスは心身に多様な影響をるミクログリア活性化や，それに続くサイトカインやプロ

与え，うつ病など精神疾患のリスクを高める。うつ病ではスタグランジンなど炎症性物質の産生が関わることを明脳内外に炎症を示唆する所見が見られ，抗炎症薬によるうらかにし，さらに慢性ストレスによる脳内炎症には，脳領つ病への治療効果も報告されて，うつ病における炎症の役

域により異なる分子機序が関わることも示している。また，

割が注目されるようになった。動物モデルでも，慢性スト

最近ではミクログリアの活性化因子や転写・エピゲノム制

レスが抑うつや不安とともに脳内の炎症反応を誘導する

御を調べ，慢性ストレスによるミクログリア活性化に脳内ことが示されてきた。しかしストレスによる脳内炎症のメ外の多様なシグナルが関わる可能性を見出している。本講

カニズムや意義は長らく不明であった。講演者らは，これ演ではストレスによる脳内炎症の多様性とそのメカニズ

までに，マウスの反復社会挫折ストレスモデルを用いて，

ムに関する講演者らの研究について最新の研究成果も交慢性ストレスによる抑うつや不安に，自然免疫受容体によえた発表がなされた。

（２）心理ストレス反応の神経回路 — 「心」と「体」をつなぐ仕組み —中村和弘（名古屋大学大学院 医学系研究科 統合生理学）
脳の中には心理ストレスや喜怒哀楽などの情動をつと同様に熱の産生や脈拍・血圧が上昇する交感神経反応

かさどる「心」の領域と，「体」の状態を調節する領域が生じた。一方，この神経路を選択的に破壊あるいは光が存在し，密接に連関することで「心身相関」とよばれ抑制すると，社会的敗北ストレスで生じる熱産生，体温，る現象が起こる。例えば，心理ストレスを受けると交感

脈拍，血圧の上昇がいずれも強く抑制された。また，ス神経が活性化して，脈拍，血圧，体温が上昇する。しかトレスを受けたラットは通常，自分を攻撃した個体（スし，「心」と「体」の脳領域をつなぐ神経回路は不明でトレス源）から逃避するが，この神経路を抑制すると，あり，長年探し求められてきた。講演者らは，ラットをストレスを受けなかったラットのように積極的にスト用いた実験によって，大脳皮質・内側前頭前野の中でもレス源の個体と交流するようになった。本講演では，

未探索で機能不明の dorsal peduncular cortex/dorsal tenia「心」と「体」の脳領域をつなぐことで心身相関を実現

tecta（DP/DTT）から，交感神経制御中枢の一つである視する DP/DTT→DMH の神経路に関する講演者らの研究

床下部背内側部（DMH）へ心理ストレス信号が伝達されについて最新の研究成果も交えた発表と質疑応答がなることを発見した。光遺伝学の手法を用いて DP/DTT→

され，心理ストレスによる交感神経反応やストレス逃避

DMH の神経路を刺激すると，心理ストレスを受けた時行動を起こす仕組みに関する理解が深まった。

（３）Crisis fate orchestration: 先天的恐怖情動誘導性の生命保護作用小早川高（関西医科大学）

生物は潜在的な生命保護作用を持つと考えられるが，そ天的恐怖情動システムは潜在的な生命保護作用の誘導にの全貌は未解明である。先天的恐怖情動は危機状態での生関連する可能性があると考えられる。しかし，一般的に恐存確率を上昇させる意識，行動，生理応答を統合指揮する

怖やストレスは心身に悪影響を与えると広く認識されて脳の機能として進化したと考えられる。そうであれば，先いる。現状では，恐怖情動は生命保護作用を持つのか生命385

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

障害作用を持つのかというレベルで明確な回答は得られの実験系を活用し，先天的恐怖情動が潜在的な生命保護作ていない。講演者らの大規模フォワードジェネティクスス

用を誘導する可能性を検証した。その結果，tFO 刺激はクリーニングにより，天然物か人工物かを問わず様々な種

TRPA1 を介して，低体温，低代謝，自然免疫の強化，抗類の嗅覚刺激による先天的な恐怖行動は，主に三叉神経に炎症作用などの極めて強力な生命保護作用を統合誘導す発現する TRPA1 により誘発されることが解明された。先ることが明らかになった。これらの保護作用は，後天的な天的恐怖情動誘発の遺伝的主体である Trpa1 受容体と，そ

恐怖刺激やストレスホルモンの投与などでは誘導できなれを介し極めて強力な先天的恐怖行動を誘導するチアゾかった。本講演では，TRPA1 を適切な種類の匂い分子でリン類恐怖臭（Thiazoline-related fear odors: tFOs）の組み合刺激することにより先天的恐怖情動性の生死を決する生

わせにより，強力な先天的恐怖情動状態をモデル動物に容命保護作用が誘導されるという新たな概念が示され，情動易に誘導できる感覚誘導系が確立された。講演者らは，こと身体反応に関する理解が深まった。

（４）慢性痛による拡張扁桃体神経回路の可塑的変化は不安を惹起する
山内直紀，南雅文（北海道大学大学院 薬学研究院 薬理学研究室）

痛みが引き起こす抑うつや不安などの負情動は，生体制は慢性痛モデル動物における不安様行動亢進に関与

警告系として重要である。しかし，慢性痛においては，していた。分界条床核出力神経への抑制性入力増加にお生体警告系としての役割を果たし終えた痛みが，うつ病

ける，分界条床核内局所神経回路の可塑的変化の関与をや不安障害などの精神疾患の引き金となる。実際に，慢調べるため，Cre マウスを用いた実験を行い，慢性痛に性痛と精神疾患の併存率は高く，痛みの持続に伴って負より興奮性を増大させる分界条床核内の細胞集団が同情動に関わる神経回路に可塑的変化が生じることが推定された。これらの神経細胞は，外側視床下部へ投射す測される。講演者らは，分界条床核に着目し，負情動にる分界条床核の出力神経細胞に抑制性シナプスを形成

関わる神経情報伝達の慢性痛による可塑的変化を調べしていた。本講演では，慢性痛モデル動物における不安てきた。慢性痛モデル動物では，分界条床核から外側視情動惹起に関わる分界条床核内局所神経回路の可塑的床下部へ投射する神経細胞に対する抑制性入力が増加

変化に関する講演者らの研究について最新の研究成果していた。この分界条床核から外側視床下部への出力抑も交えた発表がなされ，質疑応答が行われた。

（５）不安様行動における脳と末梢臓器活動の変化
佐々木拓哉（東京大学大学院薬学系研究科）
不安は，自閉症やうつ症状とも関連する精神状態であ学的課題に取り組んできた。本講演では，主に高架式十り，さまざまな脳領域のボールド信号の変化や，遺伝子字迷路試験，社会相互作用試験，オープンフィールド試

発現変化が報告されている。実験動物において，不安様験において見出された前頭前皮質・扁桃体ネットワーク

行動を調べるための行動試験はいくつか存在するが，その発火応答や特定周波数の脳波信号の変化，末梢臓器活のような行動において，脳や末梢臓器の活動が，リアル動の多様性や特徴的な経時変化について報告がなされ

タイムでどのように動的に変化し，また両者が相互作用た。されに，電気生理計測法に加えて，遺伝子改変技術

するか未解明の点が多い。講演者らは，自由行動動物にや無線光刺激装置を融合し，特定の迷走神経を選択的において，複数脳領域の脳波，心電図，迷走神経発火等の光操作するための新しい実験技術についての報告もな

電気生理信号を同時計測する方法を用い，こうした生理

され，活発な意見交換が行われた。

386

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（６）特異的な神経回路活性化による自己免疫疾患の制御
村上正晃（北海道大学 遺伝子病制御研究所）
免疫系と神経系の関係は，「神経内分泌免疫系」によ射を報告してきた。それぞれ特異的な神経回路の活性化

るホルモン性の全身制御機構が知られてきた。グルココにより特異的な血管周囲において分泌されるノルアド

ルチコイドによる免疫抑制効果はよく知られた現象でレナリンが NFkB 依存性に遊走因子，ケモカインの発現ある。しかし，グルココルチコイド投与には多くの副作を増強して血中に存在する自己反応性 T 細胞の侵入口を用があり臨床的に問題となる場合も多い。近年，特異的形成，炎症病態を誘導する。特に，ストレスを起因とすな神経回路活性化による局所免疫反応の制御機構が発るゲートウェイ反射では，脳内２箇所の血管周囲に生じ見された。様々な環境刺激が特異的な神経回路を活性化る微小炎症から ATP が遊離され，結果として，上部消化して免疫反応を制御するとの考え方である。講演者は，管に分布する迷走神経神経を過剰に活性化してアセチ

この神経機構の１つとしてゲートウェイ反射を提唱しルコリン依存性に臓器恒常性を破綻させ，臓器特異的なている。ゲートウェイ反射では，特異的な神経回路の活

炎症の誘導から突然死を引き起こすことが示された。本性化が局所の血管の状態を変化させて，血中の自己反応

講演では，免疫系と神経系の関係についてゲートウェイ

性 T 細胞の侵入口を形成して局所の炎症性病態を制御す

反射を中心に講演者らの研究成果が報告され，質疑応答

る。講演者らはこれまでに，重力，電気刺激，痛み，スがなされた。神経系と免疫系の連関機構に関する理解がトレス，光などの環境刺激を起因とするゲートウェイ反深められた。

（７）扁桃体中心核内ネットワーク
加藤総夫，杉村弥恵，奥田崇雄，徳永亮太，高橋由香里（東京慈恵会医科大学 神経科学研究部）
講演者は，2017 年の本研究会で，「情動」という機能

るのかという回路設計の問題を理解することが必要での実体は存在しないのではないかという見解を提唱しある。扁桃体中心核外包亜核（CeC）抑制性ニューロン

た。５億年以上前から生体は，生存に不利か有利かといには腕傍核からの興奮性侵害受容情報が入力しう判断に基づいてさまざまな状況に応答し，それが（た（Sugimura et al, 2016 など），すぐ内側の外側亜核（CeL）

またま）適切だったものは生存して種を存続させてきた。

に局在する抑制性ニューロン，および，より内側の内側

その判断過程をヒトが認知的・内省的に「情動」と名付

亜核（CeM）抑制性ニューロンを抑制する。CeL の一部

けたのであり，根底にある生物学的機構はこの「不利有および CeM の抑制性ニューロンは，中脳水道周囲灰白利判断」神経機構にほかならない。侵害受容・炎症情報質，孤束核，楔形核など扁桃体外に投射する。本講演では扁桃体を活性化し，さまざまな行動・内分泌・自律応

は，この抑制性ニューロンからなる階層的ネットワーク

答を誘発する。侵害受容情報が「情動の座」である扁桃の入力・出力関係を理解するために講演者らが進めてい体を活性化して痛みの負情動を起こすという tautology

る電気生理学的試みと研究の現状について，報告と質疑

解釈を超え，扁桃体ネットワークがどのようにこの「不応答がなされた。

利有利判断」回路を実装し，適切な下流機構を活性化す387

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（８）幼少期の皮膚炎によるストレスは思春期の脳内炎症に対するプライミング効果を介して鬱様症状を誘導する
橋本興人，関口正幸（国立精神･神経医療研究センター 神経研究所 疾病研究第四部）
心身の発達において乳幼児期の成育環境が非常に重要が誘導され，リポポリサッカライド（LPS）を用いた追加であり，乳幼児期の慢性的ストレス負荷がその後の身体的，の刺激により脳内で過剰な炎症反応が引き起こされるこ

精神的発達において大きな影響を及ぼすことが知られてとを明らかにした。さらに，LPS 刺激 24 時間後の行動解いる。アトピー性皮膚炎（AD）は乳幼児期の代表的な慢析で，AD マウスでは鬱様行動の異常を示すことが明らか

性皮膚疾患の一つであり強烈な掻痒感により QOL を著しになった。また，LPS 刺激後の AD マウス脳内ではキヌレく低下させるだけでなく，喘息やアレルギー性鼻炎への引

ニン代謝律速酵素である indoleamine 2,3-dioxygenase やき金になることが知られている。さらに近年の大規模コホ

kynurenine 3-monooxygenase の発現が有意に上昇しているート研究により，AD 罹患の有無で将来不安症や鬱，自閉ことが明らかとなった。本講演では，講演者らの研究につ症，注意欠陥多動性障害といった精神・発達障害合併のリ

いて最新の研究成果も交えた発表がなされ，これまで疫学スクがあることが明らかになってきている。講演者らは，的に明らかにされてきた幼少期の AD と精神疾患合併の幼少期に AD 様皮膚炎を引き起こしたマウス（AD マウス）メカニズムについての討論が行われた。

では思春期に脳内で神経炎症に対するプライミング状態（９）Omega-3 系脂肪酸と不安症状
松岡豊（国立がん研究センター 社会と健康研究センター）

Omega-3 系脂肪酸（ω3）は細胞膜の脂質二重層を構成抑制されることが考えられている。これまでの臨床試験はするリン脂質の成分として重要な栄養成分で，脳内では神

結果のばらつきが大きく，ω3 が不安症状軽減に効果を有

経発達，神経新生，神経伝達物資調整などに影響を及ぼす。

するか否かについて分からなかった。講演者らは，ω3 の講演者は，世界に先駆けて ω3 の恐怖記憶制御仮説に基づ

抗不安効果を調べた 19 件の臨床試験を系統的に検討し，く心的外傷後ストレス障害の予防・症状軽減の可能性を検

ω3 が不安症状軽減と関連すること（効果量＝0.374），身討する臨床試験に取り組んできた。のちに Sekiguchi らが，体疾患や精神疾患等を抱えている場合にその効果が高い

餌中の ω3／ω6 の脂肪酸バランスがマウス恐怖神経回路

ことを見出した。不安症状は，疾病横断的に取り組む必要を修飾し，ω3／ω6 比が高いほど文脈性・聴覚性恐怖記憶

性のある臨床アウトカムである。本講演では，ω3 と不安が減弱することを報告した。メカニズムとしては，高 ω3症状の関連についての研究の現状と，講演者らの研究につ／ω6 餌により脳内の膜流動性が高まり，CB1 受容体付近

いての発表がなされ，ω3 と不安症状の関連の理解に必要のコレステロールが膜から追い出される。その結果，CB1

な今後の研究の方向性が議論された。

受容体が脱抑制され，扁桃体シナプスにおける長期増強が388

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（10）情動と自律神経機能：「脳・心・身体」の三者関係による調和的理解梅田聡（慶應義塾大学 文学部 心理学研究室）

情動の神経メカニズムを探る上では，脳神経活動に加部状態の感覚である内受容感覚（interoception）と自律神

え，自律神経活動の影響を十分に考慮する必要がある。

経活動との関連性に焦点を当て，主に主観的感情

情動における身体活動の重要性については，William（feeling）が生み出されるメカニズムについての発表がJames が 1884 年に「情動とは何か」というタイトルの論なされ，不安やうつなどの精神症状がいかにして引き起文を発表して以来，多くの心理学者や神経科学者が主張こされるのかについて，「脳－こころ－身体」の三者関している。しかしながら，そのメカニズムを明らかにす係のダイナミクスを枠組みとした解明が試みられた。具るプロセスにおいて，行動としての情動（emotion）と主体的には，健常者および自律神経障害を対象とした MRI

観的感情（feeling）を混同して捉えている研究が散見さによる脳画像法，局所脳損傷を伴う症例に対する神経心れる。特に，島皮質や帯状回前部から構成されるセイリ

理学的方法，覚醒下手術中の頭蓋内刺激法などの研究成

エンスネットワークに関する研究が進むにつれ，このこ果が紹介され，統合的な視点から情動に関する理論の妥とが浮き彫りとなってきた。本講演では，自身の身体内当性が議論された。

389

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

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
2020 年 11 月 10 日
提案代表：岩崎憲治（筑波大学）
所内対応者：村田和義（生理学研究所）（１）クライオ電顕によるノロウイルス感染構造変換の解析
ソン チホン（生理学研究所）（２）北大におけるハイエンド Cryo-EM の導入および運営計画
前仲勝実 （北海道大学）（３）Cold field emission beam による高分解能リモート解析
米倉功治（理化学研究所）【参加者名】
講演者を含め

１６９名【概要】
クライオ電子顕微鏡の導入は海外では急速な勢いでアクティビティは昨年度よりむしろ高く，関心の高さを進み，自動化を含む高度化が日々進んでいる。クライオ表していた。高度な感染症研究施設へのクライオ電顕の電顕への要請はその進展をはるかに超える勢いで日を導入，施設としての運営の工夫，普及がまだ始まったば追って強くなっている。それは新型コロナウイルスの驚

かりの Cold field Emission beam を利用するための工夫と異に対するクライオ電顕の成果も間違いなくある。そのその成果は，クライオ電子顕微鏡の適用範囲の拡大，こような中で，2000 年度から継続してきたこの研究会を果れまで考えられなかった高分解能解析の汎用化に向けたす役割を改めて考え，三演題を選定し，オンライン開た開発を知ることとなった。コロナ禍で研究会，学会等

催によって広く聴衆を集めることとなった。当該研究所

コアな情報交換のできる場が中止，延期等で減少していのウイルスに対する成果，そして，新施設の構築，最先る中での開催は非常に意義があったと評価する。このよ

端のハードウェア・ソフトウェアの開発とその成果の三

うに本研究会は環境の如何にかかわらず，継続をするこつを各演者に講演して頂いた。リモート開催でも会でのとで，ますますその意義と期待を得ている。

（１）クライオ電顕によるノロウイルス感染構造変換の解析
ソン チホン（生理学研究所）
ノロウイルスは世界中で流行しているウイルス性急の同一種で異なる２つの粒子構造(A タイプと B タイプ)性胃腸炎の主要な病原体で，現在でも発展途上国を中心が存在することを発見した。マウスノロウイルスは酸性に毎年約 20 万人がノロウイルス感染で命を落としてい条件下で金属イオンを加えると A タイプを示し，アルカる。しかし，ノロウイルスを培養できる細胞は非常に限リ性条件にして，金属イオンを取り除くと B タイプになられており，ウイルスそのものに関する構造学的な知見った。これらの構造の変化は，外側の突起（P）がウイも少ないため，未だノロウイルス感染症への効率的な治ルスのシェル（S）と密着すると A タイプに，突起が回療法はなく，ワクチンも存在しない。我々は唯一培養細転して伸び，シェルから離れると B タイプになることが胞で増殖できるマウスノロウイルスを用いて，そのキャわかった。さらに，それぞれのタイプのノロウイルスをプシド構造の解析を行った。結果，マウスノロウイルス

細胞に感染させたところ，A タイプは B タイプに比べて390

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

増殖が早いことから，A タイプが感染型であることがわ

はヒトのノロウイルスの VLP（ウイルス様中空粒子）にかった。その反面，B タイプは免疫システムを回避する

おいても確認され，今後この構造変化のメカニズムを利ためのものではないかと推定された。これら２つの構造用した治療薬・ワクチンの開発への応用が期待される。

（２）北大におけるハイエンド Cryo-EM の導入および運営計画
前仲勝実（北海道大学）
北海道大学薬学研究院では，創薬科学研究教育センタを進めてきた。2018〜2019 年度には AMED や北大の支ーを中心にアカデミア創薬拠点として，化合物ライブラ

援があり，クライオ電子顕微鏡 Glacios (FEI) を導入する

リーの管理および運用，さらにはバイオ医薬品の開発をことができた。さらに，2019 年度には，FIB/SEM Aquilos

進めている。特に，立体構造解析と物理化学解析に立脚(FEI/Thermo Fisher) を導入した。今年度は新型コロナウする点に特徴があり，シーズ探索からヒット・リード化

イルス COVID-19 の対策で急務の治療薬やワクチンの開合物の探索や最適化，さらには ADME 評価までシーム

発のため，AMED 創薬等ライフサイエンス研究支援基盤

レスにつなぐ統合的な創薬開発体制を整えている。立体事業（BINDS）支援により，BSL3 施設にハイエンドク

構造解析に関しては，2013 年の International Conference

ライオ電子顕微鏡 Krios G4 を北大に導入することが決まon StructuralGenomics –Structural Life Science– を主催しった。現在，人獣共通感染症リサーチセンター内に設置

たことがきっかけとなり，大きなトピックスとなっていを進めている。本講演では，創薬科学研究教育センター

たクライオ電子顕微鏡解析を導入する必要性を感じ（もをコアとした創薬開発に向けたクライオ電子顕微鏡のう一つのトピックスは X 線自由電子レーザー（XFEL）

体制の現状と今後の運用計画について，概略を紹介したであった），北大に導入できるように準備をスタートさい。

せ，教員を派遣するなどオックスフォード大学との連携（３）Cold-field emission 電子ビームによる高分解能リモート単粒子解析
⽶倉功治（理研 SPring-8, 東北⼤学 多元研）
The cold-field emission (CFE) source provides high-resolution

sharpening from smaller numbers of images than thesignals thanks to its high temporal coherence. Since 2018, weconventional Schottky emission does. Fast and remote data

have been carrying out single particle cryo-EM with a CFE

collection further improves throughput in both single particle

beam for various samples from ~ 50 kD to super macromolecularanalysis and electron 3D crystallography.

complexes, which include spherical virus, membrane proteins,

In this symposium, I will report the performance andand protein-nucleic acids complexes. We found that our cryo-EM

characteristics of the cryo-EM system and also introduce thesystem with a CFE gun can allow us to econstruct higher-

progress and updates during the OVID-19 pandemic.

resolution structures with better estimated B-factors for map

391

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

21．第 2 回「力学系の視点からの脳・神経回路の理解」
2020 年 11 月 26 日－11 月 27 日
代表・世話人：青柳富誌生（京都大学大学院 情報学研究科）
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）トロピカル幾何学を用いた神経活動解析
三浦佳二（関西学院大学 理工学部生命科学科）（２）タスク誘発コネクトームダイナミクス同定とその応用
山下宙人（国際電気通信基礎技術研究所（ATR）脳情報解析研究所）（３）意味分散表現と脳波現象に基づく脳情報動態の理解
佐藤直行（公立はこだて未来大学 複雑系知能学科）（４）知識と認知バイアスのベイズ更新による学習としての解竹川高志（工学院大学 情報学部 システム数理学科）（５）脳波位相同期ネットワークの時系列推定と変化点検知横山寛（生理学研究所 システム脳科学研究領域 神経ダイナミクス研究部門）（６）自発的神経活動の機能的意義
田中琢真（滋賀大学 データサイエンス研究科 データサイエンス学部）（７）カオスの縁における神経活動の雪崩現象
豊泉太郎（理化学研究所 脳神経科学研究センター 数理脳科学研究チーム）【参加者名】
上原一将（神経ダイナミクス研究部門），岡﨑由香（神学研究科），工藤 究（㈱リコー），宮脇寛行（大阪市立経ダイナミクス研究部門），鈴木万穂子（神経ダイナミク

大学医学研究科），井上 公（産業技術総合研究所），宮ス研究部門），萩原 淳（神経ダイナミクス研究部門），

平佳明（東北大学大学院理学研究科物理学専攻），末谷大

北城圭一（神経ダイナミクス研究部門），ラハマンラビブ

道（大分大学理工学部），松本英之（大阪市立大学大学院

ライス（神経ダイナミクス研究部門），則武 厚（生理学

医学研究科神経生理学），坂本貴和子（自然科学研究機構），

研究所認知行動発達機構部門），御代田亮平（LINECorp.），内田裕輝（大阪大学蛋白質研究所，国立精神・神経医療研

寺前順之介（京都大学情報学研究科），濱口航介（京都大究センター），宮崎崇史（ヤフー㈱），土元翔平（生理学

学医学研究科生体情報科学講座），武井智彦（京都大学大研究所心理生理学研究部門），林 敬司（トヨタ自動車未学院医学研究科/白眉センター），藤田一寿（公立小松大学），

来創生センター基盤研究室第 5 基盤研究 G），高須正太郎

加藤荘志（広島大学総合科学部），進士裕介（中部大学大（京都大学情報学研究科先端数理科学専攻非線形物理学講学院工学研究科），圓山由子（長岡技術科学大学技学研究座），田中康裕（玉川大学脳科学研究所），徳田慶太（筑院電気電子情報工学専攻），谷本 彩（東京大学医学部附波大学システム情報系），北野勝則（立命館大学情報理工属病院），金沢星慶（東京大学大学院情報理工学系研究科），

学部），青柳富誌生（京都大学情報学研究科），高森美咲

山本英明（東北大学電気通信研究所），酒井 裕（玉川大（関西学院大学大学院理工学研究科生命科学専攻），山下

学脳科学研究所），高橋義一（慶應義塾大学），堀尾喜彦

祐一（国立精神神経医療研究センター），佐瀬 巧（理化（東北大学電気通信研究所），本間俊光（Yamagata1），吹学研究所脳神経科学研究センター理研 CBS－トヨタ連携セ

野美和（パナソニック㈱ デジタル･AI 技術センター），間

ンター），安 琪（九州大学大学院システム情報科学研究

島 慶（京都大学），亀山克朗（鳥取大学医学部生命科学院），崔 高超（理化学研究所脳神経科学研究センター脳科神経科学分野），深山 理（情報通信研究機構脳情報通

リズム情報処理連携ユニット），座間拓郎（理研 CBS トヨ

信融合研究センター），西井 淳（山口大学大学院創成科

タ連携センター），中田一紀（TDK㈱），高橋泰伽（生理392生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告

学研究所バイオフォトニクス研究部門），清水元喜（東京和田隆志（立命館大学情報理工学研究科），宗田卓史（国大学大学院情報理工学系研究科），安宅光倫（生理学研究

立精神・神経医療研究センター），髙島魁斗（京都大学大所バイオフォトニクス研究部門），工藤亘平（工学院大学

学院情報学研究科先端数理科学専攻非線形物理学講座），

数理解析研究室），山本昌治（京都大学大学院情報学研究岡田青空（京都大学大学院情報学研究科先端数理科学専攻

科先端数理科学専攻非線形物理学講座），高橋春輝（工学

非線形物理学講座），荒井貴光（京都大学情報学研究科），

院大学情報学専攻），松本 駿（工学院大学情報学部シス

立川剛至（京都大学大学院情報学研究科），Rodrigues Crespo

テム数理学科），山本雅裕（㈱東芝研究開発センター），

Thomas（Kyoto University, Graduate School of Informatics,

大橋一徳（日本大学歯学部），三分一史和（統計数理研究

Department of Advanced Mathematical Sciences）， 横山 寛所），伊藤浩之（京都産業大学），住 拓磨（東北大学電（生理学研究所 システム脳科学研究領域 神経ダイナミク

気通信研究所），山根千佳（山口大学大学院創成科学研究ス研究部門）， 三浦佳二（関西学院大学）， 豊泉太郎（理科），揚妻正和（生理学研究生体恒常性発達研究部門），

化学研究所 脳神経科学研究センター）， 田中琢真（滋賀吉村奈津江（東京工業大学科学技術創成研究院），佐々木大学データサイエンス研究科）， 佐藤直行（公立はこだて

拓哉（東京大学大学院薬学系研究科），竹内雄一（大阪市

未来大学）， 竹川高志（工学院大学 情報学部）， 山下宙

立大学大学院医学研究科神経生理学），
大槻 進（㈱Splink），

人（ATR 脳情報解析研究所）

小野島隆之（理化学研究所脳神経科学研究センター），橋【概要】
システムとしての非線形力学系の理解は，数学，物理

報処理システムを解明する上で必要不可欠である。本研

学，工学，脳科学など，基礎・応用問わず広い分野にお究会は，生理学的研究と数理学的研究の橋渡しとなり，いて重要視されている。とりわけ，脳科学においては，システムとしての脳を理解するための活発な議論の場

神経細胞レベルのミクロなスケールから，全脳に渡るマとなることを期待して開催したものである。今年度，新

クロなスケールまで，様々な階層における脳活動におけ型コロナウイルス感染症のために対面での開催は見送

るダイナミクスを非線形力学系の観点から理解する研らざるを得なかったが，Zoom や Remo 等の遠隔会議シ

究がなされている。特に，機能的結合解析をはじめ，多ステムの活用を行い，無事開催することが出来た。研究

くの生理学研究により，脳領域間（あるいは神経細胞間）

会開催当日，遠隔会議形式ではあったが，講演だけでなにおける繋がりや構造的変化が知覚，認知，情動，運動

くポスター発表においても興味深い発表と活発な質など様々な脳機能との関わりがあることが明らかにな疑・議論が行われ，開催目的は十分に達成できたと確信っていることから，ネットワーク結合力学系としての脳している。これも生理研の本制度やリソース，そして現

神経ダイナミクスの定量的理解が，多様で柔軟な脳の情

地スタッフの協力があって達成できたものである。

（１）トロピカル幾何学を用いた神経活動解析
三浦佳二（関西学院大学 理工学部 生命科学科）
前半では，トロピカル幾何学の深層学習への応用を，非るために，神経応答曲線間のトロピカル距離が有効である

数学者に向けた易しい形で解説する。与えられた問題の学ことを示す。トロピカル距離は，時間的ドリフト等による習不可能性を，試行錯誤の学習を行わずとも，（ReLU ニ

曲線全体の持ち上げに対して不感応であるため，応答曲線

ューロンからなる）ネットワークの構造から判定できうる。

の差異を便利に測ることができる。また一般に神経細胞が特に，ノコギリ歯のような複雑な境界線をなぜどのように何に応答するかわからない場合には，特徴量を多く使い過学習できるのかを解明する計算例を通して，必要な層数やぎて S/N 比を悪化させがちである。このような意味の無い

ニューロン数の見積もり方を紹介する。

ノイズからなる特徴次元が増加する場合でも，トロピカル
SVM を用いれば分類が上手くいくことを示す。

後半では，ドーパミン細胞と非ドーパミン細胞を識別す393

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（２）タスク誘発コネクトームダイナミクス同定とその応用
山下宙人（国際電気通信基礎技術研究所（ATR）脳情報解析研究所）
ここ 30 年，ヒトを対象にした脳研究では，fMRI や脳れてきたが，サブ秒の速い脳活動変化を対象にした脳ダ波（EEG），脳磁図（MEG），近赤外分光計測法（NIRS）

イナミクス，特に脳ネットワークダイナミクスに関するなど，生体を傷つけない非侵襲的な脳計測手法を用いて，理解は十分でない。本講演では，ATR 脳情報解析研究所

脳活動や脳ネットワークの研究が行われてきた。空間分で行ってきた複数脳計測と機械学習法の組み合わせに解能に優れたイメージング技術である fMRI を用いたブよりミリ秒脳ダイナミクスを可視化する方法と，その応レインマッピングやマクロコネクトーム研究により，脳用としてデータ生成と脳情報解読問題への応用した最機能部位やネットワークに関する多くの知見が蓄積さ近の結果を紹介する。

（３）意味分散表現と脳波現象に基づく脳情報動態の理解
佐藤直行（公立はこだて未来大学 複雑系知能学科）
脳波は脳動態を調べるための有効な手がかりだが，そのもと，脳波から情報処理を探るための解析手法を提案の信号はさまざまな反応選択性を持つニューロン群のしてきた。文章読解時の脳波・機能的脳画像の複合解析

集団電位であり，詳細な情報処理を明らかにするのは難により，シータ波の増大および大域機能回路の抑制が記しい。一方，近年の自然言語処理技術のひとつ「意味分憶記銘に関わること示し，また，絵画呼称時の皮質脳波散表現」は大脳皮質における広範な情報表現に関する有コヒーレンス解析では，ベータ波コヒーレンスが言語意

用な手がかりであり，脳波計測の不足を補える可能性が味の統合処理に関わることを明らかにした。以上，脳波ある。私たちは，大脳皮質における意味分散表現の仮定

活動の機能的役割について議論をお願いしたい。

（４）知識と認知バイアスのベイズ更新による学習としての解竹川高志（工学院大学 情報学部 システム数理学科）
本発表では最初に，ベイズ更新による情報処理プロセ

るが，条件反射などの繰り返しによる学習についても同スが，脳の基本的な機能として無意識下で実装されてい様のモデルで情報源の信頼性という観点から統一的にる可能性を心理実験により検証する。具体的には，典型扱うことができることは重要である。続けて，多腕バン

的な認知バイアスとして知られるアンカリング効果にディット問題において曖昧な事前情報を提示する実験

関する実験結果が，アンカに対する信頼度と自分の予測や，ベイズ更新による学習と推論を導入した強化学習モ

精度の関係を考慮したベイズ更新プロセスにより定量

デルなどを例に知識と意思決定の関係についても議論的に説明できることを示す。ベイズ更新が神経回路でどする予定である。

のように実現されているかについては今後の課題であ394

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

研究会報告（５）脳波位相同期ネットワークの時系列推定と変化点検知横山寛（生理学研究所 システム脳科学研究領域 神経ダイナミクス研究部門）

脳波にて一般的に見られる過渡的な位相同期現象のある。そこで本研究では，位相振動子のベイズ的結合推

背後には脳領域間の情報伝達に必要な機能的な役割が定手法に統計的異常検知の枠組みを取り入れたアプロあると考えられている。脳波の同期現象が示すネットワーチを提案し，脳波の位相同期現象に反映される機能的ークダイナミクスとその背後にあるメカニズムを明ら

ネットワークの時系列推定と変化点検知に挑戦する。

かにすることは，基礎・応用両方の観点において非常に今回の講演ではまず，シミュレーションデータに基づ重要である。しかし，その一方で，こうしたネットワー

く解析から，提案手法の妥当性や同手法が適用可能な振クとしての脳のダイナミクスを時系列的に評価するた動子の数などについて議論し，最後に実際の脳波データ

めの解析手法が十分に確立されていないという問題がに適用した最近の研究結果について紹介する。

（６）自発的神経活動の機能的意義
田中琢真（滋賀大学 データサイエンス研究科 データサイエンス学部）
課題を実行中の動物の皮質運動野において多数の神ような特性に基づいているのだろうか。学習則がわから経細胞の活動を記録すると，高次元の時系列が得られる。

ないので，実際にどのようなダイナミクスが実現される

この時系列を解析すると，ダイナミクスは比較的低次元

かは必ずしも答えられない。しかし，学習則によらず，の空間の中で生じていることがわかると報告されてい可能な回路のあらゆる構造の中で，ある特定の課題を実る。神経細胞が非常に多数ある場合は高次元のダイナミ行できるものを選び出すと，比較的類似の性質を持ってクスを示すことも可能なはずだが，実際に実現されるダいることがわかる。このような条件で選び出された回路

イナミクスがかなり低次元であるのは，神経回路のどのの特性について報告する。

（７）カオスの縁における神経活動の雪崩現象
豊泉太郎（理化学研究所 脳神経科学研究センター 数理脳科学研究チーム）
神経活動のダイナミクスを理解する上で，二種類の臨いませんでした。本講演では，シナプス強度の分布がガ界現象が重要とされています。一つは，非カオス状態かウス分布に従うような従来の神経ネットワークモデル

らカオス状態に転じる境界領域で観測される現象で，カでは，この二つの臨界現象を同時に再現できないことをオスの縁と呼ばれます。カオスの縁では，神経ネットワ示します。次に，近年生理実験で計測されているように，ークの計算効率が高まることが報告されています。もうシナプス強度の確率が裾の厚い分布を示すモデルを導一つは，連鎖的に起こる神経活動の規模の分布がべき乗入します。そして，このモデルではカオスの縁で雪崩現則に従う現象で，雪崩現象といいます。しかし，この二象が生じることを理論と数値解析によって示します。

つの臨界現象がどのように関係しているかは分かって395

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会

国際研究集会〔目

次〕

NIPS International Meeting on Cardiovascular Physiology 2020
生理および病態時の制御メカニズムの解析から明らかにする心血管系の総体的な理解~HOLISTIC UNDERSTANDING OF CARDIOVASCULAR SYSTEM BY MECHANISTIC ANALYSIS OFPHYSIOLOGICAL AND PATHOLOGICAL CONDITIONS~（Organizer: Hitoshi Kurose,

Caretaker: Motohiro Nishida 2020 年 12 月 25 日－12 月 26 日）·················· 400

399

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第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会

NIPS International Meeting on Cardiovascular Physiology 2020
生理および病態時の制御メカニズムの解析から明らかにする
心血管系の総体的な理解~HOLISTIC UNDERSTANDING OF CARDIOVASCULAR SYSTEMBY MECHANISTIC ANALYSIS OF PHYSIOLOGICALAND PATHOLOGICAL CONDITIONS~
2020 年 12 月 25 日－12 月 26 日
Organizer: Hitoshi Kurose (Kyushu University)
Caretaker: Motohiro Nishida (National Institute for Physiological Sciences)（１）Regulatory mechanism of cell fusion in skeletal myogenesis
Taichiro Tomida (Toho University)（２）Postnatal loss of gp130 indicates impaired cardiac contractility accompanied by inhibiting physiologicalproliferation of cardiomyocytes
Hiroyuki Kawagishi (Shinshu University)（３）B38-CAP is a bacteria-derived carboxypeptidase which resembles SARS-CoV-2 receptor ACE2 enzyme
activity and suppresses hypertension and cardiac dysfunction in mice
Teruki Sato (Akita University)（４）Senocule-induced sync-aging promotes pathologies in cardiovascular-metabolic disorders
Ippei Shimizu (Niigata University)（５）From receptor-operated Ca2+ channels to TRP channels-my personal challenge to understanding elusive but fascinating moleculesRyuji Inoue (Fukuoka University)（６）Tetrahydrobiopterin enhanced cardiac mitochondrial biogenesis via NOS-independent CaMKK2/PGC-1α pathway
Hyoung Kyu Kim (Inje University)（７）Adenosine Receptor: Therapeutic Target for Treatment of Cardiac Fibrosis
Supachoke Mangmool (Mahidol University, Thailand)（８）Energy Metabolism in the Hypoxic and Diabetic hearts
Amira Hajirah Abd Jamil (University of Malaya, Malaysia)（９）LXRα Inhibition of Autophagy in Hepatocytes: Impact on Fatty Liver Disease(Yun Seok Kim（Seoul National University/Dongguk University, South Korea）（10）Reproducing variable action potential configurations of hiPS-CMs by applying parameter optimization toa mathematical cardiomyocyte model
Yukiko Himeno (Ritsumeikan University)（11）Prevention of mitochondrial impairment by inhibition of protein phosphatase 1-Drp1 cascade in amyotrophic lateral sclerosis
Woong Sun (Korea University, South Korea)（12）Property and possible role of cardiac progenitors atypically-shaped cardiomyocytes
Mariko Omatsu-Kanbe (Shiga University of Medical Science)（13）BH4 activates CaMKK2 and rescues the cardiomyopathic phenotype in rodent models of diabetes
Jin Han (Inje University, South Korea)（14）Modulation of cardiac function by intervention in the regulatory mechanisms of actin dynamics in the sarcomere
Koji Sakata (Miyazaki University)400

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国際研究集会（15）TRPC6 positively regulates cardiac contractility by modulating β adrenergic receptor signaling
Sayaka Oda (National Institute for Physiological Sciences)（16）Cardioprotective effect of insulin on left ventricular diastolic dysfunction of diabetic cardiomyopathy throughdirect and indirect pathways
Yoshinori Mikami (Toho University)（17）Spatial and functional associations of mitochondria and local calcium release in murine sinoatrial nodal cells
Yukari Takeda (Fukui University)（18）Screening for factors causing the morphological remodelling of mitochondrial nucleoids
Soumyadip Pal (Osaka University)（19）Regulatory mechanism of mitochondrial immune response against RNA virus infection
Yuki Hanada (Osaka University/Kyushu University)（20）Cardiac Mitofusin-1 is Declined in Non-responding Patients with Heart failure
Yung-Ting Hsiao (Niigata University)（21）Implantable tissue engineered blood vessels fabricated by periodic hydrostatic pressure
Tomoyuki Kojima (Yokohama City University)（22）Involvement of TRPC3-Nox2 axis in ACE2-mediated SARS-CoV-2 infection in hearts
Yuri Kato (Kyushu University)（23）Functional role of delayed rectifier K+ current in the spontaneous automaticity of the guinea-pig pulmonary vein
cardiomyocytes
Xinya Mi (Shiga University of Medical Science)（24）Presence of ANP promotor-driven AcGFP-expressing cardiac progenitor cells in mice heart
Ryo Fukunaga (Shiga University of Medical Science)（25）Obesity associated Pro-Fibrotic Protein Augments Fibrosis in Heart
Yuki Tsukano (Niigata University)（26）Brown adipose tissue dysfunction promotes metabolic disorder in a failing heart
Yohko Yoshida (Niigata University)（27）Three-dimensional multilayers of smooth muscle cells acquire arterial physiology
Shota Tanifuji (Tokyo Medical University)（28）Sex differences in functional morphology of the murine fetal heart
Junko Kurokawa (University of Shizuoka)（29）Role of PARP1-PKM2 axis in the pathogenesis of Right Ventricular Failure associated with Pulmonary Arterial Hypertension
Tsukasa Shimauchi (Laval University, Canada)（30）Dynamic regulation of mitochondrial membrane in cellular signaling and differentiation
Naotada Ishihara (Kyushu University/Kurume University)（31）Protective roles of MITOL against myocardial senescence and ischemic injury partly via Drp1 regulation.
Shigeru Yanagi (Gakushuin University)（32）Metabolic adaptation in the regulation of cardiomyocyte cell cycle ~how mammals deal with a mismatch between
development and birth timing~.
Wataru Kimura (Institute of Physical and Chemical Research)（33）G protein selectivity of antagonists
Hitoshi Kurose (Kyushu University)401

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会【参加者名】Taichiro Tomida (Toho University), Hiroyuki Kawagishi

Okamoto (Akita University), Hideaki Tagashira (Fukuoka(Shinshu University), Teruki Sato (Akita University), Ippei

University), Yutaro Tsujita (Fukuoka University), Momoka

Shimizu (Niigata University), Ryuji Inoue (Fukuoka University),

Yamaguchi (University of Shizuoka), Jun Ichikawa (Fukuoka

Supachoke Mangmool (Mahidol University, Thailand), Amira

University), Ryu Takeya (Miyazaki University), Masaki

Hajirah Abd Jamil (University of Malaya, Malaysia), Yun Seok

Kameyama (Kagoshima University), Akira Ooka (University ofKim (Seoul National University/Dongguk University, South

Shizuoka), Naoki Dohi (University of Shizuoka), Satomi Adachi-

Korea), Yukiko Himeno (Ritsumeikan University), Woong Sun

Akahane (Toho University), Daisuke Ohshima (Toho University),(Korea University, South Korea), Mariko Omatsu-Kanbe (Shiga

Kazuharu Furutani (Tokushima Bunri University), Katsuya

University of Medical Science), Jin Han (Inje University), Tsukasa

Hirano (Kagawa University), Satomi Kita (Tokushima Bunri

Shimauchi (Laval University, Canada), Naotada Ishihara (Osaka

University), Tomohisa Ishikawa (University of Shizuoka),

University), Shigeru Yanagi (Gakushuin University), Wataru

Hiroyuki Nakamura (Shinshu University), Sayumi Kotani

Kimura (Institute of Physical and Chemical Research), Hitoshi(Kyushu University), Hana Inoue (Tokyo Medical University),

Kurose (Kyushu University), Koji Sakata (Miyazaki University),

Tomoe Nakamura-Nishitani (Wakayama Medical University),

Sayaka Oda (National Institute for Physiological Sciences),

Kotaro Kasai (Kyushu University), Iyuki Namekata (Toho

Yoshinori Mikami (Toho University), Yukari Takeda (Fukui

University), Ryoji Shirasaka (Kyushu University), Yuki Uchibori

University), Soumyadip Pal (Osaka University), Yuki Hanada(Kyushu University), Riku Kawanabe (Kyushu University), Yuto

(Osaka University), Yung-Ting Hsiao (Niigata University

Shiraishi (Kyushu University), Akira Yonamine (Kyushu

Graduate School of Medical and Dental Sciences), Tomoyuki

University), Ryota Shimaoka (Kyushu University), Ryo Yoshiki

Kojima (Tokyo Medical University), Yuri Kato (Kyushu(Kyushu University), Sang Geon KIM (Dongguk University),

University), Xinya Mi (Shiga University of Medical Science), Ryo

Choongho Lee (Dongguk University), Tatsuki Kurokawa (Oita

Fukunaga (Shiga University of Medical Science), Yuki Tsukano

University), Tomo Kita (Fukuoka University), Takayuki Nemoto(Niigata University), Yohko Yoshida (Niigata University), Shota(Fukuoka University), Koki Narimatsu (Kyushu University),

Tanifuji

Kurokawa

Utako Yokoyama (Tokyo Medical University), Yuka Furumoto(University of Shizuoka), Motohiro Nishida (National Institute for(Kyushu University), Young Hee Choi (Dongguk University),

Physiological Sciences), Kunitoshi Uchida (University ofTakero Nakajima (Shinshu University), Kakeru Shimoda (TheShizuoka), Yasunari Kanda (National Institute for Health

Graduate University for Advanced Studies), Tomohiro Tanaka

Sciences), Akiyuki Nishimura (National Institute for Physiological(National Institute for Physiological Sciences), Tomonori Yasuda

Sciences), Reishin Okubo (Kyushu University), Koichi Ayukawa(Kyushu University), Yuya Taniguchi (Kyushu University),(Kyushu University), Kazuhiro Nishiyama (Kyushu University),

Masanori Ito (Toho University), Michiko Tashiro (Tokyo Medical

Mitsuhiko Yamada (Kyushu University), Susumu Minamisawa

University), Noburo Takizawa (Kyushu University), Takeru Fujii(The Jikei University school of Medicine), Sara Jodai (Kyushu(Kyushu University), Shunichi Kajioka (International University

University), Takuro Numaga-Tomita (Shinshu University),of Health and Welfare), Yukinori Nagakura (International

Kosuke Sakata (Kyushu University), Daiki Tomokiyo (Kyushu

University of Health and Welfare), Hiroki Mishima (Nagoya City

University), Yoshihiro Kubo (National Institute for Physiological

University), Riko Miyaki (Nagoya City University), Yuki Sawai

Sciences), Daiju Yamazaki (National Institute for Health Sciences),(Nagoya City University), Taiju Katayama (Nagoya City

Kazuho Sakamoto (University of Shizuoka), Kazuma Korogi

University), Yoshiaki Suzuki (Nagoya City University), Riko

(Kyushu University), Makoto Takano (Kurume University),

Ogawa (Nagoya City University), Hisao Yamamura (Nagoya City

Satoshi Matsuoka (Fukui University), Ayako Takeuchi (Fukui

University), Aya Yamamura (Aichi Medical University),

University), Akira Amano (Ritsumeikan University), Akinori

Yasuhiro Jinno (International University of Health and Welfare),Noma (Ritsumeikan University), Etsuko Minobe (Kagoshima

Nanaho Michigami (Nagoya City University), Tomo Kurata

University), Yukiko Kaneko (University of Shizuoka), Yosuke(Nagoya City University), Kazuyuki Matsumoto (Nagoya City

(TokyoMedical

University),

Junko

402

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会

University), Mina Ota (Nagoya City University), Yu Hasegawa

and Welfare), Taiki Amano (Nagoya City University), Yukino(International University of Health and Welfare), Mayumi Hirano

Kato (Nagoya City University), Takahisa Suzuki (Nagoya City

(Kyushu University), Shunsuke Ando (Nagoya City University),

University), Naoki Kawata (Nagoya City University), Yuto

Akari Deguchi (Nagoya City University), Akiko Kawade (Nagoya

Yamauchi (Kyushu University), Keiji Kuba (Akita University),

City University), Sou Inagaki (Nagoya City University), Shingo

Hyoung Kyu Kim (Inje University, South Korea), Sang Geon Kim

Murakami (Chuo University), Risa Kurose (Nagoya City

(Seoul National University/Dongguk University, South Korea)

University), Kentaro Shibata (International University of Health【概要】
20-401“Holistic understanding of cardiovascular systemof the new coronavirus infection (COVID-19) pandemic, but theby mechanistic analysis of physiological and pathologicalexchange of opinions was as lively as face-to-face meeting.

conditions”

The relationship between mitochondria quality control andWorkshopmetabolic reprogramming is extremely important for the repair(Organizer: Prof. Hitoshi Kurose (Kyushu University, Graduate

and regeneration of the heart. Leading researchers in this field

School of Pharmaceutical Sciences), Caretaker: Prof. Motohiro

are Prof. Woong Sun (Korea University, Korea), Prof. Jin Han

Nishida) was held online for two days from Dec. 25 to Dec. 26,(Inje University, Korea), Prof. Naotada Ishihara (Osaka

2020. It was mainly organized by next-generation young

University), Prof. Wataru Kimura (RIKEN), Prof. Shigeru

researchers who are working on cutting-edge research such as

Yanagi (Gakushuin University). They introduced their cutting-mechanisms underlying the maintenance and transfiguration ofedge research achievements. Dr. Yun Seok Kim (Seoul National

cardiovascular metabolisms and functions from molecule/

University, South Korea) suggested an innovative therapeuticorganelle to systems. Seven foreign active (& young) researchers

strategy targeting lipophagy for the treatment of Non-alcoholic

were invited from South Korea (4), Canada (1), Thailand (1), andsteatohepatitis. Honorary Prof. Ryuji Inoue (Fukuoka University)

Malaysia (1), and 12 speakers from Japan (2 of them were

presented his history of electrophysiological discovery of

lectures commemorating the retirement of Profs. Kurose andreceptor-operated cation (ROC) influx in blood vessels and

Ryuji Inoue (Fukuoka University School of Medicine)). In

introduced TRP channel group as its molecular entity of ROC

addition, 15 graduate students and young researchers gave oral

channels and their unique electrophysiological properties. He

presentations. There were 135 participants (including 9 fromalso established a mathematical model to express what he foundoverseas) in total. In this workshop, we covered the following

from many years of his research and what he still can not

topics: cardiovascular functions and energy metabolism, signal

understand. Prof. Kurose introduced his achievements ontransduction, organelle quality control, multi-organelle crosstalk,elucidating the roles of heterotrimeric G protein family in cardiac

aging, practical application of iPS-derived myocardium, andremodeling and the development of new drugs targeting proton-

drug discovery. We held this workshop online in consideration

sensing GPCRs. We really enjoyed this exciting workshop.

The

above-mentioned

NIPS

International（1）Regulatory mechanism of cell fusion in skeletal myogenesis

Taichiro Tomida, Kimitaka Yamaguchi, Masanori Ito, Yoshinori Mikami, Daisuke Ohshima, Satomi Adachi-Akahane(Department of Physiology, Faculty of Medicine, School of Medicine, Toho University)
Multinucleation of myoblast to form myotube is an

In this study, aiming at clarifying the key mechanism responsible

irreversible differentiation step during skeletal muscle formation.

for muscle formation and regeneration, we investigated theThis process is initiated by cell-cell fusion of myoblasts via

regulatory mechanism and physiological function of fusogenic

fusogenic transmembrane proteins Myomerger and Myomaker.

proteins in C2C12 cells. By challenging kinase inhibitors on

403

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会

differentiating C2C12 myoblasts, we identified p38MAPK

genes such as troponin-T on differentiation. Our results indicate

activation as a critical step in fusion as well as expression of boththat p38MAPK is involved in the cell fusion process, which

Myomerger and Myomaker. FRET imaging analysis revealed

occurs independently of cell differentiation, thus further

that p38 MAPK is highly activated during differentiation.

implying that p38MAPK may mediate inflammatory cytokine-

Myomerger-KO C2C12 cells lacked multinucleation as would

induced cell fusion in regulating skeletal myogenesis.

be expected, although these cells expressed muscle-specific（2）Postnatal loss of gp130 caused impaired cardiac contractility accompanied by inhibition ofphysiological proliferation of cardiomyocytes〇Hiroyuki Kawagishi1,2, Tsutomu Nakada3, Takuro Numaga-Tomita2, Mitsuhiko Yamada2( 1Department of Biotechnology, Institute for Biomedical Sciences, Shinshu University
2Department of Molecular Pharmacology, Shinshu University School of Medicine, Shinshu University
3Department of Instrumental Analysis, Research Center for Supports to Advanced Science, Shinshu University)

Mammalian ventricular cardiomyocytes (VCM) are still

contractility of the left ventricle (LV) and in the thickness of thepremature at birth and continue to differentiate, for instance, theLV wall. Postnatal gp130 conditional knockout mice, which were

excitation-contraction coupling system by weaning. In addition,

established by adeno-associated virus-mediated cardiomyocyte-mouse VCMs also undergo physiological cell division several

specific deletion of gp130 at postnatal day 1, recapitulated thistimes within approximately one week after birth. Although several

pharmacological observation. Interestingly, both mouse models

factors regulate the proliferation, it is still unclear what roles thisdemonstrated the significant reduced proliferation of VCMs in the

proliferation plays in the postnatal cardiac maturation. Here, we

LV but not in the right ventricle albeit each cell exhibited almost

examined a role of gp130, a main subunit of receptors for the

intact excitation-contraction coupling. Therefore, we found thatinterleukin-6 family of cytokines in this process. Daily

gp130 played a crucial role in the functional cardiac development

subcutaneous injection of a specific gp130 inhibitor SC144, fromby promoting postnatal physiological VCM proliferation.

postnatal day 1 to 20, induced a significant decrease in the（3）B38-CAP is a bacteria-derived carboxypeptidase which resembles SARS-CoV-2 receptor ACE2
enzyme activity and suppresses hypertension and cardiac dysfunction in mice
〇Teruki Sato1,2, Takafumi Minato1, Satoru Nirasawa3, Tomokazu Yamaguchi1,
Hiroyuki Watanabe2, Yumiko Imai4, Saori Takahashi5, Keiji Kuba1( 1Department of Biochemistry and Metabolic Science, Akita University Graduate School of Medicine
2Department of Cardiovascular Medicine, Akita University Graduate School of Medicine
3Biological Resources and Post-Harvest Division, Japan International Research Center for Agricultural Sciences
4Laboratory of Regulation of Intractable Infectious Diseases, National Institute of Biomedical Innovation, Health and Nutrition
5Akita Research Institute of Food and Brewing)

Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) is a carboxypeptidase

critically involved in cardiovascular disorder, lung injury, or

which negatively regulates the renin-angiotensin system,

fibrotic kidney disease, whereas ACE2 is a SARS-CoV-2

404

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会

receptor for virus entry into cells. Recombinant soluble humankinetics as human ACE2. Treatment with B38-CAP reduced

ACE2 protein (rhACE2) is a glycosylated protein which requires

plasma angiotensin II levels and suppressed angiotensin II or

time- and cost-consuming protein production in mammalianpressure-overload induced pathological remodeling and cardiac

cells. Here we show that the B38-CAP, a carboxypeptidase

dysfunction in mice, without any overt toxicity of liver andderived from Paenibacillus sp. B38, is a novel ACE2-likekidney. Our data identified the bacterial B38-CAP as an ACE2-

enzyme. Comparative analysis of protein 3D structures revealed

like carboxypeptidase exhibiting ACE2like functions in vitro

that B38-CAP homologue shares structural similarity toand in vivo. These results indicate that evolution has shaped amammalian ACE2 without any apparent sequence identity. In

bacterial carboxypeptidase to a human ACE2-like enzyme.

vitro, recombinant B38-CAP protein catalyzed the conversion ofBacterial engineering could be utilized to design improved

angiotensin II to angiotensin 1-7 with the same potency andprotein drugs for hypertension and heart failure.

（4）Senocule-induced sync-aging promotes pathologies in cardiovascular disorders
Ippei Shimizu1,2(1Department of Cardiovascular Biology and Medicine, Niigata University Graduate School of Medical and Dental Sciences
2Division of Molecular Aging and Cell Biology, Niigata University Graduate School of Medical and Dental Sciences)

Mechanisms contributing for the synchronization of aging

Administration of oxidized choline also reduced muscle strength,(sync-aging) are yet to be defined. Here, we define

induced fibrosis in skeletal muscle, and electron microscopy“senometabolite” or “senoprotein” as circulating metabolites

showed an increase in dysfunctional mitochondria both in thehaving causal roles for the synchronization and progression ofheart and skeletal muscle. In aged wild type mice, metabolomic

aging. We did metabolomics studies in aged individuals or

study showed oxidized choline increased in plasma. We alsopatients with heart failure and found oxidized choline increased

identified a secreted type profibrotic protein (s-PP) that would

under these conditions compared to respective controls. We

increase with aging or obesity. Genetic suppression of s-PP

generated murine left ventricular (LV) pressure overload model

resulted in amelioration of fibrosis in atrium, left ventricle,

and found that oxidized choline increased both in plasma andkidney and liver. Our studies indicate this profibrotic protein has

failing heart. Administration of oxidized choline deteriorated

pathogenic roles for heart failure with preserved ejection fraction

cardiac function, in contrast, genetic model showed suppression(HFpEF), atrial fibrillation, chronic kidney disease andof this metabolite ameliorated systolic dysfunction in LV

nonalcoholic steatohepatitis (NASH), and we categorized it aspressure overload model. Proteomic study showed that oxidized“senoprotein”. Aging process is still mysterious and continues tocholine reduced the expression of cytochrome c oxidase subunit1,

be an interesting topic to be explored. Our findings indicate thatand metabolomics study showed that both ATP andsuppression of circulating senometabolite or senoprotein would

phosphocreatine level significantly reduced in cardiac tissues of

become therapies for age related disorders.

wild

type

mice

administrated

with

this

metabolite.

405

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（5）From receptor-operated Ca2+ channels to TRP channels -my personal challenge to understanding
elusive but fascinating molecules-

Ryuji Inoue(Division of the Promotion of Sciences, Fukuoka University; Department of Physiology,
Fukuoka University School of Medicine)In the lecture, I would briefly look back my past research

final answer to my long-standing question of “what is ROC”.

experience. I started the research work in 1983 as a doctoral

Soon after adopting the molecular biology, I realized thatstudent of Prof. Kuriyama’s lab. With new patch clamp technique,numerical model-based simulations is inevitably required. His

he could finish the work about large-, middle- and small-group has got a few interesting outcomes that account for the

Ca2+-activatedK+

channels in vascular smoothfollowing findings. First, a gain-of-function mutation of TRPM4

muscle cells. However, the entity of receptor-operated Ca2+ entry

channel which facilitates premature excitations (e.g., EADs) can(ROC) mechanism still remained hypothetical. However,also cause conduction failure/block. Second, the slight differences

situation was (partly) ended by the discovery of the mammalianof sensitivity to phosphatidylinositol-4,5-diphosphate between

homologues (TRP channels) of Drosophila melanogaster’s trp

TRPC3/TRPC6/TRPC7 subfamily likely underlies the vascular

proteins, the nonselective cation channels originally identified asover-reactivity associated with essential hypertension. I finallythe mutants associated with aberrant visual transduction thatmentioned a couple of important things, what guided me is not

involves phospholipase C-mediated PIP2 hydrolysis. I participated

my decisive attitude toward well-defined goals, but unexpectedin this initial discovery process by showing that TRPC6 is theand invaluable encounters with many distinguished people insidemolecular identification of ‘native’ Ca2+-permeable nonselective

and outside of Japan. Furthermore, I have learned through thesecation channels activated by α1-adrenoceptor stimulation. It is

encounters is that good ideas would always result from what

now well accepted that the members of TRP superfamily are

finally convince us through ever-lasting questioning andubiquitously expressed and involved in a broad range ofchallenging actions.

conductancephysiology and pathophysiology. TRP channels would give the（6）Tetrahydrobiopterin enhanced cardiac mitochondrial biogenesis via NOS-independent
CaMKK2/PGC-1 pathway〇Hyoung Kyu Kim1, Nam Mi Park1, Pham Trong Kha1, Sun-Woo Kim1, Ippei Shimizu2, Tohru Minamino2, Jin Han1
(1Cardiovascular and Metabolic Disease Center, Inje University, Busan, Republic of Korea
2Department of Cardiovascular Biology and Medicine, Niigata University Graduate School of Medical and Dental Sciences)

Tetrahydrobiopterin (BH4) is an endogenous cofactor for

late-stage DCM, furthermore the underlying fundamental

various enzymatic conversions of essential biomolecules.

mechanism by using type 2 diabetic rats and Spr-/- mice, aDepending on the physiological functions of these molecules,

genetic model of BH4 deficiency. Diabetic rats and Spr-/- mice,

BH4 plays multiple roles in the cardiovascular, immune, nervous

had cardiac remodeling, lower cardiac contractility, andand endocrine systems. A deficiency of BH4 has been implicatedmitochondrial dysfunction, which recovered with BH4

in various cardiovascular and metabolic diseases. We tested

supplementation. The AMPK and PGC1α signaling pathways,

whether BH4 deficiency is involved in diabetic cardiomyopathy

key modulators of OXPHOS, were downregulated in both(DCM) and the therapeutic potential of BH4 supplementation formodels, which recovered with BH4 supplementation. As

406

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会

upstream regulatory mechanism of both pathways, BH4 directly

activator showing therapeutic potential for recovering thebound to CaMKK2 and activated downstream pathways, PGC1αcardiac remodeling and mitochondrial functions in DCM.

and AMPK, in cardiomyocytes. BH4 is a novel CaMKK2（7）Adenosine Receptor: Therapeutic Target for Treatment of Cardiac Fibrosis

Supachoke Mangmool(Department of Pharmacology, Faculty of Science, Mahidol University, THAILAND)

Cardiac fibrosis is one of the major causes of heart failure

resulting in cardiac fibrosis. Thus, it is crucial to discover theand contributes to the abnormality of cardiac functions. Afternew therapeutic approaches to prevent and reverse underlying

cardiac injury, a number of paracrine and neuronal hormone

cardiac fibrosis. Adenosine can reduce the cell proliferation

systems (e.g., angiotensin II (Ang II) and endothelin-1 (ET-1)

and myofibroblast differentiation of cardiac fibroblasts,

promote cardiac fibroblast activation, leading to fibroblast

supporting the cardioprotective effects of adenosine. Thus, theproliferation, extracellular matrix (ECM) overproduction, andidentification of the molecular mechanisms of adenosine-

myofibroblast differentiation. The ECM accumulation andmediated signaling on inhibition of cardiac fibrosis will help us

differentiation of fibroblast into myofibroblast lead to theto discover the new compounds acting on stimulation of

replacement of cardiac myocytes with fibrotic scar tissue,

adenosine receptor for prevention of cardiac fibrosis.

（8）Energy Metabolism in the Hypoxic and Diabetic hearts〇Amira Hajirah Abd Jamil, Muhammad Danish Badrul Hisham(Department of Pharmaceutical Life Sciences, Faculty of Pharmacy, University of Malaya, MALAYSIA)

Abnormalities in cardiac substrate metabolism have been

metabolism and metabolite levels regulate transcription, post-

identified in many pathologies, and have been shown to impair

translational modification, and enzyme activity in the heart.

cardiac function, accelerate disease progression and to predict

Specifically, we are interested in the roles played by lipids andmortality. Given the pivotal role of metabolism in keeping theoxidized lipids within the heart, and this presentation willheart contracting, a greater understanding on what metabolism

summarize how they may be driving molecular changes thatcan do and how this is modified in diseases may facilitate theare associated with the metabolic and cardiac dysfunction,

development of new therapeutic targets for the heart. Using

particularly when exposed to hypoxia and diabetes.

animal models, our research aims to understand how abnormal

407

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（9）LXRα Inhibition of Autophagy in Hepatocytes: Impact on Fatty Liver Disease〇Yun Seok Kim1,2 and Sang Geon Kim2
(1Department of Clinical Pharmacology, College of Medicine, Seoul National University, SOUTH KOREA
2College of Pharmacy, Dongguk University, SOUTH KOREA)

Fat accumulation results from increased fat absorption andlet-7a and microRNA-34a, which directly regulate ATG4B anddefective fat metabolism. Liver X receptor α (LXRα) increases

Rab-8B, were increased by LXRα. The cell-based experiments

lipogenesis. However, its role in lipolysis and fat utilization was

confirmed that let-7a and miR-34a were transcriptionally

unknown. This study investigated the regulatory effect of LXRα

regulated by LXRα. Consistently, LXRα lowered mitochondrialon autophagy in hepatocytes. Gene sets annotated to ‘autophagy’

function with increase of fat accumulation. In obese animals oror ‘lytic vacuole’ were enriched in LXR knockout livers.

non-alcoholic fatty liver disease patients, Let-7a and miR-34a

Reduced autophagy due to a high-fat diet was increased bywere up-regulated with decreases of ATG4B and Rab-8B. These

depleting LXRα. Mechanistically, ATG4B and Rab-8B,

results suggested LXRα and let-7a/miR-34a as new therapeutic

autophagy-related proteins, were repressed by LXRα. In addition,

targets against non-alcoholic fatty liver disease progression.

（10）Reproducing variable action potential configurations of hiPS-CMs by applying parameter
optimization to a mathematical cardiomyocyte model〇Yukiko Himeno1, Hirohiko Kohjitani2, Futoshi Toyoda3, Zhang Yixin1, Akira Amano1, Akinori Noma1(1Ritsumeikan University, College of Life Sciences, Department of Bioinformatics
2Kyoto University, Graduate School of Medicine, Department of Cardiovascular Disease
3Shiga University of Medical Science, Department of Physiology)

Human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes

set of ionic channels coded by the same genes as the donor. Then(hiPS-CMs) are cultured myocytes which have a whole set ofthe maximum conductance parameters of individual ionicgenome of each donor and considered as a potent material forchannels of a mathematical human ventricular cell model werestudying genome-specific cardiotoxicity. However, the wide

modified by parameter optimization to fit to various

variation of action potential (AP) configurations in hiPS-CMs

experimental APs. By applying membrane potential dependentamong cells even within the same clonal strain prevents practicalparameters obtained by AP clamp as constraints, we could

realization. To overcome this problem, it was hypothesized thatsucceed in optimizing the fitting efficiency and developing

this variation stems from variations in expression levels ofmathematical hiPS-CM models in a semi-automatic manner.

individual channel proteins, because hiPS-CMs possess the same408

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（11）Prevention of mitochondrial impairment by inhibition of protein phosphatase 1-Drp1 cascade in
amyotrophic lateral sclerosis
So Yoen Choi1, Ah-Young Chung2, Hae-Chul Park2, Hyun Kim1, Ju-Hyun Lee1, Jae Ryun Ryu1, 〇Woong Sun1
(1Department of Anatomy, Korea University College of Medicine, Republic of Korea
2Graduate School of Medicine, Korea University College of Medicine, Republic of Korea)

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative

mutations, and the dephosphorylation was mediated by thedisease caused by progressive loss of motor neurons (MNs) andpathological induction of protein phosphatase 1 (PP1) activity insubsequent muscle weakness. These pathological features arethese models. Suppression of the PP1-Drp1 cascade effectively

associated with numerous cellular changes, including alteration

prevented ALS-related symptoms, including mitochondrialin mitochondrial morphology and function. However, thefragmentation, mitochondrial complex I impairment, axonal

molecular mechanisms associating mitochondrial structure withdegeneration, and cell death, in primary neuronal culture models,

ALS pathology are poorly understood. In this study, we found

iPSC-derived human MNs, and zebrafish models in vivo. These

that Dynamin-related protein 1 (Drp1) was dephosphorylated inresults suggest that modulation of PP1-Drp1 activity may be aseveral ALS models, including those with SOD1 and TDP-43

therapeutic target for multiple pathological features of ALS.

（12）Property and possible role of cardiac progenitors atypically-shaped cardiomyocytes〇Mariko Omatsu-Kanbe1, Ryo Fukunaga1, Kakeru Shimoda2, Masakazu Agetsuma3,
Junichi Nabekura3, Motohiro Nishida2, Hiroshi Matsuura1(1Department of Physiology, Shiga University of Medical Science
2Division of Cardiocirculatory Signaling, National Institute for Physiological Sciences
3Division of Homeostatic Development, National Institute for Physiological Sciences)

The adult heart comprises cardiomyocytes, vascular smooth

those in the ventricular myocytes. Based on the evidence thatmuscle cells, fibroblasts and cardiac stem or progenitor cells.

ACM abundantly express ANP, we prepared ANP promotor-

Atypically-shaped cardiomyocytes (ACMs) were identified as

driven AcGFP-expressing mice generated by infection of adeno-

spontaneously beating cells in the cultures of interstitial cell

associated virus (AAV2-9) encoding pANP-AcGFP to visualize

fractions from adult mouse hearts and express proteins specificand trace ACMs. In this study, we examined the nature of ACMs

for atrial and ventricular myocytes, SA nodal cells and fetal heartin the heart obtained from the knock-in mice. The localization ofcells, thus suggesting that these cells are likely to be cardiac

ACMs was confirmed in the interstitial space among ventricularprogenitors. These cells displayed peculiar morphology withmyocytes. We also found that signs of fusion between ACMs

many protrusions and contain multiple nuclei with irregularand ventricular myocytes in hypertrophied heart. The results

shapes. Neighbored ACMs in culture were observed to be fusedsuggest that ACMs plays a role in the heart at least underwith each other resulting in the larger cells with more

pathophysiological conditions.

complicated shapes. Such characteristics are far different from409

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（13）BH4 activates CaMKK2 and rescues the cardiomyopathic phenotype in rodent models of diabetes
Hyoung Kyu Kim1, Ippei Shimizu2, Tohru Minamino2, Bernd Nilius3, 〇Jin Han1
(1Department of Physiology, BK21 Plus Project Team, College of Medicine, Smart Marine Therapeutics Center,
Cardiovascular and Metabolic Disease Center, Inje University, Busan, Korea
2Department of Cardiovascular Biology and Medicine, Niigata University Graduate School of Medical and Dental Sciences
3Katholieke Universiteit Leuven, Department of Cellular and Molecular Medicine, Leuven, Belgium)Proteomics

Diabetic cardiomyopathy (DCM) is a major cause ofanalysis

revealedoxidative

phosphorylationmortality/morbidity in diabetes mellitus patients. Although(OXPHOS) as the BH4-targeted biological pathway in diabetic

tetrahydrobiopterin (BH4) shows therapeutic potential as anhearts as well as BH4- mediated rescue of down-regulatedendogenous cardiovascular target, its effect on myocardial cells

peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator 1-α

and mitochondria in DCM and the underlying mechanisms(PGC-1α) signaling as a key modulator of OXPHOS andremain unknown. Here, we determined the involvement of BH4

mitochondrial biogenesis. Mechanistically, BH4 bound to

deficiency in DCM and the therapeutic potential of BH4

calcium/calmodulin-dependent

supplementation in a rodent DCM model. We observed a(CaMKK2) and activated downstream AMP-activated protein

decreased BH4:total biopterin ratio in heart and mitochondria

kinase/cAMP response element binding protein/PGC-1α

accompanied by cardiac remodeling, lower cardiac contractility,

signaling to rescue mitochondrial and cardiac dysfunction inand mitochondrial dysfunction. Prolonged BH4 supplementation

DCM. These results suggest BH4 as a novel endogenous

improved cardiac function, corrected morphological abnormalities

activator of CaMKK2.

proteinkinasekinase2in cardiac muscle, and increased mitochondrial activity.

（14）Modulation of cardiac function by intervention in the regulatory mechanisms of actin dynamics
in the sarcomere〇Koji Sakata1,2, Sho Matsuyama1,3, Yohko Kage1, Morimoto Sachio4, and Ryu Takeya1(1Department of Pharmacology, Faculty of Medicine, University of Miyazaki
2Department of Internal Medicine, Circulatory and Body Fluid Regulation, Faculty of Medicine, University of Miyazaki
3Department of Cardiovascular Surgery, Kyushu University Graduate School of Medical Sciences
4Department of Health Sciences at Fukuoka, International University of Health and Welfare)

Genetic mutations in sarcomeric proteins are a major cause of

cardiac function of intact mice but ameliorates cardiac

cardiomyopathy. Recently, direct modulation of the sarcomere,

dysfunction in cardiomyopathic mice. To elucidate the exact rolei.e., activation or inhibition of myosin motor protein, has beenof Fhod3 in the cardiac function, we examined the effect of theemerged as a novel approach to potentially treat heart failure andformin inhibitor SMIFH2 on the contractility of isolated

cardiomyopathy. By contrast, it remains unclear whether

perfused hearts. We found that SMIFH2 enhanced the cardiac

modulation of actin dynamics in the sarcomere could lead tocontractility, suggesting the possibility that actin dynamics in the

improvement of cardiac function. Indeed, we have shown so far

sarcomere could be a potential therapeutic target for cardiac

that the actin-organizing formin protein Fhod3 has two opposing

diseases.

roles in cardiac function; genetic inhibition of Fhod3 impairs

410

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（15）TRPC6 positively regulates cardiac contractility by modulating  adrenergic receptor signaling〇Sayaka Oda1,2,3,6, Supachoke Mangmool4, Yohei Yamaguchi5, Yuri Kato7, Tomohiro Tanaka1,2,6,
Kazuhiro Nishiyama7, Akiyuki Nishimura1,2,3,6, Gentaro Iribe5, Motohiro Nishida1,2,3,6,7(1National Institute for Physiological Sciences
2Exploratory Research Center on Life and Living Systems, National Institute for Physiological Sciences
3The Graduate University for Advanced Studies
4Mahidol University, THAILAND
5Asahikawa Medical University
6National Institutes of Natural Sciences
7Kyushu University)

A member of transient receptor potential canonical (TRPC)

contraction by βAR stimulation. The βAR-stimulated increasechannels, TRPC6 is activated downstream of receptor

of intracellular cAMP was also reduced in TRPC6-silencing

signaling and permeates various cations. Although many

neonatal rat cardiomyocytes. In fact, norepinephrine stimulated

studies suggest the involvement of TRPC6 in cardiovascular

Gq-coupled α1AAR, which led to increases in intracellular Zn2+

pathology, physiological role of TRPC6 is still unrevealed. In

concentration through TRPC6 channel activation. Inhibition oforder to investigate the function of TRPC6 in heart, we focus

α1AAR and chelation of intracellular Zn2+ suppressed theon sympathetic nervous system, which plays pivotal roles in

norepinephrine-induced increase of cAMP production. In

maintaining cardiovascular homeostasis. We found that thecontrast, α1AAR activation enhanced cAMP production

increase of cardiac contractility after β adrenergic receptor

through TRPC6-mediated Zn2+ influx. These results suggest(AR) stimulation (positive inotropic effect) was reduced inthat TRPC6 positively regulates cardiac contractility by

TRPC6- deficient mice. Compared to wild type, TRPC6-

modulating βAR signaling through α1AAR-Zn2+ axis.

deficientventricularcardiomyocytes

showedalower（16）Cardioprotective effect of insulin on left ventricular diastolic dysfunction of diabetic cardiomyopathy
through direct and indirect pathways〇Yoshinori Mikami, Masanori Ito, Taichiro Tomida, Daisuke Ohshima, Satomi Adachi-Akahane(Department of Physiology, Faculty of Medicine, Toho University)

Left ventricular (LV) diastolic dysfunction is one of theimplanted with insulin pellets for 3 weeks, diastolic function andearliest changes in diabetic cardiomyopathy. However, its onset

the phosphorylation levels of eNOS-Ser1177 and PLN-Ser16

mechanism remains to be clarified. We aimed to clarify thewere reverted to the control levels. Interestingly, insulin

cardioprotective mechanism of insulin against diastolic

increased the plasma erythropoietin (Epo) level in STZ-4W mice,

dysfunction in diabetic cardiomyopathy. In type1 DM modeland subcutaneous injection of Epo induced phosphorylation ofmice 4 weeks after streptozotocin injection (STZ- 4W), the LV

eNOS-Ser1177 in the ventricle. These results indicate thatdiastolic function was impaired and the phosphorylation levels

insulin restores LV diastolic function by the phosphorylation ofof eNOSSer1177 and phospholamban (PLN)-Ser16 wereeNOS-Ser1177 through both direct and indirect pathways in thesignificantly lower than those of control mice. In STZ-4W miceearly stage of diabetic cardiomyopathy in T1DM model mice.

411

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第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（17）Spatial and functional associations of mitochondria and local calcium release in murine sinoatrial
nodal cells〇Yukari Takeda and Satoshi Matsuoka(Department of Integrative and Systems Physiology, Faculty of Medical Sciences, University of Fukui)

The pacemaker activity of sinoatrial nodal cells (SANCs) isof Ca2+ transient cycle length (CL) appeared with a higher

modulated by a functional interplay of ion channels at the plasma

probability in close proximity to mitochondria. Although LCR

membrane and local calcium release (LCR) from theincreases toward the late phase of CL, occurrence of the late LCR

sarcoplasmic reticulum (SR). Our recent studies have focused on

nearby mitochondria was not significantly higher than thoseunderstanding contribution of mitochondrial Na+-Ca2+ exchanger

outside of mitochondria. Attenuation of mitochondrial Ca2+

(NCXm) to LCR in SNCs. Although it is anticipated that

efflux by a NCXm inhibitor, CGP-37157, reduced the amplitude

Ca2+

of LCR, simultaneously prolonged LCR period and CL. CGP-

handling of nearby SR, the spatial interrelation between

37157 also attenuated the occurrence of early LCRs. Together,mitochondria and LCR has not been thoroughly clarified. Here,results suggested that mitochondria are involved in LCR

we revealed the close association between mitochondria andgeneration by modulating SR Ca2+ content through NCXm-

LCR in murine SANCs using high-speed two dimensional andmediated Ca2+ efflux in murine SANCs.

NCXm-mediated mitochondrial

Ca2+

efflux modulates

confocal line-scan imaging techniques. LCRs in the early phase（18）Screening for factors causing the morphological remodelling of mitochondrial nucleoids〇Soumyadip Pal, Takaya Ishihara, Naotada Ishihara(Laboratory of Cellular Life Science, Department of Biological Sciences, Graduate School of Science, Osaka University)

Mitochondria are dynamic organelles within the cells that

resulting in its severe clustering (due to Drp1 deficiency thereby

produce energy which is necessary for various cellular functions

resulting in loss of mitochondrial fission) have resulted inwithin the body. They also have their own DNA (mtDNA) whichdevelopmental failures of the heart because of mitochondrialis packaged into small units called mitochondrial nucleoids.

respiratory deficiencies (Ishihara et al., Molecular and Cellular

Mitochondria are extremely abundant in the heart to supply

Biology, 2014). As a result, we focused to find other factors

sufficient energy for its proper functioning. Recent reports have

which can potentially remodel mitochondrial nucleoid morphology

showed that alterations in mitochondrial nucleoid morphology

and clarify their modes of functioning on a molecular level.

（19）Regulatory mechanism of mitochondrial immune response against RNA virus infection〇Yuki Hanada1,2, Risa Maeda1, Yoshihiro Ogawa2, Masatoshi Nomura2, Naotada Ishihara1(1Department of Biological Sciences, Graduate School of Science, Osaka University,
2Department of Medicine and Bioregulatory Science, Graduate School of Medical Science, Kyushu University)

Virus infection causes multiple pathogenic symptoms

represses viral replication, however, dysregulation of activatedthroughout the whole body. Antiviral innate immune response

antiviral response, called cytokine storm, hurts small blood412

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会

vessels. Here we explored the regulatory mechanism of antiviralfactor (Mff), widely known as a component of mitochondrial

response using mammalian cultured cells and especially focusedfission machinery. We found that Mff regulates temporalon mitochondria. Mitochondrial antiviral signaling (MAVS), theimmune response and the antiviral function of Mff iscentral protein of anti-RNA virus response occurring on

independent of mitochondrial fission activity. Taken together,mitochondria, showed accumulation and dynamic feature of its

our data indicates that Mff is a potential therapeutic target for the

mitochondrial localization during antiviral response. This

regulated antiviral response on mitochondria.

MAVS protein dynamics was regulated by mitochondrial fission（20）Cardiac Mitofusin-1 is Declined in Non-responding Patients with Heart failure〇Yung-Ting Hsiao1, Ippei Shimizu1,2, Takayuki Wakasugi1, Shuang Jiao1, Tohru Watanabe1, Takeshi Kashimura1,
Yohko Yoshida1,2, Haruo Hanawa1, Kazuyuki Ozaki1, Tomoyoshi Soga3, Tohru Minamino4, 5(1Department of Cardiovascular Biology and Medicine, Niigata University Graduate School of Medical and Dental Sciences
2Division of Molecular Aging and Cell Biology, Niigata University Graduate School of Medical and Dental Sciences
3Institute for Advanced Biosciences, Keio University
4Department of Cardiovascular Biology and Medicine, Juntendo University Graduate School of Medicine
5Japan Agency for Medical Research and Development-Core Research for Evolutionary Medical Science and Technology(AMED-CREST))

Mitochondria are dynamic regulators of cellular metabolism

cardiomyocytes, and Mfn1, was observed in non-responders.

and homeostasis. Functional decline of this organelle is well

The LV pressure overload with thoracic aortic constriction

accepted as a major contributor to aging and age-related diseases.

(TAC) c-Mfn1 KO mouse model was generated. SystolicStudies indicate mitochondrial dysfunction has causal roles forfunction was reduced in c-Mfn1 KO mice, while dysfunctional

metabolic remodeling in the failing heart, but underlying

mitochondria in TAC c-Mfn1 KO mice increased. In vitro

mechanisms remain to be explored. The prognosis of severe

studies in NRVMs indicated negative regulation of Mfn1 by theheart failure is still unacceptably poor and it is urgent to establish

β-AR/cAMP/PKA/miR-140-5p pathway resulting in significant

new therapies for this critical condition. We tried to elucidate thereduction in mitochondrial respiration of NRVMs. The level ofrole of Mitofusin-1 in a failing heart. We examined twenty-two

miR140-5p was increased in cardiac tissues of non-responders.

heart failure patients who underwent endomyocardial biopsy

Taken together, our results suggest that mitofusin-1 becomes awere enrolled in this study, including 14 responders and 8 non-biomarker for non-responders with heart failure and would

responders. A significant reduction in mitochondrial size inbecome next generation therapy for severe heart failure patients.

413

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第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（21）Implantable tissue engineered blood vessels fabricated by periodic hydrostatic pressure〇Tomoyuki Kojima1.2, Utako Yokoyama1, Takashi Nakamura3, Junichi Saito1,3, Etsuko Miyagi2, Yoshihiro Ishikawa3(1Department of Physiology, Tokyo Medical University
2Department of Obstetrics and Gynecology, Yokohama City University School of Medicine
3Cardiovascular Research Institute, Yokohama City University Graduate School of Medicine)

normoxic condition (3.8±0.2 and 3.0±0.2-fold, respectively;

Purpose: We aimed to fabricate biological grafts desired for

n=8; p<0.01). The tensile rupture of the grafts was 1188±282

patients with congenital heart disease.
Materials and methods: Human umbilical artery smoothmmHg (n=8). All 16 rats implanted with the grafts in themuscle cells (hUASMCs) were seeded on culture disks. Cells

abdominal aorta survived until the following assays. The grafts

were exposed to periodic hydrostatic pressure (PHP) (110-were endothelialized 3 weeks after implantation and implanted

180kPa, 0.002 Hz) under hypoxia (O2=60 mmHg) for 24 hours.

sites were patent 5 months after implantation in which hUASMCs

We repeated these procedures and obtained cell sheets.

were replaced with host-derived cells.
Conclusion: We fabricated the implantable biological grafts

Results: The mRNA expression levels of LDHA and PGK1

by PHP under hypoxia.

were increased compared to cells cultured under atmospheric（22）Involvement of TRPC3-Nox2 axis in ACE2-mediated SARS-CoV-2 infection in hearts〇Yuri Kato1, Daiki Tomokiyo1, Kazuhiro Nishiyama1, Takahiro Kusakabe2, Noriho Kamiya3,
Yumiko Imai4, Hiroshi Asakura5, Yasunari Kanda5, Motohiro Nishida1,6(1Graduate School of Pharmaceutical Sciences

2Faculty of Agriculture, Kyushu University

3Graduate School of Engineering, Kyushu University
4National Institutes of Biomedical Innovation Health and Nutrition

5National Institute of Health Sciences

6National Institute for Physiological Sciences and Exploratory Research Center on Life and Living Systems,

National Institutes of Natural Sciences)

A new pandemic of pneumonia caused by severe acutepreviously reported to have potency to attenuate the formation of

respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has

TRPC3-Nox2 protein complex and evaluated the inhibitory

emerged and its severe and prognostic symptoms have become aeffect on Spike protein-induced ACE2-GFP internalization insocial problem. SARS-CoV-2 infection is mainly initiated by

HEK293 cells. We found that several TRPC3-Nox2 complex

binding of its surface Spike protein to angiotensin converting

inhibitors also have potency to inhibit the Spike protein-induced

enzyme 2 (ACE2) on the host cell membrane followed by

ACE2 internalization, and finally identified one drug that has theinternalization via endocytosis-mediated pathway. We eventuallymost potency to prevent SARS-CoV-2-induced infection andfound that ACE2 expression levels were upregulated by the

proliferation in TMPRSS2- expressing VeroE6 cells, andexposure to epidemiologically reported risk factors for COVID-

fluorescence-labeled S protein-induced pseudo infection in

19 severity; cigarette side-stream smoke, anti-cancer drug,

human iPS-derived cardiomyocytes. These results provide a newdiabetes and obesity, through formation of protein complex

concept that the inhibition of TRPC3-Nox2 complex formation

between transient receptor potential canonical (TRPC) 3 andwill be a novel strategy to improve COVID-19 aggravation and

NADPH oxidase (Nox) 2 on the rodent myocardial plasma

sequelae by suppressing ACE2-mediated infection pathway.

membrane. We thus used 20 already approved drugs that has

414

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第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（23）Functional role of delayed rectifier K+ current in the spontaneous automaticity of the guinea-pig
pulmonary vein cardiomyocytes〇Xinya Mi1, Wei-Guang Ding1, Akiko Kojima2, Mariko Omatsu-Kanbe1, Hiroshi Matsuura1(1Department of Physiology, Shiga University of Medical Science
2Department of Anesthesiology, Shiga University of Medical Science)

Pulmonary veins contain a myocardial layer and its electricalfiring rate of the action potentials. Concomitant addition ofactivity is considered to underlie their arrhythmogenicity in the

HMR-1556 markedly reduced the firing rate compared withheart. In this study, we examined the functional role of delayedbasal condition. We also found that IKs was strongly enhanced

rectifier K+ current (IKs), which is one of the contributors toby β1- and β2-adrenoceptor (AR) stimulation with a negative

cardiac repolarization in the spontaneous action potentials of

voltage shift in the current activation. Both β1-AR and β2-ARpulmonary vein cardiomyocytes (PVC). The spontaneous

mediated enhancements of IKs were markedly attenuated byaction potentials and membrane currents were recorded fromthe treatments with adenylyl cyclase inhibitor SQ22536 or

PVC using perforated patch-clamp and conventional whole-

protein kinase A (PKA) inhibitor H89. Results suggest PVC

cell patch-clamp modes. The PVC exhibited spontaneous

the functional role of IKs in spontaneous automaticity

action potentials with an average firing rate of 166±5/min. Bathincreases during sympathetic excitation, and the effect of β-application of the selective IKs blocker HMR-1556 decreased

adrenergic stimulations on IKs activation is mediated throughthe firing rate. β-adrenergic agonist isoproterenol increased

a cAMP-PKA pathway.

（24）Presence of ANP promotor-driven AcGFP-expressing cardiac progenitor cells in mice heart〇Ryo Fukunaga1, Kakeru Shimoda2, Masakazu Agetsuma3, Junichi Nabekura3,
Motohiro Nishida2, Hiroshi Matsuura1, Mariko Omatsu-Kanbe1(1Department of Physiology, Shiga University of Medical Science
2Division of Cardiocirculatory Signaling, National Institute for Physiological Sciences
3Division of Homeostatic Development, National Institute for Physiological Sciences)

The adult mammalian heart is composed of several kinds ofin the postnatal ventricular myocytes, to visualize and track

cells, including cardiomyocytes, vascular smooth muscle cells,

ANP-expressing ACMs. We prepared ANP promoter-driven

fibroblasts and cardiac stem cells or progenitor cells. We found

AcGFP-expressing mice generated by the infection of adeno-

atypically-shaped cardiomyocytes (ACMs) in the culture of

associated virus (AAV2-9) encoding pANP-AcGFP and foundcardiomyocyte-removed fractions obtained from mousethat GFP-marked ACMs were localized in the interstitial spacecardiac ventricles. ACMs showed the automaticity similar toamong ventricular myocytes. The GFP-expressing ACMs were

the sino-atrial (SA) nodal cells. The immunocytochemical

able to develop into beating cells after several days in culture.

analyses confirmed that these cells express not only specific

In addition, the number and size of GFP-marked cells were

proteins of ventricles but also those of atria and SA nodal cells.

increased in hypertrophic heart. The results suggest the

The data suggest that ACMs are likely to be cardiac progenitors

possibility that ANP-expressing ACMs play a role in the heart

or immature cardiomyocytes. In this study, we focused on theunder pathophysiological conditions.

evidence that ACMs abundantly express ANP, usually absent

415

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（25）Obesity associated Pro-Fibrotic Protein Augments Fibrosis in Heart〇Yuki Tsukano1, Ippei Shimizu1,2, Yohko Yoshida1,2, Yung Ting Hsiao1, Ryutaro Ikegami1,
Yuka Hayashi1, Masayoshi Suda1, Goro Katsuumi1, Masaaki Nakao1, Tohru Minamino3(1Department of Cardiovascular Biology and Medicine, Niigata University Graduate School of Medical and Dental Sciences
2Division of Molecular Aging and Cell Biology, Niigata University Graduate School of Medical and Dental Sciences
3Department of Cardiovascular Biology and Medicine, Juntendo University Graduate School of Medicine)

Chronic sterile inflammation in visceral fat has causal roles

preserved ejection fraction (HFpEF). We analyzed two sets offor systemic metabolic disorders in obesity. Inflamed visceral

DNA microarray data, and identified an obesity associated pro-adipose tissue secretes pro-inflammatory adipokines, and thisfibrotic protein (OAFP) as a possible pathogenic BATokine.

contributes to tissue remodeling under a metabolically stressed

We also found OAFP increased in patients with diastoliccondition. White adipokines are broadly studied, however,dysfunction. We generated dietary obese models of systemic orroles of brown adipose tissue (BAT) derived adipokines

BAT specific OAFP KO mice and found OAFP suppression(BATokine) remain to be explored. In this project, we tried toameliorates diastolic dysfunction. Cardiac fibrosis was alsocharacterize pathogenic role of BATokine in obesity related

suppressed by genetic depletion of OAFP. Suppression offibrotic disorders, especially focusing on heart failure withOAFP may become a therapy for HFpEF.

（26）Brown adipose tissue dysfunction promotes metabolic disorder in a failing heart○Yohko Yoshida1,2, Ippei Shimizu1,2, Tohru Minamino3(1Department of Cardiovascular Biology and Medicine, Niigata University Graduate School of Medical and Dental Sciences
2Division of Molecular Aging and Cell Biology, Niigata University Graduate School of Medical and Dental Sciences
3Department of Cardiovascular Biology and Medicine, Juntendo University Graduate School of Medicine)Low body temperature predicts poor clinical outcomes inameliorated cardiac systolic dysfunction. Gain of BAT function

patients with heart failure, however, underlying mechanisms andmodel improved thermogenesis and ameliorated cardiac

pathological implications are largely unknown. Here we show

dysfunction in TAC. Metabolomic analyses showed that BATthat brown adipose tissue (BAT) dysfunction develops in a

dysfunction led to an increase of trimethylamine N-oxidemurine heart failure model and has a causal role for promoting(TMAO) that promoted metabolic dysfunction in the failing

pathologies in failing heart. We found murine models withheart. TMAO administration resulted in a significant reduction

thoracic aortic constriction (TAC) induced BAT dysfunction,in phosphocreatine or ATP level in cardiac tissues. Genetic orand this led to a significant reduction in body temperature.

pharmacological inhibition of TMAO production ameliorated

Chronic activation of adrenergic signaling induced apoptosis in

cardiac dysfunction during left ventricular pressure overload.

brown adipocytes, and surgical denervation of sympathetic

Maintenance of BAT homeostasis and suppression of TMAO

nerves innervating BAT improved thermogenic response andwould become next generation therapies for heart failure.

416

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第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（27）Three-dimensional multilayers of smooth muscle cells acquire arterial physiology〇Shota Tanifuji1, Yuji Naito1, Tomoyuki Kojima1,2, Takuya Naruto3, Michiya Matsusaki4, and Utako Yokoyama1(1Department of physiology, Tokyo Medical University
2Department of Obstetrics and Gynecology, Yokohama City University School of Medicine
3Department of Pediatrics and Developmental Biology, Tokyo Medical and Dental University
4Department of Applied Chemistry, Graduate School of Engineering, Osaka University)

The purpose of this study was to evaluate gene expression

Gene set enrichment analyses revealed that the gene sets ofprofiles of three-dimensional cellular multilayers (3DCMs). We

vasculature development, regulation of anatomical structure

fabricated 3DCMs derived from rat aortic smooth muscle cells

morphogenesis, and canonical Wnt signaling pathway were(rASMCs) using a layer by layer method (LbL). Gene expression

positively associated with 3D structure of vascular SMCs.

profiles obtained by microarray analyses were used toAmong upregulated genes in 3DCMs compared to rASMCs, thecharacterize 3DCMs. The results of principal component analysis

genes of thrombospondin family were significantly upregulated

showed that 3DCMs had similar gene expression pattern to thatin 3DCMs (Comp, 1277.8-fold; Thbs2, 646.8-fold).

of neonatal and adult aortic tissues rather than that of rASMCs.

（28）Sex differences in functional morphology of the murine fetal heart
Shion Nagasawa1, Masami Kodama2, Koichi Nishiyama3, Yuichiro Arima3, Kazuho Sakamoto1, 〇Junko Kurokawa1(1University of Shizuoka, Faculty of Pharmaceutical Sciences
2The University of Tokyo, Institute for Quantitative Biosciences
3Kumamoto University, The International Research Center for Medical Sciences)

Cardiovascular diseases (CVDs) show significant sex

cardiovascular development. A newly-developed coronary

differences, which has been attributed to the cardioprotective

arteriogram revealed that sex differences of morphology andeffects of estrogen. However, recent studies unravel that thefunction even at a late embryonic stage. Microarray analysis ofunderlying mechanisms seem unlikely to be due to estrogenthe fetal heart shows that the escape gene from X-chromosome

alone, such as sex differences in mortality of extremely preterm

inactivation is involved in gender differences, suggesting thenewborns. Thus, we seek biological sex differences ininvolvement of mechanisms other than estrogen.

417

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（29）Role of PARP1-PKM2 axis in the pathogenesis of Right Ventricular Failure associatedwith Pulmonary Arterial Hypertension〇Tsukasa Shimauchi, Junichi Omura, Sandra Breuils-Bonnet, Valerie Nadeau, Eve Tremblay, Yann Grobs, Kana
Shimauchi, François Potus, Roxane Paulin, Steeve Provencher, Olivier Boucherat, Sébastien Bonnet(Pulmonary Hypertension and Vascular Biology Research Group of Quebec Heart and Lung Institute, Laval University,
Quebec, Canada)

were upregulated in dRV patients (died of RVF) compared to

Background: Right ventricular failure (RVF) is a poor
pulmonary arterialcRV patients (CI>2.2) and control donors, and correlated withhypertension. Inflammation, DNA damage, and glycolysis are

RV hypertrophy, fibrosis, and inflammation. Similar findings

key pathways triggering cardiomyocytes (CM) dysfunction.

were seen in two rat models of RVF (monocrotaline, PA

DNA damage-dependent Poly (ADP ribose) Polymerase 1

banding). In vitro, we confirmed oxidative stress induced nuclear(PARP1) activation was documented to promote glycolysis andtranslocation of PARP1/PKM2 leading to inflammation and CM

inflammation through nuclear retention of Pyruvate Kinase

death. These effects were prevented by PARP1 inhibitor

Muscle isozyme 2 (PKM2). Despite PARP1/PKM2 axis is(ABT888, Olaparib) or PKM2 activator (TEPP46, DASA). In

involved in many pathologies, their role in RV failure (RVF)

vivo, Olaparib or TEPP46 prevented RVF in rats. Moreover,remains unclear. We hypothesized sustained PARP1 activation

systemic PARP1 knockout mice were resistant to RVF induced

induces nuclear PKM2 localization, resulting in transition fromby PA banding.

prognosis

factor forpatients with

Conclusion: We demonstrated for the first time PARP1/PKM2

compensated (cRV) to decompensated RV (dRV).

axis is a critical integrator of RVF.

Results: We found that PARP1/PKM2 expression/activity（30）Dynamic regulation of mitochondrial membrane in cellular signaling and differentiation
Yuki Hanada1,2, Tatsuki Yasuda1, Emi Ogasawara1, Takaya Ishihara1 and 〇Naotada Ishihara1,3(1Graduate School of Science, Osaka University
2Graduate School of Medical Science, Kyushu University
3Institute of Life Science, Kurume University)

Mitochondria are multifunctional organelles that have

mtDNA, which is essential for the respiratory function. We

critical roles not only in energy production by oxidative

found that distribution of mtDNA was altered in mitochondrial

phosphorylation but also in various cellular signaling pathways.

fission deficient cells, which should be related to maintenance

Mitochondria dynamically change their structure with activeof mitochondrial functions. Recently we also found that

membrane fusion and fission in response to cellular signaling

mitochondrial fission factors play critical roles in cellularand differentiation. Dynamin-related GTPase Drp1 plays a key

signaling in cultured cells and differentiation in vivo. Here werole in mitochondrial fission, and several Drp1 receptors, such

would like to discuss physiological roles of mitochondrialas Mff, is an OManchored proteins that recruit Drp1 to themembrane dynamics.

mitochondrial fission sites. Mitochondria have their own DNA,418

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（31）Protective roles of MITOL against myocardial senescence and ischemic injury partly via Drp1
regulation〇Shigeru Yanagi1,2 and Takeshi Tokuyama2(1Laboratory of Molecular Biochemistry, Department of Life Science, Faculty of Science, Gakushuin University
2Laboratory of Molecular Biochemistry, School of Life Sciences, Tokyo University of Pharmacy and Life Sciences)Abnormal mitochondrial fragmentation by dynamin-related

ultimately leading to myocardial senescence and chronic heart

protein1 (Drp1) is associated with the progression of aging-

failure. Furthermore, ischemic stress-induced acute down-

associated heart diseases, including heart failure and myocardial

regulation of MITOL, that permitted mitochondrial accumulation

infarction. Here we report a protective role of outerof Drp1, resulted in mitochondrial fragmentation. Adeno-

mitochondrial membrane (OMM)-localized E3 ubiquitin ligase

associated virus-mediated delivery of the MITOL gene to

MITOL/MARCH5 against cardiac senescence and myocardial

cardiomyocytes ameliorates cardiac dysfunction induced byinfarction, partly through Drp1 clearance by OMM-associatedmyocardial infarction. Our findings suggest that OMMAD

degradation (OMMAD). Persistent Drp1 accumulation in

activation by MITOL can be a therapeutic target for aging-cardiomyocyte-specific MITOL conditional-knockout miceassociated heart diseases, including heart failure and myocardial

induced mitochondrial fragmentation and dysfunction, including

infarction.

reduced ATP production and increased ROS generation,（32）Metabolic adaptation in the regulation of cardiomyocyte cell cycle ~how mammals deal with amismatch between development and birth timing?
〇Wataru Kimura(Institute of Physical and Chemical Research Center for Biosystems Dynamics Research)

Adult mammals are incapable of heart regeneration due to an

regulator of cardiomyocyte cell cycle in the postnatal mouseinability of cell cycle entry in vast majority of cardiomyocytes.

heart. By contrast, unlike mice or humans, some mammalian

In sharp contrast, fetal or neonatal mammals are capable of heart

species need to continue organogenesis in the postnatal

regeneration after multiple types of myocardial injuries throughenvironment due to a mismatch between birth timing andthe proliferation of pre-existing cardiomyocytes. We demonstrated

developmental timing. We showed that mammals giving birth tothat a metabolic transition from glycolysis to mitochondrial

immature infants maintain cardiomyocyte proliferation and theoxidative phosphorylation that takes place soon after birth

capacity of cardiac regeneration for a long time after birth. We

induces cardiomyocyte cell cycle arrest through oxidative DNA

would like to discuss how environmental factors affect thedamage and the DNA damage response pathway in mice. In

capacity for cardiac regeneration in several different mammalian

addition, we have shown that mitochondrial fission is a criticalspecies.

419

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

国際研究集会（33）G protein selectivity of antagonists

Hitoshi Kurose(Kyushu University, Graduate School of Pharmaceutical Sciences)

G protein-coupled receptors (GPCRs) recognize andinteracting with Gq/G12 are different from those of Gs. It alsotransduce extracellular information into cells. Extracellularsuggests that careful drug design will lead to development of G

information includes neurotransmitter, hormones, ions, and soprotein-selective inhibitor. Single receptor couples to multiple G

on. GPR4 is a proton-sensing GPCR expressing in endothelial

proteins and activation of each G protein links to cellularcells, and activates three G proteins: Gs, Gq, and G12. From

responses in a coordinated or independent manner. G protein-chemical library screening, we obtained two compounds withselective inhibition will provide another option to selectively

inhibitory activity. Two compounds inhibited Gs-mediatedmanipulate specific G protein-mediated responses including side

response. However, they differentially inhibited Gq/G12-

effects.

mediated responses. It indicates that critical amino acids

420生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

トレーニングコース

第 31 回生理科学実験技術トレーニングコース
2020 年 8 月 3 日−8 月 7 日
担当：箕越靖彦（生殖・内分泌系発達機構研究部門）【概要】
31 回目になる生理科学実験技術トレーニングコースは，2020 年 8 月 3 日（月）より 8 月 7 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の予定であった（担当：箕越靖彦）。生理学研究所は，分子・細胞レ
ベルから個体行動レベルまでの各階層にわたる研究の専門性を有し，また大型共同利用機器を保有している。これらの利点を生かして，生理科学•神経科学に関する多様な実験技術を普及させ，それらを使った研究レベルを向上させる
ことが，このコースの目的である。
しかし，今年度は新型コロナウイルス感染症が一旦落ち着いた 5 月末にコースの参加募集をしたものの，7 月になり
首都圏における感染拡大が目立つようになったことからやむを得ず開催を中止することになった。2020 年度のコースの総募集人数は昨年の約 120 名から約 80 名に減らして募集した。82 名の応募があり，61 名を採択した。コース応募
者は大学院生，学部学生，大学，企業の研究者であった。
以下参考資料として，計画していた実習内容を記載する。

【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.

in vivo 4 次元心循環機能計測と臓器間相互作用の解析

4.

多次元生体光イメージングの原理と応用

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.

ゲノム編集による遺伝子改変動物作製のための発生工学技術

9.

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

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.

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

19.

生体アンプ回路工作と機械工作入門

各コースの具体的内容については，生理学研究所ウェブサイト*1 ホームページをご覧いただきたい。
*1 http://www.nips.ac.jp/training/2020/courses.html

423

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

セミナー報告セミナー報告1. ヒト脳白質線維束の包括的理解に向けたマルチモーダル脳マッピング
竹村浩昌（テニュアトラック研究員（情報通信研究機構 脳情報通信融合研究センター(CiNet) 脳機能解析研究室））(2020.4.2)
ヒトの大脳皮質は神経細胞の細胞体を多く含む灰白研究結果について紹介する。第二に dMRI を用いて，従質と，遠く離れた脳領域どうしの連絡を担う白質から構来の視覚神経科学研究であまり着目されてこなかった成される。古典的解剖学研究では，白質における線維束

背側視覚野と腹側視覚野を結ぶ白質線維束を分析したと脳機能の関連が類推されてきた。近年，拡散強調

成果を紹介する。特に，非ヒト霊長類から得られた dMRI

MRI(dMRI)法の発展により，ヒトの生体脳における主要データの分析を通じて解剖学的研究とヒト脳イメージな白質線維束を計測することが可能となってきた。本講

ング研究のギャップを埋めるアプローチについて議論

演では dMRI を用いた脳データ解析法の概要を紹介したする。最後に dMRI とは原理の異なる計測手法である，のち，白質線維束の分析によって明らかになってきた成偏光顕微鏡を用いたデータを分析し白質線維束の空間

果について紹介する。第一に，死後脳研究で既に存在が構造を調べた成果を紹介し，線維束の詳細な理解が視覚知られているヒトの白質線維束を dMRI データから求め，

皮質の機能構築の理解に果たす役割について議論する。

網膜疾患の影響・脳活動との関連・発達などを評価した

2. 下行性抑制から見た慢性痛の病理高速・高精細全脳イメージング法 FAST の開発と全脳機能解析
林田健一郎（秋田大学

医学部器官・統合生理，准教授）(2020.5.29)

要旨はありません。

3. 実験モデル動物の開発・特性解析と系統保存
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，准教授）(2020.6.1)

要旨はありません。

4. 遺伝子発現パターンを指標にした霊長類大脳皮質視覚野の比較解剖学
高畑亨（中国：浙江大学システム神経・認知科学研究所，教授)）(2020.6.1)

要旨はありません。

427

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

セミナー報告5. 1.Stabilization of short-term perceptual representations by thalamic input
2.Engagement of output "decoder" neurons in PFC task networks
Speaker1: Lukas Ian Schmitt

Speaker2: Miho Nakajima (RIKEN Center for Brain Science)(2020.7.3)（ １ ） The thalamus is the major input to the cortex andthat it is essential for diverse cognitive abilities that rely on shortinteractions between these two structures are critical forterm maintenance of information.

cognition. While the it is often thought of as a simple relay
carrying information to the cortex or between cortical regions,（ ２ ） In constantly changing environments, animals must

recent anatomical and functional data suggest that such anadapt their behaviors based on informative sensory stimuli.

oversimplified model is unlikely to capture the involvement ofBecause the meaning of a given sensory input can vary

the thalamus in many cognitive functions. This is particularly

depending on the situation, the brain must flexibly map eachtrue in the case of “higher-order” thalamic nuclei such as thestimulus to its appropriate behavioral output depending on

mediodorsal (MD) and Lateral Posterior (LP). Unlike the moreinternal goals. The prefrontal cortex (PFC) plays a central role inextensively studied sensory thalamic nuclei, these higher-order

implementing such transformations but how the PFC supports

nuclei are primarily connected to cortical circuits and receive

adaptive processing of information across multiple tasks without

little peripheral sensory input. Previous work has suggested thatinterference remains unclear. An important step in understanding

one of these nuclei, the MD helps to sustain attentional rules inflexible computations in the PFC is to examine how outputs

its cortical counterpart, the prefrontal cortex (PFC) by selectively(decoders) of this circuit are flexibly incorporated into its internal,

stabilizing task-relevant cortical networks. These results suggest

task-specific networks. To investigate this, we employed well-that thalamic input may play a key role in short-term

controlled behavioral tasks that require cue to task-rulemaintenance of information, a function that is essential for thetransformation in the PFC both to identify populations carrying

ability to make inferences based on dynamically changing

relevant output information and to examine task-related activity

sensory stimuli. To determine whether this function is a generalin this population. More specifically, by applying a rulefeature of higher-order thalamocortical networks, we have begun

dependent cross-modal sensory selection task we sought toinvestigating interactions between posterior parietal cortex

identify the PFC outputs that controlled sensory processing. Our(PPC) and its thalamic counterpart, the LP. The PPC is a key

findings demonstrated that PFC neurons projecting to different

player in sensory decision-making and recent evidence suggests

territories of the tail of striatum acted to "decode" rulethat one of its roles is to influence processing of current inputs

information, providing outputs that controlled selection among

based on sensory history.

Using a novel sensory decision-competing sensory modalities by suppressing distracting input.

making task, we found that the PPC maintains sensory history

These outputs were anatomically fixed, placing a fundamental

and that this function requires the LP. We also found that, similar

constraint on the internal dynamics of the PFC. Overall, ourto MD, LP activation enhanced connectivity in the PPC

results identify a key output of the PFC responsible for thesuggesting that it may play an analogous role in stabilizing

control of sensory processing and introduce important principles

cortical representations. Overall, these findings identify agoverning how this circuit can remodel its internal network

potentially general circuit feature in the mammalian brain,

depending on the goal.

thalamic control of functional cortical connectivity, and suggest428

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

セミナー報告6. Tracing the representational architecture of subjective valuation with fMRI-neural network
correspondence mapping
Quang Trung Pham（生理学研究所

生体機能情報解析室

博士研究員）(2020.8.6)

The behaviors of an individual are usually regulated byand brain activity. We found that the visual areas V1 and V2

subjective valuations that are not only driven by external

are highly correlated with shallow layers of the ANN, while theinformation but also influenced by internal affective state. The

default mode network is correlated with deeper layers. Vision-

default mode network (DMN) has been demonstrated to play a

to-value processing was well-aligned with the principal

crucial role in monitoring affect, but for subjective valuation,

gradient of cortical connectivity. These findings suggest thatthe level of processing at which the DMN is situated remains

the default mode network plays a central role in processing

unclear. In this study, we developed an artificial neural network

subjective value, and that subjective value is imputed by(ANN) that predicts participants’ valuation of oil paintings,

projecting external information onto an internal space via theand examined the relationship between ANN representations

principal gradient.

7. 遺伝子操作を用いたマカク大脳における経路選択的神経活動操作と局所多細胞同時記録
小口峰樹（麻布大学獣医学部）(2020.9.1)
システム神経科学における遺伝子工学技術の利用は，経路を抑制すると，行動においては，ワーキングメモ

一方で，光遺伝学や化学遺伝学に基づく神経活動の可逆

リーへの影響は認められなかったが，連続エラーの増加

的な操作法として，他方で，カルシウムイメージングをや眼球運動における衝動性の亢進が認められた。また，用いた多細胞同時記録法として，げっ歯類での研究を中神経活動においては，局所場電位の特定の周波数帯での心に多数の革新的な知見をもたらしてきた。しかしながタスク関連応答の減少が認められた。以上の結果は，ら，非ヒト霊長類に対するこうした技術の導入はいまだ

LPFC-Cd 経路がある種の抑制コントロールに関係して限定的なものに留まっている。本講演では，講演者がこいることを示唆している。

れまでマカクザルを被験体として取り組んできた，化学

この化学遺伝学の実験と並行し，講演者は，微小内視遺伝学を用いた前頭前野-線条体経路の不活化実験と，微鏡を用いたカルシウムイメージングをマカクザルに適小内視鏡を用いた皮質からのカルシウムイメージング用する作業を進めてきた。微小内視鏡法は，2 光子顕微実験について紹介したい。

鏡法と異なり，時間・空間解像度に劣るものの，装置の前頭前野と線条体を結ぶ経路は価値に基づく意思決

簡便性や撮像の自由度において優れており，屈折率分布定において重要な役割を果たしていると考えられる。特型（GRIN）レンズを用いることで脳深部からのイメージに，前頭前野の外側部（LPFC）と線条体の尾状核（Cd）

ングを可能とする。この手法を確立するため，視覚刺激を結ぶ経路は，主にヒトの構造的・機能的 MRI 研究を通によって容易に神経活動を誘発できる第 1 次視覚野（V1）

じて，抑制コントロールやワーキングメモリーとの関係

での観察を行った。ベクターは，マカクザルの皮質でのが指摘されてきた。しかし，実験動物を用いた介入操作

高頻度の遺伝子導入が報告されている AAV2.1 を用いた。

を伴う因果的なレベルでの検証は進んでいない。講演者

結果，注視課題遂行中の 2 頭のサルから，刺激応答を示

は，あらかじめ報酬非対称型遅延反応課題を訓練した 2

す蛍光変化信号を確認できた。これらの信号の一部は，頭のサルに，2 種類のウイルスベクターを用いた化学遺V1 に特徴的なレチノトピーと傾き選択性を示した。ま伝学 2 重遺伝子導入法を適用し，LPFC-Cd 経路に対して

た，これらの信号を用いて，呈示された視覚刺激をデ

選択的な不活化を行った。リガンドを投与し，LPFC-Cd

コーディングすることにも成功した。現在は，微小内視429

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

セミナー報告鏡法の LPFC への適用を進めており，in vivo での十分なに，こうした多細胞同時記録法を適用する予定の，現在

蛍光プローブの発現を確認している。本講演では，さら進行中のカテゴリー学習実験についても紹介したい。

8. 覚醒下非ヒト霊長類を対象とした電気生理学的手法による高次脳機能研究植松明子（生理学研究所

研究員）(2020.9.1)

覚醒下の非ヒト霊長類を対象とした電気生理学実験らであるのかを調べるため，微量薬物注入による受容体の利点は，複雑な行動課題の遂行中に時間空間精度よく阻害を行い検討した。結果，両者ともに影響を持つが，神経活動を記録できる点，並びに，神経活動に直接介入

小脳皮質プルキンエ細胞からの入力の方がより寄与度し，その影響を観察する事ができる点である。本セミが大きい事が示唆された。

ナーでは，この方法を用いることで明らかになった小脳

我々は他者の利益を自らの喜びとすることもあれば，におけるタイミング予測機能の神経機構と，現在進行中

それを妬みの対象とすることもある。他者の利益は，前の，他者の報酬が自己の脳内でどう表現されるかを明ら者では快刺激であり，後者では不快刺激となる。何故こかにする研究を紹介する。

のような正反対の情動が生じるのだろうか。この疑問を解決するため，他者の利益を自己がどう評価しているか

小脳は長年，運動制御への関与が研究されてきたが，近年では高次脳機能にも寄与していることが報告されを明らかにし，その評価を変える要因について検証する。

ている。我々は，高次脳機能の中でもタイミング予測機

実験では，対面した２頭のサルを対象とし，一方のサ能に着目し，研究を行った。繰り返し提示される視標のル（アクター）が，提示された２つのボタンのうち一方

提示タイミングを予測させる行動課題をサルに訓練し，のボタンを押すと，押した色に応じて「自己」，「他者」，

課題遂行中のサルの小脳歯状核から神経活動を記録し「どちらにもなし」に報酬が割り当てられる課題を訓練た。結果，提示タイミングに一致し，視標提示回数の増した。２つのボタンに異なった色が提示される自由選択

加とともに変化が増大するリズミックな神経活動応答

条件と，同色が提示される強制選択条件を用いる。現在，を検出した。この神経活動記録部位の不活化により，タ

行動データからは，「自己」が選択肢にある場合は自己イミング予測を必要とする行動が遅延することを明らを選択するが，「どちらにもなし」と「他者」では他者かにした。また，同部位の電気刺激によって，タイミンに報酬を与える傾向にあることを示す結果が得られてグ予測を必要とする行動は早まった。これらの結果から，いる。また，不快刺激に応答する外側手綱核の神経活動

小脳歯状核のリズミックな神経活動の上昇が次の刺激記録から，少数ではあるが，「他者」と「どちらにもな

提示のタイミング予測を反映していることが示唆されし」は共に不快刺激であるが，その程度は異なることをた。さらに，この神経活動形成に寄与するのは，歯状核示唆する興味深いデータが得られつつある。

に投射する小脳皮質プルキンエ細胞と苔状線維のどち9. 細胞のメカノトランスダクションにおけるケラチン中間径フィラメントの関与と生理的役割
Physiological roles and molecular mechanisms of keratin-mediated cellular mechanotransduction
藤原佐知子（広島大学大学院医系科学研究科）(2020.9.7)
細胞内外の力学的環境は，細胞や組織の生理機能を制

クチンや中間径フィラメントなどの細胞骨格の再構築

御する重要な因子である。力学的刺激は主に細胞の接着が促される（メカノトランスダクション）。ケラチンは部位で受容され，化学的シグナルに変換された結果，ア上皮細胞の主要な中間径フィラメントであり，細胞内に430

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

セミナー報告密なネットワークを形成し細胞に力学的な強度を与え低下および接着斑の形成不全と局在異常が見られ，加えると同時に，デスモソームやヘミデスモソームに繋留さて基質の硬さ依存的な接着や方向性をもった集団移動

れ細胞間接着や細胞–基質間接着の安定性に貢献する。

が阻害されていた。またその分子機構として，EBS ケラ

単純型表皮水疱症（Epidermal Bullosa Simplex, EBS）は日

チノサイトでは接着斑形成促進に働く Src-FAK 経路の活常生活で加わる程度の力で皮膚に水疱や潰瘍が生じる

性が低いこと，さらに細胞骨格再構築で重要な RhoA の難病で，表皮基底層のケラチノサイトにおけるケラチン

活性も低下しており，Rho 活性化剤処理によって基質への変異が主要な病因として知られるが，ケラチンの異常の接着が回復することが分かった。これらの結果から，と病態を繋ぐ分子機構はほとんど不明である。そこで本表皮ケラチノサイト において，ケラチンは Rho シグナ

研究では，野生型ケラチンを発現するケラチノサイトとルを介してメカノトランスダクションを制御し，細胞–ケラチンに変異を持ち異常な繊維構造を呈する EBS ケ

基質間接着や協調的な細胞運動に寄与することが示唆

ラチノサイトを比較し，メカノトランスダクションにおされた。EBS における皮膚基底層の接着異常や創傷治癒

ける正常なケラチンネットワークの関与について検証の遅延について，新たな側面からの理解につながることした。その結果，EBS ケラチノサイトでは細胞牽引力のが期待される。

10. 自己および他者の報酬情報処理に関する神経機構
則武

厚（生理学研究所

認知行動発達機構研究部門

助教）(2020.9.8)

自分の得るもの（報酬）の価値が他人の得るものに影らと解剖学的結合があり社会的な情報処理の中枢とさ響を受けてしまう。その背景には，限りある報酬資源をれる前頭前野内側部の細胞から神経活動を電気生理学

めぐる他者との競争が要因であると考えられる。そこで的に記録した。本セミナーでは，これら脳部位における我々は 2 頭のサル（自己と他者）を対面して座らせ，視自己と他者の報酬情報処理様式，また脳部位間の神経情覚刺激－報酬確率を各サルに同時に条件づけするとい報の流れの解明に焦点を当てた我々の最近の研究成果

う「社会的条件づけ」を考案し，競争的状況を模した。

を紹介し，報酬の価値づけにおける社会的要因および競社会的条件づけ下において，自己の報酬情報処理に深く

争的要因の重要性について議論したい。

関係するドパミン中脳核や視床下部外側野，およびそれ

11. 経頭蓋磁気刺激を用いた α 波による注意制御機構の検証
岡崎由香（生理学研究所

神経ダイナミクス研究部門

助教）(2020.10.7)

脳に入力される情報は常に注意による取捨選択が行次に提示される刺激に対する誘発応答や課題成績の増われている。この情報選択は入力に対する神経応答や減に関与する。これらの結果は α 振動が皮質の応答特性

ネットワーク結合の変調によって実現されていると考を決定している事を示唆している。しかし，視覚刺激にえられているが，本セミナーではこの選択過程における対する反応を観測するのみでは視床レベルでのゲー

α 波の役割について議論する。

ティング機能を除外することはできない。そこで，本研

ヒト脳波及び MEG を用いた研究において，空間的注

究では TMS によって視覚皮質を直接刺激し，同時に脳意の移動に伴って規則的な α 波パワーの変調が通常観測波を測定することで α 波と皮質の反応性について検証しされる。この α パワーの変動は視覚刺激呈示前に出現し，

た。

431

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

セミナー報告12. ペルオキシソームによる一次繊毛の生理機能の保証機構と疾患
宮本達雄（広島大学原爆放射線医科学研究所）(2020.11.17)
一次繊毛は，G0 期細胞表面に発達する 1 本の毛様の腎や網膜色素変性などの繊毛病症状を高率に合併する。

微小管性構造である。一次繊毛を覆う細胞膜（繊毛膜）

最近，我々は Zellweger 症候群患者皮膚線維芽細胞の繊には，多様なシグナル受容体やイオンチャネルが集積し毛膜のコレステロール量が低下することを見出した。まており，一次繊毛は細胞の「センサー器官」として機能た，生細胞イメージングや 3 次元-光・電子相関顕微鏡/する。一次繊毛のセンサー機能を担保するために，繊毛集束イオンビーム・走査電子顕微鏡技術（3D-CLEM/FIB-

膜は，他の細胞膜領域に比べて，コレステロール含量がSEM）を用いた観察から，ペルオキシソームは微小管上高く，特異な脂質組成であることが知られている。しかを運動した後，コレステロールを繊毛に供給することがし，繊毛膜の脂質特性を産むメカニズムは不明な点が多明らかになった。さらに，高効率な遺伝子ターゲティン

い。

グ技術（CRISPR-ObLiGaRe 法）を用いたノックアウト細一次繊毛関連遺伝子の欠損は，多発性嚢胞腎，多指症，

胞ライブラリーの作製と表現型探索の結果，ペルオキシ

網膜色素変性など特徴的な先天奇形を伴う一連の繊毛

ソームの繊毛への運動を担う Rabin8/Rab10/KIFC3 複合病を発症する。Zellweger 症候群は，ペルオキシソーム形

体とペルオキシソームから繊毛へコレステロールを輸

成遺伝子群の変異によって引き起こされる稀少な常染

送する繊毛分子 ORP3 を同定した。これらの知見から，

色体劣性遺伝病である。本疾患は，脂質代謝異常に起因

Zellweger 症候群は繊毛膜コレステロールの低下によるする筋緊張低下，肝・脾腫大の好発の他に，多発性嚢胞

繊毛病であることが示唆された。

13. 大規模認知機能の脳内表現モデル化とデコーディング
中井智也（情報通信研究機構・脳情報通信融合研究センター(CiNet）研究員）(2020.12.1)
近年，動画などの自然刺激を利用することで多様な特種類を表現するスパースな特徴量と，課題を 700 次元の徴量の脳内表現を定量的にモデル化・デコーディングす

隠れ変数で表現した認知因子特徴量を利用し，複雑な認る研究が盛んに行われている。しかしこれまでの研究は

知機能と脳活動の関係を定量的に表すモデルを構築し視覚や聴覚等の感覚情報が中心であり，より複雑な認知た。さらに認知因子特徴量を用いることで，モデル学習

機能を定量的にモデル化することは困難であった。本研に用いていない新規の認知課題を高精度でデコーディ

究では，被験者に 3 日間にわたり 100 種類以上の認知課

ングすることに成功した。

題を実施してもらい，脳活動を fMRI で測定した。課題

14.「細胞外マトリックスの組み立てツール」のはたらき～ 架橋酵素リシルオキシダーゼの活性化に必須の分泌タンパク質 Fibulin-4 の役割 ～中邨智之（関西医科大学

薬理学講座・教授）(2021.1.15)

細胞外マトリックスの中でも組織の強度を規定するれている。また組織の伸縮性を担う弾性線維はエラスチ

膠原線維はコラーゲンタンパク質でできているが，引っンタンパク質でできているが，伸縮性を生み出すために張りに耐えられるよう分子どうしが共有結合で架橋さやはり分子間が架橋されている。いずれも「構成タンパ

432

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

セミナー報告ク質を正しく並べて，架橋する」という手順を踏むことことを報告してきたが，Fibulin-5 のファミリータンパクで，細胞よりはるかに大きな構築物を作り，なおかつそ質である Fibulin-4 のはたらきは謎であった。Fibulin-4 欠の特異な力学的特性を発揮させることができるという損マウスは弾性線維形成不全だけでなく膠原線維の異共通点がある。コラーゲンとエラスチンにはアミノ酸配常も示し，動脈の破裂のため生後すぐに死亡するが，こ列の共通性はないが，いずれの架橋もリシルオキシダーの表現型は LOX 欠損マウスと全く同じなのである。
今回，Fibulin-4 欠損マウス・細胞が作る LOX には活性ゼ（LOX）という酵素が行うことが知られている。

がないことを見出し，Fibulin-4 が LOX 活性に必要とさ

我々はこれまでにエラスチンを正しく並べるために
Fibulin-5 と LTBP-4 という分泌タンパク質が必須であるれる仕組みを明らかにしたので紹介したい。

15. サイトカインと神経回路による組織特異的自己免疫疾患の制御
村上正晃（北海道大学・遺伝子病制御研究所・分子神経免疫学分野）(2021.1.18)
炎症は，局所の血管透過性が上昇し免疫細胞が集積，回，サイトカインによって非免疫細胞で活性化し，炎症

組織恒常性の破綻が生じて引き起こされる。私たちは自を誘導する IL-6 アンプと特異的神経回路が固有の血管

己免疫疾患の組織特異性の分子機構を研究している。

に自己反応性 T 細胞の侵入口を形成するゲートウェイ反2008 年に非免疫細胞での炎症誘導機構である IL-6 アン

射による組織特異的な自己免疫疾患の制御を議論する。

プを発見し，2012 年にゲートウェイ反射を見出した。今16. 方位弁別学習後のラット一次視覚野における低コントラスト優位な神経活動木村梨絵（生理学研究所

視覚情報処理研究部門

特任助教）(2021.1.19)

動物は外界の様々な刺激を知覚・認知し，その情報に低コントラスト刺激の時には，この細胞を含めない場合

基づいて行動する。見慣れた刺激であれば，判別が多少に比べてその精度が良くなった。したがって，低コント

困難でも同様の行動出力が可能だが，その神経基盤はほラスト優位な神経活動は，低コントラストの方位弁別に

とんど明らかにされていない。そこで，縦縞の提示時に寄与すると考えられた。

はレバーを押し，横縞の時はレバーを引くという視覚弁

このような低コントラスト優位な神経活動は，どのよ

別課題を，高コントラストの刺激を用いてラットに学習

うにして生じるのだろうか。まず，学習後には興奮性のさせた後に，刺激のコントラストを下げて弁別が困難な上昇が観察され，低コントラスト刺激でも強い視覚応答

課題も実施し，この時の一次視覚野の発火活動を，多点を示すと考えられた。また，一次視覚野の局所電場電位

電極を用いてマルチユニット記録した。これによって，（LFP）を解析したところ，学習後には高コントラスト刺低コントラストの方位弁別を実現する神経基盤を明ら

激提示時にベータ（18-30 Hz）帯域のオシレーションがかにすることを目指した。

強く生じた。さらに，この帯域の位相にロックした発火

高コントラスト刺激に強く応答する細胞だけでなく，活動が生じ，特に抑制性細胞は，興奮性細胞に比べて位低コントラスト刺激に強く応答する細胞を見出した。こ

相がそろった活動を示した。高コントラスト刺激では抑のような低コントラスト優位な細胞は，麻酔下や学習前制性の影響が強くなると考えられた。以上から，低コン

ではほとんど観察されず，課題の正解時に強く活動した。

トラスト優位な神経活動は，興奮と抑制のバランスの変また，低コントラスト優位な細胞を含めた細胞集団から化によって作られることが示唆された。

提示した刺激が縦縞か横縞かをデコーディングすると，

433

生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

セミナー報告17. 体温センサーTRPM2 の機能調節機構と生理的意義
加塩麻紀子（愛知医科大学

生理学第１講座）(2021.2.22)

加塩博士は，総研大を卒業した後，岡崎統合バイオサ

これまで，温度感受性 TRPM2 チャネルと II 型味細胞

イエンスセンター 特任助教，京都府立医科大学 助教をに発現する CALM1/3 チャネルの機能解析をしてこられ経て，2017 年から愛知医科大学生理学第１講座 講師をましたが，今回は TRPM2 チャネル制御機構に関する未

務めていらっしゃいます。

発表の内容をうかがえるものと思います。

18. f MRI 研究に何ができるのか，何をするべきか
近添淳一（生理学研究所

生体機能情報解析室 准教授）
(2021.3.16)

生体機能情報解析室では，神経科学研究から得た知見（技術支援員：畔柳さん）についても触れたいと思います。

を，臨床応用や人工知能研究に結びつけることを目指し

また機械学習を用いて行った研究として，島皮質におけて技術開発を続けてきました。トークの前半では，技術る基本味覚の弁別能（近添），内的状態の変化に伴い柔開発における成果として，脳の局所情報からの全脳情報

軟に変化する脳内表象（院生：吉本さん）の研究を紹介の解読（博士研究員：Balbir さん），認知過程の時系列します。トークの後半では，油絵や音楽の価値を判断す

情報の解読（院生：小山さん），robust な機能的結合解

る人工知能（博士研究員：Pham さん）のお話を中心に，

析法（技術支援員：西山さん，成田さん，院生：吉本さｆMRI 研究における深層学習の応用可能性と，人工知能ん）についてご説明します。これに関連して，生体恒常研究に対する f RI 研究の貢献についてお話ししたいと思性発達研究部門の揚妻先生と行ったコラボレーション

います。

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生理学研究所年報

第 42 巻（Dec,2021）

大学院特別講義

大学院特別講義1.

第 234 回（2020.5.20）※WEB 配信
演者：基盤神経科学研究領域

大脳神経回路論研究部門

窪田

芳之

準教授

演題：大脳皮質の神経細胞の多様性と局所神経回路結合

2.

第 235 回（2020.6.10）※WEB 配信
演者：基盤神経科学研究領域

バイオフォトニクス研究部門

根本

知己

教授

演題：神経・生理機能の光学顕微鏡による新規的な可視化解析

3.

第 236 回（2020.7.22）※WEB 配信
演者：生体機能調節研究領域

細胞構造研究部門

古瀬

幹夫

教授

演題：上皮における傍細胞輸送の制御

4.

第 237 回（2020.8.5）※WEB 配信
演者：行動・代謝分子解析センター

遺伝子改変動物作製室

小林

俊寛

助教

演題：哺乳類初期胚発生の理解と応用

5.

第 238 回（2020.10.21）※WEB 配信
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

箕越

靖彦

教授

演題：動物個体におけるエネルギー代謝の動的平衡と脳6.

第 239 回（2020.11.11）※WEB 配信
演者：システム脳科学研究領域

認知行動発達機構研究部門

戸松

彩花

特任准教授

演題：運動制御と体性感覚情報

7.

第 240 回（2020.12.2）※WEB 配信
演者：分子細胞生理研究領域

生体膜研究部門

深田

優子

准教授

演題：てんかん関連リガンド-受容体複合体による経シナプス連結機構の生理機能8.

第 241 回（2021.1.13）※WEB 配信
演者：基盤神経科学研究領域

生体恒常性発達研究部門

演題：神経回路の経験依存的発達と可塑性

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神経回路の経験依存的発達と可塑性教授

生理学研究所年報
発
行
編 集 者
発 行 者

2021 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４２巻

学

研

究

所

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FAX〈0564〉52-7913
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