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助成番号 140607
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

成体脳神経幹細胞の光操作技術の開発と脳神経疾患治療への応用

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Optical manipulation of neural stem cells in the adult brain and its application
for regenerative medicine

研究氏
代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓） イマヨシ名） イタル

研究期間 Ｂ

２０14～ ２０15 年

漢字 ＣＢ

今吉格

報告年度 ＹR

２０15 年

Itaru

研究機関名

京都大学ウイルス研究所

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Imayhoshi

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

京都大学ウイルス研究所・特定准教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
従来、ニューロンは個体の発生期にしか作られないと考えられてきたが、近年、ヒトを含めた哺乳類の成体の脳においても、神経幹細胞が存在し、ニューロンの産生が一生涯続いているということがわかってきた。本研究者は、光を用いて、神経幹細胞の細胞増殖とニューロンの分化を人工的に操作する技術を開発した。光を用いたこの神経幹細胞の操作方法を、神経外傷、神経変性、また精神疾患などの動物モデルに応用することを試みる。
遺伝子発現の光操作を脳内の幹細胞において機能するように至適化し、脳神経系の再生医療戦略の開発に応用するための基盤的技術開発を行った。特に、ウイルス発現ベクターに搭載しての使用を実現し、迅速にマウス個体・脳内における、遺伝子発現の光操作を可能にする事を目的とした。レンチウイルスベクターに、GAVPO や UAS配列からなる光遺伝子操作システムを組込み、各種の培養細胞やマウス組織への導入を行った。培養神経細胞や、マウス海馬の歯状回の神経細胞に対して、レンチウイルスベクターの感染を成立させ、光遺伝子操作システムを導入することに成功した。現在、脳内に光ファイバーを挿入し、遺伝子発現の光操作システムを導入した神経幹細胞の光操作と、人工的にニューロン新生を誘導した際の、認知機能への影響を、マウスをモデル動物として用いて検証している。また、Hes1、Ascl1、Olig2 などの bHLH 型転写因子の発現動態が、神経幹細胞の多分化能の維持や、細胞分化運命決定に寄与している事を明らかにした。
今後、光照射の有無や条件により、遺伝子発現を自在にコントロールする事が可能になれば、様々な遺伝子の機能や、その発現動態の意義について、脳内の幹細胞を用いて検証する事が可能になると考えられる。

キーワード ＦＡ

神経幹細胞ニューロン

発生（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -再生発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

Real-time imaging of bHLH transcription factors reveals their dynamic control in themultipotency and fate choice of neural stem cells.

著者名 ＧＡ

Imayoshi, I., Ishidate,F. and Kageyama, R.

雑誌名 ＧＣ

Front. Cell. Neurosci

ページ ＧＦAug 4;9:Article 288

発行年 ＧＥ

2

雑誌

01

5 巻号 ＧＤ

Aug 4;9:Article 288

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
The basic-helix-loop-helix (bHLH) transcription factors Ascl1/Mash1, Hes1, and Olig2 regulate thefate choice of neurons, astrocytes, and oligodendrocytes, respectively; however, these factors a recoexpressed in self-renewing multipotent neural stem cells (NSCs) even before cell fate
determination. This fact raises the possibility these fate determination factors are differentiallyexpressed between self-renewing and differentiating NSCs with unique expression dynamics. Real-time
imaging analysis utilizing fluorescent proteins is a powerful strategy for monitoring expression
dynamics. Fusion with fluorescent reporters makes it possible to analyze the dynamic behavior ofspecific proteins in living cells. However, it is technically challenging to conduct long-term
imaging of proteins, particularly those with low expression levels, because a high-sensitivity andlow-noise imaging system is required, and very often bleaching of fluorescent proteins an d cell
toxicity by prolonged laser exposure are problematic. Furthermore, to analyze the functional rolesof the dynamic expression of cellular proteins, it is essential to image reporter fusion proteinsthat are expressed at comparable levels to their endogenous expression. In this review, we introduce
our recent reports about the dynamic control of bHLH transcription factors in multipotency and fatechoice of NSCs, focusing on real-time imaging of fluorescent reporters fused with bHLH transcription
factors. Our imaging results indicate that bHLH transcription factors are expressed in an
oscillatory manner by NSCs, and that one of them becomes dominant during fate choice. We proposethat the multipotent state of NSCs correlates with the oscillatory expressi on of several bHLH
transcription factors, whereas the differentiated state correlates with the sustained expressionof a single bHLH transcription factor.

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