1-3 脳疾病のテーラーメード医療に向けた基盤技術の確立●代表者 斎藤稔（生命科学科・教授）●分担者 菅原正雄（化学科・教授）
澤田博司（生命科学科・教授）
間瀬啓介（生命科学科・教授）
川上隆輝（物理学科・准教授）【研究の目的および概要】
脳にはその複雑さゆえ，未だ発症メカニズムや有効な治療法が明らかにされていない疾病が多くある。例えば，老化により引き起こされる認知症やアルツハイマー病は，記憶学習機能の中枢である海馬におけるニューロンもしくは神経ネットワークの変化に起因していることは明らかであり，その治療法として性ホルモン補充療法が有効であることが知られているが，それらのメカニズムはよく分かっていない。さらに，他の器官と同様に，脳における疾病の原因や状態は個々人で千差万別であり，同じ疾病であっても同じ治療法が適用できるとは限らない。本研究はこのような問題に鑑み，脳疾病の個々人の原因や状態を把握し，個々人に対する治療法やその効果を明らかにするテーラーメード医療に向けた基盤技術を確立することを目的とする。
このような研究を遂行するため，本研究ではマウスなどのげっ歯類の脳を用いて（1）高速・高分解能イメージング技術や多電極基板を用いた多点同時測定技術による神経活動の測定，（2）微小バイオセンサによる脳内情報伝達物質の高感度測定，（3）レーザー共焦点顕微鏡や電子顕微鏡による細胞微細構造の観察を行うことを通して，将来的にヒトの脳疾病のテーラーメード医療に適用できる基盤技術を確立する。
【研究の結果および考察・反省】①

マウスの脳海馬スライスにおける電気的な神経活動とカルシウム信号を，それぞれ多点電位記録システムとレーザー共焦点カルシウムイメージングを用いて同時測定する実験系を確立した。この実験系を用いて，海馬における自発的な神経活動およびそれに伴うカルシウム信号や，シナプスの長期増強（Long-term Potentiation;LTP）誘導時のカルシウム信号を測定することに成功した。また，新しいタイプの神経モジュレータとして注目されているステロイドホルモン（女性ホルモンやストレスホルモン）が海馬における神経活動にどのような影響を与えるかを調べることができ，確立した実験系の有用性を示すことができた。先行研究や経験的事実から女性ホルモンは増強的に，ストレスホルモンは抑制的に作用することが予想されたが，得られた結果はそれと矛盾しなかった。しかしながら，定量的な解析には至らなかったので，これは今後の課題である。

②

リポソーム界面に化学修飾したレセプター（抗体）と検知物質（抗原）との相互作用を蛍光変化に情報変換する手法としてアラメチシンチャンネルを利用することを検討した。これまでの研究により，ペプチドチャンネルであるグラミシジンＡの利用には成功しており，すでにサブスタンスＰの超高感度イムノアッセイに成功している。このアプローチを脂質二分子膜により融合しやすいと推定されるアラメチシンチャンネルを利用するアッセイ法へと展開した。ガストリンを被験物質として，感度・選択性などの因子について詳細な検討を行った結果，アトモルレベルの検出感度を達成した。それにより，血清を単純に希釈することでアッセイを行う可能性を示した。今後はその確度について検討する。

③

カルモジュリンは Ca2+ と直接結合し，Ca2+ カルモジュリン複合体が更に機能性タンパク質の機能制御を担っていることが知られている。初期発生におけるカイコのカルモジュリン（BmCalm）に着目し，BmCalm をコードする cDNA のクローニング，遺伝子の発現，リコンビナント BmCalm（rBmCalm）の調製を行い，クローニングした BmCalm cDNA の特徴について調べた。また，BmCalm 遺伝子の発現解析を行った結果，今回調べた全ての発6

生ステージにおいてその発現が確認されことから，BmCalm は初期発生時の各ステージで恒常的に発現していることが強く示唆された。
④ カイコの繭色のバリエーションは多様であり，その発現に関わる幾つかの遺伝子は同定されているものの，まだ未同定な遺伝子もあり，それら相互の関係や遺伝様式については不明な点が多い。Ga 変異系統である B8 斑油を加えた塩基配列解析を進めたところ，ある糖輸送体遺伝子に G27 と Ga とに共通する塩基置換が見つかり，しかもアミノ酸レベルにおいても，その機能性に影響すると思われる変異であることが推察された。さらにこの変異は他のいくつかの白繭系統においても同様に見られ，Ga の原因遺伝子そのものである可能性が示唆された。
⑤

コンプレッサーから伝わる振動をなるべく抑える工夫を施し，冷凍機を用いた高圧メスバウアー分光装置の開発を行った。メスバウアー分光装置とコンプレッサーの間に，蛇腹でできた繋ぎを用いることで振動を低減させた。また，内部の熱伝導させる部分を二段階に切って分けることで，直接，メスバウアー分光装置に振動が伝わらないように工夫した。このような工夫をすることにより，15K 程度まで試料を冷やすことができ，振動も大幅に低減できることが明らかになった。
以上のように，高速・高分解能イメージングや多電極基板を用いた多点同時測定によって脳の神経活動を測定する技術を確立し（①），その技術の高性能化につながる基礎技術を確立した（⑤）
。また，機能性リポソームを用いることにより脳内情報伝達物質を高感度で測定する技術（②），脳機能の遺伝子レベルでの解析技術（③，④）を確立した。将来的には，このような技術を結集し，それをヒト iPS 細胞由来ニューロンの培養系に適用することによって，ヒトの脳疾病のテーラーメード医療への応用を目指す。
【研究発表】
マウス海馬スライスにおいてニューロステロイドが引き起こす神経活動変化のレーザー共焦点カルシウムイメージ
ング，岩田尚樹，河村賢，浜崎雄太，小山内裕美，斎藤稔，第 39 回日本神経科学大会，2016 年 7 月 20 日〜 22 日，横浜．
単離脳標本系における匂い嫌悪条件付けによるナメクジの嗅覚系神経活動の匂い応答変化，橋口小春，石田康平，渡辺恵，小松崎良将，斎藤稔，第 39 回日本神経科学大会，2016 年 7 月 20 日〜 22 日，横浜．
多点電位記録システムとレーザー共焦点カルシウムイメージングによるマウス海馬スライスにおける神経活動の同時測定，幅菜摘，宇野祥規，浜崎雄太，斎藤稔，第 39 回日本神経科学大会，2016 年 7 月 20 日〜 22 日，横浜．
マウス海馬スライスにおいてニューロステロイドが引き起こす神経活動変化のレーザー共焦点カルシウムイメージ
ング，岩田尚樹，浜崎雄太，斎藤稔，第 25 回日本バイオイメージング学会学術集会，2016 年 9 月 5 日〜 6 日，名古屋．
単離脳標本系における匂い嫌悪条件付けによるナメクジの嗅覚系神経活動の匂い応答変化，石田康平，橋口小春，小松崎良将，斎藤稔，第 25 回日本バイオイメージング学会学術集会，2016 年 9 月 5 日〜 6 日，名古屋．
多点電位記録システムとレーザー共焦点カルシウムイメージングによるマウス海馬スライスにおける神経活動の同時測定，幅菜摘，宇野祥規，浜崎雄太，斎藤稔，第 25 回日本バイオイメージング学会学術集会，2016 年 9 月 5 日〜 6 日，名古屋．

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聴覚刺激によって引き起こされる脳波の引き込み現象と確率共鳴，斎藤稔，川本祥悟，浜崎雄太，齊藤健，山本哲也，第 54 回日本生物物理学会年会，2016 年 11 月 25 日〜 27 日，つくば．
エピカテキンはヨーロッパモノアラガイの呼吸行動の中枢リズム発生器である RPeD1 ニューロンの興奮性を変化させる，小松崎良将，斎藤稔，Ken Lukowiak，第 54 回日本生物物理学会年会，2016 年 11 月 25 日〜 27 日，つくば．
単離標本系における匂い嫌悪条件付けは嗅覚系神経活動の忌避的応答を誘発する，橋口小春，石田康平，斎藤稔，小松崎良将，第 60 回日本大学理工学部学術講演会，2016 年 12 月 3 日，東京．
（優秀発表賞）
The design of bilayer lipid membranes as a platform for channel-based biosensing, M. Sugawara, 8th International
Workshop on Nanostructures & nanoelectronics, 2017 March 7, 2017, Sendai.
脂質膜内に存在するコレステロールの酸化反応評価，東海林敦，山本美友，柳田顕郎，菅原正雄，日本分析化学会
65 年会，2016 年 9 月 14 日 -16 日，札幌．
ジャイアントリポソームを用いた高感度蛍光イムノアッセイの構築，阪本美里，高橋裕輔，東海林敦，菅原正雄，
日本分析化学会 65 年会，2016 年 9 月 14 日 -16 日，札幌．
阻害剤共存下での L- グルタミン酸センサーの容量性電流に関する基礎検討，今村俊裕，池上由季，穂積志津子，高橋裕輔，平野愛弓，菅原正雄，日本分析化学会 65 年会，2016 年 9 月 14 日 -16 日，札幌．
Alamethicin チャネルを用いる蛍光イムノアッセイの構築，西下直希，坂本美里，東海林敦，菅原正雄，日本分析化学会 65 年会，2016 年 9 月 14 日 -16 日，札幌．
カイコの胚子活性化時におけるカルシウム依存性ミトコンドリア溶質輸送体 (MCSC) の役割の解明，日本比較内分
泌学会，2016 年 12 月 10 日，相模原．
カイコ Ga 候補遺伝子の塩基配列解析，日本蚕糸学会，2017 年 3 月 21 日，つくば．
A サイト秩序型ペロブスカイト鉄酸化物 PrCu3Fe4O12 における不連続体積膨張の圧力効果，風間宣克，川上隆輝，村川佳香，山田幾也，日本物理学会 2016 年秋季大会，2016 年 9 月 13 日 -16 日，金沢．
Sr (Fe0.8Co0.2) O2 と Sr (Fe0.8Mn0.2) O2 の高圧下電気抵抗測定，矢田叶美，川上隆輝，村川佳香，山本隆文，陰山洋，日本物理学会 2016 年秋季大会，2016 年 9 月 13 日 -16 日，金沢．
【研究成果物】
Simultaneous measurement of neural activities of acute mouse hippocampal slices using multi-electrode array system
and laser confocal calcium imaging, Yuuta Hamasaki, Natsumi Haba, Naoki Iwata, Yoshiki Uno, Minoru Saito, Journal ofBehavioral and Brain Science 7, 2 (2017) 68-78.

8Monitoring of cholesterol oxidation in a lipid bilayer membrane using streptolysin O as a sensing and signal transduction
element, A. Shoji, K. Ikeya, Miki Aoyagi, R. Takatsuji, Akio Yanagida, Y. Shibusawa, M. Sugawara, J. Pharm. Biomed.
Anal. 128, 455-461 (2016).
Giant unilamellar vesicles containing rhodamine 6G as a marker for immunoassay for BSA and lipocaline-2, M. Sakamoto, A.
Ashoji, M. Sugawara, Anal. Biochem. :Methods in the Biological Sciences, 505, 66-72 (2016).
Visual assay of total iron in human serum with bathophenanthrolin disulfonate-accommodated MCM-41, M. Sakamoto, K.
Hizawa, M. Hosaka, M. Sugawara, Anal. Sci., 32, 241-244 (2016).
Nitric oxide synthase during early embryonic development in silkworm Bombyx mori: gene expression, enzyme activity,and tissue distribution, Development, Growth & Differentiation 58(2016)750-756.
Pressure-Driven Crossover Involving Polyhedral Transformation in Layered Perovskite Cobalt Oxyfluoride, Y. Tsujimoto,
S. Nakano, N. Ishimatsu, M. Mizumaki, N. Kawamura, T. Kawakami, Y. Matsuthista, K. Yamaura, Scientific Reports 6,
Article number: 36253 (2016).
A サイト秩序型ペロブスカイト鉄酸化物 CaCu3Fe4O12 の圧力効果，川上隆輝，固体物理 51, 453-463 (2016).

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