光誘導技術を利用した生体内神経細胞間ネットワークの人工構築法の開発

利用光导技术开发体内神经网络人工构建方法

• 批准号: 13J08713
• 负责人: 遠藤 瑞己
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J08713/
• 关键词: 神経細胞; 軸索誘導; 光制御; DCC; Cryptochrome2; 線虫; 軸索伸長

本申請研究では，光照射による軸索の誘導法の確立を目的とした．具体的には，申請者がこれまでに開発した軸索伸長を担う受容体タンパク質DCCを光照射によって活性化する分子，PA-DCC (photo-activatable DCC)を改良することで，神経細胞において光照射により効率的に軸索伸長を誘発する手法を確立することを目指した．まず, PA-DCC分子が軸索誘導能を有することを確認するため，ニワトリ胎児由来後根節神経細胞にPA-DCCを導入した. 伸長途中にあるPA-DCCを発現した軸索の先端部にある成長円錐の一部に，青色光を断続的に照射した．その後の伸長方向の変化を屈曲角として定量化し解析を行ったところ，光照射側へと誘導されることを確認できた．次に, 生きた個体内でも光照射による軸索誘導能が可能であることを検証するため，線虫を用いた実験を実施した．まずPA-DCC分子内のDCCを線虫由来のDCC (UNC-40と呼ばれる)に交換し，新たにPA-UNC-40を作成した．作成した分子を軸索誘導能を失った線虫に導入し，トランスジェニック線虫株を樹立した．発生途中のトランスジェニック線虫を麻酔処理し，生きたまま共焦点顕微鏡下で観察した．伸長途中の成長円錐の一部に青色光を断続的に照射した．照射後の成長円錐の移動量を重心軌跡より解析したところ，統計的に有意に光照射側へと移動することが確認できた．また，周囲に神経索と呼ばれる物理的障壁がある場合には，神経索に沿った方向に照射した時のみ成長円錐の誘導が観察された．本結果は，周囲の環境と軸索誘導との関係を本手法により直接解析可能であることを示している．このように, PA-DCC分子を用いることで生きた個体内における光照射による軸索誘導を世界に先駆けて実現し，生体組織内での軸索誘導機構の解明に貢献する可能性を示すことができた．

The present invention aims to establish the method for inducing axons by light irradiation. Specifically, the applicant has established a method for inducing axonal elongation by photo-activating molecules such as PA-DCC (photo-activatable DCC) in neurons. PA-DCC molecules are introduced into the root ganglion cells after induction. PA-DCC appeared at the tip of the shaft. The direction of elongation is determined by the quantitative analysis. In addition, in vivo, the axon-induced energy can be induced by light irradiation, and the axon-induced energy can be induced by radiation. The origin of DCC (UNC-40) in PA-DCC molecule is changed to PA-UNC-40. The molecular axis induction is introduced into the plant. During the development of the disease, the treatment of the disease was carried out, and the disease was observed under confocal microscope. A part of the growth cone on the way to elongation is irradiated with cyan light. The amount of movement of the growth cone after irradiation is analyzed and confirmed statistically. In the case of a physical barrier, the brain is irradiated in the direction of the brain and the growth cone is observed. These results suggest that a direct analysis of the relationship between the environment and axonal induction of the environment may be possible based on this approach. PA-DCC molecules can be used in vivo to induce axonal induction in vivo, and the possibility of their contribution to the elucidation of axonal induction mechanisms in vivo is demonstrated.

项目成果

神経軸索誘導タンパク質の光による活性制御法の開発

开发利用光控制神经轴突引导蛋白活性的方法

• 发表时间: 2013
• 作者: 遠藤瑞己;服部満;小澤岳昌;遠藤瑞己
• 通讯作者: 遠藤瑞己

タンパク質光多量化反応を用いた生体内における軸索伸長制御法の開発

开发利用蛋白质光聚合反应控制体内轴突生长的方法

• 发表时间: 2015
• 作者: 露崎 活人;蔭浦 泰資;日出幸昌邦;大里 啓孝;津谷 大樹;笹間 陽介;山口 尚秀;高野 義彦;立木 実;大井 修一;平田 和人;有沢 俊一;川原田 洋;Shiyoshi Yokoyama;能木雅也;遠藤瑞己・服部満・小澤岳昌
• 通讯作者: 遠藤瑞己・服部満・小澤岳昌

Optical control of extending neurite direction with light-induced protein oligomerizing system

利用光诱导蛋白质寡聚系统光学控制神经突延伸方向

• 发表时间: 2015
• 作者: Masamichi Nishide;Masashi Matsuoka;Takashi Katoda;Satoru Utsugi;Hiroshi Funakubo;Hiromi Shima;Ken Nishida;and Takashi Yamamoto;遠藤瑞己・服部満・小澤岳昌
• 通讯作者: 遠藤瑞己・服部満・小澤岳昌