伊佐 正

霊長類の大規模回路の光遺伝学的操作による高次脳機能の解明

研究代表者

伊佐 正

主たる共同研究者

太田 淳	奈良先端科学技術大学院大学 先端科学技術研究科　教授
小林 憲太	自然科学研究機構 生理学研究所　准教授

研究概要

ウイルスベクターの高性能化と光照射システムの高パワー化により、これまで困難とされてきた「サルの巨大な大脳皮質回路の光遺伝学操作」を実現します。皮質下から大脳皮質運動野へ向かうアセチルコリン及びドーパミン作動性経路を選択的に操作し、これらが脊髄損傷からの機能回復に果たす役割を検証します。さらに、皮質―皮質間投射経路のボトムアップ系とトップダウン系の機能の違いを明らかにします。

河西 春郎

記憶構造を解明する新しい光操作・画像法の開発

研究代表者

河西 春郎

主たる共同研究者

石井 信	京都大学 大学院情報学研究科　教授
樋口 真人	量子科学技術研究開発機構 量子医科学研究所　部長
山森 哲雄	理化学研究所 脳神経科学研究センター　チームリーダー

研究概要

学習・記憶に関係したシナプスを標識する光操作技術を発展させ、学習・記憶を担う神経回路、「記憶構造」、の解明を進めます。シナプスレベルのみならず遺伝子発現、画像情報処置、非侵襲イメージングの専門家が協力して、特定の記憶に関係する記憶構造をシナプスから全脳レベルで光操作し、可視化する方法を開発します。

佐藤 守俊

ゲノムの光操作技術の開発と生命現象解明への応用

研究代表者

佐藤 守俊

主たる共同研究者

高山 和雄	京都大学 iPS細胞研究所　講師
成川 礼	東京都立大学 理学部生命科学科　准教授
三上 秀治	北海道大学 電子科学研究所　教授
矢澤 真幸	コロンビア大学（アメリカ） Department of Rehabilitation and Regenerative Medicine　Assistant Professor

研究概要

本研究では、ゲノムの光操作に焦点を絞り、これを実現するオリジナルな技術を創製します。当該技術には、同じく本研究で開発する近赤外光スイッチタンパク質と組み合わせて、生体での低侵襲・高効率・高精度の光操作のために十分な高度化を施します。さらに光操作ツールを導入したトランスジェニックマウスを樹立し、ゲノムの異常に基づく脳機能障害の理解に応用すると共に、生体における造血系細胞の動態の解明に応用します。

松田 道行

ミクロからマクロまでシームレスに細胞と会話する光技術の開発

研究代表者

松田 道行

研究概要

細胞間情報伝達可視化技術と光反応性情報伝達分子とを用いて、胎生期細胞や成体細胞の増殖分化制御機構、さらには免疫細胞によるがん細胞排除機構を研究します。ミクロからマクロまでシームレスに観察・操作するために、蛍光・発光ハイブリッドバイオセンサーを発現するマウスとWiFi通信可能なイメージング&LEDデバイスを開発し、生きた個体で分子活性をリアルタイムに観察・操作するという新しい研究手法を確立します。

柳沢 正史

光を用いた睡眠の機能と制御機構の統合的解析

研究代表者

柳沢 正史

主たる共同研究者

Lazarus Michael

筑波大学 医学医療系　教授

研究概要

睡眠は動物の普遍的な生理的現象ですが、その機能や調節メカニズムはいまだ解明されていません。例えば誰もが日々体験する「眠気」の物理的実態は、いまだに謎です。本研究では、睡眠・覚醒の包括的理解を目指し、「眠気」分子の光学計測と光化学的制御、睡眠調節を模倣する光操作ツールの開発、光技術とメタボロームや電気生理学的手法を組み合わせた睡眠中の脳の解析、進化的に保存された睡眠分子機構の光遺伝学的探索などの多面的かつ統合的な研究を通じて、睡眠の根本的な謎に挑みます。

須藤 雄気

ファイバーレス光遺伝学による高次脳機能を支える本能機能の解明

研究代表者

須藤 雄気

主たる共同研究者

石北 央	東京大学 先端科学技術研究センター　教授
小野 大輔	名古屋大学 環境医学研究所　講師

研究概要

睡眠覚醒などの本能機能は、記憶や意志決定などの高次脳機能にも影響を及ぼしています。従来の光遺伝学では、侵襲や行動制限のために、この機能連関の研究には不十分でした。新開発するファイバーレス光遺伝学では、光ファイバーを刺入せずに脳深部の神経活動を体外から照射した近赤外光で操作可能になります。これを応用することで睡眠覚醒と記憶との関係の解明に迫れるだけでなく、様々な生体機能の解明に大幅な進展が期待されます。