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京都大学霊長類研究所　年報

vol. 48　2017年度の活動

統合脳システム分野

＜研究概要＞

先端的神経ネットワーク解析による霊長類大脳眼球運動制御システムの構造と機能の解明

高田昌彦, 井上謙一, 菊田里美

（１）RVベクターを用いた眼球運動関連皮質領野の投射様式と多シナプス性入力様式の解析

高発現型multi-color RVベクターによる逆行性越シナプス的多重トレーシングを、前頭眼野、補足眼野、頭頂間溝外側部を対象にして実施する準備を進めている。また、大脳基底核から運動前野背側部および腹側部への多シナプス性入力様式に関する原著論文を投稿準備中である。

（２）多領域多点同時記録による眼球運動関連ネットワークダイナミクスの解析

眼球運動課題遂行中のマカクザルの前頭眼野、大脳基底核、上丘などから同時記録をおこなう実験システムのセットアップを終了し、記録実験をスタートしつつある。

（３）神経路選択的な光遺伝学的抑制法や化学遺伝学的抑制法の確立

研究代表者らがすでに霊長類において開発に成功し、最近、原著論文として発表した光遺伝学による神経路選択的刺激法を応用し、搭載遺伝子を交換して光遺伝学的抑制法を霊長類で確立するためのウイルスベクターの作製を終了し、現在サルにおける注入実験を進めている。

サル脊髄損傷モデルにおける大脳運動関連領野の可塑的神経メカニズムの解明

高田昌彦, 山中 創

解剖学的および生理学的にヒトに近縁のマカクザルを用いて、脊髄損傷後の前頭葉運動関連領野でみられる可塑的変化を形態学的に明らかにし、機能回復の中枢メカ二ズムに迫ることを目的とし、「大脳運動関連領野における錐体細胞の樹状突起と樹状突起スパインの形態学的解析」を中心に研究計画を遂行した。現在、得られた実験データの解析を進めており、運動関連領野間における皮質脊髄路の起始ニューロンの形態学的差異が明らかになりつつある。また、「脊髄損傷後の機能回復と錐体細胞の樹状突起・スパイン動態の相関解析」についても、脊髄損傷後の急性期（約10日後）における樹状突起・スパインの形態変化の解析に関する実験をスタートした。

パーキンソン病サルモデルの多領域多点同時記録による集団発振現象および同期化の探索

高田昌彦, 菊田里美

１．サルの課題トレーニング、記録部位の同定、およびコントロールデータの取得、２．パーキンソン病サルモデルの作製およびモデルにおける多領域多点同時記録、３．多領域多点同時記録データの解析：各領域における活動変化の３つの研究計画を実施した。MPTP投与によって作製したパーキンソン病サルモデルから、安静時およびボタン押し課題遂行中における大脳皮質、大脳基底核、小脳から神経活動（主にLFP）の多領域多点同時記録を実施した結果、パーキンソン病モデルの小脳からベータ波の過活動を検出し、更にcross-frequency coupling解析により、運動遂行時における大脳皮質（特に一次運動野）との間のphase amplitude couplingが大脳基底核よりもむしろ小脳で顕著であることが明らかになった。

マーモセットの高次脳機能マップの作成とその基盤となる神経回路の解明および研究環境の提供

高田昌彦, 大石高生, 井上謙一, 上園志織

（１）マーモセットの大脳を巡る多シナプス性神経回路の解析

独自に開発した異なる蛍光タンパク質遺伝子を搭載した狂犬病ウイルスベクターを用いて、逆行性越シナプス的多重トレーシングに最適なシステムを確立した。

（２）疾患／病態モデルマーモセットの作出

小林グループとの連携により、優れた逆行性遺伝子導入効率を示し、かつ注入部位における免疫応答を抑制した改変型レンチウイルスベクターを開発するとともに、パーキンソン病モデルマーモセットの作製および行動評価のために、ドーパミンニューロン特異的にアルファシヌクレインを発現させる遺伝子導入手法を確立し、自動計時機能付き階段採餌課題装置を開発した。

マカクザルを用いた脊髄損傷後の中枢への物理的刺激による可塑性制御機構の解明

高田昌彦, 大石高生, 山中 創

（１）マカクザル（主にニホンザル）を用いて、到達・把持運動が顕著に障害される頸髄下部（C6/C7レベル）において片側2/3（内側部を除く）を傷害した脊髄損傷モデルを作製し、脊髄損傷に対するRGM抗体投与と一次運動野（特に手指領域）をターゲット部位にしたTMS施行の併用による複合的治療効果の検証をおこなった。そのデータを解析した結果、TMS施行を併用した個体では、Brinkman board testとreaching/grasping taskのいずれにおいてもコントロール個体と比較して明瞭な相乗効果を示した。

（２）皮質脊髄路がどのように代償性に再編しているかを明らかにするため、一次運動野手指領域に順行性神経トレーサーであるBDAを注入し、脊髄損傷後の可塑的変化による皮質脊髄路線維（BDAによりラベル）の脊髄内再分布様式を機能解剖学的に同定する実験を進めている。

自然発症の難病と考えられるニホンザルに関する研究

大石高生，高田昌彦，今井啓雄（ゲノム進化），今村公紀（ゲノム進化），釜中慶朗（NBRP），森本真弓（技術部），兼子明久（技術部），宮部貴子（人類進化モデル研究センター），橋本直子（技術部），平崎鋭矢（進化形態），木下こづえ（野生動物研究センター），郷康弘（自然科学研究機構），東超（奈良県立医大）

顔貌と骨格に異常の見られる若桜群のサルの家系に関して、遺伝子解析を行った。異常のある3頭では、ライソゾーム病の一種であるムコ多糖症I型の原因遺伝子の特定個所のミスセンス突然変異がホモ接合していた。これらの個体の両親では、当該ミスセンス突然変異はヘテロ接合していた。

光操作による神経ネットワーク解析技術の開発

井上謙一

効果的な光刺激を実現するウイルスベクターを用いた遺伝子導入手法の開発として、改変キャプシドを持つAAVベクターを開発し、同ベクターが、AAV2と同等の神経細胞選択的な感染能を保持しつつ、AAV1と同等の外来遺伝子発現能を実現することを明らかにした。また、上丘における 眼球運動制御メカニズムの解明のため、タスク・刺激・計測システムの構築を完了し、タスクコントロール、２波長同時光刺激、眼球位置およびマルチニューロン活動の記録を同期して行う記録実験系を実現するとともに、サッカード課題のトレーニングを開始した。

２）１頭のサルへの固視課題および視覚誘導性サッカード課題のトレーニングを完了し、記憶誘導性サッカード課題のトレーニングを開始した。

霊長類うつ病モデルを用いた「セロトニン１Bレセプター仮説」の検証

山中創

スクロース嗜好性テスト（SPT）をさらに改良し一日で3濃度（0、0.25、1.0％）が実施できるシステムを構築し、ヒトでうつ状態を引き起こすことが知られているリポポリサッカライド（LPS）を投与し、その表面妥当性評価を行った。疾患モデル研究において最も重要な課題はどの濃度のスクロースを用いるかである。個体による変動を網羅的に捉えるために一日に3濃度を提示する戦略を選択した。スクロース濃度―反応曲線を基にし、0、0.25、1.0％の3濃度が選ばれた。最適な提示順序を見つけるために、6通りの順序にて提示を行い高い選好性と消費量などの観点から、0.25->1.0->0%スクロースの提示順序が快感喪失行動を標的とした研究においては最適であることが示唆された。LPSはグラム陰性菌の外膜の構成成分であり炎症反応を誘発するが、マウスのうつ病様行動を惹起するだけはなく、ヒトにおいては数時間後にうつ病評価尺度が上昇することが知られている。7頭のマカクザルにLPSを投与し3時間後に評価した。その結果、すべての個体においてスクロース水摂取量の低下が認められたものの、スクロース水に対する選好性低下は2頭のみ観察された。この投与用量は人への投与用量と比較して極端に高いことから、より低い用量にて検討する必要性がある。

＜研究業績＞

原著論文

＃Saga Y, Nakayama Y, Inoue K, Yamagata T, Hashimoto M, Tremblay L, Takada M, Hoshi E 2017: Visuomotor signals for reaching movements in the rostro-dorsal sector of the monkey thalamic reticular nucleus. Eur J Neurosci 45: 1186-1199.

＃Tanabe S, Inoue K, Tsuge H, Uezono S, Nagaya K, Fijiwara M, Kato S, Kobayashi K, Takada M 2017: The use of an optimized chimeric envelope glycoprotein enhances the efficiency of retrograde gene transfer of a pseudotyped lentiviral vector in the primate brain. Neurosci Res 120: 45-52.

＃Seiriki K, Kasai A, Hashimoto T, Schulze W, Niu M, Yamaguchi S, Nakazawa T, Inoue K, Uezono S, Takada M, Naka Y, Igarashi H, Tanuma M, Wascheck JA, Ago Y, Tanaka KF, Hayata-Takano A, Nagayasu K, Shintani N, Hashimoto R, Kunii Y, Hino M, Matsumoto J, Yabe H, Nagai T, Fujita K, Matsuda T, Takuma K. Baba A, Hashimoto H 2017: High-speed and scalable whole-brain imaging in rodents and primates. Neuron 94: 1085-1100.

＃Oh Y-M, Karube F, Takahashi S, Kobayashi K, Takada M, Uchigashima M, Watanabe M, Nishizawa K, Kobayashi K, Fujiyama F 2017: Using a novel PV-Cre rat model to characterize pallidonigral cells and their terminations. Brain Struct Funct 222: 2359-2378.

Ichinose H, Inoue K, Arakawa S, Watanabe Y, Kurosaki H, Koshiba S, Hustad E, Takada M, Aasly JO 2018: Alterations in the reduced pteridine contents in the cerebrospinal fluids of LRRK2 mutation carriers and patients with Parkinson's disease. J Neural Transm 125: 45-52.

＃Ishida H, Inoue K, Takada M 2018: Multisynaptic projections from the amygdala to the ventral premotor cortex in macaque monkeys: Anatomical substrate for feeding behavior. Front Neuroanat 12:3.

＃Uesaka M, Agata K, Oishi T, Nakashima K, Imamura T 2017: Evolutionary acquisition of promoter-associated non-coding RNA (pancRNA) repertoires diversifies species-dependent gene activation mechanisms in mammals. BMC Genomics 18: 285-297.

Koga A, Tanabe H, Hirai Y, Imai H, Imamura M, Oishi T, Stanyon R, Hirai H 2017: Co-Opted Megasatellite DNA Drives Evolution of Secondary Night Vision in Azara's Owl Monkey. Genome Biol Evol 9: 1963-1970.

その他の執筆

＃Kobayashi K, Inoue K, Tanabe S, Kato S, Takada M, Kobayashi K 2017 Pseudotyped lentiviral vectors for retrograde gene delivery into target brain regions. Front Neuroanat 11:65.

Galvan A, Stauffer WR, Ackerson L, El-Shamayleh Y, Inoue K, Ohayon S, Schmid M. 2017 Nonhuman primate optogenetics: Recent advances and future directions. J Neurosci 37: 10894-10903.

＃高田昌彦、井上謙一、松本正幸 2017: 光による霊長類脳機能制御：神経路選択的光操作技術． 生体の科学「特集 生細胞多様性解明に資する光技術 ―見て，動かす」Vol.68, 医学書院, pp.488-489.

＃高田昌彦、永井裕司、井上謙一、南本敬史 2017: 脳内の「やる気」スイッチを操作：霊長類の生体脳における人工受容体の画像化．医学のあゆみ「バソプレシンV2受容体拮抗薬のすべて」 Vol.126 No.10医歯薬出版, pp. 866-868.

学会発表

日高侑也、小林由紀、伊藤睦代、林昌宏、井上謙一、伊藤琢也 狂犬病ウイルスゲノムの分節化. 第16回狂犬病研究会 (2017/04/05) 国立感染症研究所、東京.

＃Ishida H, Inoue K, Hoshi E, Takada M. Cells of origin of multisynaptic projections from amygdala to ventral premotor cortex in macaques Different elements of Primate Neural Networks in the Connectome Era (2017/6/26) Sicily, Italy.

＃Inoue K, Fujiwara M, Uezono S, Tanabe S, Ishida H, Hoshi E, Takada M. Organization of multisynaptic inputs from the basal ganglia to the premotor cortex in macaque monkeys - Retrograde transneuronal dual tracing using rabies viral vectors. Cold Spring Harbor Asia Conference: Primate Neuroscience (2017/6/27) 蘇州市, 中華人民共和国.

山中創. 側坐核・腹側淡蒼球のセロトニン１Bレセプターがケタミンの抗うつ作用に寄与する可能性. 第32回 日本大脳基底核研究会 (2017/7/1) 三河湾リゾートリンクス、愛知県西尾市.

＃田辺 創思、井上 謙一、上園 志織、柘植 仁美、中村 克樹、小林 和人、高田 昌彦. 霊長類および齧歯類の線条体入力系におけるFuGシュードタイプレンチウイルスベクターの遺伝子導入特性. 第32回 日本大脳基底核研究会 (2017/7/1) 三河湾リゾートリンクス、愛知県西尾市.

上園 志織、田辺 創思、藤原 真紀、柘植 仁美、中村 克樹、井上 謙一、高田 昌彦. マーモセットにおける大脳基底核から帯状皮質への多シナプス性入力様式. 第32回 日本大脳基底核研究会 (2017/7/1) 三河湾リゾートリンクス、愛知県西尾市.

大石高生、福冨憲司、上野瑠惟、高田昌彦. Raspberry Piを用いたマーモセット運動機能解析装置の開発. 第33回日本霊長類学会 (2017/7/16) コラッセふくしま、福島県福島市.

＃Tanabe S, Uezono S, Tsuge H, Fujiwara M, Nagaya K, Nagaya N, Sugawara M, Miwa M, Konoike N, Kato S, Nakamura K, Kobayasi K, Inoue K, Takada M. Differences in retrograde gene transfer efficiency and cytotoxicity between lentiviral vectors pseudotyped with FuG-E and FuG-B2 glycoprotein in the striatal input system of rodents and primates. 第40回日本神経科学大会 (2017/07/20) 幕張メッセ、千葉県千葉市.

Yamanaka H, Hosaka N, Takada M, Onoe H. Improvement of a sucrose preference test for evaluating depression-like behavior in macaque monkeys. 第40回日本神経科学大会 (2017/07/20) 幕張メッセ、千葉県千葉市.

＃Hatanaka N, Takara S, Kaneko N, Takada M, Nambu A. GABAergic modulation of striatal neuron activity in behaving macaque monkeys. 第40回日本神経科学大会 (2017/07/20) 幕張メッセ、千葉県千葉市.

＃Ninomiya T, Nagai Y, Inoue K, Hori Y, Kikuchi E, Lee J, Suhara T, Iriki A, Minamimoto T, Takada M, Isoda M, Matsumoto M, Mccairn K.W. Phase-amplitude coupling in cerebro-basal ganglia-cerebellar networks: A new model of hypo- and hyperkinetic movement disorders. 第40回日本神経科学大会 (2017/07/20) 幕張メッセ、千葉県千葉市.

＃Inoue K, Fujiwara M, Uezono S, Tanabe S, Tsuge H, Nagaya N, Nagaya K, Ishida H, Hoshi E, Takada M. Organization of multisynaptic inputs from the basal ganglia to the dorsal and ventral premotor cortices in macaque monkeys: retrograde transneuronal dual tracing with fluorescent rabies viral vectors. 第40回日本神経科学大会 (2017/07/21) 幕張メッセ、千葉県千葉市.

＃Tsuge H, Uezono S, Tanabe S, Fujiwara M, Nagaya K, Nagaya N, Sugawara M, Miwa M, Konoike N, Kato S, Nakamura K, Kobayashi K, Inoue K, Takada M. The lentiviral vector pseudotyped with FuG-E glycoprotein is more suitable, compared with the FuG-B2 type, for retrograde gene transfer into the cortical input system of primates. 第40回日本神経科学大会 (2017/07/21) 幕張メッセ、千葉県千葉市.

Takata Y, Nakagawa H, Yamanaka H, Takada M. Morphological differences of large layer V pyramidal neurons among the cortical motor-related areas of macaques. 第40回日本神経科学大会 (2017/07/21) 幕張メッセ、千葉県千葉市.

Ogasawara T, Takada M, Matsumoto M. Primate dopamine neurons in the substantia nigra transmit a stop signal to the caudate nucleus during the performance of a saccadic countermanding task. 第40回日本神経科学大会 (2017/07/21) 幕張メッセ、千葉県千葉市.

＃Fujimoto A, Hori Y, Nagai Y, Mccairn K.W. Hirabayashi T, Takada M, Suhara T, Minamimoto T. Predicted reward value in the rostromedial caudate and the ventral pallidum for goal-directed action in monkeys. 第40回日本神経科学大会 (2017/07/21) 幕張メッセ、千葉県千葉市.

＃Mccairn K.W., Ninomiya T, Min P.H., Lim, Park, Bennet K.E., Lee K.H., Isoda M, Paek S, Takada M. Nucleus Accumbens Dysregulation and Deep Brain Stimulation: Evidence for Disruption of Normal and Abnormal Behavioral Profiles and Neurophysiological Activity in Monkeys and Humans. 第40回日本神経科学大会 (2017/07/22) 幕張メッセ、千葉県千葉市.

Uezono S, Tsuge H, Tanabe S, Fujiwara M, Nagaya N, Nagaya K, Inoue K, Takada M. Organization of multisynaptic inputs from the basal ganglia and cerebellum to the cingulate cortex in common marmosets as revealed by retrograde transneuronal labeling with rabies virus. 第40回日本神経科学大会 (2017/07/22) 幕張メッセ、千葉県千葉市.

山中創. 側坐核・腹側淡蒼球のセロトニン１Bレセプターがケタミンの抗うつ作用に寄与する可能性. 第21回 活性アミンに関するワークショップ (2017/8/25) 同志社大学、京都府京都市.

日高 侑也、林 昌宏、伊藤 睦代、朴 天鍋、君付 和範、井上 謙一、小林 由紀、伊藤 琢也. 狂犬病ウイルスゲノムの分節化. 第160回日本獣医学会学術集会 (2017/9/13) 鹿児島大学、鹿児島.

Kaku Y, Inoue K, Inoue S, Noguchi A, Mirikawa S. Analysis of epitope on rabies virus phosphoprotein recognized by a single chain variable fragment which inhibits rabies virus growth. 第65回日本ウイルス学会学術集会 (2017/10/24) 大阪国際会議場、大阪.

Kikuta S, Yanagawa Y, Homma N, Takada M, Osanai M. Involvement of the store operated calcium entry in the long-lasting calcium transient in the striatal GABAergic neuron. Neuroscience 2017 (2017/11/13) Washington, DC, USA.

Yamanaka H, Hosaka N, Takada M, Onoe H. A sucrose preference test modified for evaluation of depression-like behavior in macaque monkeys. Neuroscience 2017 (2017/11/13) Washington, DC, USA.

＃Inoue K, Fujiwara M, Uezono S, Tanabe S, Ishida H, Hoshi E, Takada M. Arrangement of multisynaptic inputs from the basal ganglia to the dorsal and ventral premotor cortical areas in macaques: retrograde transneuronal double labeling with fluorescent rabies viral vectors. Neuroscience 2017 (2017/11/13) Washington, DC, USA.

Ogasawara T, Takada M, Matsumoto M. The nigrostriatal dopamine pathway transmits a stop signal during the performance of a saccadic countermanding task in monkeys. Neuroscience 2017 (2017/11/13) Washington, DC, USA.

＃Kasai A, Seiriki K, Hashimoto T, Niu M, Yamaguchi S, Naka Y, Igarashi H, Tamura M, Nakazawa T, Inoue K, Takada M, Fujita K, Hashimoto H. FAST, High-speed serial-sectioning imaging for whole brain analysis with high scalability. Neuroscience 2017 (2017/11/13) Washington, DC, USA.

＃Fujimoto A, Hori Y, Nagai Y, McCairn K.W, Hirabayashi T, Kikuchi E, Takada M, Suhara T, Minamimoto T. Encoding expected reward value for formulating goal-directed decision in the rostro-medial caudate and the ventral pallidum. Neuroscience 2017 (2017/11/13) Washington, DC, USA.

Uezono S, Tanabe S, Fujiwara M, Tsuge H, Nakamura K, Inoue K, Takada M. Organization of multisynaptic inputs from the basal ganglia and cerebellum to the anterior and posterior cingulate cortical areas in common marmosets: Retrograde transneuronal double labeling with fluorescent rabies viral vectors. Neuroscience 2017 (2017/11/14) Washington, DC, USA.

Amita H, Kim H.F, Inoue K, Takada M, Hikosaka O. Optogenetic modulation of saccade-controlling circuits in the monkey basal ganglia. Neuroscience 2017 (2017/11/14) Washington, DC, USA.

＃Tanabe S, Tsuge H, Uezono S, Fujiwara M, Miwa M, Konoike N, Kato S, Nakamura K, Kobayashi K, Inoue K, Takada M. Differences in retrograde gene transfer efficiency and cytotoxicity between lentiviral vectors pseudotyped with FuG-E and FuG-B2 glycoprotein in rodent and primate brains. Neuroscience 2017 (2017/11/15) Washington, DC, USA.

＃Ishida H, Inoue K, Hoshi E, Takada M. Cells of origin of multisynaptic projections from amygdala to ventral premotor cortex in macaques. 平成29年度生理研研究会 第7回社会神経科学研究会 (2017/11/30) 生理学研究所、愛知県岡崎市

上園志織, 田辺創思, 藤原真紀, 柘植仁美, 中村克樹, 井上謙一, 高田昌彦. 狂犬病ウイルスベクターを用いた逆行性越シナプス的ラベル法によるマーモセット帯状皮質への入力様式：大脳基底核および小脳からの入力について. 平成29年度生理研研究会 第7回社会神経科学研究会 (2017/11/30) 生理学研究所、愛知県岡崎市

大石高生、上野瑠惟、高田昌彦. 光学センサーと小型コンピュータを用いた可搬型行動実験装置の開発. 第7回日本マーモセット研究会大会 (2018/1/17) 京都大学、京都府京都市.

上園志織、田辺創思、藤原真紀、柘植仁美、中村克樹、井上謙一、高田昌彦. マーモセットにおける大脳基底核および小脳から前部・後部帯状皮質への多シナプス性入力様式. 第7回日本マーモセット研究会大会 (2018/1/17) 京都大学、京都府京都市.

＃南本敬史、三村喬生、永井裕司、井上謙一、須原哲也、高田昌彦. 化学遺伝学とPET イメージングの融合による黒質線条体ドーパミン神経活動制御. 第7回日本マーモセット研究会大会 (2018/1/17) 京都大学、京都府京都市.

大石高生、兼子明久、宮部貴子、今井啓雄、平崎鋭矢、郷康広、今村公紀、木下こづえ、釜中慶朗、橋本直子、森本真弓、高田昌彦. 京都大学霊長類研究所で飼育されているニホンザルに発症したムコ多糖症. 第95回日本生理学会大会(2018/3/28)、香川県高松市.

講演

高田昌彦 光遺伝学による脳神経系へのアプローチ：霊長類. 第64回日本実験動物学会総会 (2017/5/25) ビックパレット福島, 福島県郡山市

高田昌彦 マカクサルモデルの脳病態：多系統萎縮症、パーキンソン病、老化. 第58回日本神経病理学会総会学術研究会 (2017/6/2) 一橋講堂, 東京千代田区Inoue K. Pathway-selective manipulation of neural circuits. NIMH Workshop"Neural Circuits: Gaps and Opportunities" (2017/09/11) National Institute of Health, Bethesda, USA.

Inoue K. Pathway-selective optogenetics for elucidating neural network function in primates. Neuroscience 2017 (2017/11/11) Washington, DC, USA.

井上謙一. 霊長類における光遺伝学を利用した神経回路操作. 日本学術振興会 光電相互変換第125委員会 第239回研究会「光技術が切り開く新しいバイオサイエンス・テクノロジー」 (2017/12/15) 明治大学, 東京

Satomi Kikuta, Modeling Complex Neurological Disorders in Primates for pre-Clinical Evaluation of Deep Brain Stimulation. BRAIN Initiative KIST-Mayo Clinic Symposium, Korea, Nov 6-7, 2018

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