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一般口演（若手道場） 若手道場　光操作・技術 Wakate Dojo: Optical Control and Technology 座長：王 丹（国立研究開発法人理化学研究所 生命機能科学研究センター 脳エピトランスクリプトミクス研究チーム）・北村 貴司（University of Texas Southwestern Medical Center） 2022年7月1日　14:00～14:15　沖縄コンベンションセンター 会議場B2　第5会場 2WD05a1-01 キイロショウジョウバエにおける交尾姿勢の安定性に関与する神経機構の解明 The piezo neurons involve in the stability of the male copulation position in Drosophila melanogaster *山ノ内 勇斗(1)、田中 良弥(1)、上川内 あづさ(1) 1. 名古屋大学理学部生命理学科 *Hayato Yamanouchi(1), Ryoya Tanaka(1), Azusa Kamikouchi(1) 1. Divi Bio Sci, Scol Sci, Univ of Nagoya, Nagoya, Japan Keyword: COPULATION, MECHANOSENSORY, DEEP LEARNING In many animals, it is essential for reproduction to maintain copulations until sperms are transferred from the male to the female. In the natural environment, male needs to stabilize and continue copulation in the presence of external stimuli such as wind, vibrations, and interference from other individuals that could disrupt it. This suggests a neural basis to stabilize the copulation until the end, but the mechanism of stabilizing the copulation remains largely unclear. This study used Drosophila melanogaster as a model system because it allows genetic and neurobiological approaches to investigate the mechanism with various genetic tools. The male contacts the female physically via forelegs and genitalia during copulation. Previous studies demonstrated that the male’s genital mechanosensilla affects copulation position. These results raise the possibility that the male receives mechanosensory information from the female to stabilize the copulation. In this study, we hypothesize that the piezo gene encoding a mechanosensory channel is involved in stabilizing copulation. To check the expression pattern of the piezo gene in the male genitalia, the piezoGal4-expressing neurons were visualized using the GAL4/UAS system. We found piezoGal4-positive signals in the sensory neurons of male genitalia bristles. We recorded copulations of the piezo mutant male (homozygotes and heterozygotes) and wild-type females. The angle between male and female body axes was calculated as the copulation angle using a machine learning analysis, DeepLabCut. Homozygous males spent more time showing angled copulations than heterozygous males. In addition, the copulation angles of homozygous mutant males frequently fluctuated compared to heterozygous males, implying that the piezo gene contributes to stabilizing the copulation position. In order to evaluate the involvement of the piezo-expressing neurons in copulation stability, we established the closed-loop optogenetic system to manipulate neural activity during copulation automatically. By using GtACR1, anion-conducting channelrhodopsin, inactivation of the piezo-expressing neurons during copulation induced disruption of the male copulation position. In the most severe case of this manipulation, the coupling of male-female genitalia was released resulting in the termination of copulation. These results implied that the piezo-expressing neurons contributed to stabilizing the copulation. 2022年7月1日　14:15～14:30　沖縄コンベンションセンター 会議場B2　第5会場 2WD05a1-02 皮質マイクロコネクトームにおけるトポロジーの全脳評価 Whole brain evaluation of topologies of microconnectome *松田 幸樹(1)、下野 昌宣(1) 1. 京都大学大学院医学研究科 *Kouki Matsuda(1), Shimono Masanori(1) 1. Grad Sch Med, Kyoto University, Kyoto, Japan Keyword: microconnectome The brain is an organization that functions on a network of many elements that are connected in a non-uniform manner. Among various brain regions, the cortex is evolutionarily new, and supports the high intelligence of mammals. In the mature individual brain, each cortical region should not only have some degree of homology but also have differences of local circuits to achieve its specific purpose required to each cortical region. So far, microconnectome studies have been conducted to observe the characteristics of local circuits, focusing on each individual brain region. In this study, we extended the analysis technique used for a limited number of brain regions to all cortical regions of the mouse, and developed a discussion of the differences in the topology of functional local circuits in different cortical brain regions. Prior to that, we observed trends in basic parameters such as firing rate and layer thickness across cortical regions, noting information that is not fully known from previous studies. As a result, we found that the cortical thickening in the frontal region, already known from previous studies, is particularly prominent in the shallow layers of the cortex. In the global network of the brain, the frontal cortex is known to be a hub region having connections with many other regions. In contrast to the global position, when the frontal cortex is observed as a local circuit, it is revealed that the control ability of the frontal cortex is relatively weak.　These results overturn some of the conventional wisdom about separate brain regions and complement important information that has not been investigated in studies of the global brain network. These results are expected to improve our understanding of how the brain functions as a non-uniformly connected network and the pathologies that result from its disruption. 2022年7月1日　14:30～14:45　沖縄コンベンションセンター 会議場B2　第5会場 2WD05a1-03 球面収差補正システムによる生体脳組織の屈折率推定 Refractive indexes estimation of living tissues using spherical aberration correction *郷間 葵(1,2)、足立 尚哉(2)、上 喜裕(2)、宮脇 敦史(2,3)、毛内 拡(1,2) 1. お茶の水女子大学、2. 理研-オリンパス連携センター、3. 理化学研究所 脳神経科学研究センター *Gohma Aoi(1,2), Adachi Naoya(2), Ue Yoshihiro(2), Miyawaki Atsushi(2,3), Monai Hiromu(1,2) 1. Ochanomizu University, 2. RIKEN CBS-Olympus Collaboration Center (BOCC), 3. RIKEN Center for Brain Sciences Keyword: Two-photon Microscopy, Objective lens, Correction collar, cerebrospinal fluid 脳脊髄液と間質液の交換は、健康な脳機能の維持に重要な役割を果たしている。従来の蛍光物質注入による脳脊髄液動態の可視化法は限定的であり、さらに蛍光物質の分子量が水分子の100倍以上にもなることから溶媒である水そのものの動態を正確に捉えるのは困難であった。いっぽう、生体組織の光学特性は水と脂質の比率で決まるため、例えば屈折率を測定することにより、脂質が短時間で変化しないという仮定のもと、水分含有率から間接的に水の流れを可視化できる。これまで、私たちは高いNA（数値開口数）の対物レンズを利用した時にサンプルの屈折率と浸液の屈折率のミスマッチによって生じる光学的エラーの一種である球面収差を定量的に評価することで生体組織の屈折率を推定する二光子顕微鏡をベースとした顕微鏡システムを開発してきた。このシステムにおいては、神経活動に対応する速い屈折率変化を測定するために、取得画像の空間周波数から球面収差補正量を最大化するようアルゴリズムを見直した。さらに提案手法は、従来のコントラストベースのアルゴリズムよりも画像のサチュレーションやノイズに頑強である。本研究では、このシステムを利用し、屈折率推定から生体脳組織の水分含有率の時間変動の可視化を試みた。開頭術により頭蓋窓を設置したThy1-YFP H-line系統遺伝子改変マウスを2%イソフルラン麻酔下で頭部固定し、大脳皮質第一次感覚野第2/3層（脳表から深さ200 - 300 μm）において、500　μm四方で連続的に取得した画像から屈折率の時間変動を1分間に一回、3時間にわたり記録した。コサイナー法により、屈折率変動の振幅と位相をそれぞれ計算した。その結果、若齢マウス（~P8　week）では、平均して水の屈折率1.33と脂質の屈折率の1.38の間を、約30分周期で変動する様子が観測された。一方、老齢マウス（~P90 week）では、平均屈折率が高く、屈折率の時間変動が小さい傾向にあることが明らかになった。同様に、Scale法により透明化したThy1-YFP　H-line系統遺伝子改変マウスの脳サンプルでは、屈折率の時間変動がほとんど見られなかったことから、測定から推定される屈折率変化がサンプルの水分含有量の時間変動を反映することが示唆される。さらに、ローズベンガルによる光血栓法を用いて浮腫を引き起こした脳組織の平均屈折率は、水の屈折率である1.33に近い値となり、屈折率の時間変動が有意に減少した。屈折率推定による水分含有量の時間変動の計測は、脳機能計測の新しいモダリティとなることが期待される。 2022年7月1日　14:45～15:00　沖縄コンベンションセンター 会議場B2　第5会場 2WD05a1-04 NG2プロモーター活性を利用した血管壁細胞とオリゴデンドロサイト前駆細胞の光操作 Optogenetic manipulation of mural cells and oligodendrocyte precursor cells using the NG2 promoter *大石 光洋(1)、阿部 欣史(2)、田中 謙二(2) 1. 慶應義塾大学医学部、2. 慶應義塾大学医学部先端医科学研究所脳科学研究部門 *Mitsuhiro Oishi(1), Yoshifumi Abe(2), Kenji F. Tanaka(2) 1. Keio University School of Medicine, Tokyo, Japan, 2. Center for Integrated Medical Research, Keio University School of Medicine, Tokyo, Japan Keyword: glia, neurovascular coupling, transgenic mouse Nerve/glial antigen 2 (NG2)は血管壁細胞とオリゴデンドロサイト前駆細胞(OPC)に共通のマーカータンパク質である。このために、NG2プロモーター活性を利用してOPCと血管壁細胞を別々に標的することは困難であった。しかし、今回我々はNG2プロモーターを用い、血管壁細胞のみを標的できるマウスと、OPCのみを標的できるマウスを樹立した。まず、我々はテトラサイクリンアクティベーター(tTA)による遺伝子誘導システムを採用し、2系統のNG2-tTA BACトランスジェニックマウスを得た。[田中1] これらのラインを、tetO-ChR2-EYFPマウス (tetO-ChR2)と交配させ、2系統のNG2-tTA::tetO-ChR2ダブルトランスジェニックマウス(NG2-ChR2)を得た。2つの系統の内、1つの系統（NG2B-ChR2）では予想とは異なり、血管壁細胞だけにChR2が誘導されることがわかった。もう一方の系統（NG2K-ChR2）では、NG2プロモーター活性から予想されるように、血管壁細胞とOPCの両方にChR2が誘導されていた。続いて我々は、血管壁細胞とOPCの両方に発現するChR2から、血管壁細胞のChR2発現を取り除く遺伝子改変を行った。我々の用いたtetO-ChR2-EYFPカセットはloxP配列に挟まれているので、Cre発現細胞でtetOカセットそのものが消失する。実際にはNG2K-ChR2と血管壁細胞にCreが発現するマウス (Wnt1-Cre)を交配させてNG2-tTA::tetO-ChR2; Wnt1-Creトリプルトランスジェニックマウスを得た。このマウスでは血管壁細胞のChR2発現が消失し、OPC特異的なChR2の誘導が残存した。これによって、OPC特異的にChR2を発現するマウスを樹立した。我々は血管壁細胞単独またはOPC単独に発現するChR2が機能的であることを示す実験を行った。まず、血管壁細胞は脱分極によって血管収縮を引き起こすことが知られていたため、血管壁細胞にChR2を発現するマウス（NG2B-ChR2）への青色光照射が脳血流量減少を引き起こすことを示した。そしてOPC特異的にChR2を誘導したマウス（NG2K-ChR2; Wnt1-Cre）については、ホールセルパッチクランプ記録により、青色光照射がOPCの脱分極を引き起こすことを示した。以上の結果から、血管壁細胞とOPCそれぞれ特異的に、機能的なChR2を誘導させたマウスを樹立することができた。