拠点メンバー

八尾　寛（ニューロンネットワーク）

八尾寛

1981年京都大学大学院医学研究科修了。医学博士。1981年同大学医学部助手、1985年米国ワシントン大学マグドネル奨学研究員、1993年京都大学講師を経て、1995年より東北大学医学部教授。2001年より同大学生命科学研究科に配置換。専門は生理学、神経科学。1999年より科学技術振興機構の戦略的創造研究（CREST）の代表者として「学習・記憶のシナプス前性メカニズムの解明」に従事。著書に『新パッチクランプ実験技術法』（共著、吉岡書店、2001年）、訳書に『ギャノング生理学　原書22版』（丸善、2006年）など。

研究成果の概要

単細胞緑藻類の一種クラミドモナスにある2種類の古細菌型ロドプシンファミリータンパク質、チャネルロドプシン1 (ChR1)とチャネルロドプシン2 (ChR2)には、高い相同性があり、ともに光を受容して非特異的陽イオンチャネルを開口する特徴がある。両者のキメラ分子を作製し、機能を解析することにより、膜貫通へリックスに特異的な機能を同定した。また、チャネルロドプシンの第2膜貫通へリックスの構造がグルタミン酸残基を多く含むことに注目し、これらを順次非極性アミノ酸残基のアラニンに置換した分子の機能を解析した。その結果、ChR2のGlu97がイオンチャネルとしての性質の機能決定基であることを解明した。構造ー機能連関解析研究にもとづき、応用に最適化されたチャネルロドプシンを創出した。たとえば、ChR1の第６膜貫通ドメインと第７膜貫通ドメインのC末サブドメインをChR2の相同配列に置き換えたキメラタンパク質、チャネルロドプシン・グリーンレシーバー（ChRGR)は、緑色光を用いて、神経細胞を高頻度で繰り返し刺激する目的に最適化されていることが裏付けられた。マウス大脳皮質運動野L5錐体細胞にChRGRを強制発現し、連続的に周波数の変化する光振動(RSSL)を与えた。RSSLによるオプト・カレントクランプに応答して、5-10Hzの帯域に同期した活動電位が引き起こされた。また、運動野の局所フィールド電位(LFP)の3-10 Hzの周波数成分が増大した。すなわち、緑色LED光で駆動された少数のニューロンの活動が再帰性ネットワークの創発的な活動レベルを亢進させたことが示唆された。ネットワークの観点からは、麻酔下の活動の少ない状態から活動の高い状態へ、状態遷移した。また、オプトジェネティクス研究を促進する目的で、ChR2をThy1.2プロモーター制御下に発現するトランスジェニックラットを用いたシステムを開発するとともに、顕微鏡下に多点並列光パターン刺激を実現する光学システムを開発した。

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代表的な論文
  1. Wang H, Sugiyama Y, Hikima T, Sugano E, Tomita H, Takahashi T, Ishizuka T, Yawo H (2009) Molecular determinants differentiating photocurrent properties of two channelrhodopsins from Chlamydomonas. Journal of Biological Chemistry 284(9): 5685-5696
  2. Sugiyama Y, Wang H, Hikima T, Sato M, Kuroda J, Takahashi T, Ishizuka T, Yawo H (2009) Photocurrent attenuation by a single polar-to-nonpolar point mutation of channelrhodopsin-2. Photochemical and Photobiological Sciences 8(3): 328-336
  3. Wen L, Wang H, Tanimoto S, Egawa R, Matsuzaka Y, Mushiake H, Ishizuka T, Yawo H (2010) Opto-current-clamp actuation of cortical neurons using a strategically designed channelrhodopsin. PLoS ONE 5(9): e12893
  4. Yokose J, Ishizuka T, Yoshida T, Aoki J, Koyanagi Y, Yawo H (2011) Lineage analysis of newly-generated neurons in organotypic culture of hippocampus. Neuroscience Research 69(3): 223-233
  5. Asano T, Ishizuka T, Yawo H (2012) Optically controlled contraction of photosensitive skeletal muscle cells. Biotechnology and Bioengineering 109(1):199-204.
  6. Ji Z-G, Ito S, Honjo T, Ohta H, Ishizuka T, Fukazawa Y, Yawo H (2012) Light-evoked somatosensory perception of transgenic rats which express channelrhodopsin-2 in dorsal root ganglion cells. PLoS ONE (in press) DOI: 10.1371/journal.pone.0032699

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