題目 Upconversion Nanocrystals: A New Class of Luminescent Probes for Molecular and Biomedical Imaging
講師 LIU Xiaogang, PhD.
Professor, National University of Singapore
日時 平成30年2月15日(木) 14:00-15:30
場所 理学部南館・セミナー室
要旨 Lanthanide-doped nanoparticles exhibit unique luminescent properties, including a large Stokes shift, a sharp bandwidth of emission, high resistance to optical blinking, and photobleaching. Uniquely, they can also convert long-wavelength stimulation into short-wavelength emission. These attributes offer the opportunity to develop alternative luminescent labels to organic fluorophores and quantum dots. In recent years, researchers have taken advantage of spectral-conversion nanocrystals in many important biological applications, such as highly sensitive molecular detection and autofluorescence-free cell imaging. With significant progress made over the past several years, we can now design and fabricate nanoparticles that display tailorable optical properties. In particular, we can generate a wealth of color output under single-wavelength excitation by rational control of different combinations of dopants and dopant concentration. By incorporating a set of lanthanide ions at defined concentrations into different layers of a core-shell structure, we have expanded the emission spectra of the particles to cover almost the entire visible region, a feat barely accessible by conventional bulk phosphors. In this talk, I will highlight recent advances in the broad utility of upconversion nanocrystals for multimodal imaging, bio-detection, display and photonics.

1. S. Han et al. Advanced Materials 2017, 29, 1700244.
2. X. Qin et al. Chemical Reviews 2017, 117, 4488?4527.
3. B. Zhou, B. Shi, D. Jin, X. Liu. Nature Nanotechnology 2015, 10, 924-936.
4. R. Deng, F. Qin, R. Chen, W. Huang, M. Hong, X. Liu. Nature Nanotechnology, 2015, 10, 237-242.
5. F. Wang et al. 2010, 463, 1061-1065

(医学系大学院 基盤医学特論を兼ねています)
Lecture in English.

題目 遺伝子改変マウスを用いた脳内CRFニューロンの構造と機能の探求
講師 井樋 慶一先生
東北大学大学院情報科学研究科・情報生物学/医学系研究科・神経内分泌学 教授
日時 平成30年1月16 (火) 17:00-18:30
場所 環境医学研究所 北館セミナー室
要旨 視床下部室傍核(PVH)に存在するコルチコトロピン放出因子(CRF)産生ニューロンは視床下部-下垂体-副腎系の中枢であり 糖質コルチコイドを介してストレスから生体を防御する.しかしながら,CRFニューロンはPVH以外の脳内領域にも広範に分布し, 様々な生理機能調節に与っているものと考えられる.我々は,脳内CRFニューロンの機能と構造を明らかにするために 遺伝子ターゲティング法によりマウスラインを作製してきた.今回はこれらのマウスを用いて行った最近の研究成果を紹介したい.

1. Kono J,et al. Distribution of corticotropin-releasing factor neurons in the mouse brain: a study using corticotropin-releasing factor-modified yellow fluorescent protein knock-in mouse. Brain Structure and Function 222, 1705-1732, 2017.
2. Itoi K. Exploring the Regulatory Mechanism of Stress Responses in the Paraventricular Nucleus of the Hypothalamus: Backgrounds and Future Perspectives of Corticotropin-Releasing Factor-Modified Yellow Fluorescent Protein-Knock-In Mouse. Interdisciplinary Information Sciences 21, 213-224, 2015.
3. Itoi K, et al. Visualization of corticotropin-releasing factor neurons by fluorescent proteins in the mouse brain and characterization of labeled neurons in the paraventricular nucleus of the hypothalamus. Endocrinology 155, 4054-4060, 2014. (医学系大学院 基盤医学特論を兼ねています)
Lecture in Japanese.

題目 Mechanosensory-based phase coding of odor identity in the olfactory bulb
講師 今井 猛樹先生
日時 平成29年12月1日 (金) 17:00-18:30
場所 環境医学研究所 北館セミナー室
要旨 脳が感覚受容を行う際には、ノイズと擾乱に満ちた環境中の刺激の中から特定の情報だけを取り出さなければならない。 我々はマウスにおいて、嗅覚1次中枢である嗅球の僧帽細胞に着目し、2光子カルシウムイメージング法を行うことで匂い情報の コーディングメカニズムの解明に取り組んだ。その結果、嗅球僧帽細胞においては、発火頻度ではなく、発火タイミング(発火位相)が 匂いの種類のコーディングにおいて重要であることが明らかになった。更に、この位相コーディングは、嗅神経細胞における 「機械刺激受容」の仕組みによって支えられていることも明らかになった。従って、嗅球はただ単に末梢の嗅神経細胞を僧帽細胞に リレーするための装置ではなく、ノイズや擾乱に満ちた末梢入力から匂いの種類の情報のみを時間的パターンへと変換する、極めて精緻な 情報処理を行う回路であると考えられる。  我々の次なる目標は、こうした複雑な演算の回路基盤を明らかにすることである。このために、我々は光学顕微鏡を用いて神経回路構造を 明らかにするための様々な手法の開発に取り組んでおり、それらについても紹介したい。

Iwata, Kiyonari, & Imai. (2017) Mechanosensory-based phase coding of odor identity in the olfactory bulb. Neuron (in press).
Ke et al., (2016) Super-resolution mapping of neuronal circuitry with an index optimized clearing agent. Cell Reports. 14:2718-2732.
Ke, Fujimoto, & Imai. (2013) SeeDB: a simple and morphology-preserving optical clearing agent for neuronal circuit reconstruction. Nat Neurosci 16, 1154-1161.

(医学系大学院 基盤医学特論を兼ねています)
Lecture in English.

題目 Feeding, Nutrient Sensing and More…
講師 Greg S. B. Suh, PhD
Associate Professor, Korea Advanced Institute of Science and Technology/ Skirball Institute, NYU School of Medicine
日時 平成29年8月24日(木) 17:00-18:30
場所 環境医学研究所 北館セミナー室
要旨 Sugars in the natural environment can be detected through taste-dependent and taste-independent modalities. Taste-dependent modalities consist mainly of peripheral chemosensory neurons such as sweet taste receptors, which primarily detect the orosensory value of sugar (i.e. sweetness). Evidence of a taste-independent modality - a post-ingestive sugar sensor - that detects the nutritional value of sugar has been shown in insects and mammals. However, the identity of the post-ingestive sugar sensor and the mechanism by which animals respond to the nutritional content of sugar independently of orosensory value is unknown. My laboratory identified six neurosecretory cells in the Drosophila brain that produce Diuretic hormone 44 (Dh44), a homologue of the mammalian corticotropin-releasing hormone (CRH), were activated by nutritive sugars and not by nonnutritive sugars. Flies in which the activity of these neurons or the expression of the Dh44 gene was disrupted failed to select nutritive sugars over nonnutritive ones after periods of starvation. Notably, artificial activation of Dh44 receptor-1 neurons dramatically increased the rate of proboscis extension reflex (PER) responses, promoting food intake. This manipulation also resulted in frequent episodes of gut contraction and excretion. Together, we propose that the Dh44 system directs the detection, ingestion, and digestion of nutritive sugar through a positive feedback loop to continue consumption of nutritive sugar. Given its strong sequence homology, CRH and CRH-expressing neurons in the hypothalamus would offer similar functions in mammals. I will discuss the findings from our recent studies with mice.

Dus M., Lai J., Gunapala K., Gunapala KM, Taylor TD, Hergarden AC, Geraud E., Suh Greg S. (2015). Nutrient Sensor in the Brain directs the action of the Brain-Gut Axis in Drosophila. Neuron 87, 139-151

(医学系大学院 基盤医学特論を兼ねています)

Lecture in English.

題目 Wiring principles of cortical inhibitory circuits
講師 谷口 弘樹先生
Max Planck Florida Institute, Research Group Leader
日時 平成29年7月25日(火) 16:00-17:30
場所 環境医学研究所 南館大会議室
要旨 Multiple types of GABAergic interneurons (INs), which differ in morphology, physiology, gene expression, and connectivity, provide a rich repertoire of inhibitory mechanisms, which shape neuronal activity at synaptic, cellular, and circuit levels. Despite their functional importance, it remains unknown how cortical inhibitory circuits are assembled. This lack of knowledge is probably due to the lack of experimental systems that allow us to manipulate uniform IN types. The chandelier cell (ChC) is a unique IN type that specifically innervates axon initial segments of excitatory pyramidal neurons, therefore powerfully regulating spike generation. We have developed genetic strategies that enable us to manipulate ChCs and addressed several important questions regarding subcellular synapse specificity, axonal arborization, and a regional variation of terminal phenotypes, all of which are critical components for wiring of functional inhibitory circuits. In this seminar, I would like to introduce and discuss our recent achievements.


Steinecke A, Hozhabri E, Tapanes S, Ishino Y, Zeng H, Kamasawa N, Taniguchi H. Neocortical Chandelier Cells Developmentally Shape Axonal Arbors through Reorganization but Establish Subcellular Synapse Specificity without Refinement. eNeuro. 2017

Taniguchi H., Lu J, Huang ZJ. The spatial and temporal origin of chandelier cells in mouse neocortex. Science. 2013

(医学系大学院 基盤医学特論を兼ねています)
Lecture in English.

題目 The role of glial glutamate transporter 1 in synaptic dynamics regulating sleep/wake-promoting neurons
講師 仙波 和惠先生
Professor, Department of Medical Neuroscience, Dalhousie University
日時 平成29年7月14 日(金) 16:00-17:30
場所 環境医学研究所 北館セミナー室
要旨 Sleep and wake states are regulated by the interaction of sleep/wake-promoting neurons in the brain; however, the role of astrocytes in regulating these neurons is only beginning to be understood. One important function of astrocytes is to clear glutamate after synaptic release via glutamate transporters. Our recent study shows that glial glutamate transporter 1 (GLT1) exhibits sleep history-dependent, reversible, and opposite changes in its perisomatic localization with wake-promoting orexin and sleep-promoting melanin concentrating hormone (MCH) neurons in the lateral hypothalamus. These GLT1 apposition changes are accompanied by modulation of excitatory transmission to orexin and MCH neurons with distinct mechanisms. This GLT1-mediated synaptic plasticity may represent a novel homeostatic mechanism for regulating sleep/wake behaviour.

睡眠覚醒のサイクルの維持には、視床下部の神経細胞が重要な役割を演じているが、それにおける星状細胞の役割はよくわかっていない。 星状細胞はシナプスにおいて、グルタミン酸をUptakeするのに重要な役割を演じている。我々は、睡眠状況が異なる時(断眠/安眠)に、 星状細胞(アストロサイト)が、glial glutamate transporter 1 (GLT1)の発現をその突起上でダイナミックに変化させる事で、 視床下部の睡眠促進細胞(melanin-concentrating hormone 細胞)と覚醒促進細胞(オレキシン細胞)への興奮性入力の強度を逆転させている事を明らかにした。 このGLT1に依存したシナプスの可塑性は、睡眠覚醒調節の新しいメカニズムであると思われる。

(医学系大学院 基盤医学特論を兼ねています)
Lecture in English.

題目 知覚と認知を司る神経回路の発達機構
講師 森下 博文先生
日時 平成29年6月23日(金) 15:00-16:00
場所 環境医学研究所 北館セミナー室
要旨 神経回路は発達の臨界期に経験依存的に再編成されることで成体での適切な知覚や認知行動を支えている。 一方で、臨界期中の異常な経験、もしくは臨界期自体の異常は、神経回路の精緻化不全をきたし、精神・発達障害の原因になると 推測される。私共の研究室では、1)臨界期の代表的モデルであるマウス視覚皮質の可塑性の系を用い、臨界期の制御に関わる基本的な 分子・神経回路機構を明らかにするとともに、2)視覚系で同定した分子・回路機構を利用し、より複雑な注意や社会性といった前頭皮質依存性の 認知機能の発達機構を明らかにすることで、精神・発達障害の病態解明・克服に繋げることを目指している。 セミナーでは我々が最近同定した新規の知覚ならびに認知発達の分子・神経回路機構を紹介したい。

Sajo, M., Ellis-Davies, G.C., Morishita, H.
Lynx1 limits dendritic spine turnover in the adult visual cortex. Journal of Neuroscience 2016 Sep7, 36(36):9472-9478

Koike, H., Demars, M.P., Short, J.A., Nabel, E.M., Akbarian, S., Baxter, M.G., Morishita, H.
Chemogenetic Inactivation of Dorsal Anterior Cingulate Cortex Neurons Disrupts Attentional Behavior in Mouse. Neuropsychopharmacology 2016. Mar, 41 (4) 1014-23

Morishita, H., Miwa, JM., Heintz, N., Hensch, TK.
Lynx1, a cholinergic brake limits plasticity in adult visual cortex. Science 2010 Nov 26; 330(6008):1238-40.

(医学系大学院 基盤医学特論を兼ねています)
Lecture in Japanese.

題目 睡眠・覚醒システムの解明に向けて ~哺乳類睡眠におけるカルシウム依存的な過分極機構の役割~
講師 上田 泰己先生
日時 平成29年4月24日(月) 17:00-18:30
場所 名古屋大学野依記念学術交流館 1階会議室
要旨 哺乳類の睡眠時間制御機構は未解明です。睡眠時間制御機構の解明を目指して、我々は高速に遺伝子改変動物を作製することができる技術 (トリプルCRISPR法)と高速に睡眠表現型を解析することができる手法(SSS)を開発しました。 さらに、神経細胞のコンピュータシミュレーションにより睡眠時間制御因子を絞り込み、トリプルCRISPR法とSSSを組み合わせることで SKやCaMKIIをはじめとするカルシウムイオン関連経路に属する遺伝子群が睡眠時間制御に関与することを予測し、これらのファミリーに属する33遺伝子を すべてノックアウトすることで、8つの遺伝子(Nr3a, Kcnn2, Kcnn3, Cacna1h, Cacna1g, Atp2b3, Camk2a, Camk2b)が理論モデルの予測通りの睡眠表現型を示すことを示しました。 講演では、今後の睡眠・覚醒システム解明の課題についても触れる予定です。

1. Ueda, H.R. et al, Nature 418, 534-539 (2002).
2. Ueda, H.R. et al, Nat. Genet. 37, 187-92 (2005).
3. Ukai H. et al, Nat Cell Biol. 9, 1327-34 (2007).
4. Ukai-Tadenuma M. et al, Nat Cell Biol. 10, 1154-63 (2008).
5. Isojima Y. et al, PNAS 106, 15744-49 (2009).
6. Ukai-Tadenuma M et al.Cell 144(2):268-81 (2011).
7. Susaki et al. Cell, 157(3): 726?39, (2014).
8. Tainaka et al. Cell, 159(6):911-24(2014).
9. Susaki et al. Nature Protocols, 10, 1709?27 (2015)
10. Sunagawa et al, Cell Reports, 14(3):662-77 (2016).
11. Susaki and Ueda. Cell Chemical Biology, 23(1):137-57, 2016 (2016).
12. Tatsuki et al. Neuron, 90(1) : 70?85 (2016).
13. Tainaka et al. Annual Revieew of Cell and Developmental Biology, in press (2016).

(医学系大学院 基盤医学特論を兼ねています)
Lecture in Japanese.