Optogenetics2014

光操作研究会趣旨

光を使って細胞機能を操作する。オプトジェネティクス(光遺伝学)と呼ばれる、この革新的な技術が生まれた背景には、2つの研究流派の融合があった。藻や古細菌等では、たった一種類のタンパク質で、光エネルギーを細胞の担う信号に変換することが知られている。こういったタンパク質の光受容のメカニズムやエネルギー変換のメカニズムを調べていた生物物理学者たちがいた(Nagel et al., 2002, Science; Kato et al., 2012, Nature)。一方で、脳神経生理学者たちは、神経細胞を電気刺激してその応答を解析するといった研究手法を長年駆使してきたのだが、この手法では多種多様な細胞を同時に刺激してしまうので、どの細胞の活動がどういった機能を持つのかを特定することが困難であり、頭を悩ませていた。この二つを結び付け、特定の細胞種に光感受性分子を発現させ、その細胞種だけを光操作するといった新規な発想が生まれ、最初の論文が出たのが2005-2006年。米国ではスタンフォード大学のKarl Diesseroth(Boyden et al., 2005, Nat Neurosci)、日本では東北大学の八尾寛(Ishizuka et al., 2006, Neurosci Res)らの功績であった。こういった異分野間連携を通してしか生まれない技術革命がある。

我々は、脳科学に留まらず、医学・生物学一般にもたらす光操作技術の限りない可能性にいち早く目をつけ、2009年の時点で最初の「光操作研究会」を愛知県岡崎市の生理学研究所にて開いた。以来、この技術の普及と応用を目指して活動を続けてきており、本研究会で発表のあった日本発の研究が次々と論文に掲載されているのが現状である。本研究会では生物物理学と脳科学の連携に留まらず、さらに広範な新技術との融合を行うことを目標に掲げたい。人生とはまさに一期一会。人との出会いこそが、研究に邁進する原動力となる。本会がそういった出会いと巡り合せを支える一助となれば望外の喜びである。


光操作研究会

光操作研究会の歴史

第一回 平成21年度
光を用いた神経活動の操作-操作法開発から神経回路研究への応用-

岡崎カンファレンスセンター、2009/9/3-4
提案代表者:西丸 広史、所内対応者:小泉 周、山中 章弘、田中 謙二

プローブ分子の開発状況、モデル動物への応用の進展具合について報告があった。また一般的に生物系の研究者が苦手とする光刺激に用いるレーザー光源について工学系研究者を招いて基本的原理や取り扱い方法などについての安全講習会を行った。
(参加者 50名)
光操作研究会 2009 website


第二回 平成22年度
神経活動の光操作(行動制御への応用)

岡崎カンファレンスセンター、2010/9/9-10
提案代表者:松崎 政紀、所内対応者:山中 章弘

線虫、ハエ、ゼブラフィッシュ、マウス、サルにおけるオプトジェネティクスの現状、その成功例の紹介があった。また、最新の顕微鏡装置および光照射装置の紹介も行った。
(参加者 84名)
光操作研究会 2010 PDF file


第三回 平成23年度
神経活動の光操作(行動制御への応用)

岡崎カンファレンスセンター 2011/9/29-30
提案代表者:尾藤 晴彦、所内対応者:小泉 周、田中 謙二

光操作を行うのに必要な技術光操作技術の神経系での応用だけで無く、骨、免疫組織などの末梢組織への応用の可能性についても議論した。最新の光照射装置の紹介を行った。
(参加者 150名)
光操作研究会 2011 PDF file


第四回 平成24年度
動作原理の理解と行動制御への応用

岡崎カンファレンスセンター 2012/9/27-28
当番幹事:能瀬 聡直、山中 章弘

ロドプシン類の構造からその機能理解を行っている生物物理研究をとりあげ、ChR2の構造からその機能・動作原理を読み解き、各種変異体機能の性質を理解した。これまでの研究会で発表のあった日本発の研究が、Nature誌2報、Cell Reports誌1報に掲載されたことが報告された。
(参加者 160名)
光操作研究会 2012 website


第五回 平成25年度
国際シンポジウム「Optogenetics 2013」

慶應義塾大学 三田キャンパス 2013/9/26-27
当番幹事:田中 謙二

オプトジェネティクスの基盤となる分子、チャネルロドプシンの発見者 Peter Hegemann(フンボルト大学、ドイツ)、チャネルロドプシンをはじめて脳研究へ応用した研究者 Karl Deisseroth(スタンフォード大学、米国)を Keynote speaker として海外から招き、これに新進気鋭の研究者数名を加え、例年以上の活発な議論を行う国際シンポジウムとした。本研究会で発表のあった日本発の研究、PNAS誌1報他。
(参加者 150名)
光操作研究会 2013 website


第六回 平成26年度
光操作研究会 in 東北大学2014

東北大学 星陵キャンパス 2014/8/18-25
当番幹事:松井 広

本会では、光で生理的機能を操作するオプトジェネティクス技術に加えて、コネクトミクスなどの形態学的に脳回路を同定していく試みに関しても取り上げた。さらに、実際の実験現場を若い学生や研究者に体験してもらうことを考えて、両技術の技術検討会も合わせて開催した。オプトジェネティクス技術発祥の地のひとつである仙台にて開催する記念すべき会。本研究会で発表のあった日本発の研究、Neuron誌1報他。
(参加者 138名)
光操作研究会 2014 website



オプトジェネティクス講習会

オプトジェネティクス講習会の歴史

第一回 平成23年度

東北大学 八尾寛研研究室 2011/9/23-25
当番幹事:酒井 誠一郎

“光を用いて神経活動をコントロールする”、この夢のような試みはオプトジェネティクスと呼ばれ、神経科学のみならず再生医療や工学分野においても注目を集めている。本講習会では、オプトジェネティクスの基礎知識の提供や最前線の研究事例紹介、さらに光刺激実験の体験コースも設けた。
(参加者 10名)
ポスター2011


第二回 平成24年度

東北大学 八尾寛研研究室 2012/7/28-29
当番幹事:本城 達也

オプトジェネティクスを用いて「光で神経活動をコントロールする」手法は、我々の脳機能のブラックボックスを明るく照らし出すだけでなく、臨床、応用など様々な研究分野の未来を担う大きな可能性を秘めている。本講習会では、オプトジェネティクスに関する基礎講義と、若手研究者の方を対象とした実技講習を行った。
(参加者 10名)
ポスター2012


第三回 平成25年度

東北大学 八尾寛研研究室 2013/10/5-6
当番幹事:細島 頌子

“光で神経の活動を制御する”、まるで魔法のようなその手法はオプトジェネティクスと呼ばれ、その応用範囲は神経科学の分野を超え、今では臨床医学や工学の分野にまで及んでいる。本講習会では、講義を通じてオプトジェネティクスの基本的な知識を学び、講演にて最先端の研究について知っていただきたいと考えた。そしてなにより本講習会の一番の特徴は、実技講習にて“使えるオプトジェネティクス技術”を体験できる点であった。
(参加者 10名)
ポスター2013


第四回 平成26年度 光操作研究会との合同大会

東北大学 八尾寛研研究室・松井広研究室 2014/8/22-23
当番幹事:加藤 秀理

第六回光操作研究会との合同大会とした。従来の八尾研におけるコース(1日間)に加えて、松井研見学を行った。
(参加者 12名)
ポスター2014



光操作研究会オプトジェネティクス講習会

光操作研究会とオプトジェネティクス講習会が関係した日本発の業績

学術論文

  1. Beppu K, Sasaki T, Tanaka KF, Yamanaka A, Fukazawa Y, Shigemoto R, Matsui K* (2014) Optogenetic countering of glial acidosis suppresses glial glutamate release and ischemic brain damage.
    Neuron, 81: 314–320.
    ( co-first author, * corresponding author )

  2. Egawa R, Hososhima S, Hou X, Katow H, Ishizuka T, Nakamura H, Yawo H* (2013) Optogenetic probing and manipulation of the calyx-type presynaptic terminal in the embryonic chick ciliary ganglion.
    PLoS One, 8: e59179.
    ( co-first author, * corresponding author )

  3. Tsunematsu T,Tabuchi S, Tanaka KF, Boyden Edward S, Tominaga M, Yamanaka A* (2013) Long-lasting silencing of orexin/hypocretin neurons using archaerhodopsin induces slow-wave sleep in mice.
    Behav Brain Res, 255: 64-74.
    (* corresponding author )

  4. Tabuchi S, Tsunematsu T, Kilduff Thomas S, Sugio S, Xu M, Tanaka KF, Takahashi S, Tominaga M, Yamanaka A* (2013) Influence of inhibitory serotonergic inputs to orexin/hypocretin neurons on the diurnal rhythm of sleep and wakefulness.
    Sleep, 36: 1391-1404.
    (* corresponding author )

  5. Imayoshi I*, Tabuchi S, Hirano K, Sakamoto M, Kitano S, Miyachi H, Yamanaka A, Kageyama R (2013) Light-induced silencing of neural activity in Rosa26 knock-in mice conditionally expressing the microbial halorhodopsin eNpHR2.0.
    Neurosci Res, 75: 53-58.
    (* corresponding author )

  6. Koizumi A*, Tanaka KF, Yamanaka A (2013) The manipulation of neural and cellular activities by ectopic expression of melanopsin.
    Neurosci Res, 75: 3-5.
    (* corresponding author )

  7. Sasaki T, Beppu K, Tanaka KF, Fukazawa Y, Shigemoto R, Matsui K* (2012) Application of an optogenetic byway for perturbing neuronal activity via glial photostimulation.
    Proc Natl Acad Sci U S A, 109: 20720–20725.
    ( co-first author, * corresponding author )

  8. Tanaka KF*, Matsui K, Sasaki T, Sano H, Sugio S, Fan K, Hen R, Nakai J, Yanagawa Y, Hasuwa H, Okabe M, Deisseroth K, Ikenaka K, Yamanaka A (2012) Expanding the repertoire of optogenetically targeted cells with an enhanced gene expression system.
    Cell Reports, 2: 397–406.
    ( co-first author, * corresponding author )

  9. Kato HE, Zhang F, Yizhar O, Ramakrishnan C, Nishizawa T, Hirata K, Ito J, Aita Y, Tsukazaki T, Hayashi S, Hegemann P, Maturana AD, Ishitani R, Deisseroth K*, Nureki O* (2012) Crystal structure of the channelrhodopsin light-gated cation channel.
    Nature, 482: 369-374.
    (* corresponding authors )

  10. Ji ZG, Ito S, Honjoh T, Ohta H, Ishizuka T, Fukazawa Y, Yawo H* (2012) Light-evoked Somatosensory Perception of Transgenic Rats That Express Channelrhodopsin-2 in Dorsal Root Ganglion Cells.
    PLoS One, 7: e32699.
    (* corresponding author )

  11. Tsunematsu T, Kilduff TS, Boyden ES, Takahashi S, Tominaga M, Yamanaka A* (2011) Acute optogenetic silencing of orexin/hypocretin neurons induces slow-wave sleep in mice.
    J Neurosci, 31: 10529-10539.
    (* corresponding author )

  12. 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.
    J Biol Chem, 284: 5685-5696.
    (* corresponding author )

  13. Tomita H*, Sugano E, Fukazawa Y, Isago H, Sugiyama Y, Hiroi T, Ishizuka T, Mushiake H, Kato M, Hirabayashi M, Shigemoto R, Yawo H, Tamai M (2009) Visual properties of transgenic rats harboring the channelrhodopsin-2 gene regulated by the thy-1.2 promoter.
    PLoS One, 4: e7679.
    (* corresponding author )

世話人

研究会2014開催報告