RIES

Research Institute for Electronic Science, Hokkaido University

北海道大学
電子科学研究所

LAST UPDATE 2018/04/19

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    榎木亮介 Ryosuke ENOKI
    准教授 Associate Professor
  • 所属
    Professional Affiliation

    北海道大学電子科学研究所
    Research Institute for Electronic Science, Hokkaido University

    光細胞生理研究分野
    Cellular and Molecular Biophysics
  • 研究キーワード
    Research Keywords

    概日リズム/生物時計
    光イメージング計測
    カルシウムイオン
    神経細胞ネットワーク
    Circadian Rhythm/Biological Rhythm
    Optical Imaging
    Calcium Ion
    Neuronal Network
研究テーマ
Research Subject
概日時計中枢の神経細胞ネットワークの可視化解析
Optical Monitoring of Neuronal Network in the Master Circadian Clock

研究の背景 Background

哺乳類の概日リズムの中枢は、視床下部の視交叉上核に存在し、多様な特性を持つ約2万個の神経細胞集団が階層的なネットワークを形成する。視交叉上核は組織全体としては24時間に正確でロバストなリズムを示す一方で、分散培養した細胞はリズム周期が不安定でばらつくことから、組織としての安定性やロバストさは時計細胞の相互作用により生み出されると考えられる。したがって次なる生物時計の全容解明の為には、視交叉上核の1細胞〜細胞集団レベルの活動を高時間空間分解能で可視化する革新的技術基盤を構築することが必要である。

In mammals, most physiological and behavioral events are subjected to well-controlled daily oscillation, and these rhythms are controlled by the hypothalamic suprachiasmatic nucleus (SCN) in the brain. Recent studies revealed that the SCN is a hierarchical and multi-oscillator system in which the neuronal network plays a critical role in expressing robust and coherent rhythms in physiology and behavior. To understand the mechanisms of the circadian clock at network level, one needs to visualize the SCN network at high resolution spatially and temporally.

研究の目標 Outcome

これまで私達は、ニポウディスク共焦点や高感度CCDカメラなどからなるタイムラプス顕微鏡システムを構築し、数日間に渡る光イメージング計測法を確立した。アデノ随伴ウイルスの感染により様々な機能プローブを視交叉上核の神経細胞に特異的に発現させ、細胞内カルシウム濃度や時計遺伝子の発現、膜電位などの細胞機能の概日リズムを計測することで、視交叉上核の神経細胞ネットワークの細胞間連絡のメカニズムや、時計機能の発振から出力に至るメカニズムを解明することを目指している。

We developed a time-lapse fluorescence imaging system composed of a Nipkow-spinning disk confocal microscope and high sensitive CCD camera. Using various genetically encoded sensors, we are trying to visualize the spatial and temporal patterns of circadian rhythms in intracellular calcium, clock gene product, and membrane potential in a large population of neurons in the SCN.

研究図Research Figure

Fig.1. (top) Drawing of a mouse brain. SCN is located in the hypothalamus which receives photic input from the retina. (bottom) SCN sends major output signals to the PVN. Fig.2. (top) Expression pattern of calcium-sensitive probe, GCaMP6s, in the SCN and PVN. (bottom) Line-scan image of the calcium signals across the SCN and PVN over 8 days. Fig.3. Multifunctional recording of circadian rhythms in the SCN. Images of calcium, clock gene, neuronal firing, and membrane potential recordings are shown.

文献 / Publications

Ono et al., PNAS, 201613374, 2017. Enoki et al., PNAS, 2017. Enoki et al, Scientific Reports, 7:41733. 2017. Enoki et al., PNAS, 109(52):21498-503. 2012. Enoki et al., Neuron, 62.242-253, 2008.

研究者HP