JP2016000011A - Probe which visualizes synapse enhancement - Google Patents

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朗子 林
Akiko Hayashi
朗子 林
春郎 河西
Haruo Kasai
春郎 河西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nucleic acid probe for visualizing increase and neogenesis of synapse which occur in living brain, to provide an expression vector and the like in which the nucleic acid probe is incorporated, and to provide a method for visualizing synapse enhancement.SOLUTION: The invention relates to a nucleic acid probe for visualizing synapse enhancement comprising (a) a nucleic acid having a base sequence in which a part or all of 193-936 nt is deleted from a nucleic acid consisting of a specific base sequence encoding an ionic channel type receptor anchoring protein PSD-95, or a nucleic acid hybridizing to the nucleic acid under stringent conditions; (b) a nucleic acid consisting of a specific base sequence encoding a dendritic target element (DTE), or a nucleic acid hybridizing to the nucleic acid under stringent conditions; and (c) a nucleic acid encoding a reporter protein inserted between the above (a) and (b).

Description

本発明は、生体脳において生じるシナプスの増大及び新生を可視化するための遺伝子カセット、核酸プローブ、タンパク質プローブ、該核酸プローブを組み込んだ発現ベクター、核酸プローブを組み込んだトランスジェニック非ヒト動物、及びシナプス増強を可視化する方法に関する。   The present invention relates to a gene cassette, a nucleic acid probe, a protein probe, an expression vector incorporating the nucleic acid probe, a transgenic non-human animal incorporating the nucleic acid probe, and synaptic enhancement for visualizing the increase and new generation of synapses occurring in the living brain. It is related with the method of visualizing.

脊椎動物の神経系は、神経細胞及びグリア細胞から構成されている。このうち、神経細胞は、細胞体と、樹状突起及び軸策の2種の突起とからなる細胞であり、その機能として、他の神経細胞や刺激受容細胞からの刺激を受け、この刺激を統合した後に軸策に伝達し、軸策末端の神経終末にあるシナプスを介して他の神経細胞や筋あるいは腺細胞などのシナプス後細胞に伝達することが挙げられる。神経細胞が伝達する刺激は、シナプス後細胞を興奮させるものと、興奮を抑制するものに大別される。シナプス後細胞が有する細胞膜(シナプス後膜)は、ある一定以上の刺激を受けると脱分極性のシナプス反応(興奮性シナプス電位を起こし、シナプス後細胞に興奮が伝達される。このような刺激をシナプス後細胞に伝達する神経細胞を興奮性神経細胞という。また、逆にシナプス後細胞の興奮を抑制する働きを有するものを抑制性神経細胞といい、抑制性神経細胞がシナプス後膜に作用して誘導する電位を抑制性シナプス電位という。代表的な興奮性神経細胞としては、大脳皮質運動野の錐体細胞や脊髄の運動ニューロンなどが知られており、抑制性神経細胞としては海馬のバスケット細胞、小脳皮質のプルキンエ細胞や脊髄のレンショウ細胞などが知られている。   The vertebrate nervous system is composed of nerve cells and glial cells. Among these cells, the nerve cell is a cell composed of a cell body and two types of processes, a dendrite and an axon. After integration, it is transmitted to the axon, and then transmitted to post-synaptic cells such as other nerve cells, muscles, or glandular cells via the synapse at the nerve terminal at the end of the axon. Stimulations transmitted by nerve cells are broadly classified into those that excite post-synaptic cells and those that suppress excitation. When a cell membrane (post-synaptic membrane) possessed by a post-synaptic cell receives a certain level of stimulation, a depolarizing synaptic reaction (excitatory synaptic potential occurs, and excitation is transmitted to the post-synaptic cell. Nerve cells that transmit to post-synaptic cells are called excitatory neurons, and conversely, those that have the function of suppressing the excitability of post-synaptic cells are called inhibitory neurons, which act on the postsynaptic membrane. Induction potential is called inhibitory synaptic potential, and typical excitatory neurons include pyramidal cells in the cortical motor area and motor neurons in the spinal cord, and hippocampal baskets as inhibitory neurons. Cells, Purkinje cells of the cerebellar cortex, Renshaw cells of the spinal cord, etc. are known.

上記した機能の異なる中枢神経系の神経細胞は、様々な情報を伝達するために複雑に連関して相互作用しており、その相互作用や動態などを解析することは様々な脳機能(例えば、記憶や学習)のメカニズムを明らかにするために必須である。このような目的を達成するため、これまで中枢神経系における興奮性及び抑制性神経細胞の分別、同定方法が試みられてきた。具体的な分別方法としては、例えば、神経細胞に特異的なマーカーで染色する方法などが挙げられる。しかし、この方法は抗体などのマーカーによる染色を行うために組織を固定する必要があり、生体の神経細胞の活動をリアルタイムで解析することはできなかった。一方、生体内タンパク質をリアルタイムで観察する方法としては、目的のタンパク質を蛍光タンパク質との融合タンパク質として生体内で発現させる方法などが開発されている。例えば、シナプス増強を可視化するプローブとしてSEP−GluA1が知られているが、半減期が長く、一度増強したシナプスで1カ月以上も蛍光を発現するため、新規学習で生じるシナプス増大だけを特異的に標識することは不可能であると言われている。また、このプローブは、シナプス増強を可視化することはできるものの、そのシナプスを人為操作することはできなかった。   Neurons of the central nervous system with different functions described above interact in complex ways to transmit various information, and analyzing their interactions and dynamics can be used to analyze various brain functions (for example, It is essential to clarify the mechanism of memory and learning. In order to achieve such an object, attempts have been made so far to identify and identify excitatory and inhibitory neurons in the central nervous system. As a specific classification method, for example, a method of staining with a marker specific to nerve cells can be mentioned. However, in this method, it is necessary to fix the tissue in order to perform staining with a marker such as an antibody, and the activity of nerve cells in the living body cannot be analyzed in real time. On the other hand, as a method for observing in vivo proteins in real time, a method of expressing a target protein in vivo as a fusion protein with a fluorescent protein has been developed. For example, SEP-GluA1 is known as a probe for visualizing synaptic enhancement, but it has a long half-life and expresses fluorescence for more than a month with a synapse once enhanced. It is said that it is impossible to label. Moreover, although this probe can visualize the synaptic enhancement, it cannot artificially manipulate the synapse.

ヒト大脳皮質では、膨大な数の神経細胞が約60兆個のシナプスを介して連絡した神経回路網を構築するが、そのうち興奮性シナプスの約80%は、スパインという小突起構造を形成し、学習又は経験(記憶)に応じて、スパインは、その形態及びサイズを劇的に変化させ、それに伴い電気的伝達効率を変化させている。そのため、スパインは脳機能の記憶素子と考えられている。これまでに、脳機能と関連したシナプスの動的挙動を追跡することを目的して、活動した特定のスパインを視覚化するための技術は開発されていない。   In the human cerebral cortex, a neural network in which a huge number of neurons communicate with each other through about 60 trillion synapses is constructed, of which about 80% of excitatory synapses form a microprojection structure called spine. In response to learning or experience (memory), spines change their form and size dramatically, and accordingly change their electrical transfer efficiency. Therefore, spines are considered as memory elements for brain function. To date, no technique has been developed to visualize specific spines that have been activated with the aim of tracking the dynamic behavior of synapses associated with brain function.

本発明者らは、ある一定以上の刺激を受けて興奮したシナプス後細胞に配置及び集積する性質を有するイオンチャネル型受容体のアンカリングタンパク質(例えば、PSD−95)とシナプスの可塑性に関与し、シナプスの末端で翻訳される樹状突起標的エレメント(DTE)の2つのタンパク質に着目し、これらとリポータータンパク質との融合タンパク質が、シナプス増大を可視化できることに成功し、本発明を完成するに至った。   The present inventors are involved in an anchoring protein (for example, PSD-95) and synaptic plasticity of an ion channel receptor having a property of being arranged and accumulated in a post-synaptic cell excited by a certain stimulus or more. Focusing on two proteins of dendritic target element (DTE) translated at the end of synapse, the fusion protein of these and reporter protein succeeded in visualizing the increase in synapse, leading to the completion of the present invention. It was.

すなわち、本発明は、以下の通りである。
[1](a)イオンチャネル型受容体アンカリングタンパク質PSD−95をコードする配列番号1で示される塩基配列からなる核酸から、192nt〜935ntの一部又は全部を欠失させた塩基配列を有する核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;及び
(b)樹状突起標的エレメント(DTE)をコードする配列番号3で示される塩基配列からなる核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸
を含む、シナプス増強を可視化するための遺伝子カセット。
[2](a)において特定される核酸が、配列番号1の193nt〜936ntの全部が欠失されている塩基配列(配列番号4)を有する核酸である、上記[1]に記載の遺伝子カセット。
[3](a)イオンチャネル型受容体アンカリングタンパク質PSD−95をコードする配列番号1で示される塩基配列からなる核酸から、193nt〜936ntの一部又は全部を欠失させた塩基配列を有する核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;
(b)樹状突起標的エレメント(DTE)をコードする配列番号3で示される塩基配列からなる核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;及び
(c)上記(a)と(b)との間に挿入されるリポータータンパク質をコードする核酸
を含む、シナプス増強を可視化するための核酸プローブ。
[4]前記リポータータンパク質をコードする核酸が、ヴィーナス、緑色蛍光タンパク質、チャネルロドプシン、ハロロドプシン、グルタミン酸脱炭酸酵素、ルシフェラーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ、β-ガラクトシダーゼ、及びβ-グルクロニダーゼからなる群から1つ以上選択されるタンパク質をコードする核酸である、上記[3]に記載の核酸プローブ。
[5]RhoファミリーGタンパク質、FAK(focal adhesion kinase)、PAK(p21 activated kinase)、及びパルブアルブミンからなる群から1つ以上選択されるタンパク質をコードする核酸をさらに含む、上記[4]に記載の核酸プローブ。
[6](a)において特定される核酸が、配列番号1の193nt〜936ntの全部が欠失されている塩基配列(配列番号4)を有する核酸である、上記[3]〜[5]のいずれか1つに記載の核酸プローブ。
[7](a)イオンチャネル型受容体アンカリングタンパク質PSD−95をコードする配列番号1で示される塩基配列からなる核酸から、193nt〜936ntの一部又は全部を欠失させた塩基配列を有する核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;
(b)樹状突起標的エレメント(DTE)をコードする配列番号3で示される塩基配列からなる核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;及び
(c)上記(a)と(b)との間に挿入されたマルチクローニングサイト
を含む、シナプス増強を可視化するための発現ベクター。
[8]前記マルチクローニングサイトに、リポータータンパク質をコードする核酸が挿入されている、上記[7]に記載の発現ベクター。
[9]前記リポータータンパク質をコードする核酸が、ヴィーナス、緑色蛍光タンパク質、チャネルロドプシン、ハロロドプシン、グルタミン酸脱炭酸酵素、ルシフェラーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ、β-ガラクトシダーゼ、及びβ-グルクロニダーゼからなる群から1つ以上選択されるタンパク質をコードする核酸である、上記[8]に記載の発現ベクター。
[10]RhoファミリーGタンパク質、FAK、PAK、及びパルブアルブミンからなる群から1つ以上選択されるタンパク質をコードする核酸をさらに含む、上記[9]に記載の発現ベクター。
[11](a)において特定される核酸が、配列番号1の193nt〜936ntの全部が欠失されている塩基配列(配列番号4)を有する核酸である、上記[8]〜[10]のいずれか1つに記載の発現ベクター。
[12]上記[8]〜[11]のいずれか1つに記載の発現ベクターを神経細胞に組み込み、リポータータンパク質の発現によりシナプス増強を可視化する方法。
[13]神経細胞に上記[3]〜[6]のいずれか1つに記載の核酸プローブが導入されているトランスジェニック非ヒト動物。
That is, the present invention is as follows.
[1] (a) having a nucleotide sequence obtained by deleting a part or all of 192 nt to 935 nt from the nucleic acid consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 encoding the ion channel receptor anchoring protein PSD-95 A nucleic acid, or a nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions; and (b) a nucleic acid consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 encoding a dendrite target element (DTE), or the nucleic acid and a stringent A gene cassette for visualizing synaptic enhancement comprising a nucleic acid that hybridizes under mild conditions.
[2] The gene cassette according to [1], wherein the nucleic acid identified in (a) is a nucleic acid having a base sequence (SEQ ID NO: 4) from which all of 193nt to 936nt of SEQ ID NO: 1 have been deleted. .
[3] (a) having a nucleotide sequence obtained by deleting a part or all of 193 nt to 936 nt from the nucleic acid consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 encoding the ion channel receptor anchoring protein PSD-95 A nucleic acid or a nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions;
(B) a nucleic acid comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 encoding a dendritic target element (DTE), or a nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions; and (c) (a) above A nucleic acid probe for visualizing synaptic enhancement, comprising a nucleic acid encoding a reporter protein inserted between (b).
[4] The nucleic acid encoding the reporter protein is selected from the group consisting of Venus, green fluorescent protein, channelrhodopsin, halorhodopsin, glutamate decarboxylase, luciferase, chloramphenicol acetyltransferase, β-galactosidase, and β-glucuronidase. The nucleic acid probe according to [3] above, which is a nucleic acid encoding one or more selected proteins.
[5] The method according to [4] above, further comprising a nucleic acid encoding a protein selected from the group consisting of Rho family G protein, FAK (focal adhesion kinase), PAK (p21 activated kinase), and parvalbumin. Nucleic acid probe.
[6] The nucleic acid specified in (a) is a nucleic acid having a base sequence (SEQ ID NO: 4) from which all of 193 nt to 936 nt of SEQ ID NO: 1 have been deleted. The nucleic acid probe according to any one of the above.
[7] (a) having a nucleotide sequence obtained by deleting a part or all of 193 nt to 936 nt from the nucleic acid consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 encoding the ion channel receptor anchoring protein PSD-95 A nucleic acid or a nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions;
(B) a nucleic acid comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 encoding a dendritic target element (DTE), or a nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions; and (c) (a) above An expression vector for visualizing synaptic enhancement, comprising a multicloning site inserted between (b).
[8] The expression vector according to [7] above, wherein a nucleic acid encoding a reporter protein is inserted into the multicloning site.
[9] The nucleic acid encoding the reporter protein is selected from the group consisting of Venus, green fluorescent protein, channelrhodopsin, halorhodopsin, glutamate decarboxylase, luciferase, chloramphenicol acetyltransferase, β-galactosidase, and β-glucuronidase. The expression vector according to [8] above, which is a nucleic acid encoding one or more selected proteins.
[10] The expression vector according to [9], further comprising a nucleic acid encoding a protein selected from one or more of the group consisting of Rho family G protein, FAK, PAK, and parvalbumin.
[11] The nucleic acid identified in (a) is a nucleic acid having a base sequence (SEQ ID NO: 4) from which all of 193nt to 936nt of SEQ ID NO: 1 have been deleted. The expression vector according to any one of the above.
[12] A method of visualizing synaptic enhancement by incorporating the expression vector according to any one of [8] to [11] into a nerve cell and expressing a reporter protein.
[13] A transgenic non-human animal in which the nucleic acid probe according to any one of [3] to [6] is introduced into a nerve cell.

本発明のプローブは、増大したシナプスに特異的に集積することができるため、シナプス形態を観察する必要がなく、全ての神経細胞に遺伝子導入し、広範囲及び短時間にシナプス増大を可視化することができる。   Since the probe of the present invention can specifically accumulate at an increased synapse, it is not necessary to observe the synaptic morphology, and it is possible to introduce a gene into all nerve cells and visualize the increase in synapse in a wide range and in a short time. it can.

海馬スライス培養物における本発明のプローブのシナプス増強に依存した蓄積を示す。FIG. 3 shows accumulation dependent on synaptic enhancement of probes of the invention in hippocampal slice cultures. インビボにおける運動学習時の本発明のプローブの蓄積特性を示す。Fig. 3 shows the accumulation characteristics of the probe of the present invention during motor learning in vivo. インビボにおける運動学習時の本発明のプローブの時空的動力学を示す。Figure 2 shows the spatio-temporal dynamics of the probe of the present invention during motor learning in vivo. 光活性化による本発明のプローブを含むスパインの縮小を示す。FIG. 6 shows the reduction of spines containing a probe of the present invention by photoactivation. 光活性化による、獲得した学習の抹消を示す。Deletion of acquired learning by photoactivation.

以下、本発明の説明のために、好ましい実施形態に関して詳述する。
発明は、イオンチャネル型受容体アンカリングタンパク質であるPSD−95の一部又は全部を欠失させたPSD95変異体をコードする塩基配列を有する核酸、及び樹状突起標的エレメント(DTE)をコードする塩基配列を有する核酸を含む遺伝子カセット、該遺伝子カセットにリポータータンパク質をコードする核酸を挿入した核酸プローブ、該核酸からタンパク質発現をさせたタンパク質プローブ、神経細胞内で上記プローブを発現させることができる発現ベクター、シナプス増強を可視化する方法、並びに該核酸プローブが導入されている、シナプス増強をモニターすることができるトランスジェニック非ヒト動物に関する。
Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail for the purpose of explaining the present invention.
The present invention encodes a nucleic acid having a base sequence encoding a PSD95 variant in which part or all of PSD-95, which is an ion channel receptor anchoring protein, is deleted, and a dendritic target element (DTE) A gene cassette containing a nucleic acid having a base sequence, a nucleic acid probe in which a nucleic acid encoding a reporter protein is inserted into the gene cassette, a protein probe in which a protein is expressed from the nucleic acid, an expression capable of expressing the probe in a nerve cell The present invention relates to a vector, a method for visualizing synaptic enhancement, and a transgenic non-human animal into which the nucleic acid probe has been introduced and which can monitor synaptic enhancement.

1.本発明のプローブを用いて可視化する対象
本発明は、核酸プローブ又はタンパク質プローブを用いて、記憶及び学習と関連付けられるシナプス(特に、スパイン)を可視化するツールを提供する。シナプス形成及び可塑性の分子メカニズムの解明は、記憶及び学習などの高次脳機能を明らかにするだけでなく、痴呆疾患、精神神経疾患、癲癇などの病態解明、さらには有効な治療法の開発を促すと考えられる。シナプスは、前シナプスと後シナプスという2つの特殊化した構造からなり、一方向にシグナルを伝達する。この特殊構造の形成及び維持には前シナプスと後シナプスにそれぞれ固有のタンパク質の集積が不可欠であることが知られている。例えば、後シナプスには、神経伝達物質の放出に関わるSNAP−25が選択的に配置され、一方、前シナプスには、イオンチャネル型受容体のアンカリングタンパク質であるPSD−95(Postsynaptic Density 95kD)が選択的に配置されることが知られている。これらのSNAP−25及びPSD−95はパルミトイル化という翻訳後脂質修飾を受け、この脂質修飾がSNAP−25及びPSD−95の特異的な局在及び機能を制御していることが知られている。また、脳内興奮性シナプスの主要な神経伝達物質であるグルタミン酸の受容体であるAMPA(α−アミノ−3−ヒドロ−5−メチル−4−イソキサゾールプロピオン酸)受容体のシナプスへの輸送やリサイクリングは神経活動依存的に制御され、シナプス可塑性の本体であることが示唆されている。上記のPSD−95はAMPA受容体の主要結合タンパク質であるスタルガジン(stargazin)を介してAMPA受容体を後シナプスにアンカリングするため、PSD−95の動的制御はシナプス可塑性において重要な役割を果たしていると言われている。なお、PSD−95は、その分子中にN末端部分、3つのPDZドメイン、SH(Src homology)ドメイン、及びGK(グアニル酸キナーゼ)ドメインを含む。
1. Object Visualized Using Probes of the Present Invention The present invention provides tools for visualizing synapses (especially spines) associated with memory and learning using nucleic acid probes or protein probes. Elucidation of the molecular mechanisms of synapse formation and plasticity not only reveals higher brain functions such as memory and learning, but also elucidates the pathophysiology of dementia, neuropsychiatric disorders, epilepsy, etc., and develops effective treatments It is thought to encourage. Synapses consist of two specialized structures, pre-synapse and post-synapse, and transmit signals in one direction. It is known that the accumulation of proteins unique to the presynapse and the postsynapse is essential for the formation and maintenance of this special structure. For example, SNAP-25 involved in neurotransmitter release is selectively placed at the post-synapse, while PSD-95 (Postsynthetic Density 95 kD), which is an anchoring protein of an ion channel receptor, is placed at the pre-synapse. Are known to be selectively placed. These SNAP-25 and PSD-95 undergo post-translational lipid modification called palmitoylation, and this lipid modification is known to control the specific localization and function of SNAP-25 and PSD-95. . In addition, transport of AMPA (α-amino-3-hydro-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid) receptor, which is a receptor for glutamate, which is a major neurotransmitter of excitatory synapses in the brain, to the synapse. And recycling are controlled in a neural activity-dependent manner, suggesting that they are the main body of synaptic plasticity. Since PSD-95 anchors the AMPA receptor to the post-synapse via the main binding protein of AMPA receptor, stargazin, dynamic regulation of PSD-95 plays an important role in synaptic plasticity. It is said that there is. PSD-95 contains an N-terminal part, three PDZ domains, an SH (Src homology) domain, and a GK (guanylate kinase) domain in the molecule.

ある特定のシナプス後部が増大すると、その増大群が構成する神経回路が効率的に使用されるようになるが、本発明者らは、上記の通り、シナプス増大時にシナプス後部タンパク質であるPSD−95が、増大したシナプスに集積し、さらに、記憶や学習に伴いArc遺伝子のmRNAが神経入力を受けた樹状突起に集積することに着眼し、PSD−95変異体(例えば、PDZドメイン1と2を欠損させた「PSD−95Δ1−2」)、蛍光タンパク質、及び樹状突起標的エレメント(DTE)(Arc mRNAからの翻訳産物の一部)を融合させたタンパク質をプローブとして使用することにより、学習及び記憶と関連付けられたシナプスの増大及び新生の可視化に成功した。したがって、本発明は、一定以上の刺激を受けて増大したシナプス(特に、スパイン)を可視化することができる。以下に、シナプスの増大及び新生を可視化のためのプローブ及び可視化方法を詳述する。   When a specific post-synapse increases, the neural circuit that the increase group constitutes is used efficiently. As described above, the present inventors have developed PSD-95, which is a post-synaptic protein during synapse increase. Focusing on the increased synapse, and with the memory and learning, the mRNA of the Arc gene accumulates on the dendrites receiving neural inputs, and PSD-95 mutants (for example, PDZ domains 1 and 2). By using as a probe a protein fused with "PSD-95Δ1-2"), a fluorescent protein, and a dendritic target element (DTE) (part of the translation product from Arc mRNA). And the visualization of synaptic growth and neoplasia associated with memory. Therefore, this invention can visualize the synapse (especially spine) increased by receiving a certain stimulus or more. Below, probes and visualization methods for visualizing synaptic growth and neoplasia are detailed.

2.遺伝子カセット
本発明は、シナプス増強を可視化する核酸プローブ(後述)に使用するための遺伝子カセットを提供する。本発明によれば、シナプス増大及び新生と脳機能とを関連付ける複数のタンパク質をコードする、各核酸を組み合わせた遺伝子カセットであればよい。典型的には、本発明の遺伝子カセットは、限定されないが、
(a)イオンチャネル型受容体アンカリングタンパク質PSD−95をコードする配列番号1で示される塩基配列からなる核酸から、192nt〜935ntの一部又は全部を欠失させた塩基配列を有する核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;及び
(b)樹状突起標的エレメント(DTE)をコードする配列番号3で示される塩基配列からなる核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸
を含む、シナプス増強を可視化するための遺伝子カセットである。
2. Gene Cassette The present invention provides a gene cassette for use in a nucleic acid probe (described later) that visualizes synaptic enhancement. According to the present invention, any gene cassette may be used as long as each nucleic acid is combined and encodes a plurality of proteins that correlate synaptic growth and neoplasia with brain function. Typically, the gene cassette of the present invention is not limited,
(A) a nucleic acid having a base sequence obtained by deleting part or all of 192 nt to 935 nt from the nucleic acid consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 encoding the ion channel receptor anchoring protein PSD-95, or A nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions; and (b) a nucleic acid comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 encoding the dendritic target element (DTE), or under a stringent condition with the nucleic acid. It is a gene cassette for visualizing synaptic enhancement, including a nucleic acid that hybridizes in

本発明の遺伝子カセットで使用されるPSD95(及びその改変体)及びDTEをコードする核酸には、一本鎖又は二本鎖型DNA、及びそのRNA相補体も含む。DNAには、例えば、天然由来のDNA、組換えDNA、化学合成したDNA、PCRによって増幅されたDNA、及びそれらの組み合わせが含まれる。本発明で使用される核酸としてはDNAが好ましい。なお、周知の通り、コドンには縮重があり、1つのアミノ酸をコードする塩基配列が複数存在するアミノ酸もあるが、上記タンパク質をコードするそれぞれの核酸の塩基配列であれば、いずれの塩基配列を有する核酸も本発明の範囲に含まれる。   The nucleic acids encoding PSD95 (and variants thereof) and DTE used in the gene cassette of the present invention include single-stranded or double-stranded DNA and RNA complements thereof. DNA includes, for example, naturally-derived DNA, recombinant DNA, chemically synthesized DNA, DNA amplified by PCR, and combinations thereof. As the nucleic acid used in the present invention, DNA is preferable. As is well known, codons are degenerate and some amino acids have a plurality of base sequences encoding one amino acid. However, any base sequence may be used as long as it is the base sequence of each nucleic acid encoding the protein. Nucleic acids having these are also within the scope of the present invention.

本明細書で使用するとき、「PSD−95」とは、イオンチャネル型受容体に可逆的に結合するタンパク質であって、スパインが密に存在するシナプス後に存在するMAGUK(membrane associated guanylate kinase)タンパク質の1つであり、シナプスを構造的に維持させる働きを有する。このPSD−95をコードする核酸は、配列番号1で表される2172塩基の塩基配列を含み、特徴的なドメインとして、(i)N末端部分(1〜192nt)、(ii)3つのPDKドメイン(PDZ1:193〜453nt、PDZ2:478〜738nt、PDZ3:936〜1179nt)、(iv)SH(Src homology)ドメイン(1303〜1485nt)、及び(v)GK(グアニル酸キナーゼ)ドメイン(1600〜2136nt)を有する。なお、PSD−95の塩基配列(1〜2172nt)は、GenBank Accession No.NM 019621中の58〜2229ntに対応する。 As used herein, “PSD-95” is a protein that reversibly binds to an ion channel type receptor, and is a MAGUK (membrane associated guanylate kinase) protein that exists after a synapse where spines are densely present. And has the function of structurally maintaining synapses. The nucleic acid encoding PSD-95 includes a base sequence of 2172 bases represented by SEQ ID NO: 1, and includes (i) N-terminal part (1 to 192 nt) and (ii) three PDK domains as characteristic domains. (PDZ1: 193-453 nt, PDZ2: 478-738 nt, PDZ3: 936-1179 nt), (iv) SH (Src homology) domain (1303-1485 nt), and (v) GK (guanylate kinase) domain (1600-2136 nt) ). The base sequence (1-272 nt) of PSD-95 is GenBank Accession No. NM This corresponds to 58 to 2229 nt in 019621.

本発明によれば、遺伝子カセットの一部としてPSD−95をコードする核酸を用いる場合、PSD−95をコードする核酸の全長を用いてもよいが、該遺伝子カセットの一部としてDTEをコードする核酸を使用する場合、PSD−95の塩基配列のうち、配列番号1において193nt〜936ntの一部又は全部が欠失していることが好ましい。本明細書において使用するとき、欠失させる部分が一部である場合、この「一部」とは、上記193〜936ntのうち、1個の塩基、連結して又は不連続してなる2〜743個の塩基、例えば、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、30、40、50、100、200、300、400、500、600、700個の塩基を意味する。本発明によれば、193nt〜936nt(744個の塩基)全部を欠失させた塩基配列(配列番号4)を有する核酸(この場合、該核酸よってコードされるタンパク質を「PSD−95Δ1−2」と称することがある)を用いることができる。本発明の一態様において、遺伝子カセットして使用することができるPSD−95をコードする核酸には、配列番号1において192nt〜935ntの一部又は全部を欠失させた塩基配列からなる核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸も含まれる。   According to the present invention, when a nucleic acid encoding PSD-95 is used as part of the gene cassette, the full length of the nucleic acid encoding PSD-95 may be used, but it encodes DTE as part of the gene cassette. When using a nucleic acid, it is preferable that part or all of 193 nt to 936 nt in SEQ ID NO: 1 is deleted in the base sequence of PSD-95. As used herein, when a portion to be deleted is a part, this “part” means one of the above 193 to 936 nt, a base connected to or discontinuous 2 743 bases, e.g. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 30, 40, 50 , 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 bases. According to the present invention, a nucleic acid having a base sequence (SEQ ID NO: 4) from which all of 193 to 936 nt (744 bases) have been deleted (in this case, the protein encoded by the nucleic acid is referred to as “PSD-95Δ1-2”. May be used). In one embodiment of the present invention, a nucleic acid encoding PSD-95 that can be used as a gene cassette includes a nucleic acid comprising a nucleotide sequence from which a part or all of 192 nt to 935 nt has been deleted in SEQ ID NO: 1 and a string Nucleic acids that hybridize under mild conditions are also included.

本明細書で使用するとき、「樹状突起標的エレメント(DTE)」とは、記憶や学習に伴い神経入力を受けた樹状突起に集積するArc遺伝子産物の一部を構成するタンパク質である。DTEは、神経細胞内でmRNAからタンパク質に翻訳されるタンパク質であるが、学習や記憶を形成するための基本的神経機能であるシナプス可塑性と関連付けられ、可塑的シナプスの真下にDTEをコードするmRNAが運ばれ、タンパク質発現することが知られている。したがって、シナプス増強を視覚化するという本発明の目的を達成するために、遺伝子カセットの一部として使用する核酸として好ましい。なお、DTEの塩基配列(配列番号3:1〜644nt)は、GenBank Accession No.NM 019361中の2036〜2699ntに対応する。本発明の一態様において、遺伝子カセットして使用することができるDTEをコードする核酸には、配列番号3で表される塩基配列からなる核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸も含まれる。 As used herein, a “dendritic target element (DTE)” is a protein that constitutes part of the Arc gene product that accumulates in dendrites that have received neural input with memory and learning. DTE is a protein that is translated from mRNA into protein in nerve cells, but is associated with synaptic plasticity, which is a basic neural function for forming learning and memory, and mRNA that encodes DTE directly under the plastic synapse Is known to be expressed and protein expressed. Therefore, in order to achieve the object of the present invention of visualizing synaptic enhancement, it is preferable as a nucleic acid used as a part of a gene cassette. The base sequence of DTE (SEQ ID NO: 3 to 644 nt) is GenBank Accession No. NM This corresponds to 2036 to 2699 nt in 019361. In one embodiment of the present invention, the nucleic acid encoding DTE that can be used as a gene cassette includes a nucleic acid that hybridizes with a nucleic acid consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 under stringent conditions. .

PSD95(又はその改変体)及びDTEをコードする核酸は、例えば、後述する実施例1に記載するように、それぞれ配列番号1(又は4)及び3の塩基配列に基づいてプライマーとして合成ヌクレオチドを設計し、染色体DNAを含むプラスミドなどを鋳型として増幅することによって調製できる。核酸を増幅するための手法としては、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)(Saiki R.K.ら,Science,230,1350−1354(1985))、ライゲース連鎖反応(LCR)(Wu D.Y.ら,Genomics,4,560−569(1989))、及び転写に基づく増幅(Kwoh D.Y.ら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,86,1173−1177(1989))等の温度循環を必要とする反応、並びに鎖置換反応(SDA)(Walker G.T.ら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,89,392−396(1992);Walker G.T.ら,Nuc.Acids Res.,20,1691−1696(1992))、自己保持配列複製(3SR)(Guatelli J.C.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,87,1874−1878(1990))、及びQβレプリカーゼシステム(Lizardi,P.M.ら、BioTechnology,6,1197−1202(1988))等の恒温反応を利用することができるが、これらに限定されない。本発明においては、PCR法を使用することが好ましい。なお、遺伝子に変異を導入する方法は、一般的に知られ、例えば、部位特異的変異誘発法(Current Protocols in Molecular Biology,edited by Ausubel,F.M.,et al.,Unit 8.1−8.5,John Wiley & Sons,Inc.,NY)が挙げられる。本発明においては、QuikChange II XL Site−Directed Mutagenesis Kits(Agilent Technologies)を使用することができる。   For the nucleic acid encoding PSD95 (or a variant thereof) and DTE, for example, as described in Example 1 described later, synthetic nucleotides are designed as primers based on the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 (or 4) and 3, respectively. However, it can be prepared by amplification using a plasmid containing chromosomal DNA as a template. Examples of the method for amplifying a nucleic acid include polymerase chain reaction (PCR) (Saiki RK, et al., Science, 230, 1350-1354 (1985)), and ligase chain reaction (LCR) (Wu DY. Et al., Genomics, 4, 560-569 (1989)), and transcription-based amplification (Kwh DY et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 86, 1173-1177 (1989)). As well as strand displacement reactions (SDA) (Walker GT et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89, 392-396 (1992); Walker GT et al., Nuc. Acids. Res., 20, 1691-1696 (1992)), self-retaining sequence replication (3SR) Guatelli J. C., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87, 1874-1878 (1990)), and Qβ replicase system (Lizardi, PM et al., BioTechnology, 6, 1191-2202 (1988)). However, the present invention is not limited to these. In the present invention, it is preferable to use the PCR method. In addition, the method of introduce | transducing a variation | mutation into a gene is generally known, for example, a site-directed mutagenesis method (Current Protocols in Molecular Biology, edited by Ausubel, FM, et al., Unit 8.1-). 8.5, John Wiley & Sons, Inc., NY). In the present invention, QuikChange II XL Site-Directed Mutagenesis Kits (Agilent Technologies) can be used.

本明細書において使用するとき、「ストリンジェントな条件下」とは、中程度又は高程度なストリンジェントな条件においてハイブリダイズすることを意味する。具体的には、中程度のストリンジェントな条件は、例えば、DNAの長さに基づき、一般の技術を有する当業者によって、容易に決定することが可能である。基本的な条件は、Sambrook,J.ら、Molecular Cloning,A Laboratory Manual(3rd edition),Cold Spring Harbor Laboratory,7.42−7.45(2001)に示されるが、ニトロセルロースフィルターに関し、5×SSC、0.5% SDS、1.0mM EDTA(pH8.0)の前洗浄溶液、約40〜50℃での、約50%ホルムアミド、2×SSC〜6×SSC(又は約42℃での約50%ホルムアミド中の、スターク溶液(Stark’s solution)などの他の同様のハイブリダイゼーション溶液)のハイブリダイゼーション条件、及び約60℃、0.5×SSC、0.1% SDSの洗浄条件の使用が含まれる。高ストリンジェントな条件もまた、例えばDNAの長さに基づき、当業者によって、容易に決定することが可能である。一般的に、こうした条件は、中程度にストリンジェントな条件よりも高い温度及び/又は低い塩濃度でのハイブリダイゼーション及び/又は洗浄を含み、例えば上記のようなハイブリダイゼーション条件、及び約68℃、0.2×SSC、0.1% SDSの洗浄を伴うと定義される。当業者は、温度及び洗浄溶液塩濃度は、プローブの長さ等の要因に従って、必要に応じて調整可能であることを認識することができる。   As used herein, “under stringent conditions” means to hybridize under moderate or high stringent conditions. Specifically, moderately stringent conditions can be easily determined by those skilled in the art based on, for example, the length of DNA. Basic conditions are described in Sambrook, J. et al. Et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual (3rd edition), Cold Spring Harbor Laboratory, 7.42-7.45 (2001), with respect to nitrocellulose filters, 5 × SSC, 0.5% SDS, 1. Pre-wash solution of 0 mM EDTA (pH 8.0), about 50% formamide at about 40-50 ° C., 2 × SSC-6 × SSC (or Stark solution (Stark in about 50% formamide at about 42 ° C.) use of other similar hybridization solutions) such as' s solution) and washing conditions of about 60 ° C., 0.5 × SSC, 0.1% SDS. High stringency conditions can also be readily determined by one skilled in the art based on, for example, the length of the DNA. Generally, such conditions include hybridization and / or washing at higher temperatures and / or lower salt concentrations than moderately stringent conditions, such as hybridization conditions as described above, and about 68 ° C. Defined with 0.2 × SSC, 0.1% SDS wash. One skilled in the art can recognize that the temperature and wash solution salt concentration can be adjusted as needed according to factors such as the length of the probe.

上記のような核酸増幅反応又はハイブリダイゼーション等を使用してクローニングされる相同な核酸は、配列番号1(又は4)及び3に記載の塩基配列に対して、それぞれ、少なくとも30%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上、さらにより好ましくは90%以上、さらになお好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上の同一性を有する。なお、同一性パーセントは、視覚的検査及び数学的計算によって決定することが可能である。あるいは、2つの核酸配列の同一性パーセントは、Devereuxら,Nucl.Acids Res.,12,387(1984)に記載され、そしてウィスコンシン大学遺伝学コンピューターグループ(UWGCG)より入手可能なGAPコンピュータープログラム(GCG Wisconsin Package、バージョン10.3)を用いて、配列情報を比較することによって決定することができる。   Homologous nucleic acids cloned using the nucleic acid amplification reaction or hybridization as described above are at least 30% or more, preferably, at least 30% or more, respectively, with respect to the base sequences set forth in SEQ ID NOs: 1 (or 4) and 3 50% or more, more preferably 70% or more, even more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, most preferably 98% or more. Note that the percent identity can be determined by visual inspection and mathematical calculation. Alternatively, the percent identity of two nucleic acid sequences can be determined by Devereux et al., Nucl. Acids Res. , 12, 387 (1984) and determined by comparing sequence information using the GAP computer program (GCG Wisconsin Package, version 10.3) available from the University of Wisconsin Genetics Computer Group (UWGCG). can do.

本発明の別の実施形態として、本発明において使用されるPSD95Δ1−2をコードする核酸は、配列番号4で表される塩基配列において示されるように全長1428塩基からなる。本発明の一態様として、PSD95Δ1−2と同等の活性を有し、かつ、上記該塩基配列において1〜150個の塩基が置換されてなる塩基配列からなる核酸を用いてもよい。置換される塩基の数は、好ましくは最大100個、より好ましくは最大75個、さらに好ましくは最大50個、さらにより好ましくは最大30個、なお好ましくは最大20個、なおより好ましくは最大10個、最も好ましくは最大5個である。   As another embodiment of the present invention, the nucleic acid encoding PSD95Δ1-2 used in the present invention consists of a total length of 1428 bases as shown in the base sequence represented by SEQ ID NO: 4. As one embodiment of the present invention, a nucleic acid having an activity equivalent to that of PSD95Δ1-2 and having a base sequence in which 1 to 150 bases are substituted in the base sequence may be used. The number of substituted bases is preferably at most 100, more preferably at most 75, even more preferably at most 50, even more preferably at most 30, still more preferably at most 20, even more preferably at most 10 , Most preferably at most 5.

本発明の他の実施形態として、本発明において使用されるDTEをコードする核酸は、配列番号3で表される塩基配列において示されるように全長663塩基からなる。本発明の一態様として、DTEと同等の活性を有し、かつ、上記核酸配列において1〜70個の塩基が置換されてなる塩基配列からなる核酸を用いてもよい。置換される塩基の数は、好ましくは最大60個、より好ましくは最大50個、さらに好ましくは最大30個、さらにより好ましくは最大20個、なお好ましくは最大10個、なおより好ましくは最大5個、最も好ましくは1最大3個である。   As another embodiment of the present invention, the nucleic acid encoding DTE used in the present invention consists of a total length of 663 bases as shown in the base sequence represented by SEQ ID NO: 3. As one embodiment of the present invention, a nucleic acid having an activity equivalent to that of DTE and having a base sequence in which 1 to 70 bases are substituted in the nucleic acid sequence may be used. The number of substituted bases is preferably at most 60, more preferably at most 50, even more preferably at most 30, even more preferably at most 20, still more preferably at most 10, even more preferably at most 5 Most preferably, 1 is a maximum of 3.

本発明において、PSD95(及びその改変体)及びDTEをコードする核酸を遺伝子カセットとして使用する場合、それらを配置する順番に制限はないが、PSD95(及びその改変体)をコードする核酸は、DTEをコードする核酸の上流に配置されることが好ましい。   In the present invention, when a nucleic acid encoding PSD95 (and its variant) and DTE is used as a gene cassette, the order in which they are arranged is not limited, but the nucleic acid encoding PSD95 (and its variant) Preferably, it is arranged upstream of the nucleic acid encoding.

3.核酸プローブ
本発明によれば、シナプス増強を可視化するために、上記遺伝子カセットにリポータータンパク質をコードする核酸を組み込んだ核酸プローブが提供される。本発明の一態様において、リポータータンパク質をコードする核酸の挿入位置は、核酸プローブに組み込まれ、リポータータンパク質として機能し得る位置であれば限定されない。例えば、遺伝子カセットを構成するPSD95Δ1−2をコードする核酸とDTEをコードする核酸の間に、リポータータンパク質をコードする核酸を挿入したものであってよい。したがって、本発明のシナプス増強を可視化するための核酸プローブは、典型的には、
(a)イオンチャネル型受容体アンカリングタンパク質PSD−95をコードする配列番号1で示される塩基配列からなる核酸から、193nt〜936ntの一部又は全部を欠失させた塩基配列を有する核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;
(b)樹状突起標的エレメント(DTE)をコードする配列番号3で示される塩基配列からなる核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;及び
(c)上記(a)と(b)との間に挿入されるリポータータンパク質をコードする核酸
を含むものであることが好ましい。なお、上記(a)及び(b)における核酸の定義は、遺伝子カセットに使用されるそれぞれ対応する核酸の定義に等しい。
3. Nucleic Acid Probe According to the present invention, there is provided a nucleic acid probe in which a nucleic acid encoding a reporter protein is incorporated into the gene cassette in order to visualize synaptic enhancement. In one embodiment of the present invention, the insertion position of a nucleic acid encoding a reporter protein is not limited as long as it is incorporated in a nucleic acid probe and can function as a reporter protein. For example, a nucleic acid encoding a reporter protein may be inserted between a nucleic acid encoding PSD95Δ1-2 constituting a gene cassette and a nucleic acid encoding DTE. Thus, nucleic acid probes for visualizing synaptic enhancement of the present invention typically include
(A) a nucleic acid having a nucleotide sequence obtained by deleting part or all of 193 nt to 936 nt from the nucleic acid consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 encoding the ion channel receptor anchoring protein PSD-95, or A nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions;
(B) a nucleic acid comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 encoding a dendritic target element (DTE), or a nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions; and (c) (a) above It is preferable that it contains the nucleic acid which codes the reporter protein inserted between (b). In addition, the definition of the nucleic acid in said (a) and (b) is equal to the definition of each corresponding nucleic acid used for a gene cassette.

本明細書で使用するとき、「リポータータンパク質」とは、本発明の核酸プローブが神経細胞に導入され、脳機能(学習や記憶)の発現に依存して、核酸プローブに含まれる遺伝子カセットを構成する核酸ともに翻訳され、脳機能の発現を視覚化するために使用されるタンパク質を意味する。したがって、リポータータンパク質は、上記目的で使用可能なタンパク質であれば限定されず、例えば、ヴィーナス、緑色蛍光タンパク質、チャネルロドプシン、ハロロドプシン、グルタミン酸脱炭酸酵素、ルシフェラーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ、β-ガラクトシダーゼ、及びβ-グルクロニダーゼが含まれる。なお、遺伝子カセットに挿入されるリポータータンパク質をコードする核酸の数及び種類は、限定されず、使用目的に応じて2種以上を挿入してもよい。   As used herein, “reporter protein” refers to a gene cassette contained in a nucleic acid probe, depending on the expression of brain function (learning or memory), when the nucleic acid probe of the present invention is introduced into a nerve cell. It means a protein that is translated together with the nucleic acid to be used to visualize the expression of brain function. Accordingly, the reporter protein is not limited as long as it is a protein that can be used for the above-mentioned purpose. For example, Venus, green fluorescent protein, channelrhodopsin, halorhodopsin, glutamate decarboxylase, luciferase, chloramphenicol acetyltransferase, β- Galactosidase and β-glucuronidase are included. In addition, the number and kind of the nucleic acid encoding the reporter protein inserted into the gene cassette are not limited, and two or more kinds may be inserted according to the purpose of use.

他の実施形態において、本発明は、核酸プローブに導入される核酸として、上記のリポータータンパク質をコードする核酸の他に、研究目的に応じて、リポータータンパク質をコードする核酸とともに様々な核酸を遺伝子カセットに導入した核酸プローブを提供することができる。例えば、光刺激に応答して活性化するタンパク質をコードする遺伝子を導入してもよい。このような刺激に応答して活性化するタンパク質として、PaRac1(Wu,Y.I.,et al.,Nature,461,104−108(2009))、PaRhoA、RaCdc42等を用いてもよい。Rac1、RhoA、及びCdc42は、いずれもRhoファミリーGタンパク質であって、細胞形態や運動を司る細胞骨格(例えば、アクチンやミオシンなど)の形成を制御するタンパク質である。ここで、例えば、PaRac1は、Avena sativaのフォトトロピンタンパク質内の光吸収によって構造が変化するLOVドメイン(light,oxygen,voltage domain)をRac1タンパク質に融合させた融合タンパク質である(Wuら、上述)。PaRac1を神経細胞で発現させ、外部から青い光をあてると、局所的なRac1の活性化により、リン酸化酵素PAKの活性化を介したアクチン重合が促進され、細胞の形態や動きの時空間的な操作を行うことができる。このように、Rac1が青い光によって活性化され得るため、シナプス可塑性を光刺激といった人為的に操作によって誘起することができる。また、他の態様において、リポータータンパク質をコードする核酸とともにFAK(focal adhesion kinase)、PAK(p21 activated kinase)、及びパルブアルブミンからなる群から1つ以上選択されるタンパク質をコードする核酸をさらに核酸プローブに導入することができる。ここで、FAKは、インテグリン結合タンパク質の一種であり、細胞接着班に局在し、細胞の形態や運動に関与するキナーゼである。PAKは、細胞骨格構築に関連するリン酸化酵素である。また、パルブアルブミンは、カルシウム結合性の低分子量アルブミンであって、神経系のGABA駆動性介在ニューロンに存在し、統合失調症患者においてはパルブアルブミンの発現量が減少することも見出されている。   In another embodiment, the present invention provides, as a nucleic acid to be introduced into a nucleic acid probe, in addition to the above-described nucleic acid encoding a reporter protein, various nucleic acids together with a nucleic acid encoding a reporter protein, depending on the research purpose. Nucleic acid probes introduced into can be provided. For example, a gene encoding a protein that is activated in response to light stimulation may be introduced. PaRac1 (Wu, YI, et al., Nature, 461, 104-108 (2009)), PaRhoA, RaCdc42, or the like may be used as a protein that is activated in response to such a stimulus. Rac1, RhoA, and Cdc42 are all Rho family G proteins, and are proteins that control the formation of a cytoskeleton (for example, actin, myosin, etc.) that controls cell morphology and movement. Here, for example, PaRac1 is a fusion protein in which a LOV domain (light, oxygen, voltage domain) whose structure is changed by light absorption in Avena sativa phototropin protein is fused to Rac1 protein (Wu et al., Supra). . When PaRac1 is expressed in neurons and exposed to blue light from the outside, local activation of Rac1 promotes actin polymerization through the activation of phosphorylase PAK, and the spatiotemporal spatial and temporal of cell morphology and movement Operations can be performed. Thus, since Rac1 can be activated by blue light, synaptic plasticity can be induced by artificial manipulation such as light stimulation. In another embodiment, the nucleic acid probe further comprises a nucleic acid encoding a protein selected from the group consisting of FAK (focal adhesion kinase), PAK (p21 activated kinase), and parvalbumin together with a nucleic acid encoding a reporter protein. Can be introduced. Here, FAK is a kind of integrin-binding protein, and is a kinase that is localized in a cell adhesion group and is involved in cell morphology and movement. PAK is a phosphorylating enzyme related to cytoskeleton construction. Parvalbumin is a calcium-binding low molecular weight albumin that is present in GABA-driven interneurons of the nervous system and has been found to reduce parvalbumin expression in patients with schizophrenia. .

4.発現ベクター
本発明によれば、本発明の遺伝子カセットは、これらを構成する核酸を組み込んだベクターの形態で使用されることが好ましい。より典型的には、本発明のシナプス増強を可視化するためのベクターは、
(a)イオンチャネル型受容体アンカリングタンパク質PSD−95をコードする配列番号1で示される塩基配列からなる核酸から、193nt〜936ntの一部又は全部を欠失させた塩基配列を有する核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;
(b)樹状突起標的エレメント(DTE)をコードする配列番号3で示される塩基配列からなる核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;及び
(c)上記(a)と(b)との間に挿入されたマルチクローニングサイト
を含む発現ベクターであってもよい。ここで、「マルチクローニングサイト」とは、種々の制限酵素に認識される配列が存在する部位を意味し、これを適切な制限酵素で切断し、外来の核酸を挿入することができる。当業者であれば、マルチクローニングサイトとして使用可能な制限部位の配列を設計することができる。本発明によれば、シナプス増大を可視化するという目的のために、このマルチクローニングサイトに挿入される外来の核酸には、限定されないが、リポータータンパク質(上述)をコードする核酸が好ましい。他の実施形態において、本発明は、発現ベクターに導入される核酸として、上記のリポータータンパク質をコードする核酸の他に、研究目的に応じて、リポータータンパク質をコードする核酸とともに様々な核酸を導入した発現ベクターを提供することができる。例えば、光刺激に応答して活性化するタンパク質をコードする核酸を導入した発現ベクターであってもよく、このようなタンパク質の例はPaRac1等を挙げることができる(「3.核酸プローブ」の項を参照されたい)。さらに、発現ベクターには、組み込まれたリポータータンパク質をコードする核酸を適切に発現させるために、限定されないが、プロモーター(例えば、CAG)、エンハンサー、開始コドン、終始コドン、及びターミネーターを含んでいてもよい。
4). Expression Vector According to the present invention, the gene cassette of the present invention is preferably used in the form of a vector incorporating the nucleic acid constituting them. More typically, the vector for visualizing synaptic enhancement of the present invention is:
(A) a nucleic acid having a nucleotide sequence obtained by deleting part or all of 193 nt to 936 nt from the nucleic acid consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 encoding the ion channel receptor anchoring protein PSD-95, or A nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions;
(B) a nucleic acid comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 encoding a dendritic target element (DTE), or a nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions; and (c) (a) above It may be an expression vector containing a multiple cloning site inserted between (b). Here, the “multicloning site” means a site where sequences recognized by various restriction enzymes are present, which can be cleaved with an appropriate restriction enzyme and foreign nucleic acid can be inserted. A person skilled in the art can design a restriction site sequence that can be used as a multiple cloning site. According to the present invention, for the purpose of visualizing the increase in synapse, the foreign nucleic acid inserted into the multicloning site is not limited, but a nucleic acid encoding a reporter protein (described above) is preferable. In another embodiment, the present invention introduces various nucleic acids as a nucleic acid to be introduced into an expression vector, in addition to a nucleic acid encoding the reporter protein, together with a nucleic acid encoding the reporter protein, depending on the purpose of research. An expression vector can be provided. For example, it may be an expression vector into which a nucleic acid encoding a protein that is activated in response to light stimulation is introduced, and examples of such a protein include PaRac1 (see “3. Nucleic Acid Probe”). See). Furthermore, the expression vector may include, but is not limited to, a promoter (eg, CAG), an enhancer, a start codon, a stop codon, and a terminator in order to properly express a nucleic acid encoding the incorporated reporter protein. Good.

本発明において、PSD95(及びその改変体)及びDTEをコードする核酸を遺伝子カセットとして発現ベクターに導入して使用する場合、それらを配置する順番に制限はないが、PSD95(及びその改変体)をコードする核酸は、DTEをコードする核酸の上流に配置されることが好ましい。さらに、本発明の発現ベクターは、PSD95(及びその改変体)をコードする核酸とDTEをコードする核酸との間にマルチクローニングサイトを有することが好ましい。本発明によれば、このマルチクローニングサイトに、リポータータンパク質(例えば、ヴィーナス)をコードする核酸、PaRac1をコードする核酸を制限酵素で処理することによって組み込むことができる。なお、PaRac1などの光刺激に応答して活性化するタンパク質をコードする核酸を本発明の発現ベクターに組み込む場合、該タンパク質の性質上、DTEをコードする核酸の上流に終始コドンを設け、その直前に該タンパク質の核酸を組み込むことが好ましい。   In the present invention, when PSD95 (and its variant) and a nucleic acid encoding DTE are introduced into an expression vector as a gene cassette and used, there is no restriction on the order in which they are arranged, but PSD95 (and its variant) The encoding nucleic acid is preferably located upstream of the nucleic acid encoding DTE. Furthermore, the expression vector of the present invention preferably has a multicloning site between the nucleic acid encoding PSD95 (and its variants) and the nucleic acid encoding DTE. According to the present invention, a nucleic acid encoding a reporter protein (for example, Venus) and a nucleic acid encoding PaRac1 can be incorporated into this multicloning site by treating with a restriction enzyme. When a nucleic acid encoding a protein activated in response to light stimulation such as PaRac1 is incorporated into the expression vector of the present invention, due to the nature of the protein, a stop codon is provided upstream of the nucleic acid encoding DTE. It is preferable to incorporate the nucleic acid of the protein into.

ベクターに目的とする核酸を組み込む方法としては、例えば、Sambrook,J.ら,Molecular Cloning,A Laboratory Manual(3rd edition),Cold Spring Harbor Laboratory,1.1(2001)に記載の方法などが挙げられる。簡便には、市販のライゲーションキット(例えば、トーヨーボー社製等)を用いることもできる。ベクターは、簡単には当該技術分野において入手可能な組換え用ベクター(例えば、プラスミドDNA等)に所望の遺伝子を常法により連結することによって調製することができる。本発明のシナプス増大を可視化するための核酸プローブを導入するために使用されるベクターとしては、限定されないが、ウイルスベクターが好ましい。使用可能なウイルスベクターとしては、アデノ関連ウイルス(AAV)(例えば、AAV2/1、AAV2/2、AAV2/5、AAV2/7、AAV2/8血清型ベクター);アデノウイルス(AV)に由来するベクター;レトロウイルス(例えば、レンチウイルス(LV)、ラブドウイルス、マウス白血病ウイルス);ヘルペスウイルス;水疱性口内炎ウイルス(VSV)などが挙げられる。   Examples of a method for incorporating a target nucleic acid into a vector include Sambrook, J. et al. Et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual (3rd edition), Cold Spring Harbor Laboratory, 1.1 (2001). For convenience, a commercially available ligation kit (for example, manufactured by Toyobo Co., Ltd.) can also be used. A vector can be prepared simply by ligating a desired gene to a recombination vector (for example, plasmid DNA etc.) available in the art by a conventional method. Although it does not limit as a vector used in order to introduce | transduce the nucleic acid probe for visualizing the increase in synapses of this invention, A viral vector is preferable. Usable viral vectors include adeno-associated viruses (AAV) (eg, AAV2 / 1, AAV2 / 2, AAV2 / 5, AAV2 / 7, AAV2 / 8 serotype vectors); vectors derived from adenovirus (AV) Retroviruses (eg, lentivirus (LV), rhabdovirus, murine leukemia virus); herpes virus; vesicular stomatitis virus (VSV) and the like.

当業者であれば、組換えベクターに適合するように制限末端を適宜選択することができ、さらに、所望のタンパク質を発現させるために、宿主細胞に適した組換えベクターを適宜選択することができる。このようなベクターは、本発明で使用する遺伝子が目的の宿主細胞の遺伝子と相同性組換えが起るように機能する領域(必要に応じて、自立複製起点、接合伝達領域、選択マーカー(例えば、カナマイシン耐性遺伝子)等)が適切に配列されており又は導入することにより、該核酸が適切に組換えられるように構築されている又は構築することが好ましい。   A person skilled in the art can appropriately select the restriction ends so as to be compatible with the recombinant vector, and can further appropriately select a recombinant vector suitable for the host cell in order to express the desired protein. . Such a vector is a region in which the gene used in the present invention functions so that homologous recombination occurs with the gene of the target host cell (if necessary, an autonomous replication origin, a conjugative transfer region, a selectable marker (for example, , Kanamycin resistance gene), etc.) are appropriately arranged or introduced so that the nucleic acid is constructed or constructed so that it is appropriately recombined.

一般的に、形質転換体は、組換えベクターを宿主細胞に組み込むことによって作製することができる。この場合、宿主細胞として原核細胞(例えば、大腸菌(S17−1株等)、枯草菌)であっても真核細胞(哺乳類細胞、酵母、昆虫細胞等)であっても使用することができる。組換えベクターの宿主細胞への導入(形質転換)は公知の方法を用いて行うことができる。例えば、細菌(大腸菌、Bacillus subtilis等)の場合は、例えばCohenらの方法(Proc.Natl.Acad.Sci.USA,69,2110(1972))、プロトプラスト法(Mol.Gen.Genet.,168,111(1979))やコンピテント法(J.Mol.Biol.,56,209(1971))、塩化カルシウム法、エレクトロポレーション法等が挙げられる。   In general, a transformant can be produced by incorporating a recombinant vector into a host cell. In this case, the host cell can be a prokaryotic cell (eg, E. coli (S17-1 strain, etc.), Bacillus subtilis) or a eukaryotic cell (mammalian cell, yeast, insect cell, etc.). Introduction (transformation) of a recombinant vector into a host cell can be performed using a known method. For example, in the case of bacteria (E. coli, Bacillus subtilis, etc.), for example, the method of Cohen et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 69, 2110 (1972)), the protoplast method (Mol. Gen. Genet., 168, 111 (1979)), competent method (J. Mol. Biol., 56, 209 (1971)), calcium chloride method, electroporation method and the like.

本発明によれば、上記で作製した発現ベクターを脳に所定部位(例えば、皮質)に直接導入してもよい。このような手段によりベクターを導入し、後述する測定方法によって、生体の脳機能と関連付けられたシナプス増大をリアルタイムで可視化するのに役立つ。発現ベクターを脳に導入する方法としては、限定されないが、発現ベクターを含む生理食塩水等をピペットを用いて直接注入してもよい。   According to the present invention, the expression vector prepared above may be directly introduced into the brain at a predetermined site (eg, cortex). A vector is introduced by such means, and it is useful for visualizing in real time an increase in synapse associated with a brain function of a living body by a measurement method described later. A method for introducing the expression vector into the brain is not limited, but a physiological saline containing the expression vector may be directly injected using a pipette.

5.シナプス増強を可視化する方法及び検出
本発明によれば、本発明の核酸プローブを組み込んだ発現ベクターを用いて、シナプス増強を可視化することができる。神経細胞を生きたままリアルタイムで観察するために、リポータータンパク質が蛍光性タンパク質である場合、限定されないが、2光子レーザー顕微鏡、蛍光顕微鏡、共焦点レーザー顕微鏡を用いることができる。ここで、「2光子レーザー顕微鏡」とは、物質励起に2光子吸収過程を利用した顕微鏡であり、通常の1光子励起で必要な波長の2倍以上の長波長レーザー光で励起する。光の散乱は波長の4乗に反比例するので、例えば、1光子励起レーザー500nmに対して、2光子励起に用いる1000nmのレーザー光では組織の散乱は原理的に1/16倍へ減少するため、通常の蛍光顕微鏡では組織表面からせいぜい数十μmであった深部到達度が、1mm程度までの深部の画像を取得でき、また長波長であるがゆえに光毒性も大きく軽減するという利点を備えた顕微鏡である。このような生体観察には圧倒的に有利な特性のため、生きたままの脳を内部まで比較的低い侵襲度でライブ撮影が可能となる。さらには同一の個体の行動を同時に解析することにより、脳の内部で見られた現象と行動レベルでの現象を同時に観察し、両者の関係を模索できる。
5. Method and Detection for Visualizing Synaptic Enhancement According to the present invention, synaptic enhancement can be visualized using an expression vector incorporating the nucleic acid probe of the present invention. When the reporter protein is a fluorescent protein in order to observe a nerve cell in real time, without limitation, a two-photon laser microscope, a fluorescence microscope, or a confocal laser microscope can be used. Here, the “two-photon laser microscope” is a microscope that uses a two-photon absorption process for material excitation, and is excited by a long-wavelength laser beam that is at least twice the wavelength required for normal one-photon excitation. Since the scattering of light is inversely proportional to the fourth power of the wavelength, for example, with respect to 500 nm of the one-photon excitation laser, the scattering of the tissue is reduced to 1/16 times in principle with a 1000 nm laser beam used for two-photon excitation. A microscope with the advantage that the depth of the deep part that is at most several tens of μm from the tissue surface in normal fluorescent microscopes can acquire images of deep parts up to about 1 mm, and the phototoxicity is greatly reduced because of the long wavelength. It is. Due to the overwhelmingly advantageous characteristics for such living body observation, live imaging can be performed with a relatively low degree of invasiveness to the inside of a living brain. Furthermore, by analyzing the behavior of the same individual at the same time, it is possible to observe the phenomenon observed inside the brain and the phenomenon at the behavior level at the same time and explore the relationship between them.

6.トランスジェニック非ヒト動物
本発明によれば、シナプス増強を可視化してリアルタイムで観察するために使用されるヒト以外のトランスジェニック動物を提供することができる。本発明のトランスジェニック非ヒト動物は、上記目的を達成するものであればよく、その製造方法やその他の特性は限定されない。より典型的には、本発明の発現ベクターを用いて形質転換又は染色体に相同組換えされたヒト以外のトランスジェニック動物である。ヒト以外の動物(非ヒト動物)は、例えば、脊椎動物であり、哺乳動物であることが好ましい。哺乳動物としては、例えば、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、ウサギ、ヤギ、ブタ、イヌ、ネコが挙げられる。好ましくはマウス、ラットである。また、本発明のヒト以外のトランスジェニック動物は、非ヒト動物個体だけでなく、非ヒト動物の一部、例えば、非ヒト動物の細胞、組織、器官などを含む広い概念で捉えられるべきものである。
6). Transgenic non-human animal According to the present invention, it is possible to provide a transgenic non-human animal used for visualizing and observing synaptic enhancement in real time. The transgenic non-human animal of the present invention is not limited as long as it achieves the above object, and its production method and other characteristics are not limited. More typically, it is a non-human transgenic animal transformed or homologously recombined into a chromosome using the expression vector of the present invention. Animals other than humans (non-human animals) are, for example, vertebrates, preferably mammals. Examples of mammals include mice, rats, guinea pigs, hamsters, rabbits, goats, pigs, dogs and cats. Preferred are mouse and rat. Further, the transgenic non-human animal of the present invention should be understood by a wide concept including not only non-human animals but also a part of non-human animals, for example, cells, tissues, organs, etc. of non-human animals. is there.

本発明の発現ベクターを用いて、本発明の核酸プローブをヒト以外の動物生殖細胞にトランスジーン法により導入し、トランスジェニック動物細胞を作製する。次に、これを発生させることによりヒト以外のトランスジェニック動物を作製することができる。上記「トランスジーン法」とは、導入遺伝子を宿主が有するゲノムDNAの不特定の位置に複数コピー挿入する方法である。本発明によれば、導入遺伝子として、例えば、CAGプロモーター+PSD−95Δ1−2をコードする核酸+ヴィーナスをコードする核酸(+PaRac1をコードする核酸)+DTEをコードする核酸を用いるトランスジーン法を用いることが好ましい。   Using the expression vector of the present invention, the nucleic acid probe of the present invention is introduced into animal germ cells other than humans by the transgene method to produce transgenic animal cells. Next, transgenic animals other than humans can be produced by generating this. The “transgene method” is a method in which a plurality of copies of a transgene are inserted at unspecified positions in genomic DNA of a host. According to the present invention, for example, a transgene method using a CAG promoter + a nucleic acid encoding PSD-95Δ1-2 + a nucleic acid encoding Venus (a nucleic acid encoding PaRacl) + a nucleic acid encoding DTE is used as a transgene. preferable.

本発明において、宿主として用いる細胞は非ヒト細胞であればよく、特に限定されるものではない。例えば、ヒト以外の受精卵を用いることができる。以下に、ヒト以外の受精卵に導入遺伝子を導入する方法をより詳細に説明する。本発明で用いるヒト以外の受精卵は、これらに導入遺伝子を導入して発生・成育させ、プロモーター領域の活性により、PSD−95Δ1−2をコードする核酸+ヴィーナスをコードする核酸(+PaRac1をコードする核酸)+DTEをコードする核酸を発現するヒト以外のトランスジェニック動物を作製できるものであればよく、特に限定されるものではない。このような受精卵は、ヒト以外の動物の雄と雌を交配させることによって得られる。得られた受精卵は、導入遺伝子をマイクロインジェクション法等により注入して、動物の雌の輸卵管に人工的に移植、着床させて出産させることにより、トランスジェニック動物を得ることができる。上記マウスの受精卵としては、例えば、B6C3F1、C57BL/6、129/sv、BALB/c、C3H、SJL/Wt等に由来するマウスの交配により得られるものを用いることができる。   In the present invention, the cell used as a host is not particularly limited as long as it is a non-human cell. For example, a non-human fertilized egg can be used. Hereinafter, a method for introducing a transgene into a non-human fertilized egg will be described in more detail. Non-human fertilized eggs used in the present invention are developed and grown by introducing a transgene into them, and a nucleic acid encoding PSD-95Δ1-2 + a nucleic acid encoding Venus (+ PaRac1 is encoded by the activity of the promoter region. Any nucleic acid can be used as long as it can produce a non-human transgenic animal that expresses a nucleic acid encoding + DTE, and is not particularly limited. Such a fertilized egg is obtained by mating males and females of animals other than humans. The obtained fertilized egg can be obtained by injecting a transgene by a microinjection method or the like, and artificially transplanting the animal into a female oviduct, implanting it, and giving birth. As the fertilized egg of the mouse, for example, those obtained by mating of mice derived from B6C3F1, C57BL / 6, 129 / sv, BALB / c, C3H, SJL / Wt and the like can be used.

導入遺伝子の量は100〜3,000コピーが適当である。導入遺伝子の導入方法としては、マイクロインジェクション法やエレクトロポレーション法等の通常用いられる方法を挙げることができる。ここで、上記導入遺伝子が導入された仔マウスの選択は、マウスの尾の先を切り取って、高分子DNA抽出法(発生工学実験マニュアル、野村達次監修・勝木元也編、講談社(1987))又はDNAeasy Tissue Kit(QIAGEN社製)等の市販のキットを用いることによりゲノムDNAを抽出し、サザンブロット法やPCR法等の通常用いられる方法に導入遺伝子の存在を確認することによって行うことができる。さらに、実際にその個体内で導入された導入遺伝子が発現され、該遺伝子から翻訳されたタンパク質が産生されていることは、ノーザンブロット法やウェスタンブロット法等の通常用いられる方法により確認することができる。また、本発明において、蛍光を発するリポータータンパク質をコードされた遺伝子が導入されている場合、上記の例では、PSD−95Δ1−2+ヴィーナス(+PaRac1)+DTEの融合タンパク質を発現するように遺伝子導入することによって、PSD−95Δ1−2及びDTEの発現を生体において可視化することができる。なお、可視化を観察する方法は、上記したものであってもよく、好ましくは2光子レーザー顕微鏡を用いることができる。   The amount of transgene is suitably 100 to 3,000 copies. Examples of methods for introducing a transgene include commonly used methods such as a microinjection method and an electroporation method. Here, selection of the pup mouse into which the transgene has been introduced is carried out by cutting off the tip of the mouse tail and extracting the polymer DNA (Genetic Engineering Experiment Manual, supervised by Tatsuji Nomura, edited by Motoya Katsuki, Kodansha (1987) ) Or DNAeasy Tissue Kit (manufactured by QIAGEN), etc., to extract genomic DNA and confirm the presence of the transgene in a commonly used method such as Southern blotting or PCR. it can. Furthermore, it can be confirmed by a commonly used method such as Northern blotting or Western blotting that the transgene actually introduced in the individual is expressed and a protein translated from the gene is produced. it can. In the present invention, when a gene encoding a fluorescent reporter protein is introduced, in the above example, the gene is introduced so as to express a fusion protein of PSD-95Δ1-2 + venus (+ PaRac1) + DTE. By this, the expression of PSD-95Δ1-2 and DTE can be visualized in the living body. The method for observing the visualization may be as described above, and preferably a two-photon laser microscope can be used.

以下、本発明を実施例に基づきより具体的に説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定されるものではない。なお、本実施例におけるマウスを用いた実験プロトコールは、東京大学の動物実験に関する倫理委員会によって承認されたものであり、米国国立衛生研究所(NIH)によって刊行された「実験動物の管理と使用に関する指針」(1996年改定版)に沿って実施された。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples. Note that the experimental protocol using mice in this example was approved by the Ethics Committee on Animal Experiments at the University of Tokyo, and was published by the National Institutes of Health (NIH). Was implemented in accordance with the “Guidelines on Revision” (revised 1996).

実施例1:発現ベクターの作製
PSD−95及びPaRac1の欠失は、以前の報告(Hayashi−Takagi,A.,et al.,Nature Neurosci.,13,327−332(2010))に記載される方法に従って行った。要約すると、PSD−95Δ1−2は、NM 019621を参照して、配列番号1から192nt〜935ntを欠失させて作製した。DTEは、以下のプライマー(配列1と2):
配列1:5’−atgataagctttcggctccatgactcagccatgcc−3’(配列番号5)(下線部はHindIII制限部位である);及び
配列:5’−atgataagcttagacacgagcagttaccaacacg−3’(配列番号6)(下線部はHindIII制限部位である)
を用いて、SDラットの前頭皮質から生じさせたcDNAからクローニングした。次に、NM 019361に示される配列の2036nt〜2699ntに対応する塩基配列(配列番号3)を有するアンプリコンをPaRac1の終始コドンの直後の下流にサブクローニングした。上記PSD−95Δ1−2及びDTEは、CAGプロモーターを有するpCAGベクターの制限部位(NheIとHindIII)に挿入した。
Example 1: Construction of expression vectors Deletion of PSD-95 and PaRac1 is described in a previous report (Hayashi-Takagi, A., et al., Nature Neurosci., 13, 327-332 (2010)). Followed the method. In summary, PSD-95Δ1-2 is NM Referring to 019621, it was prepared by deleting 192 nt to 935 nt from SEQ ID NO: 1. DTE has the following primers (sequences 1 and 2):
SEQ 1: 5'-atgat aagctt tcggctccatgactcagccatgcc- 3 '( SEQ ID NO: 5) (underlined is the HindIII restriction site); and sequence: 5'-atgat aagctt agacacgagcagttaccaacacg-3 ' ( SEQ ID NO: 6) (The underlined portion is HindIII Restriction site)
Was used to clone from cDNA generated from the frontal cortex of SD rats. Next, NM An amplicon having a base sequence (SEQ ID NO: 3) corresponding to 2036nt to 2699nt of the sequence shown in 019361 was subcloned downstream immediately after the stop codon of PaRac1. The PSD-95Δ1-2 and DTE were inserted into restriction sites (NheI and HindIII) of the pCAG vector having a CAG promoter.

実施例2:シナプス増強の可視化
1.方法
(1)AAV2/5ベクターの作製
AAVウイルスの作製は、AAVヘルパーフリーシステム(Agilent technologies,CA)に基づいて行なった。各pAAVベクター、pRep−Cap(AAV5;Applied Viromics,CA)、及びpHelperプラスミドをポリエチレンイミン「マックス」(Polysciences,PA)によってAAV−293細胞にコトランスフェクトした。72時間のインキュベーション後、細胞を回収し、5回の凍結融解サイクルを用いて溶解した。得られた上清を、100mM Tris−HCl(pH8.0)、150mM NaCl、及び0.01%BSA(v/v)を含む40%ショ糖溶液上に重層し、4℃にて16時間、100,000gで遠心分離した。ペレット(粗製ウイルス粒子)を37℃にて1時間、1000UのBenzonaseヌクレアーゼ(Novagen,WI)で処理した。5μmのフィルターを通過させる濾過により破片を除去後、濾過された材料を48時間、15℃にて257,300gでCsCl勾配(1.25g/mlと1.50g/ml)に供した。ウイルスに富んだ画分を回復し、次に、溶媒をASCF(1mM MgCl2、10mM HEPES、CaCl2不含)に交換した。ウイルス力価を定量的リアルタイムPCR分析(SYBR Green;Takara Bio Inc,Japan)によって決定した。
Example 2: Visualization of synaptic enhancement Method (1) Production of AAV2 / 5 Vector AAV virus was produced based on the AAV helper free system (Agilent technologies, CA). Each pAAV vector, pRep-Cap (AAV5; Applied Viromics, Calif.), And pHelper plasmid were cotransfected into AAV-293 cells by polyethyleneimine “Max” (Polysciences, Pa.). After 72 hours incubation, cells were harvested and lysed using 5 freeze-thaw cycles. The obtained supernatant was layered on a 40% sucrose solution containing 100 mM Tris-HCl (pH 8.0), 150 mM NaCl, and 0.01% BSA (v / v), and then at 4 ° C. for 16 hours. Centrifugation at 100,000 g. The pellet (crude virus particles) was treated with 1000 U of Benzonase nuclease (Novagen, WI) at 37 ° C. for 1 hour. After removal of debris by filtration through a 5 μm filter, the filtered material was subjected to a CsCl gradient (1.25 g and 1.50 g / ml) at 257,300 g at 15 ° C. for 48 hours. The virus rich fraction was recovered and then the solvent was replaced with ASCF (1 mM MgCl 2 , 10 mM HEPES, free of CaCl 2 ). Viral titers were determined by quantitative real-time PCR analysis (SYBR Green; Takara Bio Inc, Japan).

(2)ウイルス注入及び頭蓋開放頭蓋窓外科手術
上記で作製したAAV2/5ベクターをマウスの皮質に以下の通り注入した。成体C57BL/6マウスを、脳腫脹を予防するためにマンニトール(4μg/g体重)及びデキサメタゾンの腹腔内注射とともにイソフルランによって麻酔した。ケトプロフェン(40μg/g体重)及びペニシリン/ストレプトマイシン(4U/g体重)を手術前の4日間連続して皮下注射し、炎症を予防した。頭蓋骨を定位座標に従ってM1皮質に対応する領域全体で露出させた。1μlのAAV調製物(0.5〜4.0×1012のゲノムコピー/ml)を、シリンジポンプ(Legato130;Muromachi Kikai,Japan)を用いて150nl/分)の流速で、ガラスピペット(先端径30μm、45°の角度で傾斜している)によって注入した。頭蓋開放窓を作製するために、ステンレス製トレフィン(φ1.8mm,Fine Science Tools,CA)を、円形の開放頭蓋窓を作製するために用いた。脳損傷を避けるために、10,000回転/分で断続的な掘削を行い、その間、酸素化されたACSFで連続して穏やかに灌流を行った。頭蓋骨に対する掘削誘起弾圧を最大限に回避した。出血が認められないことを確認後、ドリルホールは円形カバースリップ(φ1.8mm、0.1mm未満厚)(Matsunami Glass,Japan)で覆い、歯科用セメント(Fuji Lute BC;GC,Japan)で密封した。次に、インビボ画像化のためにヘッドギアを装着した。
(2) Virus injection and cranial open cranial window surgery The AAV2 / 5 vector prepared above was injected into the mouse cortex as follows. Adult C57BL / 6 mice were anesthetized with isoflurane with intraperitoneal injection of mannitol (4 μg / g body weight) and dexamethasone to prevent brain swelling. Ketoprofen (40 μg / g body weight) and penicillin / streptomycin (4 U / g body weight) were injected subcutaneously for 4 consecutive days before surgery to prevent inflammation. The skull was exposed throughout the area corresponding to the M1 cortex according to stereotaxic coordinates. 1 μl of AAV preparation (0.5-4.0 × 10 12 genome copies / ml) was added to a glass pipette (tip diameter) at a flow rate of 150 nl / min using a syringe pump (Legato 130; Muromachi Kikai, Japan). 30 μm, inclined at an angle of 45 °). To make the open skull window, stainless trephine (φ1.8 mm, Fine Science Tools, CA) was used to make a circular open skull window. In order to avoid brain damage, intermittent excavations were performed at 10,000 revolutions / minute, during which continuous perfusion was performed gently with oxygenated ACSF. Excavation-induced repression on the skull was maximally avoided. After confirming that no bleeding was observed, the drill hole was covered with a circular cover slip (φ1.8 mm, thickness less than 0.1 mm) (Matsunami Glass, Japan) and sealed with dental cement (Fuji Lute BC; GC, Japan) did. Next, headgear was mounted for in vivo imaging.

(3)2光子画像化、グルタミン酸アンケージング、及び光活性化
2光子画像化は、水浸対物レンズ(LUMPlanFL N,×60,1.0N.A.)を有するFV1000レーザースキャニング顕微鏡システム(FV1000,Olympus)を備えた正立顕微鏡(BX61WI;Olympus,Japan)を用いて行った。2モードロックされたフェムト秒パルスのTi:サファイアレーザー(MaiTai DeepSee and HP;Spectra Physics,CA)は、デュアルカラーイメージング(ヴィーナスとmRFP)について1000nm、及びグルタミン酸アンケージングについて720nmで使用された。mTurquoise/SEP−GluA1/mRFP用の3色画像化について、780nm(mTurquise及びmMRFPと)と970nmの(SEP−GluA1及びmRFP)での2つの独立して撮影した画像を、mRFPによって示される共通の蛍光シグナルに基づいて重ね合わせた。インビトロでの画像化のために、10−40xy画像(デジタルズーム×5、512×512ピクセル)をz軸上の0.5μmステップサイズで捕捉した。インビボでの画像化のために、マウスをイソフルランで麻酔し、画像(デジタルズーム×2、1024×1024ピクセル)を硬膜から300μmについて1.0μmのステップサイズで補足した。グルタミン酸アンケージングについて、1μMテトロドトキシン(TTX;Wako Pure Chemical Industries,Japan)を含むMg2+不含ACSF中の8mm MNI−グルタミン酸(Tocris,UK)を、10μMフォルスコリン(Wako)及び5μMアニソマイシン(Sigma)の存在下又は不存在下で樹状突起上にガラスピペットから局所的に適用した。スパインヘッドへのMNI−グルタミン酸の反復(5Hz、×80)光分解を720nmで行い、パルス時間は0.6msであった。アンケージングレーザ強度は対物レンズ下で6mWであった。10mWのレーザーパワーで720nmでのPcGFP(光変換可能である)の2光子光活性化は、全スパインヘッドを含む10ms間、循環光活性化のために誘導された。
(3) Two-photon imaging, glutamate uncaging, and photoactivation Two-photon imaging was performed using an FV1000 laser scanning microscope system (FV1000, with a water immersion objective lens (LUMPlanFL N, x60, 1.0 NA)). An upright microscope (BX61WI; Olympus, Japan) equipped with Olympus was used. A bimode-locked femtosecond pulsed Ti: sapphire laser (MaiTai DeepSee and HP; Spectra Physics, CA) was used at 1000 nm for dual color imaging (Venus and mRFP) and 720 nm for glutamate uncaging. For three-color imaging for mTurquise / SEP-GluA1 / mRFP, two independently taken images at 780 nm (with mTurquise and mMRFP) and 970 nm (SEP-GluA1 and mRFP) are shown in common by mRFP. Overlay based on fluorescence signal. For in vitro imaging, 10-40 xy images (digital zoom × 5, 512 × 512 pixels) were captured with a 0.5 μm step size on the z-axis. For in vivo imaging, mice were anesthetized with isoflurane and images (digital zoom × 2, 1024 × 1024 pixels) were captured from the dura mater with a step size of 1.0 μm for 300 μm. For glutamate uncaging, 8 mm MNI-glutamic acid (Tocris, UK) in Mg 2+ -free ACSF containing 1 μM tetrodotoxin (TTX; Wako Pure Chemical Industries, Japan) was added to 10 μM forskolin (Wako) and 5 μM forskolin (Wako) ) And topically applied from a glass pipette onto the dendrites. Repeated (5 Hz, x80) photolysis of MNI-glutamic acid on the spine head was performed at 720 nm and the pulse time was 0.6 ms. The uncaging laser intensity was 6 mW under the objective lens. Two-photon photoactivation of PcGFP (which is photoconvertible) at 720 nm with 10 mW laser power was induced for circulating photoactivation for 10 ms including the entire spine head.

(4)自由に動き回る動物におけるインビボでの光活性化
AAV注入又は子宮内遺伝子導入によって形質導入されたマウスは、両側性のガラス窓を確立するために、通常の頭蓋開放頭蓋窓外科手術に供された。傾斜のない18G針(長さ15mm、内径=0.9mm)を付した外側シリンダは、後の光活性化のために、ガラス窓に移植された。光活性化前に外側シリンダに光学ファイバーを挿入し、それにより、ファイバー先端がカバーガラスに直接配置され、ファイバーと外側シリンダ間の連結をBlu−Tackでしっかりロックした。それにもかかわらず、光活性化後には容易に脱着した。COME−2シリーズ(Lucir,Japan)を用いて光刺激を行った。これは、457nmのレーザーダイオード、Opticalswivels、及び両側性の光学(COME2−α DF1;コア径=500μm、0.5N.A.)からなっている。レーザーダイオードを各ファイバーの先端に20mWの出力を有するように調整した。光パルスは、1時間、1Hzで150ミリ秒送達され、これは、カスタマイズされたLabViewプログラム(National Instruments,TX)によって調節された。
(4) In vivo photoactivation in freely moving animals Mice transduced by AAV injection or in utero gene transfer were subjected to normal open cranial window surgery to establish a bilateral glass window. It was done. An outer cylinder with an 18G needle without inclination (length 15 mm, inner diameter = 0.9 mm) was implanted in a glass window for later photoactivation. Prior to photoactivation, an optical fiber was inserted into the outer cylinder so that the fiber tip was placed directly on the cover glass and the connection between the fiber and the outer cylinder was securely locked with Blu-Tack. Nevertheless, it was easily desorbed after photoactivation. Light stimulation was performed using the COME-2 series (Lucir, Japan). It consists of a 457 nm laser diode, Optical swivels, and bilateral optics (COME2-α DF1; core diameter = 500 μm, 0.5 NA). The laser diode was adjusted to have an output of 20 mW at the end of each fiber. Light pulses were delivered for 1 hour at 1 Hz for 150 milliseconds, which was regulated by a customized LabView program (National Instruments, TX).

(5)行動分析
マウスは、標準的な実験室条件(12時間の明/暗サイクルで食餌と水を自由に摂取可能)下で収容した。すべての行動分析は明期に実施した。運動学習として、RotaRodトレーニング(Rota−Rod Treadmills ENV−576;Med associates,VT)を利用した。トレーニングセッション前に、マウスを2分間静止したロッドに馴らして留まらせた。トレーニング期間は、固定速度のプロトコールを低速(8rpm)で適用し、それにより、マウスはほとんどロッドから落ちなかった。マウスが確実にロッド上に維持できるようになった後、速度を段階的に増加させ、最終的には40rpmとした。マウスがより容易にかつ早く学習するように、嫌悪刺激として後肢に空気を吹きかけた。その結果、マウスの姿勢は、ロッド上で、後傾ではなく、前傾となるように改善され、マススはより高速でこのタスクを容易に行った。落下した場合、マウスをすぐにロッドに戻した。落下するまでの時間を自動的に記録した。3つのトレーニングセッションを1〜2日間行った(1セッションあたり2時間であり、全体で6時間のトレーニングとなる)。学習到達度の評価について、加速プロトコール(4〜40rpm)のロタロッド「テスト」は、5分間のインターバルをおいて3回試行された。3回試行の平均をタスク性能として用いた。改善の程度が前回のトレーニング性能と比較して20%未満である対象を失敗とみなし、以降の分析から除いた。マウスの走行速度をビデオ追跡システム(Limelight3;Actimetrics,IL)によって測定した。
(5) Behavioral analysis Mice were housed under standard laboratory conditions (free access to food and water in a 12 hour light / dark cycle). All behavioral analyzes were conducted during the light period. As motor learning, RotaRod training (Rota-Rod Trademills ENV-576; Med associates, VT) was used. Prior to the training session, the mice were allowed to acclimatize to a stationary rod for 2 minutes. During the training period, a fixed speed protocol was applied at low speed (8 rpm) so that the mice hardly fell off the rod. After the mouse was reliably maintained on the rod, the speed was increased in steps until finally 40 rpm. Air was blown on the hind limbs as an aversive stimulus so that the mice learned easier and faster. As a result, the posture of the mouse was improved so that it was tilted forward rather than backward on the rod, and Massus easily performed this task at a higher speed. When falling, the mouse was immediately returned to the rod. Time to drop was automatically recorded. Three training sessions were conducted for 1-2 days (2 hours per session, for a total of 6 hours training). For evaluation of learning achievement, the rotarod “test” of the acceleration protocol (4 to 40 rpm) was tried three times at intervals of 5 minutes. The average of 3 trials was used as task performance. Subjects whose degree of improvement was less than 20% compared to the previous training performance were considered failures and were excluded from further analysis. The running speed of the mice was measured by a video tracking system (Lifelight 3; Actimetrics, IL).

2.結果
(1)インビトロでのシナプス増強の可視化
実施例1で作製した発現ベクター(核酸プローブ)を用いて、海馬スライス培養物においてシナプス増強の可視化を試みた。海馬スライス(350μm厚)をビブラトーム(VT1200S;Leica,Germany)を用いてSDラットから摘出した。これを0.4μmのMillicell(商標)培養インサート(EMD Millipore,MA)上にマウントした。1.6μmの金マイクロキャリアをPDS1000/He Biolistic遺伝子銃(Bio−Rad,CA)を用いて、上記海馬スライスにトランスフェクトした。トランスフェクションの2〜4日後、海馬スライス培養物をレコーディングチャンバーに移し、これに29〜30℃にて、酸素化した人工脳脊髄液(ACSF,95%O2及び5%CO2)を用いて一定の灌流を行った。人工脳脊髄液は、125mM NaCl、2.5mM KCl、2mM CaCl2、1mM MgCl2、1.25mM NaH2PO4、26mM NaHCO3、20mMグルコース、及び200μM Trolox(Sigma−Aldrich,MO)を含む。
2. Results (1) Visualization of synaptic enhancement in vitro Using the expression vector (nucleic acid probe) prepared in Example 1, visualization of synaptic enhancement in a hippocampal slice culture was attempted. Hippocampal slices (350 μm thick) were excised from SD rats using a vibratome (VT1200S; Leica, Germany). This was mounted on a 0.4 μm Millicell ™ culture insert (EMD Millipore, MA). 1.6 μm gold microcarriers were transfected into the hippocampal slices using a PDS1000 / He Biolistic gene gun (Bio-Rad, CA). Two to four days after transfection, hippocampal slice cultures were transferred to a recording chamber, using oxygenated artificial cerebrospinal fluid (ACSF, 95% O 2 and 5% CO 2 ) at 29-30 ° C. Constant perfusion was performed. Artificial cerebrospinal fluid comprises 125mM NaCl, 2.5mM KCl, 2mM CaCl 2, 1mM MgCl 2, 1.25mM NaH 2 PO 4, 26mM NaHCO 3, 20mM glucose, and 200 [mu] M Trolox the (Sigma-Aldrich, MO).

結果を図1に示す。図1aは、PSD−95Δ1−2(図中、「PSDΔ1.2」と表記)とDTE配列を含む核酸プローブ(CとE)がプローブの不均衡な分布に必要十分であることを示す(中央の矢頭)。図1bは、本発明の核酸プローブ(3段目に「AS−PaRac1−mRFP」と表記)が、従来技術の「SEP−GluA1」(2段目)と同程度にスパインの一部に蓄積することが分かる。mTaq(mTurquoise)、SEP−GluA1、及びAS−PaRac1−mRFPをコトランスフェクトされたニューロンを36時間、遺伝子発現させた。36時間中、増強されたスパインがSEP−GluA1によって視覚化された(矢頭)。図1cは、フォルスコリン(FSK)及びアニソマイシンの有無によるグルタミン酸アンケージングによる単一のスパイン増強を画像化したものである。フォルスコリンの存在下でグルタミン酸アンケージングによってスパインは増加したが(図1cの中央)、これはアニソマイシンの存在下で消失したことから、核酸プローブは、該プローブからのタンパク質発現(蓄積)がシナプス増大と相関し、増大したシナプスを特異的に視覚化できることが示唆された。   The results are shown in FIG. FIG. 1a shows that a nucleic acid probe (C and E) containing PSD-95Δ1-2 (designated “PSDΔ1.2” in the figure) and a DTE sequence is necessary and sufficient for an unbalanced distribution of probes (middle). Arrowhead). FIG. 1b shows that the nucleic acid probe of the present invention (indicated as “AS-PaRac1-mRFP” on the third stage) accumulates in a part of the spine to the same extent as “SEP-GluA1” (second stage) of the prior art. I understand that. Neurons co-transfected with mTaq (mTurquoise), SEP-GluA1, and AS-PaRac1-mRFP were allowed to express genes for 36 hours. During 36 hours, enhanced spine was visualized by SEP-GluA1 (arrowhead). FIG. 1c images a single spine enhancement by glutamate uncaging with and without forskolin (FSK) and anisomycin. Although spine was increased by glutamate uncaging in the presence of forskolin (middle of FIG. 1c), this disappeared in the presence of anisomycin, so that the nucleic acid probe was able to synapse the protein expression (accumulation) from the probe. Correlating with the increase, it was suggested that the increased synapse can be specifically visualized.

(2)インビボでのシナプス増強の可視化
マウスの運動学習に基づく、核酸プローブのスパインへの蓄積について検討した。核酸プローブからの遺伝子発現は、シナプス活動応答エレメント(SARE)とArcプロモーターの調節下で転写されるようにした。Arcプロモーターは、一次運動野(M1)の皮質層II/IIIにおける錯体ニューロンにおいて活性に依存した転写を促すプロモーターである。ニューロンの長期増強は、運動学習により誘導される。マウスの皮質に、上記核酸プローブを含む発現ベクターを注入し、ロタロッドを用いた学習によって誘発されたニューロンの活性化を学習の前後において定量的に比較した。リポータータンパク質からの蛍光の検出には、2光子レーザー顕微鏡を用いて行った。結果を図2にします。図中、「Enlarged」はスパインの増大を示し、スパインヘッド体積増加分が50%以上のものを意味する。「New」は学習によって新たに出現したスパインを意味する。「Shrunk」はスパインの縮小を示し、スパインヘッド体積減少分が50%以上のものを意味する。「Eliminated」はスパインの消滅を意味する。また、「No changed」はスパインの増大及び縮小等が観察されずに維持され、スパインヘッド体積の増加分及び減少分が50%未満のものを意味する。この図からも分かるように、核酸プローブは、新たに出現したスパインと増大したスパインに特異的に標識し、それぞれの感度は、83±7.9%及び69±3.0%であった。このことから、本発明の核酸プローブは、学習によって増強されたシナプスに特異的に蓄積され、非常に高い感度で視覚化することができることを示唆した。
(2) Visualization of synaptic enhancement in vivo The accumulation of nucleic acid probes in spines based on motor learning of mice was examined. Gene expression from the nucleic acid probe was transcribed under the control of the synaptic activity response element (SARE) and the Arc promoter. The Arc promoter is a promoter that promotes activity-dependent transcription in complex neurons in the cortical layers II / III of the primary motor area (M1). Neuronal long-term potentiation is induced by motor learning. The mouse cortex was injected with an expression vector containing the nucleic acid probe, and the activation of neurons induced by learning using rotarod was quantitatively compared before and after learning. Detection of fluorescence from the reporter protein was performed using a two-photon laser microscope. The result is shown in Fig. 2. In the figure, “Enlarged” indicates an increase in spine, and means an increase in spine head volume of 50% or more. “New” means a spine newly appearing by learning. “Shrunk” indicates the reduction of the spine, and means that the spine head volume decrease is 50% or more. “Eliminate” means the disappearance of the spine. “No changed” means that the increase and decrease of the spine are maintained without being observed, and the increase and decrease of the spine head volume are less than 50%. As can be seen from this figure, the nucleic acid probe specifically labeled newly appeared spine and increased spine, and the respective sensitivities were 83 ± 7.9% and 69 ± 3.0%. This suggests that the nucleic acid probe of the present invention accumulates specifically at synapses enhanced by learning and can be visualized with very high sensitivity.

次に、インビボにおいて、マウスにおいて学習に応じた核酸プローブ蓄積の時空間的動力学を検討した。核酸プローブを子宮内エレクトロポレーションによって、II/III相の錯体ニューロンに疎らに形質導入した。頭蓋窓をM1皮質を覆うように作製した。頭蓋窓を作製してから1カ月後、ロタロッドトレーニング前後で画像化を試みた。図3のパネルにおいて、「Before」学習の列は、学習の1日前に存在していた核酸プローブによって特定された、増強されたスパインを示し、順に、学習直後(「学習」期間)、学習の1日後(「After−1」)、及び学習の2日後(「After−2」)の増強されたスパインを示す。特に注目すべきは、ロタロッドトレーニングによる学習直後において、シナプス増強が盛んであり(0日目)、学習後にはスパインが大きくなっていることが分かる(2日後)。   Next, we examined the spatiotemporal dynamics of nucleic acid probe accumulation in response to learning in mice in vivo. Nucleic acid probes were loosely transduced into II / III complex neurons by intrauterine electroporation. A cranial window was made to cover the M1 cortex. One month after the creation of the cranial window, imaging was attempted before and after rotarod training. In the panel of FIG. 3, the “Before” learning column shows the enhanced spine identified by the nucleic acid probe that was present one day before learning, in turn immediately after learning (the “learning” period), Shows enhanced spine after 1 day (“After-1”) and 2 days after learning (“After-2”). Of particular note is that synaptic enhancement is prominent immediately after learning by rotarod training (day 0), and it can be seen that spine is increased after learning (after two days).

続いて、学習に対してシナプスの必要性を実証するために、Rac1の長期活性化がスパイン収縮を顕著に誘導するという減少を利用した。図4は、頭部を固定した新皮質の光活性化による実験手段の概略図(図4a)と典型的な画像(図4b)を示す。また、自由に動き回る動物の光活性化の実験手段の概略図(図4c)とzスタック画像(図4d)を示す。PaRac1を組み込んだ核酸プローブ子宮内エレクトロポレーションによってマウスのII/III相ニューロンに導入し、ロタロッドトレーニングを行った。各脳半球において少なくとも0.2mm2領域を光(465nm)で照射した。その結果、核酸プローブが導入されたスパインでは、光照射によって縮小していることが分かる。一方、該プローブが導入されていないスパインでは、光照射による影響はなかった。 Subsequently, to demonstrate the need for synapses for learning, we utilized the decrease that long-term activation of Rac1 significantly induces spine contraction. FIG. 4 shows a schematic diagram (FIG. 4a) and a typical image (FIG. 4b) of the experimental means by photoactivation of the neocortex with the head fixed. Also, a schematic diagram (Fig. 4c) and a z-stack image (Fig. 4d) of experimental means for photoactivation of freely moving animals are shown. Nucleic acid probe incorporating PaRac1 was introduced into mouse phase II / III neurons by intrauterine electroporation to perform rotarod training. In each hemisphere, at least 0.2 mm 2 area was irradiated with light (465 nm). As a result, it can be seen that the spine into which the nucleic acid probe is introduced is reduced by light irradiation. On the other hand, spines into which the probe was not introduced were not affected by light irradiation.

さらに、ロタロッドトレーニングを行った後のマウスに光照射した場合の、学習によって増大したスパインの縮小とマウスの運動学習能力の相関について検討した。図5aに実験設計を示す。マウスのM1にAAVベクターを注入後、ロタロッドトレーニングを行った。異なる光照射時期により3つのグループ(プロトコール1〜3)に分けた。ロタロッドトレーニング後のタスク性能の改善について、トレーニング前、トレーニング直後、及び光照射後において、マウスが落下するまでの時間を測定した。図5bは、プロトコール1において施行されるマウスに導入されるベクターの相違によって、3つのグループに分けた(左:mRFP単独(対照)、中央:DTEを含まない核酸ベクター、右:DTEを含む核酸ベクター)。図5c及びdは、それぞれプロコール2及び3に対応するが、導入されるベクターは、いずれもDTEを含む核酸ベクターを使用した。図5cでは、マウスの落下時間が、トレーニング前と比較してトレーニング後には顕著に改善されたが、トレーニングの1日後の光照射により落下時間がトレーニング前と同程度までに短くなることから、1日では学習が定着していないことが分かる。これに対して、図5dでは、トレーニングの2日後に光照射した場合であっても落下時間が短くなることなく、学習が定着した様子が分かる。   Furthermore, we examined the correlation between the spine reduction increased by learning and the motor learning ability of mice when light was irradiated to mice after rotarod training. FIG. 5a shows the experimental design. After injecting the AAV vector into M1 of the mouse, rotarod training was performed. It was divided into three groups (protocols 1 to 3) according to different light irradiation periods. Regarding the improvement of task performance after rotarod training, the time until the mouse fell was measured before training, immediately after training, and after light irradiation. FIG. 5b is divided into three groups (left: mRFP alone (control), middle: nucleic acid vector without DTE, right: nucleic acid with DTE), depending on the vector introduced into the mouse performed in protocol 1. vector). FIGS. 5c and d correspond to Procols 2 and 3, respectively, but the introduced vectors were both nucleic acid vectors containing DTE. In FIG. 5c, the fall time of the mouse was remarkably improved after training as compared to before training, but the light irradiation one day after training shortened the fall time to the same level as before training. It turns out that learning is not well established in the day. On the other hand, in FIG. 5d, it can be seen that the learning has been fixed without shortening the fall time even when the light is irradiated two days after the training.

本明細書に引用する全ての刊行物及び特許文献は、参照により全体として本明細書中に援用される。なお、例示を目的として、本発明の特定の実施形態を本明細書において説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の改変が行われる場合があることは、当業者に容易に理解されるであろう。   All publications and patent documents cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety. While specific embodiments of the invention have been described herein for purposes of illustration, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. It will be easily understood.

Claims (13)

(a)イオンチャネル型受容体アンカリングタンパク質PSD−95をコードする配列番号1で示される塩基配列からなる核酸から、192nt〜935ntの一部又は全部を欠失させた塩基配列を有する核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;及び
(b)樹状突起標的エレメント(DTE)をコードする配列番号3で示される塩基配列からなる核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸
を含む、シナプス増強を可視化するための遺伝子カセット。
(A) a nucleic acid having a base sequence obtained by deleting part or all of 192 nt to 935 nt from the nucleic acid consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 encoding the ion channel receptor anchoring protein PSD-95, or A nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions; and (b) a nucleic acid comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 encoding the dendritic target element (DTE), or under a stringent condition with the nucleic acid. A gene cassette for visualizing synaptic enhancement, comprising a nucleic acid that hybridizes with.
(a)において特定される核酸が、配列番号1の193nt〜936ntの全部が欠失されている塩基配列(配列番号4)を有する核酸である、請求項1に記載の遺伝子カセット。   The gene cassette according to claim 1, wherein the nucleic acid identified in (a) is a nucleic acid having a base sequence (SEQ ID NO: 4) from which all of 193nt to 936nt of SEQ ID NO: 1 have been deleted. (a)イオンチャネル型受容体アンカリングタンパク質PSD−95をコードする配列番号1で示される塩基配列からなる核酸から、193nt〜936ntの一部又は全部を欠失させた塩基配列を有する核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;
(b)樹状突起標的エレメント(DTE)をコードする配列番号3で示される塩基配列からなる核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;及び
(c)上記(a)と(b)との間に挿入されるリポータータンパク質をコードする核酸
を含む、シナプス増強を可視化するための核酸プローブ。
(A) a nucleic acid having a nucleotide sequence obtained by deleting part or all of 193 nt to 936 nt from the nucleic acid consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 encoding the ion channel receptor anchoring protein PSD-95, or A nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions;
(B) a nucleic acid comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 encoding a dendritic target element (DTE), or a nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions; and (c) (a) above A nucleic acid probe for visualizing synaptic enhancement, comprising a nucleic acid encoding a reporter protein inserted between (b).
前記リポータータンパク質をコードする核酸が、ヴィーナス、緑色蛍光タンパク質、チャネルロドプシン、ハロロドプシン、グルタミン酸脱炭酸酵素、ルシフェラーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ、β-ガラクトシダーゼ、及びβ-グルクロニダーゼからなる群から1つ以上選択されるタンパク質をコードする核酸である、請求項3に記載の核酸プローブ。   The nucleic acid encoding the reporter protein is at least one from the group consisting of Venus, green fluorescent protein, channelrhodopsin, halorhodopsin, glutamate decarboxylase, luciferase, chloramphenicol acetyltransferase, β-galactosidase, and β-glucuronidase The nucleic acid probe according to claim 3, which is a nucleic acid encoding a selected protein. さらにRhoファミリーGタンパク質、FAK(focal adhesion kinase)、PAK(p21 activated kinase)、及びパルブアルブミンからなる群から1つ以上選択されるタンパク質をコードする核酸をさらに含む、請求項4に記載の核酸プローブ。   The nucleic acid probe according to claim 4, further comprising a nucleic acid encoding a protein selected from one or more of the group consisting of Rho family G protein, FAK (focal adhesion kinase), PAK (p21 activated kinase), and parvalbumin. . (a)において特定される核酸が、配列番号1の193nt〜936ntの全部が欠失されている塩基配列(配列番号4)を有する核酸である、請求項3〜5のいずれか1項に記載の核酸プローブ。   The nucleic acid specified in (a) is a nucleic acid having a base sequence (SEQ ID NO: 4) from which all of 193 nt to 936 nt of SEQ ID NO: 1 have been deleted. Nucleic acid probe. (a)イオンチャネル型受容体アンカリングタンパク質PSD−95をコードする配列番号1で示される塩基配列からなる核酸から、193nt〜936ntの一部又は全部を欠失させた塩基配列を有する核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;
(b)樹状突起標的エレメント(DTE)をコードする配列番号3で示される塩基配列からなる核酸、又は該核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸;及び
(c)上記(a)と(b)との間に挿入されたマルチクローニングサイト
を含む、シナプス増強を可視化するための発現ベクター。
(A) a nucleic acid having a nucleotide sequence obtained by deleting part or all of 193 nt to 936 nt from the nucleic acid consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 encoding the ion channel receptor anchoring protein PSD-95, or A nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions;
(B) a nucleic acid comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 encoding a dendritic target element (DTE), or a nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid under stringent conditions; and (c) (a) above An expression vector for visualizing synaptic enhancement, comprising a multicloning site inserted between (b).
前記マルチクローニングサイトに、リポータータンパク質をコードする核酸が挿入されている、請求項7に記載の発現ベクター。   The expression vector according to claim 7, wherein a nucleic acid encoding a reporter protein is inserted into the multicloning site. 前記リポータータンパク質をコードする核酸が、ヴィーナス、緑色蛍光タンパク質、チャネルロドプシン、ハロロドプシン、グルタミン酸脱炭酸酵素、ルシフェラーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ、β-ガラクトシダーゼ、及びβ-グルクロニダーゼからなる群から1つ以上選択されるタンパク質をコードする核酸である、請求項7に記載の発現ベクター。   The nucleic acid encoding the reporter protein is at least one from the group consisting of Venus, green fluorescent protein, channelrhodopsin, halorhodopsin, glutamate decarboxylase, luciferase, chloramphenicol acetyltransferase, β-galactosidase, and β-glucuronidase The expression vector according to claim 7, which is a nucleic acid encoding the selected protein. RhoファミリーGタンパク質、FAK、PAK、及びパルブアルブミンからなる群から1つ以上選択されるタンパク質をコードする核酸をさらに含む、請求項9に記載の発現ベクター。   The expression vector according to claim 9, further comprising a nucleic acid encoding a protein selected from one or more of the group consisting of Rho family G protein, FAK, PAK, and parvalbumin. (a)において特定される核酸が、配列番号1の193nt〜936ntの全部が欠失されている塩基配列(配列番号4)を有する核酸である、請求項8〜10のいずれか1項に記載の発現ベクター。   The nucleic acid specified in (a) is a nucleic acid having a base sequence (SEQ ID NO: 4) from which all of 193 nt to 936 nt of SEQ ID NO: 1 have been deleted. Expression vector. 請求項8〜11のいずれか1項に記載の発現ベクターを神経細胞に組み込み、リポータータンパク質の発現によりシナプス増強を可視化する方法。   A method for visualizing synaptic enhancement by expression of a reporter protein by incorporating the expression vector according to any one of claims 8 to 11 into a nerve cell. 神経細胞に請求項3〜6のいずれか1項に記載の核酸プローブが導入されているトランスジェニック非ヒト動物。   A transgenic non-human animal in which the nucleic acid probe according to any one of claims 3 to 6 is introduced into a nerve cell.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109021078A (en) * 2018-07-24 2018-12-18 郑州大学 One affinity peptide TY peptide for targeting Dendritic Cells and its application

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