研究概要
脳内のシナプスによって形成される神経回路は、学習、記憶、知覚、感情などを可能にしており、その障害はさまざまな精神疾患を引き起こします。我々は、脳深部の細胞および分子レベルの事象を観察するために２光子顕微鏡法を広く活用しており、これに電気生理学、分子生物学、化学的手法、理論を組み合わせてシナプスや神経回路の研究をしています。特に、２光子グルタミン酸アンケージング法を開発することで、海馬、大脳皮質、基底核において、樹状突起スパインが増強時に増大することを示し、長期増強（LTP）、スパインの内因動態（揺らぎ）、ドーパミンによる調節、そして、LTPに先行する速い力学的なシナプス効果（力学伝達）を明らかにしました。また、広範な皮質領域を操作可能なシナプス化学遺伝学法（SYNCit）を開発し、樹状突起スパイン増大が睡眠恒常性、大脳皮質の覚醒状態、認知機能に関わっていることを示してきました。操作だけでなく、増大スパインを標識する技術を開発しており、記憶や認知現象の細胞基盤を可視化し、精神疾患の新しい治療法や認知現象、人工知能に関する新たな理論の開発を目指します。
主要論文
Sawada,T., Iino, Y., Yoshida, K., Okazaki, H., Nomura, S., Shimizu, C., Arima, T., Juichi, T., Zhou, S., Kurabayashi, N., Sakurai, T., Yagishita, S., Yanagisawa, M., Toyoizumi, T., Kasai, H.*, Shi, S.* (2024) Prefrontal synaptic regulation of homeostatic sleep pressure revealed through synaptic chemogenetics. Science, 385, 1459-1465.
Ucar, H., Morimoto, Y., Watanabe, S., Noguchi, J., Iino, Y., Yagishita, S., Takahashi, N. and Kasai, H.* Mechanical actions of dendritic-spine enlargement on presynaptic exocytosis. Nature 600; 686-689, 2021.
Iino, Y., Sawada, T., Yamaguchi, Tajiri, M., K., Ishii, S., Kasai, H.* and Yagishita, S.* Dopamine D2 receptors in discrimination learning and spine enlargement. Nature, 579; 555-560, 2020.
Hayashi-Takagi, A., Yagishita, S., Nakamura, M. Shirai, F., Wu, Y., Loshbaugh, A.L., Kuhlman, B., Hahn, K.M. and Kasai, H.* Labelling and optical erasure of synaptic memory traces in the motor cortex. Nature 525; 333-338, 2015.
Yagishita, S., Hayashi-Takagi, A., Ellis-Davies, G.C.R., Urakubo, H., Ishii, S. and Kasai, H.* A critical time window for dopamine action on the structural plasticity of dendritic spines. Science 345; 1616-1620, 2014.
Tanaka, J., Horiike, Y., Matsuzaki, M., Miyazaki, T., Ellis-Davies, G.C.R. and Kasai, H.* Protein synthesis and neurotrophin-dependent structural plasticity of single dendritic spines. Science 319; 1683-1687, 2008.
Matsuzaki, M., Honkura, N., Ellis-Davies, G.C.R. and Kasai, H.* Structural basis of long-term potentiation in single dendritic spines. Nature 429; 761-766, 2004.
略歴
河西春郎は東京大学医学部を卒業し、伊藤正男教授の研究室で研鑽を積んだ後、ドイツのマックス・プランク研究所でErwin Neher教授のもとフンボルトフェローとして研究しました。帰国後、東京大学医学部生理学教室の助教授、生理学研究所教授として２光子グルタミン酸アンケージング法を開発し、樹状突起スパイン増大を発見しました。その後、東京大学医学部に戻り、またニューロインテリジェンス国際研究機構（IRCN）の主任研究者（PI）となり、スパインシナプスの力学伝達を発見し、覚醒時の認知機能・記憶の解明やその応用に取り組んでいます。
