2018年03月, ブレインサイエンス振興財団, 第３２回研究助成　　　　　　　　　　　　　　　
大城朝一

2001年, 日本学術振興会, 海外特別研究員　　　　　　　　　　　　　　　
大城朝一

2001年, 東北大学 加齢医学研究所, 若手研究者 奨励賞　　　　　　　　　　　　　　　
大城朝一

Gad1 knock-out rats exhibit abundant spike-wave discharges in EEG, exacerbated with valproate treatment
Dongyu Liu, Kazuyuki Fujihara, Yuchio Yanagawa, Hajime Mushiake, Tomokazu Ohshiro
Frontiers in Neurology, 14, 1243301, Frontiers Media SA, 2023年09月26日, ［査読有り］, ［責任著者］
研究論文（学術雑誌）, Objective

To elucidate the functional role of gamma-aminobutyric acid (GABA)-ergic inhibition in suppressing epileptic brain activities such as spike-wave discharge (SWD), we recorded electroencephalogram (EEG) in knockout rats for Glutamate decarboxylase 1 (Gad1), which encodes one of the two GABA-synthesizing enzymes in mammals. We also examined how anti-epileptic drug valproate (VPA) acts on the SWDs present in Gad1 rats and affects GABA synthesis in the reticular thalamic nucleus (RTN), which is known to play an essential role in suppressing SWD.

Methods

Chronic EEG recordings were performed in freely moving control rats and homozygous knockout Gad1 (–/–) rats. Buzzer tones (82 dB) were delivered to the rats during EEG monitoring to test whether acoustic stimulation could interrupt ongoing SWDs. VPA was administered orally to the rats, and the change in the number of SWDs was examined. The distribution of GABA in the RTN was examined immunohistochemically.

Results

SWDs were abundant in EEG from Gad1 (–/–) rats as young as 2 months old. Although SWDs were universally detected in older rats irrespective of their Gad1 genotype, SWD symptom was most severe in Gad1 (–/–) rats. Acoustic stimulation readily interrupted ongoing SWDs irrespective of the Gad1 genotype, whereas SWDs were more resistant to interruption in Gad1 (–/–) rats. VPA treatment alleviated SWD symptoms in control rats, however, counterintuitively exacerbated the symptoms in Gad1 (–/–) rats. The immunohistochemistry results indicated that GABA immunoreactivity was significantly reduced in the somata of RTN neurons in Gad1 (–/–) rats but not in their axons targeting the thalamus. VPA treatment greatly increased GABA immunoreactivity in the RTN neurons of Gad1 (–/–) rats, which is likely due to the intact GAD2, another GAD isozyme, in these neurons.

Discussion

Our results revealed two opposing roles of GABA in SWD generation: suppression and enhancement of SWD. To account for these contradictory roles, we propose a model in which GABA produced by GAD1 in the RTN neuronal somata is released extrasynaptically and mediates intra-RTN inhibition.

The Development of Aptamer-Coupled Microelectrode Fiber Sensors (apta-μFS) for Highly Selective Neurochemical Sensing
Tomoki Saizaki, Mahiro Kubo, Yuichi Sato, Hiroya Abe, Tomokazu Ohshiro, Hajime Mushiake, Fabien Sorin, Yuanyuan Guo
Analytical Chemistry, 95, 17, 6791, 6800, American Chemical Society (ACS), 2023年04月24日, ［査読有り］
研究論文（学術雑誌）

光刺激部または内視鏡観察部周囲に電極を配置したチューブ形状神経電極
池田 尚人, 魯 文広, 鶴岡 典子, 虫明 元, 小山内 実, 大城 朝一, 芳賀 洋一
電気学会論文誌Ｅ（センサ・マイクロマシン部門誌）, 142, 4, 48, 55, Institute of Electrical Engineers of Japan (IEE Japan), 2022年04月01日, ［査読有り］
日本語, 研究論文（学術雑誌）

Multimodal Functional Analysis Platform: 4. Optogenetics-Induced Oscillatory Activation to Explore Neural Circuits
Hajime Mushiake, Tomokazu Ohshiro, Shin-ichiro Osawa, Ryosuke Hosaka, Norihiro Katayama, Tetsu Tanaka, Hiromu Yawo, Makoto Osanai
Advances in Experimental Medicine and Biology, 501, 509, Springer Singapore, 2021年01月06日
論文集(書籍)内論文

CRISPR/Cas9-engineered Gad1 elimination in rats leads to complex behavioral changes: implications for schizophrenia
Kazuyuki Fujihara, Kazuo Yamada, Yukio Ichitani, Toshikazu Kakizaki, Weiru Jiang, Shigeo Miyata, Takashi Suto, Daiki Kato, Shigeru Saito, Masahiko Watanabe, Yuki Kajita, Tomokazu Ohshiro, Hajime Mushiake, Yoshiki Miyasaka, Tomoji Mashimo, Hiroki Yasuda, Yuchio Yanagawa
Translational Psychiatry, 10, 1, 426, 426, Springer Science and Business Media LLC, 2020年12月, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, GABAergic dysfunctions have been implicated in the pathogenesis of schizophrenia, especially the associated cognitive impairments. The GABA synthetic enzyme glutamate decarboxylase 67-kDa isoform (GAD67) encoded by the GAD1 gene is downregulated in the brains of patients with schizophrenia. Furthermore, a patient with schizophrenia harboring a homozygous mutation of GAD1 has recently been discovered. However, it remains unclear whether loss of function of GAD1 leads to the symptoms observed in schizophrenia, including cognitive impairment. One of the obstacles faced in experimental studies to address this issue is the perinatal lethality of Gad1 knockout (KO) mice, which precluded characterization at the adult stage. In the present study, we successfully generated Gad1 KO rats using CRISPR/Cas9 genome editing technology. Surprisingly, 33% of Gad1 KO rats survived to adulthood and could be subjected to further characterization. The GABA concentration in the Gad1 KO cerebrum was reduced to ~52% of the level in wild-type rats. Gad1 KO rats exhibited impairments in both spatial reference and working memory without affecting adult neurogenesis in the hippocampus. In addition, Gad1 KO rats showed a wide range of behavioral alterations, such as enhanced sensitivity to an NMDA receptor antagonist, hypoactivity in a novel environment, and decreased preference for social novelty. Taken together, the results suggest that Gad1 KO rats could provide a novel model covering not only cognitive deficits but also other aspects of the disorder. Furthermore, the present study teaches an important lesson: differences between species should be considered when developing animal models of human diseases.

Rats deficient in the GAD65 isoform exhibit epilepsy and premature lethality
Toshikazu Kakizaki, Tomokazu Ohshiro, Makoto Itakura, Kohtarou Konno, Masahiko Watanabe, Hajime Mushiake, Yuchio Yanagawa
The FASEB Journal, 35, 2, e21224, Wiley, 2020年11月25日, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, GABA is synthesized by glutamate decarboxylase (GAD), which has two isoforms, namely, GAD65 and GAD67, encoded by the Gad2 and Gad1 genes, respectively. GAD65-deficient (Gad2-/- ) mice exhibit a reduction in brain GABA content after 1 month of age and show spontaneous seizures in adulthood. Approximately 25% of Gad2-/- mice died by 6 months of age. Our Western blot analysis demonstrated that the protein expression ratio of GAD65 to GAD67 in the brain was greater in rats than in mice during postnatal development, suggesting that the contribution of each GAD isoform to GABA functions differs between these two species. To evaluate whether GAD65 deficiency causes different phenotypes between rats and mice, we generated Gad2-/- rats using TALEN genome editing technology. Western blot and immunohistochemical analyses with new antibodies demonstrated that the GAD65 protein was undetectable in the Gad2-/- rat brain. Gad2-/- pups exhibited spontaneous seizures and paroxysmal discharge in EEG at postnatal weeks 3-4. More than 80% of the Gad2-/- rats died at postnatal days (PNDs) 17-23. GABA content in Gad2-/- brains was significantly lower than those in Gad2+/- and Gad2+/+ brains at PND17-19. These results suggest that the low levels of brain GABA content in Gad2-/- rats may lead to epilepsy followed by premature death, and that Gad2-/- rats are more severely affected than Gad2-/- mice. Considering that the GAD65/GAD67 ratio in human brains is more similar to that in rat brains than in mouse brains, Gad2-/- rats would be useful for further investigating the roles of GAD65 in vivo.

Miniature multiplexed label-free pH probe in vivo
Yuanyuan Guo, Carl Frederik Werner, Shoma Handa, Mengyun Wang, Tomokazu Ohshiro, Hajime Mushiake, Tatsuo Yoshinobu
Biosensors and Bioelectronics, 174, 112870, 112870, Elsevier BV, 2020年11月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Optogenetic study of the response interaction among multi-afferent inputs in the barrel cortex of rats　　　　　　　　　　　　　　　
Liu Y, Ohshiro T, Sakuragi S, Koizumi K, Mushiake H, Ishizuka T, Yawo H
Scientific Reports, 9, 3917, 2019年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

A Neural Signature of Divisive Normalization at the Level of Multisensory Integration in Primate Cortex
Tomokazu Ohshiro, Dora E. Angelaki, Gregory C. DeAngelis
NEURON, 95, 2, 399, +, CELL PRESS, 2017年07月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Studies of multisensory integration by single neurons have traditionally emphasized empirical principles that describe nonlinear interactions between inputs from two sensory modalities. We previously proposed that many of these empirical principles could be explained by a divisive normalization mechanism operating in brain regions where multisensory integration occurs. This normalization model makes a critical diagnostic prediction: a non-preferred sensory input from one modality, which activates the neuron on its own, should suppress the response to a preferred input from another modality. We tested this prediction by recording from neurons in macaque area MSTd that integrate visual and vestibular cues regarding self-motion. We show that many MSTd neurons exhibit the diagnostic form of cross-modal suppression, whereas unisensory neurons in area MT do not. The normalization model also fits population responses better than a model based on subtractive inhibition. These findings provide strong support for a divisive normalization mechanism in multisensory integration.

Frequency-dependent entrainment of neocortical slow oscillation to repeated optogenetic stimulation in the anesthetized rat
Toshinobu Kuki, Tomokazu Ohshiro, Shin Ito, Zhi-Gang Ji, Yugo Fukazawa, Yoshiya Matsuzaka, Hiromu Yawo, Hajime Mushiake
NEUROSCIENCE RESEARCH, 75, 1, 35, 45, ELSEVIER IRELAND LTD, 2013年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Local field potential (LFP) slow oscillation (<1 Hz) is typically observed in the cortex during sleep or while under anesthesia and reflects synchronous activation/inactivation of the cortical neuron population. The oscillation can be entrained to repeated external sensory stimuli. To better understand the neural mechanism underlying slow-oscillation generation and its entrainment to external stimuli, we delivered optical stimulation to the cortex of anesthetized rats that exogenously expressed the light-sensitive cation channel channelrhodopsin-2 (ChR2) and simultaneously monitored LFPs across cortical layers. We found that the LFPs could be effectively entrained to repeated optical stimulation at 1 Hz in deep layers. A stimulus-triggered current-source density (CSD) analysis showed that the evoked oscillation had the same depth and temporal profile as the slow oscillations, indicating that both oscillations have the same neural mechanism. Optical stimulation primarily induced the transition from the cortical up to down state. These results suggest that the anesthetized rat cortex has an intrinsic mechanism that leads to oscillation near 1 Hz; effective entrainment to the 1 Hz stimulation reflects the resonated state of the cortex to that stimulus. Our study is the first to demonstrate optogenetic manipulation of cortical slow oscillation and provides a mechanistic explanation for slow-oscillation entrainment. (C) 2012 Elsevier Ireland Ltd and the Japan Neuroscience Society. All rights reserved.

Development of cortical orientation selectivity in the absence of visual experience with contour
Tomokazu Ohshiro, Shaista Hussain, Michael Weliky
JOURNAL OF NEUROPHYSIOLOGY, 106, 4, 1923, 1932, AMER PHYSIOLOGICAL SOC, 2011年10月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Ohshiro T, Hussain S, Weliky M. Development of cortical orientation selectivity in the absence of visual experience with contour. J Neurophysiol 106:1923-1932, 2011. First published July 13, 2011; doi:10.1152/jn.00095.2011.-Visual cortical neurons are selective for the orientation of lines, and the full development of this selectivity requires natural visual experience after eye opening. Here we examined whether this selectivity develops without seeing lines and contours. Juvenile ferrets were reared in a dark room and visually trained by being shown a movie of flickering, sparse spots. We found that despite the lack of contour visual experience, the cortical neurons of these ferrets developed strong orientation selectivity and exhibited simple-cell receptive fields. This finding suggests that overt contour visual experience is unnecessary for the maturation of orientation selectivity and is inconsistent with the computational models that crucially require the visual inputs of lines and contours for the development of orientation selectivity. We propose that a correlation-based model supplemented with a constraint on synaptic strength dynamics is able to account for our experimental result.

A normalization model of multisensory integration
Tomokazu Ohshiro, Dora E. Angelaki, Gregory C. DeAngelis
NATURE NEUROSCIENCE, 14, 6, 775, U281, NATURE PUBLISHING GROUP, 2011年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Responses of neurons that integrate multiple sensory inputs are traditionally characterized in terms of a set of empirical principles. However, a simple computational framework that accounts for these empirical features of multisensory integration has not been established. We propose that divisive normalization, acting at the stage of multisensory integration, can account for many of the empirical principles of multisensory integration shown by single neurons, such as the principle of inverse effectiveness and the spatial principle. This model, which uses a simple functional operation (normalization) for which there is considerable experimental support, also accounts for the recent observation that the mathematical rule by which multisensory neurons combine their inputs changes with cue reliability. The normalization model, which makes a strong testable prediction regarding cross-modal suppression, may therefore provide a simple unifying computational account of the important features of multisensory integration by neurons.

Simple fall-off pattern of correlated neural activity in the developing lateral geniculate nucleus
Tomokazu Ohshiro, Michael Weliky
NATURE NEUROSCIENCE, 9, 12, 1541, 1548, NATURE PUBLISHING GROUP, 2006年12月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Activity-dependent models for cortical simple-cell receptive field development predict specific patterns of correlated neural activity within the visual pathway, such as a Mexican hat-shaped pattern of correlated activity in the lateral geniculate nucleus (LGN). However, such activity patterns have yet to be experimentally demonstrated. We performed multielectrode recordings in the LGN of immature awake ferrets and found simple fall-off-shaped, rather than Mexican hat-shaped, patterns of correlated activity. A weak surround in the LGN neuron's receptive field and the statistics of the input contributed to this pattern of correlated activity. Computer simulation of cortical receptive field development incorporating the experimentally observed activity patterns demonstrated that a simple-cell receptive field emerges when a newly devised 'split' constraint on synaptic growth is combined with Hebbian synaptic modification rules. Thus, given certain developmental constraints on synaptic plasticity, patterns of correlated activity within the LGN are compatible with Hebbian models of simple-cell receptive field development.

Subplate neurons foster inhibition
Tomokazu Ohshiro, Michael Weliky
NEURON, 51, 5, 524, 526, CELL PRESS, 2006年09月
英語, 研究論文（学術雑誌）, Previous work demonstrates an essential role of subplate neurons during ocular dominance (OD) column formation in the developing visual cortex. While inhibitory circuitry has also been shown to play an essential role in OD plasticity, the relationship between subplate neurons and the development of inhibitory circuits has been unclear. In this issue of Neuron, Kanold and Shatz provide evidence that maturation of inhibitory circuitry requires subplate neurons in the developing cortex.

Ligand-dependent activation of breathless FGF receptor gene in Drosophila developing trachea
T Ohshiro, Y Emori, K Saigo
MECHANISMS OF DEVELOPMENT, 114, 1-2, 3, 11, ELSEVIER SCIENCE BV, 2002年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Spatially and temporally regulated activity of Branchless/Breathless signaling is essential for trachea development in Drosophila. Early ubiquitous breathless (btl) expression is controlled by binding of Trachealess/Tango heterodimers to the btl minimum enhancer. Branchless/Breathless signaling includes a Sprouty-dependent negative feedback loop. We show that late btl expression is a target of Branchless/Breathless signaling and hence, Branchless/Breathless signaling contains a positive feedback loop, which may guarantee a continuous supply of fresh receptors to membranes of growing tracheal branch cells. Branchless/Breathless signaling activates MAP-kinase, which in turn, activates late btl expression and destabilizes Anterior-open, a repressor for late btl expression. Biochemical and genetic analysis indicated that the minimum btl enhancer includes binding sites of Anterior-open. (C) 2002 Elsevier Science Ireland Ltd. All rights reserved.

Role of cortical tumour-suppressor proteins in asymmetric division of Drosophila neuroblast
T Ohshiro, T Yagami, C Zhang, F Matsuzaki
NATURE, 408, 6812, 593, 596, MACMILLAN PUBLISHERS LTD, 2000年11月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Cellular diversity during development arises in part from asymmetric divisions, which generate two distinct cells by transmitting localized determinants from a progenitor cell into one daughter cell. In Drosophila, neuroblasts undergo typical asymmetric divisions to produce another neuroblast and a ganglion mother cell(1,2). At mitosis, neural fate determinants, including Prospero and Numb, localize to the basal cortex(3,4), from which the ganglion mother cell buds off; Inscuteable and Bazooka, which regulate spindle orientation, localize apically(5-8). Here we show that a tumour-suppressor protein, Lethal giant larvae (Lgl)(9), is essential for asymmetric cortical localization of all basal determinants in mitotic neuroblasts, and is therefore indispensable for neural fate decisions. Lgl, which itself is uniformly cortical, interacts with several types of Myosin to localize the determinants. Another tumour-suppressor protein, Lethal discs large (Dlg)(10), participates in this process by regulating the localization of Lgl. The localization of the apical components is unaffected in lgl or dlg mutants. Thus, Lgl and Dlg act in a common process that differentially mediates cortical protein targeting in mitotic neuroblasts, and that creates intrinsic differences between daughter cells.

miranda localizes staufen and prospero asymmetrically in mitotic neuroblasts and epithelial cells in early Drosophila embryogenesis
F Matsuzaki, T Ohshiro, H Ikeshima-Kataoka, H Izumi
DEVELOPMENT, 125, 20, 4089, 4098, COMPANY OF BIOLOGISTS LTD, 1998年10月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, When neuroblasts divide, prospero protein and mRNA segregate asymmetrically into the daughter neuroblast and sibling ganglion mother cell. miranda is known to localize prospero protein to the basal cell cortex of neuroblasts while the staufen RNA-binding protein mediates prospero mRNA localization. Here we show that miranda is required for asymmetric staufen localization in neuroblasts. Analyses using miranda mutants reveal that prospero and staufen interact with miranda under the same cell-cycle-dependent control. miranda thus acts to partition both prospero protein and mRNA, Furthermore, miranda localizes prospero and staufen to the basolateral cortex in dividing epithelial cells, which express the three proteins prior to neurogenesis. Our observations suggest that the epithelial cell and neuroblast (both of epithelial origin) share the same molecular machinery for creating cellular asymmetry.

Transcriptional regulation of breathless FGF receptor gene by binding of TRACHEALESS/dARNT heterodimers to three central midline elements in Drosophila developing trachea
T Ohshiro, K Saigo
DEVELOPMENT, 124, 20, 3975, 3986, COMPANY OF BIOLOGISTS LTD, 1997年10月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The development of Drosophila trachea is under the control of spatially and/or quantitatively regulated activity of BREATHLESS FGF receptor, which is also essential for midline glial migration, Here, we identified the minimum enhancer region of breathless, cloned the Drosophila ARNT gene (dARNT), and showed biochemical and genetic evidence that breathless expression in developing trachea is regulated by direct interactions between TRACHEALESS/dARNT heterodimers and three central midline elements (TACGTGs) situated in the minimum enhancer region, Our results also showed that SINGLEMINDED/dARNT heterodimers, which are essential for breathless expression in midline precursor cells, share DNA targets in common with TRACHEALESS/dARNT, indicating that two different basic helix-loop-helix-PAS protein complexes act through the same target sites in vivo.

液晶ポリマー製フレキシブル基板の巻き付けにより作製した神経電極—Neural electrodes fabricated by wrapping a Flexible Printed Circuit made of liquid crystal polymer
石川 泰地, 池田 尚人, 鶴岡 典子, 虫明 元, 大城 朝一, 芳賀 洋一, 小山内 実, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 39, 6p, 2022年11月
Institute of Electrical Engineers of Japan, 日本語

多感覚統合のdivisive normalizationモデル　　　　　　　　　　　　　　　
大城朝一, ブレインサイエンス･レビュー 2020, 103, 126, 2020年03月, ［筆頭著者］
日本語, 記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）

GAD67ノックアウトラットの認知機能障害
藤原和之, 藤原和之, 柿崎利和, JIANG Weiru, 宮田茂雄, 宮田茂雄, 須藤貴史, 齋藤繁, 山田一夫, 一谷幸男, 梶田裕貴, 大城朝一, 虫明元, 渡邉雅彦, 宮坂佳樹, 真下知士, 安田浩樹, 日本生物学的精神医学会(Web), 41st, 2019年

神経回路の振動計測と光遺伝学的操作による状態遷移
虫明元, 大城朝一, 九鬼敏伸, 菊池琴美, 小山内実, 生体の科学 特集：神経回路の計測と操作, 2013年02月
日本語, 記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア）

ニューロブラストの非対称細胞分裂における癌抑制遺伝子の役割　　　　　　　　　　　　　　　
大城朝一, 実験医学, 19, 4, 2001年03月
日本語, 記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア）

Experimental evidence for a divisive normalization mechanism of multisensory integration in macaque area MSTd　　　　　　　　　　　　　　　
Tomokazu Ohshiro
Gordon Research Conferences. Topic: eye-movements, 2013年07月07日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
［招待講演］, ［国際会議］

A normalization model of multisensory integration　　　　　　　　　　　　　　　
Tomokazu Ohshiro
Society for Neuroscience, annual meeting in 2010, 2010年11月, 英語, 口頭発表（一般）
［招待講演］, ［国際会議］

A normalization model of multisensory integration　　　　　　　　　　　　　　　
Tomokazu Ohshiro
Computational and system neuroscience (COSYNE) 2010, 2010年03月, 英語, 口頭発表（一般）
［招待講演］, ［国際会議］

波状に伝播する脳血管運動を生み出す神経メカニズムとその生物学的役割の解明
科学研究費助成事業
2024年04月 - 2027年03月
大城 朝一
日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 24K09691

Infra-slow oscillation の脳機能における役割の解明
科学研究費助成事業
2019年06月 - 2023年03月
大城 朝一
これまでの薬理学的スクリーニングから、ヒスタミンとそのアンタゴニストを脳内に直接投与すると脳波に含まれる超低周波成分（infra-slow oscillation）が消失する事が明らかとなっていた。この観察を手掛かりにしてヒスタミン合成酵素遺伝子（HDC)を欠損するノックアウトマウスを入手し、infra-slow oscillationの異常を調べた。予想外にもinfra-slow oscillationに異常は観察されなかった。しかしながらこのノックアウトマウスでは遺伝子の欠損が不完全で、正常に翻訳されたタンパク質が微量ながら発現していることがウエスタンブロット法により確認された。よってHDC遺伝子を完全に欠失した変異体を新たに作成することからやり直す必要がでてきた。Germ-line recombination 法によりそのような個体を得ることができたので、現在そのマウスの増産と解析を急いでいる状況である。さらにGABA受容体beta3サブユニットがヒスタミンの受容に関わっていることが外国の報告から明らかになっており、この遺伝子のノックアウトマウスも入手しinfra-slow oscillationの異常を調べた。しかしこちらの方も異常は観察されなかった。ところが、このノックアウトマウスでも遺伝子の欠損が完全ではなく、正常に翻訳されたタンパク質が発現していることがウエスタンブロット法と蛍光免疫染色法により確認された。現在、この遺伝子の新たなノックアウトマウスの確立に成功したので、今後、遺伝子の完全な欠損の確認とそのマウスでのinfra-slow oscillationの異常を調べる予定である。一方、既知のヒスタミン受容体（Hrh1, Hrh2, Hrh3）の変異体ではinfra-slow oscillationの異常は見られず、よってそれらの関与は否定された。
日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 東北大学, 19K22464

神経活動の正規化と発振現象を統一的に説明する異種感覚統合モデルの構築
科学研究費助成事業
2016年04月 - 2019年03月
大城 朝一, 八尾 寛, 虫明 元, 柳川 右千代
異種感覚統合(multisensory integration)を司る神経細胞は外界からの刺激に対して複雑な非線形応答を示すことが知られている。この現象を単純な数式で説明するために神経活動正規化（Divisive normalization）モデルを提唱した。そしてこのモデルが予想する新たな異種感覚統合現象をラット大脳皮質体性感覚野とマカクザル頭頂葉感覚連合野において初めて確認した。さらに、正規化モデルが予想する神経活動の発振現象を詳しく解析するためにセラミックを用いた新しいデザインの電極ガイドを開発した。この新しい電極を用いて覚醒中ラットから長期間安定して神経活動記録を行えることを確認した。
日本学術振興会, 基盤研究(C), 東北大学, 16K06984

異種感覚統合における神経活動正規化機構の神経メカニズムの解明
科学研究費助成事業
2014年08月 - 2016年03月
大城 朝一, 虫明 元
脳におけるゆっくりとした神経活動の律動（infra-slow oscillation、周期0.1Hz 以下）についてその起源と性質についてはまだ良く分かっていない。今回、私はラットの脳表面から内在性信号を検出する技術を用いて、その律動に相当する大脳活動を光学的に観察することに成功した。その振動は波を随っており脳表の前後軸方向をゆっくり（4mm/秒）と伝播していた。重要なことに、視覚と体性感覚の両方の刺激をラットに与えるとarea RL と呼ばれる感覚連合野で内在性信号の増加を認めることが出来た。これらの事から内在性信号の観察は脳における異種感覚統合と律動を調べる上で大変有用である事が示された。
日本学術振興会, 研究活動スタート支援, 東北大学, 26890002

細胞分裂に伴う転写因子の非対称分配の解析
科学研究費助成事業
2000年 - 2000年
松崎 文雄, 布施 直之, 大城 朝一
ショウジョウバエの神経幹細胞は、非対称に分裂する際、神経の運命決定因子である転写因子ProsperoやNotchシグナルの制御因子Numbを姉妹細胞に不等分配する。本研究では、そのメカニズムと背後にある細胞極性の分子実体を明らかにすることを目標とした。Prosperoのアダプター分子であるMirandaの細胞内局在をを指標として、神経幹細胞の非対称性を制御する因子を系統的に検索することを行った。その結果、がん抑制遺伝子giant larvae(lgl)及びdiscs large(dlg)の変異体で、Mirandaが神経幹細胞とその姉妹細胞に等しく分配されることが判明した。分子遺伝学的解析の結果次のことを我々は明らかにした。
1)この二つの遺伝子の変異体では、神経幹細胞の非対称分裂に際し、Mirandaはもとより、同様に不等分配されるNotchシグナルの抑制因子Numbも等分配されてしまう。従って、両者は、今まで知られている全ての神経運命決定因子の局在に必要とされる。
2)二つのがん抑制遺伝子は神経幹細胞の細胞表層に分布し、機能する。
3)両がん抑制因子の関係については、dlgがlglの局在に必要とされることから、dlgがlglの上位に位置すると考えられる。
4)lglの温度感受性変異株を用いた実験により、神経幹細胞の分裂期の開始後、まさに運命決定因子・アダプター分子複合体がbasal側に局在する過程にlglが機能する。
5)遺伝的な解析と薬理学的な方法から、lglは複数のmyosin分子種の活性を制御することにより、運命決定因子・アダプター分子複合体の細胞表層への局在に働くことが示唆された。
日本学術振興会, 特定領域研究(A), 東北大学, 12028203

発生における非対称分裂の解析
科学研究費助成事業
2000年 - 2000年
松崎 文雄, 布施 直之, 大城 朝一
ショウジョウバエの神経幹細胞は、それ自身と姉妹細胞に非対称に分裂する際、神経の運命決定因子である転写因子ProsperoやNotchシグナルの制御因子Numbを姉妹細胞に不等分配する。これらの因子の不等分配は神経細胞の運命決定に必須なプロセスであり、本研究では、そのメカニズムと背後にある細胞極性の分子実体を明らかにすることを目標にしている。神経幹細胞の分裂に際して、アダプター分子であるMirandaがProsperoに直接結合し、その細胞内分布と不等分配を規定することを我々は明らかにしているが、そのMirandaの細胞内局在をを指標として、神経幹細胞の非対称性を制御する因子を系統的に検索することを行った。その結果、Mirandaが神経幹細胞とその姉妹細胞に等しく分配される突然変異をいくつか同定した。そのうち、ひとつについては、ショウジョウバエに脳腫瘍を引き起こすことが知られていたがん抑制遺伝子giant larvae(lgl)が原因遺伝子であることを突き止めた。さらに、他のがん抑制遺伝子を検索したところ、同じく脳腫瘍の原因遺伝子として知られるdiscs large(dlg)遺伝子の変異がlglと同一の表現型を示すことが判明した。両者は神経幹細胞の細胞表層に分布し、ProsperoとNumbの不等分配の両方に必要とされる。これらの事実から、これまでに知られている全ての神経運命決定因子を局在させる共通なプロセスが神経幹細胞には存在し、そこにdlg,lglが機能することが明らかにされた。遺伝的、および薬理学的な解析からは、lglが複数のmyosin分子種の活性を制御することにより、運命決定因子・アダプター分子複合体の細胞表層への局在に働くことが示唆される。この研究から、神経細胞の運命決定、分化因子の細胞内局在、がん抑制という従来関連が知られていなかった三つの現象に接点が見出された。
日本学術振興会, 特定領域研究(A), 東北大学, 12026204

非対称細胞分裂と細胞極性の形成機構
科学研究費助成事業
1999年 - 2000年
松崎 文雄, 布施 直之, 大城 朝一
ショウジョウバエの神経幹細胞は、それ自身と姉妹細胞に非対称に分裂する際、神経の運命決定因子である転写因子ProsperoやNotchシグナルの制御因子Numbを姉妹細胞に不等分配する。これらの因子の不等分配は神経細胞の運命決定に必須なプロセスであり、本研究では、そのメカニズムと背後にある細胞極性の分子実体を明らかにすることを目標にしている。神経幹細胞の分裂に際して、アダプター分子であるMirandaがProsperoに直接結合し、その細胞内分布と不等分配を規定することを我々は明らかにしているが、そのMirandaの細胞内局在をを指標として、神経幹細胞の非対称性を制御する因子を系統的に検索することを行った。その結果、Mirandaが神経幹細胞とその姉妹細胞に等しく分配される突然変異をいくつか同定した。そのうち、ひとつについては、ショウジョウバエに脳腫瘍を引き起こすことが知られていたがん抑制遺伝子giant larvae(lgl)が原因遺伝子であることを突き止めた。さらに、他のがん抑制遺伝子を検索したところ、同じく脳腫瘍の原因遺伝子として知られるdiscs large(dlg)遺伝子の変異がlglと同一の表現型を示すことが判明した。両者は神経幹細胞の細胞表層に分布し、ProsperoとNumbの不等分配の両方に必要とされる。これらの事実から、これまでに知られている全ての神経運命決定因子を局在させる共通なプロセスが神経幹細胞には存在し、そこにdlg,lglが機能することが明らかにされた。遺伝的、および薬理学的な解析からは、lglが複数のmyosin分子種の活性を制御することにより、運命決定因子・アダプター分子複合体の細胞表層への局在に働くことが示唆される。この研究から、神経細胞の運命決定、分化因子の細胞内局在、がん抑制という従来関連が知られていなかった三つの現象に接点が見出された。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 東北大学, 11480219

細胞分裂に伴う非対称分配の解析
科学研究費助成事業
1999年 - 1999年
松崎 文雄, 大城 朝一
発生過程で細胞の多様性を作り出すための基本的なプロセスは非対称な細胞分裂である。その典型のひとつは神経幹細胞の分裂であり、非対称分裂に伴って転写因子prosperoとmirandaが神経幹細胞の姉妹細胞に不等分配される。本研究では、このmirandaの不等分配を手がかりに、神経幹細胞の細胞分裂に伴う分化因子の非対称分配が神経の運命決定に果たす役割、その非対称分裂を制御する細胞極性の分子的実体を明らかにすることを目的とする。そのために、神経幹細胞の細胞分裂に伴うMirandaの明確な非対称分布を指標として、神経幹細胞の分裂の非対性に異常を来す突然変異の検索を行った。まず、ショウジョウバエのゲノムのおよそ70%をカバーする約300系統の染色体欠失のセット抗Miranda抗体によって染色し、その欠失に含まれる遺伝子が、Mirandaの局在に必要とされるかどうかを検討した。全欠失系統の1割程度の系統でmirandaの局在異常が検出された。その表現型はおおよそ次の3通りに分類される。(1)極性の方向異常、(2)不完全不等分配(3)完全に対称分配。この中で、symmetric cell division(scd)変異と名づけたこの突然変異では、Mirandaが等分配されるだけではなく、野生型ではMiranda同様不等分配されるNumbタンパクも等分配されてしまう。則ち、この遺伝子産物の機能は、運命決定因子の局在の上位に位置する。現在、この原因遺伝子を同定することに成功し、その機能の解析を詳細に進めた。
日本学術振興会, 特定領域研究(A), 東北大学, 11154202

発生における非対称分裂の解析
科学研究費助成事業
1999年 - 1999年
松崎 文雄, 大城 朝一
発生過程で細胞の多様性を作り出すための基本的なプロセスは非対称な細胞分裂である。その典型のひとつは神経幹細胞の分裂であり、非対称分裂に伴って転写因子prosperoとmirandaが神経幹細胞の姉妹細胞に不等分配される。本研究では、このmirandaの不等分配を手がかりに、神経幹細胞の細胞分裂に伴う分化因子の非対称分配が神経の運命決定に果たす役割、その非対称分裂を制御する細胞極性の分子的実体を明らかにすることを目的とする。そのために、神経幹細胞の細胞分裂に伴うMirandaの明確な非対称分布を指標として、神経幹細胞の分裂の非対性に異常を来す突然変異の検索を行った。まず、ショウジョウバエのゲノムのおよそ70%をカバーする約300系統の染色体欠失のセット抗Miranda抗体によって染色し、その欠失に含まれる遺伝子が、Mirandaの局在に必要とされるかどうかを検討した。全欠失系統の1割程度の系統でmirandaの局在異常が検出された。その表現型はおおよそ次の3通りに分類される。(1)極性の方向異常、(2)不完全不等分配(3)完全に対称分配。この中で、symmetric cell division(scd)変異と名づけたこの突然変異では、Mirandaが等分配されるだけではなく、野生型ではMiranda同様不等分配されるNumbタンパクも等分配されてしまう。則ち、この遺伝子産物の機能は、運命決定因子の局在の上位に位置する。現在、この原因遺伝子を同定することに成功し、その機能の解析を詳細に進めた。
日本学術振興会, 特定領域研究(A), 東北大学, 11152202

セラミックガイド、セラミックガイド装置およびセラミックガイドモジュール　　　　　　　　　　　　　　　
特許権, 大城朝一, 虫明元, 駒田大輔
特願2018-15924, 2018年01月31日
特許第7032712号, 2022年03月01日