• project PI

    Hiroko Bannai Ph. D 坂内 博子 博士(理学)

    JST PRESTO researcher JSTさきがけ「統合1細胞解析のための革新的技術基盤」領域専任研究者

    RIKEN BSI Visiting Research Scientist RIKEN BSI 客員研究員

    https://www.jst.go.jp/kisoken/presto/project/1112066/15655561.html

    Working Address:

    Lab. Developmental Neurobiology 発生神経生物研究チーム

    Brain Science Institute 脳科学総合研究センター

    RIKEN 理化学研究所

    http://www.brain.riken.jp/jp/faculty/details/29

     

    351-0198

    2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama 埼玉県和光市広沢2−1

    Tel: +81-48-467-9745

    Fax: +81-48-467-9744

    Research field 専門分野

    Biophysics, Neuroscience, Cell Biology

    生物物理学、神経科学、細胞生物学

    Research topics 研究テーマ

    Single Molecule Imaging, Neurons, Glia, Synaptic plasticity, Calcium signals

    1分子イメージング、神経細胞、グリア細胞、シナプス可塑性、カルシウムシグナル

    所属学会

    日本生物物理学会(理事、分野別委員)
    日本神経科学学会

  • What's NEW

    関連ニュース、講演予定など

    2017.12.1 アンドールアカデミーにて講演します(大阪大学 産業科学研究所)

    【アンドールアカデミー】

    【日時】 2017年11月30日、12月1日 【参加費】 無料 【会 場】 大阪大学 産業科学研究所 管理棟1F 講堂学研究所   〒565-0871 吹田市山田丘1-3


    http://www.oxford-instruments.jp/events/2017/november/andor-academy

    2017.12.13 11th International Symposium on Nanomedicine in Sendaiにて講演します(東北大学)

    【11th International Symposium on Nanomedicine in Sendai】

    http://www.medphys.med.tohoku.ac.jp/gondalab/isnm2017/index.html

  • REARCH 研究内容紹介

    1分子のふるまいから脳を読み解く

     

    研究の背景

    体重の2%を占める脳は,感覚,思考,運動を司り,記憶・学習を担う,人間活動の基盤ともいえる器官です.われわれの脳は1000億個以上の神経細胞と,その10倍(=一兆個)以上もの数のグリア細胞からできています.神経細胞は相互に連結し複雑な情報処理ネットワークを作り上げ,グリア細胞は神経細胞の生存をサポートしその働きを制御する役割を担っています(図1).

    膨大な情報処理を行う脳はよくコンピュータに例えられます.しかしコンピュータと異なり,脳の部品,すなわち神経細胞やグリア細胞を構成する脂質やタンパク質は一生を通じて常に入れ替わっています.常に部品が入れ替わっているなかで,どのように脳の構造が保たれ,記憶・学習・思考といった機能を果たすことができるのでしょうか? 

    これまでの研究成果

    1分子のふるまいを「見る」ための、「量子ドット1分子イメージング」

     この研究課題に対し私は,「細胞の中の分子1個1個の動きを観察する」という方針で取り組んできました.小さく透明な分子はそのままでは見えませんが,標識をつければ分子がどこにいるかを知ることができます.これまでの研究では,蛍光ナノ結晶「量子ドット」を神経細胞・グリア細胞の目的の分子に融合してその動きを観察する方法を開発・改良を行いました(図2,動画).この「量子ドット1分子イメージング法」(Bannai et al. Nat. Protocols 2006)を以下のことを明らかにしてきました.

    1. 神経伝達を制御する新たな分子メカニズムを発見
    -シナプスにおける受容体の側方拡散が、GABA作動性シナプス伝達効率を決める-

    Bannai et al. (2009) Neuron 62(5):670-82; Niwa et al. (2012) PLoS ONE 7(4) e36148

    神経細胞と神経細胞は「シナプス」という特殊な構造(図3)を介して,情報を伝達します.このシナプスにおける情報伝達がいろいろな刺激によって強化されたり,弱まったりすることが,記憶・学習の基礎になっています.

    シナプスの情報伝達の強さが変化する仕組みを明らかにするために,我々は情報を前の細胞から受け取る役割のタンパク質「神経伝達物質受容体(図3,赤)の一種,GABAA受容体1分子を量子ドットで標識しその動きを顕微鏡で追跡しました.

    すると,シナプス伝達が弱くなる条件では,GABAA受容体の細胞膜上で動きが著しく増加していることが判明しました(動画2、下の2つがシナプス伝達が弱くなる条件).一方,細胞膜上に存在する受容体の量は変わっていませんでした.すなわち,GABAA受容体が細胞内に取り込まれたり壊されたりするのではなく,細胞膜上でGABAA受容体の動きが増してシナプスから出て行きやすくなるため,結果的にシナプスの受容体の数が減りシナプス伝達が弱くなることがわかりました(図4).

    この研究結果は,シナプス伝達効率を「細胞膜上での受容体の動き」という物理現象が決めていることを意味しています.(Bannai et al. Neuron 2009)
    また,これまGABAARでGABAARの側方拡散制御に関わると信じられて来た唯一の足場タンパク質gephyrinが,シナプス可塑性時のGABAAR側方拡散変化の過程に無関係であるという意外な事実も発見しました(Niwa et al. PLoS ONE 2012)

    2.グリア細胞の活動を区切る拡散障壁の発見

    Arizono et al. (2012) Science Signaling 5(218):ra27
    脳血流やシナプス活動は,代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)の活性化により誘導される,アストロサイトと呼ばれるグリア細胞におけるカルシウムシグナルにより制御されています.そのカルシウムシグナルは,アストロサイトの細胞体より突起でおこりやすく,それぞれの突起ごとに独立していることが知られていましたが,なぜこのようにグリア細胞の活動が細胞の場所ごとに区切られているのかはわかっていませんでした.

    量子ドット1分子イメージング法を用いて,細胞表面に存在するmGluRの2次元拡散運動を調べたところ,突起と細胞体の間にmGluR分子の移動を妨げる拡散障壁が存在し,受容体がそれぞれの区画を行き来できないことが分かりました(図5、緑が量子ドットが移動した範囲。真ん中の細胞体に移動していないことがわかる).

    この拡散障壁が機能不全になる状態を実験的に作り出すと,カルシウムシグナルは細胞で均一に起こるようになりました.本研究で見つかったmGluRに対する拡散障壁は,mGluRの密度を突起の細胞膜上で高め,突起でカルシウムシグナルをおこりやすくすることにより,それぞれの突起のカルシウムシグナルの独立性を保持するために役立っていると考えられます.

  • 主な論文

    Bannai H, Lévi S, Schweizer C, Dahan M, *Triller A. “Imaging the lateral diffusion of membrane molecules with quantum dots.”

    Nature Protocols 1:2628-2634. (2006)

    http://www.nature.com/nprot/journal/v1/n6/full/nprot.2006.429.html
     

    Bannai H, Lévi S, Schweizer C, Inoue T, Launey T. Racine V, Sibarita J.B, Mikoshiba K, Triller A.

    “Activity-Dependent Tuning of Inhibitory Neurotransmission Based on GABAAR Diffusion Dynamics”

    Neuron 62:670-682. (2009) * Selected for Cover

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S089662730900347X

     

    Arizono M, *Bannai H, Nakamura K, Niwa F, Enomoto M, Matsu-Ura T, Miyamoto A, Sherwood MW, Nakamura T, *Mikoshiba K. “Receptor-selective diffusion barrier enhances sensitivity of astrocytic processes to metabotropic glutamate receptor stimulation.”

    Science Signaling 5: ra27. (2012) *Featured at Science Signaling Pod Cast

     http://stke.sciencemag.org/content/5/218/ra27

     

    Bannai H1, Niwa F1, Sherwood MW, Shrivastava AN, Arizono M, Miyamoto A, Sugiura K, Lévi S, Triller A*, Mikoshiba K*. (1: co-first author) “Bidirectional Control of Synaptic GABAAR Clustering by Glutamate and Calcium”

    Cell Reports, 13: 2768-2780 (2015)

    http://www.cell.com/cell-reports/abstract/S2211-1247(15)01414-X

     

  • プレスリリース

    研究成果をわかりやすくまとめた記事・プレスリリース等へのリンクです。

    研究者の子育てについてのコラムもあります。
    * Article in English

    2つのシグナル物質の使い分けによる正反対の神経制御

    -新たな抑制性シナプス伝達制御メカニズムの発見-

     

     

    アストロサイトの細胞膜の「仕切り」がシグナルの発生場所を決める

    -グリア細胞の一種「アストロサイト」の突起が独立して働く仕組みの一端が明らかに-

    抑制性神経伝達を制御する新たな分子機構を、量子ドットを活用し発見

    -シナプスにおける受容体の側方拡散が、GABA作動性シナプス伝達効率を決める-

     

     

    *Roaming receptors

    Neurons communicate more efficiently when neuronal activity causes inhibitory receptors to diffuse away from the synapse

     

     

    *A new starring role for astrocytes

    Identification of a novel membrane barrier in astrocytes may illuminate how neurological signaling is disrupted in patients with Alzheimer’s and epilepsy

    生物物理が切り開く脳科学の未来​ 

    生物物理
    Vol. 52 (2012) No. 2 通巻300号 P 112-113

     

    アストロサイトの活動を仕切る拡散障壁

    有薗 美沙, 坂内 博子, 丹羽 史尋, 御子柴 克彦

    生物物理
    Vol. 53 (2013) No. 2 通巻306号 p. 105-106

    名古屋大学子育て単身赴任教員ネットワーク

    子育てコラム: 私と名古屋と保活

    日本生物物理学会 「生物物理とは」記憶・学習・思考
    「分子の運動や反応を支配する一般法則」

    日本生物物理学会 「生物物理とは」グリア細胞
    グリア細胞 - 脳の黒衣、実は黒幕!? 鍵はカルシウムシグナル

  • 論文リスト

    2017

     

    Sakuragi S, Niwa F, Oda Y, Mikoshiba K*, Bannai H*

    “Astroglial Ca2+ signaling is generated by the coordination of IP3R and store-operated Ca2+ channels”

    Biochem Biophys Res Commun. 486: 879-85 (2017)

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006291X17305624

     

    Vervliet T, Pintelon I, Welkenhuyzen K, Bootman MD, Bannai H, Mikoshiba K, Martinet W, Nadif Kasri N, Parys JB, Bultynck G.

    "Basal ryanodine receptor activity suppresses autophagic flux."

    Biochem Pharmacol.132:133-142. (2017) doi: 10.1016/j.bcp.2017.03.011.

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006295217301405

     

     

    Sherwood MW, Arizono M, Hisatsune C, Bannai H, Ebisui E, Sherwood JL, Panatier A, Oliet SH, Mikoshiba K.

    “Astrocytic IP3Rs: Contribution to Ca2+ signalling and hippocampal LTP.”

    Glia 65(3):502-513. (2017) doi: 10.1002/glia.23107.

    http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/glia.23107/abstract

     

     

    2016

    Niwa F, Sakuragi S, Kobayashi A, Takagi S, Oda Y, Bannai H*, Mikoshiba K*.

    “Dissection of local Ca(2+) signals inside cytosol by ER-targeted Ca(2+) indicator.”

    Biochem Biophys Res Commun. 479(1):67-73 (2016)

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006291X16314851

     

    2015

    Bannai H1,, Niwa F1, Sherwood MW, Shrivastava AN, Arizono M, Miyamoto A, Sugiura K, Lévi S, Triller A*, Mikoshiba K*. (1: co-first author)

    “Bidirectional Control of Synaptic GABAAR Clustering by Glutamate and Calcium”

    Cell Reports, 13: 2768-2780 (2015)

    http://www.cell.com/cell-reports/abstract/S2211-1247(15)01414-X

     

    2014

    Arizono M, Bannai H, *Mikoshiba K.

    “Imaging mGluR5 Dynamics in Astrocytes Using Quantum Dots.”

    Curr Protoc Neurosci. 66:2.21.1-2.21.18. (2014)

    http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/0471142301.ns0221s66/abstract

     

    Wu YW, Tang X, Arizono M, Bannai H, Shih PY, Dembitskaya Y, Kazantsev V, Tanaka M, Itohara S, Mikoshiba K, *Semyanov A. “Spatiotemporal calcium dynamics in single astrocytes and its modulation by neuronal activity.”

    Cell Calcium. 55:119-29. (2014)

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143416013001590

     

    2013

    Miyamoto A, Bannai H, Michikawa T, Mikoshiba K*.

    “Optimal microscopic systems for long-term imaging of intracellular calcium using a ratiometric genetically-encoded calcium indicator.”

    Biochem Biophys Res Commun. 434(2):252-7. (2013)

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006291X13004671

     

    2012

    Arizono M, *Bannai H, Nakamura K, Niwa F, Enomoto M, Matsu-Ura T, Miyamoto A, Sherwood MW, Nakamura T, *Mikoshiba K. “Receptor-selective diffusion barrier enhances sensitivity of astrocytic processes to metabotropic glutamate receptor stimulation.”

    Science Signaling 5: ra27. (2012)

          *Featured at Science Signaling Pod Cast

     http://stke.sciencemag.org/content/5/218/ra27

     

    Niwa F, *Bannai H, Arizono M, Fukatsu K, *Triller A, *Mikoshiba K “Gephyrin-independent GABAAR mobility and clustering during plasticity.”

        PLoS ONE 7: e36148. (2012)

    http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0036148

     

    Tamamushi S Nakamura T, Inoue T, Ebisui E, Sugiura K, Bannai H, *Mikoshiba K.

    “Type 2 inositol 1,4, 5-trisphosphate receptor is predominantly involved in agonist-induced Ca(2+) signaling in Bergmann glia. “

    Neurosci Res. 74: 32-41. (2012) * Selected for Cover

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168010212001393

     

    Nakamura H, Bannai H, Inoue T, *Michikawa T, Sano M, *Mikoshiba K. “Cooperative and stochastic calcium releases from multiple calcium puff sites generate calcium microdomains in intact HeLa cells.”

    J Biol Chem 287: 24563-24572. (2012)

     

    Renner M, Schweizer C, Bannai H, Triller A, *Lévi S.

    “Diffusion barriers constrain receptors at synapses.”

    PLoS ONE 7: e43032.(2012)

     

    ~2011

    Fukatsu K, Bannai H, InoueT, *Mikoshiba K.

    ”Lateral diffusion of inositol 1,4,5-trisphosphate receptor type 1 in Purkinje cells is regulated by calcium and actin filaments.”

    J Neurochem, 11: 1720-1733. (2010)

     

    Bannai H, Lévi S, Schweizer C, Inoue T, Launey T. Racine V, Sibarita J.B, Mikoshiba K, Triller A.

    “Activity-Dependent Tuning of Inhibitory Neurotransmission Based on GABAAR Diffusion Dynamics”

       Neuron 62:670-682. (2009) * Selected for Cover

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S089662730900347X

     

    Lévi S, Schweizer C, Bannai H, Pascual O, Charrier C, *Triller A.

    “Homeostatic regulation of synaptic GlyR numbers and lateral diffusion.”

    Neuron 59:261-273. (2008) [66, IF5y16.092]

     

    Bannai H, Lévi S, Schweizer C, Dahan M, *Triller A. “Imaging the lateral diffusion of membrane molecules with quantum dots.”

    Nature Protocols 1:2628-2634. (2006) [92, IF5y 11.296]

    http://www.nature.com/nprot/journal/v1/n6/full/nprot.2006.429.html

     

    Fukatsu K, Bannai H, *Inoue T, Mikoshiba K. “4.1N binding regions of inositol 1,4,5- trisphosphate receptor type 1.”

    Biochem Biophys Res Commun 342:573-576. (2006) [16 IF5y2.392]

     

    Tateishi Y, *Hattori M, Nakayama T, Iwai M, Bannai H, Nakamura T, Michikawa T, Inoue T, Mikoshiba K. “Cluster formation of inositol 1,4,5-trisphosphate receptor requires its transition to open state.”

      J Biol Chem 280:6816-6822. (2005)

     

    Bannai H, Fukatsu K, Mizutani A, Natsume T, Iemura SI, Ikegami T, *Inoue T, Mikoshiba K. “An RNA-interacting Protein, SYNCRIP (Heterogeneous Nuclear Ribonuclear Protein Q1/NSAP1) Is a Component of mRNA Granule Transported with Inositol 1,4,5- Trisphosphate Receptor Type 1 mRNA in Neuronal Dendrites.”

    J Biol Chem 279:53427-53434. (2004) [56]

     

    Fukatsu K, Bannai H, Zhang S, Nakamura H, *Inoue T, Mikoshiba K. “Lateral diffusion of inositol 1,4,5-trisphosphate receptor type 1 is regulated by actin filaments and 4.1N in neuronal dendrites.”

       J Biol Chem 279:48976-48982. (2004) [63]

     

    Bannai H, *Inoue T, Nakayama T, Hattori M, Mikoshiba K. “Kinesin dependent, rapid, bi-directional transport of ER sub-compartment in dendrites of hippocampal neurons.”

       J Cell Sci 117:163-175. (2004)

     

    Nakayama T, *Hattori M, Uchida K, Nakamura T, Tateishi Y, Bannai H, Iwai M, Michikawa T, Inoue T, Mikoshiba K. “The regulatory domain of the inositol 1,4,5- trisphosphate receptor is necessary to keep the channel domain closed: possible physiological significance of specific cleavage by caspase 3.”

    Biochem J 377:299-307. (2004)

     

    *Zhang S, Mizutani A, Hisatsune C, Higo T, Bannai H, Nakayama T, Hattori M, *Mikoshiba K. “Protein 4.1N is required for translocation of inositol 1,4,5-trisphosphate receptor type 1 to the basolateral membrane domain in polarized Madin-Darby canine kidney cells.”

       J Biol Chem 278:4048-4056. (2003)

     

    Bannai H, Yoshimura M, Takahashi K, *Shingyoji C. “Calcium regulation of microtubule sliding in reactivated sea urchin sperm flagella.”

       J Cell Sci 113: 831-839. (2000)

     

  • Movie

    研究紹介の動画を紹介するコーナーです。

    【日本神経科学会 市民公開講座・脳科学の達人2016】「分子のふるまいから読み解く、脳のしくみ」

    2016年8月6日、日本科学未来館での研究紹介です。

  • Contact 連絡先

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    一緒に研究したい大学院生、ポスドクの方、コンタクトください!

    埼玉県和光市広沢2−1
    理化学研究所 脳科学総合研究センター
    24h 7/7
    048-462-1111 内線7861
  • Bibliography 経歴

    博士(理学)坂内 博子  

    Education

    1995-2000

    東京大学大学院 理学系研究科 生命科学専攻 修了

    博士(理学): March 29th, 2000; 修士(理学): March 28th, 1997.

     

    1991-1995

    東京大学 理学部 生物学科 動物学教室 卒業

    学士(理学): March 28th, 1995

    Research

    2016 April –

    理化学研究所 脳科学総合研究センター 発生神経生物研究チーム

    JST 「統合1細胞解析のための革新的技術基盤」

      さきがけ専任研究者 /理化学研究所 客員研究員

     

    2013 April –2015 March

    名古屋大学大学院 理学研究科 生命理学専攻

      特任講師

      さきがけ研究者(兼任)2015 October – 2016 March

     

    2007 April –2013 March

    理化学研究所 脳科学総合研究センター 発生神経生物研究チーム

      学振特別研究員(RPD) 2012 April –2013 March

      研究員 2010 April –2012 March

      基礎科学特別研究員 2010 April –2012 March

     

     

    2005 April -2007 March

    Ecole Normale Supérieure Paris(パリ高等師範学校), France

    Biologie Cellulaire de la Synapse N & P, INSERM U789

    Supervisor: Dr Antoine TRILLER

      Postdoctoral Fellow

      フランス政府給費留学生

      学振特別研究員(PD)

     

    2000 April -2005 March

    理化学研究所 脳科学総合研究センター 発生神経生物研究チーム

      研究員

    Teaching

    2013-2015

    生理学I (名古屋大学 理学部生命理学専攻 3年生)

      (14回講義中1-2回担当、日本語)

     

    2014-2015

    基礎生物学演習II (名古屋大学 理学部生命理学専攻 2年生)

      (14回講義中6-7回担当、日本語)

     

    2013-2014

    生物学実習(名古屋大学 理学部生命理学専攻 2年生)

      (日本語2週間、英語1週間)

     

    2013-2014

    生物学実習(名古屋大学 理学部 1年生)

      (1日、日本語・英語)

    Awards

    2013

    日本神経科学学会奨励賞

     

    2010

    理研基礎科学特別研究員 ポスター賞

     

    2008

    第4回 日本生物物理学会若手奨励賞