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Visualization of interglial signal transduction

Planned Research

Project AreaGlia decoding: deciphering information critical for brain-body interactions
Project/Area Number 20H05898
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

松田 道行  京都大学, 生命科学研究科, 研究員 (10199812)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 隅山 健太  名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (00370114)
寺井 健太  徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 教授 (20616073)
幸長 弘子  兵庫県立大学, 理学研究科, 准教授 (30729207)
山平 真也  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (70750652)
Project Period (FY) 2020-11-19 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥100,100,000 (Direct Cost: ¥77,000,000、Indirect Cost: ¥23,100,000)
Fiscal Year 2024: ¥21,580,000 (Direct Cost: ¥16,600,000、Indirect Cost: ¥4,980,000)
Fiscal Year 2023: ¥21,840,000 (Direct Cost: ¥16,800,000、Indirect Cost: ¥5,040,000)
Fiscal Year 2022: ¥20,670,000 (Direct Cost: ¥15,900,000、Indirect Cost: ¥4,770,000)
Fiscal Year 2021: ¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2020: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
Keywords上皮細胞増殖因子 / FRETバイオセンサー / ERKマップキナーゼ / 細胞集団運 / グリア / 多光子顕微鏡 / 近赤外蛍光タンパク質 / 蛍光イメージング / フィコシアノビリン / マウス生体イメージング / ERK MAPキナーゼ / 細胞間情報伝達 / ERK / マップキナーゼ / 蛍光タンパク質 / FRET / バイオセンサー
Outline of Research at the Start

本領域のA01班は、脳内の複数の機能要素(神経回路、グリア、血管など)の統合メカニズムを探索し、A02, A03班で実施される末梢臓器や全身レベルでの応答と関連付けることで領域全体の推進と当該学問分野の変革を目指す。本計画研究はグリア細胞間、グリアと神経、グリアと血管など、グリアを中心とするさまざまな細胞間コミュニケーションを可視化する技術の開発と提供を担う。特に、神経回路活動のような速い情報処理(ミリ秒~分)ではなく、代謝環境変化に代表される遅い情報処理(分~日)を担う分子の時空間活性変化を可視化する技術を確立し、他の計画班と協力してグリアが脳機能を制御するメカニズムをデコーディングする。

Outline of Annual Research Achievements

2021年度に開発したCre依存性にPhycocyanobilin (PCB)を発現するトランスジェニックマウスを用いてiRFPによる深部イメージングの研究を継続した。まず、Cre依存性PCB発現マウスのバッククロスを継続するとともに数を増やして実験に供与した。Cre遺伝子の導入およびiRFP遺伝子の導入はAAVを用いた。CMVプロモータによりすべての細胞にPCBを誘導する系、CaMKIIプロモータにより神経特異的にPCBを発現させる系を確立した。ここに、CMVプロモータ下にiRFPを発現するAAVを使うこと、すべての細胞あるいは神経細胞特異的にiRFPを発現する系を作った。さらに、PCBに対する親和性を高めるためにiRFPV256C変異体を作成した。これにより、従来のiRFPより10倍明るくすることに成功した。さらに、レンズや光学系の調整を行うことで、前頭前野においては2 mmの深さまで観察することに成功した。従来の方法では1.5 mmが限界とされていたので、それを大きく上回る成果である。海馬領域においても、従来はCA1までが限界とされていたが、それを越えて歯状回まで観察できた。さらに、近赤外蛍光タンパク質を使ったカルシウムセンサーNIR-GECO2に変異をいれてPCBに結合するNIR-GECO-HIを作成した。このセンサーは、従来のNIR-GECO2よりも少なくとも10倍以上明るくなっていた。このNIR-GECO-HIをマウス一次体性感覚野に発現させ、刺激依存性のカルシウム上昇を検出することに成功した。一方、ERKのFRETバイオセンサーを発現するマウスのイメージングを行い、一次体性感覚野において同期してERK活性が上昇する細胞があることを見出した。今後、その細胞種の同定、さらには意義について明らかにしていく。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

マウスを増やすのに時間を要したこと、AAVを使った実験系に変更したことなどから、予定より研究が遅れている。

Strategy for Future Research Activity

世界最深の脳イメージングに成功したことから、可及的速やかに成果発表をする予定である。また、血液脳関門を透過できるAAVにより研究が加速しつつあり、今後、様々なプロモータを使ってこの技術の有用性を高めていく予定である。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] C-type Natriuretic Peptide-induced PKA Activation Promotes Endochondral Bone Formation in Hypertrophic Chondrocytes2022

    • Author(s)
      Keisho Hirota, Tsuyoshi Hirashima, Kazuki Horikawa, Akihiro Yasoda, Michiyuki Matsuda
    • Journal Title

      Endocrinology

      Volume: 163(3) Issue: 3 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1210/endocr/bqac005

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A feedback loop between lamellipodial extension and HGF-ERK signaling specifies leader cells during collective cell migration2022

    • Author(s)
      Hino Naoya、Matsuda Kimiya、Jikko Yuya、Maryu Gembu、Sakai Katsuya、Imamura Ryu、Tsukiji Shinya、Aoki Kazuhiro、Terai Kenta、Hirashima Tsuyoshi、Trepat Xavier、Matsuda Michiyuki
    • Journal Title

      Developmental Cell

      Volume: 57 Issue: 19 Pages: 2290-2304

    • DOI

      10.1016/j.devcel.2022.09.003

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Two‐photon AMPK and ATP imaging reveals the bias between rods and cones in glycolysis utility2021

    • Author(s)
      He Jiazhou、Yamamoto Masamichi、Sumiyama Kenta、Konagaya Yumi、Terai Kenta、Matsuda Michiyuki、Sato Shinya
    • Journal Title

      The FASEB Journal

      Volume: 35 Issue: 9

    • DOI

      10.1096/fj.202101121r

    • Related Report
      2021 Annual Research Report 2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Redundant roles of EGFR ligands in the ERK activation waves during collective cell migration2021

    • Author(s)
      Shuhao Lin, Daiki Hirayama, Gembu Maryu, Kimiya Matsuda, Naoya Hino, Eriko Deguchi, Kazuhiro Aoki, Ryo Iwamoto, Kenta Terai, Michiyuki Matsuda
    • Journal Title

      Life Science Alliance

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 1-13

    • DOI

      10.26508/lsa.202101206

    • Related Report
      2021 Annual Research Report 2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A Dual Promoter System to Monitor IFN-γ Signaling <i>in vivo</i> at Single-cell Resolution2021

    • Author(s)
      Tanaka Taisei、Konishi Yoshinobu、Ichise Hiroshi、Tsukiji Shinya、Matsuda Michiyuki、Terai Kenta
    • Journal Title

      Cell Structure and Function

      Volume: 46 Issue: 2 Pages: 103-111

    • DOI

      10.1247/csf.21052

    • NAID

      130008131966

    • ISSN
      0386-7196, 1347-3700
    • Related Report
      2021 Annual Research Report 2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] FRETバイオセンサーと蛍光寿命顕微鏡2021

    • Author(s)
      松田道行
    • Organizer
      LEICA Webセミナー
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 「実写版」はたらく細胞2021

    • Author(s)
      松田道行
    • Organizer
      第12回形態科学シンポジウム:生命科学の魅力を語る高校生のための集い ?分子と細胞を観る楽しさ?
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 生体イメージングを用いた腫瘍細胞内カルシウムシグナルによる微小環境形成機構の解析2021

    • Author(s)
      寺井健太,小西義延,松田道行
    • Organizer
      42回炎症再生医学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 肺転移がん細胞におけるNecl-5の欠損は免疫回避の一因である2021

    • Author(s)
      塚本 祥子,一瀬 大志,寺井 健太,松田 道行
    • Organizer
      第73回 日本細胞生物学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] MDCK細胞の集団遊走および増殖におけるErbBファミリー受容体の機能の重畳性2021

    • Author(s)
      松田樹生也,平山大記,林 抒豪,真流玄武,青木一洋,寺井健太,日野直也,松田道行
    • Organizer
      第73回日本細胞生物学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] MDCK細胞に発現するEGFRリガンドの分子特徴的な細胞外動態2021

    • Author(s)
      出口英梨子、林 抒豪、岩本亮、寺井健太、松田道行
    • Organizer
      第73回日本細胞生物学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Intercellular communication during collective cell migration2021

    • Author(s)
      Michiyuki Matsuda
    • Organizer
      2021 INSIDE (Insights in Signaling Dynamics and Encoding)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 腸上皮における細胞増殖シグナルの動態とその生理的意義2021

    • Author(s)
      今城 正道,牟田 優,松田 道行
    • Organizer
      文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究(研究領域提案型)細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御 第3回公開シンポジウム「1細胞統合解析を駆使した組織内ダイバーシティー解明への挑戦」,
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 二光子顕微鏡によるマウス単離網膜での一細胞キナーゼ活性測定2021

    • Author(s)
      佐藤慎哉,松田道行
    • Organizer
      第89回日本動物学会札幌大会(中止)→東京大学での代替行事
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2020-11-24   Modified: 2024-12-25  

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