脳脊髄液圧依存的な組織伸展と神経幹細胞への圧縮刺激による神経発生の調節機構の解明

Planned Research

Project Area	Pressio neuro-brain science: principle for brain function development through compressive stresses under physiological or pathological condition
Project/Area Number	21H05126
Research Category	Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Transformative Research Areas, Section (III)
Research Institution	Kindai University (2022) Kyoto University (2021)
Principal Investigator	中澤直高近畿大学, 理工学部, 講師 (90800780)
Project Period (FY)	2021-08-23 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥32,760,000 (Direct Cost: ¥25,200,000、Indirect Cost: ¥7,560,000) Fiscal Year 2023: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000) Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000) Fiscal Year 2021: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Keywords	神経発生 / メカノバイオロジー / 脳脊髄圧 / 神経幹細胞
Outline of Research at the Start	本研究では、脳の形成過程で宿命的に発生する圧刺激が、神経細胞のもととなる神経幹細胞の正常な分裂・分化にどのように影響するのか、を細胞・組織の観察と微小な伸展デバイスの利用を組み合わせて明らかにする。これによって、領域目標である「脳内の圧刺激による脳機能の基盤形成原理の解明」の達成に神経発生の観点から貢献する。
Outline of Annual Research Achievements	申請者は脳内を遊走するニューロンを用いた研究から、柔軟な細胞核に加わる圧刺激が、細胞核移動やDNA損傷・修復という複数の異なる細胞機能に関与することを見出した。しかしながら、脳内の圧刺激が組織・細胞によってどのように検知され、神経ネットワーク形成の基盤となる神経幹細胞分化や細胞移動に影響するのかは明らかでない。神経幹細胞は、脳脊髄液に満たされた脳室に面した脳室帯に存在するため、脳脊髄液に由来する水圧が圧刺激の要因となることが予想される。そこで本研究では、脳室帯を含む神経上皮組織に着目し、脳発生期における脳内の圧刺激が神経幹細胞分化に影響するかを明らかにする。申請者は、神経上皮組織が脳脊髄液由来の圧力を組織の伸展率に変換することで、圧力の変化として検知している可能性を考えている。この可能性を検証するため、本年度は独自の圧刺激付与デバイスを作製した。さらに、作製したデバイス上で神経上皮組織を培養し、顕微鏡下で上皮細胞の頂端面の動態が観察可能であることを確認した。他方、神経上皮組織内で神経幹細胞は混み合った状態にあり、一般的に未分化な幹細胞がもつ細胞核は特に柔軟であるため、頂端面に平行な方向に起こる対称分裂などにより周辺の神経幹細胞がもつ細胞核は大きな圧刺激を受けると予想される。本年度は、細胞核に加わる圧縮力を定量するためのセンサーを森松班と共同で作製した。具体的には細胞核膜に局在する分子群をターゲットとし、培養細胞中でこれらが正常に細胞核に局在しうることを確かめた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 新型コロナウィルスによる感染症拡大によって大学での研究活動に一部支障が出た上、半導体不足などによる機材調達の遅延から、予定通り進めることができなかった実験があったがおおむね順調に進展している。主に、1)独自の圧刺激付与デバイスを作製し、デバイス上の組織・細胞の動態が観察可能であることを確認した。 2)細胞核膜に局在する分子群をターゲットとした圧縮力センサーの作製を森松班と共同で開始し、培養細胞中で正常に局在しうることを確かめた。の2点について進展した。
Strategy for Future Research Activity	本年度は、ライブイメージング観察に必要な顕微鏡をセットアップし、細胞核の圧縮力センサーを発現させた神経幹細胞・神経組織をデバイス上で観察し、外環境からの圧刺激と細胞核に加わる圧縮力の大きさを定量する。さらに、それぞれのパラメーターを変化させることで、外環境からの圧刺激と細胞核に加わる圧縮力が神経幹細胞・神経組織の形態、特に細胞頂端面の形状変化にどのような影響を与えるのかを検証する。