新規蛍光法による神経活動依存的グルコース供給の解析

• Project/Area Number: 20019003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 山田 勝也 Hirosaki University, 大学院・医学研究科, 准教授 (40241666)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥5,000,000 (Direct Cost: ¥5,000,000); Fiscal Year 2009: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2008: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
• Keywords: グルコース / 脳 / 神経細胞

Research Abstract

脳はその活動のエネルギー源を、血中から取り込んだグルコースに専ら依存しているが、脳の細胞にグルコースがどのように取り込まれ利用されるかについては不明の点が多い。代表者らは、活動する神経細胞におけるグルコース輸送のダイナミズムを細胞レベルで明らかにしていく為、まず蛍光標識したD-グルコース誘導体2-NBDGがグルコーストランスポーター(GLUT)を介して、生きた単一哺乳動物細胞内に取り込まれることを報告し、グルコースプローブとしての有用性を示した。しかし2-NBDGはGLUTに結合解離し、GLUTを通過して進入し、細胞内で酵素によりリン酸化されるのみならず、もしリン酸化されなければ再び流出する他、ギャップ結合を介した細胞間移動もおきる。更に消光・分解や、細胞膜への非特異的吸着の程度も正しく評価する必要があり、真の取り込みをどのように定量化するかが課題となっていた。そこで対照として細胞が利用できないL型の蛍光グルコース誘導体2-NBDLGを新規開発し、2-NBDGあるいは2-NBDLGを神経細胞にbath投与、もしくはパッチクランプ電極から投与しながら共焦点顕微鏡でリアルタイムに計測する方法を開発した。それにより2-NBDGの細胞膜への非特異吸着や、短時間の光照射による退色や分解は非常に小さいことなどが定量的に評価可能となった。また更に2-NBDGと異なる赤色の蛍光を有するL型グルコース誘導体2-TRLGを合成し、2-NBDGと2-TRLGを同時に使用して特定波長範囲における両者の比を用いることで、パッチクランプしている細胞から自発発火を記録しながら、2-NBDGが細胞内に取り込まれる際の蛍光強度の増加を定量的に表す方法を開発した。これにより神経活動とグルコース取り込みの同時計測が可能となった(山田他、特許願2009-185010;山田他、PCT/JP2009/064053)。

Research Products

• [Journal Article] 大脳基底核におけるグルコース代謝 (2009)
  • Author(s): 山田勝也
  • Journal Title: Brain and Nerve 61 Pages: 381-388
• [Journal Article] Synthesis of 2-NBDLG a fluorescent derivative of L-glucosamine ; the antipode of D-glucose tracer 2-NBDG (2008)
  • Author(s): T. Yamamoto, et.al.
  • Journal Title: Tetrahedron Lett 49 Pages: 6876-6878
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 脳とブドウ糖〜蛍光分子を用いたグルコース輸送研究の新展開 (2008)
  • Author(s): 山田勝也
  • Journal Title: Priming BioMedicine 3 Pages: 13-24
  • NAID: 40016313841
• [Presentation] 高頻度発火単一神経細胞におけるブドウ糖供給のリアルタイムイメージング (2009)
  • Author(s): 山田勝也
  • Organizer: 第21回日本脳循環代謝学会総会
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター(大阪府)
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] 蛍光標識グルコースを用いた単一脳細胞におけるグルコース輸送の研究 (2009)
  • Author(s): 長友克広、菅世智子、山本敏弘、渡邉誠二、越後瑠夏、西内祐二、豊島正、松岡英明、山田勝也
  • Organizer: 第42回東北生理談話会
  • Place of Presentation: 岩手医科大学付属病院循環器医療センター(岩手県)
  • Year and Date: 2009-10-17
• [Presentation] ラット中脳黒質網様部における神経終末間ギャップ結合の存在 (2009)
  • Author(s): 渡邉菜の子、山田勝也、菅世智子、山田美鈴、山本欣郎
  • Organizer: 第148回日本獣医学会学術集会
  • Place of Presentation: とりぎん文化会館(鳥取県)
  • Year and Date: 2009-09-25
• [Presentation] Imaging uptake of extracellular glucose into nerve cells (2009)
  • Author(s): 山田勝也
  • Organizer: The 32nd Annual Meeting the Japan Neuroscience Society(第32回日本神経科学大会)
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知県)
  • Year and Date: 2009-09-18
• [Presentation] Evaluation of 2-NBDLG, the antipode of D-glucose tracer 2-NBDG, in SNr GABAergic neurons (2009)
  • Author(s): Nagatomo K., Suga S., Watanabe S., Echigo R., Yamamoto T., Nishiuchi Y., Teshima T., Yamada K.
  • Organizer: The 32nd Annual Meeting the Japan Neuroscience Society(第32回日本神経科学大会)
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知県)
  • Year and Date: 2009-09-18
• [Presentation] Gliotransmitter release in response to dopamine (2009)
  • Author(s): 山田勝也
  • Organizer: Satellite Symposium of the 32nd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society, The Basal Ganglia in Health & Disease
  • Place of Presentation: Okazaki Confarence Center(Aichi)
  • Year and Date: 2009-09-14
• [Presentation] 蛍光グルコース誘導体による単一細胞グルコース輸送の可視化 (2009)
  • Author(s): 山田勝也
  • Organizer: 第13回酸素ダイナミクス研究会
  • Place of Presentation: 島津製作所東京本社(東京都)
  • Year and Date: 2009-09-12
• [Presentation] 蛍光グルコース誘導体を用いたグルコース輸送の可視化 (2009)
  • Author(s): 山田勝也, 他
  • Organizer: 第29回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 飛騨世界生活文化センター(岐阜県)
  • Year and Date: 2009-09-11
• [Presentation] 蛍光グルコーストレーサー2-NBDGの対掌体である2-NBDLGとその誘導体の合成 (2009)
  • Author(s): 山本敏弘、田中伸一、西内祐二、豊島正、長友克広、越後瑠夏、渡邉誠二、菅世智子、水野靖紀、重富知也、舟橋久景、斉藤美佳子、松岡英明、山田勝也
  • Organizer: 第29回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 飛騨世界生活文化センター(岐阜県)
  • Year and Date: 2009-09-10
• [Presentation] Imaging stereospecific uptake of glucose using fluorescent D- and L-glucose analogues (2009)
  • Author(s): 山田勝也, et al.
  • Organizer: IUPS 2009
  • Place of Presentation: Kokuritsu Kyoto Kokusai Kaikan, Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2009-07-28
• [Presentation] Cellular Imaging of Metabolic Communications (2009)
  • Author(s): 山田勝也
  • Organizer: XXIVth International Symposium on Cerebral Blood Flow, Metabolism and function & IXth International Conference on Quantification of Brain Function with PET
  • Place of Presentation: Chicago, IL, USA
  • Year and Date: 2009-06-29
• [Presentation] 新生マウスの心電図記録およびピエゾ素子(PZT)センサーによる心拍動および呼吸活動の非侵襲的記録 (2009)
  • Author(s): 佐藤紳一、山田勝也、稲垣暢也、尾野恭一
  • Organizer: 第56回日本実験動物学会総会
  • Place of Presentation: 大宮ソニックシティ(埼玉県)
  • Year and Date: 2009-05-15
• [Presentation] 脳とブドウ糖の関係を解き明かす夢に (2008)
  • Author(s): 山田勝也
  • Organizer: 第14回遺伝子実験施設シンポジウム
  • Place of Presentation: 青森県弘前市弘前大学
  • Year and Date: 2008-11-21
• [Presentation] 蛍光法によるグルコース輸送研究の新たな展開 (2008)
  • Author(s): 山田勝也
  • Organizer: 第41回東北生理談話会
  • Place of Presentation: 青森県弘前市弘前大学医学部コミュニケーションセンター
  • Year and Date: 2008-10-18
• [Presentation] 中脳黒質の酸素・ブドウ糖感知能と神経・グリア情報伝達ならびに歩行・筋緊張・咀嚼制御 (2008)
  • Author(s): 山田勝也
  • Organizer: 第98回神経内科勉強会
  • Place of Presentation: 秋田県秋田脳血管研究センター講堂
  • Year and Date: 2008-09-04
• [Presentation] Imaging glucose uptake into single, living mammalian cells (2008)
  • Author(s): K. Yamada
  • Organizer: NIPS-JST国際ワークショップ-Fromphotontomind-
  • Place of Presentation: 愛知県岡崎市岡崎カンファレンスセンター
• [Presentation] 大脳皮質細動脈の可視化と神経活動依存的皮質血流調節の研究戦略 (2008)
  • Author(s): 山田勝也, 他
  • Organizer: 第50回日本平滑筋学会
  • Place of Presentation: 青森県弘前市ホテルニューキャッスル
• [Presentation] 高純度蛍光指示グルコース誘導体2-NBDGのニューロンへの適用 (2008)
  • Author(s): 山田勝也, 他
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京都東京国際フォーラム
• [Presentation] A tight spatio-temporal coupling of cortical thin penetrating arterioles and neuronal activity-dependent local cerebral blood flow increase (2008)
  • Author(s): K. Yamada, et.al.
  • Organizer: The 36th Annual Conference International Society on Oxygen Transport to Tissue
  • Place of Presentation: 北海道札幌市札幌プリンスホテル
• [Presentation] 中脳黒質におけるグリシン作動性システムの形態学的基盤 (2008)
  • Author(s): 山本欣郎, 他
  • Organizer: 日本獣医解剖学会
  • Place of Presentation: 宮崎県宮崎大学
• [Presentation] 蛍光グルコースとメタボリックウェーブ (2008)
  • Author(s): 山田勝也
  • Organizer: バイオ分子センサー連携研究プロジェクトレクチャーコース
  • Place of Presentation: 愛知県岡崎市自然科学研究機構コンファレンスセンター講堂
• [Presentation] 蛍光グルコース : グルコース輸送研究の有望なツールとして (2008)
  • Author(s): 山田勝也
  • Organizer: トランスポーターワークショップin鶴岡
  • Place of Presentation: 山形県鶴岡市慶応義塾大学先端生命科学研究所センター棟隣接東北公益文科大学院ホール
• [Presentation] A new method for imaging glucose transport in live cells (2008)
  • Author(s): K. Yamada
  • Organizer: 弘前国際医学フォーラム第11回学術集会
  • Place of Presentation: 青森県弘前大学医学部コミュニケーションセンター
• [Presentation] Neocortical thin arteriogenesis and activity-dependent cerebral blood flow increase (2008)
  • Author(s): K. Yamada
  • Organizer: 弘前国際医学フォーラム第11回学術集会サテライトワークショップ
  • Place of Presentation: 青森県ナクア白神ホテル&リゾート
• [Book] からだと酸素の事典 (2009)
  • Author(s): 山田勝也
  • Publisher: 朝倉書店
• [Remarks]
  • URL: http://www.med.hirosaki-u.ac.jp/~physiol/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.med.hirosaki-u.ac.jp/~physiol/index.Html
• [Patent(Industrial Property Rights)] D-グルコースの細胞内への特異的な取り込みを評価するための方法 (2009)
  • Inventor(s): 山田勝也、豊島正、山本敏弘、松岡英明
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人弘前大学、(株)ペプチド研究所、東京農工大学
  • Industrial Property Number: 2008-205708
  • Filing Date: 2009-08-07
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] D-グルコースの細胞内への特異的な取り込みを評価するための方法 (2009)
  • Inventor(s): 山田勝也、豊島正、山本敏弘、松岡英明
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人弘前大学、(株)ペプチド研究所、東京農工大学
  • Industrial Property Number: 2009-185010
  • Filing Date: 2009-08-07
• [Patent(Industrial Property Rights)] D-グルコースの細胞内への特異的な取り込みを評価するための方法 (2008)
  • Inventor(s): 山田勝也、豊島正、山本敏弘、松岡英明
  • Industrial Property Rights Holder: 山田勝也、豊島正、山本敏弘、松岡英明
  • Industrial Property Number: 2008-205708
  • Filing Date: 2008-08-08