| Project/Area Number |
21K06391
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
繁冨 英治 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (00631061)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | ミクログリア / ATP / アデノシン / フィードバック抑制 / 海馬 / イメージング / CD39 / グルタミン酸 / アストロサイト / カルシウムシグナル |
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| Outline of Research at the Start |
脳機能には興奮－抑制の適切なバランス制御が必須であり、脳疾患の多くでそのバランスが破綻する。興奮－抑制バランス制御にはグリア細胞及び細胞外ATP/アデノシンの重要性が指摘されているが、その実態は不明なままである。この実態解明のために、一細胞レベルでの高い分解能による細胞外ATP/アデノシンの時空間情報を可視化する先端的イメージング技術を開発して、ニューロンーグリア機能連関の時空間解析を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
正常な神経活動には興奮－抑制の適切なバランス制御が必須である。その制御メカニズムの1つのフィードバック抑制にはグリア細胞を介したATP/アデノシンシグナリングの寄与が指摘されているものの、その実態は不明である。この実態解明のため、高解像度による細胞外ATP/アデノシンの時空間情報を新規ATPおよびアデノシン蛍光センサーを用いて解析した。急性海馬スライス標本を用いて持続的な電気刺激によって誘発される細胞外ATP/アデノシンの時空間変化を可視化した。昨年度までの実験により、電気刺激誘発のATP/アデノシン増加はともに活動電位依存的であり、アデノシン増加にはグルタミン酸受容体活性化が必要であることを示してきた。すなわち、細胞外ATP及びアデノシンは異なるメカニズムで増加し、それぞれプレシナプス側及びポストシナプス側由来であることが示唆された。細胞外ATPはCD39によって代謝されADP, AMPと変換されEcto-5’nucletotidaseにより代謝されアデノシンとなると一般的に考えられている。しかし、CD39阻害薬は、神経活動依存的な細胞外ATP及びアデノシンの時空間動態に影響しなかった。CD39は基底レベルでのATP及びアデノシンセンサーの蛍光値を上昇させたことものの、阻害薬を用いた実験結果の単純な解釈が困難であった。そのため、CD39ノックアウトマウスをCRISPR/Cas9によるゲノム編集技術を用いて作出し解析中である。ポストシナプス由来のアデノシン増加にはミクログリアの寄与を見出していたが、このアデノシン増加に関わる遺伝子Xを見出し、その必要性を遺伝子ノックダウンにより検討中である。以上より、高解像度細胞外ATP/アデノシンのイメージング法により、神経活動に依存した細胞外ATP及びアデノシン増加のメカニズムの詳細を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
細胞外ATPおよびアデノシンの時空間特性解析方法を用いて神経活動に依存した細胞外ATP/アデノシンの時空間動態を決定するメカニズムの一端を明らかにしつつある。我々の研究成果は、従来から広く受け入れられている仮説とは異なり、細胞外アデノシンの増加には細胞外ATP増加とは独立したメカニズムを介するものである。ただし、CD39の寄与についてはKOを用いた検証が必要であり、現在鋭意進めている。本年度の研究成果により、ミクログリアを介したアデノシン増加に関わる候補分子も見出された。以上より、おおむね順調に成果が得られたと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
CD39KOを用いた解析及びアデノシン増加に寄与する可能性の高い遺伝子Xの遺伝子ノックダウン実験を早急に進め、神経活動依存的に生じる細胞外ATP/アデノシンの時空間動態を説明する分子メカニズムを明らかにする。CD39KOを用いた解析は、ATPセンサー及びアデノシンセンサーを用いた解析を実施し、神経活動依存的なアデノシン増加にCD39が寄与するかを明らかにする。遺伝子Ｘのノックダウン実験は、培養ミクログリア様細胞及びin vivoでの検証を行い、遺伝子Xが神経活動依存的なアデノシン増加に寄与するかを明らかにする。
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