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Physiological significance of brain oxygen levels and their regulatory mechanisms in higher brain functions

Research Project

Project/Area Number 21K15208
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 46030:Function of nervous system-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Nakao Akito  京都大学, 工学研究科, 助教 (30748926)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords低酸素 / イオンチャネル / 酸素センシング / 酸素 / 生体イメージング / 神経系 / 低酸素環境
Outline of Research at the Start

酸素は好気性生物の生存に必須である。諸器官の中でも、特に酸素消費量が高い脳においては細胞の置かれる酸素環境が重要となる。しかし、覚醒している動物の脳内における細胞内酸素濃度の可視化に血中以外で成功した研究はなく、それを司る制御機構も未だ活発な論争の的である。また、虚血などの病的な低酸素状態以外の生理的な酸素濃度変動の生物学的意義は、脳高次機能の文脈において特に未解明である。本研究では、体性感覚認知の際に活動する皮質領域内の酸素濃度変動及びその制御機構の生理的意義を追究する。本研究を端緒とし、細胞のエネルギー代謝を考慮した新しい脳高次機能研究を開拓する。

Outline of Final Research Achievements

Oxygen sensing within the body is essential for the survival of aerobic organisms, including humans. While the supply of oxygen to the brain is considered particularly important, the impacts of physiological hypoxia induced by brain activity have not been elucidated. Based on the unique molecular mechanism involving the TRPA1 cation channel protein, this study revealed a part of the physiological significance of fluctuations in brain oxygen levels and their regulatory mechanisms in higher brain functions.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、脳における穏やかな低酸素に着目しており、既存の酸素研究に新たな視点を提供する。また、比較的早いタイムスケールの酸素センシングの分子実体に迫ることにより、高頻度にみられる睡眠時無呼吸症候群や高山病などの低酸素が関与する疾患の発症・病態に関する新しい分子生物学的な知見が得られ、将来的に新たな創薬のターゲットを提示できる可能性を有する。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 4 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] An Optochemical Oxygen Scavenger Enabling Spatiotemporal Control of Hypoxia2023

    • Author(s)
      Ieda Naoya、Sawada Masato、Oguchi Runa、Itoh Masato、Hirakata Seina、Saitoh Daisuke、Nakao Akito、Kawaguchi Mitsuyasu、Sawamoto Kazunobu、Yoshihara Toshitada、Mori Yasuo、Nakagawa Hidehiko
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 62 Issue: 20

    • DOI

      10.1002/anie.202217585

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Multiple types of navigational information are independently encoded in the population activities of the dentate gyrus neurons2022

    • Author(s)
      Murano Tomoyuki、Nakajima Ryuichi、Nakao Akito、Hirata Nao、Amemori Satoko、Murakami Akira、Kamitani Yukiyasu、Yamamoto Jun、Miyakawa Tsuyoshi
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 119 Issue: 32

    • DOI

      10.1073/pnas.2106830119

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Vital but vulnerable: Human TRPV6 is a trade-off of powerful Ca2+ uptake and susceptibility to epithelial barrier dysfunction2022

    • Author(s)
      Mori Yasuo、Omori Mizuki、Nakao Akito
    • Journal Title

      Cell Calcium

      Volume: 107 Pages: 102652-102652

    • DOI

      10.1016/j.ceca.2022.102652

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Voltage-Gated Ca2+ Channels. Lessons from Knockout and Knock-in Mice2022

    • Author(s)
      Striessnig Jorg、Nakao Akito、Mori Yasuo
    • Journal Title

      Voltage-Gated Calcium Channels

      Volume: - Pages: 255-357

    • DOI

      10.1007/978-3-031-08881-0_11

    • ISBN
      9783031088803, 9783031088810
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Hippocampus-related cognitive disorders develop in the absence of epilepsy and ataxia in the heterozygous <i>Cacna1a</i> mutant mice <i>tottering</i>2022

    • Author(s)
      Nakao Akito、Hayashida Katsumi、Ogura Hiroo、Mori Yasuo、Imoto Keiji
    • Journal Title

      Channels

      Volume: 16 Issue: 1 Pages: 113-126

    • DOI

      10.1080/19336950.2022.2072449

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Activation of Astrocytes in the Persistence of Post-hypoxic Respiratory Augmentation2021

    • Author(s)
      Fukushi Isato、Takeda Kotaro、Pokorski Mieczyslaw、Kono Yosuke、Yoshizawa Masashi、Hasebe Yohei、Nakao Akito、Mori Yasuo、Onimaru Hiroshi、Okada Yasumasa
    • Journal Title

      Frontiers in Physiology

      Volume: 12 Pages: 757731-757731

    • DOI

      10.3389/fphys.2021.757731

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] アストロサイトに発現するTRPA1の酸素センサーとしての脳高次機能における役割2024

    • Author(s)
      中尾章人、太田英斗、森泰生
    • Organizer
      第101回日本生理学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamic remodeling of TRPC5-caveolin-1-eNOS complexes regulates the precise signal transfer between Ca2+ and NO2024

    • Author(s)
      Reiko Sakaguchi、Nobuaki Takahashi、Takashi Yoshida、Nozomi Ogawa、Yoshifumi Ueda、Satoshi Hamano、Kaori Yamaguchi、Seishiro Sawamura、Shinichiro Yamamoto、Yuji Hara、Tomoya Kawamoto、Akito Nakao、Masayuki X. Mori、Shunichi Shimizu、Ryuji Inoue、Yasuo Mori
    • Organizer
      第101回日本生理学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] TRPチャネルを介した酸素受容におけるタンパク質修飾の重要性2023

    • Author(s)
      森 泰生、中尾 章人
    • Organizer
      第96回日本生化学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 低酸素感受性チャネルTRPA1の脳高次機能における役割2023

    • Author(s)
      太田英斗、中尾章人、森泰生
    • Organizer
      第46 回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 光応答性酸素スカベンジャーの開発とTRPA1 チャネルの光制御2023

    • Author(s)
      家田直弥、澤田雅人、平形政菜、中尾章人、川口充康、澤本和延、吉原利忠、森泰生、中川秀彦
    • Organizer
      日本酸化ストレス学会東海支部 第11回学術集会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 精神疾患関連分子CaV1.2 チャネルの膜発現解析2023

    • Author(s)
      大森 美ずき、中尾 章人、杉原佑太朗、内田雄太、清中茂樹、森泰生
    • Organizer
      日本生理学会第100回記念大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 光応答性酸素スカベンジャーの開発と低酸素環境の光制御2023

    • Author(s)
      家田直弥、澤田雅人、平形政菜、中尾章人、川口充康、澤本和延、吉原利忠、森泰生、中川秀彦
    • Organizer
      日本薬学会第143 年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] The role of TRPA1 channel in hypoxia sensing2022

    • Author(s)
      Akito Nakao
    • Organizer
      The 15th Oxford Conference on Modelling and Control of Breathing
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 酸素センシングにおけるTRPA1チャネルの普遍的役割2022

    • Author(s)
      森 泰生、中尾 章人、劉 可、高橋 重成
    • Organizer
      第96回日本薬理学会年会/第43回日本臨床薬理学会学術総会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Astrocytes mediate the post-hypoxic persistent respiratory augmentation2021

    • Author(s)
      Isato Fukushi, Kotaro Takeda, Mieczyslaw Pokorski, Yosuke Kono, Masashi Yoshizawa, Yohei Hasebe, Akito Nakao, Yasuo Mori, Hiroshi Onimaru, Yasumasa Okada
    • Organizer
      Experimental Biology 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 頸動脈小体の低酸素応答機構におけるTRPA1の役割2021

    • Author(s)
      川本倫也、中尾章人、Jose Lopez Barneo、森泰生
    • Organizer
      第95回日本薬理学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 電位依存性カルシウムチャネルβ4サブユニットコンディショナルノック アウトマウスの作成及び行動解析2021

    • Author(s)
      林田克海、中尾章人、吉原亨、浅野雅秀、森 泰生
    • Organizer
      第95回日本薬理学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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