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脳マスト細胞およびミクログリア同時イメージングによるミクログリア活性化機構の解明

Research Project

Project/Area Number 22K06445
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
Research InstitutionUniversity of Yamanashi

Principal Investigator

坂井 謙斗  山梨大学, 大学院総合研究部, 特任助教 (30646352)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小泉 修一  山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (10280752)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywordsミクログリア / 脳マスト細胞
Outline of Research at the Start

本研究の目的は「末梢炎症反応に脳内マスト細胞が応答し、ミクログリアが活性化される」という仮説を in vivo イメージングにより証明することである。
2 光子顕微鏡を用いた脳内マスト細胞-ミクログリア in vivo 同時イメージング法を開発し、両細胞の解剖学的および機能的解析を行う。両細胞間の相互作用は、それぞれの細胞を薬理学的および分子生物学的に制御することで明らかにする。本研究により「脳内マスト細胞ミクログリア連関」という脳疾患早期の新たな分子病態の解明が期待できる。

Outline of Annual Research Achievements

申請者の研究グループは、慢性疼痛およびてんかんなどの病態マウスモデルにおいて、環境変化に敏感なミクログリアが早期に活性化し、それがアストロサイトに伝わることで疾患が進展することを報告してきた。しかし、ミクログリアがどのように環境変化を察知しているのかは不明な点が多い。最近、免疫細胞マスト細胞が脳内にも存在し、脳内外の炎症早期に early responder として反応し、これをミクログリアに伝えることで、脳内炎症のトリガーとなる可能性が示唆された。そこで本研究では「末梢炎症反応に脳内マスト細胞が応答し、ミクログリアが活性化される」という仮説に基づき、これを in vivo イメージングを中心に様々なイメージング手法を用いて証明する。
初年度に作製した、マスト細胞およびミクログリア両細胞を遺伝的に可視化できるマウスの脳を、脳透明化技術およびライトシート顕微鏡を用いて、3D画像解析を行ったところ、脳の特定領域にマスト細胞が局在していることを見出した。また in situ 実験を用いて、マスト細胞の機能を薬理学的に調節したところ、ミクログリアのプロセスが反応していることを観察した。本結果は、脳内マスト細胞がミクログリアに影響を与えている可能性を示唆する。今後は、構築したin vivo ライブイメージング法を用いて、両細胞の解剖学的および機能的解析を行っていく。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

初年度、マスト細胞にtdTomatoを遺伝的に発現するマウスを作製し、マスト細胞の可視化に成功した。さらにこれをミクログリアの可視化が可能なCX3CR1-GFPマウスと掛け合わせることで、マスト細胞およびミクログリア両細胞の可視化が可能となった。本マウスを用いて、下記の種々のイメージング解析を行った。
脳の透明化・3D解析:脳の透明化技術およびライトシート顕微鏡を用いて、脳マスト細胞の局在を調べた。既報の通り、脳内マスト細胞は海馬、視床、視床下部に局在していることを観察した。加えて、脳の特定の領域選択的に局在していることも見出した。
In situ実験:マウス脳スライスを用いて、マスト細胞の機能を薬理学的に調節したところ、ミクログリアのプロセスが反応していることを観察した。脳内マスト細胞がミクログリアに影響を与えている可能性を指示するデータが得られた。
In vivo ライブイメージング:マウスの頭蓋骨に cranial windowを作製し、2 光子顕微鏡を用いた in vivo ライブイメージング法を導入した。

Strategy for Future Research Activity

導入した in vivo ライブイメージング法を用いて、脳内マスト細胞およびミクログリアの同時イメージングを行い両細胞の解剖学的および機能的解析を行っていく。またscRNAseqなどの遺伝子解析も検討しており、脳内マスト細胞の単離方法などを確立する予定である。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2024 2023

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

  • [Journal Article] Extracellular ATP/adenosine dynamics in the brain and its role in health and disease2024

    • Author(s)
      Shigetomi Eiji、Sakai Kent、Koizumi Schuichi
    • Journal Title

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      Volume: 11

    • DOI

      10.3389/fcell.2023.1343653

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Severity of Peripheral Infection Differentially Affects Brain Functions in Mice via Microglia-Dependent and -Independent Mechanisms2023

    • Author(s)
      Le Yen-Phung、Saito Kozo、Parajuli Bijay、Sakai Kent、Kubota Yuto、Miyakawa Miho、Shinozaki Youichi、Shigetomi Eiji、Koizumi Schuichi
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 24 Issue: 24 Pages: 17597-17597

    • DOI

      10.3390/ijms242417597

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Microglia sense astrocyte dysfunction and prevent disease progression in an Alexander disease model2023

    • Author(s)
      Saito Kozo、Shigetomi Eiji、Shinozaki Youichi、Kobayashi Kenji、Parajuli Bijay、Kubota Yuto、Sakai Kent、Miyakawa Miho、Horiuchi Hiroshi、Nabekura Junichi、Koizumi Schuichi
    • Journal Title

      Brain

      Volume: 147 Issue: 2 Pages: 698-716

    • DOI

      10.1093/brain/awad358

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 脳内マスト細胞の可視化・局在解析2023

    • Author(s)
      坂井謙斗
    • Organizer
      学術変革領域研究(A)第 6 回グリアデコード領域会議
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 神経活動依存的なミクログリアのアデノシン放出2023

    • Author(s)
      坂井謙斗 繁冨英治 小泉修一
    • Organizer
      第97回 日本薬理学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Microglia increase extracellular adenosine via two distinct mechanisms, degradation of extracellular ATP and adenosine release direct2023

    • Author(s)
      Kent Sakai, Eiji Shigetomi, Schuichi Koizumi
    • Organizer
      General Information for the 50th Naito Conference on Glia World - Glial Cells Governing Brain Functions
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Microglia release adenosine directly under the regulation of postsynaptic neurons.2023

    • Author(s)
      Kent Sakai, Eiji Shigetomi, Schuichi Koizum
    • Organizer
      Cold Spring Harbor Asia, NOVEL INSIGHTS INTO GLIA FUNCTION & DYSFUNCTION 2023年4月
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Microglia release adenosine in a neuronal activity-dependent fashion.2023

    • Author(s)
      Kent Sakai, Eiji Shigetomi, Schuichi Koizumi
    • Organizer
      グリア研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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