| Project/Area Number |
22K06841
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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 48020:Physiology-related
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
竹内 綾子 福井大学, 学術研究院医学系部門, 准教授 (00378704)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | ミトコンドリア / カルシウム / トランスポータ |
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| Outline of Research at the Start |
ミトコンドリア内Ca2+はダイナミックに変動しており、細胞のエネルギー源であるATPの産生を調節するとともに、細胞の様々な生理機能を調節する。研究代表者は、脳のミトコンドリアに未同定のCa2+輸送機転が存在することを見出した。本研究では、細胞・オルガネラ生理学実験と数理モデル解析を組み合わせることによって、この新しいミトコンドリアCa2+輸送機転が、神経細胞の生理機能発現にどう関わるかを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までの解析から、心臓にはなく脳に存在するミトコンドリアCa2+輸送システムがNa+ならびにK+感受性であることを見出した。しかし、K+感受性蛍光色素を用いた単離ミトコンドリア実験では、輸送に伴うK+の移動を検出することが困難であった。そこで本年度は、Na+、K+、Ca2+の輸送に関わる分子Aならびに、脳ミトコンドリアでの発現が確認された分子AのスプライシングバリアントA’について、培養細胞発現系を用いて電気生理学実験を行った。まず、HEK293細胞およびHeLa細胞への一過性発現による機能評価系を構築した。タグ付加によるアーチファクトを避けるために、T2A（自己切断ペプチド）-mCherry配列をもつベクターに組み換えたコンストラクトを作成した。whole cell patch clamp実験によって、分子AおよびそのスプライシングバリアントA’電流を検出し、起電性であることを確認した。しかし、いずれも極めて電流が小さいため、ピペット内・外液組成の最適化が必要である。現在検討を進めている。
詳細な心筋ミトコンドリア代謝数理モデルをヒト型心筋細胞数理モデルと統合し、運動時における心臓機能ダイナミクスシミュレーションに成功した。MitoCara3.0データベースをもとに前年度までに抽出した脳に特徴的な膜タンパク質群発現パターンにあわせて、心筋様ミトコンドリアモデルから脳様ミトコンドリアモデルへの改変を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
脳に特徴的なミトコンドリアCa2+輸送特性について、培養細胞を用いた電気生理学実験によって電流を検出できた。また、脳に特徴的なミトコンドリア機能の数理モデル化に着手したことからおおむね順調に研究が進展していた。しかし令和6年11月に、次年度4月の福井大学から岡山大学への異動が決まり、異動準備のために研究を中断せざるを得なかった。したがって、研究の延長手続きを行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和7年度は、令和6年度に引き続き脳に特徴的なミトコンドリアCa2+輸送特性について電気生理学実験を行い、詳細な生物物理学的特性を明らかにする。
脳に特徴的に発現する膜タンパク質群の発現パターン－機能連関の情報を代謝数理モデル、およびCa2+輸送数理モデルに還元し、精緻な包括的神経細胞数理モデルを完成させる。本モデル解析と培養細胞を用いたミトコンドリアCa2+輸送特性－神経細胞機能連関解析とを組み合わせ、モデル予測－実験検証を反復することによって、ミトコンドリアCa2+動態を起点とした新たな神経細胞機能制御の分子機序を明らかにする。
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