光遺伝学とクライオ電子線トモグラフィーを用いた神経細胞極性形成期の細胞骨格研究

• Project/Area Number: 22K20680
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0704:Neuroscience, brain sciences, and related fields
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 吉原 壮悟 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (60963973)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: クライオ電顕 / 細胞骨格 / 光遺伝学 / アクチン / 細胞極性 / Rac1 / クライオ電子線トモグラフィー

Outline of Research at the Start

脳の情報処理機能を司る神経細胞の極性形成には、アクチンおよび微小管からなる細胞骨格ネットワークが重要な役割を担っている。その制御破綻が統合失調症や認知症などの重篤な精神疾患を引き起こしてしまうが、現在の光学顕微鏡的実験系では、極性形成過程を細胞内で観察することは困難であり、その詳細な分子機構の解明はほとんど進んでいない。そこで本研究では、光遺伝学とクライオ電子線トモグラフィー(Cryo-ET)とを組み合わせたタイムラプスCryo-ET法により、細胞骨格ネットワークの超微細構造変化を経時的に捉え、神経細胞の極性形成機序および疾患の発症原因を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

脳の情報処理機能を司る神経細胞の極性形成には、アクチンや微小管などの細胞骨格ネットワークが重要な役割を担っている。しかし、現在の光学顕微鏡的実験系では、極性形成過程を細胞内で観察することは困難であり、その分子機構の解明はほとんど進んでいない。そこで本研究では、光遺伝学とクライオ電子線トモグラフィー(Cryo-ET)とを組み合わせたタイムラプスCryo-ET法により、細胞骨格ネットワークの微細な形態変化過程を捉え、極性の形成機序や疾患の発症原因を解明することを目的としている。昨年度までに金グリッド上への細胞播種密度や接着条件、およびグリッド浸漬凍結装置の種類やその設定などを終えたため、最終年度はその条件を用いてクライオ電子線トモグラフィー観察を行った。その結果、強固なアクチン束構造は観察されたが、微細なアクチンネットワーク構造の観察には至らなかった。今後、その原因を探索するとともに、最適な手法を再検討を行う。