神経成長における超解像度レベルの脂質ドメイン可視化とその構成脂質特性の解析

• Project Area: Quality of lipids in biological systems
• Project/Area Number: 18H04670
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 五十嵐 道弘 新潟大学, 医歯学系, 教授 (50193173)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000); Fiscal Year 2019: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2018: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: 脂質ラフト / 脂肪酸合成 / 超解像度顕微鏡 / リピドミクス / 成長円錐 / 小胞体 / 極長鎖脂肪酸

Outline of Annual Research Achievements

1) GPSN2-KOを作成し、解析したところ、胎生9.5日齢にて致死であることが判明した。変化は大きく分けて、神経系と循環器系（血管、心臓）の変化が中心と考えられた。神経系ではヘテロ胚の解析から、、末梢神経系の回路形成障害が認められ、軸索ガイダンスの障害が想定された。一方、循環器系統では、心臓の形成不全が生じていた。病理学的解析を行ったところ、心臓においては酸化ストレスの増大の可能性が認められた。これは極長鎖不飽和脂肪酸の形成不全により、酸化ストレスの消去システムが低下する可能性がある、このマウスの想定される特性に合致していた。またこのマウスのKOと、脂肪酸鎖長伸長の代謝ループ内にある酵素Hsd17b12のKO（2010年に報告）とは表現型が類似していることが判明した。リピドミクスに関して、まずP0時のヘテロ個体の解析で、野生型個体に比較して、脳では明らかに膜リン脂質の合成減少が見られた。一方、心臓などを含む部分ではさほどの変化は認められていなかった。9.5日胚ではホモ個体では、上記変化のほか、極長鎖脂肪酸を含むセラミド合成が障害されている結果を得た。
2) 脂質ラフトタンパク質GPM6aのTgマウスを含む、E-MARS法の単離脂質ラフト画分によるプロテオミクス解析を行い、シグナル伝達分子群の濃縮、およびTgでの脂質の濃縮が見出された。
3) 超解像度顕微鏡観察で、脂質ラフトを含む部分はZ軸方向のフィロポディア膜と共存し、軸索ガイダンス分子受容体も濃縮することが見出された。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Microtubule elongation along actin filaments induced by microtubule-associated protein 4 contributes to the formation of cellular protrusions (2020)
  • Author(s): Doki Chihiro、Nishida Kohei、Saito Shoma、Shiga Miyuki、Ogara Hikari、Kuramoto Ayumu、Kuragano Masahiro、Nozumi Motohiro、Igarashi Michihiro、Nakagawa Hiroyuki、Kotani Susumu、Tokuraku Kiyotaka
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: - Issue: 3 Pages: 295-303
  • DOI: 10.1093/jb/mvaa046
  • NAID: 40022375440
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phosphoproteomic and Bioinformatic Methods for Analyzing Signaling in Vertebrate Axon Growth and Regeneration (2020)
  • Author(s): Igarashi M, Kawasaki A, Ishikawa Y, Honda A, Okada M, Okuda S.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Methods Volume: 339 Pages: 108723-108723
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2020.108723
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Isoform-dependent subcellular localization of LMTK1A and LMTK1B and their roles in axon outgrowth and spine formation (2020)
  • Author(s): Wei Ran、Sugiyama Arika、Sato Yuta、Nozumi Motohiro、Nishino Hironori、Takahashi Miyuki、Saito Taro、Ando Kanae、Fukuda Mitsunori、Tomomura Mineko、Igarashi Michihiro、Hisanaga Shin-ichi
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: - Issue: 1 Pages: 23-32
  • DOI: 10.1093/jb/mvaa019
  • NAID: 40022279141
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular basis of the functions of the mammalian neuronal growth cone revealed using new methods (2019)
  • Author(s): IGARASHI Michihiro
  • Journal Title: Proceedings of the Japan Academy, Series B Volume: 95 Issue: 7 Pages: 358-377
  • DOI: 10.2183/pjab.95.026
  • NAID: 130007689028
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • Year and Date: 2019-07-31
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phosphorylation sites of microtubule-associated protein 1B (MAP1B) involved in axon growth and regeneration (2019)
  • Author(s): Ishikawa Y, Okada M, Honda A, Ito Y, Tamada A, Endo N, Igarashi M
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 12 Issue: 1 Pages: 31711525-31711525
  • DOI: 10.1186/s13041-019-0510-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evolutionary analysis of proline-directed phosphorylation sites in the mammalian growth cone identified using phosphoproteomics (2019)
  • Author(s): Igarashi Michihiro、Okuda Shujiro
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 12 Issue: 1 Pages: 53-53
  • DOI: 10.1186/s13041-019-0476-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chondroitin sulfate N-acetylgalactosaminyltransferase-2 deletion alleviates lipoprotein retention in early atherosclerosis and attenuates aortic smooth muscle cell migration. (2019)
  • Author(s): Adhikara IM, Yagi K, Mayasari DS, Ikeda K, Kitagawa H, Miyata O, Igarashi M, Hatakeyama K, Asada Y, Hirata KI, Emoto N
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 509 Issue: 1 Pages: 89-95
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.12.068
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pathological alterations of chondroitin sulfate moiety in postmortem hippocampus of patients with schizophrenia (2018)
  • Author(s): Yukawa、Iwakura、Takei、Saito、Watanabe、Toyooka、Igarashi、Niizato、Oshima、Kunii、Yabe、Matsumoto、Wada、Hino、Iritanii、Niwa、Takeuchi、Takahashi、Kakita、Someya、Nawa
  • Journal Title: Psychiatry Research Volume: 270 Pages: 940-946
  • DOI: 10.1016/j.psychres.2018.10.062
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Craniofacial abnormality with skeletal dysplasia in mice lacking chondroitin sulfate N-acetylgalactosaminyltransferase-1 (2018)
  • Author(s): Ida-Yonemochi Hiroko、Morita Wataru、Sugiura Nobuo、Kawakami Ryosuke、Morioka Yuki、Takeuchi Yuka、Sato Toshiya、Shibata Shunichi、Watanabe Hideto、Imamura Takeshi、Igarashi Michihiro、Ohshima Hayato、Takeuchi Kosei
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 17134-17134
  • DOI: 10.1038/s41598-018-35412-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New observations in neuroscience using superresolution microscopy (2018)
  • Author(s): Igarashi Michihiro、Nozumi Motohiro、Wu Ling-Gang、Cella Zanacchi Francesca、Katona Istvan、Barna Laszlo、Xu Pingyong、Zhang Mingshu、Xue Fudong、Boyden Edward
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 38 Issue: 44 Pages: 9459-9467
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1678-18.2018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Growth cone phosphoproteomics reveals that GAP-43 phosphorylated by JNK is a marker of axon growth and regeneration. (2018)
  • Author(s): Okada M*, Kawasaki A*, Tamada A*, Okuda S, Nozumi M, Ito Y, Kobayashi D, Yamasaki T, Yokoyama R, Shibata T, Nishina H, Yoshida Y, Fujii Y, Takeuchi K, Igarashi M(*These three authorscontributed equally.).
  • Journal Title: ISCIENCE Volume: 4 Pages: 190-203
  • DOI: 10.1016/j.isci.2018.05.019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 超解像陰影法（SUSHI）による細胞内構造の可視化 (2020)
  • Author(s): 野住素広、V. Nagerl、五十嵐道弘
  • Organizer: 生体運動研究合同班会議2020（京都）
• [Presentation] JNK dependent phosphorylation sites of GAP-43 is involved in axon growth/regeneration, revealed by growth cone phosphoproteomics (2020)
  • Author(s): A. Kawasaki, A. Tamada, M. Okada, S. Okuda, M. Igarashi
  • Organizer: AMED-CREST国際シンポジウム（宮崎）
• [Presentation] Super-resolution microscopy reveals F-actin-mediated mechanisms of nerve growth and maintenance (2020)
  • Author(s): M. Nozumi，Y. Sato，M. Igarashi
  • Organizer: AMED-CREST国際シンポジウム（宮崎）
• [Presentation] A molecular marker in neural development and plasticity in primates (2020)
  • Author(s): M. Okada, Y. Sato, A. Kawasaki, M. Natsumeda, M. Oishi, K. Sawamoto, Y. Fujii, M. Igarashi
  • Organizer: AMED-CREST国際シンポジウム（宮崎）
• [Presentation] Phosphoproteomics analysis of the growth cone reveals the new molecular markers of growing axons. (2019)
  • Author(s): M. Igarashi
  • Organizer: 7th Mediterranean Neuroscience Conference (Marrakech, Morocco)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 新規・小胞体-エンドソーム膜接触部位における脂質交換輸送機構とその生理機能の解明 (2019)
  • Author(s): 2.河嵜麻実、酒井晶子、荒川聡子、中西正樹、佐々木雄彦、清水重臣、五十嵐道弘、中津史
  • Organizer: 第71回日本生物細胞学会大会
  • Invited
• [Presentation] 成長円錐のリン酸化プロテオミクスにより同定されたJNK基質の軸索伸長における役割 (2019)
  • Author(s): 3.河嵜麻実、高杉俊之、玉田篤史、奥田修二郎、崎村建司、仁科博史、五十嵐道弘
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会（横浜）
  • Invited
• [Presentation] Lipoquality and development of the GPSN2 knockout mice (2019)
  • Author(s): M. Igarashi, A. Honda, M. Nozumi
  • Organizer: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids. (Tokyo)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 成長円錐のリン酸化プロテオミクスにより同定されたGAP-43のJNKリン酸化部位は伸長または再生する神経軸索で活性化される (2019)
  • Author(s): 河嵜麻実、玉田篤史、岡田正康、奥田修二郎、仁科博史、山崎世和、五十嵐道弘
  • Organizer: 第42回日本神経科学・第62回日本神経化学合同大会（新潟）
• [Presentation] 高頻度チロシンリン酸化MAP１Bの神経発生過程における機能解析 (2019)
  • Author(s): 伊藤泰行、本多敦子、五十嵐道弘
  • Organizer: 第42回日本神経科学・第62回日本神経化学合同大会（新潟）
• [Presentation] 発生脳におけるMAP１Bの高頻度リン酸化部位 (2019)
  • Author(s): 石川裕也、本多敦子、伊藤泰行、河嵜麻実、玉田篤史、遠藤直人、五十嵐道弘
  • Organizer: 第42回日本神経科学・第62回日本神経化学合同大会（新潟）
• [Presentation] Evolutional analysis of the protein phosphorylation sites in the growth cone (2019)
  • Author(s): M. Igarashi, S. Okuda
  • Organizer: ISN (international society for Neurochemistry)-ASN Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高頻度チロシンリン酸化MAP１Bの神経発生過程における機能解析 (2019)
  • Author(s): 伊藤泰行、本多敦子、五十嵐道弘
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会（横浜）
• [Presentation] Phosphorylation of MAP1B in the growing/ regrowing axon (2019)
  • Author(s): 本多敦子、石川裕也、五十嵐道弘
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会（横浜）
• [Presentation] The MAP1B phosphorylation sites specifically localized in the developing brain and in the regenerating peripheral nerves (2019)
  • Author(s): Y. Ishikawa, M. Okada, A. Honda, Y. Ito, A. Tamada, N. Endo, M. Igarashi
  • Organizer: SFN (Society for Neuroscience) annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 神経成長円錐のタンパク質リン酸化に関する進化のバイオインフォマティクス解析 (2019)
  • Author(s): 五十嵐道弘、奥田修二郎
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会（福岡）
• [Presentation] 脳発生過程で高頻度にリン酸化されるMAP１Bチロシン残基の同定と機能解析 (2019)
  • Author(s): 伊藤泰行、本多敦子、五十嵐道弘
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会（福岡）
• [Presentation] Phosphoproteomic analysis of the mammalian growth cones reveals the novel molecular markers of the growing/regenerating axons, specifically to vertebrate (2019)
  • Author(s): M. Igarashi, Y. Ishikawa, S. Okuda
  • Organizer: ASCB EMBO 2019 Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] コンドロイチン硫酸(CS)合成酵素のノックアウトマウス解析 (2019)
  • Author(s): 五十嵐 道弘
  • Organizer: 先端動物支援プラットフォーム成果報告会
  • Invited
• [Presentation] 3D analysis of the intracellular structures in growth cones using superresolution microscopy (2019)
  • Author(s): M. Igarashi
  • Organizer: EMBO Molecular Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 哺乳動物成長円錐の分子基盤をどう理解するか？ (2018)
  • Author(s): 五十嵐 道弘
  • Organizer: 生理学研究所シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] New observations in neuroscience using superresolution microscopy. (2018)
  • Author(s): M. Igarashi
  • Organizer: Soceity for Neuroscience
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] New relationships between F-actin organization and memberance in the growth cone revealed by SIM (2018)
  • Author(s): M. Nozumi, M. Igarashi
  • Organizer: Soceity for Neuroscience
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 構造化照明による超解像顕微鏡（SIM）で明らかになった神経突起先端の3次元構造 (2018)
  • Author(s): 野住 素広、五十嵐 道弘
  • Organizer: 日本分子生物学会大会
  • Invited
• [Presentation] 神経細胞の形態形成シグナリングにおけるGPM6aのパルミトイル化と脂質ラフト集積の意義 (2018)
  • Author(s): 五十嵐 道弘
  • Organizer: 日本神経化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Abnormalities in perineuronal nets (PNN) and behaviors in mice without CSGalNAcT1 (2018)
  • Author(s): M. Igarashi
  • Organizer: Glycobiology 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Phosphoproteomics of the mammalian growth cone reveals that phosphorylation of GAP-43 by JNK is specific to the growing/regenerating axon (2018)
  • Author(s): M. Igarashi
  • Organizer: American Society for Cell Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phosphorylation profiles of neuronal growth cones revealed by phosphoproteomics (2018)
  • Author(s): M. Igarashi
  • Organizer: Gordon Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Growth cone phosphoproteomics reveals that JNK-dependent phosphorylation of GAP-43 is specific to the growing axon (2018)
  • Author(s): A. Kawasaki, M. Igarashi
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asaia Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] JNK-dependent phosphorylation sites of GAP-43 is a marker of axon growth/regeneration, revealed by growth cone phosphoproteomic (2018)
  • Author(s): A. Kawasaki, M.. Igarashi
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 超解像度顕微鏡による成長円錐の3次元細胞内構造解析 (2018)
  • Author(s): 野住 素広、五十嵐 道弘
  • Organizer: 日本神経科学学会大会
• [Presentation] 成長円錐リン酸化プロテオミクスにより神経成長のシグナル伝達 (2018)
  • Author(s): 河嵜 麻実、五十嵐 道弘
  • Organizer: 日本生化学会大会
• [Presentation] イノシトールリン脂質によるメンブレンコンタクト形成と脂質交換輸送制御 (2018)
  • Author(s): 中津 史
  • Organizer: 日本分子生物学会大会
• [Remarks] 新潟大学大学院医歯学総合研究科分子細胞機能学
  • URL: https://www.med.niigata-u.ac.jp/bc2/