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Elucidation of the metabolic regulation mechanism of neurons

Publicly Offered Research

Project AreaTransomic Analysis of Metabolic Adaptation
Project/Area Number 20H04836
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

坪井 貴司  東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (80415231)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Keywordsニューロン / アストロサイト / イメージング
Outline of Research at the Start

脳を構成するニューロンはエネルギー源として、アストロサイトからグルコースのみを受け取ると考えられていた。しかし近年、ニューロンは乳酸をアストロサイトから受け取るという「アストロサイト―ニューロン乳酸経路仮説」が提唱されたが、その仮説の検証には至っていない。そこで本研究では、グルコース、乳酸、ピルビン酸を可視化するための蛍光タンパク質プローブを開発する。そして、開発したプローブを用いて、アストロサイト―ニューロン間でのこれら分子の動態を観察することで、仮説の検証を行う。

Outline of Annual Research Achievements

脳神経系での代謝調節機構を理解するためは、アストロサイトとニューロンの個々の細胞において代謝動態をリアルタイムに可視化するためのツールと、アストロサイトとニューロンの共培養観察系が必要である。そこで本年度は、細胞内シグナル分子とグルコースやその代謝物であるピルビン酸やATP動態の可視化解析を試みた。単色蛍光型センサーによる生細胞イメージングは、異なる色の蛍光センサーと併用することで、単一細胞内で複数分子の動態を同時解析できる。これまでに、緑色グルコースセンサー、ピルビン酸センサー、乳酸センサーの開発に成功している。そこで今年度はまず、赤色グルコースセンサーの開発に取り組んだ。
得られた赤色グルコ―スセンサー候補を大腸菌に発現させ、タンパク質を精製し、その特性を測定したところ、グルコースの結合によって赤色蛍光輝度が上昇することが分かった。そこでこの赤色グルコースセンサーを哺乳類細胞に発現させたところ、グルコース特異的に蛍光輝度が変化することがわかった。そこで、これまでに開発してきた各センサーと併用し、細胞内の複数分子の動態を同時可視化解析した。その結果、がん細胞において、解糖系が亢進しているだけでなく、ピルビン酸が速やかに乳酸へと代謝されていることが分かった。
次に、アストロサイトとニューロンの共培養系において、それぞれの細胞を分けて可視化解析することを試みた。グルタミン酸やセロトニンなどの神経伝達物質の投与によって、アストロサイトとニューロンにおいてシグナル分子とグルコース代謝動態が大きく異なることとが分かった。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (2 results) (of which Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Identification of a regulatory pathway of L-phenylalanine-induced GLP-1 secretion in the enteroendocrine L cells2022

    • Author(s)
      Osuga Yuri、Harada Kazuki、Tsuboi Takashi
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 588 Pages: 118-124

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2021.12.043

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of red genetically encoded biosensor for visualization of intracellular glucose dynamics2022

    • Author(s)
      Mita Marie、Sugawara Izumi、Harada Kazuki、Ito Motoki、Takizawa Mai、Ishida Kentaro、Ueda Hiroshi、Kitaguchi Tetsuya、Tsuboi Takashi
    • Journal Title

      Cell Chemical Biology

      Volume: 29 Issue: 1 Pages: 98-108.e4

    • DOI

      10.1016/j.chembiol.2021.06.002

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Green fluorescent protein-based lactate and pyruvate indicators suitable for biochemical assays and live cell imaging.2020

    • Author(s)
      Harada K*, Chihara T*, Hayasaka Y*, Mita M, Takizawa M, Ishida K, Arai M, Tsuno S, Matsumoto M, Ishihara T, Ueda H, Kitaguchi T, Tsuboi T. *Equal contribution
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1038/s41598-020-76440-4

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 腸内細菌叢と消化管内分泌細胞との機能連関2021

    • Author(s)
      坪井貴司
    • Organizer
      第74回日本自律神経学会総会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 腸内細菌叢と消化管内分泌細胞との機能連関2021

    • Author(s)
      坪井貴司
    • Organizer
      日本化学会第101春季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] 休み時間の細胞生物学2022

    • Author(s)
      坪井 貴司
    • Total Pages
      192
    • Publisher
      講談社
    • ISBN
      4065268826
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2022-12-28  

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