2022 Fiscal Year Annual Research Report
微量脳内分子の完全網羅解析を実現する極限検出システムの開発
| Project Area | Innovative nanotechnology for probing molecular landscapes in the brain |
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| Project/Area Number |
21H05092
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
川井 隆之 九州大学, 理学研究院, 准教授 (60738962)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 誠一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40723284)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Keywords | キャピラリー電気泳動 / 質量分析 / 次世代シーケンサー / 神経伝達物質 / miRNA一分子検出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，超高感度キャピラリー電気泳動-質量分析 (CE-MS) を用いた一細胞レベルの微量生体試料の網羅分析技術に，次世代シーケンサー技術，ナノ材料化学・信号増幅・一分子検出などの技術を融合することで，微量脳内成分を最小で一分子から様々な生体分子を精密解析できる「極限検出システム」を開発している。
昨年度に開発した新たな濃縮原理に基づく超高感度CE-MS分析メソッドを用い，本年度はA02班から提供された脳脊髄液やマイクロダイアリシス試料を測定したところ，GABAなどの脳内分子10種類以上をpMレベルの感度に検出し，その経時変化を追跡することに成功した。同様に次世代シーケンサーを利用してmiRNAオーム解析を行い，得られたプロファイルからマウスの状態に関連するマイクロRNAを見出すことに成功した。
続いてA01班と連携し，12種類の神経伝達物質混合標品を用いて回収型ナノマシンによる回収性能をCE-MSで評価したところ，全ての標品成分の検出に成功し，そのピーク面積を算出して回収率を概算したところ，47-101%の値が得られ，回収型ナノマシンの性能を確認した。
一分子解析では，昨年度に引き続き蛍光検出に基づく一分子蛍光顕微鏡を利用した。cy5標識されたタンパク質に抗体を結合させることで分子の移動方向が転換するなど電気泳動挙動が大きく変化することを確認し，本手法による一分子ターゲット分析の可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
A02班との連携では，脳由来試料である脳脊髄液やマイクロダイアリシスサンプルのCE-MS解析および次世代シーケンサー解析の両方に成功し，10種類以上の成分の経時変化の追跡に成功している。またA01班の連携でもナノマシンの回収率評価に成功しており，班間の連携を含めて概ね予定通りに研究を推進できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きA02班と連携し，主にマウス生体脳においてマイクロダイアリシスなどの比較的侵襲度の低い手法で微量の脳内分子を経時的に回収し，次世代シーケンサーを利用したmiRNAオーム，超高感度CE-MSを用いた各種オミックス解析を実施する。濃縮効率や質量分析条件の最適化などを通じてさらなる感度向上を行い，現在20種類程度の主に低分子にとどまっている検出可能な成分を可能な限り増加させる。これら全ての成分に対して，経時的な測定が可能なシステムを構築し，病態モデルマウスや行動実験などを通じて脳機能解明研究を推進する。
またA01班との連携では，ヒト由来の脳脊髄液などを利用し，回収型ナノマシンの性能評価を継続する。上記A02班との連携で開発したより高効率な濃縮法などを適用することで，同様に可能な限り多くの種類の分子種に対して回収効率やバイアスの有無などを評価してフィードバックを行う。また将来的に血液に帰還したナノマシンを測定することを想定し，血液検体中の微量成分を解析可能かどうかの検証を推進する。
一分子解析についてはこれまでの成果の論文化を推進し，脳分子解析の応用を進める予定である。
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