カルシウムシグナルの可視化と制御によるグリアアセンブリ動態の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Glial assembly: a new regulatory machinery of brain function and disorders
• Project/Area Number: 25117002
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 飯野 正光 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50133939)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2018-03-31
• Keywords: シグナル伝達 / 生体分子 / 薬理学 / 脳・神経 / 脳神経疾患

Outline of Annual Research Achievements

以下の４戦略により研究を進めた。
【戦略１】Ca2+シグナル動態解析　タンパク質型Ca2+プローブ（YCnano）をアストロサイト選択的に発現する遺伝子改変マウスを用い、大脳皮質アストロサイトの微小突起に限局する自発的Ca2+シグナル「Ca2+ twinkle」を発見した。感覚刺激に誘発されるアストロサイトCa2+シグナルが微細突起から細胞体へと伝播することを明らかにし、これらの成果を論文として発表した。
【戦略２】細胞内Ca2+放出機構解析　小胞体内腔Ca2+プローブ（CEPIA）をグリア細胞選択的に発現する遺伝子改変マウスの作製を進めた。これによりCEPIAノックインマウスの作製は完了した。
【戦略３】グリオトランスミッター可視化　新規ATPプローブにより大脳皮質細胞外ATPの可視化に初めて成功し、強い局所電気刺激によりATP濃度上昇が刺激部位からウエーブ状に大脳皮質を伝播する様子を明らかにして学会発表を行った。
【戦略４】Ca2+シグナル阻害による摂動実験　IP3分解酵素（5ppase）をグリア細胞選択的に発現する遺伝子改変マウスの作製を進めた。このうち、アストロサイト特異的にYCnanoと5ppaseを発現するマウス作製は完了し、Ca2+シグナルが顕著に抑制されることを確認した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

上記の研究実績概要に示した通り、初年度の計画については、ほぼ予定通りの実績が得られた。計画の一部（戦略１）については、予定した以上に進んでいると考えている。

Strategy for Future Research Activity

ほぼ予定通り進行しており、大幅な方針変更の必要はなく、以下の通り進める。
【戦略１】Ca2+シグナル動態解析　前年度の成果により確立されたアストロサイトCa2+動態の生体内可視化法を用い、自発シグナル間の関係性や、感覚入力に伴う変化について解析を進める。
【戦略２】細胞内Ca2+放出機構解析　戦略１で得られるCa2+シグナル動態における細胞内Ca2+放出の寄与を明らかにするため、小胞体内腔Ca2+プローブ（CEPIA）をグリア細胞選択的に発現する遺伝子改変マウスの作製を引き続き進める。
【戦略３】グリオトランスミッター可視化　新規ATPプローブを用いたイメージングにより、脳虚血に伴うin vivo測定を行う。
【戦略４】Ca2+シグナル阻害による摂動実験　IP3-Ca2+シグナルの選択的阻害により、グリアアセンブリにおけるIP3依存性成分の寄与を定量する。昨年度の研究により完成したIP3分解酵素（5ppase）をアストロサイト選択的に発現する遺伝子改変マウスを用い、本年度は戦略１の研究に応用を開始する。
領域内連携研究　アストロサイトのCa2+動態可視化に関連して、大木班との連携により、視覚野の情報処理におけるアストロサイトアセンブリの機能動態を解析する。アストロサイト以外のグリア細胞についても、準備ができ次第、池中班および井上班と連携する。

Research Products

• [Journal Article] Imaging intraorganellar Ca2+ at subcellular resolution using CEPIA. (2014)
  • Author(s): Suzuki, J., Kanemaru, K., Ishii, K., Ohkura, M., Okubo, Y., and Iino, M.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 5 Pages: 4153
  • DOI: 10.1038/ncomms5153.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] In vivo visualization of subtle, transient, and local activity of astrocytes using an ultrasensitive Ca2+ indicator. (2014)
  • Author(s): Kanemaru, K., Sekiya, H., Xu, M., Satoh, K., Kitajima, N., Yoshida, K., Okubo, Y., Sasaki, T., Moritoh, S., Hasuwa, H., Mimura, M., Horikawa, K., Matsui, K., Nagai, T., Iino, M., and Tanaka, K.F.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 10 Pages: 311-318
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.05.056.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] タンパク質型Ca2+インジケーターCEPIAによる小胞体・ミトコンドリア内腔Ca2+動態の可視化と機能解析 (2015)
  • Author(s): 鈴木 純二、金丸 和典、石井 邦明、大倉 正道、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 第120回 日本解剖学会総会・全国学術集会 第92回 日本生理学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場 (兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-21
  • Invited
• [Presentation] 生体内アストロサイトの微細なカルシウム活動を捉える新規イメージング技術 (2015)
  • Author(s): 金丸 和典
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-20 – 2015-03-20
• [Presentation] 成熟したマウス脳における経験依存的シナプス機能制御 (2015)
  • Author(s): 久保田 淳、金丸 和典、関谷 敬、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-20 – 2015-03-20
• [Presentation] 動物個体を用いた大脳皮質の蛍光イメージング：仕組みと実際 (2015)
  • Author(s): 関谷 敬、北島 奈美、 瀧川 健司、高木 美貴、佐藤 要、山澤 徳志子、金丸 和典、田中 謙二、廣瀬 謙造、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-20 – 2015-03-20
• [Presentation] 軸索によるシュワン細胞のミトコンドリア代謝制御を介したミエリン鞘形成機構 (2015)
  • Author(s): 稲生 大輔、相良 洋、鈴木 純二、金丸 和典、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-19 – 2015-03-19
• [Presentation] 大脳皮質の異常興奮時における ATP 動態を可視化する蛍光性 ATP プローブの開発 (2015)
  • Author(s): 瀧川 健司、関谷 敬、佐藤 要、北島 奈美、高木 美貴、坂本 寛和、並木 繁行、山澤 德志子、田中 謙二、廣瀬 謙造、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-19 – 2015-03-19
• [Presentation] S-ニトロシル化を介した1型リアノジン受容体活性化による一酸化窒素誘導神経細胞死 (2015)
  • Author(s): 三上 義礼、金丸 和典、小田 康弘、柿澤 昌、杉山 弘樹、柴田 和輝、小山 隆太、伊藤 明博、山澤 徳志子、渡辺 雅彦、池谷 裕二、斉藤 延人、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-19 – 2015-03-19
• [Presentation] アストロサイトCa2+シグナルは脳血管平滑筋の収縮に相関する (2015)
  • Author(s): 北島 奈美、関谷 敬、金丸 和典、田中 謙二、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-18
• [Presentation] タンパク質型Ca2+インジケーターCEPIAを用いた小胞体・ミトコンドリア内腔Ca2+動態の可視化と機能解析 (2015)
  • Author(s): 鈴木 純二、金丸 和典、石井 邦明、大倉 正道、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-18
• [Presentation] マウス血栓塞栓モデルを用いた脳虚血時アストロサイトのin vivo Ca2+イメージング (2015)
  • Author(s): 高木 美貴、関谷 敬、北島 奈美、金丸 和典、山澤 徳志子、田中 謙二、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-18
• [Presentation] Imaging intraorganellar Ca2+ at subcellular resolution using CEPIA (2015)
  • Author(s): 鈴木 純二、金丸 和典、石井 邦明、大倉 正道、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 2015 Kitasato-Yale Fluid Symposium: Molecular Control of Cellular and Epithelial Function
  • Place of Presentation: 北里大学 (東京都港区)
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-02
• [Presentation] Functional role of astrocytic Ca2+ signaling in response to brain injury (2015)
  • Author(s): M. Iino
  • Organizer: Glial assembly; a new regulatory machinery of brain function and disorders
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-01-23 – 2015-01-23
  • Invited
• [Presentation] In vivo visualization of subtle, transient and local activity of astrocytes (2014)
  • Author(s): 関谷 敬、金丸 和典、徐 明、佐藤 要、北島 奈美、吉田 慶太郎、大久保 洋平、佐々木 拓哉、森藤 暁、蓮輪 英毅、三村 將、堀川 一樹、松井 広、永井 健治、田中 謙二、飯野 正光
  • Organizer: International Symposium 2014 'Vision, Memory, Thought'
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-07
• [Presentation] タンパク質型Ca2+インジケーターを用いたミトコンドリア・小胞体内腔Ca2+動態の可視化と機能解析 (2014)
  • Author(s): 鈴木 純二、金丸 和典、石井 邦明、大倉 正道、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 筋生理の集い
  • Place of Presentation: 東京慈恵会医科大学 (東京都港区)
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-06
• [Presentation] 脳血管平滑筋の生体内Ca2+イメージングによるアストロサイトの脳血流制御機構解析 (2014)
  • Author(s): 北島 奈美、関谷 敬、金丸 和典、田中 謙二、飯野 正光
  • Organizer: 第24回 日本循環薬理学会
  • Place of Presentation: 山形テルサ（山形県山形市）
  • Year and Date: 2014-12-05 – 2014-12-05
• [Presentation] 異常興奮時の大脳皮質における細胞外ATPウェーブの可視化 (2014)
  • Author(s): 佐藤 要、関谷 敬、瀧川 健司、坂本 寛和、有吉 哲郎、並木 繁行、田中 謙二、廣瀬 謙造、飯野 正光
  • Organizer: 第131回 日本薬理学会関東部会
  • Place of Presentation: 横浜市立大学福浦キャンパス（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-10-11 – 2014-10-11
• [Presentation] 血栓塞栓モデルを用いた脳虚血時アストロサイトのin vivo Ca2+イメージング (2014)
  • Author(s): 高木 美貴、関谷 敬、北島 奈美、金丸 和典、山澤 徳志子、田中 謙二、飯野 正光
  • Organizer: 第131回 日本薬理学会関東部会
  • Place of Presentation: 横浜市立大学福浦キャンパス（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-10-11 – 2014-10-11
• [Presentation] NO-induced calcium release (NICR)と神経細胞死 (2014)
  • Author(s): 三上 義礼、金丸 和典、小田 康弘、杉山 弘樹、小山 隆太、伊藤 明博、柿澤 昌、山澤 徳志子、村山 尚、渡辺 雅彦、池谷 裕二、斉藤 延人、飯野 正光
  • Organizer: 生理学研究所研究会「新規シグナル伝達分子とその生理学的可塑性」
  • Place of Presentation: 生理学研究所（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-18
• [Presentation] シナプス外グルタミン酸動態の可視化解析 (2014)
  • Author(s): 大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 第37回 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-13
• [Presentation] 成熟したマウス脳における経験依存的シナプス機能制御 (2014)
  • Author(s): 久保田 淳、金丸 和典、関谷 敬、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 第37回 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-13
• [Presentation] グリアの「わかりにくい」活動をいかにして捉えるか：新規可視化ツールでグリアの謎を解く (2014)
  • Author(s): 金丸 和典
  • Organizer: 第1回 グリアアセンブリ 若手の会
  • Place of Presentation: 仁和寺御室会館 (京都府京都市)
  • Year and Date: 2014-08-08 – 2014-08-08
• [Presentation] オルガネラ局在型Ca2+インジケーターで グリア機能に迫る (2014)
  • Author(s): 鈴木 純二
  • Organizer: 第1回 グリアアセンブリ 若手の会
  • Place of Presentation: 仁和寺御室会館 (京都府京都市)
  • Year and Date: 2014-08-07 – 2014-08-07
• [Presentation] Imaging intraorganellar Ca2+ at subcellular resolution using CEPIA (2014)
  • Author(s): 鈴木 純二、金丸 和典、石井 邦明、大倉 正道、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 17th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology
  • Place of Presentation: Cape Town International Convention Centre (Cape Town, South Africa)
  • Year and Date: 2014-07-16 – 2014-07-17
• [Presentation] In vivo visualization of subtle, transient, and local activity of astrocytes using an ultrasensitive Ca2+ indicator (2014)
  • Author(s): 金丸 和典、関谷 敬、徐 明、佐藤 要、北島 奈美、吉田 慶太郎、大久保 洋平、佐々木 拓哉、森藤 暁、蓮輪 英毅、三村 悠、堀川 一樹、松井 広、永井 健治、飯野 正光
  • Organizer: 17th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology
  • Place of Presentation: Cape Town International Convention Centre (Cape Town, South Africa)
  • Year and Date: 2014-07-16 – 2014-07-16
• [Presentation] Fluorescence imaging of extrasynaptic glutamate dynamics in the brain (2014)
  • Author(s): 大久保 洋平、関谷 敬、並木 繁行、坂本寛和、廣瀬 謙造、飯野 正光
  • Organizer: 17th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology
  • Place of Presentation: Cape Town International Convention Centre (Cape Town, South Africa)
  • Year and Date: 2014-07-15 – 2014-07-15
• [Presentation] Calcium regulation of cell functions in the brain: responses of neurons and astrocytes to brain injury (2014)
  • Author(s): M. Iino
  • Organizer: 17th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology
  • Place of Presentation: Cape Town International Convention Centre (Cape Town, South Africa)
  • Year and Date: 2014-07-14 – 2014-07-14
  • Invited
• [Presentation] 1型リアノジン受容体のS-ニトロシル化を介した神経細胞死の誘導 (2014)
  • Author(s): 三上 義礼、金丸 和典、小田 康弘、杉山 弘樹、小山 隆太、伊藤 明博、柿澤 昌、山澤 徳志子、村山 尚、渡辺 雅彦、斉藤 延人、飯野 正光
  • Organizer: 第130回 日本薬理学会関東部会
  • Place of Presentation: 星薬科大学百年記念館（東京都品川区）
  • Year and Date: 2014-07-05 – 2014-07-05
• [Presentation] Imaging intraorganellar Ca2+ at subcellular resolution using CEPIA (2014)
  • Author(s): 鈴木 純二、金丸 和典、石井 邦明、大倉 正道、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: FASEB Science Research Conferences: Calcium and Cell Function
  • Place of Presentation: ナッソー (バハマ)
  • Year and Date: 2014-06-02 – 2014-06-02
• [Presentation] Astrocytic Ca2+ signaling in response to brain injury (2014)
  • Author(s): M. Iino
  • Organizer: Collaborations in Neuroscience
  • Place of Presentation: Max Planck Floriad Institute for Neuroscience (Jupiter, FL, USA)
  • Year and Date: 2014-05-10 – 2014-05-10
  • Invited