貪食型アストロサイトによる脳機能制御に関する研究

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H04669
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 小泉 修一 山梨大学, 総合研究部, 教授 (10280752)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 繁冨 英治 山梨大学, 総合研究部, 助教 (00631061)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 貪食 / アストロサイト / ABCA1 / ミクログリア / 脳卒中

Outline of Annual Research Achievements

脳内で不要物質や死細胞を貪食により除去する細胞として、ミクログリアが良く知られている。ところが、もう一つのグリア細胞であるアストロサイトも貪食能を有していることを見出した。このアストロサイトの貪食様式、貪食分子メカニズム、さらに貪食の生理的意義を明らかにすることが本研究の目的である。
本年は先ず、アストロサイトの貪食様式の解明をin vitro実験系をメインとして行った。培養アストロサイトに、死神経細胞及び偽細胞物質である蛍光ビーズを添加し、その貪食様式を解明した。貪食能の定量は、免疫細胞染色及びFACSにより貪食細胞分離により行った。アストロサイトは、死細胞を細胞内に取り込むこと、大型の死細胞は一部消化してから取り込むこと、さらに取り込んだ死細胞をリソゾームにて分解していることが明らかとなった。また各種貪食受容体依存的に死細胞の貪食を行っていた。さらに、in vivo貪食能の解析も平行して行った。貪食能の定量は、galectin-3及びLAMP2等の貪食マーカーを用いた免疫組織学手法により行った。正常脳では、アストロサイトは殆ど貪食能を示さなかったが、中大脳動脈閉塞（MCAO）による脳虚血を負荷すると、梗塞巣の周辺部位であるペナンブラ領域で、顕著な貪食が認められた。また、ミクログリアもMCAOにより貪食能を活発にするが、こちらの貪食は主に梗塞巣中心部において顕著であった。これら脳部位による違いは、ミクログリアが主に脳梗塞中心部の死細胞除去に、アストロサイトはペナンブラ領域のリモデリングに関与している可能性を強く示唆する。
アストロサイト貪食の分子メカニズムに関する解析も行った。各種貪食受容体及びシグナルの解析により、ABCA1を見出した。今後は本分子を中心に、アストロサイトの貪食能解析を行う。

Current Status of Research Progress

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

Reason

アストロサイトが貪食細胞であることを、in vitro及びin vivo実験系で証明することが出来た。特に、in vivo実験系では、正常脳では殆ど貪食能を持たないアストロサイトが病態時（脳卒中後）に、貪食能を獲得し、貪食を開始することを見出した。また、この貪食は、梗塞巣周辺部ペナンブラ領域で活発であり、脳卒中後のリモデリングと関係している可能性を示唆することが出来た。このように、アストロサイト貪食の有無をin vivoで明らかとすることができたこと、さらにその生理的な意義として非常に興味深い知見をえることが出来た。さらに、網羅的スクリーニングにより、アストロサイト貪食の分子メカニズムにABCA1が中心的な役割を果たしていることを見出した。
このようにH28年度は、アストロサイトの貪食様式、生理的意義、さらに分子メカニズムにまで踏み込むことができた。従って当初の計画以上に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

今後は以下の３点に注目して研究を行う。
１．アストロサイト貪食の分子メカニズムの解析。アストロサイト貪食の分子メカニズムの一端を見出した。この分子ABCA1の薬理学的制御及び分子生物学的な制御（ノックアウト動物、アストロサイト特異的ノックアウト）を行い、そのメカニズムを明らかとする。
２．アストロサイト貪食とミクログリア貪食の違いを解明。脳プロフェッショナル貪食細胞のミクログリアとの違いを解析し、その役割分担の違い、生理的意義の違いを明らかとする。
３．アストロサイト貪食マーカーの開発。貪食性アストロサイトのバイオマーカーを見出し、正常及び各種病態時の脳内での時空間変化を明らかとし、その生理的意義の解明に繋げる。

Research Products

• [Journal Article] Hypoxia-independent mechanism for upregulation of hypoxia-inducible factor α in astrocytes. (2017)
  • Author(s): Hirayama, Y. and Koizumi, S.
  • Journal Title: Glia Volume: 65 Pages: 523-530
  • DOI: 10.1002/glia.23109
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Carbenoxolone inhibits TRPV4 channel-initiated oxidative urothelial injury and ameliorates cyclophosphamide-induced bladder dysfunction (2017)
  • Author(s): Zhang, X, Gao, S., Tanaka, M., Zhang, Z., Huang, Y., Mitsui, T., Kamiyama, M., Koizumi, S., Fan, J., Takeda, M. and Jian Yao, Y.
  • Journal Title: Journal of Cellular and Molecular Medicine Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: doi: 10.1111/jcmm.13100
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cortical astrocytes rewire somatosensory cortical circuits for peripheral neuropathic pain. (2016)
  • Author(s): Kim, S.K., Hayashi, H., Ishikawa, T., Shibata, K., Shigetomi, E., Shinozaki, Y., Shinozaki, Y., Inada, H., Roh, S.E., Kim, S.J., Lee, G., Bae, H., Moorhouse, A.J., Mikoshiba, K., *Koizumi, S. and *Nabekura, J.
  • Journal Title: J Clin Invest Volume: 126 Pages: 1983-1997
  • DOI: 10.1172/JCI82859
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microglia contact induces synapse formation in developing somatosensory cortex. (2016)
  • Author(s): Miyamoto, A., Wake, H., Ishikawa, A.W., Eto, K., Shibata, K., Murakoshi, Koizumi, S., Moorhouse, A., Yoshimura, Y. and *Nabekura, J.
  • Journal Title: Nat Commun, Volume: 7 Pages: 12450
  • DOI: 10.1038/ncomms12540
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Clock mutant mouse is a novel experimental model for nocturia and nocturnal polyuria. (2016)
  • Author(s): Ihara, T., Mitsui, T., Nakamura, Y., Kira, S., Miyamoto, T., Nakagomi, H., Sawada, N., Hirayama, Y., Shibata, K., Shigetomi, E., Shinozaki, Y., Yoshiyama, M., Nakao, A., *Takeda, M. *Koizumi, S.
  • Journal Title: Neurourology and Urodynamics Volume: 36 Pages: 1034-1038
  • DOI: 10.1002/nau.23062
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Urothelial ATP exocytosis: regulation of bladder compliance in the urine storage phase. (2016)
  • Author(s): Nakagomi, H., Yoshiyama, M., Mochizuki, T., Miyamoto, T., Komatsu, R., Imura, Y., Morizawa, Y., Hiasa, M., Miyaji, T., Kira, S., Araki, I., Fujishita, K., Shibata, K., Shigetomi, S., Shinozaki, Y., Ichikawa, R., Uneyama, H., Iwatsuki, K., Nomura, M., de Groat, W.C., Moriyama, Y., Takeda, M. and *Koizumi, S.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 6 Pages: 29761
  • DOI: 10.1038/srep29761.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An effective therapeutic approach for oxaliplatin-induced peripheral neuropathy using combination therapy with Goshajinkigan and Bushi. (2016)
  • Author(s): Mizuno, K., Shibata, K., Komatsu, R., Omiya, Y., Kase, Y. and *Koizumi, S.
  • Journal Title: Cancer Biol Ther Volume: 17 Pages: 1206-1212
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 一次体性感覚野のATP増加がアストロサイト性シナプス再編及び機械的アロディニアを引き起こす (2017)
  • Author(s): 柴田圭輔、久保田啓太、石川達也、篠崎陽一、繁冨英治、御子柴克彦、鍋倉淳一、小泉修一
  • Organizer: 第90回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 長崎ブリックホール（長崎県・長崎市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Cortical synaptic remodeling by astrocytes (2017)
  • Author(s): Koizumi, S
  • Organizer: The 3rd Symposium of NeuroScience Network in Kobe.
  • Place of Presentation: （兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2017-02-17
  • Invited
• [Presentation] アストロサイトによる体性感覚野神経回路の組み替えと慢性疼痛 (2017)
  • Author(s): 小泉修一
  • Organizer: 北陸大学グリアセミナー
  • Place of Presentation: 北陸大学（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2017-02-15
  • Invited
• [Presentation] Gliopsychiatry研究；抗うつ薬の作用標的としてのグリア細胞 (2016)
  • Author(s): 小泉修一
  • Organizer: 第59回日本神経化学会大会・第38回日本生物学的精神医学会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2016-09-10
• [Presentation] 大脳皮質体性感覚野アストロサイトと慢性疼痛 (2016)
  • Author(s): 小泉修一
  • Organizer: 第24回日本腰痛学会
  • Place of Presentation: 富士屋ホテル（山梨県・甲府市）
  • Year and Date: 2016-09-03
• [Presentation] アストロサイトGqPCR過剰発現による神経過興奮 (2016)
  • Author(s): 繁冨英治
  • Organizer: 第46回日本神経精神薬理学会年会
  • Place of Presentation: ソウル（韓国）
  • Year and Date: 2016-07-03
• [Presentation] グリア細胞によるシナプス機能及び構造の制御 (2016)
  • Author(s): 小泉修一
  • Organizer: 浜松医大開学記念式典特別講演
  • Place of Presentation: 浜松医科大学（静岡県・浜松市）
  • Year and Date: 2016-06-07
  • Invited
• [Remarks] 薬理学HP
  • URL: http://www.med.yamanashi.ac.jp/clinical_basic/pharmaco/