脳循環調節機構における一酸化炭素とアストロサイトの役割

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K10738
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 石川 真実 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 客員研究員 (60212859)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平瀬 肇 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (90392084)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: アストロサイト / カルシウム / 脳虚血 / 神経刺激 / 微小循環

Outline of Annual Research Achievements

脳の血流量が何らかの原因で低下したときに脳梗塞にならないように脳細動脈は拡張し脳血流の低下を抑える。呼吸障害で酸素の摂取量が低下して神経細胞の活動が低下しないように細動脈は拡張して神経細胞への酸素供給を維持する。血中の二酸化炭素分圧の増大は細胞の呼吸機能の低下による酸素摂取の低下と判断され、細動脈が拡張して二酸化炭素を排出しやすくする。また、感覚情報を受け取ったり、運動行為を行ったりすることで神経細胞が実際に機能したときに、脳細動脈は拡張し脳血流は増大すると言われている。各病態において血管拡張物質が機能する時、アストロサイト内のカルシウム濃度はどのように変化するか。脳血管拡張物質として注目される一酸化窒素(NO)や硫化水素(H2S)の合成酵素の活性を一酸化炭素(CO)が調節していることを我々は報告してきたが、アストロサイトがその調節に関与しているか、関与しているとすると、どのように関与しているかを明らかにして、その調節ができなくなった場合に何が起こるかを解析明らかにするための実験系を確立する。遺伝子改変マウスを用いて、アストロサイト内のカルシウム濃度が上昇すると発光し、アストロサイトが発光するとわかるように蛍光色素でアストロサイトを染色しておく。脳細動脈を取り巻くアストロサイト、血管と無関係の離れて存在するアストロサイト、長く突起を伸ばすアストロサイト、アストロサイトのどこの部分のカルシウムが上昇するか、カルシウム濃度の上昇速度や濃度上昇時間などを解析できるように実験系をセットした。まず、正常状態でのアストロサイト内カルシウムの上昇がとらえ、次に、脳虚血、痛覚刺激、呼吸条件を変えた低酸素、二酸化炭素負荷などのうち、臨床的な局所脳虚血モデルを作成し、カルシウム濃度変化をとらえた。痛覚刺激によるカルシウム濃度変化をとらえ、脳虚血モデルと比較検討している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究課題施行期間内に所属施設の異動があり、実験の遅延をきたした。そのため、今回、研究費使用期間を延長して研究を進めている。

Strategy for Future Research Activity

アストロサイト内カルシウム濃度変化を、正常状態、モデルマウスにて、とらえられるようになり、負荷モデルを組み合わせて、変化のパターンの解析を行う。

Causes of Carryover

研究課題施行期間内に所属施設の異動があり、実験の遅延をきたした。そのため、今回、研究費使用期間を延長して研究を進めている。