2019 Fiscal Year Annual Research Report
宇宙環境における生物個体ホメオスタシス攪乱の可視化
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19H03140
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
阪上 朝子 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, 研究員 (90462689)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩野 智 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, 研究員 (10734832)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 生物個体ホメオスタシス / 蛍光発光イメージング / 宇宙生命科学 / 生命現象可視化 / AkaBLI / Fucci |
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| Outline of Annual Research Achievements |
JAXA「2018年度「きぼう」利用FSテーマ」（代表・群馬大学・高橋昭久教授）に、研究分担者として参画しており、「マウス発光イメージングシステムのデザインおよび発光型Fucciプローブの開発」を実践する為の研究基盤整備を目的として以下を進めた。研究分担者の岩野らにより開発された「人工生物発光システムAkaBLI」(Science 2018)を採用し、発光イメージングを基軸としたプローブおよび技術を整備することで、ISS/「きぼう」において、生命現象可視化(On-site direct visualization)を実現し、仮説の検証を目指していく。
a.生命基本現象を可視化する蛍光プローブの導入・まずFucci(Cell 2008, Mol. Cell 2017)について、増殖期をモニタするタイプ：緑色蛍光タンパク質-hGem(1/110)を蛍光発光型；Venus-Akaluc-hGem(1/110)に改変し、性能評価を行い、オリジナルに比較し遜色ない事を確認した。・マウス由来がん細胞株：LM8を用いて蛍光発光型プローブを安定かつ強力に発現する細胞株の樹立を進めた。・蛍光発光型プローブ/LM8細胞株を用いてマウス担癌実験を行い、さらに疑似微小重力モデル実験（マウス尾部懸垂）に処し、宇宙実験の予備実験を行った。蛍光発光型プローブの発現量が担癌効率に影響することが推察され、より発光強度が高く、かつ担癌効率の良い細胞株を得るためのプローブ改良を進めた。
b. 発光イメージングシステムのデザイン・「AkaBLI」について、ISS/「きぼう」実験棟に搭載予定のマウス発光イメージングシステムで最大の成果を発揮するような実験系のデザインを進めた。まず、マウス個体において連続的な可視化を目標に、無麻酔かつ自由行動下のシグナル追跡の為の基質(AkaLumine)投与法などのノウハウを蓄積した。
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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
マウス担癌実験において、腫瘍や転移巣を高感度にかつ定量的に観察する為には、必然的に蛍光発光型プローブの安定発現細胞株が要求される。実験を進めるなかで、蛍光発光型プローブの発現量が担癌効率に影響することが推察され、より発光強度が高く、かつ担癌効率の良い細胞株を得るためのプローブ改良を進める必要性があった。当初の予定よりも数倍多い数のプローブおよび細胞株を作製することとなった。そこでPiggyBac system による効率的かつ安定的な手法により細胞株樹立をスピードアップできた為に、短期間で複数の細胞株を比較する担癌実験を実行できた。よって現時点で最良のプローブおよびその安定発現細胞株を選択する事が出来、実際の宇宙実験への移行が可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
可視化する生命現象を、地上環境から宇宙規模の環境へと拡張するための整備を進める。ISS/「きぼう」に搭載予定の「小動物の発光イメージング装置」によるin vivo imagingを実践する為に、発光型プローブの開発・改良を加速する。
a. 生命基本現象を可視化する蛍光プローブの選択・導入と発光型への変換:
これまでに作製したいくつかの細胞株において発光イメージングに十分な発光強度が得られる事が分かったが、Off-site(帰還後・地上)実験で計画する細胞諸現象の3次元再構築のための蛍光強度が不十分であることも分かってきた。今年度は、VenusラベルをAkaluc から独立させること、さらには新規蛍光タンパク質Achillesへと置き換えを進める。宇宙における様々なストレスを可視化することを目的に、酸化ストレスプローブをAkaluc 発光型へと改良する。発光型プローブを安定発現するマウスの作製を計画する。
b.高感度発光システム「AkaBLI」について、ISS/「きぼう」実験棟に搭載予定のマウス発光イメージングシステムで最大の成果を発揮するべく実験系のデザインを行う。遺伝子動態やマウスの活動などを高感度にかつ定量的に観察するため、発光プローブが安定かつ強力に発現するようシステムを改良する。加えて、基質（AkaLumine）の体内動態の理解のため、組織特異的Akaluc発現マウスを用いた詳細な発光プロファイルの取得を行い、観察部位に依らない普遍的なプロトコルの作製につなげる。
a. b. を同時に推進しながら、時間情報、空間情報、重力情報を基軸としたライブイメージングを実行し、細胞増殖動態やストレス検知などと絡めて生命制御機構について理解を深める。
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| Remarks |
10.研究発表、[雑誌論文]に記した1件は、Review である。
10.研究発表、[学会発表]に記した2件については、新型コロナウイルス感染症への対策として、中止もしくは誌上発表へと切り替わった。
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Research Products
(6 results)
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[Journal Article] Space Radiation Biology for “Living in Space”2020
Author(s)
Furukawa S、Nagamatsu A、Nenoi M、Fujimori A、Kakinuma S、Katsube T、Wang B、Tsuruoka C、Shirai T、Nakamura A J.、Sakaue-Sawano A、Miyawaki A、Harada H、Kobayashi M、Kobayashi J、Kunieda T、 Funayama T、Suzuki M、Miyamoto T、Hidema J、Yoshida Y、Takahashi A
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Journal Title
BioMed Research International
Volume: 2020
Pages: 1～25
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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