2021 Fiscal Year Annual Research Report
代謝機能の光操作／光計測による脳情報解析と病態制御
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19H03338
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
松井 広 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20435530)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | グリア細胞 / アストロサイト / 代謝 / 乳酸 / シナプス伝達 / 細胞内pH / 細胞内Ca |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アストロサイトの代謝回路の変化は、即、神経回路の動作を左右し、学習・記憶・行動といった脳の高次機能にまで影響を与える。本研究では、アストロサイトの担う代謝機能を光操作することで、脳の複合ネットワークと、それを束ねるシグナルを解明することに取り組んだ。生体を流れる伝達物質や代謝産物等の情報因子のフローを光計測する方法と組み合わせ、代謝フローの障害・破綻にともなう脳病態・精神疾患の発症メカニズムも明らかにできると考えられる。細胞内外のイオン濃度変化、伝達物質濃度変化に加えて、代謝産物（ATP、乳酸、ピルビン酸）等も、情報を担う因子として捉えられる。これらの因子が脳内局所環境を変化させている場面では、神経細胞ではなくグリア細胞の活動が大きく関与している。しかし、いかんせん、脳内局所環境の変化は電気信号として計測できる形で顕在化しないので、これまで、この情報の流れを把握することは困難であった。そこで、本研究では、新規FRET蛍光センサータンパク質を用いて、細胞内の生体分子のダイナミックな動態を計測する技術を開発した。細胞内外の生体分子の流れ（フロー）をマルチモーダル計測し、脳内情報処理の仕組みを新たな視点で解明する研究を進めた。まず、蛍光変化には血流動態等が蛍光計測値に大きな影響を与えることが明らかになり、この効果を分離して解析する方法を開発する必要があった。その結果、マウスの行動に応じたアストロサイト発現Ca2+、pHセンサー、ピルビン酸センサーの動態を追跡することが可能となった。また、神経細胞発現ATPセンサーの応答を解析したところ、てんかん発作にともなうATPの減少が観察されたが、イオンバランスの回復がATPの消費の主な要因ではないことが示された。健常時と病態時の脳内代謝フローを比較することで、今後、新たな治療戦略に発展することが期待される。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(20 results)
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[Journal Article] Optogenetic stimulus-triggered acquisition of seizure resistance2022
Author(s)
Shimoda Yoshiteru、Beppu Kaoru、Ikoma Yoko、Morizawa Yosuke M.、Zuguchi Satoshi、Hino Utaro、Yano Ryutaro、Sugiura Yuki、Moritoh Satoru、Fukazawa Yugo、Suematsu Makoto、Mushiake Hajime、Nakasato Nobukazu、Iwasaki Masaki、Tanaka Kenji F.、Tominaga Teiji、Matsui Ko
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Journal Title
Neurobiology of Disease
Volume: 163
Pages: 105602～105602
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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