2021 Fiscal Year Annual Research Report
Neurogenesis and its pathogenesis in the neonatal brain: an integrated understanding using advanced analytical techniques
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20H05700
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
澤本 和延 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (90282350)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 伸治 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (00281824)
木村 幸太郎 名古屋市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (20370116)
財津 桂 名古屋大学, 医学系研究科, 准教授 (30700546)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | 再生医学 / 神経化学 / 脳・神経 / 脳神経疾患 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生後脳におけるニューロン新生と細胞移動・成熟の過程を、先端分析技術を駆使して大規模・高解像度に研究し、その特徴を明らかにするとともに、脳障害の病態を解明することを目的として、以下の研究を実施した。
(1)生後のニューロン新生と細胞移動を支える組織構築の三次元微細形態解析：幹細胞によるニューロンの産生とニューロン移動の微小環境の構造学的基盤を解明することを目的として、連続ブロック表面走査型電子顕微鏡(SBF-SEM) による観察を実施した。深層学習などの技術を応用することにより、マウス脳組織のSBF-SEM画像をより効率よく、正確に解析する方法を開発した。
(2)ニューロン新生・移動を制御する分子のスクリーニング：新生仔期における遺伝子発現の変化を捉えるため、新生仔マウス脳室下帯の細胞集団の単一細胞網羅的遺伝子発現解析(scRNAseq)を実施した。得られた遺伝子発現情報を解析し、細胞種の分類作業を行った。また、探針エレクトロスプレーイオン化タンデム質量分析(PESIMS/MS)を用いて得られた情報を解析し、早産で変化する代謝産物の特定を行った。
(3)新生児期のニューロン新生機構と早産による影響：昨年度に引き続き、正期産・早産マウスの脳室下帯細胞の微細形態および細胞間の接着関係を解析した。また、脳室下帯のscRNAseq解析とメタボローム解析の結果を紐づける方法を検討した。
(4)新生児期のニューロン新生・移動を調節する分子機構と操作技術の開発：メタボローム解析から見いだされた早産によって変化する代謝経路を薬理学的な方法で操作する実験を検討した。
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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
SBF-SEM解析においては、神経幹細胞とその周囲を取り囲む上衣細胞の細胞構築、およびこれらの細胞間相互作用の詳細を明らかにし、これまで不明な点が多かった神経幹細胞ニッチの構造について重要な情報が得られた。連続電顕画像から3次元細胞像再構築を実施するためのソフトウェアを開発し、3年目の作業効率を格段に向上させることが可能な状況になった。
scRNAseq、プロテーム、メタボローム解析については、それぞれの解析方法を確立し、既にこれらを統合するマルチオミクス解析のパイプライン構築のステップに到達した。解析は継続中であるが、既にニューロン新生に関与する重要な分子機構を見出すことに成功した。
当初予見しなかった成果として、生きたニューロンのシナプス貪食に関するメカニズムを明らかにした。臨床への展開を見据えて、マーモセットやヒト脳のサンプルを用いた研究も進行中である。
このように応募時に提案した各項目の研究計画は順調に進行し、出てきたトラブルについて適切に対処することで、非常に多くの重要なデータが得られている。新しい技術を自ら開発し、複数の解析から得られたデータを統合するという本研究課題の性質上、論文発表には３年以上の年月がかかることを想定していたが、一部の成果について学術誌に発表することができ、現在も複数の論文を作成中である。審査員のコメントにも積極的に対応し、臨床展開に向けて極めて重要なデータが得られている。したがって、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)生後のニューロン新生と細胞移動を支える組織構築の三次元微細形態解析：これまでに開発した三次元電子顕微鏡技術等を用いて、脳室下帯を構成する細胞群の形態学的特徴と接着様式などを解析し、細胞間相互作用の全貌を明らかにする。また、神経幹細胞から産生された新生ニューロンの三次元微細形態および周囲の細胞との接着様式を解明する。
(2)ニューロン新生・移動を制御する分子のスクリーニング：引き続き、脳室下帯細胞のscRNAseq解析を行い、脳室下帯に存在する幹細胞、中間的前駆細胞、新生ニューロンなどにおける遺伝子発現の変化を解明する。scRNAseqによって得られる遺伝子発現情報とメタボローム解析によって得られた代謝産物のデータを統合し、出生における各々の細胞の遺伝子発現の変化と代謝変動の関係を包括的に解明する。
(3)新生児期のニューロン新生機構と早産による影響：早産マウスの脳における新生ニューロンについて、周囲細胞との相互作用等に着目して解析する。ヒトやコモンマーモセット等ヒトに類似した脳構造を有する動物の脳室下帯の発達における変化を追跡するため、組織学的解析および遺伝子発現解析を行う。
(4)新生児期のニューロン新生・移動を調節する分子機構と操作技術の開発：前年度までの解析から見いだされた分子のうち、新生児期のニューロン新生等に関与する可能性が考えられるものについて、培養細胞または動物個体におけるノックダウンや薬剤投与等の実験を行い、各々の機能を解析する。
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Research Products
(37 results)
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[Journal Article] Synaptic pruning of murine adult-born neurons by microglia depends on phosphatidylserine2022
Author(s)
Kurematsu C, Sawada M, Ohmuraya M, Tanaka M, Kuboyama K, Ogino T, Matsumoto M, Oishi H, Inada H, Ishido Y, Sakakibara Y, Nguyen HB, Thai TQ, Kohsaka Sh, Ohno N, Yamada MK, Asai M, Sokabe M, Nabekura J, Asano K, Tanaka M, Sawamoto K
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Journal Title
J Exp Med
Volume: 219
Pages: e20202304
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Change in the central control of the bladder function of rats with focal cerebral infarction induced by photochemically-induced thrombosis2021
Author(s)
Ota Y, Kubota Y, Hotta Y, Matsumoto M, Matsuyama N, Kato T, Hamakawa T, Kataoka T, Kimura K, Sawamoto K, Yasui T
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Journal Title
PLoS ONE
Volume: 16
Pages: e0255200
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Phosphorylation of GAP-43 T172 is a molecular marker of growing axons in a wide range of mammals including primates.2021
Author(s)
Okada M, Kawagoe Y, Sato Y, Nozumi M, Ishikawa Y, Tamada A, Yamazaki H, Sekino Y, Kanemura Y, Shinmyo Y, Kawasaki H, Kaneko K, Sawamoto K, Fujii Y, Igarashi M
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Journal Title
Mol Brain
Volume: 14
Pages: 66
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Dynamic Changes in Ultrastructure of the Primary Cilium in Migrating Neuroblasts in the Adult Brain2021
Author(s)
Matsumoto M, Sawada M, Garcia-Gonzalez D, Herranz-Perez V, Ogino T, Nguyen HB, Thai TQ, Narita K, Kumamoto N, Ugawa S, Saito Y, Takeda S, Kaneko N, Khodosevich K, Monyer H, Garcia-Verdugo JM, Ohno N, Sawamoto K
Organizer
ISSCR TOKYO JAPAN
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