全脳ニューロンアトラスによる神経変性疾患モデルの一細胞解像度全脳病態解析

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K16498
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 三谷 智樹 大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教員 (90866534)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 透明化 / 神経変性疾患 / ライトシートイメージング / 全細胞解析 / 画像解析 / イメージング / アルツハイマー病 / パーキンソン病

Outline of Annual Research Achievements

神経変性疾患研究では、神経細胞内の異常タンパク質の蓄積を代表とした分子的メカニズムが、さらに近年では、グリア細胞も含めた脳内環境の重要性が明らかになってきているが、病態解明はごく一部の典型的な場所に限定されており、未知の病変が残っている。本研究では、成体マウス脳の全細胞解析と3次元組織学的染色法を組み合わせて、神経変性疾患の全脳病態研究の基盤を構築することを目的としている。これまでの研究で、全脳の免疫染色と全自動神経検出を実証し、神経変性モデルに応用したが、小脳や海馬など細胞密度の高い場所での神経細胞検出の感度が低かった。そのため、高精度細胞検出解析法と高Z分解能の顕微鏡の開発に取り組み、全脳の小脳・海馬を含むあらゆる領域で高精度な神経細胞検出を成功させた。また、本手法をミクログリアマーカーに対しても成功させ、炎症病態の解明に取り組んでいる。
今年度は、新しい画像解析手法を開発することによって、従来よりも高い精度で全ての細胞の細胞マーカーの発現を解析することができるようになった。これにより、従来報告されていなかった時期や場所で、単一細胞レベルで新しい神経変性箇所を同定することができた。さらに、神経変性部位に特異的な神経変性ニッチを生み出す疾患特異的な多細胞ネットワークを同定することができるようになった。これらの一連のセルオミクスパイプラインの一部について、現在国際学術誌で改訂中である。

Research Products

• [Journal Article] Distinct phosphorylation states of mammalian CaMKIIβ control the induction and maintenance of sleep (2022)
  • Author(s): Tone, D., Ode, K. L., Zhang, Q., Fujishima, H., Yamada, R. G., Nagashima, Y., Matsumoto, K., Wen, Z., Yoshida, S. Y., Mitani, T. T., Arisato, Y., Ohno, R. I., Ukai-Tadenuma, M., Yoshida Garcon, J., Kaneko, M., Shi, S., Ukai, H., Miyamichi, K., Okada, T., Sumiyama, K., … Ueda, H. R.
  • Journal Title: PLoS Biology Volume: 20 Pages: オープンアクセスのみで頁無し
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001813
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A novel three-dimensional imaging system based on polysaccharide staining for accurate histopathological diagnosis of inflammatory bowel diseases (2022)
  • Author(s): Nojima, S., Ishida, S., Terayama, K., Matsumoto, K., Matsui, T., Tahara, S., Ohshima, K., Kiyokawa, H., Kido, K., Ukon, K., Yoshida, S. Y., Mitani, T. T., Doki, Y., Mizushima, T., Okuno, Y., Susaki, E. A., Ueda, H. R., & Morii, E.
  • Journal Title: Cellular and molecular gastroenterology and hepatology Volume: 14 Pages: 905-924
  • DOI: 10.1016/j.jcmgh.2022.07.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 透明化脳で加速するセルオミクス (2022)
  • Author(s): 三谷 智樹
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術学会
  • Invited
• [Presentation] Cellomics accelerated by cleared organs with an application for neurology (2022)
  • Author(s): Tomoki T. Mitani , Katsuhiko Matsumoto , Hiroki R.Ueda
  • Organizer: Neuro2022
• [Presentation] Whole-brain neuron profiling identifies biological alterations in three-dimensional structure and function at a single-neuron level (2022)
  • Author(s): T. T. MITANI , S. Y. YOSHIDA , K. YAMAURA , K. MATSUMOTO , E. A. SUSAKI , H. R. UEDA
  • Organizer: Neuroscience 2022
• [Presentation] マウス全脳全神経細胞イメージング (2022)
  • Author(s): 三谷 智樹 , 松本 桂彦 , 上田 泰己
  • Organizer: 第14回「光塾」(光イメージング若手の会)
• [Funded Workshop] Neuroscience 2022 (2022)