中枢神経系ネットワークのカルシウム制御と病態生理機構

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25221304
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 飯野 正光 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50133939)
• Project Period (FY): 2013-05-31 – 2018-03-31
• Keywords: シグナル分子 / 生体分子 / 脳・神経 / 薬理学 / 生理学

Outline of Annual Research Achievements

１）NOによるCa2+放出機構（NICR機構）の病態生理　NICR機構に関連するシステイン残基をアラニンで置換したノックインマウス（C3636Aマウス）を用いてNICR機構の病態生理的意義について以下の解析を実施した。（１）NOドナーによる小胞体およびミトコンドリア内腔のCa2+濃度測定を行う方法を確立した。（２）海馬スライスに薬物を投与してんかん様の強い神経活動を誘発し、リアノジン受容体のSニトロシル化を測定する方法を確立した。これを用い、C3636AマウスではSニトロシル化が有意に低下していることを明らかにした。（３）代表的なカイニン酸てんかんモデルを用い、野生型とC3636Aマウスにおいて、てんかん発作の強さについては差が認められないが、発作後の神経細胞死がC3636Aマウスで低下することが明らかになった。
２）グリア細胞Ca2+シグナル機構の病態生理　アストロサイト特異的にタンパク質型Ca2+インジケーター（YCnano）を発現する遺伝子改変マウスを用い、二光子励起顕微鏡法を用いた生体内イメージング法を確立した。これにより、微細な突起部分に局在するCa2+シグナルを発見した。
３）細胞内小器官Ca2+動態の病態生理　細胞内小器官内腔に局在してCa2+濃度変化に応答するインジケーター群CEPIAシリーズの開発に成功した。これにより、細胞質、小胞体内腔、およびミトコンドリア内腔のCa2+濃度を同時に色違いで測定することが可能になった。これを用い、小胞体とミトコンドリア内腔のCa2+濃度の連携関係を、細胞内での不均一性を明らかにして論文を公表した。これまで100件以上のプラズミド請求に応じている

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

第２年度の計画については、予定通り進んだ。計画の一部（CEPIAシリーズの開発）については、予定した以上に進んでいると考えている。

Strategy for Future Research Activity

１）NOによるCa2+放出機構の病態生理：研究は順調に進行している。リアノジン受容体の機能抑制が脳障害後の治療標的となる可能性がより強まっているので、細胞レベルのメカニズム解析と個体レベルの解析を予定通り進める。
２）グリア細胞Ca2+シグナル機構の病態生理：昨年度までの研究で、生体内でアストロサイトのCa2+動態を観測する方法を確立し、新たなCa2+シグナルを発見して論文を発表した。これを用い、大脳皮質に傷害を加えた後、アストロサイトのCa2+シグナルと形態変化を生体内で長期間可視化観測を予定通り進める。
３）細胞内小器官Ca2+動態の病態生理：CEPIAシリーズによる小胞体とミトコンドリア内腔のCa2+濃度の連携関係解析については論文を発表した。生体内での解析を進めるためCEPIAトランスジェニックマウスの作製を進めていく。

Research Products

• [Journal Article] Imaging intraorganellar Ca2+ at subcellular resolution using CEPIA. (2014)
  • Author(s): Suzuki, J., Kanemaru, K., Ishii, K., Ohkura, M., Okubo, Y., and Iino, M.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 5 Pages: 4153
  • DOI: 10.1038/ncomms5153.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] In vivo visualization of subtle, transient, and local activity of astrocytes using an ultrasensitive Ca2+ indicator. (2014)
  • Author(s): Kanemaru, K., Sekiya, H., Xu, M., Satoh, K., Kitajima, N., Yoshida, K., Okubo, Y., Sasaki, T., Moritoh, S., Hasuwa, H., Mimura, M., Horikawa, K., Matsui, K., Nagai, T., Iino, M., and Tanaka, K.F.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 10 Pages: 311-318
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.05.056.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] タンパク質型Ca2+インジケーターCEPIAによる小胞体・ミトコンドリア内腔Ca2+動態の可視化と機能解析 (2015)
  • Author(s): 鈴木 純二、金丸 和典、石井 邦明、大倉 正道、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 第120回 日本解剖学会総会・全国学術集会 第92回 日本生理学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場 (兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-21
  • Invited
• [Presentation] 生体内アストロサイトの微細なカルシウム活動を捉える新規イメージング技術 (2015)
  • Author(s): 金丸 和典
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-20 – 2015-03-20
• [Presentation] 成熟したマウス脳における経験依存的シナプス機能制御 (2015)
  • Author(s): 久保田 淳、金丸 和典、関谷 敬、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-20 – 2015-03-20
• [Presentation] 動物個体を用いた大脳皮質の蛍光イメージング：仕組みと実際 (2015)
  • Author(s): 関谷 敬、北島 奈美、 瀧川 健司、高木 美貴、佐藤 要、山澤 徳志子、金丸 和典、田中 謙二、廣瀬 謙造、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-20 – 2015-03-20
• [Presentation] 軸索によるシュワン細胞のミトコンドリア代謝制御を介したミエリン鞘形成機構 (2015)
  • Author(s): 稲生 大輔、相良 洋、鈴木 純二、金丸 和典、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-19 – 2015-03-19
• [Presentation] 大脳皮質の異常興奮時における ATP 動態を可視化する蛍光性 ATP プローブの開発 (2015)
  • Author(s): 瀧川 健司、関谷 敬、佐藤 要、北島 奈美、高木 美貴、坂本 寛和、並木 繁行、山澤 德志子、田中 謙二、廣瀬 謙造、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-19 – 2015-03-19
• [Presentation] S-ニトロシル化を介した1型リアノジン受容体活性化による一酸化窒素誘導神経細胞死 (2015)
  • Author(s): 三上 義礼、金丸 和典、小田 康弘、柿澤 昌、杉山 弘樹、柴田 和輝、小山 隆太、伊藤 明博、山澤 徳志子、渡辺 雅彦、池谷 裕二、斉藤 延人、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-19 – 2015-03-19
• [Presentation] アストロサイトCa2+シグナルは脳血管平滑筋の収縮に相関する (2015)
  • Author(s): 北島 奈美、関谷 敬、金丸 和典、田中 謙二、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-18
• [Presentation] タンパク質型Ca2+インジケーターCEPIAを用いた小胞体・ミトコンドリア内腔Ca2+動態の可視化と機能解析 (2015)
  • Author(s): 鈴木 純二、金丸 和典、石井 邦明、大倉 正道、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-18
• [Presentation] マウス血栓塞栓モデルを用いた脳虚血時アストロサイトのin vivo Ca2+イメージング (2015)
  • Author(s): 高木 美貴、関谷 敬、北島 奈美、金丸 和典、山澤 徳志子、田中 謙二、飯野 正光
  • Organizer: 第88回 日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-18
• [Presentation] Imaging intraorganellar Ca2+ at subcellular resolution using CEPIA (2015)
  • Author(s): 鈴木 純二、金丸 和典、石井 邦明、大倉 正道、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 2015 Kitasato-Yale Fluid Symposium: Molecular Control of Cellular and Epithelial Function
  • Place of Presentation: 北里大学 (東京都港区)
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-02
• [Presentation] Functional role of astrocytic Ca2+ signaling in response to brain injury (2015)
  • Author(s): M. Iino
  • Organizer: Glial assembly; a new regulatory machinery of brain function and disorders
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-01-23 – 2015-01-23
  • Invited
• [Presentation] In vivo visualization of subtle, transient and local activity of astrocytes (2014)
  • Author(s): 関谷 敬、金丸 和典、徐 明、佐藤 要、北島 奈美、吉田 慶太郎、大久保 洋平、佐々木 拓哉、森藤 暁、蓮輪 英毅、三村 將、堀川 一樹、松井 広、永井 健治、田中 謙二、飯野 正光
  • Organizer: International Symposium 2014 'Vision, Memory, Thought'
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-07
• [Presentation] タンパク質型Ca2+インジケーターを用いたミトコンドリア・小胞体内腔Ca2+動態の可視化と機能解析 (2014)
  • Author(s): 鈴木 純二、金丸 和典、石井 邦明、大倉 正道、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 筋生理の集い
  • Place of Presentation: 東京慈恵会医科大学 (東京都港区)
  • Year and Date: 2014-12-06 – 2014-12-06
• [Presentation] 脳血管平滑筋の生体内Ca2+イメージングによるアストロサイトの脳血流制御機構解析 (2014)
  • Author(s): 北島 奈美、関谷 敬、金丸 和典、田中 謙二、飯野 正光
  • Organizer: 第24回 日本循環薬理学会
  • Place of Presentation: 山形テルサ（山形県山形市）
  • Year and Date: 2014-12-05 – 2014-12-05
• [Presentation] 異常興奮時の大脳皮質における細胞外ATPウェーブの可視化 (2014)
  • Author(s): 佐藤 要、関谷 敬、瀧川 健司、坂本 寛和、有吉 哲郎、並木 繁行、田中 謙二、廣瀬 謙造、飯野 正光
  • Organizer: 第131回 日本薬理学会関東部会
  • Place of Presentation: 横浜市立大学福浦キャンパス（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-10-11 – 2014-10-11
• [Presentation] 血栓塞栓モデルを用いた脳虚血時アストロサイトのin vivo Ca2+イメージング (2014)
  • Author(s): 高木 美貴、関谷 敬、北島 奈美、金丸 和典、山澤 徳志子、田中 謙二、飯野 正光
  • Organizer: 第131回 日本薬理学会関東部会
  • Place of Presentation: 横浜市立大学福浦キャンパス（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-10-11 – 2014-10-11
• [Presentation] NO-induced calcium release (NICR)と神経細胞死 (2014)
  • Author(s): 三上 義礼、金丸 和典、小田 康弘、杉山 弘樹、小山 隆太、伊藤 明博、柿澤 昌、山澤 徳志子、村山 尚、渡辺 雅彦、池谷 裕二、斉藤 延人、飯野 正光
  • Organizer: 生理学研究所研究会「新規シグナル伝達分子とその生理学的可塑性」
  • Place of Presentation: 生理学研究所（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-18
• [Presentation] シナプス外グルタミン酸動態の可視化解析 (2014)
  • Author(s): 大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 第37回 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-13
• [Presentation] 成熟したマウス脳における経験依存的シナプス機能制御 (2014)
  • Author(s): 久保田 淳、金丸 和典、関谷 敬、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 第37回 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-13
• [Presentation] グリアの「わかりにくい」活動をいかにして捉えるか：新規可視化ツールでグリアの謎を解く (2014)
  • Author(s): 金丸 和典
  • Organizer: 第1回 グリアアセンブリ 若手の会
  • Place of Presentation: 仁和寺御室会館 (京都府京都市)
  • Year and Date: 2014-08-08 – 2014-08-08
• [Presentation] オルガネラ局在型Ca2+インジケーターで グリア機能に迫る (2014)
  • Author(s): 鈴木 純二
  • Organizer: 第1回 グリアアセンブリ 若手の会
  • Place of Presentation: 仁和寺御室会館 (京都府京都市)
  • Year and Date: 2014-08-07 – 2014-08-07
• [Presentation] Imaging intraorganellar Ca2+ at subcellular resolution using CEPIA (2014)
  • Author(s): 鈴木 純二、金丸 和典、石井 邦明、大倉 正道、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: 17th world congress of basic & clinical pharmacology
  • Place of Presentation: Cape Town International Convention Centre (Cape Town, South Africa)
  • Year and Date: 2014-07-16 – 2014-07-17
• [Presentation] In vivo visualization of subtle, transient, and local activity of astrocytes using an ultrasensitive Ca2+ indicator (2014)
  • Author(s): 金丸 和典、関谷 敬、徐 明、佐藤 要、北島 奈美、吉田 慶太郎、大久保 洋平、佐々木 拓哉、森藤 暁、蓮輪 英毅、三村 悠、堀川 一樹、松井 広、永井 健治、飯野 正光、田中 謙二
  • Organizer: 17th world congress of basic & clinical pharmacology
  • Place of Presentation: Cape Town International Convention Centre (Cape Town, South Africa)
  • Year and Date: 2014-07-16 – 2014-07-16
• [Presentation] Fluorescence imaging of extrasynaptic glutamate dynamics in the brain (2014)
  • Author(s): 大久保 洋平、関谷 敬、並木 繁行、坂本寛和、廣瀬 謙造、飯野 正光
  • Organizer: 17th world congress of basic & clinical pharmacology
  • Place of Presentation: Cape Town International Convention Centre (Cape Town, South Africa)
  • Year and Date: 2014-07-15 – 2014-07-15
• [Presentation] Calcium regulation of cell functions in the brain: responses of neurons and astrocytes to brain injury (2014)
  • Author(s): M. Iino
  • Organizer: 17th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology
  • Place of Presentation: Cape Town International Convention Centre (Cape Town, South Africa)
  • Year and Date: 2014-07-14 – 2014-07-14
  • Invited
• [Presentation] 1型リアノジン受容体のS-ニトロシル化を介した神経細胞死の誘導 (2014)
  • Author(s): 三上 義礼、金丸 和典、小田 康弘、杉山 弘樹、小山 隆太、伊藤 明博、柿澤 昌、山澤 徳志子、村山 尚、渡辺 雅彦、斉藤 延人、飯野 正光
  • Organizer: 第130回 日本薬理学会関東部会
  • Place of Presentation: 星薬科大学百年記念館（東京都品川区）
  • Year and Date: 2014-07-05 – 2014-07-05
• [Presentation] Imaging intraorganellar Ca2+ at subcellular resolution using CEPIA (2014)
  • Author(s): 鈴木 純二、金丸 和典、石井 邦明、大倉 正道、大久保 洋平、飯野 正光
  • Organizer: FASEB Science Research Conferences: Calcium and Cell Function
  • Place of Presentation: ナッソー (バハマ)
  • Year and Date: 2014-06-02 – 2014-06-02
• [Presentation] Astrocytic Ca2+ signaling in response to brain injury (2014)
  • Author(s): M. Iino
  • Organizer: Collaborations in Neuroscience
  • Place of Presentation: Max Planck Floriad Institute for Neuroscience (Jupiter, FL, USA)
  • Year and Date: 2014-05-10 – 2014-05-10
  • Invited