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2014 Fiscal Year Research-status Report

グルコース代謝フラックスの脳内イメージング

Research Project

Project/Area Number 26560469
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

杉浦 悠毅  慶應義塾大学, 医学部, 講師 (30590202)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords脳代謝 / イメージング質量分析 / fMRI / グルコース代謝
Outline of Annual Research Achievements

脳機能イメージングはfMRI(functional magnetic resonance imaging)などを用いて行われるが,これらは中枢神経細胞の活動に応答する『間接的』指標を検出するのみで,脳局所の活動にどのようなエネルギー代謝分子が関連しているかは明らかではない.本研究では,代謝分子の局在を可視化する「質量分析イメージング」を発展させたグルコース代謝のフラックス(流束=流れ)のイメージング法(申請者独自の手法)により,活動「脳局所」でどのようなグルコース代謝経路が用いられているかをイメージングにより明らかにする.
詳細には投与した標識グルコースが外部刺激に応答する脳領域で「どのような」代謝分子に変換されたかを網羅的に可視化し,さらにfMRIとの相補使用により, 血中酸素濃度依存的シグナル(BOLD)信号応答領域でのin vivoエネルギー代謝実態を解明する.

本年度は,安静時のマウスを用いた実験プロトコルを確立した.すなわちマウスに,安定同位体(13C6)標識グルコースを投与し,その後マイクロウェーブによる酵素瞬時不活化により,脳の代謝を完全に停止させる. この後, 摘出した脳をメタボロミクス(技術課題①: 既知/未知グルコース代謝経路中の13C含有代謝産物の網羅的な同定/定量)と,イメージング質量分析(技術課題②: 13C含有代謝産物の局在イメージング)に供する一連の実験プロトコルを確立した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度から来年度半期(半年間)に実施予定であった,以下の3点の実験プロトコルを既に確立
した.
I) 試料調整法の確立: 動物個体から破壊検査で代謝解析を行う鍵は,いかに迅速に動物個体の代謝を瞬時に停止させるかにある.すなわち,動物の死後,臓器摘出からの試料調整工程中に進行する死後酵素分解の抑制が必須であった.私達は,この問題についてマイクロウェーブによる酵素瞬時不活化により,脳の代謝を完全に停止させることで解決した.確立したプロトコルと多くの実証データを集積した.
II) 安定同位体メタボロミクスの確立:(技術課題①) 本研究では, 投与13Cグルコース由来の13C含有化合物を網羅的に同定/定量する必要がある. まず, 分子網羅性が非常に高いキャピラリー電気泳動質量分析法(CE-MS)を用い, 代謝物の網羅的計測を達成した. さらに取得した大容量データ群から効率よく13C含有化合物を検索するために,ソフトウェアによるデータアラインメント遂行の必要があった. これについ新たにnon-linear社ソフトウェアを適用し, 数十のサンプル測定データを一元的に比較定量することに成功し,13Cグルコース投与/非投与群のデータ比較により,13C含有化合物を効率的に抽出した.
III) 安定同位体イメージング質量分析の確立:(技術課題②) さらにイメージング質量分析により,13C含有化合物の脳内局在をイメージングする. この際に技術的障壁となるのは,標的分子の絶対量の少なさに起因する感度不足であった.この点に関して,私達はイメージング質量分析の高感度化に資する複数の工夫を実施した. 具体的には, 組織上での化合物誘導体化法, タンデムMSイメージングの導入,そしてこの2つの複合的使用である.これらにより, 従来法では検出不可能であった13C含有化合物の脳内局在をイメージングする事に成功した.

Strategy for Future Research Activity

来年度以降では,これまでに確立した実験プロトコルを用いて,脳内エネルギー代謝機構を可視化解析するために「マウスに対する光遺伝学的fMRI」と前述「代謝フラックス-イメージング」とを組み合わせた計測を行う. 具体的には, 光照射によって特定の神経細胞/アストロサイト-選択的に活動を操作できる遺伝子改変マウスを用い, 刺激時/安静時のグルコース代謝経路フラックスの, 光刺激依存的な空間的改変をイメージングにより解析する.

Causes of Carryover

購入予定であった安定同位体化合物を含む試薬類の一部が、メーカーの生産遅延があった為。

Expenditure Plan for Carryover Budget

購入予定であった安定同位体化合物を含む試薬類購入に使用する。

  • Research Products

    (16 results)

All 2015 2014

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 9 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] 質量分析による微量生理活性脂質のイメージング2015

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Journal Title

      別冊 BIO Clinica 慢性炎症と疾患

      Volume: in press Pages: 311-317

  • [Journal Article] メタボローム・イメージング -炎症研究でのイメージング質量分析の役割-2015

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Journal Title

      臨床免疫・アレルギー科

      Volume: 63 Pages: 131-138

  • [Journal Article] DHA-PC and PSD-95 decrease after loss of synaptophysin and before neuronal loss in patients with Alzheimer's disease.2014

    • Author(s)
      Yuki D, Sugiura Y, Zaima N, Akatsu H, Takei S, Yao I, Maesako M, Kinoshita A, Yamamoto T, Kon R, Sugiyama K, Setou M.
    • Journal Title

      Sci Rep.

      Volume: 4 Pages: -

    • DOI

      doi:10.1038/srep07130

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] イメージング質量分析による脳梗塞モデルマウスの代謝変動の可視化2014

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Journal Title

      医学のあゆみ

      Volume: 249 Pages: -

  • [Presentation] Imaging of brain metabolic fluxes of glucose in the awake mice by mass spectrometry2014

    • Author(s)
      Yuki Sugiura
    • Organizer
      OurCon II, imaging mass spectrometry conference
    • Place of Presentation
      Antalya, Turkey
    • Year and Date
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [Presentation] より実用的な 代謝生物学のツールとして用いるため に2014

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      イメージングマススペクトロメトリー・ワークショップ
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2014-11-10 – 2014-11-11
    • Invited
  • [Presentation] 微量生体分子の イメージング質量分析による可視化2014

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第39回 日本医用マススペクトル学会年
    • Place of Presentation
      千葉
    • Year and Date
      2014-10-16 – 2014-10-17
    • Invited
  • [Presentation] In vivo Visualization and Quantification of myocardial metabolic fluxes of glucose by mass spectrometry2014

    • Author(s)
      Yuki Sugiura
    • Organizer
      The Conference on Bioactive Peptides for Cell-Cell Communication 2014
    • Place of Presentation
      Kyoto
    • Year and Date
      2014-09-10 – 2014-09-12
    • Invited
  • [Presentation] イメージング質量分析による疾患代謝の可視化2014

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第67回日本酸化ストレス学会学術集会
    • Place of Presentation
      同志社大学今出川キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-04 – 2014-09-05
    • Invited
  • [Presentation] Visualization and quantification of brain metabolic fluxes of glucose in awake mice by mass spectrometry2014

    • Author(s)
      Yuki Sugiura
    • Organizer
      20th International Mass Spectrometry Conference
    • Place of Presentation
      Geneva, Switzerland
    • Year and Date
      2014-08-24 – 2014-08-29
  • [Presentation] グルコース代謝フラックスの脳内イメージング2014

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第6回光操作研究会
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Year and Date
      2014-08-18 – 2014-08-25
    • Invited
  • [Presentation] in vivoで13C代謝フラックスを可視化するチャレンジ2014

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第147回 質量分析関西談話会
    • Place of Presentation
      島津製作所関西支社
    • Year and Date
      2014-08-09 – 2014-08-09
    • Invited
  • [Presentation] 生体臓器の代謝経路シフトをイメージングする2014

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第2回 低酸素研究会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 先端生命医科学センター
    • Year and Date
      2014-07-26 – 2014-07-26
    • Invited
  • [Presentation] Visualization and quantification of brain metabolic fluxes of 13C-glucose by mass spectrometry2014

    • Author(s)
      Yuki Sugiura
    • Organizer
      5th Asia Oceania Mass Spectrometry Conference
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      2014-07-16 – 2014-07-19
    • Invited
  • [Presentation] 『13C 標識化合物を用いて、代謝フラックスを可視化する』2014

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第41回 BMSコンファレンス
    • Place of Presentation
      石川県 能登
    • Year and Date
      2014-07-07 – 2014-07-09
    • Invited
  • [Book] 驚愕の代謝システム (実験医学増刊)2014

    • Author(s)
      末松 誠, 杉浦 悠毅 (編)
    • Total Pages
      206
    • Publisher
      羊土社

URL: 

Published: 2016-05-27  

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