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2015 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(血中酸素濃度依存シグナルの相対的減弱)を検出するのみで,具体的にどのようなエネルギー代謝分子/経路が関与しているかは明らかでない. 本研究では,fMRIと代謝分子の局在を可視化する「質量分析イメージング」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分子イメージングにより明らかにする.

本年度は,これまでに確立した実験プロトコルを用いて,「マウスに対する光遺伝学的fMRI」と「質量分析イメージング」とを組み合わせた計測を行った. 具体的には, 光照射によって特定の神経細胞またはアストロサイト-選択的に活動を操作できる遺伝子改変マウス(トランスジェニックマウス(Tgマウス))を用い, 刺激時/安静時の光刺激依存的な代謝物の空間的改変をイメージングにより解析した.このために,神経細胞/アストロサイト特異的に光感受性タンパク質(ChR: チャネルロドプシン,)を発現させたChR-Tgマウス系統を用い,光照射によってin vivoにおける細胞選択的な活性化を達成し,この系をイメージング解析に用いた.

ChR-Tgマウス群に光照射をし,CA1-錐体神経細胞/アストロサイトを選択的に活性化し,この時の脳代謝変化をイメージング質量分析により可視化解析した結果, 神経細胞またはアストロサイト特異的な活性化を行なったマウスにおいて, ATPの産生/消費動態は全く逆の傾向を示していた. すなわち, 光刺激により興奮した神経細胞はATPを消費する事で、刺激部位で減弱したATP分布イメージを示したのに対し,興奮アストロサイトは(おそらく血管拡張を介して)ATP産生を助長したことに起因すると考えられるATP濃度上昇を示す分布イメージが得られた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の研究計画では、H28年度までに行う予定であった、以下の実施項目を完了した。

1) 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った.

2) より具体的には, 光照射によって特定の神経細胞/アストロサイトを選択的に活動を操作できる遺伝子改変マウスを用い, 光刺激依存的な脳代謝の領域依存的な変動をイメージングする事に成功した.

Strategy for Future Research Activity

今後,ATPの主要産生経路であるグルコース代謝のフラックスイメージとATP上昇の空間情報相関を調べることで,さらに詳細にどのような代謝経路がATP産生に寄与したのかを調べる.以上により,光遺伝学的刺激による局所脳細胞活性化がin vivoにおいて、グルコース代謝,またはその下流で高エネルギーヌクレオチド産生に及ぼす影響を空間情報を解析し明らかにする.

Causes of Carryover

僅かな次年度使用額が生じたが、全体額の2%未満であり、ほぼ計画通りの予算執行を行った。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度使用額は、消耗品試薬として使用する。

  • Research Products

    (18 results)

All 2016 2015

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 11 results)

  • [Journal Article] Therapeutic hypothermia achieves neuroprotection via a decrease in acetylcholine with a concurrent increase in carnitine in the neonatal hypoxia-ischemia2015

    • Author(s)
      Toshiki Takenouchi, Yuki Sugiura, Takayuki Morikawa, Tsuyoshi Nakanishi, Yoshiko Nagahata, Tadao Sugioka, Kurara Honda, Akiko Kubo, Takako Hishiki, Tomomi Matsuura, Takao Hoshino, Takao Takahashi, Makoto Suematsu, Mayumi Kajimura
    • Journal Title

      Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism

      Volume: 35 Pages: 794-805

    • DOI

      10.1038/jcbfm.2014.253.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Non-neuronal acetylcholine as an endogenous regulator of proliferation and differentiation of Lgr5-positive stem cells in mice.2015

    • Author(s)
      Takahashi T, Ohnishi H, Sugiura Y, Honda K, Suematsu M, Kawasaki T, Deguchi T, Fujii T, Orihashi K, Hippo Y, Watanabe T, Yamagaki T, Yuba S.
    • Journal Title

      FEBS J.

      Volume: 281 Pages: 4672-90

    • DOI

      10.1111/febs.12974.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of an Imaging Mass Spectrometry Technique for Visualizing Localized Cellular Signaling Mediators in Tissues.2015

    • Author(s)
      Sugiura Y, Honda K, Suematsu M.
    • Journal Title

      Mass Spectrom

      Volume: 4 Pages: A0040

    • DOI

      10.5702/massspectrometry.A0040.

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ドパミン産生イメージング技術 の開発2016

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第89回日本薬理学会年会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-03-10
    • Invited
  • [Presentation] 生体代謝と質量分析 ~ライフサイエンスでどの様に質量分析を活かすか~2016

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第二回 miniメタボロミクスシンポジウム in 大分大学
    • Place of Presentation
      大分大学医学部(大分県由布市)
    • Year and Date
      2016-02-05
    • Invited
  • [Presentation] 神経伝達物質の代謝をモニターする技術開発2016

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      Neurovascular Unit 研究会 2016
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学医学部 信濃町キャンパス(新宿区)
    • Year and Date
      2016-01-23
    • Invited
  • [Presentation] Development of an imaging mass spectrometry technique for visualizing localized cellular signaling molecules in tissues2015

    • Author(s)
      Yuki Sugiura
    • Organizer
      第40回日本比較内分泌学会大会/日本比較生理生化学会第37回大会 合同大会
    • Place of Presentation
      JMSアステールプラザ(広島県広島市)
    • Year and Date
      2015-12-11
    • Invited
  • [Presentation] 質量分析による、生体代謝プロファイリングの技術開発2015

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      東京都医学総合研究所セミナー
    • Place of Presentation
      東京都医学総合研究所(東京都世田谷区)
    • Year and Date
      2015-10-23
    • Invited
  • [Presentation] Development of an imaging mass spectrometry technique for visualizing localized cellular signaling mediators in tissues.2015

    • Author(s)
      Yuki Sugiura
    • Organizer
      10th World Congress for Microcircuration
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館 (京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-09-26
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 質量分析を用いた生体分子プロファイリング ~微量炎症メディエーター・イメージングとリアルタイム分析へ~2015

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第66回日本薬理学会北部会
    • Place of Presentation
      富山国際会議場(富山県富山市)
    • Year and Date
      2015-09-19
    • Invited
  • [Presentation] メタボロミクスによるin vivo 生体代謝プロファイリング2015

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      臨床試料を用いた蛋白質解析から治療及び創薬標的探索、 そして生体代謝プロファイリングの最前線
    • Place of Presentation
      日本医科大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2015-09-17
    • Invited
  • [Presentation] 質量分析による in vivo 代謝プロファイリング ~イメージングからリアルタイム代謝解析まで~2015

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第28 回バイオメディカル分析科学シンポジウム
    • Place of Presentation
      長崎大学薬学部(長崎県長崎市)
    • Year and Date
      2015-08-22
    • Invited
  • [Presentation] 痛みを仲介する脳内分子の探索のための技術2015

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第2回 緩和医療薬学研究会/第3回 Tokyo 疼痛緩和次世代研究会 合同研究会
    • Place of Presentation
      星薬科大学(東京都品川区)
    • Year and Date
      2015-08-05 – 2015-08-06
    • Invited
  • [Presentation] 質量分析による生体代謝プロファイリングの展望 ~イメージングからリアルタイム代謝解析まで~2015

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      医薬基盤研究所(NIBIO)セミナー
    • Place of Presentation
      国立研究開発法人医薬基盤・健康・栄養研究所(大阪府茨木市)
    • Year and Date
      2015-08-03
    • Invited
  • [Presentation] In vivo Visualization and Quantification of myocardial metabolic fluxes of glucose by mass spectrometry2015

    • Author(s)
      Yuki Sugiura
    • Organizer
      the 25th Australian and New Zealand Society for Mass Spectrometry & 6th Asia Oceania Mass Spectrometry Conference
    • Place of Presentation
      Brisbane, Australia
    • Year and Date
      2015-07-19 – 2015-07-22
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A real-time analysis of brain energy metabolism using micro-dialysis linked MS system2015

    • Author(s)
      Kurara Honda , Yuki Sugiura , Yasuyuki Kabe, Makoto Suematsu
    • Organizer
      the 25th Australian and New Zealand Society for Mass Spectrometry & 6th Asia Oceania Mass Spectrometry Conference
    • Place of Presentation
      Brisbane, Australia
    • Year and Date
      2015-07-19 – 2015-07-22
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 質量分析による 生体代謝プロファイリングの展望2015

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第 63回質量分析総合討論会
    • Place of Presentation
      エポカルつくば(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2015-06-17 – 2015-06-19
  • [Presentation] 質量分析で神経伝達物質をイメージングする2015

    • Author(s)
      杉浦 悠毅
    • Organizer
      第 63回質量分析総合討論会
    • Place of Presentation
      エポカルつくば(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2015-06-17 – 2015-06-19

URL: 

Published: 2017-01-06  

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