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グリア・神経ネットワークの統合による脳内エネルギー代謝機構

Planned Research

Project AreaGlia decoding: deciphering information critical for brain-body interactions
Project/Area Number 20H05896
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

田中 謙二  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 教授 (30329700)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松井 広  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20435530)
Project Period (FY) 2020-11-19 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥103,220,000 (Direct Cost: ¥79,400,000、Indirect Cost: ¥23,820,000)
Fiscal Year 2022: ¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2021: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2020: ¥27,300,000 (Direct Cost: ¥21,000,000、Indirect Cost: ¥6,300,000)
Keywordsオプトジェネティクス / ファイバーフォトメトリー / 神経-血管機能連関 / 末梢-中枢機能連関 / 神経-血管機能連環 / 末梢-中枢脳機能連環 / 末梢中枢機能連関 / 神経-血管機能連関 / 末梢中枢脳機能連関
Outline of Research at the Start

本研究の概要は、神経回路、グリア細胞、血管等の複数の異なる脳内機能要素間を統合するメカニズムを探索する研究である。また、脳内エネルギー代謝は、脳のサバイバルを担うに留まらず、神経回路を流れる情報そのものの特性を左右する存在であることを明らかにする。さらに、本研究では、末梢から中枢へと伸びる迷走神経を、生来の中枢へのアクセスルートとして人為的に活用し、脳内環境を遠隔操作することにも挑戦する。グリア細胞を起点とするエネルギーのスマート供給システムを調整し、神経・精神疾患の治療原理を開拓する。

Outline of Annual Research Achievements

神経、グリア、血管がそれぞれの役割を果たして、脳の活動が維持される。2020年度は、神経活動を増幅させるメカニズムと、いきすぎた増幅を抑制するメカニズムについて、細胞レベルでの検討を行った。神経からアストロサイトへグルタミン酸が興奮を伝え、アストロサイトから神経へグルタミン酸を伝える連関によって増幅されることを明らかにした。次に、いきすぎた神経活動の一例として、てんかんを取り上げた。てんかんにおいて、アストロサイトの細胞内がアルカリ化すること、アルカリ化がアストロサイト同士のギャップ結合を抑制すること、アストロサイト間の結合抑制がてんかんを悪化させることを明らかにした。これらの神経グリア相互作用には、血管から十分なエネルギーが供給されることによって達成される。神経グリア相互作用を血流がどのように制御するかを明らかにする目的で、脳局所血流を操作する実験系を開発した。血管平滑筋もしくはペリサイトだけにチャネルロドプシンないし光活性化アデニル酸シクラーゼを発現するマウスを作成した。レーザードップラー法を用いた脳深部血流計測によって、光刺激後の血流変化は分単位であることを示した。造影剤を用いた機能的MRIによる血流計測によって、局所光刺激による血流変化の空間的広がりを調べたところ、光の強度と照射時間に応じた血流変化を確認した。以上の予備的検討によって、どの程度の光照射によって、どの程度の脳領域の血流を操作できるのかという今後のin vivo研究に必須となる情報を得ることが出来た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究推進に必須となるマウスリソースを計画通りに準備できた

Strategy for Future Research Activity

神経、グリア、血管のそれぞれの活動を、Ca、H、ATP、乳酸の多寡によって記載する。細胞機能の状態を表現しうるこれらの分子のダイナミクスが、血流変化によってどのように変わるのか明らかにすることで、細胞機能の何がどれだけ血流動態に強く依存するのか、スライスレベル、in vivoレベルで明らかにしていく。

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(29 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (17 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 17 results,  Open Access: 13 results) Presentation (8 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Texas, Austin/University of Washington(米国)

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      Takata Norio、Sato Nobuhiko、Komaki Yuji、Okano Hideyuki、Tanaka Kenji F.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Pages: 6234-6234

    • DOI

      10.1038/s41598-021-85807-0

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      Yoshida Keitaro、Drew Michael R.、Kono Anna、Mimura Masaru、Takata Norio、Tanaka Kenji F.
    • Journal Title

      Neuropsychopharmacology

      Volume: in press Pages: 1606-1616

    • DOI

      10.1038/s41386-021-00990-y

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      Mariko Onodera, Jan Meyer, Kota Furukawa, Yuichi Hiraoka, Tomomi Aida, Kohichi Tanaka, Kenji F. Tanaka, Christine R. Rose and Ko Matsui
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      The Journal of Neuroscience

      Volume: 41 Pages: 2106-2118

    • DOI

      10.1523/jneurosci.2365-20.2020

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      Tanaka Hidekazu、Mitsui Retsu、Oishi Mitsuhiro、Passlick Stefan、Jabs Ronald、Steinh?user Christian、Tanaka Kenji F.、Hashitani Hikaru
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      British Journal of Pharmacology

      Volume: 178 Pages: 1073-1094

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      10.1111/bph.15342

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      Zhou Zhiwen、Okamoto Kazuki、Onodera Junya、Hiragi Toshimitsu、Andoh Megumi、Ikawa Masahito、Tanaka Kenji F.、Ikegaya Yuji、Koyama Ryuta
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

      Volume: 118 Pages: 2016584118-2016584118

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      10.1073/pnas.2016584118

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      Miyata S, Kakizaki T, Fujihara K, Obinata H, Hirano T, Nakai J, Tanaka M, Itohara S, Watanabe M, Tanaka KF, Abe M, Sakimura K, Yanagawa Y.
    • Journal Title

      Mol Brain.

      Volume: 14 Pages: 5-5

    • DOI

      10.1186/s13041-020-00713-2

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      Kosugi Kenzo、Yoshida Keitaro、Suzuki Toru、Kobayashi Kenta、Yoshida Kazunari、Mimura Masaru、Tanaka Kenji F.
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      Hippocampus

      Volume: 31 Pages: 294-304

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      10.1002/hipo.23289

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      Xin Zonghao、Abe Yoshifumi、Liu Shuang、Tanaka Kenji F.、Hosomi Koichi、Saitoh Youichi、Sekino Masaki
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      MRMS

      Volume: 20 Issue: 1 Pages: 83-90

    • DOI

      10.2463/mrms.mp.2019-0156

    • NAID

      130007993616

    • ISSN
      1347-3182, 1880-2206
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      Beppu Kaoru、Kubo Naoko、Matsui Ko
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      The Journal of Physiology

      Volume: 599 Pages: 2085-2102

    • DOI

      10.1113/jp280857

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      Miyazaki K, Miyazaki KW, Sivori G, Yamanaka A, Tanaka KF, Doya K
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      SCIENCE ADVANCES

      Volume: 6 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1126/sciadv.abc7246

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      Kawamura Atsuki、Abe Yoshifumi、Seki Fumiko、Katayama Yuta、Nishiyama Masaaki、Takata Norio、Tanaka Kenji F.、Okano Hideyuki、Nakayama Keiichi I.
    • Journal Title

      Molecular Brain

      Volume: 13 Pages: 146-146

    • DOI

      10.1186/s13041-020-00699-x

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      Wang Marie Xun、Ray Lori、Tanaka Kenji F.、Iliff Jeffrey J.、Heys Jeffrey
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      Glia

      Volume: 69 Pages: 715-728

    • DOI

      10.1002/glia.23923

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      A. Natsubori, T. Tsunematsu, A. Karashima, H. Imamura, N. Kabe, A. Trevisiol, J. Hirrlinger, T. Kodama, T. Sanagi, K. Masamoto, N. Takata, K-A Nave, K. Matsui, K.F. Tanaka, M. Honda
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 3 Pages: 491-491

    • DOI

      10.1038/s42003-020-01215-6

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      Abe Yoshifumi、Takata Norio、Sakai Yuki、Hamada Hiro Taiyo、Hiraoka Yuichi、Aida Tomomi、Tanaka Kohichi、Bihan Denis Le、Doya Kenji、Tanaka Kenji F
    • Journal Title

      Neuroimage

      Volume: 223 Pages: 1172020-1172020

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2020.117318

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    • Author(s)
      Yoshida K, Tsutsui-Kimura I, Kono A, Yamanaka A, Kobayashi K, Watanabe M, Mimura M, *Tanaka KF.
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 31 Pages: 107829-107829

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2020.107829

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    • Author(s)
      Miyazaki T, Yamasaki M, Tanaka KF, Watanabe M.
    • Journal Title

      Neuroscience

      Volume: in press Issue: 20 Pages: 30332-30325

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2020.05.026

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    • Author(s)
      Abe Y, Ikegawa N, Yoshida K, Muramatsu K, Hattori S, Murakami M, Tanaka T, Goda W, Hashimoto T, Miyakawa T, Iwatsubo T, Hata J, Niikura T, Yasui M, et al.
    • Journal Title

      Acta Neuropathol. Commun.

      Volume: 8 Pages: 67-67

    • DOI

      10.1186/s40478-020-00936-3

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Published: 2020-11-24   Modified: 2022-07-01  

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