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
| Project Area | Glia decoding: deciphering information critical for brain-body interactions |
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| Project/Area Number |
20H05896
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
田中 謙二 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 准教授 (30329700)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松井 広 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20435530)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥103,220,000 (Direct Cost: ¥79,400,000、Indirect Cost: ¥23,820,000)
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)
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| 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－血管機能連環 / 末梢－中枢脳機能連環 / 神経-血管機能連関 / 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 |
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| 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。
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| 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。
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| 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
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| 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。
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Report
(1 results)
Research Products
(29 results)
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[Journal Article] Global knockdown of glutamate decarboxylase 67 elicits emotional abnormality in mice.2021
Author(s)
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.
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Journal Title
Molecular Brain
Volume: 14
Pages: 5-5
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Intracellular ATP levels in mouse cortical excitatory neurons varies with sleep-wake states2020
Author(s)
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
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Journal Title
Communications Biology
Volume: 3
Pages: 491-491
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Behavioral and electrophysiological evidence for a neuroprotective role of aquaporin-4 in the 5xFAD transgenic mice model2020
Author(s)
Abe Y, Ikegawa N, Yoshida K, Muramatsu K, Hattori S, Kawai K, Murakami M, Tanaka T, Goda W, Goto Zm, Yamamoto T, Hashimoto T, Yamada K, Shibata T, Misawa H, Mimura M, Tanaka KF, Miyakawa T, Iwatsubo T, Hata J, Niikura T, Yasui M
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Journal Title
Acta Neuropathol Commun.
Volume: 8
Pages: 67-67
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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