全身臓器の生理的・病理的免疫状態遷移の脳による検出機構

• Project Area: Glia decoding: deciphering information critical for brain-body interactions
• Project/Area Number: 20H05899
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 和氣 弘明 名古屋大学, 未来社会創造機構(医), 教授 (90455220)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 八木 健 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 教授 (10241241) ; 足澤 悦子 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 助教 (00446262)
• Project Period (FY): 2020-11-19 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥103,220,000 (Direct Cost: ¥79,400,000、Indirect Cost: ¥23,820,000); Fiscal Year 2024: ¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000); Fiscal Year 2023: ¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000); 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: ミクログリア / 全身エリテマトーデス / 異種感覚の可塑性 / 統合失調症 / 血液脳関門 / 脳境界領域 / ２光子イメージング

Outline of Research at the Start

「全身臓器の情報がグリアインターフェイスによってどのように中枢神経系に伝えられるか」の科学的問いに答えるために脳環境と体循環系環境の境界領域に着目し、境界領域における体循環系免疫細胞と脳免疫細胞の相互作用を生体イメージングを主とした方法で解き明かし、これによって臓器情報がどのように中枢神経系に伝えられるかを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

SLEモデルであるTLR7誘導性SLEモデル（TLR7モデル）を使用し、SLEがウィルス感染などに伴って増悪することに着目し、TLR7モデルにPoly I:C投与を行い、行動変化と脳内炎症の有無を検討した（TLR7+Poly I:Cモデル）。TLR7+Poly I:Cモデルにおいても脾腫がみられ、SLE様症状を呈することが確認された。TLR7+Poly I:Cモデルはコントロール群（Vehicle群）と比較し、オープンフィールドテストで有意に中央滞在率が低下し、不安様症状を呈した。さらに、大脳皮質において、Poly I:C単独投与群（Vehicle+Poly I:C群）と比較して有意なCD3+CD11b-CD45+細胞数の増加がみられた。次に、CD3+細胞の動員にミクログリアが関与しているか検討するため、ミクログリア除去時のCD3+細胞数を解析した。Poly I:C投与の１週間前よりPLX3397（PLX）の投与を行い、ミクログリアを除去した。ミクログリア除去においてVehicle群と比較して有意に活動性の低下がみられ、TLR7+Poly I:Cモデルよりも低下の程度が大きかった。また、大脳皮質のCD3+CD11b-CD45+細胞数は、TLR7+Poly I:Cモデルと比較し、ミクログリア除去で有意に増加していた。CD4/CD8比は有意に低下し、TLR7+Poly I:Cモデルと比較してミクログリア除去でCD4+細胞数は有意差がないが、CD8+細胞数は有意に増加した。以上の結果から、TLR7+Poly I:Cモデルにおいて、大脳皮質でミクログリアがCD8+細胞の浸潤を抑制している可能性が示唆された。CD8+細胞の浸潤はループス腎炎における組織損傷に影響することが知られ、ミクログリアはSLEにおける脳実質の組織損傷から保護していることが考えられた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

新規SLEモデルの解析が順調に進んでる

Strategy for Future Research Activity

今後は、生体内イメージング技術を用いて、ミクログリアの局性、血液脳関門の透過性の変化を経時的に観察し、解析する。また、蛍光標識したリンパ球を移入し、脳実質内へ浸潤する過程を可視化する。ミクログリアがCD8+細胞を他細胞種と区別し検出する相互作用の挙動を明らかにする。また、RNA-seqによって、TLR7+Poly I:Cモデルとコントロール、TLR7モデルにおけるミクログリアの遺伝子発現解析を行う。さらに先行研究 (Haruwaka et al., 2019)で、ミクログリアは全身炎症に伴って脳血管周囲に遊走し、血液脳関門の透過性に寄与することを明らかにした。この研究の過程で、炎症が消退したのち、ミクログリアは血管周囲から離れ、再配置されることがわかった。この際に炎症時の血液脳関門の透過性増大によって血管内に存在していた蛍光色素を取り込んで、再配置されることがわかった。これはミクログリアを生体で標識することが可能であることを意味する。そこで、蛍光色素として、磁性コーティングされた量子ドットを用いて、ミクログリアを再配置させ、これをMRIで撮像させることを目指した。リポ多糖類で全身炎症を起こしたマウスの静脈内に磁性コーティングされた量子ドットを注入し、ミクログリアに特異的に取り込ませることに成功した。さらに炎症が治った後の再配置されたミクログリア内に量子ドットが取り込まれているのを生体２光子顕微鏡で可視化し、明らかにしたのちに、マウスMRIを撮像した。この状態で１細胞レベルでの検出は困難であることがわかったため、現在7Tの小動物用MRIを用いて、多発性硬化症モデル、およびアルツハイマー型認知症モデルでの検出検証を行っている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] UNSW(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] マウントサイナイ大学(米国)
• [Journal Article] Myelinated axon as a plastic cable regulating brain functions (2023)
  • Author(s): Sugio Shouta、Kato Daisuke、Wake Hiroaki
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 187 Pages: 45-51
  • DOI: 10.1016/j.neures.2022.11.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Microglia Enable Cross-Modal Plasticity by Removing Inhibitory Synapses (2023)
  • Author(s): Hashimoto A, Kawamura N, Tarusawa E, Takeda I, Aoyama Y, Ohno N, Inoue M, Kagamiuchi M, Kato D, Matsumoto M, Hasegawa Y, Nabekura J, Schaefer A, Moorhouse AJ, Yagi T, Wake H
  • Journal Title: Cell Reports Volume: - Issue: 5 Pages: 112383-112383
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112383
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Elucidation of the neurological effects of clothianidin exposure at the no-observed-adverse-effect level (NOAEL) using two-photon microscopy <i>in vivo</i> imaging (2022)
  • Author(s): NISHI Misaki、SUGIO Shouta、HIRANO Tetsushi、KATO Daisuke、WAKE Hiroaki、SHODA Asuka、MURATA Midori、IKENAKA Yoshinori、TABUCHI Yoshiaki、MANTANI Youhei、YOKOYAMA Toshifumi、HOSHI Nobuhiko
  • Journal Title: Journal of Veterinary Medical Science Volume: 84 Issue: 4 Pages: 585-592
  • DOI: 10.1292/jvms.22-0013
  • ISSN: 0916-7250, 1347-7439
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lighting up cosmic neuronal networks with transformative in vivo calcium imaging (2022)
  • Author(s): Murayama Masanori、Wake Hiroaki
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 179 Pages: 1-2
  • DOI: 10.1016/j.neures.2022.04.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Piezo1/KLF15/IL-6 axis mediates immobilization-induced muscle atrophy (2022)
  • Author(s): Yu Hirata, Kazuhiro Nomura, Daisuke Kato, Yoshihisa Tachibana, Takahiro Niikura, Kana Uchiyama, Tetsuya Hosooka, Tomoaki Fukui, Keisuke Oe, Ryosuke Kuroda, Yuji Hara, Takahiro Adachi, Koji Shibasaki, Hiroaki Wake, Wataru Ogawa
  • Journal Title: Journal of Clinical Investigation Volume: － Issue: 10 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1172/jci154611
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Controlled activation of cortical astrocytes modulates neuropathic pain-like behaviour (2022)
  • Author(s): Takeda Ikuko、Yoshihara Kohei、Cheung Dennis L.、Kobayashi Tomoko、Agetsuma Masakazu、Tsuda Makoto、Eto Kei、Koizumi Schuichi、Wake Hiroaki、Moorhouse Andrew J.、Nabekura Junichi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 4100-4100
  • DOI: 10.1038/s41467-022-31773-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation and Manipulation of Neural Activity using Two-Photon Holographic Microscopy (2022)
  • Author(s): Kato Daisuke、Quan Xiangyu、Tanisumi Yuta、Guo Zhongtian、Morita Mitsuhiro、Takiguchi Tetsuya、Matoba Osamu、Wake Hiroaki
  • Journal Title: Journal of Visualized Experiments Volume: 187 Issue: 187 Pages: 1-15
  • DOI: 10.3791/64205
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Holographic microscope and its biological application. (2021)
  • Author(s): Quan X, Kato D, Daria V, Matoba O, Wake H.
  • Journal Title: Neurosci Res Volume: - Pages: 1-1
  • DOI: 10.1016/j.neures.2021.10.012
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pain induces stable, active microcircuits in the somatosensory cortex that provide a new therapeutic target. (2021)
  • Author(s): Okada T, Kato D, Nomura Y, Obata N, Quan X, Morinaga A, Yano H, Guo Z, Aoyama Y, Tachibana Y, Moorhouse AJ, Matoba O, Takiguchi T, Mizobuchi S and Wake H
  • Journal Title: Sci Adv Volume: 7 Issue: 12 Pages: 8261-8261
  • DOI: 10.1126/sciadv.abd8261
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Myelin plasticity modulates neural circuitry required for learning and behavior. (2021)
  • Author(s): Kato D, Wake H
  • Journal Title: Neurosci Res. Volume: - Pages: 11-16
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.12.005
  • NAID: 120007185093
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Maternal Immune activation induces sustained changes in fetal microglia motility (2020)
  • Author(s): Ozaki K, Kato D, Ikegami A, Hashimoto A, Sugio S, Guo Z, Shibushita M, Tatematsu T, Haruwaka K, Moorhouse AJ, Yamada H, Wake H
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 10 Issue: 1 Pages: 21378-21378
  • DOI: 10.1038/s41598-020-78294-2
  • NAID: 120006954848
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Negative feedback control of neuronal activity by microglia. (2020)
  • Author(s): Badimon A, Strasburger HJ, Ayata P, Chen X, Nair A, Ikegami A, Hwang P, Chan AT, Graves SM, Uweru JO, Ledderose C, Kutlu MG, Wheeler MA, Kahan A, Ishikawa M, Wang YC, Loh YE, Jiang JX, Surmeier DJ, Robson SC, Junger WG, Sebra R, Calipari ES, Kenny PJ, Eyo UB, Colonna M, Quintana FJ, Wake H, Gradinaru V, Schaefer A.
  • Journal Title: Nature Volume: 586 Issue: 7829 Pages: 417-423
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2777-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transient microglial absence assists postmigratory cortical neurons in proper differentiation (2020)
  • Author(s): Yuki Hattori, Yu Naito, Yoji Tsugawa, Shigenori Nonaka, Hiroaki Wake, Takashi Nagasawa, Takaki Miyata
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1631-1631
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15409-3
  • NAID: 120006841707
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] YAP1 mediates survival of ALK-rearranged lung cancer cells treated with alectinib via pro-apoptotic protein regulation (2020)
  • Author(s): Tsuji Takahiro、Ozasa Hiroaki、Aoki Wataru、Aburaya Shunsuke、Yamamoto Funazo Tomoko、Furugaki Koh、Yoshimura Yasushi、Yamazoe Masatoshi、Ajimizu Hitomi、Yasuda Yuto、Nomizo Takashi、Yoshida Hironori、Sakamori Yuichi、Wake Hiroaki、Ueda Mitsuyoshi、Kim Young Hak、Hirai Toyohiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 19-19
  • DOI: 10.1038/s41467-019-13771-5
  • NAID: 120006782216
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] オリゴデンドロサイトのよる神経回路の同期性制御 (2023)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第100回日本生理学会大会
• [Presentation] In vivo Imaging of Cancer-Brain Immune Microenvironment Interactions (2023)
  • Author(s): Takahiro TSUJI, Mariko SHINDO, Rahadian Yudo HARTANTIO, Misuzu HORIKOSHI, Daisuke KATO, Hiroaki WAKE
  • Organizer: 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] Role of microglia in higher visual sensory integration (2023)
  • Author(s): 鏡内 麻以、竹田 育子、和氣 弘明
  • Organizer: 日本生理学会第100回記念大会
• [Presentation] Change of the blood-brain barrier in Alzheimer’s disease model mice. (2023)
  • Author(s): Lingnan Hou, Jinglei Cheng, Zhongtian Guo, Daisuke Kato, Hiroaki Wake
  • Organizer: 日本生理学会第100回記念大会
• [Presentation] 生体イメージングで解き明かすグリア細胞の新規生理機能とその病態への寄与 (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 多細胞回路動態の計測と操作 (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: Cardiovascular Research Conference
  • Invited
• [Presentation] 多細胞回路動態の計測と操作 (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: Parkinson's Disease Expert Meeting～新たな治療選択肢を考える～
• [Presentation] ミクログリアの新規生理機能 (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第４回量子生命科学会
  • Invited
• [Presentation] Microglia and sensory modality (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: NEURO2022
• [Presentation] 光による神経・グリア生理活動の叙述と制御 (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第43回日本炎症・再生医学会（淡路島）
  • Invited
• [Presentation] グリア細胞の生理機能と病態への関与 (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第16回日本パーキンソン病・運動障害疾患コレグレス
  • Invited
• [Presentation] Microglia and sensory modality (2022)
  • Author(s): Hiroaki WAKE
  • Organizer: Glia and Neuroimmune symposium held at Anhui Medical University
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Microglia and sensory modality (2022)
  • Author(s): Hiroaki WAKE
  • Organizer: ISN-APSN2022Biennial Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Physiological and pathological functions of microglia (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] Physiological and Pathological functions of microglia (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第51 回日本免疫学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 光で階層的に神経・グリア回路活動を叙述し、制御する研究を目指して (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: レーザー学会年次大会
• [Presentation] 脳免疫細胞の生理機能とその破綻による中枢神経系疾患 (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第6回日本骨免疫学会
  • Invited
• [Presentation] 精神疾患におけるグリア細胞 (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 千里ライフサイエンスセミナー
  • Invited
• [Presentation] ミクログリアによる血液脳関門の透過性制御 (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: BPNP2021シンポジウム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] グリアの貪食能による脳の生理・病態制御 (2022)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第64回日本神経化学大会シンポジウム
• [Presentation] Illuminate the physiological and pathological function of microglia (2021)
  • Author(s): Hiroaki Wake
  • Organizer: JSPS-NIH forum
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Functional connectivity of neural circuitry necessary for pain behavior elucidated using a holographic system (2021)
  • Author(s): Daisuke Kato, Takuya Okada and Hiroaki Wake
  • Organizer: 第126回 日本解剖学会総会・全国学術集会／ 第98回 日本生理学会大会 合同大会
• [Presentation] 脳免疫細胞ミクログリアの生理機能と病態への寄与 (2020)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第41回日本炎症・再生医学会
  • Invited
• [Presentation] ミクログリアによる微小脳環境の創造的破壊 (2020)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] 神経細胞の計測・操作一体型顕微鏡の開発 (2020)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] グリア細胞の生体内での挙動について (2020)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 日本臨床視覚生理学会
• [Presentation] 解き明かされる環境依存的可変型ミクログリアの生理機能 (2020)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第63回日本神経化学会大会