| Project/Area Number |
22K06431
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
森田 光洋 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (50297602)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塚本 寿夫 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (90579814)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | アデノシン / AQP4 / 光遺伝学 / ホログラフィック顕微鏡 / カルシウムイメージング / 神経活動 / グルコース代謝 / 生体イメージング / アストロサイト / 水チャネル / 多光子顕微鏡 / 精神疾患 |
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| Outline of Research at the Start |
アストロサイトが放出したATPは細胞外でアデノシンに分解され、アデノシン受容体を介して神経活動や脳血流に影響を与える。申請者は先行研究において、アストロサイトの終足(endfoot)に局在する水チャネル(AQP4)依存的なATP/アデノシン放出を見出した。本研究では「神経活動に伴いグルコース消費が亢進すると、アストロサイトでは血流からのグルコース取みと共役したAQP4依存性の水流入が増加し、これに伴いATP/アデノシンが放出される。」との仮説を立て、これをin vivo イメージングと光遺伝学により実証することを目指す。これにより神経活動とエネルギー代謝の恒常性を維持する機構が解明される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
独自に開発したアデノシンに対するバイオセンサーを用いて見出されたAQP4依存的なアデノシン放出は、神経活動に伴いアストロサイトのAQP4を介した水の動態が誘導されることを示唆している。本研究では、2光子ホログラフィック顕微鏡を中心に神経活動に伴う水動態と、これに関連したアデノシン放出の可視化を試みている。本年度は、これまでの研究で明らかになった2光子蛍光イメージングに伴うオプシンの活性化、いわゆるクロストークの問題に焦点を当て、この解決に取り組んだ。具体的には、一般的に広く用いられているGCaMPと赤色にシフトしたChRmineなどのオプションの組み合わせにおいて、GCaMPのイメージングに伴うオプションの非特異的な活性化を確認した。この非特異的活性化を回避するために、蛍光タンパク質とオプションの吸収波長が逆になるRCaMPとeTsChR2の組み合わせを検討したところ、1光子励起のRCaMPイメージングはオプシンの非特異的な活性化を引き起こさず、オプシンの応答が検出され多一方で、２光子励起ではオプシンの応答が消失した。これは RCaMPのIsosbestic pointにおける蛍光がGCaMPなどよりも大きいためであると考え、RCaMPの１光子吸収波長（約560 m） から推定される２光子吸収波長1120 nmよりも長い波長におけるイメージングを検討した。その結果、1200 nmでeTsChR2の応答が回復することが明らかとなった。これは励起波長を最適化することで、クロストークの影響を受けないall optical physiologyが可能であることを示している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度の研究により、光遺伝学刺激とカルシウムイメージングを同時に行うall optical physiologyでは、イメージングに用いる励起光が、オプシンを活性化してしまう、いわゆるクロストークの問題があることが明らかになった。本年度はこの問題に焦点を当てて、検討を行うことにより、クロストークの影響を回避する技術的な進展が見られた。しかしその一方で、水の動態とアデノシンを可視化するという、本来の目的が大幅に遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度達成した、クロストークの影響を受けないall optical physiologyの手法を活用し、研究計画の中心である、AQP4依存的なアデノシン放出の背景にある、神経活動に伴う水動態の変化の実体を解明するとともに、そのメカニズムを明らかにする。
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