新規細胞機能操作ツールを用いた中枢性疾患発症メカニズムの理解

• Project/Area Number: 23K21383
• Project/Area Number (Other): 21H02752 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49070:Immunology-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 増田 隆博 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (80615287)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 脳内免疫 / ミクログリア / 脳境界マクロファージ / 中枢神経系疾患 / 遺伝子改変マウス / 中枢神経系マクロファージ / 脳

Outline of Research at the Start

本研究計画は、中枢神経系疾患発症における脳境界マクロファージの存在意義に迫るという、これまで全く未開拓の研究領域である。そのため、本研究課題で得られた成果は脳境界マクロファージが持つ生理機能の全貌解明に大きく貢献することが予想される。また、それらはアルツハイマー病や多発性硬化症などの脳神経・免疫疾患の発症メカニズムの解明および治療法開発にも波及的に貢献する可能性があると考えられ、新たな”ドラッガブル”な細胞標的の創出につながることも期待される。

Outline of Annual Research Achievements

脳や脊髄といった中枢神経系組織には、多様なマクロファージが存在する。実質内に存在するミクログリアに加え、髄膜や血管周囲空間には脳境界マクロファージ(CAMs)が存在し、それぞれの分布領域において重要な役割を担っていると考えらえれる。その遺伝子発現プロファイルの類似性が大きな足枷となり、これまでそれぞれの機能を正確に分けて解析されてこなかった。本研究は、申請者が独自に開発したミクログリアおよびCAMs特異的な遺伝子改変マウスを用いて、それぞれの細胞種特異的機能操作ツールを作成し、中枢神経系疾患発症時におけるミクログリアおよびCAMsの動態や分布、遺伝子発現プロファイルに関する時空間的情報を正確に把握し、それぞれの細胞機能を明確にすることで、中枢神経系疾患発症への寄与に関する理解を深めることを目的とした。
本年度は、当初計画を変更し、CAMsの機能解明に必要不可欠なCAMs特異的かつ時間依存的な除去を可能にするマウスの作成とその検証を進めた。昨年度までの網羅的遺伝子発現解析により特定したCAMs特異的発現遺伝子の遺伝子座を標的をしたCreマウスおよびRosa26-Dtrマウスを交配させ、CAMs特異的Dtr発現マウスを作成した。その後、Dtx(ジフテリア毒素)を投与したところ、９割以上のCAMs除去が確認された。一方でミクログリアの細胞数には全く影響が見られたなったことから、非常に高精度なCAMs細胞除去ツールの作製に成功した。さらに、本Creマウスを用いたCAMs特異的な遺伝子改変マウスを新たに数系統作成した。今後は、中枢神経系疾患モデル動物を用いた解析により、CAMsの機能解明を進める。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、自身の研究室の立ち上げに伴い、実験動物施設の移動と実験動物のクリーンナップを行う必要があったため、大幅に予定を変更して研究を行ったが、新たに脳境界マクロファージ除去ツールや細胞種特異的な遺伝子改変マウスを数系統確立でき、中枢性疾患発症におけるCAMsの機能解明を進める上で重要なツールが使用可能になったため。

Strategy for Future Research Activity

これまでに作成したCAMsを標的とした遺伝子改変マウス等を用いて、脳境界マクロファージの存在意義や中枢性疾患発症への関与に焦点を絞った包括的な解析を進め、これまで全く明らかになったいない脳境界マクロファージの疾患発症における役割を明らかにしたい。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Freiburg(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] University of Freiburg/Max Planck Institute(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Karolinska Institute(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] University of Freiburg/University of Leipzig/Max Planck Institute(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Karolinska Institute/Uppsala University(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] University of Paris(フランス)
• [Int'l Joint Research] University of California(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Edinburgh and UK DRI(英国)
• [Journal Article] Direct neuronal conversion of microglia/macrophages reinstates neurological function after stroke (2023)
  • Author(s): Irie Takashi、Matsuda Taito、Hayashi Yoshinori、Matsuda-Ito Kanae、Kamiya Akihide、Masuda Takahiro、Prinz Marco、Isobe Noriko、Kira Jun-ichi、Nakashima Kinichi
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 120 Issue: 42 Pages: 42-42
  • DOI: 10.1073/pnas.2307972120
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A comparative analysis of microglial inducible Cre lines (2023)
  • Author(s): Faust Travis E.、Feinberg Philip A.、O’Connor Ciara、Kawaguchi Riki、Chan Andrew、Strasburger Hayley、Frosch Maximilian、Boyle Margaret A.、Masuda Takahiro、Amann Lukas、Knobeloch Klaus-Peter、Prinz Marco、Schaefer Anne、Schafer Dorothy P.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 9 Pages: 113031-113031
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.113031
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lipid in microglial biology ? from material to mediator (2023)
  • Author(s): Yamamoto Shota、Masuda Takahiro
  • Journal Title: Inflammation and Regeneration Volume: 43 Issue: 1 Pages: 38-38
  • DOI: 10.1186/s41232-023-00289-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microglial diversity in neuropathic pain (2023)
  • Author(s): Tsuda Makoto、Masuda Takahiro、Kohno Keita
  • Journal Title: Trends in Neurosciences Volume: 46 Issue: 7 Pages: 597-610
  • DOI: 10.1016/j.tins.2023.05.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lineage tracing identifies in vitro microglia‐to‐neuron conversion by <scp>NeuroD1</scp> expression (2023)
  • Author(s): Irie Takashi、Matsuda‐Ito Kanae、Matsuda Taito、Masuda Takahiro、Prinz Marco、Isobe Noriko、Nakashima Kinichi
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 28 Issue: 7 Pages: 526-534
  • DOI: 10.1111/gtc.13033
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microglial Cytokines Mediate Plasticity Induced by 10 Hz Repetitive Magnetic Stimulation (2023)
  • Author(s): Eichler Amelie、Kleidonas Dimitrios、Turi Zsolt、Fliegauf Maximilian、Kirsch Matthias、Pfeifer Dietmar、Masuda Takahiro、Prinz Marco、Lenz Maximilian、Vlachos Andreas
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: Online ahead of print Issue: 17 Pages: 3042-3060
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2226-22.2023
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mechanisms of myeloid cell entry to the healthy and diseased central nervous system (2023)
  • Author(s): Amann Lukas、Masuda Takahiro、Prinz Marco
  • Journal Title: Nature Immunology Volume: 24 Pages: 393-407
  • DOI: 10.1038/s41590-022-01415-8
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CD206+ macrophages transventricularly infiltrate the early embryonic cerebral wall to differentiate into microglia. (2023)
  • Author(s): Hattori Y, Kato D, Murayama F, Koike S, Asai H, Yamasaki A, Naito Y, Kawaguchi A, Hiroyuki Konishi H, Prinz M, Masuda T, Wake H, Miyata T.
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 42 Issue: 2 Pages: 112092-112092
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112092
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recent topics regarding macrophage in the central nervous system (2022)
  • Author(s): Masuda Takahiro
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: 173 Issue: 3 Pages: 139-143
  • DOI: 10.1093/jb/mvac093
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel insights into the origin and development of CNS macrophage subsets (2022)
  • Author(s): Masuda Takahiro、Amann Lukas、Prinz Marco
  • Journal Title: Clinical and Translational Medicine Volume: 12 Issue: 11
  • DOI: 10.1002/ctm2.1096
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Specification of CNS macrophage subsets occurs postnatally in defined niches (2022)
  • Author(s): Masuda T et al
  • Journal Title: Nature Volume: 604 Issue: 7907 Pages: 740-748
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04596-2
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A spinal microglia population involved in remitting and relapsing neuropathic pain (2022)
  • Author(s): Kohno Keita、Shirasaka Ryoji、Yoshihara Kohei、Mikuriya Satsuki、Tanaka Kaori、Takanami Keiko、Inoue Kazuhide、Sakamoto Hirotaka、Ohkawa Yasuyuki、Masuda Takahiro、Tsuda Makoto
  • Journal Title: Science Volume: 376 Issue: 6588 Pages: 86-90
  • DOI: 10.1126/science.abf6805
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Specification of CNS macrophage subsets occurs postnatally in defined niches. (2022)
  • Author(s): Masuda T,Amann L,Monaco G,Sankowski R,Staszewski O,Krueger M,Gaudio FD,He L,Paterson N,Nent E,Fernandez-Klett F,Yamasaki A,Frosch M,Fliegauf M,Bosch LFP,Ulupinar H,Hagemeyer N,Schreiner D,Dorrier C,Tsuda M,Grothe C,Joutel A,Daneman R,Betsholtz C,Lendahl U,Knobeloch KP,Laemmermann T,Priller J,Kierdorf K,Prinz M
  • Journal Title: Nature Volume: in press
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 脳実質と末梢循環系を繋ぐ脳境界領域の形成維持と免疫細胞の特性 (2024)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第12回AAA研究会
  • Invited
• [Presentation] シングルセル解析によって明らかになった脳内マクロファージの多様性と細胞特性 (2024)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 文部科学省認定 共同利用・共同研究拠点 横浜市立大学先端医科学研究センター「マルチオミックスによる遺伝子発現制御の先端的医学共同研究拠点」
  • Invited
• [Presentation] Diverse macrophages in the central nervous system (2024)
  • Author(s): Takahiro Masuda
  • Organizer: 第52回日本免疫学会総会・学術集会
• [Presentation] 脳内マクロファージの細胞特性や機能を解く (2024)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第8回日本骨免疫学会ウィンタースクール
• [Presentation] 多様な脳内マクロファージの細胞特性を理解する (2024)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第13回日本マーモセット研究会大会
• [Presentation] 脳境界マクロファージの発生と維持メカニズム (2024)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第129回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] 脳内マクロファージの多様性と中枢神経系疾患 (2023)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第44回日本炎症・再生医学会
• [Presentation] Ontogeny and function of diverse brain macrophages (2023)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: International Biomedical Research Seminars in IRCMS
  • Invited
• [Presentation] 脳境界免疫細胞を標的とした疾患研究の可能性 (2023)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: AMED精神・神経疾患領域/早期ライフ連携推進ワークショップ
• [Presentation] 脳内マクロファージの分化や機能制御 (2023)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第35回日本神経免疫学会学術集会
• [Presentation] 脳内マクロファージの多様性と機能 (2023)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 次世代薬理学セミナー2023
  • Invited
• [Presentation] 多様な脳内マクロファージの発生と機能 (2023)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第96回日本生化学会大会
• [Presentation] Microglia and CNS border-associated macrophages-similar but different- (2023)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会
• [Presentation] Understanding diverse macrophages in the central nervous system (2023)
  • Author(s): Takahiro Masuda
  • Organizer: 第97回日本薬理学会年会
• [Presentation] Unraveling the characteristics of macrophages by single-cell analysis (2023)
  • Author(s): Takahiro Masuda
  • Organizer: 第97回日本薬理学会年会
• [Presentation] Novel insights into the ontogeny and diversity of CNS macrophages (2023)
  • Author(s): Takahiro Masuda
  • Organizer: The 9th Japan-China Joint Meeting of Basic and Clinical Pharmacology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Diverse macrophages sense and govern brain environment (2023)
  • Author(s): Takahiro Masuda
  • Organizer: 16th International Society of Neuroimmunology (ISNI)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Diverse macrophages and brain development (2023)
  • Author(s): Takahiro Masuda
  • Organizer: Young Glia in Quebec
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Genetic tools for studying diverse macrophages in the CNS (2023)
  • Author(s): Takahiro Masuda
  • Organizer: The 50th Naito Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Similar but different: Diverse macrophages in the central nervous system (2023)
  • Author(s): Takahiro Masuda
  • Organizer: The 32th Hot Spring Harbor International Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 脳内免疫系による健やかな脳の形成・維持と破綻 (2023)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 国立大学附置研究所・センター会議特別シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 多様な脳内マクロファージから脳の形成と異常を理解する (2023)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第16大阪大学ニコンイメージングセンター シリーズセミナー
  • Invited
• [Presentation] Macrophages in the central nervous system: ontogeny and function in health and disease (2023)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第9回Neuroscience Network in Kobe
  • Invited
• [Presentation] 多様な脳内マクロファージから見る脳の形成と機能 (2023)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第15回 CBIR/ONSA/大学院セミナー共催 若手インスパイアシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 多様な脳内マクロファージの成り立ちとその後の変化 (2023)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 令和4年度「感染・免疫・がん・炎症」全国共同研究拠点シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Diverse macrophages govern brain environment (2022)
  • Author(s): Takahiro Masuda
  • Organizer: Neuro2022
• [Presentation] 多様な脳内マクロファージから紐解く中枢神経系疾患 (2022)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第43回日本炎症・再生医学会
• [Presentation] 脳内マクロファージと脳の発達 (2022)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第76回日本薬理学会年会
• [Presentation] 多様な脳内マクロファージと治療標的としての可能性 (2022)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第2回SAMURAI研究会
  • Invited
• [Presentation] Cellular and molecular heterogeneity of CNS macrophages in health and disease (2022)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第95回日本薬理学会年会
• [Presentation] Decoding brain environment through single-cell analysis of microglia (2022)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第99回日本生理学会大会
• [Presentation] ミクログリアという小さな細胞の多彩な能力 (2021)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 脳科学若手の会 第２４回談話会「Microglia」
  • Invited
• [Presentation] マウスおよびヒト脳内におけるミクログリアの多様性および可塑性 (2021)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
• [Presentation] Diversity and plasticity of microglia in mouse and human brains (2021)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第50回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] 脳実質ミクログリアと脳境界マクロファージ (2021)
  • Author(s): 増田隆博
  • Organizer: 第43回日本疼痛学会