| 研究領域 | グリアデコーディング：脳－身体連関を規定するグリア情報の読み出しと理解 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05896
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅲ)
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
田中 謙二 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 教授 (30329700)
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| 研究分担者 |
松井 広 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20435530)
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| 研究期間 (年度) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
103,220千円 (直接経費: 79,400千円、間接経費: 23,820千円)
2024年度: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)
2023年度: 19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)
2022年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)
2021年度: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
2020年度: 27,300千円 (直接経費: 21,000千円、間接経費: 6,300千円)
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| キーワード | アストロサイト / 血管 / シナプス / 小脳 / てんかん / グリア神経相互作用 / ファイバーフォトメトリー / 血流 / ノイズ / オプトジェネティクス / 神経-血管機能連関 / 末梢-中枢機能連関 / 血管オプトジェネティクス / 神経活動 / 自由行動 / 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 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究実績の概要 |
ファイバーフォトメトリー法で計測される蛍光シグナルは、局所血流量と細胞内のpHに強く影響を受ける。そこで計測シグナルから、目的検出分子（Ca2+等）の濃度、細胞内pH、局所脳血流量の変動を分離して推定する方法を編み出した（Ikoma et al 2023a）。この手法を用いて解析したところ、レム睡眠時に視床下部アストロサイトが酸性化（Ikoma et al 2023b）、マウス同士のケンカが解散する時には小脳グリア細胞のCa2+濃度が増加（Asano et al 2024）、不安な状態のマウスの手綱核アストロサイトのpHは酸性化する（Tan et al 2024）ことが示された。また、小脳バーグマングリア細胞の機能をChR2やArchTで光操作したところ、小脳運動学習のトレーニング中に生じるオンライン学習とトレーニング後の休憩中に生じるオフライン学習があり、グリア機能操作はオンライン学習だけに作用することが示された（Kanaya et al 2023）。さらに、自発的なてんかん様神経発振が生じるマウスでのモデルを作製したところ、海馬アストロサイトでのCa2+濃度上昇がてんかん様神経発振に先立つことが示された（Araki et al 2024）。また、脳へのエネルギー循環を担う血管動態を観察したところ、ゆっくりと水平方向に振れる縞模様の視覚刺激に対し、周期も位相も完全に同調した脳全体の血管の拡張・収縮運動が生じることが示された（Sasaki et al 2024）。このような血管運動による脳内エネルギー動態への影響を探る上で、これまで、血管径を光操作するオプトジェネティクスを開発してきたが、今回、血管平滑筋ではなくペリサイトのみを光操作してみたところ、ペリサイトにも収縮能があることが示唆された（Iba et al 2023）。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ファイバーフォトメトリーを用いた細胞内カルシウム計測が多くのラボで行われているが、そのデータに隠された情報、すなわち血流量と細胞内pHを推測する方法を明らかにしたことは意義がある。これは、脳内エネルギー代謝と神経活動を同時にモニターできるようになったことと同義であり、脳内エネルギー分配の仕組みを明らかにする研究を有利に進められる。
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| 今後の研究の推進方策 |
神経活動、血流、エネルギー代謝、行動を同時に評価できるモデルを用い、グリア・神経・血管の相互作用を明らかにしていく。
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