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グリア細胞間情報伝達の可視化

計画研究

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
研究課題/領域番号 20H05898
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
研究機関京都大学

研究代表者

松田 道行  京都大学, 生命科学研究科, 研究員 (10199812)

研究分担者 隅山 健太  名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (00370114)
寺井 健太  徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 教授 (20616073)
幸長 弘子  兵庫県立大学, 理学研究科, 准教授 (30729207)
山平 真也  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (70750652)
研究期間 (年度) 2020-11-19 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
100,100千円 (直接経費: 77,000千円、間接経費: 23,100千円)
2024年度: 21,580千円 (直接経費: 16,600千円、間接経費: 4,980千円)
2023年度: 21,840千円 (直接経費: 16,800千円、間接経費: 5,040千円)
2022年度: 20,670千円 (直接経費: 15,900千円、間接経費: 4,770千円)
2021年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)
2020年度: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
キーワード上皮細胞増殖因子 / FRETバイオセンサー / ERKマップキナーゼ / 細胞集団運 / グリア / 多光子顕微鏡 / 近赤外蛍光タンパク質 / 蛍光イメージング / フィコシアノビリン / マウス生体イメージング / ERK MAPキナーゼ / 細胞間情報伝達 / ERK / マップキナーゼ / 蛍光タンパク質 / FRET / バイオセンサー
研究開始時の研究の概要

本領域のA01班は、脳内の複数の機能要素(神経回路、グリア、血管など)の統合メカニズムを探索し、A02, A03班で実施される末梢臓器や全身レベルでの応答と関連付けることで領域全体の推進と当該学問分野の変革を目指す。本計画研究はグリア細胞間、グリアと神経、グリアと血管など、グリアを中心とするさまざまな細胞間コミュニケーションを可視化する技術の開発と提供を担う。特に、神経回路活動のような速い情報処理(ミリ秒~分)ではなく、代謝環境変化に代表される遅い情報処理(分~日)を担う分子の時空間活性変化を可視化する技術を確立し、他の計画班と協力してグリアが脳機能を制御するメカニズムをデコーディングする。

研究実績の概要

2021年度に開発したCre依存性にPhycocyanobilin (PCB)を発現するトランスジェニックマウスを用いてiRFPによる深部イメージングの研究を継続した。まず、Cre依存性PCB発現マウスのバッククロスを継続するとともに数を増やして実験に供与した。Cre遺伝子の導入およびiRFP遺伝子の導入はAAVを用いた。CMVプロモータによりすべての細胞にPCBを誘導する系、CaMKIIプロモータにより神経特異的にPCBを発現させる系を確立した。ここに、CMVプロモータ下にiRFPを発現するAAVを使うこと、すべての細胞あるいは神経細胞特異的にiRFPを発現する系を作った。さらに、PCBに対する親和性を高めるためにiRFPV256C変異体を作成した。これにより、従来のiRFPより10倍明るくすることに成功した。さらに、レンズや光学系の調整を行うことで、前頭前野においては2 mmの深さまで観察することに成功した。従来の方法では1.5 mmが限界とされていたので、それを大きく上回る成果である。海馬領域においても、従来はCA1までが限界とされていたが、それを越えて歯状回まで観察できた。さらに、近赤外蛍光タンパク質を使ったカルシウムセンサーNIR-GECO2に変異をいれてPCBに結合するNIR-GECO-HIを作成した。このセンサーは、従来のNIR-GECO2よりも少なくとも10倍以上明るくなっていた。このNIR-GECO-HIをマウス一次体性感覚野に発現させ、刺激依存性のカルシウム上昇を検出することに成功した。一方、ERKのFRETバイオセンサーを発現するマウスのイメージングを行い、一次体性感覚野において同期してERK活性が上昇する細胞があることを見出した。今後、その細胞種の同定、さらには意義について明らかにしていく。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

マウスを増やすのに時間を要したこと、AAVを使った実験系に変更したことなどから、予定より研究が遅れている。

今後の研究の推進方策

世界最深の脳イメージングに成功したことから、可及的速やかに成果発表をする予定である。また、血液脳関門を透過できるAAVにより研究が加速しつつあり、今後、様々なプロモータを使ってこの技術の有用性を高めていく予定である。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] C-type Natriuretic Peptide-induced PKA Activation Promotes Endochondral Bone Formation in Hypertrophic Chondrocytes2022

    • 著者名/発表者名
      Keisho Hirota, Tsuyoshi Hirashima, Kazuki Horikawa, Akihiro Yasoda, Michiyuki Matsuda
    • 雑誌名

      Endocrinology

      巻: 163(3) 号: 3 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1210/endocr/bqac005

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A feedback loop between lamellipodial extension and HGF-ERK signaling specifies leader cells during collective cell migration2022

    • 著者名/発表者名
      Hino Naoya、Matsuda Kimiya、Jikko Yuya、Maryu Gembu、Sakai Katsuya、Imamura Ryu、Tsukiji Shinya、Aoki Kazuhiro、Terai Kenta、Hirashima Tsuyoshi、Trepat Xavier、Matsuda Michiyuki
    • 雑誌名

      Developmental Cell

      巻: 57 号: 19 ページ: 2290-2304

    • DOI

      10.1016/j.devcel.2022.09.003

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Two‐photon AMPK and ATP imaging reveals the bias between rods and cones in glycolysis utility2021

    • 著者名/発表者名
      He Jiazhou、Yamamoto Masamichi、Sumiyama Kenta、Konagaya Yumi、Terai Kenta、Matsuda Michiyuki、Sato Shinya
    • 雑誌名

      The FASEB Journal

      巻: 35 号: 9

    • DOI

      10.1096/fj.202101121r

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Redundant roles of EGFR ligands in the ERK activation waves during collective cell migration2021

    • 著者名/発表者名
      Shuhao Lin, Daiki Hirayama, Gembu Maryu, Kimiya Matsuda, Naoya Hino, Eriko Deguchi, Kazuhiro Aoki, Ryo Iwamoto, Kenta Terai, Michiyuki Matsuda
    • 雑誌名

      Life Science Alliance

      巻: 5 号: 1 ページ: 1-13

    • DOI

      10.26508/lsa.202101206

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A Dual Promoter System to Monitor IFN-γ Signaling <i>in vivo</i> at Single-cell Resolution2021

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Taisei、Konishi Yoshinobu、Ichise Hiroshi、Tsukiji Shinya、Matsuda Michiyuki、Terai Kenta
    • 雑誌名

      Cell Structure and Function

      巻: 46 号: 2 ページ: 103-111

    • DOI

      10.1247/csf.21052

    • NAID

      130008131966

    • ISSN
      0386-7196, 1347-3700
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] FRETバイオセンサーと蛍光寿命顕微鏡2021

    • 著者名/発表者名
      松田道行
    • 学会等名
      LEICA Webセミナー
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 「実写版」はたらく細胞2021

    • 著者名/発表者名
      松田道行
    • 学会等名
      第12回形態科学シンポジウム:生命科学の魅力を語る高校生のための集い ?分子と細胞を観る楽しさ?
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体イメージングを用いた腫瘍細胞内カルシウムシグナルによる微小環境形成機構の解析2021

    • 著者名/発表者名
      寺井健太,小西義延,松田道行
    • 学会等名
      42回炎症再生医学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 肺転移がん細胞におけるNecl-5の欠損は免疫回避の一因である2021

    • 著者名/発表者名
      塚本 祥子,一瀬 大志,寺井 健太,松田 道行
    • 学会等名
      第73回 日本細胞生物学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] MDCK細胞の集団遊走および増殖におけるErbBファミリー受容体の機能の重畳性2021

    • 著者名/発表者名
      松田樹生也,平山大記,林 抒豪,真流玄武,青木一洋,寺井健太,日野直也,松田道行
    • 学会等名
      第73回日本細胞生物学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] MDCK細胞に発現するEGFRリガンドの分子特徴的な細胞外動態2021

    • 著者名/発表者名
      出口英梨子、林 抒豪、岩本亮、寺井健太、松田道行
    • 学会等名
      第73回日本細胞生物学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Intercellular communication during collective cell migration2021

    • 著者名/発表者名
      Michiyuki Matsuda
    • 学会等名
      2021 INSIDE (Insights in Signaling Dynamics and Encoding)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 腸上皮における細胞増殖シグナルの動態とその生理的意義2021

    • 著者名/発表者名
      今城 正道,牟田 優,松田 道行
    • 学会等名
      文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究(研究領域提案型)細胞社会ダイバーシティーの統合的解明と制御 第3回公開シンポジウム「1細胞統合解析を駆使した組織内ダイバーシティー解明への挑戦」,
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 二光子顕微鏡によるマウス単離網膜での一細胞キナーゼ活性測定2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤慎哉,松田道行
    • 学会等名
      第89回日本動物学会札幌大会(中止)→東京大学での代替行事
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2020-11-24   更新日: 2024-12-25  

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