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Mgイオンはエネルギー代謝を制御する新規な細胞内情報伝達物質か?

研究課題

研究課題/領域番号 16H01751
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生命・健康・医療情報学
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

岡 浩太郎  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10276412)

研究分担者 チッテリオ ダニエル  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00458952)
舟橋 啓  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70324548)
研究協力者 有村 勇輝  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
39,520千円 (直接経費: 30,400千円、間接経費: 9,120千円)
2018年度: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円)
2017年度: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円)
2016年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
キーワード生体生命情報学 / シグナル伝達 / 神経科学 / 細胞・組織 / 神経化学
研究成果の概要

神経細胞内マグネシウム(Mg)イオン動態をイメージングにより網羅的かつ定量的に調べ、細胞内情報伝達物質としてのMgイオンの新規な役割を明らかにした。培養初期の神経細胞について研究を進めたところ、抑制性神経伝達物質であるGABAの神経回路成熟への関与を明らかにできた。このGABAの効果は細胞内Mgイオンの動員を介していた。特にこれまで明らかにされていなかったMgイオンのシグナル伝達下流で、細胞内シグナル分子であるERKの活性を抑制、CREBの活性を促進、mTORの活性を促進した。特にmTORシグナルに関しては、Mgイオンは活性のオン・オフを切り替えるスイッチの役割を担っていることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Mgイオンはその重要性については広く理解されていたものの、具体的な役割については未知の点が多かった。今回の研究では、Mgイオンの細胞内動員は同じ2価の陽イオンであるCaとは大きく異なることを明らかにするとともに、これまで不明であったMgイオン下流の情報伝達過程について明らかにすることに成功した。特に主要なシグナル経路であるERK、CREB、mTORのリン酸化過程をMg動員が異なる仕方で制御していることを明らかにした。これらの結果はMgイオンの生理的な役割の理解を深めるとともに、様々な細胞レベルでの疾患や病態を理解する一助になるものと期待される。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 8件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] GABA-Induced Intracellular Mg2+ Mobilization Integrates and Coordinates Cellular Information Processing for the Maturation of Neural Networks2018

    • 著者名/発表者名
      Ryu Yamanaka, Yutaka Shindo, Kohji Hotta, Koji Suzuki, Kotaro Oka
    • 雑誌名

      Current Biology

      巻: 28 号: 24 ページ: 3984-3991

    • DOI

      10.1016/j.cub.2018.10.044

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Transitional correlation between inner-membrane potential and ATP levels of neuronal mitochondria2018

    • 著者名/発表者名
      Suzuki R、 Hotta K、Oka K
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-018-21109-2

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Transient Rise in Free Mg 2+ Ions Released from ATP-Mg Hydrolysis Contributes to Mitotic Chromosome Condensation2018

    • 著者名/発表者名
      Maeshima Kazuhiro、Matsuda Tomoki、Shindo Yutaka、Imamura Hiromi、Tamura Sachiko、Imai Ryosuke、Kawakami Syoji、Nagashima Ryosuke、Soga Tomoyoshi、Noji Hiroyuki、Oka Kotaro、Nagai Takeharu
    • 雑誌名

      Current Biology

      巻: 28 号: 3 ページ: 444-451

    • DOI

      10.1016/j.cub.2017.12.035

    • NAID

      120006380520

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mitochondrial Mg2+ homeostasis decides cellular energy metabolism and vulnerability to stress2016

    • 著者名/発表者名
      Yamanaka R, Tabata S, Shindo Y, Hotta K, Suzuki K, Soga T, Oka K
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6-30027 号: 1 ページ: 30027-30027

    • DOI

      10.1038/srep30027

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] An Artificial Reaction Promoter Modulates Mitochondrial Functions via Chemically Promoting Protein Acetylation2016

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shindo; Hirokazu Komatsu; Kohji Hotta; Katsuhiko Ariga; Kotaro Oka
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 6 号: 1 ページ: 29224-29224

    • DOI

      10.1038/srep29224

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Altered expression of Mg2+ transport proteins during Parkinson's disease-like dopaminergic cell degeneration in PC12 cells.2016

    • 著者名/発表者名
      Shindo Y, Yamanaka R, Suzuki K, Hotta K, Oka K
    • 雑誌名

      Biochim Biophys Acta

      巻: 1863(8) 号: 8 ページ: 1979-1984

    • DOI

      10.1016/j.bbamcr.2016.05.003

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Mg2+ as a second messenger in early developmental stages of neurons.2019

    • 著者名/発表者名
      Oka K.
    • 学会等名
      IV International Magnesium Symposium “MAGNESIUM IN HEALTH AND DISEASE”
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Characterization of neural cells derived from human dental pulp stem cells.2018

    • 著者名/発表者名
      Ariumura Y, Kikuchi T, Yamanaka R, Shido Y, Hotta K, Mochizuki M, Oka K.
    • 学会等名
      Neuroscience 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 細胞内局所でのマグネシウムイオンのFRETイメージング2018

    • 著者名/発表者名
      新藤豊,山中龍,鈴木孝治,堀田耕司,岡浩太郎
    • 学会等名
      第27回日本バイオイメージング学会学術集会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 細胞内マグネシウムイメージング2018

    • 著者名/発表者名
      新藤豊,山中龍,鈴木孝治,堀田耕司,岡浩太郎
    • 学会等名
      第27回日本バイオイメージング学会学術集会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ヒト歯髄幹細胞から誘導した神経細胞とアストロサイトの特徴付け2018

    • 著者名/発表者名
      有村勇輝, 菊池憧子, 山中龍, 新藤豊, 望月真衣, 中原貴, 岡浩太郎
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Estimation of metabolic energy balance in neurons by using fluorescent imagings2017

    • 著者名/発表者名
      Iizumi M、 Suzuki R、 Yamanaka R、 Shindo Y、 Hotta K、 Oka K
    • 学会等名
      Neuroscience 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Native dynamics of mitochondrial membrane potential and ATP levels in growing neurites visualized by simultaneous imaging2017

    • 著者名/発表者名
      Suzuki R、 Hotta K、 Oka K
    • 学会等名
      Neuroscience 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characteristics of neuronal differentiated cells derived from human dental pulp stem cells (hDPSCs)2017

    • 著者名/発表者名
      Arimura Y、 Kikuchi T、 Yamanaka R、 Shindo Y、 Hotta K、 Mochizuki M、 Nakahara T、 Oka K
    • 学会等名
      Neuroscience 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mitochondria, energy metabolism and Mg ions -their correlation with neurodegeneration2017

    • 著者名/発表者名
      Oka K
    • 学会等名
      2017 University of Cologne-Kaohsiung Medical University Joint Symposium on Cancer, Infection, Aging, Neurodegeneration
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生理的条件下の細胞形態変化に伴うATPレベル変動の定量的解析2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木李夏、堀田耕司、岡浩太郎
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 局在化プローブを用いた細胞内マグネシウムイオンのFRETイメージング2017

    • 著者名/発表者名
      新藤豊、山中龍、鈴木孝治、堀田耕司、岡浩太郎
    • 学会等名
      第26回バイオイメージング学会学術集会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Na+/Mg2+交換体阻害によるグルタミン酸興奮毒性の緩和2017

    • 著者名/発表者名
      新藤豊、山中龍、鈴木孝治、堀田耕司、岡浩太郎
    • 学会等名
      第40回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 生理的条件下で伸長する神経突起におけるミトコンドリア動態の多面的解析2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木李夏、堀田耕司、岡浩太郎
    • 学会等名
      第40回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ヒト歯髄幹細胞から誘導した神経細胞とアストロサイトの特徴付け2017

    • 著者名/発表者名
      有村勇輝、菊池憧子、山中龍、新藤豊、堀田耕司、望月真衣、中原貴、岡浩太郎
    • 学会等名
      第40回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 蛍光イメージング法によるエネルギー代謝評価2017

    • 著者名/発表者名
      飯泉美弦、鈴木李夏、山中龍、新藤豊、堀田耕司、岡浩太郎
    • 学会等名
      第40回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ミトコンドリア輸送・膜電位・ATPと神経伸展の相関解析2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木 李夏 , 堀田 耕司, 岡 浩太郎
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県・つくば市)
    • 年月日
      2016-11-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Simultaneous imaging of ATP levels and membrane potential in mitochondria during axonal transport2016

    • 著者名/発表者名
      Suzuki R, Hotta K, Oka K
    • 学会等名
      Neuroscience 2016
    • 発表場所
      San diego(USA)
    • 年月日
      2016-11-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 伸長する神経突起でのミトコンドリア輸送・膜電位・ATP同時イメージング2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木 李夏,堀田 耕司,岡 浩太郎
    • 学会等名
      第25回日本バイオイメージング学会学術集会
    • 発表場所
      名古屋市立大学(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2016-09-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of mitochondrial movement and its ATP production in elongating neurons2016

    • 著者名/発表者名
      Suzuki R, Hotta K, Oka K
    • 学会等名
      第39回日本神経科学大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川・横浜市)
    • 年月日
      2016-07-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Is Mg ion a new second messenger?2016

    • 著者名/発表者名
      Oka K
    • 学会等名
      Symposium on Ultrasensitive Protein Detection and Magnesium Homeostasis
    • 発表場所
      高雄(台湾)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 生体の科学 Vol.68 No.5 cAMPやcGMPなどのセカンドメッセンジャーのイメージング2017

    • 著者名/発表者名
      岡浩太郎
    • 総ページ数
      2
    • 出版者
      医学書院
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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