宇宙環境における生物個体ホメオスタシス攪乱の可視化

• 研究課題/領域番号: 19H03140
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分42030:動物生命科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 阪上 朝子 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 研究員 (90462689)
• 研究分担者: 岩野 智 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 客員研究員 (10734832)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2020年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円); 2019年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: 微小重力環境 / 発光イメージング / 蛍光３次元可視化 / 生物個体ホメオスタシス / 蛍光発光イメージング / 宇宙生命科学 / 生命現象可視化 / AkaBLI / Fucci

研究開始時の研究の概要

現在、国際宇宙ステーションISSおよび日本実験棟「きぼう」は、ヒトが微小重力環境下において長期滞在し種々の船内外の宇宙実験を実施する唯一の建造物である。
NASAアメリカ航空宇宙局は先日、火星有人探査を2033年に実現すると表明した。
JAXA宇宙航空研究開発機構も“将来の国際有人宇宙探査と今後の地球低軌道宇宙活動に関する検討”を重点的に推進している。
我々は、ISS/「きぼう」において、生命現象可視化(On-site direct visualization) の実現を目指し、近未来に人類が遭遇するであろう宇宙環境（微小重力、宇宙放射線暴露など）における生命恒常性を理解するための技術革新を狙う。

研究成果の概要

「動物（マウス）が宇宙へ行った際、どのようなストレスを感じ、あるいは個体内腫瘍はどのような影響を受けるのか？」という疑問に対して、近い将来国際宇宙ステーションISS・きぼう実験棟において可視化観察する為の発光-蛍光マーカーの開発を行った。発光-蛍光マーカーの過剰発現がホストマウスの獲得免疫を作動させてしまうケースが報告されており、その現象を回避する為の技術開発を試行錯誤しながら進め、最終的に理想的なマーカーを作製する事が出来た。本マーカーを利用した共同研究により、腫瘍を担癌したマウスは疑似微小重力環境においてよりストレス感受性になる事を再現性をもって可視化する事に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

2020年末にCell誌に報告されたレビューでは、生体が宇宙飛行によって受ける６つの生物影響とその５つの要因について議論されています。
Artemis計画に代表される宇宙探査時代において、人類が遭遇するであろう宇宙環境における生命現象の理解を対象にした「宇宙生命科学」に我々のバイオイメージング技術を応用し、まずは２つの視点（微小重力、宇宙放射線曝露）で科学するための技術革新を推進しています。
地球環境や宇宙環境（ISS,月）と生体との相互作用を細胞レベルから個体レベル、様々な視点でバイオイメージングすることで、より複雑な生命恒常性の理解に貢献していきます。

研究成果

• [雑誌論文] Gravity sensing in plant and animal cells. (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi K, Takahashi H, Furuichi T, Toyota M, Furutani-Seiki M, Kobayashi T, Watanabe-Takano H, Shinohara M, Numaga-Tomita T, Sakaue-Sawano A, Miyawaki A, Naruse K.
  • 雑誌名: NPJ Microgravity 巻: 7 号: 1 ページ: 2-2
  • DOI: 10.1038/s41526-020-00130-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Space radiation biology for “Living in Space” (2020)
  • 著者名/発表者名: Furukawa S, Nagamatsu A, Nenoi M, Fujimori A, Kakinuma S, Katsube T, Wang B, Tsuruoka C, Shirai T, Nakamura AJ, Sakaue-Sawano A, Miyawaki A, Harada H, Kobayashi M, Kobayashi J, Kunieda T, Funayama T, Suzuki M, Miyamoto T, Hidema J, Yoshida Y, Takahashi A.
  • 雑誌名: BioMed Res Int. 巻: 2020 号: 1 ページ: 4703286-4703286
  • DOI: 10.1155/2020/4703286
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 生命現象をダイレクトに解読するためのバイオイメージング技術開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 阪上―沢野 朝子
  • 学会等名: 1.第４４回日本分子生物学会 2021年12月 ハイブリッド開催
• [学会発表] The true nature of cancer cells that can be revealed only by live imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Asako Sakaue-Sawano
  • 学会等名: 第79回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] Observing heterogeneity in cell society 細胞の個性を理解するための技術開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: Asako Sakaue-Sawano
  • 学会等名: 第10回国際放射線神経生物学会大会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 「宇宙での細胞機能を理解するための可視化技術開発」 (2020)
  • 著者名/発表者名: 阪上ー沢野 朝子
  • 学会等名: 科研費新学術領域研究「宇宙に生きる」一般公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 疑似宇宙環境における基本的生命現象の可視化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 阪上―沢野 朝子、宮脇 敦史
  • 学会等名: 日本宇宙生物科学会 第３３回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Visualization of Homeostatic Disturbances in Space (2019)
  • 著者名/発表者名: Asako Sakaue-Sawano and Atsushi Miyawaki
  • 学会等名: Resonance Bio International Symposium (RBIS) 2019
  • 国際学会
• [図書] 新世代フローサイトメトリー活用スタンダード (2021)
  • 著者名/発表者名: 阪上―沢野 朝子、太田和健之、俣賀宣子、宮脇敦史
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758122542
• [備考] Fucci
  • URL: https://cfds.riken.jp/material/fucci
• [備考] Information of Fucci
  • URL: http://cfds.brain.riken.jp/Fucci.html