臓器全体のタンパク質発現・修飾・活性状態の3D検出法開発

• 研究課題/領域番号: 19H03413
• 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48040:医化学関連
• 研究機関: 順天堂大学 (2021); 東京大学 (2019-2020)
• 研究代表者: 洲崎 悦生 順天堂大学, 大学院医学研究科, 教授 (10444803)
• 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: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2021年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2020年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2019年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
• キーワード: 3次元組織学 / 組織透明化 / 3次元イメージング / セルオミクス

研究開始時の研究の概要

3次元組織学は未だ適応範囲が限定的であるため、研究代表者は理想的な抗体・染色剤の組織内浸透条件を探索し、大型組織サンプルを高効率に3次元染色・観察する新しいプロトコルの構築を進めている。本研究課題では、この3次元組織学技術を発展させ、全身のあらゆる臓器を対象とした臓器スケール・細胞解像度の多色3次元染色・観察技術を確立することを目的とする。特に、本技術が核酸ではなくタンパク質を検出対象とできる利点を生かし、リン酸化などの翻訳後修飾や酵素活性を臓器スケール・細胞解像度で評価する新たな技術の確立を目的とする。

研究成果の概要

本研究課題では、研究代表者が構築した全細胞網羅的観察・解析技術を活用し、成体哺乳類全身の脳以外のさまざまな臓器に対する多色3次元染色・観察技術を確立することを目的とした。その結果、組織がゲルの一種であることを明らかにし、この性質を利用して全く新しい臓器3次元染色プロトコル「CUBIC-HistoVIsion (CUBIC-HV)」の確立に成功するとともに、多数の共同研究を行った。発表論文は、掲載誌の2020 Top 50 Life and Biological Sciences Articlesに選ばれるなど発表後に世界的な注目を集めた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題は、世界最高性能の3次元組織学技術を確立するとともに、組織内のタンパク質の状態を網羅的に解析する新しい研究アプローチの確立に貢献した。この方法は、創薬や臨床病理学を始めとする、基礎研究以外の様々な分野での活用が期待され、実際に応用も進められている。

研究成果

• [国際共同研究] RWTH Aachen University/RFW University of Bonn/Univ. Med. Cent. Hamburg-Eppendorf(ドイツ)
• [雑誌論文] セルオミクス技術の開発と展望 (2022)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 雑誌名: 生化学 巻: 94 号: 1 ページ: 26-36
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2022.940026
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2022-02-25
• [雑誌論文] 組織透明化技術の原理と応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 雑誌名: TCIメール 巻: 189 ページ: 10-17
• [雑誌論文] 実用的な全臓器3次元染色技術のボトムアップ設計 (2022)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 雑誌名: 月刊臨床免疫・アレルギー科 巻: 77 ページ: 239-243
• [雑誌論文] CUBIC-Cloud provides an integrative computational framework toward community-driven whole-mouse-brain mapping (2021)
  • 著者名/発表者名: Mano T, Murata K, Kon K, Shimizu C, Ono H, Shi S, Yamada RG, Miyamichi K, Susaki EA, Touhara K, Ueda HR.
  • 雑誌名: Cell Reports Methods 巻: 1 号: 2 ページ: 100038-100038
  • DOI: 10.1016/j.crmeth.2021.100038
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Activation of Sympathetic Signaling in Macrophages Blocks Systemic Inflammation and Protects against Renal Ischemia-Reperfusion Injury (2021)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa S, Inoue T, Nakamura Y, Fukaya D, Uni R, Wu CH, Fujii R, Peerapanyasut W, Taguchi A, Kohro T, Yamada S, Katagiri M, Ko T, Nomura S, Nakanishi Ozeki A, Susaki EA, Ueda HR, Akimitsu N, Wada Y, Komuro I, Nangaku M, Inagi R.
  • 雑誌名: J Am Soc Nephrol. 巻: - 号: 7 ページ: 1599-1615
  • DOI: 10.1681/asn.2020121723
  • NAID: 120007174517
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 新規技術が駆動するがん微小環境の理解 1.高精度のがん診断に向けた3次元組織病理学の現在と未来 (2021)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 雑誌名: 実験医学増刊：がん微小環境に1細胞レベルで挑む 巻: 39 ページ: 174-178
• [雑誌論文] Generation of a p16 Reporter Mouse and Its Use to Characterize and Target p16high Cells In Vivo. (2020)
  • 著者名/発表者名: Omori S, Wang TW, Johmura Y, ..., Sakamoto T (15番目), ..., Nakanishi M.
  • 雑誌名: Cell Metab 巻: 32 号: 5 ページ: 814-828
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2020.09.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Versatile whole-organ/body staining and imaging based on electrolyte-gel properties of biological tissues (2020)
  • 著者名/発表者名: Susaki Etsuo A.、Shimizu Chika、Kuno Akihiro、Tainaka Kazuki、Li Xiang、Shibayama Mitsuhiro、Ueda Hiroki R. et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1982-1982
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15906-5
  • NAID: 120006956725
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 腎臓を視る 組織透明化による腎臓病の3次元病態解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長谷川 頌, 洲崎 悦生, 上田 泰己, 南学 正臣
  • 雑誌名: 生化学 巻: 92 ページ: 838-843
  • NAID: 40022454310
• [雑誌論文] 【単一細胞レベル解析の新技術】組織・個体の全細胞解析の最前線 (2020)
  • 著者名/発表者名: 洲崎 悦生
  • 雑誌名: 細胞 巻: 52 ページ: 728-732
• [雑誌論文] Visualization and molecular characterization of whole-brain vascular networks with capillary resolution. (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeyuki Miyawaki,Shota Morikawa,Etsuo A Susaki,Ai Nakashima,Haruki Takeuchi,Shun Yamaguchi,Hiroki R Ueda,Yuji Ikegaya
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1104-1104
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14786-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The oral hypoxia-inducible factor prolyl hydroxylase inhibitor enarodustat counteracts alterations in renal energy metabolism in the early stages of diabetic kidney disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Sho、Tanaka Tetsuhiro、Saito Tomoyuki、Fukui Kenji、Wakashima Takeshi、Susaki Etsuo A.、Ueda Hiroki R.、Nangaku Masaomi
  • 雑誌名: Kidney International 巻: in press 号: 5 ページ: 934-950
  • DOI: 10.1016/j.kint.2019.12.007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel 3D analysis using optical tissue clearing documents the evolution of murine rapidly progressive glomerulonephritis (2019)
  • 著者名/発表者名: Puelles VG, Fleck D, Ortz L, Papadouri S, Thiago T, Boehner A, van der Wolde JW, Vogt M, Saritas T, Kuppe C, Fuss A, Menzel S, Klinkhammer BM, Mller-Newen G, Heymann F, Decker L, Braun F, Kretz O, Huber TB, Susaki EA, Ueda HR, et al.
  • 雑誌名: Kidney international 巻: AOP 号: 2 ページ: 505-516
  • DOI: 10.1016/j.kint.2019.02.034
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive three-dimensional analysis (CUBIC-kidney) visualizes abnormal renal sympathetic nerves after ischemia/reperfusion injury. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa S, Susaki EA, Tanaka T, Komaba H, Wada T, Fukagawa M, Ueda HR, Nangaku M
  • 雑誌名: Kidney international 巻: AOP 号: 1 ページ: 129-138
  • DOI: 10.1016/j.kint.2019.02.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] 【バイオマテリアル研究に役立つ分析技術・評価法】生体組織の透明化とイメージング技術 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田 将太,松本 桂彦,洲崎 悦生,上田 泰己
  • 雑誌名: バイオマテリアル-生体材料- 巻: 37 ページ: 264-269
• [雑誌論文] CUBICを用いた組織透明化と3次元観察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 雑誌名: 和光純薬時報 巻: 87 ページ: 16-19
• [雑誌論文] 人工知能と神経科学 病理画像の自動診断技術と3次元病理学の発展 (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 雑誌名: Brain and Nerve 巻: 71
• [雑誌論文] 透明イメージングの臨床応用 組織透明化技術と細胞ラベリング技術 (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 雑誌名: 月刊メディカル・サイエンス・ダイジェスト 巻: 45
• [学会発表] CUBIC for whole-organ/body cell circuit and tissue architecture analysis. (2021)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 1st mesoSPIM User Meeting
  • 招待講演
• [学会発表] 神経科学における組織透明化技術の活用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 環境医学研究所 ・ 順天堂かゆみ研究センター 第7回学術シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] CUBIC-HistoVIsion：臓器・全身をカバーする3次元組織学の実現 (2021)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 第94回日本生化学大会
  • 招待講演
• [学会発表] CUBIC-HistoVIsion realizes whole-organ/body three-dimensional histology (2021)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 第30回日本バイオイメージング学会
  • 招待講演
• [学会発表] Approaching the multicellular systems by cell-omics technology (2021)
  • 著者名/発表者名: Etsuo A. Susaki
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] CUBIC-HistoVIsion: a versatile three-dimensional whole-organ/body staining and imaging based on electrolyte-gel properties of biological tissue (Keynote talk) (2020)
  • 著者名/発表者名: Etsuo A. Susaki
  • 学会等名: Volume Imaging Symposium (VIS) 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] セルオミクスによる細胞ネットワークの定量的解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 第５回理論免疫学ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 多細胞システムの理解に向けた セルオミクス技術の開発と応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 第3回 ExCELLSシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] CUBIC-HistoVIsion: a versatile three-dimensional whole-organ/body staining and imaging based on electrolyte-gel properties of biological tissue (2020)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 4th NanoLSI Symposium, WPI Kanazawa University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 多細胞システムの理解に向けたセルオミクス技術の開発と応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: Cell Biology, Developmental Biology, and Systems Biology course meeting (Webiner)
  • 招待講演
• [学会発表] 多細胞体をシステムとして理解するアイデアと方法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 岡山大学医学部 特別講義
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞ネットワークの網羅的解析-個体をシステムとして理解するアイデアと方法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 順天堂大学医学部 医学研究入門II 特別講義
  • 招待講演
• [学会発表] セルオミクス技術の開発と医学生物学応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 2020年日本バイオインフォマティクス学会年会 第９回生命医薬情報学連合大会2020
  • 招待講演
• [学会発表] Versatile 3D whole-organ/body staining and imaging based on electrolyte-gel properties of biological tissue (2020)
  • 著者名/発表者名: Etsuo A. Susaki
  • 学会等名: Webinar at Washington University (hosted by Dr. Adam Glaser)
  • 招待講演
• [学会発表] CUBIC-HV 組織透明化と組み合わせて使用できる新しい3次元染色技術 (2020)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 東京化成工業 ウェビナー
  • 招待講演
• [学会発表] セルオミクスによる多細胞システム解明へのアプローチ (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 岡山大学次世代研究拠点シンポジウム2020「口腔器官の再構築から器官の発生・再生の統一原理の解明」
  • 招待講演
• [学会発表] A versatile three-dimensional whole-organ/body staining and imaging with single-cell resolution based on electrolyte-gel properties of biological tissue (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: The Light Sheet Microscopy Conference 2019
  • 国際学会
• [学会発表] A versatile protocol for three-dimensional whole-organ/body staining and imaging with single-cell resolution based on electrolyte-gel properties of biological tissue. (2019)
  • 著者名/発表者名: Susaki EA et al.
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 組織透明化技術の開発と医学生物学応用（モーニングレクチャー） (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 第78回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] 全臓器・全身スケールの多階層空間オミクス実現に向けたアプローチ (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: シングルセルゲノミクス研究会2019
  • 招待講演
• [学会発表] 全臓器・全身の細胞ダイバーシティー解明を目指す臓器スケール3次元組織学への挑戦 (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会 共催シンポジウム「総力戦でのぞむ細胞社会ダイバーシティー解明への挑戦」（兼オーガナイザー）
• [図書] Handbook of Tissue Optical Clearing - New Prospects in Optical Imaging. (2021)
  • 著者名/発表者名: Etsuo A. Susaki, Hiroki R. Ueda (Editors: Dan Zhu, Elina A. Genina, Valery V. Tuchin)
  • 総ページ数: 682
  • 出版者: CRC Press
  • ISBN: 9781000466300
• [図書] 医用工学ハンドブック (2021)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生（佐久間一郎、秋吉一成、津本, 浩平 編）
  • 総ページ数: 475
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437350
• [図書] 先端の分析法 第2版 (2021)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生（小澤岳昌、北森武彦、中村洋、藤浪眞紀、宮村一夫 編）
  • 総ページ数: 973
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437374
• [備考] 脳の全細胞を解析するクラウドシステムの開発
  • URL: https://www.riken.jp/press/2021/20210622_1/
• [備考] 3次元組織学による全臓器・全身の観察技術を確立
  • URL: https://www.riken.jp/press/2020/20200427_2/index.html
• [備考] 世界初、体内に存在する老化の原因となる細胞の解析に成功
  • URL: https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/about/press/page_00033.html
• [産業財産権] 生体組織染色試薬、生体組織染色キット及び生体組織染色方法 (2019)
  • 発明者名: 洲崎悦生、上田泰己
  • 権利者名: 株式会社CUBICStars
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-157984
  • 出願年月日: 2019