• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

神経活動に伴うアストロサイトのAQP4依存的なATP/アデノシン放出

研究課題

研究課題/領域番号 22K06431
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分46010:神経科学一般関連
研究機関神戸大学

研究代表者

森田 光洋  神戸大学, 理学研究科, 准教授 (50297602)

研究分担者 塚本 寿夫  神戸大学, 理学研究科, 准教授 (90579814)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードアデノシン / AQP4 / 光遺伝学 / ホログラフィック顕微鏡 / カルシウムイメージング / 神経活動 / グルコース代謝 / 生体イメージング / アストロサイト / 水チャネル / 多光子顕微鏡 / 精神疾患
研究開始時の研究の概要

アストロサイトが放出したATPは細胞外でアデノシンに分解され、アデノシン受容体を介して神経活動や脳血流に影響を与える。申請者は先行研究において、アストロサイトの終足(endfoot)に局在する水チャネル(AQP4)依存的なATP/アデノシン放出を見出した。本研究では「神経活動に伴いグルコース消費が亢進すると、アストロサイトでは血流からのグルコース取みと共役したAQP4依存性の水流入が増加し、これに伴いATP/アデノシンが放出される。」との仮説を立て、これをin vivo イメージングと光遺伝学により実証することを目指す。これにより神経活動とエネルギー代謝の恒常性を維持する機構が解明される。

研究実績の概要

独自に開発したアデノシンに対するバイオセンサーを用いて見出されたAQP4依存的なアデノシン放出は、神経活動に伴いアストロサイトのAQP4を介した水の動態が誘導されることを示唆している。本研究では、2光子ホログラフィック顕微鏡を中心に神経活動に伴う水動態と、これに関連したアデノシン放出の可視化を試みている。本年度は、これまでの研究で明らかになった2光子蛍光イメージングに伴うオプシンの活性化、いわゆるクロストークの問題に焦点を当て、この解決に取り組んだ。具体的には、一般的に広く用いられているGCaMPと赤色にシフトしたChRmineなどのオプションの組み合わせにおいて、GCaMPのイメージングに伴うオプションの非特異的な活性化を確認した。この非特異的活性化を回避するために、蛍光タンパク質とオプションの吸収波長が逆になるRCaMPとeTsChR2の組み合わせを検討したところ、1光子励起のRCaMPイメージングはオプシンの非特異的な活性化を引き起こさず、オプシンの応答が検出され多一方で、2光子励起ではオプシンの応答が消失した。これは RCaMPのIsosbestic pointにおける蛍光がGCaMPなどよりも大きいためであると考え、RCaMPの1光子吸収波長(約560 m) から推定される2光子吸収波長1120 nmよりも長い波長におけるイメージングを検討した。その結果、1200 nmでeTsChR2の応答が回復することが明らかとなった。これは励起波長を最適化することで、クロストークの影響を受けないall optical physiologyが可能であることを示している。

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

昨年度の研究により、光遺伝学刺激とカルシウムイメージングを同時に行うall optical physiologyでは、イメージングに用いる励起光が、オプシンを活性化してしまう、いわゆるクロストークの問題があることが明らかになった。本年度はこの問題に焦点を当てて、検討を行うことにより、クロストークの影響を回避する技術的な進展が見られた。しかしその一方で、水の動態とアデノシンを可視化するという、本来の目的が大幅に遅れている。

今後の研究の推進方策

本年度達成した、クロストークの影響を受けないall optical physiologyの手法を活用し、研究計画の中心である、AQP4依存的なアデノシン放出の背景にある、神経活動に伴う水動態の変化の実体を解明するとともに、そのメカニズムを明らかにする。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Incomplete accumulation of perilesional reactive astrocytes exacerbates wound healing after closed-head injury by increasing inflammation and BBB disruption2024

    • 著者名/発表者名
      Sawant Nitin、Watanabe Airi、Ueda Haruna、Okano Hideyuki、Morita Mitsuhiro
    • 雑誌名

      Experimental Neurology

      巻: 374 ページ: 114700-114700

    • DOI

      10.1016/j.expneurol.2024.114700

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 3次元光計測イメージングとその生命科学及び散乱透視イメージングへの応用2023

    • 著者名/発表者名
      的場修,森田光洋
    • 雑誌名

      光技術コンタクト

      巻: 61 ページ: 20-24

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Modern Microscopic Approaches to Astrocytes2023

    • 著者名/発表者名
      Morita Mitsuhiro
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 24 号: 6 ページ: 5883-5883

    • DOI

      10.3390/ijms24065883

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evaluation and Manipulation of Neural Activity using Two-Photon Holographic Microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Kato Daisuke、Quan Xiangyu、Tanisumi Yuta、Guo Zhongtian、Morita Mitsuhiro、Takiguchi Tetsuya、Matoba Osamu、Wake Hiroaki
    • 雑誌名

      Journal of Visualized Experiments

      巻: 187 号: 187 ページ: 1-15

    • DOI

      10.3791/64205

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantitative dynamic evolution of physiological parameters of RBC by highly stable digital holographic microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Kumar Manoj、Matoba Osamu、Quan Xiangyu、Rajput Sudheesh K、Morita Mitsuhiro、Awatsuji Yasuhiro
    • 雑誌名

      Optics and Lasers in Engineering

      巻: 151 ページ: 106887-106887

    • DOI

      10.1016/j.optlaseng.2021.106887

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Holographic microscope free from nonspecific opsin activation by imaging laser, “crosstalk”2024

    • 著者名/発表者名
      Priyanka Gore, Yuya Atomura, Manoj Kumar, Xiangyu Quan, Osamu Matoba, Hiroaki Wake, Mitsuhiro Morita
    • 学会等名
      第46回日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Impaired recovery from focal closed-head injury by STAT3 ablation in perilesional reactive astrocyte2024

    • 著者名/発表者名
      Sawant Nitin, Morita Mitsuhiro
    • 学会等名
      第46回日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Analysis of Local Intracellular Signaling in Astrocytes Using Two-Photon Holographic Microscopy2024

    • 著者名/発表者名
      M. Morita, Y. Atomura, P. Gora, M. Kumar, X. Quan, O. Matoba, H. Wake
    • 学会等名
      XVI European Meeting on Glial Cells in Health and Disease
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 生命活動の観察・操作を可能にするホログラフィック顕微鏡と散乱透視イメージング2024

    • 著者名/発表者名
      的場修,森田光洋
    • 学会等名
      第99回レーザー加工学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳における水システムと神経情報処理のクロストーク2022

    • 著者名/発表者名
      森田光洋
    • 学会等名
      第96回日本薬理学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Emotional arousal enhances perceptual memory through amygdalo-cortical input during NREM sleep2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshihito Saito,Yuma Osako,Maya Odagawa,Yasuhiro Oisi,Chie Matsubara,Mitsuhiro Morita,Masanori Murayama
    • 学会等名
      第45回日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Cortical-wide impairment of “the Glymphatic System” after focal brain injury2022

    • 著者名/発表者名
      [Lee, H,Azuma, M,Shinzaki, K,Yamane, R,Morita, M
    • 学会等名
      第45回日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Effects of fingolimod on vasculature and glial scar formation after closed-head injury2022

    • 著者名/発表者名
      Sawant, N,Okazaki, N,Morita, M
    • 学会等名
      第45回日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [図書] 2 光子励起ホログラフィック顕微鏡による高度光遺伝学応用2022

    • 著者名/発表者名
      的場 修,全 香玉,米田 成,森田 光洋
    • 総ページ数
      643
    • 出版者
      レーザー研究第 50 巻第 11 号(2022 年 11 月)「多彩な発展を遂げるホログラフィ」特集号
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi