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脊髄損傷尾側における神経変性のエネルギー代謝機構による影響の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K09248
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56010:脳神経外科学関連
研究機関国立研究開発法人国立循環器病研究センター

研究代表者

大西 諭一郎  国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 非常勤研究員 (00533811)

研究分担者 山本 正道  国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 特任部長 (70423150)
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: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードspinal cord injury / metabolic stress / ATP / mitochondria / 脊髄損傷 / ミトコンドリア / 末梢神経損傷 / ワーラー変性 / 神経変性 / エネルギー / 代謝
研究開始時の研究の概要

1.脊髄離断モデルの作成、および組織学的評価
2.ニューロン特異的ATP可視化マウスの脊髄急性スライス標本の観察
3.脊髄損傷後慢性期の損傷尾側での阻害剤投与下でのニューロン・軸索変性の評価
4.脊髄損傷後急性期と慢性期の損傷尾側でのメタボローム解析
5.脊髄損傷後急性期と慢性期の損傷尾側でのトランスクリプトーム解析

研究実績の概要

Spinal cord injury (SCI) presents the axonal degeneration in the caudal site of lesion. The caudal axonal degeneration prevents the functional recovery due to the axonal regenerative sprouting and sprouting at the injury site. The axonal mitochondrial transport to the distal site of lesion is impaired in SCI, leading to the metabolic stress. Previously, we revealed that axons activated the glycolysis system to maintain ATP levels, and inactivated tricarboxylic acid cycle because of mitochondrial degeneration. A gradual decrease in ATP levels was observed before the progression of axonal degeneration. Furthermore, glycolysis activation increased ATP levels and delayed axonal degeneration. In this study, we investigated the mitochondria transfer to SCI to prevent the caudal axonal degeneration.

T8 partial and complete transection were performed in GO-ATeam1 and GO-ATeam2 mice, which expressed a fluorescence resonance energy transfer-based ATP biosensor with orange fluorescent protein and green fluorescent protein in the mitochondria and cytosol, respectively. Mitochondrial isolation was proceeded by differential centrifugation from littermate liver and new born liver. Isolated mitochondria transferred to T9 spinal cord with stereotactic apparatus after cord transection. The mitochondrial and intracellular ATP level was assessed in GO-ATeam1 and GO-ATeam2 mice, respectively. Ultrathin distal spinal cord cross-sections were analyzed for axon diameter, G-ratio and number of mitochondria in axon by electron microscopy.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

JC-1 dye indicated the preservation of membrane potential in isolated mitochondria. FRET analysis also presented the ATP production in isolated mitochondria. In vivo imaging presented that the transfer of adult liver derived mitochondria elevated ATP level in the distal cord, and improved locomotor function. However, control buffer, ATP solution, and new born liver derived non-function mitochondria had no ATP elevation, and no locomotor improvement. Immunohistochemical analysis revealed that adult liver derived mitochondria were distally spread, and incorporated into neuron. The transfer of adult liver derived mitochondria increased the number of mitochondria in axon and thickness of myelin sheath.

These results indicated that the transfer of mitochondria into the distal site of spinal cord injury prevented the axonal degeneration, and improved locomotor function.

今後の研究の推進方策

We investigate how transfferd mitochondria contribute the improvement of locomotor function.

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

    (11件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] White matter microstructural alterations in patients with neuropathic pain after spinal cord injury: a diffusion tensor imaging study2023

    • 著者名/発表者名
      Dong Dong、Hosomi Koichi、Mori Nobuhiko、Kamijo Yoshi-ichiro、Furotani Yohei、Yamagami Daisuke、Ohnishi Yu-ichiro、Watanabe Yoshiyuki、Nakamura Takeshi、Tajima Fumihiro、Kishima Haruhiko、Saitoh Youichi
    • 雑誌名

      Frontiers in Neurology

      巻: 14 ページ: 1241658-1241658

    • DOI

      10.3389/fneur.2023.1241658

    • 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] The SGLT2 inhibitor empagliflozin improves cardiac energy status via mitochondrial ATP production in diabetic mice.2023

    • 著者名/発表者名
      Jungmi Choi, Naoki Matoba, Daiki Setoyama, Daiki Watanabe, Yuichiro Ohnishi, Ryuto Yasui, Yuichirou Kitai, Aki Oomachi, Yutaro Kotobuki, Yoichi Nishiya, Michael Paul Pieper, Hiromi Imamura, Motoko Yanagita, Masamichi Yamamoto
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 278 号: 1 ページ: 278-278

    • DOI

      10.1038/s42003-023-04663-y

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Glycolytic System in Axons Supplement Decreased ATP Levels after Axotomy of the Peripheral Nerve.2023

    • 著者名/発表者名
      Tomofumi Takenaka , Yuichiro Ohnishi , Masamichi Yamamoto , Daiki Setoyama , Haruhiko Kishima
    • 雑誌名

      eNeuro

      巻: 10 号: 3 ページ: 0353-22

    • DOI

      10.1523/eneuro.0353-22.2023

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 神経損傷でのエネルギー代謝と軸索変性2023

    • 著者名/発表者名
      大西諭一郎、竹中朋文、山本正道
    • 雑誌名

      細胞

      巻: 55 ページ: 846-849

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Tentorial Dural Arteriovenous Fistula Presenting with Venous Congestive Edema of the Upper Cervical Cord2022

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro OHNISHI , Tomofumi TAKENAKA , Sho FUJIWARA
    • 雑誌名

      NMC Case Report Journal

      巻: 9 号: 0 ページ: 193-198

    • DOI

      10.2176/jns-nmc.2022-0014

    • ISSN
      2188-4226
    • 年月日
      2022-12-31
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 脊髄損傷頭尾側でのエネルギー代謝と軸索変性の違い2022

    • 著者名/発表者名
      大西諭一郎
    • 雑誌名

      脊髄外科

      巻: 36 ページ: 306-308

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excess intracellular ATP causes neuropathic pain following spinal cord injury2022

    • 著者名/発表者名
      Nobuhiko Nakajima , Yuichiro Ohnishi , Masamichi Yamamoto , Daiki Setoyama , Hirohiko Imai , Tomofumi Takenaka , Mari Matsumoto , Koichi Hosomi , Yoichi Saitoh , Hidemasa Furue , Haruhiko Kishima
    • 雑誌名

      Cellular and Molecular Life Sciences

      巻: 79 号: 9 ページ: 483-483

    • DOI

      10.1007/s00018-022-04510-z

    • 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] Tight adhesions after spinal cord stimulation observed during dorsal root entry zone lesioning for pain after spinal root avulsion: illustrative cases.2022

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kimoto , Koichi Hosomi , Yuichiro Ohnishi , Takuto Emura , Nobuhiko Mori , Asaya Nishi , Takufumi Yanagisawa , Naoki Tani , Satoru Oshino , Youichi Saitoh , Haruhiko Kishima
    • 雑誌名

      Journal of neurosurgery. Case lessons

      巻: 4 号: 17 ページ: 4-4

    • DOI

      10.3171/case22145

    • 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] Cortical bone trajectory fixation cause low compression force in anterior vertebral column2022

    • 著者名/発表者名
      Sho Fujiwara , Yuichiro Ohnishi , Koichi Iwatsuki , Haruhiko Kishima
    • 雑誌名

      North American Spine Society Journal (NASSJ)

      巻: 10 ページ: 100113-100113

    • DOI

      10.1016/j.xnsj.2022.100113

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 脊髄損傷後神経障害性疼痛の評価、診断、治療2022

    • 著者名/発表者名
      大西諭一郎
    • 雑誌名

      脊髄外科

      巻: 36 ページ: 12-17

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 脊髄損傷部での過剰な細胞内ATPが神経障害性疼痛を引き起こす2022

    • 著者名/発表者名
      大西諭一郎
    • 学会等名
      日本脊髄外科学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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