新規細胞機能操作ツールを用いた中枢性疾患発症メカニズムの理解

• 研究課題/領域番号: 23K21383
• 補助金の研究課題番号: 21H02752 (2021-2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2021-2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分49070:免疫学関連
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 増田 隆博 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (80615287)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2024年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 脳内免疫 / ミクログリア / 脳境界マクロファージ / 中枢神経系疾患 / 遺伝子改変マウス / 中枢神経系マクロファージ / 脳

研究開始時の研究の概要

本研究計画は、中枢神経系疾患発症における脳境界マクロファージの存在意義に迫るという、これまで全く未開拓の研究領域である。そのため、本研究課題で得られた成果は脳境界マクロファージが持つ生理機能の全貌解明に大きく貢献することが予想される。また、それらはアルツハイマー病や多発性硬化症などの脳神経・免疫疾患の発症メカニズムの解明および治療法開発にも波及的に貢献する可能性があると考えられ、新たな”ドラッガブル”な細胞標的の創出につながることも期待される。

研究実績の概要

脳や脊髄といった中枢神経系組織には、多様なマクロファージが存在する。実質内に存在するミクログリアに加え、髄膜や血管周囲空間には脳境界マクロファージ(CAMs)が存在し、それぞれの分布領域において重要な役割を担っていると考えらえれる。その遺伝子発現プロファイルの類似性が大きな足枷となり、これまでそれぞれの機能を正確に分けて解析されてこなかった。本研究は、申請者が独自に開発したミクログリアおよびCAMs特異的な遺伝子改変マウスを用いて、それぞれの細胞種特異的機能操作ツールを作成し、中枢神経系疾患発症時におけるミクログリアおよびCAMsの動態や分布、遺伝子発現プロファイルに関する時空間的情報を正確に把握し、それぞれの細胞機能を明確にすることで、中枢神経系疾患発症への寄与に関する理解を深めることを目的とした。
本年度は、当初計画を変更し、CAMsの機能解明に必要不可欠なCAMs特異的かつ時間依存的な除去を可能にするマウスの作成とその検証を進めた。昨年度までの網羅的遺伝子発現解析により特定したCAMs特異的発現遺伝子の遺伝子座を標的をしたCreマウスおよびRosa26-Dtrマウスを交配させ、CAMs特異的Dtr発現マウスを作成した。その後、Dtx(ジフテリア毒素)を投与したところ、９割以上のCAMs除去が確認された。一方でミクログリアの細胞数には全く影響が見られたなったことから、非常に高精度なCAMs細胞除去ツールの作製に成功した。さらに、本Creマウスを用いたCAMs特異的な遺伝子改変マウスを新たに数系統作成した。今後は、中枢神経系疾患モデル動物を用いた解析により、CAMsの機能解明を進める。

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

本年度は、自身の研究室の立ち上げに伴い、実験動物施設の移動と実験動物のクリーンナップを行う必要があったため、大幅に予定を変更して研究を行ったが、新たに脳境界マクロファージ除去ツールや細胞種特異的な遺伝子改変マウスを数系統確立でき、中枢性疾患発症におけるCAMsの機能解明を進める上で重要なツールが使用可能になったため。

今後の研究の推進方策

これまでに作成したCAMsを標的とした遺伝子改変マウス等を用いて、脳境界マクロファージの存在意義や中枢性疾患発症への関与に焦点を絞った包括的な解析を進め、これまで全く明らかになったいない脳境界マクロファージの疾患発症における役割を明らかにしたい。

研究成果

• [国際共同研究] University of Freiburg(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Freiburg/Max Planck Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] Karolinska Institute(スウェーデン)
• [国際共同研究] University of Freiburg/University of Leipzig/Max Planck Institute(ドイツ)
• [国際共同研究] Karolinska Institute/Uppsala University(スウェーデン)
• [国際共同研究] University of Paris(フランス)
• [国際共同研究] University of California(米国)
• [国際共同研究] University of Edinburgh and UK DRI(英国)
• [雑誌論文] Direct neuronal conversion of microglia/macrophages reinstates neurological function after stroke (2023)
  • 著者名/発表者名: Irie Takashi、Matsuda Taito、Hayashi Yoshinori、Matsuda-Ito Kanae、Kamiya Akihide、Masuda Takahiro、Prinz Marco、Isobe Noriko、Kira Jun-ichi、Nakashima Kinichi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 号: 42 ページ: 42-42
  • DOI: 10.1073/pnas.2307972120
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A comparative analysis of microglial inducible Cre lines (2023)
  • 著者名/発表者名: Faust Travis E.、Feinberg Philip A.、O’Connor Ciara、Kawaguchi Riki、Chan Andrew、Strasburger Hayley、Frosch Maximilian、Boyle Margaret A.、Masuda Takahiro、Amann Lukas、Knobeloch Klaus-Peter、Prinz Marco、Schaefer Anne、Schafer Dorothy P.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 42 号: 9 ページ: 113031-113031
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.113031
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lipid in microglial biology ? from material to mediator (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Shota、Masuda Takahiro
  • 雑誌名: Inflammation and Regeneration 巻: 43 号: 1 ページ: 38-38
  • DOI: 10.1186/s41232-023-00289-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microglial diversity in neuropathic pain (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsuda Makoto、Masuda Takahiro、Kohno Keita
  • 雑誌名: Trends in Neurosciences 巻: 46 号: 7 ページ: 597-610
  • DOI: 10.1016/j.tins.2023.05.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lineage tracing identifies in vitro microglia‐to‐neuron conversion by <scp>NeuroD1</scp> expression (2023)
  • 著者名/発表者名: Irie Takashi、Matsuda‐Ito Kanae、Matsuda Taito、Masuda Takahiro、Prinz Marco、Isobe Noriko、Nakashima Kinichi
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 28 号: 7 ページ: 526-534
  • DOI: 10.1111/gtc.13033
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microglial Cytokines Mediate Plasticity Induced by 10 Hz Repetitive Magnetic Stimulation (2023)
  • 著者名/発表者名: Eichler Amelie、Kleidonas Dimitrios、Turi Zsolt、Fliegauf Maximilian、Kirsch Matthias、Pfeifer Dietmar、Masuda Takahiro、Prinz Marco、Lenz Maximilian、Vlachos Andreas
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: Online ahead of print 号: 17 ページ: 3042-3060
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2226-22.2023
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanisms of myeloid cell entry to the healthy and diseased central nervous system (2023)
  • 著者名/発表者名: Amann Lukas、Masuda Takahiro、Prinz Marco
  • 雑誌名: Nature Immunology 巻: 24 ページ: 393-407
  • DOI: 10.1038/s41590-022-01415-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] CD206+ macrophages transventricularly infiltrate the early embryonic cerebral wall to differentiate into microglia. (2023)
  • 著者名/発表者名: Hattori Y, Kato D, Murayama F, Koike S, Asai H, Yamasaki A, Naito Y, Kawaguchi A, Hiroyuki Konishi H, Prinz M, Masuda T, Wake H, Miyata T.
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 42 号: 2 ページ: 112092-112092
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112092
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recent topics regarding macrophage in the central nervous system (2022)
  • 著者名/発表者名: Masuda Takahiro
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 173 号: 3 ページ: 139-143
  • DOI: 10.1093/jb/mvac093
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel insights into the origin and development of CNS macrophage subsets (2022)
  • 著者名/発表者名: Masuda Takahiro、Amann Lukas、Prinz Marco
  • 雑誌名: Clinical and Translational Medicine 巻: 12 号: 11
  • DOI: 10.1002/ctm2.1096
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Specification of CNS macrophage subsets occurs postnatally in defined niches (2022)
  • 著者名/発表者名: Masuda T et al
  • 雑誌名: Nature 巻: 604 号: 7907 ページ: 740-748
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04596-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A spinal microglia population involved in remitting and relapsing neuropathic pain (2022)
  • 著者名/発表者名: Kohno Keita、Shirasaka Ryoji、Yoshihara Kohei、Mikuriya Satsuki、Tanaka Kaori、Takanami Keiko、Inoue Kazuhide、Sakamoto Hirotaka、Ohkawa Yasuyuki、Masuda Takahiro、Tsuda Makoto
  • 雑誌名: Science 巻: 376 号: 6588 ページ: 86-90
  • DOI: 10.1126/science.abf6805
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Specification of CNS macrophage subsets occurs postnatally in defined niches. (2022)
  • 著者名/発表者名: Masuda T,Amann L,Monaco G,Sankowski R,Staszewski O,Krueger M,Gaudio FD,He L,Paterson N,Nent E,Fernandez-Klett F,Yamasaki A,Frosch M,Fliegauf M,Bosch LFP,Ulupinar H,Hagemeyer N,Schreiner D,Dorrier C,Tsuda M,Grothe C,Joutel A,Daneman R,Betsholtz C,Lendahl U,Knobeloch KP,Laemmermann T,Priller J,Kierdorf K,Prinz M
  • 雑誌名: Nature 巻: in press
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 脳実質と末梢循環系を繋ぐ脳境界領域の形成維持と免疫細胞の特性 (2024)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第12回AAA研究会
  • 招待講演
• [学会発表] シングルセル解析によって明らかになった脳内マクロファージの多様性と細胞特性 (2024)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 文部科学省認定 共同利用・共同研究拠点 横浜市立大学先端医科学研究センター「マルチオミックスによる遺伝子発現制御の先端的医学共同研究拠点」
  • 招待講演
• [学会発表] Diverse macrophages in the central nervous system (2024)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Masuda
  • 学会等名: 第52回日本免疫学会総会・学術集会
• [学会発表] 脳内マクロファージの細胞特性や機能を解く (2024)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第8回日本骨免疫学会ウィンタースクール
• [学会発表] 多様な脳内マクロファージの細胞特性を理解する (2024)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第13回日本マーモセット研究会大会
• [学会発表] 脳境界マクロファージの発生と維持メカニズム (2024)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第129回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] 脳内マクロファージの多様性と中枢神経系疾患 (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第44回日本炎症・再生医学会
• [学会発表] Ontogeny and function of diverse brain macrophages (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: International Biomedical Research Seminars in IRCMS
  • 招待講演
• [学会発表] 脳境界免疫細胞を標的とした疾患研究の可能性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: AMED精神・神経疾患領域/早期ライフ連携推進ワークショップ
• [学会発表] 脳内マクロファージの分化や機能制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第35回日本神経免疫学会学術集会
• [学会発表] 脳内マクロファージの多様性と機能 (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 次世代薬理学セミナー2023
  • 招待講演
• [学会発表] 多様な脳内マクロファージの発生と機能 (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] Microglia and CNS border-associated macrophages-similar but different- (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会
• [学会発表] Understanding diverse macrophages in the central nervous system (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Masuda
  • 学会等名: 第97回日本薬理学会年会
• [学会発表] Unraveling the characteristics of macrophages by single-cell analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Masuda
  • 学会等名: 第97回日本薬理学会年会
• [学会発表] Novel insights into the ontogeny and diversity of CNS macrophages (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Masuda
  • 学会等名: The 9th Japan-China Joint Meeting of Basic and Clinical Pharmacology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Diverse macrophages sense and govern brain environment (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Masuda
  • 学会等名: 16th International Society of Neuroimmunology (ISNI)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Diverse macrophages and brain development (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Masuda
  • 学会等名: Young Glia in Quebec
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Genetic tools for studying diverse macrophages in the CNS (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Masuda
  • 学会等名: The 50th Naito Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Similar but different: Diverse macrophages in the central nervous system (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Masuda
  • 学会等名: The 32th Hot Spring Harbor International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 脳内免疫系による健やかな脳の形成・維持と破綻 (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 国立大学附置研究所・センター会議特別シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 多様な脳内マクロファージから脳の形成と異常を理解する (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第16大阪大学ニコンイメージングセンター シリーズセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Macrophages in the central nervous system: ontogeny and function in health and disease (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第9回Neuroscience Network in Kobe
  • 招待講演
• [学会発表] 多様な脳内マクロファージから見る脳の形成と機能 (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第15回 CBIR/ONSA/大学院セミナー共催 若手インスパイアシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 多様な脳内マクロファージの成り立ちとその後の変化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 令和4年度「感染・免疫・がん・炎症」全国共同研究拠点シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Diverse macrophages govern brain environment (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Masuda
  • 学会等名: Neuro2022
• [学会発表] 多様な脳内マクロファージから紐解く中枢神経系疾患 (2022)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第43回日本炎症・再生医学会
• [学会発表] 脳内マクロファージと脳の発達 (2022)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第76回日本薬理学会年会
• [学会発表] 多様な脳内マクロファージと治療標的としての可能性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第2回SAMURAI研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Cellular and molecular heterogeneity of CNS macrophages in health and disease (2022)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第95回日本薬理学会年会
• [学会発表] Decoding brain environment through single-cell analysis of microglia (2022)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第99回日本生理学会大会
• [学会発表] ミクログリアという小さな細胞の多彩な能力 (2021)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 脳科学若手の会 第２４回談話会「Microglia」
  • 招待講演
• [学会発表] マウスおよびヒト脳内におけるミクログリアの多様性および可塑性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] Diversity and plasticity of microglia in mouse and human brains (2021)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第50回日本免疫学会学術集会
• [学会発表] 脳実質ミクログリアと脳境界マクロファージ (2021)
  • 著者名/発表者名: 増田隆博
  • 学会等名: 第43回日本疼痛学会