神経成長における超解像度レベルの脂質ドメイン可視化とその構成脂質特性の解析

• 研究領域: 脂質クオリティが解き明かす生命現象
• 研究課題/領域番号: 18H04670
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 五十嵐 道弘 新潟大学, 医歯学系, 教授 (50193173)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円); 2019年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: 脂質ラフト / 脂肪酸合成 / 超解像度顕微鏡 / リピドミクス / 成長円錐 / 小胞体 / 極長鎖脂肪酸

研究実績の概要

1) GPSN2-KOを作成し、解析したところ、胎生9.5日齢にて致死であることが判明した。変化は大きく分けて、神経系と循環器系（血管、心臓）の変化が中心と考えられた。神経系ではヘテロ胚の解析から、、末梢神経系の回路形成障害が認められ、軸索ガイダンスの障害が想定された。一方、循環器系統では、心臓の形成不全が生じていた。病理学的解析を行ったところ、心臓においては酸化ストレスの増大の可能性が認められた。これは極長鎖不飽和脂肪酸の形成不全により、酸化ストレスの消去システムが低下する可能性がある、このマウスの想定される特性に合致していた。またこのマウスのKOと、脂肪酸鎖長伸長の代謝ループ内にある酵素Hsd17b12のKO（2010年に報告）とは表現型が類似していることが判明した。リピドミクスに関して、まずP0時のヘテロ個体の解析で、野生型個体に比較して、脳では明らかに膜リン脂質の合成減少が見られた。一方、心臓などを含む部分ではさほどの変化は認められていなかった。9.5日胚ではホモ個体では、上記変化のほか、極長鎖脂肪酸を含むセラミド合成が障害されている結果を得た。
2) 脂質ラフトタンパク質GPM6aのTgマウスを含む、E-MARS法の単離脂質ラフト画分によるプロテオミクス解析を行い、シグナル伝達分子群の濃縮、およびTgでの脂質の濃縮が見出された。
3) 超解像度顕微鏡観察で、脂質ラフトを含む部分はZ軸方向のフィロポディア膜と共存し、軸索ガイダンス分子受容体も濃縮することが見出された。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Microtubule elongation along actin filaments induced by microtubule-associated protein 4 contributes to the formation of cellular protrusions (2020)
  • 著者名/発表者名: Doki Chihiro、Nishida Kohei、Saito Shoma、Shiga Miyuki、Ogara Hikari、Kuramoto Ayumu、Kuragano Masahiro、Nozumi Motohiro、Igarashi Michihiro、Nakagawa Hiroyuki、Kotani Susumu、Tokuraku Kiyotaka
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: - 号: 3 ページ: 295-303
  • DOI: 10.1093/jb/mvaa046
  • NAID: 40022375440
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phosphoproteomic and Bioinformatic Methods for Analyzing Signaling in Vertebrate Axon Growth and Regeneration (2020)
  • 著者名/発表者名: Igarashi M, Kawasaki A, Ishikawa Y, Honda A, Okada M, Okuda S.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience Methods 巻: 339 ページ: 108723-108723
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2020.108723
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Isoform-dependent subcellular localization of LMTK1A and LMTK1B and their roles in axon outgrowth and spine formation (2020)
  • 著者名/発表者名: Wei Ran、Sugiyama Arika、Sato Yuta、Nozumi Motohiro、Nishino Hironori、Takahashi Miyuki、Saito Taro、Ando Kanae、Fukuda Mitsunori、Tomomura Mineko、Igarashi Michihiro、Hisanaga Shin-ichi
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: - 号: 1 ページ: 23-32
  • DOI: 10.1093/jb/mvaa019
  • NAID: 40022279141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular basis of the functions of the mammalian neuronal growth cone revealed using new methods (2019)
  • 著者名/発表者名: IGARASHI Michihiro
  • 雑誌名: Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ａｃａｄｅｍｙ． Ｓｅｒ． Ｂ： Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 巻: 95 号: 7 ページ: 358-377
  • DOI: 10.2183/pjab.95.026
  • NAID: 130007689028
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • 年月日: 2019-07-31
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphorylation sites of microtubule-associated protein 1B (MAP1B) involved in axon growth and regeneration (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Y, Okada M, Honda A, Ito Y, Tamada A, Endo N, Igarashi M
  • 雑誌名: Molecular Brain 巻: 12 号: 1 ページ: 31711525-31711525
  • DOI: 10.1186/s13041-019-0510-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evolutionary analysis of proline-directed phosphorylation sites in the mammalian growth cone identified using phosphoproteomics (2019)
  • 著者名/発表者名: Igarashi Michihiro、Okuda Shujiro
  • 雑誌名: Molecular Brain 巻: 12 号: 1 ページ: 53-53
  • DOI: 10.1186/s13041-019-0476-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chondroitin sulfate N-acetylgalactosaminyltransferase-2 deletion alleviates lipoprotein retention in early atherosclerosis and attenuates aortic smooth muscle cell migration. (2019)
  • 著者名/発表者名: Adhikara IM, Yagi K, Mayasari DS, Ikeda K, Kitagawa H, Miyata O, Igarashi M, Hatakeyama K, Asada Y, Hirata KI, Emoto N
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 509 号: 1 ページ: 89-95
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.12.068
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pathological alterations of chondroitin sulfate moiety in postmortem hippocampus of patients with schizophrenia (2018)
  • 著者名/発表者名: Yukawa、Iwakura、Takei、Saito、Watanabe、Toyooka、Igarashi、Niizato、Oshima、Kunii、Yabe、Matsumoto、Wada、Hino、Iritanii、Niwa、Takeuchi、Takahashi、Kakita、Someya、Nawa
  • 雑誌名: Psychiatry Research 巻: 270 ページ: 940-946
  • DOI: 10.1016/j.psychres.2018.10.062
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Craniofacial abnormality with skeletal dysplasia in mice lacking chondroitin sulfate N-acetylgalactosaminyltransferase-1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Ida-Yonemochi Hiroko、Morita Wataru、Sugiura Nobuo、Kawakami Ryosuke、Morioka Yuki、Takeuchi Yuka、Sato Toshiya、Shibata Shunichi、Watanabe Hideto、Imamura Takeshi、Igarashi Michihiro、Ohshima Hayato、Takeuchi Kosei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 17134-17134
  • DOI: 10.1038/s41598-018-35412-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] New observations in neuroscience using superresolution microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Igarashi Michihiro、Nozumi Motohiro、Wu Ling-Gang、Cella Zanacchi Francesca、Katona Istvan、Barna Laszlo、Xu Pingyong、Zhang Mingshu、Xue Fudong、Boyden Edward
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 38 号: 44 ページ: 9459-9467
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1678-18.2018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Growth cone phosphoproteomics reveals that GAP-43 phosphorylated by JNK is a marker of axon growth and regeneration. (2018)
  • 著者名/発表者名: Okada M*, Kawasaki A*, Tamada A*, Okuda S, Nozumi M, Ito Y, Kobayashi D, Yamasaki T, Yokoyama R, Shibata T, Nishina H, Yoshida Y, Fujii Y, Takeuchi K, Igarashi M(*These three authorscontributed equally.).
  • 雑誌名: ISCIENCE 巻: 4 ページ: 190-203
  • DOI: 10.1016/j.isci.2018.05.019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 超解像陰影法（SUSHI）による細胞内構造の可視化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野住素広、V. Nagerl、五十嵐道弘
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議2020（京都）
• [学会発表] JNK dependent phosphorylation sites of GAP-43 is involved in axon growth/regeneration, revealed by growth cone phosphoproteomics (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Kawasaki, A. Tamada, M. Okada, S. Okuda, M. Igarashi
  • 学会等名: AMED-CREST国際シンポジウム（宮崎）
• [学会発表] Super-resolution microscopy reveals F-actin-mediated mechanisms of nerve growth and maintenance (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Nozumi，Y. Sato，M. Igarashi
  • 学会等名: AMED-CREST国際シンポジウム（宮崎）
• [学会発表] A molecular marker in neural development and plasticity in primates (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Okada, Y. Sato, A. Kawasaki, M. Natsumeda, M. Oishi, K. Sawamoto, Y. Fujii, M. Igarashi
  • 学会等名: AMED-CREST国際シンポジウム（宮崎）
• [学会発表] Phosphoproteomics analysis of the growth cone reveals the new molecular markers of growing axons. (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Igarashi
  • 学会等名: 7th Mediterranean Neuroscience Conference (Marrakech, Morocco)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新規・小胞体-エンドソーム膜接触部位における脂質交換輸送機構とその生理機能の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 2.河嵜麻実、酒井晶子、荒川聡子、中西正樹、佐々木雄彦、清水重臣、五十嵐道弘、中津史
  • 学会等名: 第71回日本生物細胞学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 成長円錐のリン酸化プロテオミクスにより同定されたJNK基質の軸索伸長における役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 3.河嵜麻実、高杉俊之、玉田篤史、奥田修二郎、崎村建司、仁科博史、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会（横浜）
  • 招待講演
• [学会発表] Lipoquality and development of the GPSN2 knockout mice (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Igarashi, A. Honda, M. Nozumi
  • 学会等名: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids. (Tokyo)
  • 国際学会
• [学会発表] 成長円錐のリン酸化プロテオミクスにより同定されたGAP-43のJNKリン酸化部位は伸長または再生する神経軸索で活性化される (2019)
  • 著者名/発表者名: 河嵜麻実、玉田篤史、岡田正康、奥田修二郎、仁科博史、山崎世和、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第42回日本神経科学・第62回日本神経化学合同大会（新潟）
• [学会発表] 高頻度チロシンリン酸化MAP１Bの神経発生過程における機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤泰行、本多敦子、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第42回日本神経科学・第62回日本神経化学合同大会（新潟）
• [学会発表] 発生脳におけるMAP１Bの高頻度リン酸化部位 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石川裕也、本多敦子、伊藤泰行、河嵜麻実、玉田篤史、遠藤直人、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第42回日本神経科学・第62回日本神経化学合同大会（新潟）
• [学会発表] Evolutional analysis of the protein phosphorylation sites in the growth cone (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Igarashi, S. Okuda
  • 学会等名: ISN (international society for Neurochemistry)-ASN Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 高頻度チロシンリン酸化MAP１Bの神経発生過程における機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤泰行、本多敦子、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会（横浜）
• [学会発表] Phosphorylation of MAP1B in the growing/ regrowing axon (2019)
  • 著者名/発表者名: 本多敦子、石川裕也、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会（横浜）
• [学会発表] The MAP1B phosphorylation sites specifically localized in the developing brain and in the regenerating peripheral nerves (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishikawa, M. Okada, A. Honda, Y. Ito, A. Tamada, N. Endo, M. Igarashi
  • 学会等名: SFN (Society for Neuroscience) annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 神経成長円錐のタンパク質リン酸化に関する進化のバイオインフォマティクス解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐道弘、奥田修二郎
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会（福岡）
• [学会発表] 脳発生過程で高頻度にリン酸化されるMAP１Bチロシン残基の同定と機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤泰行、本多敦子、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会（福岡）
• [学会発表] Phosphoproteomic analysis of the mammalian growth cones reveals the novel molecular markers of the growing/regenerating axons, specifically to vertebrate (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Igarashi, Y. Ishikawa, S. Okuda
  • 学会等名: ASCB EMBO 2019 Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] コンドロイチン硫酸(CS)合成酵素のノックアウトマウス解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐 道弘
  • 学会等名: 先端動物支援プラットフォーム成果報告会
  • 招待講演
• [学会発表] 3D analysis of the intracellular structures in growth cones using superresolution microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Igarashi
  • 学会等名: EMBO Molecular Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] 哺乳動物成長円錐の分子基盤をどう理解するか？ (2018)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐 道弘
  • 学会等名: 生理学研究所シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] New observations in neuroscience using superresolution microscopy. (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Igarashi
  • 学会等名: Soceity for Neuroscience
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New relationships between F-actin organization and memberance in the growth cone revealed by SIM (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nozumi, M. Igarashi
  • 学会等名: Soceity for Neuroscience
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 構造化照明による超解像顕微鏡（SIM）で明らかになった神経突起先端の3次元構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野住 素広、五十嵐 道弘
  • 学会等名: 日本分子生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 神経細胞の形態形成シグナリングにおけるGPM6aのパルミトイル化と脂質ラフト集積の意義 (2018)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐 道弘
  • 学会等名: 日本神経化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Abnormalities in perineuronal nets (PNN) and behaviors in mice without CSGalNAcT1 (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Igarashi
  • 学会等名: Glycobiology 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Phosphoproteomics of the mammalian growth cone reveals that phosphorylation of GAP-43 by JNK is specific to the growing/regenerating axon (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Igarashi
  • 学会等名: American Society for Cell Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Phosphorylation profiles of neuronal growth cones revealed by phosphoproteomics (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Igarashi
  • 学会等名: Gordon Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Growth cone phosphoproteomics reveals that JNK-dependent phosphorylation of GAP-43 is specific to the growing axon (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Kawasaki, M. Igarashi
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asaia Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] JNK-dependent phosphorylation sites of GAP-43 is a marker of axon growth/regeneration, revealed by growth cone phosphoproteomic (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Kawasaki, M.. Igarashi
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] 超解像度顕微鏡による成長円錐の3次元細胞内構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野住 素広、五十嵐 道弘
  • 学会等名: 日本神経科学学会大会
• [学会発表] 成長円錐リン酸化プロテオミクスにより神経成長のシグナル伝達 (2018)
  • 著者名/発表者名: 河嵜 麻実、五十嵐 道弘
  • 学会等名: 日本生化学会大会
• [学会発表] イノシトールリン脂質によるメンブレンコンタクト形成と脂質交換輸送制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中津 史
  • 学会等名: 日本分子生物学会大会
• [備考] 新潟大学大学院医歯学総合研究科分子細胞機能学
  • URL: https://www.med.niigata-u.ac.jp/bc2/