公募研究
新学術領域研究(研究領域提案型)
脳を構成するニューロンはエネルギー源として、アストロサイトからグルコースのみを受け取ると考えられていた。しかし近年、ニューロンは乳酸をアストロサイトから受け取るという「アストロサイト―ニューロン乳酸経路仮説」が提唱されたが、その仮説の検証には至っていない。そこで本研究では、グルコース、乳酸、ピルビン酸を可視化するための蛍光タンパク質プローブを開発する。そして、開発したプローブを用いて、アストロサイト―ニューロン間でのこれら分子の動態を観察することで、仮説の検証を行う。
脳神経系での代謝調節機構を理解するためは、アストロサイトとニューロンの個々の細胞において代謝動態をリアルタイムに可視化するためのツールと、アストロサイトとニューロンの共培養観察系が必要である。そこで本年度は、細胞内シグナル分子とグルコースやその代謝物であるピルビン酸やATP動態の可視化解析を試みた。単色蛍光型センサーによる生細胞イメージングは、異なる色の蛍光センサーと併用することで、単一細胞内で複数分子の動態を同時解析できる。これまでに、緑色グルコースセンサー、ピルビン酸センサー、乳酸センサーの開発に成功している。そこで今年度はまず、赤色グルコースセンサーの開発に取り組んだ。得られた赤色グルコ―スセンサー候補を大腸菌に発現させ、タンパク質を精製し、その特性を測定したところ、グルコースの結合によって赤色蛍光輝度が上昇することが分かった。そこでこの赤色グルコースセンサーを哺乳類細胞に発現させたところ、グルコース特異的に蛍光輝度が変化することがわかった。そこで、これまでに開発してきた各センサーと併用し、細胞内の複数分子の動態を同時可視化解析した。その結果、がん細胞において、解糖系が亢進しているだけでなく、ピルビン酸が速やかに乳酸へと代謝されていることが分かった。次に、アストロサイトとニューロンの共培養系において、それぞれの細胞を分けて可視化解析することを試みた。グルタミン酸やセロトニンなどの神経伝達物質の投与によって、アストロサイトとニューロンにおいてシグナル分子とグルコース代謝動態が大きく異なることとが分かった。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Biochemical and Biophysical Research Communications
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