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人工シナプスコネクターによるシンギュラリティシナプスの人為的構築とその制御

公募研究

研究領域シンギュラリティ生物学
研究課題/領域番号 21H00442
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
審査区分 複合領域
研究機関愛知医科大学

研究代表者

武内 恒成  愛知医科大学, 医学部, 教授 (90206946)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード神経再編成 / シングルセル解析 / 神経再生 / 神経回路 / シナプス / 細胞外環境 / 中枢神経損傷 / 再生医療 / 脊髄損傷 / シナプスオーガナイザー / 再生環境制御
研究開始時の研究の概要

我々は脊髄損傷など中枢神経損傷後回復において神経再生の最大の阻害因子であるコンドロイチン硫酸の発現を抑える系を有する(Nat.Commun.)。さらに神経シナプスを人為的に結合するシナプスコネクター(人工キメラタンパク質)を用いて、脊髄損傷マウスの劇的な生理機能回復を示した(Science (2020))。再生微細環境を制御する系に、コネクターを併用することで神経損傷からの”超回復モデル“を作出する。狙った部位とタイミングで人為的にシンギュラリティシナプスを形成させる。局所での分子発現から回路再編、生理機能改善まで、再生へのアウトプットを多階層に抽出解析し応用につなげることを目的とする。

研究実績の概要

神経シナプスを人為的に結合する“シナプスコネクター”の人工キメラ分子合成に成功し、脊髄損傷マウスの劇的な生理機能回復を示すに至った(Science (2020)国際共同研究)。これは全く新しいコンセプトの人工分子であり、神経再編成の過程で領域時間特異的に人為的シナプス形成を行うことが出来る。本研究は、新規“人工シナプスコネクター”により、狙った部位とタイミングで人為的に“シンギュラリティシナプス”を形成させ、シンギュラリティシナプスに誘導される局所分子発現(Single cell RNA-Seq)から回路再編(回路2重Trace解析)さらに個体生理機能改善(AI Motion capture)まで、回路再編から機能発現のアウトプットを多階層に抽出解析することを目的とした。これまでに、組み換えが起こっている髄節内領域を単離して、コントロール対照群と比較しながら経時的にSingle Cell RNA-Seqにより遺伝子変動を解析を10XGeomics Chroniumをもちいて遺伝子プロファイルを取得できた。シンギュラリティシナプスに誘導されて周囲で経時的にどのような遺伝子変動があり何が惹起されるか、周囲シナプス形成バーストが起こることを確証できる結果を得ることが出来、これを基としたイメージング及び再生につながる過程の解析を試みた。マクロ解析では機能回復のアウトプットデータとしてAIを用いたモーションキャプチャーのデータと、これら解析途中の遺伝子プロファイルデータとの統合までは至ることが出来なかったが、ミクロレベルでの解析では、マーカーとなる遺伝子情報を得たため、損傷後回復再生におけるシナプスのシンギュラリティ性に着目すべき点を明らかにできた。それら分子を中心に微細な組織イメージング解析の展開を可能とした。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Oxford University(英国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Oxford大学/MRC(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Inhibition of Transglutaminase 2 Reduces Peritoneal Injury in a Chlorhexidine-Induced Peritoneal Fibrosis Model2023

    • 著者名/発表者名
      Kunoki S, Tatsukawa H, Sakai Y, Kinashi H, Kariya T, Suzuki Y, Mizuno M, Yamaguchi M, Sasakura H, Ikeno M, Takeuchi K, Ishimoto T, Hitomi K, Ito Y
    • 雑誌名

      Laboratory Investigation

      巻: 103 号: 4 ページ: 100050-100050

    • DOI

      10.1016/j.labinv.2022.100050

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Increased urinary albumin leakage is related to injuries of glomerular glycocalyx and podocytes, and associated with tubular dysfunction in preeclampsia.2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe K, Okamoto T, Saitou T, Iwasaki A, Matsushita H, Takeuchi K, Asai A, Ito Y, Hara M, Wakatsuki A.
    • 雑誌名

      Pregnancy Hypertens

      巻: 17 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1016/j.preghy.2023.02.001

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 2. Highly selective transgene expression through the flip-excision switch system by using a unilateral spacer sequence.2023

    • 著者名/発表者名
      Matsushita, N.*, Kato, S.*, Nishizawa, K., Sugawara, M., Takeuchi, K., Miyasaka, Y., Mashimo, T. and Kobayashi, K. * Equal contribution
    • 雑誌名

      Cell Rep. Methods

      巻: 3 号: 2 ページ: 100393-100393

    • DOI

      10.1016/j.crmeth.2022.100393

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 3. Catecholaminergic cell type-specific expression of Cre recombinase in knock-in transgenic rats generated by the Combi-CRISPR technology.2022

    • 著者名/発表者名
      Matsushita, N., Nishizawa, K., Kato, S., Iguchi, Y., Fukabori, R., Takeuchi, K., Miyasaka, Y., Mashimo, T. and Kobayashi, K.
    • 雑誌名

      J. Neurosci. Methods

      巻: 381 ページ: 109707-109707

    • DOI

      10.1016/j.jneumeth.2022.109707

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Role of chondroitin sulfate in the developmental and healing process of the dental pulp in mice2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroko Ida-Yonemochi , Kosei Takeuchi , Hayato Ohshima
    • 雑誌名

      Cell Tissue Res .

      巻: 388(1) 号: 1 ページ: 133-148

    • DOI

      10.1007/s00441-022-03575-3

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bone marrow derived mast cells injected into the osteoarthritic knee joints of mice induced by sodium monoiodoacetate enhanced spontaneous pain through activation of PAR2 and action of extracellular ATP2021

    • 著者名/発表者名
      Habuchi H, Izumi M, Dan J, Ushida T, Ikeuchi M, Takeuchi K, Habuchi O
    • 雑誌名

      PLos One

      巻: 16(6) 号: 6 ページ: e0252590-e0252590

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0252590

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chondroitin sulfate N-acetylgalactosyltransferase-1 knockout shows milder phenotype in experimental autoimmune encephalomyelitis than in wild type2020

    • 著者名/発表者名
      Inada Rino、Miyamoto Katsuichi、Tanaka Noriko、Moriguchi Kota、Kadomatsu Kenji、Takeuchi Kosei、Igarashi Michihiro、Kusunoki Susumu
    • 雑誌名

      Glycobiology

      巻: 31 号: 3 ページ: 260-265

    • DOI

      10.1093/glycob/cwaa072

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 人為的シナプスコネクトと神経再生環境場整備による後期脊髄損傷からの回復2022

    • 著者名/発表者名
      笹倉 寛之1、鈴木 邦道2、池野 正史1、森岡 幸1、武内 由佳1、柚崎 通介2、武内 恒成1
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] hTERT遺伝子の機能と神経疾患に対する細胞治療への応用2022

    • 著者名/発表者名
      池野 正史1、笹倉 寛之1、武内 恒成
    • 学会等名
      Neuro2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] https://www.take-lab.org/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 愛知医科大学武内研究室WEBサイト

    • URL

      https://www.take-lab.org/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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