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2016 年度 実績報告書

カルシウムシグナルの可視化と制御によるグリアアセンブリ動態の解明

計画研究

研究領域グリアアセンブリによる脳機能発現の制御と病態
研究課題/領域番号 25117002
研究機関日本大学

研究代表者

飯野 正光  日本大学, 医学部, 特任教授 (50133939)

研究分担者 金丸 和典  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (10456105)
研究期間 (年度) 2013-06-28 – 2018-03-31
キーワードシグナル伝達 / 生体分子 / 薬理学 / 脳・神経 / 脳神経疾患
研究実績の概要

以下の4戦略により研究を進めた。
【戦略1】Ca2+シグナル動態解析 タンパク質型Ca2+プローブ(YC-Nano50)を細胞種特異的に発現する遺伝子改変マウスを用い、覚醒状態で脳内Ca2+シグナルの生体内計測を可能とした。神経細胞、アストロサイト、および血管平滑筋細胞にYC-Nano50を発現する遺伝子改変マウスを作製して、神経細胞、アストロサイト、血管平滑筋細胞でのCa2+動態を比較することに成功した。その結果、アストロサイトのCa2+応答は血管弛緩に遅れることを明らかにした。また、感覚入力に伴うアストロサイトのCa2+応答は青斑核由来のノルアドレナリン投射神経活動に制御されていることを明らかにした。
【戦略2】細胞内Ca2+放出機構解析 小胞体内腔Ca2+プローブ(G-CEPIA1er)ノックインマウスとドライバーマウスの交配により、アストロサイト特異的にG-CEPIA1erを発現するマウスを作製した。また、アストロサイトにG-CEPIA1erを発現させるためのウイルスベクターを作製した。これらにより、アストロサイトにおけるCa2+放出を高感度に可視化できることを確認した。
【戦略3】グリオトランスミッター可視化 2色の蛍光小分子を結合させた新規ATPプローブを用い、大脳皮質拡延性抑制モデルおよび、脳梗塞モデルにおける細胞外ATP濃度上昇の解析を進めた。
【戦略4】Ca2+シグナル阻害による摂動実験 IP3分解酵素(5ppase)を細胞選択的に発現させることによりアストロサイトのCa2+シグナルを阻害した遺伝子改変マウスを作製した。これを戦略1の研究に用い、アストロサイトCa2+シグナルの血流制御における意義について解析を進めた。

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

上記の研究実績概要に示した通り、神経細胞、アストロサイト、および血管平滑筋細胞にYC-Nano50を発現する遺伝子改変マウスを作製して、神経細胞、アストロサイト、血管平滑筋細胞でのCa2+動態を比較することに成功している。また、IP3分解酵素(5ppase)をアストロサイト特異的に発現させてCa2+シグナルを阻害した遺伝子改変マウスを作製した。これら遺伝子改変マウスを用い、アストロサイトアセンブリの機能解析を進めることができた。また、小胞体内腔Ca2+プローブ(G-CEPIA1er)および新規ATPプローブを用いた機能解析も並行して進めている。このように第4年度の計画については、ほぼ予定通りの実績が得られており、順次論文発表を行う準備を進めている。

今後の研究の推進方策

ほぼ予定通り進行しており、大幅な方針変更の必要はなく、以下の通り研究を進める。
【戦略1】Ca2+シグナル動態解析 アストロサイトCa2+動態の生体内可視化法と、神経細胞および血管平滑筋細胞の生体内Ca2+可視化法と組み合わせて、感覚入力あるいは睡眠覚醒に伴う脳血流変化について解析を進める。アストロサイトのCa2+シグナルは、局所の神経活動に伴う血管弛緩以外の意義があると考えられ、本年度はこれを明らかにして論文発表を行う。
【戦略2】細胞内Ca2+放出機構解析 小胞体内腔Ca2+プローブ(G-CEPIA1er)をウイルスベクターか遺伝子改変マウスを用いてアストロサイト選択的に発現させる。これを用い、アストロサイトのCa2+シグナル動態における細胞内Ca2+放出の寄与を明らかにする解析を進める。
【戦略3】グリオトランスミッター可視化 新規ATPプローブを用いた生体内イメージングにより、大脳皮質における細胞外ATPシグナルを可視化する解析を進める。特に、大脳皮質拡延性抑制と脳梗塞に伴う細胞外ATP動態の比較解析を進め、病態とATP動態の関連を解析する。
【戦略4】Ca2+シグナル阻害による摂動実験 IP3-Ca2+シグナルの選択的阻害により、グリアアセンブリにおけるIP3依存性成分の寄与を定量する。昨年度までに完成したIP3分解酵素(5ppase)をアストロサイト選択的に発現する遺伝子改変マウスを用い、戦略1の解析に応用する。
領域内連携研究 アストロサイトのCa2+動態可視化に関連して、大木班との連携により、視覚野の情報処理におけるアストロサイトアセンブリの機能動態を解析する。支援班・小林憲太准教授(生理研)にウイルスベクターの作製を依頼し供給を受けており、今年度も依頼する予定にしている。公募研究・研究代表者・立川正憲准教授(東北大・薬)とアストロサイト・血管接合部のプロテオミックスについて共同研究を開始する。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 6件、 招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Schwann cell mitochondria as key regulators in the development and maintenance of peripheral nerve axons.2017

    • 著者名/発表者名
      Ino, D. and Iino, M.
    • 雑誌名

      Cell. Mol. Life Sci.

      巻: 74 ページ: 827-835

    • DOI

      10.1007/s00018-016-2364-1.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Whisker experience-dependent mGluR signaling maintains synaptic strength in the mouse adolescent cortex.2016

    • 著者名/発表者名
      Kubota, J., Mikami, Y., Kanemaru, K., Sekiya, H., Okubo, Y. and Iino, M.
    • 雑誌名

      Eur. J. Neurosci.

      巻: 44 ページ: 2004-2014

    • DOI

      10.1111/ejn.13285.

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nitric oxide-induced activation of the type 1 ryanodine receptor is critical for epileptic seizure-induced neuronal cell death.2016

    • 著者名/発表者名
      Mikami, Y., Kanemaru, K., Okubo, Y., Nakaune, T., Suzuki, J., Shibata, K., Sugiyama, H., Koyama, R., Murayama, T., Ito, A., Yamazawa, T., Ikegaya, Y., Sakurai, T., Saito, N., Kakizawa, S. and Iino, M.
    • 雑誌名

      EBioMedicine.

      巻: 11 ページ: 253-261

    • DOI

      10.1016/j.ebiom.2016.08.020

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In vivo gene transfer to Schwann cells in the rodent sciatic nerve by electroporation.2016

    • 著者名/発表者名
      Ino, D. and Iino, M.
    • 雑誌名

      J. Vis. Exp.

      巻: 115 ページ: e54567

    • DOI

      10.3791/54567

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Genetically encoded fluorescent indicators for organellar calcium imaging.2016

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, J., Kanemaru, K. and Iino, M.
    • 雑誌名

      Biophys J.

      巻: 111 ページ: 1119-1131

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2016.04.054

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Genotype-phenotype correlations of malignant hyperthermia and central core disease mutations in the central region of the RYR1 channel.2016

    • 著者名/発表者名
      Murayama, T., Kurebayashi, N., Ogawa, H., Yamazawa, T., Oyamada, H., Suzuki, J., Kanemaru, K., Oguchi, K., Iino, M. and Sakurai, T.
    • 雑誌名

      Hum Mutat.

      巻: 37 ページ: 1231-1241

    • DOI

      10.1002/humu.23072.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] カルシウムインジケーター発現マウスを用いた生体内β細胞カルシウムシグナル解析2017

    • 著者名/発表者名
      金丸 和典、太向 勇、北島 奈美、関谷 敬、飯野 正光
    • 学会等名
      第90回 日本薬理学会年会
    • 発表場所
      長崎ブリックホール(長崎県長崎市)
    • 年月日
      2017-03-17
  • [学会発表] In vivo imaging analysis of astrocytic neuroprotective effects in cerebral infarction2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Sekiya, Kenji Takikawa, Kaname Sato, Miki Takagi, Nami Kitajima, Toshiko Yamazawa, Hirokazu Sakamoto, Shigeyuki Namiki, Kazunori Kanemaru, Kenji F. Tanaka, Kenzo Hirose, Masamitsu Iino
    • 学会等名
      第90回 日本薬理学会年会
    • 発表場所
      長崎ブリックホール(長崎県長崎市)
    • 年月日
      2017-03-17
  • [学会発表] カルシウムイメージングで切り拓くアストロサイト機能2017

    • 著者名/発表者名
      金丸 和典
    • 学会等名
      第90回 日本薬理学会年会
    • 発表場所
      長崎ブリックホール(長崎県長崎市)
    • 年月日
      2017-03-16
  • [学会発表] Calcium signaling: From in vivo imaging to pathophysiological analyses2017

    • 著者名/発表者名
      Iino, M.
    • 学会等名
      The 90th Annual Meeting of the Japanese Pharmacological society
    • 発表場所
      Nagasaki Bric Hall (Nagasaki, Japan)
    • 年月日
      2017-03-15
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] アストロサイト機能の解析に向けた小胞体内腔Ca2+動態可視化2017

    • 著者名/発表者名
      大久保 洋平、金丸 和典、飯野 正光
    • 学会等名
      第90回 日本薬理学会年会
    • 発表場所
      長崎ブリックホール(長崎県長崎市)
    • 年月日
      2017-03-15
  • [学会発表] Astrocytes mediate blood flow regulation conducted by the locus coeruleus2017

    • 著者名/発表者名
      Nami Kitajima, Hiroshi Sekiya, Kazunori Kanemaru, Kenji F. Tanaka, Masamitsu Iino
    • 学会等名
      第90回 日本薬理学会年会
    • 発表場所
      長崎ブリックホール(長崎県長崎市)
    • 年月日
      2017-03-15
  • [学会発表] Cerebral blood flow regulation by the locus coeruleus via astrocytes2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Sekiya, Nami Kitajima, Kazunori Kanemaru, Kenji F. Tanaka, Masamitsu Iino
    • 学会等名
      第21回 グリア研究会
    • 発表場所
      千里ライフサイエンスセンター(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2016-12-03
  • [学会発表] アストロサイトを介した青斑核による脳血流制御2016

    • 著者名/発表者名
      関谷 敬、北島 奈美、金丸 和典、田中 謙二、飯野 正光
    • 学会等名
      第26回 日本循環薬理学会
    • 発表場所
      信州大学医学部附属病院(長野県松本市)
    • 年月日
      2016-12-02
  • [学会発表] Astrocytic calcium signaling in health and disease2016

    • 著者名/発表者名
      Iino, M.
    • 学会等名
      ASCEPT-MPGPCR Joint Scientific Meeting
    • 発表場所
      Melborne Convention and Exhibition Centre (Melborne, Australie)
    • 年月日
      2016-11-27
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Calcium signaling in the brain in health and disease2016

    • 著者名/発表者名
      Iino, M.
    • 学会等名
      The 14th National Conference of Chinese Pharmacological Society
    • 発表場所
      Beijing Continental Grand Hotel (Beijing, China)
    • 年月日
      2016-10-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Analysis of neurovascular coupling using in vivo Ca2+ imaging2016

    • 著者名/発表者名
      Iino, M.
    • 学会等名
      Cold Spring Harbor Asia Conference on Probing Neural Networks with Light
    • 発表場所
      Suzhou Dushu Lake Conference Center (Suzhou, China)
    • 年月日
      2016-10-20
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] オルガネラ内腔Ca2+インジケーターおよびCa2+インジケーター発現マウスを用いたβ細胞Ca2+シグナル解析2016

    • 著者名/発表者名
      金丸 和典、太向 勇、北島 奈美、関谷 敬、飯野 正光
    • 学会等名
      第135回 日本薬理学会関東部会
    • 発表場所
      アクトシティ浜松(静岡県浜松市)
    • 年月日
      2016-10-08
  • [学会発表] Use of CEPIA indicators for the study of intraorganellar Ca2+ dynamics2016

    • 著者名/発表者名
      Iino, M.
    • 学会等名
      14th International Meeting of the European Calcium Society
    • 発表場所
      University of Valladolid Conference Centre (Valladolid, Spain)
    • 年月日
      2016-09-28
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 成熟マウス大脳皮質におけるmGluRを介した経験依存性シナプス維持機構2016

    • 著者名/発表者名
      大久保 洋平、久保田 淳、三上 義礼、金丸 和典、関谷 敬、飯野 正光
    • 学会等名
      生理研研究会「生体シグナルダイナミクス研究会」
    • 発表場所
      生理学研究所(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2016-09-16
  • [学会発表] 生体内Ca2+イメージングによるアストロサイトの脳血流制御機構解析2016

    • 著者名/発表者名
      北島 奈美、関谷 敬、金丸 和典、田中 謙二、飯野 正光
    • 学会等名
      第64回 BloodVesselClub
    • 発表場所
      東京大学医学部(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-07-25
  • [学会発表] In vivo visualization of the glial assembly: Techniques and applications2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Sekiya, Nami Kitajima, Kazunori Kanemaru, Kenji F. Tanaka, Masamitsu Iino
    • 学会等名
      第3回 グリアアセンブリWorkshop
    • 発表場所
      山形国際ホテル(山形県山形市)
    • 年月日
      2016-07-15
  • [学会発表] 成熟マウス大脳皮質におけるmGluRを介した経験依存性シナプス維持機構2016

    • 著者名/発表者名
      大久保 洋平、久保田 淳、三上 義礼、金丸 和典、関谷 敬、飯野 正光
    • 学会等名
      第134回 日本薬理学会関東部会
    • 発表場所
      国際医療福祉大学(栃木県大田原市)
    • 年月日
      2016-07-09
  • [学会発表] Calcium imaging method using YC-Nano50 for the visualization of subtle and local activity ofastrocytes in vivo2016

    • 著者名/発表者名
      金丸 和典
    • 学会等名
      2nd "Young Glia" meeting in Homburg, Germany: Japanese-German YoungGlia collaborative meeting for mutual research exchange
    • 発表場所
      ザールランド大(ドイツ)
    • 年月日
      2016-05-30
    • 国際学会
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      http://calcium.cmp.m.u-tokyo.ac.jp/

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公開日: 2018-01-16  

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