貪食型アストロサイトによる脳機能制御に関する研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04669
• 研究機関: 山梨大学
• 研究代表者: 小泉 修一 山梨大学, 総合研究部, 教授 (10280752)
• 研究分担者: 繁冨 英治 山梨大学, 総合研究部, 助教 (00631061)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 貪食 / アストロサイト / ABCA1 / ミクログリア / 脳卒中

研究実績の概要

脳内で不要物質や死細胞を貪食により除去する細胞として、ミクログリアが良く知られている。ところが、もう一つのグリア細胞であるアストロサイトも貪食能を有していることを見出した。このアストロサイトの貪食様式、貪食分子メカニズム、さらに貪食の生理的意義を明らかにすることが本研究の目的である。
本年は先ず、アストロサイトの貪食様式の解明をin vitro実験系をメインとして行った。培養アストロサイトに、死神経細胞及び偽細胞物質である蛍光ビーズを添加し、その貪食様式を解明した。貪食能の定量は、免疫細胞染色及びFACSにより貪食細胞分離により行った。アストロサイトは、死細胞を細胞内に取り込むこと、大型の死細胞は一部消化してから取り込むこと、さらに取り込んだ死細胞をリソゾームにて分解していることが明らかとなった。また各種貪食受容体依存的に死細胞の貪食を行っていた。さらに、in vivo貪食能の解析も平行して行った。貪食能の定量は、galectin-3及びLAMP2等の貪食マーカーを用いた免疫組織学手法により行った。正常脳では、アストロサイトは殆ど貪食能を示さなかったが、中大脳動脈閉塞（MCAO）による脳虚血を負荷すると、梗塞巣の周辺部位であるペナンブラ領域で、顕著な貪食が認められた。また、ミクログリアもMCAOにより貪食能を活発にするが、こちらの貪食は主に梗塞巣中心部において顕著であった。これら脳部位による違いは、ミクログリアが主に脳梗塞中心部の死細胞除去に、アストロサイトはペナンブラ領域のリモデリングに関与している可能性を強く示唆する。
アストロサイト貪食の分子メカニズムに関する解析も行った。各種貪食受容体及びシグナルの解析により、ABCA1を見出した。今後は本分子を中心に、アストロサイトの貪食能解析を行う。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

アストロサイトが貪食細胞であることを、in vitro及びin vivo実験系で証明することが出来た。特に、in vivo実験系では、正常脳では殆ど貪食能を持たないアストロサイトが病態時（脳卒中後）に、貪食能を獲得し、貪食を開始することを見出した。また、この貪食は、梗塞巣周辺部ペナンブラ領域で活発であり、脳卒中後のリモデリングと関係している可能性を示唆することが出来た。このように、アストロサイト貪食の有無をin vivoで明らかとすることができたこと、さらにその生理的な意義として非常に興味深い知見をえることが出来た。さらに、網羅的スクリーニングにより、アストロサイト貪食の分子メカニズムにABCA1が中心的な役割を果たしていることを見出した。
このようにH28年度は、アストロサイトの貪食様式、生理的意義、さらに分子メカニズムにまで踏み込むことができた。従って当初の計画以上に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

今後は以下の３点に注目して研究を行う。
１．アストロサイト貪食の分子メカニズムの解析。アストロサイト貪食の分子メカニズムの一端を見出した。この分子ABCA1の薬理学的制御及び分子生物学的な制御（ノックアウト動物、アストロサイト特異的ノックアウト）を行い、そのメカニズムを明らかとする。
２．アストロサイト貪食とミクログリア貪食の違いを解明。脳プロフェッショナル貪食細胞のミクログリアとの違いを解析し、その役割分担の違い、生理的意義の違いを明らかとする。
３．アストロサイト貪食マーカーの開発。貪食性アストロサイトのバイオマーカーを見出し、正常及び各種病態時の脳内での時空間変化を明らかとし、その生理的意義の解明に繋げる。

研究成果

• [雑誌論文] Hypoxia-independent mechanism for upregulation of hypoxia-inducible factor α in astrocytes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirayama, Y. and Koizumi, S.
  • 雑誌名: Glia 巻: 65 ページ: 523-530
  • DOI: 10.1002/glia.23109
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Carbenoxolone inhibits TRPV4 channel-initiated oxidative urothelial injury and ameliorates cyclophosphamide-induced bladder dysfunction (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhang, X, Gao, S., Tanaka, M., Zhang, Z., Huang, Y., Mitsui, T., Kamiyama, M., Koizumi, S., Fan, J., Takeda, M. and Jian Yao, Y.
  • 雑誌名: Journal of Cellular and Molecular Medicine 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: doi: 10.1111/jcmm.13100
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cortical astrocytes rewire somatosensory cortical circuits for peripheral neuropathic pain. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kim, S.K., Hayashi, H., Ishikawa, T., Shibata, K., Shigetomi, E., Shinozaki, Y., Shinozaki, Y., Inada, H., Roh, S.E., Kim, S.J., Lee, G., Bae, H., Moorhouse, A.J., Mikoshiba, K., *Koizumi, S. and *Nabekura, J.
  • 雑誌名: J Clin Invest 巻: 126 ページ: 1983-1997
  • DOI: 10.1172/JCI82859
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microglia contact induces synapse formation in developing somatosensory cortex. (2016)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto, A., Wake, H., Ishikawa, A.W., Eto, K., Shibata, K., Murakoshi, Koizumi, S., Moorhouse, A., Yoshimura, Y. and *Nabekura, J.
  • 雑誌名: Nat Commun, 巻: 7 ページ: 12450
  • DOI: 10.1038/ncomms12540
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Clock mutant mouse is a novel experimental model for nocturia and nocturnal polyuria. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ihara, T., Mitsui, T., Nakamura, Y., Kira, S., Miyamoto, T., Nakagomi, H., Sawada, N., Hirayama, Y., Shibata, K., Shigetomi, E., Shinozaki, Y., Yoshiyama, M., Nakao, A., *Takeda, M. *Koizumi, S.
  • 雑誌名: Neurourology and Urodynamics 巻: 36 ページ: 1034-1038
  • DOI: 10.1002/nau.23062
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Urothelial ATP exocytosis: regulation of bladder compliance in the urine storage phase. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakagomi, H., Yoshiyama, M., Mochizuki, T., Miyamoto, T., Komatsu, R., Imura, Y., Morizawa, Y., Hiasa, M., Miyaji, T., Kira, S., Araki, I., Fujishita, K., Shibata, K., Shigetomi, S., Shinozaki, Y., Ichikawa, R., Uneyama, H., Iwatsuki, K., Nomura, M., de Groat, W.C., Moriyama, Y., Takeda, M. and *Koizumi, S.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 6 ページ: 29761
  • DOI: 10.1038/srep29761.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An effective therapeutic approach for oxaliplatin-induced peripheral neuropathy using combination therapy with Goshajinkigan and Bushi. (2016)
  • 著者名/発表者名: Mizuno, K., Shibata, K., Komatsu, R., Omiya, Y., Kase, Y. and *Koizumi, S.
  • 雑誌名: Cancer Biol Ther 巻: 17 ページ: 1206-1212
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 一次体性感覚野のATP増加がアストロサイト性シナプス再編及び機械的アロディニアを引き起こす (2017)
  • 著者名/発表者名: 柴田圭輔、久保田啓太、石川達也、篠崎陽一、繁冨英治、御子柴克彦、鍋倉淳一、小泉修一
  • 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] Cortical synaptic remodeling by astrocytes (2017)
  • 著者名/発表者名: Koizumi, S
  • 学会等名: The 3rd Symposium of NeuroScience Network in Kobe.
  • 発表場所: （兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2017-02-17
  • 招待講演
• [学会発表] アストロサイトによる体性感覚野神経回路の組み替えと慢性疼痛 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小泉修一
  • 学会等名: 北陸大学グリアセミナー
  • 発表場所: 北陸大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2017-02-15
  • 招待講演
• [学会発表] Gliopsychiatry研究；抗うつ薬の作用標的としてのグリア細胞 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小泉修一
  • 学会等名: 第59回日本神経化学会大会・第38回日本生物学的精神医学会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県・福岡市）
  • 年月日: 2016-09-10
• [学会発表] 大脳皮質体性感覚野アストロサイトと慢性疼痛 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小泉修一
  • 学会等名: 第24回日本腰痛学会
  • 発表場所: 富士屋ホテル（山梨県・甲府市）
  • 年月日: 2016-09-03
• [学会発表] アストロサイトGqPCR過剰発現による神経過興奮 (2016)
  • 著者名/発表者名: 繁冨英治
  • 学会等名: 第46回日本神経精神薬理学会年会
  • 発表場所: ソウル（韓国）
  • 年月日: 2016-07-03
• [学会発表] グリア細胞によるシナプス機能及び構造の制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小泉修一
  • 学会等名: 浜松医大開学記念式典特別講演
  • 発表場所: 浜松医科大学（静岡県・浜松市）
  • 年月日: 2016-06-07
  • 招待講演
• [備考] 薬理学HP
  • URL: http://www.med.yamanashi.ac.jp/clinical_basic/pharmaco/