| 研究課題/領域番号 |
16H05117
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
木山 博資 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (00192021)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | ATF3 / ミトコンドリア / 軸索損傷 |
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| 研究実績の概要 |
神経損傷後のオルガネラ特にミトコンドリアの細胞内動態の解析をめざした。これを可能にするために、神経損傷特異的に神経細胞でのみ発現する転写因子ATF3のプロモーターを利用した。ATF3プロモーター下でCreとミトコンドリアを標識するMito-AcGFPを同時に発現するトランスジェニックマウス[Tg (ATF3-Cre/mito-GFP)]を作成し、神経損傷後のミトコンドリアの動態を検討した。通常のマウス脳内ではミトコンドリアがGFPで標識された神経細胞はほとんど見られないが、坐骨神経や舌下神経などの神経を損傷した場合には損傷した運動神経のミトコンドリアがGFPで標識された。ミトコンドリアは樹状突起の先から軸索の先端まで広く局在した。坐骨神経損傷時に標識された損傷軸索内のミトコンドリアの形態を解析した所、ミトコンドリアのサイズは有意に低下し小型のものが多くなった。また、タイムラプスによりミトコンドリアの移動速度を計測すると、移動速度は明らかに速くなっていた。このことから、軸索損傷した場合、軸索内のミトコンドリアはfissionにより小型化し、速い速度で移動していることが明らかになった。これは神経再生を促進するためにミトコンドリアを小型化し再生軸索先端へ向けてより多くのミトコンドリアを送り込む仕組みが作動しているものと考えられた。一方、損傷神経の細胞体ではこのような明らかなミトコンドリアのサイズの変化は見られなかった。また、このトランスジェニックマウスとfissionの責任分子であるDrp1 Floxマウスを掛け合せることにより、損傷神経特異的fission が生じないようにした所、損傷後の軸索内のミトコンドリアは長いままであった。一方、細胞体のミトコンドリアは大型の球状の形態に変化した。さらに、この状態では、損傷運動神経細胞の細胞死は加速された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
当初予定していたトランスジェニックマウスは予定どおり作動していることを確認した。損傷神経特異的にミトコンドリアを標識することが出来た。また、Creリコンビナーゼの作動状況もDrp1欠損が損傷神経特異的に生じたことからも予定どおりの結果が得られている。この様に使用を予定していた遺伝子改変動物がうまく作動しており、本研究は順調に進んでいる。またDrp1を特異的に欠損させた時に、軸索のミトコンドリアの形態は大きく変化したが、細胞体のミトコンドリアの形態には明らかな変化が光学顕微鏡レベルでは観察されなかった。細胞体のミトコンドリアの形態変化がほんとに生じていないかをさらに詳細に検討するために次年度はFIB/SEMによるミトコンドリアの3D解析をおこなう。
また、Drp1欠損によりミトコンドリアの分裂が生じなくなると、細胞体ではミトコンドリアのサイズが巨大になり、やがて損傷神経細胞は死に至った。このことから、損傷神経細胞が生存し再生するためにはミトコンドリアのfissionが必須であることが示された。ここまでの結果から、当初計画していたミトコンドリアなどオルガネラのダイナミクスは、損傷神経が生存するためには不可欠な現象であることが明らかになり、全体計画の半分は達成されたと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
28年度の研究成果を受けて以下をより詳細に検討する必要が考えられる。神経損傷後の細胞体でのミトコンドリアの形態変化が光学顕微鏡レベルでは判断できなかったが、これをより詳細に解析する必要がある。このため、最新の電子顕微鏡技術であるFIB/SEMを用いて運動神経細胞内のミトコンドリアの3D形態像を撮像し神経損傷前後で解析する。また、Drp1欠損によりミトコンドリアの分裂が生じなくなった時に、運動神経は細胞死に至るが、このメカニズムについては不明である。そこで、FIB/SEMの特性を生かし、3D形態と同時に得られるSEM像の観察からミトコンドリア等オルガネラ内部の構造を観察し、ミトコンドリアのクリスタや膜の状態など機能に繋がる形態を解析する。これにより、ミトコンドリアの機能異常によって細胞死が生じたのか、あるいは他の原因によって細胞死が生じたのか何らかの結果が得られると期待される。また、より小型のオルガネラである小胞体の形態変化等についても解析を進め、ミトコンドリアと小胞体の接点で重要な機能をしていると考えられているMAMの構造変化等についてもチャレンジしたい。
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