網羅的な神経伝達物質の可視化法開発と精神疾患研究への適用

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06145
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 杉浦 悠毅 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (30590202)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 神経伝達物質 / イメージング質量分析 / マイクロダイアリシス

研究実績の概要

多くの中枢神経疾患の病態は、特定の神経回路伝達の異常(欠落)として帰結する。本研究では、第一に情報伝達の物質実態である神経伝達物質分子群を、前駆体/分解物を含めて一斉に局在可視化するイメージング法を開発する(=スナップショット解析)。第二に、新規開発するマイクロダイアリシス＋質量分析による伝達物質群リアルタイムモニタリングも行う(=経時解析)。これらを精神疾患モデル、特にうつ病モデル動物へ適用し、健常との伝達分子群の脳内局在と、分泌の経時変化の比較により、神経伝達分子の代謝異常を来した未知の神経回路の"発見"を目指す。さらに、オプトジェネティクスを用いた介入(特定回路の興奮調節)を視野に入れ、特定の神経回路活性化(もしくは抑制)による伝達物質濃度調節と、その病態における重要性評価に挑戦する。

本年度はイメージング質量分析の高感度化を試み、感度不足に起因した「微量神経伝達物質が検出できない」という技術的問題をクリアした。具体的には、微量分子を質量分析で高感度に検出する(A)MS/MSイメージングの適用、さらに(B)目的化合物の誘導体化による高感度化を適用した。(A-B)の併用により、ドパミン、ノルエピネフリン、セロトニンといった低濃度で作用するカテコールコルアミン系の分子群、さらにこれらの前駆体/下流代謝物もカバーするイメージング系を構築するに至った。

さらに、上記イメージング法のうつ病モデルマウスへの適用/解析も行った。定量解析によりセロトニン経路の代謝物の減少が確認されたモデルマウス脳において、セロトニン及びその前駆体/代謝物のイメージング解析を行い、脳内濃度低下を画像化するに至った。

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

計画では来年度に実施予定であった項目「確立したイメージング法の病態モデルへの適用」も前倒しして行う事が出来た。これにより技術開発に留まらず、定量解析により脳内セロトニン濃度減少が確認されたうつ病モデルマウスにおいて、セロトニン代謝動態のイメージング解析を行い、セロトニン濃度低下の様子を画像化するに至った。

今後の研究の推進方策

本年度に着手した、うつ病モデル動物におけるセロトニン代謝動態のイメージング解析を継続して実施する。これに加えてマイクロダイアリシス+質量分析法を用いて、脳局所の"遊離"セロトニン量と関連代謝物を一挙に定量する。以上の結果からセロトニン、その代謝分子、さらに受容体の時空間的ダイナミクスが明らかにし、うつ病の亢進と共にセロトニンの脳内分布がどのように変化するかという重要な知見に回答を与える。

研究成果

• [国際共同研究] Uppsala University(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Uppsala University
• [雑誌論文] Decreased 16: 0/20: 4-phosphatidylinositol level in the post-mortem prefrontal cortex of elderly patients with schizophrenia (2017)
  • 著者名/発表者名: Junya Matsumoto, Hiroki Nakanishi, Yasuto Kunii, Yuki Sugiura, Dai Yuki, Akira Wada, Mizuki Hino, Shin-Ichi Niwa, Takeshi Kondo, Michihiko Waki, Takahiro Hayasaka, Noritaka Masaki, Hiroyasu Akatsu, Yoshio Hashizume, Sakon Yamamoto, Shinji Sato, Takehiko Sasaki, Mitsutoshi Setou, Hirooki Yabe
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 45050
  • DOI: doi:10.1038/srep45050
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rewiring of embryonic glucose metabolism via suppression of PFK-1 and aldolase during mouse chorioallantoic branching (2017)
  • 著者名/発表者名: Hidenobu Miyazawa, Yoshifumi Yamaguchi, Yuki Sugiura, Kurara Honda, Koki Kondo, Fumio Matsuda, Takehiro Yamamoto, Makoto Suematsu, Masayuki Miura
  • 雑誌名: Development 巻: 144 ページ: 63-73
  • DOI: doi: 10.1242/dev.138545
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of in vivo metabolic flows reveals accelerated utilization of glucose and lactate in penumbra of ischemic heart (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sugiura, Yoshinori Katsumata, Motoaki Sano, Kurara Honda, Mayumi Kajimura, Keiichi Fukuda, Makoto Suematsu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 32361
  • DOI: doi: 10.1038/srep32361
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] HIF-1 [alpha]-PDK1 axis-induced active glycolysis plays an essential role in macrophage migratory capacity (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Semba, Norihiko Takeda, Takayuki Isagawa, Yuki Sugiura et al.
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 7 ページ: 11635
  • DOI: doi:10.1038/ncomms11635
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Haem-dependent dimerization of PGRMC1/Sigma-2 receptor facilitates cancer proliferation and chemoresistance (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Kabe, Takanori Nakane, Ikko Koike, Tatsuya Yamamoto, Yuki Sugiura et al.
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 7 ページ: 11030
  • DOI: doi:10.1038/ncomms11030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Time resolved analysis of brain energy metabolism by micro-dialysis linked ion chromatography-mass spectrometry (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sugiura
  • 学会等名: the 16th Annual Conference for American Society for Mass Spectrometry
  • 発表場所: San Antonio, USA
  • 年月日: 2016-06-06 – 2016-06-09
  • 国際学会
• [学会発表] Highly sensitive Imaging Mass Spectrometry (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sugiura
  • 学会等名: the 9th international conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Appications of Nitric Oxide
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2016-05-20 – 2016-05-22
  • 国際学会
• [図書] Chronic Inflammation (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sugiura, Kurara Honda, Makoto Suematsu
  • 総ページ数: 147-160
  • 出版者: Springer Japan