臓器全体のタンパク質発現・修飾・活性状態の3D検出法開発

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03413
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 洲崎 悦生 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 准教授 (10444803)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: セルオミクス / 3次元組織学 / 組織透明化 / 3次元イメージング

研究実績の概要

3次元組織学は未だ適応範囲が限定的であるため、研究代表者は理想的な抗体・染色剤の組織内浸透条件を探索し、大型組織サンプルを高効率に3次元染色・観察する新しいプロトコルの構築を進めている。本研究課題では、この3次元組織学技術を発展させ、全身のあらゆる臓器を対象とした臓器スケールかつ細胞解像度の多色3次元染色・観察技術を確立することを目的とする。特に、本技術がRNAなどの核酸ではなくタンパク質を検出対象とできる利点を生かし、タンパク質の発現のみでなくリン酸化などの翻訳後修飾や活性を臓器スケール・細胞解像度で評価する新たな技術の確立を目的とする。本年度は主に全身各臓器の3次元染色プロトコルの検討および評価法の確立を進めた。これまでに、マウス全脳を中心に3次元染色技術のプロトコルの最適化を進め、これをマウス全身各臓器の3次元染色および観察に展開した。特に、抗体や染色剤の浸透程度を評価するため、汎核マーカーである転写因子、クロマチン制御因子（CREBなど）の抗体を用いて、特に腎・膵などの実質臓器を中心に現行プロトコル適応を検討し最適化した。その結果、共同研究ベースで全腎臓を染色する新しいプロトコルを報告した（Hasegawa et al. Kidney International 2019）。さらに、組織が電解質ゲルとしての性質を持つことを明らかにし、この物理化学的特性から新しい高効率な臓器3次元染色プロトコル「CUBIC-HistoVIsion」を構築することに成功し、成果を論文としてまとめ投稿した（Susaki et al. Nature Communications 2020）。

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

全体的に当初の計画に従って進行しており、論文発表も複数行なっているため、概ね順調に進展していると評価した。

今後の研究の推進方策

今年度までに全身各臓器、特に腎・膵・肝などの実質臓器の3次元染色プロトコルの検討および評価が進んでおり、ある程度の最適化が完了しているが、一方で適用できる抗体の数、透明化工程に伴う抗原性の変化等の問題が露呈してきている。そこで本年度は、透明化工程の改良により抗原性を担保しながら3次元染色・透明化を行える新規プロトコルの構築を進める。脳以外の実質臓器(腎臓、胸腺など)を中心に膜タンパク質など抗原性の影響が見られている複数のターゲットを抽出し、集中的に検討を行う。

研究成果

• [国際共同研究] RWTH Aachen University/RFW University of Bonn/Univ. Med. Cent. Hamburg-Eppendorf(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: RWTH Aachen University/RFW University of Bonn/Univ. Med. Cent. Hamburg-Eppendorf
• [雑誌論文] Visualization and molecular characterization of whole-brain vascular networks with capillary resolution. (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeyuki Miyawaki,Shota Morikawa,Etsuo A Susaki,Ai Nakashima,Haruki Takeuchi,Shun Yamaguchi,Hiroki R Ueda,Yuji Ikegaya
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 11 ページ: 1104-1104
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14786-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel 3D analysis using optical tissue clearing documents the evolution of murine rapidly progressive glomerulonephritis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Puelles VG,Fleck D,Ortz L,Papadouri S,Strieder T,B_hner AMC,van der Wolde JW,Vogt M,Saritas T,Kuppe C,Fuss A,Menzel S,Klinkhammer BM,M_ller-Newen G,Heymann F,Decker L,Braun F,Kretz O,Huber TB,Susaki EA,Ueda HR,Boor P,Floege J,Kramann R,Kurts C,Bertram JF,Spehr M,Nikolic-Paterson DJ,Moeller MJ
  • 雑誌名: Kidney international 巻: 96 ページ: 505-516
  • DOI: 10.1016/j.kint.2019.02.034
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive three-dimensional analysis (CUBIC-kidney) visualizes abnormal renal sympathetic nerves after ischemia/reperfusion injury. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa S,Susaki EA,Tanaka T,Komaba H,Wada T,Fukagawa M,Ueda HR,Nangaku M
  • 雑誌名: Kidney international 巻: 96 ページ: 129-138
  • DOI: 10.1016/j.kint.2019.02.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] 【バイオマテリアル研究に役立つ分析技術・評価法】生体組織の透明化とイメージング技術 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田 将太,松本 桂彦,洲崎 悦生,上田 泰己
  • 雑誌名: バイオマテリアル-生体材料- 巻: 37 ページ: 264-269
• [雑誌論文] CUBICを用いた組織透明化と3次元観察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 雑誌名: 和光純薬時報 巻: 87 ページ: 16-19
• [雑誌論文] 人工知能と神経科学 病理画像の自動診断技術と3次元病理学の発展 (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 雑誌名: Brain and Nerve 巻: 71 ページ: 0723‐0732
• [雑誌論文] 透明イメージングの臨床応用 組織透明化技術と細胞ラベリング技術 (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 雑誌名: 月刊メディカル・サイエンス・ダイジェスト 巻: 45 ページ: 390‐393
• [学会発表] セルオミクスによる多細胞システム解明へのアプローチ (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 岡山大学次世代研究拠点シンポジウム2020「口腔器官の再構築から器官の発生・再生の統一原理の解明」
  • 招待講演
• [学会発表] A versatile three-dimensional whole-organ/body staining and imaging with single-cell resolution based on electrolyte-gel properties of biological tissue (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: The Light Sheet Microscopy Conference 2019
  • 国際学会
• [学会発表] A versatile protocol for three-dimensional whole-organ/body staining and imaging with single-cell resolution based on electrolyte-gel properties of biological tissue. (2019)
  • 著者名/発表者名: Susaki EA et al.
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 組織透明化技術の開発と医学生物学応用（モーニングレクチャー） (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 第78回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] 全臓器・全身スケールの多階層空間オミクス実現に向けたアプローチ (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: シングルセルゲノミクス研究会2019
  • 招待講演
• [学会発表] 全臓器・全身の細胞ダイバーシティー解明を目指す臓器スケール3次元組織学への挑戦 (2019)
  • 著者名/発表者名: 洲崎悦生
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会 共催シンポジウム「総力戦でのぞむ細胞社会ダイバーシティー解明への挑戦」（兼オーガナイザー）
• [産業財産権] 生体組織染色試薬、生体組織染色キット及び生体組織染色方法 (2019)
  • 発明者名: 洲崎悦生、上田泰己
  • 権利者名: 株式会社CUBICStars
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-157984