全脳ニューロンアトラスによる神経変性疾患モデルの一細胞解像度全脳病態解析

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K16498
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 三谷 智樹 大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教員 (90866534)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 透明化 / 神経変性疾患 / ライトシートイメージング / 全細胞解析 / 画像解析 / イメージング / アルツハイマー病 / パーキンソン病

研究実績の概要

神経変性疾患研究では、神経細胞内の異常タンパク質の蓄積を代表とした分子的メカニズムが、さらに近年では、グリア細胞も含めた脳内環境の重要性が明らかになってきているが、病態解明はごく一部の典型的な場所に限定されており、未知の病変が残っている。本研究では、成体マウス脳の全細胞解析と3次元組織学的染色法を組み合わせて、神経変性疾患の全脳病態研究の基盤を構築することを目的としている。これまでの研究で、全脳の免疫染色と全自動神経検出を実証し、神経変性モデルに応用したが、小脳や海馬など細胞密度の高い場所での神経細胞検出の感度が低かった。そのため、高精度細胞検出解析法と高Z分解能の顕微鏡の開発に取り組み、全脳の小脳・海馬を含むあらゆる領域で高精度な神経細胞検出を成功させた。また、本手法をミクログリアマーカーに対しても成功させ、炎症病態の解明に取り組んでいる。
今年度は、新しい画像解析手法を開発することによって、従来よりも高い精度で全ての細胞の細胞マーカーの発現を解析することができるようになった。これにより、従来報告されていなかった時期や場所で、単一細胞レベルで新しい神経変性箇所を同定することができた。さらに、神経変性部位に特異的な神経変性ニッチを生み出す疾患特異的な多細胞ネットワークを同定することができるようになった。これらの一連のセルオミクスパイプラインの一部について、現在国際学術誌で改訂中である。

研究成果

• [雑誌論文] Distinct phosphorylation states of mammalian CaMKIIβ control the induction and maintenance of sleep (2022)
  • 著者名/発表者名: Tone, D., Ode, K. L., Zhang, Q., Fujishima, H., Yamada, R. G., Nagashima, Y., Matsumoto, K., Wen, Z., Yoshida, S. Y., Mitani, T. T., Arisato, Y., Ohno, R. I., Ukai-Tadenuma, M., Yoshida Garcon, J., Kaneko, M., Shi, S., Ukai, H., Miyamichi, K., Okada, T., Sumiyama, K., … Ueda, H. R.
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: 20 ページ: オープンアクセスのみで頁無し
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001813
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A novel three-dimensional imaging system based on polysaccharide staining for accurate histopathological diagnosis of inflammatory bowel diseases (2022)
  • 著者名/発表者名: Nojima, S., Ishida, S., Terayama, K., Matsumoto, K., Matsui, T., Tahara, S., Ohshima, K., Kiyokawa, H., Kido, K., Ukon, K., Yoshida, S. Y., Mitani, T. T., Doki, Y., Mizushima, T., Okuno, Y., Susaki, E. A., Ueda, H. R., & Morii, E.
  • 雑誌名: Cellular and molecular gastroenterology and hepatology 巻: 14 ページ: 905-924
  • DOI: 10.1016/j.jcmgh.2022.07.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 透明化脳で加速するセルオミクス (2022)
  • 著者名/発表者名: 三谷 智樹
  • 学会等名: 第63回日本神経学会学術学会
  • 招待講演
• [学会発表] Cellomics accelerated by cleared organs with an application for neurology (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomoki T. Mitani , Katsuhiko Matsumoto , Hiroki R.Ueda
  • 学会等名: Neuro2022
• [学会発表] Whole-brain neuron profiling identifies biological alterations in three-dimensional structure and function at a single-neuron level (2022)
  • 著者名/発表者名: T. T. MITANI , S. Y. YOSHIDA , K. YAMAURA , K. MATSUMOTO , E. A. SUSAKI , H. R. UEDA
  • 学会等名: Neuroscience 2022
• [学会発表] マウス全脳全神経細胞イメージング (2022)
  • 著者名/発表者名: 三谷 智樹 , 松本 桂彦 , 上田 泰己
  • 学会等名: 第14回「光塾」(光イメージング若手の会)
• [学会・シンポジウム開催] Neuroscience 2022 (2022)