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2023 年度 実施状況報告書

iPS細胞とハイスループット測定によるヒト脳シナプス可塑性の直接解析

研究課題

研究課題/領域番号 22K07319
研究機関富山大学

研究代表者

田端 俊英  富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (80303270)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードシナプス / 可塑性 / ニューロン / ヒト / iPS細胞 / シナプス・オーガナイザー
研究実績の概要

本研究はヒト由来iPS細胞由来中枢ニューロンどうしでシナプスを形成させ、シナプスの特性を明らかにし、マウスなど他の動物種と異なる特性がヒト中枢ニューロンに備わるか否かを明らかにすることを目指している。上記の方法によって得たヒト中枢シナプス標本のシナプス形成・成熟過程をシナプス・オーガナイザー分子(PTPdelta)のマイクロエクソン選択パターンを指標として詳細に分析し、ヒト胎児の脳波の周波数に近い双極電流パルスを培地に通電することで、成熟したシナプスを形成することに成功した。この結果のduplicationをロットの異なるニューロンで試みた。新たに検査したロットの細胞は以前のロットより成熟型に近い選択パターンが刺激前から現出していることが分かった。成熟によってどのようなマイクロエクソン選択パターンに収斂していくかについては見通しがついたものの、通電刺激による選択パターンの変化についてはさらなるduplicationが必要である。ヒトではマイクロエクソンの選択パターンの違いは発達障害等につながることが知られており、ヒトとマウスの選択パターンの相違はヒト特有の学習機能の解明につながる可能性がある。したがって、シナプスを形成した単一ペアのニューロンからパッチクランプ測定によってシナプス伝達の様態を解析し、当該シナプス前ニューロンからmRNAを抽出してPTPdeltaのマイクロエクソン選択パターンとの相関を見ることは極めて重要である。細胞膜を破砕せず、長時間にわたって細胞内環境を温存した状態でパッチクランプ測定ができ、しかも高い確率で測定を成功させるために新しいグラミシジン穿孔パッチクランプ法を開発した。また、シナプス前ニューロンからはruptured-patchパッチクランプ法で細胞膜を破砕してmRNAを記録ピペット内に吸引する方法を確立した。

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

ヒト由来シナプスの形成過程のトランスクリプト分析によって、具体的なシナプス分子およびその遺伝子に焦点を絞って、ヒト特有のシナプス形成の分子機序の種特異性が示唆されるデータを得ることができた。また、極めて高い効率でシナプスの遺伝子―機能相関解析を行う方法論を確立することができた。
これらを踏まえて、次年度以降、ヒトと他の動物種の中枢シナプス可塑性の特性に相違があるか否か等について精密な遺伝子―機能相関解析が可能になったと考えられる。

今後の研究の推進方策

ヒト由来iPS細胞を中枢ニューロンに関してヒトPTPdeltaのマイクロエクソン選択パターンとそれに対する通電刺激の効果をさらにduplicationする。また、新規開発のグラミシジン穿孔パッチクランプ測定法と遺伝子回収法を駆使して、単一細胞レベルでマイクロエクソン選択パターンとシナプス機能の相関を調べる。さらに、マウス中枢ニューロンを標本として同様の遺伝子―機能相関を調べ、ヒト中枢シナプスが他の動物の中枢シナプスと比較する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (4件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Developmental synapse pathology triggered by maternal exposure to the herbicide glufosinate ammonium2023

    • 著者名/発表者名
      Izumi Hironori、Demura Maina、Imai Ayako、Ogawa Ryohei、Fukuchi Mamoru、Okubo Taisaku、Tabata Toshihide、Mori Hisashi、Yoshida Tomoyuki
    • 雑誌名

      Frontiers in Molecular Neuroscience

      巻: 16 ページ: 1298238~1298238

    • DOI

      10.3389/fnmol.2023.1298238

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Assessment of memory recognition using a smartphone-based test system: A pilot study2023

    • 著者名/発表者名
      Saito Yukari、Kitamura Kazuki、Yokoyama Akane、Tabata Toshihide
    • 雑誌名

      Medicine

      巻: 102 ページ: e35525~e35525

    • DOI

      10.1097/MD.0000000000035525

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In silico binding affinity of the spike protein with ACE2 and the relative evolutionary distance of S gene may be potential factors rapidly obtained for the initial risk of SARS-CoV-22023

    • 著者名/発表者名
      Sugano Aki、Murakami Junon、Kataguchi Haruyuki、Ohta Mika、Someya Yoshiaki、Kimura Shigemi、Kanno Akira、Maniwa Yoshimasa、Tabata Toshihide、Tobe Kazuyuki、Takaoka Yutaka
    • 雑誌名

      Microbial Risk Analysis

      巻: 25 ページ: 100278~100278

    • DOI

      10.1016/j.mran.2023.100278

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Quick and easy method for gramicidin-perforated patch-clamp recordings2024

    • 著者名/発表者名
      三浦翔、上田壮汰、嘉指滉介、宇都宮一仁、桐山真理、田端俊英
    • 学会等名
      日本生理学会大会 第101回大会
  • [学会発表] A neural network system to generate visual stimuli for testing memory recognition2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoki Arai, Yukari Saito, Akane Yokoyama, Toshihide Tabata
    • 学会等名
      日本神経科学大会Neuro2023
  • [学会発表] A DNA aptamer generated by the newly developed extracellular vesicle-SELEX method acts on a GPCR super-complex2023

    • 著者名/発表者名
      桐山 真理、桐木 賢吾、宮島 拓海、池本 光志、上窪 裕二、田端 端俊
    • 学会等名
      日本核酸医薬学会 第8回年会
  • [学会発表] エクソソームを用いた革新的な核酸アプタマー創薬技術2023

    • 著者名/発表者名
      田端俊英、桐山真理、宮島拓海、池本光志、上窪裕二
    • 学会等名
      Toyama Academic GALA 2023
  • [備考] 富山大学工学部知能情報工学科知能情報工学コース生体情報処理研究室ホームページ

    • URL

      http://www3.u-toyama.ac.jp/biophys/

  • [産業財産権] アプタマー及びその用途2023

    • 発明者名
      田端俊英、池本光志、上窪裕二
    • 権利者名
      田端俊英、池本光志、上窪裕二
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2023-108727

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公開日: 2024-12-25  

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