| 研究実績の概要 |
脳機能イメージングはfMRIなどを用いて行われるが,これらは中枢神経細胞の活動に応答する『間接的』指標(血中酸素濃度依存シグナルの相対的減弱)を検出するのみで,具体的にどのようなエネルギー代謝分子/経路が関与しているかは明らかでない. 本研究では,fMRIと代謝分子の局在を可視化する「質量分析イメージング」により,活動「脳局所」でどのようなグルコース代謝経路が用いられているかを分子イメージングにより明らかにする.
本年度は，これまでに確立した実験プロトコルを用いて，「マウスに対する光遺伝学的fMRI」と「質量分析イメージング」とを組み合わせた計測を行った. 具体的には, 光照射によって特定の神経細胞またはアストロサイト-選択的に活動を操作できる遺伝子改変マウス（トランスジェニックマウス(Tgマウス)）を用い, 刺激時/安静時の光刺激依存的な代謝物の空間的改変をイメージングにより解析した．このために,神経細胞/アストロサイト特異的に光感受性タンパク質（ChR: チャネルロドプシン,）を発現させたChR-Tgマウス系統を用い,光照射によってin vivoにおける細胞選択的な活性化を達成し,この系をイメージング解析に用いた.
ChR-Tgマウス群に光照射をし,CA1-錐体神経細胞/アストロサイトを選択的に活性化し,この時の脳代謝変化をイメージング質量分析により可視化解析した結果, 神経細胞またはアストロサイト特異的な活性化を行なったマウスにおいて, ATPの産生/消費動態は全く逆の傾向を示していた. すなわち, 光刺激により興奮した神経細胞はATPを消費する事で、刺激部位で減弱したATP分布イメージを示したのに対し,興奮アストロサイトは(おそらく血管拡張を介して)ATP産生を助長したことに起因すると考えられるATP濃度上昇を示す分布イメージが得られた.
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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
当初の研究計画では、H28年度までに行う予定であった、以下の実施項目を完了した。
1) これまでに確立した実験プロトコルを用いて,脳内エネルギー代謝機構を可視化解析するために「マウスに対する光遺伝学的fMRI」と前述「代謝フラックス-イメージング」とを組み合わせた計測を行った.
2) より具体的には, 光照射によって特定の神経細胞/アストロサイトを選択的に活動を操作できる遺伝子改変マウスを用い, 光刺激依存的な脳代謝の領域依存的な変動をイメージングする事に成功した.
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