組織夾雑系を可視化する特異的ケミカルプローブの開発戦略

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: 分子夾雑の生命化学
• 研究課題/領域番号: 20H04700
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 田井中 一貴 新潟大学, 脳研究所, 教授 (80506113)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ケミカルプローブ / 組織夾雑 / 3Dイメージング

研究実績の概要

本研究は、組織透明化技術を用いて、夾雑なヒト脳のシステムを、従来の2次元平面画像ではなく、立体のまま全てを観察する3次元イメージングにより紐解くためのケミカルプローブの開発を目的とする。これまでに、ヒト脳を高度に透明化するための透明化プロトコールの開発に取り組んだ結果、１．組織の内在的因子を保存したままの高度な脱脂手法、２．透明化時に生じる組織の褐変およびリポフスチンなどの強度な自家蛍光の効率的な抑制手法を開発することに成功した。また、ヒト脳透明化標本に適用可能なプローブの網羅的探索を行った結果、３．多種類の特徴的な染色性を示すケミカルプローブを発見した。
本研究では、以下の項目に関する研究開発を実施する。
(1) 大型組織に適用可能な完成版透明化プロトコールの開発：これまでに開発された屈折率調整液の課題を克服することで組織透明化技術を完成させると共に、組織透明化における根本的な化学的原理を明らかにする。
(2) 組織化学反応との組み合わせによる包括的染色スクリーニング系の開発：これまでに自家蛍光の抑制を目的として発見に至った化学処理は、自家蛍光の抑制のみならず、それぞれのケミカルプローブの染色性に変化がもたらされることを明らかにした。組織に対する化学修飾の違いにより、異なる染色性が発揮されることを活用し、種々の組織化学反応とケミカルプローブの組み合わせに基づく包括的染色スクリーニング系を構築する。この新規戦略により、緻密な分子デザインによるケミカルプローブの開発とは真逆のハイスループット機能性プローブ探索戦略を開拓する。
本年度は、屈折率調整液の課題の克服に取り組んだ。その結果、白質が潤沢なヒト脳組織を高効率に透明化するプロトコールの開発に至った。

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

当初の計画通り、白質を潤沢に含む大きなヒト脳スライスを高度に透明化可能な新規透明化プロトコールの開発に成功した。引き続き、これらのプロトコールに適合するケミカルプローブの探索に取り組む。

今後の研究の推進方策

昨年度に開発した新規透明化プロトコールは、既存のプロトコールは異なっており、ケミカルプローブの染色性が変化する。今後は、新規透明化プロトコールに適合可能なケミカルプローブを新たに探索し、病理診断への応用を模索する。

研究成果

• [雑誌論文] Whole-organ analysis of TGF-β-mediated remodelling of the tumour microenvironment by tissue clearing. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kubota SI, Takahashi K, Mano T, Matsumoto K, Katsumata T, Shi S, Tainaka K, Ueda HR, Ehata S, Miyazono K.
  • 雑誌名: Commun. Biol. 巻: 4 ページ: 294
  • DOI: 10.1038/s42003-021-01786-y.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional understanding of the morphological complexity of the human uterine endometrium (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M, Yoshihara K, Suda K, Nakaoka H, Yachida N, Ueda H, Sugino K, Mori Y, Yamawaki K, Tamura R, Ishiguro T, Motoyama T, Watanabe Y, Okuda S, Tainaka K, Enomoto T.
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 ページ: 102258
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102258.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Versatile whole-organ/body staining and imaging based on electrolyte-gel properties of biological tissues. (2020)
  • 著者名/発表者名: Susaki EA, Shimizu C, Kuno A, Tainaka K, Li X, Nishi K, Morishima K, Ono H, Ode KL, Saeki Y, Miyamichi K, Isa K, Yokoyama C, Kitaura H, Ikemura M, Ushiku T, Shimizu Y, Saito T, Saido TC, Fukayama M, Onoe H, Touhara K, Isa T, Kakita A, Shibayama M, Ueda HR.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 11 ページ: 1982
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15906-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neurotransmission through dopamine D1 receptors is required for aversive memory formation and Arc activation in the cerebral cortex. (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito N, Tainaka K, Macpherson T, Hikida T, Yamaguchi S, Sasaoka T.
  • 雑誌名: Neurosci. Res. 巻: 156 ページ: 58-65
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.04.006.
  • 査読あり
• [学会発表] 脳透明化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田井中一貴
  • 学会等名: 第３回若手育成セミナー「神経回路の可視化・操作・モデリングのための最先端技術」
  • 招待講演