2023 Fiscal Year Annual Research Report

Creation of multi-scale 4D biology

Administrative Group

Project Area	Creation of multi-scale 4D biology
Project/Area Number	23H03844
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	片岡直也名古屋大学, 医学系研究科, 特任講師 (20572423)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	杉拓磨広島大学, 統合生命科学研究科(理), 准教授 (70571305) 別役重之龍谷大学, 農学部, 准教授 (80588228) 佐藤亜希子東北大学, 加齢医学研究所, 准教授 (80800979)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Keywords	マルチスケール4D / 3Dイメージング / 老化
Outline of Annual Research Achievements	個体の恒常性を維持する「視床下部の機能低下が他の器官の老化を導くのか」、「局所の機能低下が全身で自律分散的に始まるのか」、全ライフコース上で脳を中心とした老化・機能低下ポイントを明らかにすることが次の老化寿命研究分野に変革をもたらすと考えられる。しかし、ライフコース上の局所時間や、局所組織のみを解析する従来の老化研究では個体全体から得られる情報量が少ない。そこで本研究では全ライフコースにわたって経時的に細胞、細胞間ネットワーク、全身のそれぞれの空間スケールで機能低下過程を解析するマルチスケール4Dイメージング技術を確立し、中枢性老化寿命制御メカニズムの解明に応用する新たな学術領域を打ち立てる。本学術変革領域では杉が開発した３Ｄ空間をマルごとナノ分解能撮影するライトフィールド(LF)顕微鏡を用いる。さらにLF 顕微鏡は検出技術であるため、様々な空間スケールの計測技術と自由に組み合わせることで、ＬＦ技術を３Ｄ空間「マルごと」シングルショット計測する技術へ応用可能である。本領域研究では、生物のマルチスケール4D イメージング技術開発を行い、同一個体から長期間に渡る機能低下プロセスの解明を行う。本学術領域は線虫、マウス、植物をモデルとして扱ってきた研究者によって創設され、これらのモデル生物は安定したリソース環境が整備されており、遺伝子導入も容易であることに加えて共通の生命現象として「老化」が存在する。これまで、佐藤が行ってきた研究から哺乳類の視床下部背内側部に存在するPrdm13陽性細胞が中心的要因となって中枢性の老化寿命制御に関与することを明らかにしており、本研究領域で開発するマルチスケール４Ｄイメージング技術を老化・寿命の実験系へ応用し、実証する。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 昨年度、研究課題採択後直ちに会議を実施し、今後の共同研究推進のためのスケジュール調整、領域会議の開催、各計画班で行う計画研究の詳細について議論を行った。また、実際に各計画班でLF技術導入を行うにあたり、「どのような光学系が必要」で、「どの程度ワークステーションに処理速度が必要」かなど、改めてLF技術導入に向けて各研究者間で情報交換を行った。さらに、LFを他の研究室に持ち込み、マウス神経細胞のCa2+イメージングや、植物に感染する細菌イメージングを行うなど共同研究を推進している。各研究者間で研究のバックグラウンドが異なり、実験手法も異なることから、共同研究を通じて新たな実験手法の習得や、新しい知見を得ることができる環境が整ってきた。これらの成果の一部は生物物理学会年会、日本バイオイメージング学会学術集会など学会発表を通じて報告した。また、総括班内で行う領域会議を昨年度は２回行い、各計画班研究の進捗状況の報告や共同研究の推進方法など議論し、アドバイザーを務めて頂いている先生方からアドバイスを頂く事ができた。このアドバイスを基に今後領域全体で研究を推進する。さらに、領域外の研究グループと共同で輪読会を週に１回程度の間隔で行っている。この輪読会を通じてこれまで数理や物理学に触れてこなかったが新しい学問領域に出会えた若手研究者、もしくはこれまでの知識をさらに強固にすることができる若手研究者が増えることを期待している。
Strategy for Future Research Activity	昨年度、共同研究を推進することを優先しすぎたため、第１回領域会議開催が１２月になってしまった。しかし、その間もSlack やzoom を用いたミーティングや情報共有を綿密に行ってきた。今後も、領域会議以外の時間であっても、これらのコミュニケーションツールを利用しての議論や情報共有を行っていく。学生や若手研究者もコミュニケーションツール内に呼び込み、議論に参加してもらうことで、各計画班の代表研究者だけでなく、若手研究者とも情報共有することを心がけている。さらに、LFを用いた共同研究をさらに加速させ、各計画班でLF技術の開発を継続する。植物を対象にしたマクロLF、脳のイメージングに応用するin vivo LF、さらに１細胞にフォーカスする超微細LF技術開発を佐藤がもつ遺伝子改変マウスや、週齢の異なるマウス神経細胞の観察など老化研究へ応用する。今年度は、さらに共同研究を加速させ、より精度の高い3D イメージングのための条件検討や生体試料の調製方法の検討を行う。広報活動の一環として、分子生物学会の公募シンポジウムにて本領域を主体とするシンポジウムが採択されたことから、領域外の研究者へも本領域のアピールを行い、領域外との共同研究も模索やマルチスケール4D生物学の情報発信を行う予定である。LFは検出技術のため、高額なCMOSカメラを必要としないものの、設置する顕微鏡間で若干の設定変更や微調整が必要である。LF技術担当となる学生や研究者の各研究室間を往来するための旅費を本領域の研究費から捻出する。また、人工気象機や、神経活動記録装置など大型装置を用いたLF観察を長期に行う場合なども本領域の研究費から滞在費を支出する計画である。