2013 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Glial assembly: a new regulatory machinery of brain function and disorders |
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| Project/Area Number |
25117013
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
井上 和秀 九州大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (80124379)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齊藤 秀俊 九州大学, 薬学研究科(研究院), 助教 (90444794)
増田 隆博 九州大学, 薬学研究科(研究院), 特任助教 (80615287)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | ミクログリア / 神経障害性疼痛 / 発達障害 / シナプスリモデリング / in vivoイメージング |
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| Research Abstract |
慢性疼痛には「情動」も大きく影響し，痛みを慢性化する重要な要因として情動系脳領域の発達障害が挙げられている。本研究では，発達障害モデル動物の中枢内ミクログリアの異常を捉え，その異常がもたらすシナプスの形成・維持・剪定における変化，さらに疼痛を慢性化へ導くメカニズムを明らかにすることを目的とする。
ミクログリアの突起運動および細胞貪食など，発達期シナプスリモデリングに重要と予想される機能について，発達期での特徴を捉えるために，ミクログリア特異的に緑色蛍光タンパク質（eGFP）を発現するマウスと神経細胞特異的に黄色蛍光タンパク質（eYFP）を発現するマウスを交配し、ミクログリアと神経細胞を同時に可視化したマウスを作製した。このマウスの主に体性感覚を司る大脳皮質領域において、蛍光タンパク質を基に細胞形態を観察したところ神経細胞の樹状突起に形成されるスパインと呼ばれる神経同士の情報伝達部位にミクログリアの細胞突起が接触している箇所が複数認められた。さらに二光子励起顕微鏡を用いて，この領域を少なくとも7日間生体イメージングする手法をほぼ確立した。また、ミクログリアの細胞運動を制御するために、細胞骨格制御タンパク質の一種であるrac1の不活性化改変体をドキシサイクリン誘導性にミクログリア内で発現する遺伝子配列を設計し、この配列を受精卵に注入することで遺伝子導入が確認されたマウスを3系統取得した。一方で、ウイルスベクターを用いた手法においても同様の遺伝子をミクログリア内に発現可能であることを確認した。
発達障害モデルとして，幼弱期隔離マウスを作成し，末梢神経切断による神経障害性疼痛の発症を観察したところ、隔離マウスで疼痛レベルが増悪することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
可視化ミクログリアの観察と可視化神経細胞の微小形態の観察を同時に可視化するマウスを作成し、組織透明化法による形態観察手法を確立しており、安定したデータ取得が予想される。ミクログリア関連遺伝子欠損マウスにおいても生体イメージングを目的とした動物の交配が問題なく進んでいる。遺伝子改変動物の交配によることなくミクログリアの遺伝子発現制御を可能にするために、レンチウイルスベクターによる発現系の構築を行っているが、ミクログリア選択的に蛍光タンパク質を発現させるベクターを数種類得ており、今後の改良によってベクター投与によるミクログリアの機能制御が可能になると予想される。生体イメージング技術として大脳皮質のみならず脊髄においても専用の移植器具を開発し長期にわたるイメージング法を確立している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ミクログリアの機能を制御した条件でシナプスレベルの神経細胞の構造・機能変化を観察し、そこで得られた知見が生体の発達や精神・疼痛病態の形成に結びつくか否か、さらにはどのような機序で結びつくのか、というスキームで全体を推進してゆく。ミクログリアの機能制御に関しては遺伝子改変マウスの交配を厳密に速やかに進め、同時にベクターを用いた生体への遺伝子導入系の確立もすすめる。シナプスレベルの神経細胞とミクログリアの形態観察はこれまでの手法を今度作成される様々なサンプルに対して適応してゆき、病態形成時の経時的な長期間観察手順を最適化しつつ進める。病態に関しては進行中の幼弱期隔離モデルの解析の推進や、他研究班により見出されている病態関連遺伝子について生体レベルの研究から連携を深めつつ推進する。
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Research Products
(16 results)
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[Journal Article] The intrinsic microglial molecular clock controls synaptic strength via the circadian expression of cathepsin S.2013
Author(s)
Y. Hayashi, S. Koyanagu, N. Kusunose, R. Okada, Z. Wu, H. Tozaki-Saitoh, K. Ukai, S. Kohsaka, K. Inoue, S. Ohdo, H. Nakanishi.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 3:2744.
Pages: 1-7
DOI
Peer Reviewed
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