2018 Fiscal Year Annual Research Report
Is Mg ion a novel second messenger for regulating energy metabolism?
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16H01751
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
岡 浩太郎 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10276412)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
チッテリオ ダニエル 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00458952)
舟橋 啓 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70324548)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 生体生命情報学 / シグナル伝達 / 神経化学 / 細胞・組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度はMgイオンがセカンドメッセンジャーとして機能していることを直接的に明らかにする研究を進めた。
培養初期（～5日目）までの神経細胞ではγ-アミノ酪酸(GABA)は興奮性である。これは塩素イオンの平衡電位が成熟細胞と異なることに起因しているが、この時期にGABA添加は神経細胞でMgイオンの増加を誘引することを初めて見出した。また従来Mgイオンのシグナル伝達下流についての情報は乏しかったが、様々なリン酸化タンパク質活性をFRET型蛍光タンパク質で調べたところ、Mgイオン濃度依存的に、ERK活性の低下、CREB活性の上昇を見いだすことができた。とりわけ細胞内エネルギー代謝との関係が報告されてきているmTORは、その活性はMgイオン濃度に対してシグモイド型応答を示した。またGABAによる細胞内Mgイオン濃度変化を抑制すると、神経回路の形状（神経線維束の太さなど）に変化が生じるのみならず、機能的なシナプス活動や神経接続は抑制された。このことはMgイオンが神経回路の機能的成熟に必須であることを示している。
また神経細胞が過剰に興奮した際のエネルギー代謝の変遷について調べる研究を進めた。現在までに、ミトコンドリア膜電位、ミトコンドリア内ATP濃度、細胞質ATP濃度、解糖系の最終生産物である乳酸、解糖系とTCAサイクルの教会に位置するピルビン酸、mTOR、細胞内Mgイオンのうち、それぞれ２つを同時イメージングすることを可能にした。これらを用い、神経細胞をグルタミン酸で過剰に興奮させた場合、ミトコンドリア膜電位の減少と並行して細胞質のATP濃度が急速に減少すること、またその際には時間遅れなく解糖系が亢進することを突き止めた。神経細胞とグリア細胞は乳酸を介してその機能を双方に制御していることが知られていることから、神経―グリア細胞連関を明らかにすることも可能になると期待できる。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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