【研究領域課題番号】19H04437 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経 / 細胞・組織 / 神経工学 / 微小電極アレイ / 脳・神経 / 脳神経疾患 / シグナル伝達 / ナノバイオ

【研究成果の概要】

てんかん発作の発生における“final common path”と考えられている興奮性／抑制性（Excitatory/Inhibitory; EI）の不均衡に焦点を当て，iPS細胞を神経系に分化誘導する際の操作により興奮性／抑制性細胞の比率を制御した培養神経回路を調整，電極アレイ基板を利用して自発活動を観測した．同期バースト活動の特性がEI比率によって異なり，培養日数の経過と共にその差異が小さくなる方向に変化する，GABAA受容体に対するantagonistであるbicuculline投与による抑制性シナプス結合阻害の効果が時間経過と共に減弱する等，恒常的可塑性の関与を示唆する結果が得られた．

【研究の社会的意義】

EIバランスと神経回路活動の関係は，興奮性／抑制性シナプス結合の数とその強度によって制御されるが，電気刺激等人工的な手法で誘起されるシナプス活動と本来の感覚入力に対して活性化されるシナプスは異なる，興奮性シナプス，抑制性シナプス，そのサブタイプそれぞれにおいて可塑性のメカニズムが異なるなど関係する要素は多岐にわたる．本研究では恒常性を維持する可塑性の関与を示唆する結果が得られた．今後は，シナプス－ニューロン－神経回路という階層構造各段階における制御機構，その背景となる可塑性の作用を統合した研究の遂行により，てんかん発作を生じるメカニズム解明に向けた知見が得られることが期待できる．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究領域課題番号】18K19902 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経疾患 / 細胞・組織 / シグナル伝達 / ナノバイオ

【研究成果の概要】

自律神経系の活動変調による心房細動の発症機序の解明に向けて，培養心筋細胞の興奮伝播を空間パターンに着目して解析した．結果，心筋細胞の純度や密度に依存してリエントリー様の活動が発生することを示した．さらに，高密度に電極を配置した計測デバイスを用いてヒト心筋細胞の伝播パターンを解析したところ，同じ位置でも伝播の方向によって伝播速度が異なることを示した．以上は，不整脈発生の機序解明に向けて重要な知見である．

【研究の社会的意義】

本研究で得られた成果は，培養環境でも不整脈の一種であるリエントリーに類似した活動伝播が発生すること，および興奮の伝播速度が伝播の方向に依存して変わることである．前者は疾患を培養皿の中でモデル化できる可能性を示した点で学術的・社会的に重要である．後者は，健常な心臓で起こっている興奮伝播が，伝導経路の微小な変化から不整脈へと変化していく機序となりえる点で重要である．

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2018-06-29 - 2020-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】17K08621 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

γセクレターゼ / Notchシグナル / 初期ゴルジ / Rer1 / 細胞膜タンパク質 / タンパク質品質管理 / 神経幹細胞 / 大脳形成 / 神経難病 / 大脳発生 / ゴルジ体 / γ-secretase / リソソーム / 膜タンパク質 / 脳神経疾患 / 細胞・組織 / 発生・分化 / 蛋白質

【研究成果の概要】

Rer1はゴルジ体に存在し、異常なタンパク質や組み立てに失敗したタンパク質を小胞体に送り返す役割をしていることが分かっています。本研究では、Rer1が欠損するとγ-セクレターゼ複合体やその構成因子の一部がリソソームへと輸送され分解されることを示しました。Rer1をマウスの脳形成時に欠損させると、脳内のγ-セクレターゼ量が減少することにより神経幹細胞の増殖や維持に働くNotchシグナルが低下し、神経幹細胞の量の減少を伴う大脳の形成異常や様々な行動異常が認められました。以上の結果から、Rer1によるγ-セクレターゼの品質管理が正常な脳の発達や高次脳機能に重要な役割を果たしていると考えられました。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】生体医工学・生体材料学

【研究領域課題番号】16K12870 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経疾患 / 細胞・組織 / シグナル伝達 / ナノバイオ

【研究成果の概要】

ストレス環境が神経変性疾患につながる機構の解明に向けて，視床下部－下垂体－副腎系を構成する要素の培養手法確立，中枢神経系のストレスホルモン（GulcoCorticoid; GC）応答観測を目指して研究を実施した．GCフィードバックの起点となる視床下部室傍核の培養手法が確立され，主要な標的の1つである海馬細胞群において，培養環境下10 μMのGC投与に対して1週間の間に自発バースト発生周期およびその時間的なパターンに変化が生じることが明らかになった．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)

【研究分野】生体医工学・生体材料学

【研究領域課題番号】16H03162 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経疾患 / 細胞・組織 / シグナル伝達 / ナノバイオ

【研究成果の概要】

集積化電極アレイを利用した培養神経回路の電気活動計測により，即効性抗うつ効果を有する薬理活性物質の探索を行なった．有効であるが副作用ゆえ使用が制限されるケタミンに加え，NMDA受容体にケタミンと同様開孔性アンタゴニストとして作用するメマンチン（抗うつ作用，副作用とも示さない），ラニセミン（弱い抗うつ作用を有する）投与に対する神経活動変化を比較した結果，バースト発火を生じるニューロン群が特異的な薬理応答を示すことが明らかになった．ニューロン種，受容体のサブユニット構成を明らかにすることにより，抗うつ効果を発揮するメカニズムの理解，新規薬理活性物質の探索が期待できる．

【研究の社会的意義】

現在一般に用いられている抗うつ薬は効果が現われるまでに数週間を要するという課題があり，即効性抗うつ効果を有するが副作用ゆえに使用が制限されているケタミンに代わる薬理活性物質が求められている．本研究では培養系に維持した神経細胞群を利用して，ケタミンを含む3種類の薬物の作用を調べた．大脳皮質に含まれる多様な細胞の中で特定のグループが特殊な薬理応答を示すという結果が得られた．この細胞群を特定し，関与する受容体のサブユニット構成などを調べることにより，抗うつ効果を発揮するメカニズムの理解が進み，新たな薬理活性物質の探索が期待できる．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】神経内科学

【研究領域課題番号】16H05320 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経変性疾患 / RNA結合タンパク質 / 細胞死 / 脳神経組織 / 核酸 / 遺伝子 / 神経科学 / 細胞・組織 / 脳神経疾患

【研究成果の概要】

近年、複数の神経変性疾患において、RNA結合タンパク質 (RBP)の代謝障害が発症病態に関与していることが示唆されている。しかし、多くのRBPは脳脊髄組織を含めた全身に幅広く分布しており、なぜ特定の神経細胞だけがこれらの環境変化に脆弱であるのか未解明である。このため本研究では、マウスの特定の神経細胞に発現するRNAだけを標識する技術を導入し、各神経細胞に発現するRNAの特徴を明らかにする手法の確立を目指した。その結果、比較的数の多い神経細胞についてはその細胞の特徴を捉えることに成功した。今後、より少数の神経細胞にも適用可能に改良し、選択的神経細胞死のメカニズムを解明する。

【研究の社会的意義】

本研究成果は、現時点ではまだ開発途上にあるが、最終的にはRBPを介した選択的神経細胞死のメカニズムの解明に高く貢献しうる。その結果、筋萎縮性側索硬化症 (ALS)や脊髄小脳変性症など数多くのRBPの代謝障害が発症病態の背景にある神経難病の原因を解明し、治療法開発へと役立つ。また、神経難病以外でもRBPが関与する疾患の研究に応用も可能である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】脳神経外科学

【研究領域課題番号】24592181 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

glioma stem cell / survival / proliferation / undifferentiated state / niche / 癌 / 細胞・組織 / 脳神経疾患 / 発生・分化 / 薬剤反応性

【研究成果の概要】

ヒトグリオーマ幹細胞（GSC）の生存・増殖・未分化性維持に関わるニッチ解明を目指し、GSC樹立、細胞特性および分子遺伝学的特性解析を実施した。56検体の腫瘍組織から長期培養可能腫瘍細胞凝集塊（LC-TS）を11株樹立成功した。腫瘍組織型（grade4、再発・2次性腫瘍）、遺伝学的特性（野生型IDH1/2、TP53、TERTプロモーター変異、MGMTプロモーター低メチル化、抗原X陽性）とLC-TS樹立効率との関連性を明らかにし、in vivo腫瘍形成能が異なるLC-TSが存在し、複数の遺伝子発現差異が関与することを明らかにした。これらはGSCの特性解明に通じる成果であると結論づけられた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】23240065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経疾患 / 細胞・組織 / シグナル伝達 / ナノバイオ / 脳・神経 / 神経科学 / 神経工学 / 分子認識

【研究成果の概要】

難治性てんかんに対する治療手法として臨床医療の場で用いられている迷走神経刺激療法VNSの作用機構解明に向けて，刺激を直接受容する脳幹の神経核（青斑核，縫線核）と，その標的組織である海馬から神経細胞を採取して培養系に再構成，電気活動時空間パターンの計測と解析を行った．海馬培養神経回路網は，全体で同期したバースト発火を繰り返し生じることが特徴とされているが，脳幹神経核のニューロン群の活動には同期性は認められず，これらと共培養した場合は海馬の周期活動も抑制される傾向が認められた．脳幹神経核に対する電気刺激により外部からその活動を制御し，VNSが有効に作用する最適条件を見出すことが今後の課題である．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】48,100千円 (直接経費: 37,000千円、間接経費: 11,100千円)