【研究分野】基盤・社会脳科学

【研究領域課題番号】17K13270 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

蛍光イメージング / 神経可塑性 / Ca2+シグナリング / 光操作 / シナプス可塑性 / 神経機能 / カルシウムシグナル / リン酸化シグナル / 神経科学 / シグナル伝達 / イメージング

【研究成果の概要】

カルシニューリンは記憶・学習に重要な役割を果たしていますが、どうやってその機能を実現しているかを理解するためには、生きた神経細胞でその動きや酵素活性を「見える化」し、人為的に操作する手法が必要になります。本研究では、カルシニューリンとCaMKIIの動きを「見える化」し、以前申請者が開発した光刺激と酵素活性を計測する方法を改良し、より細かく速い応答を見えるようにしました。そして、人為的な光刺激によってシナプス構造が変化する際のカルシニューリンとCaMKIIの活性の相違を明らかにしました。この結果は、記憶や学習といった高次脳機能の基盤となるシグナリングのルールを理解するうえで重要なものとなります。

【研究の社会的意義】

本研究によって、生きた神経細胞のシナプスや樹状突起で、カルシニューリンの動きやその活性が時間とともに強くなったり弱くなっていく様子を動画として捉えることに成功し、世界に先駆けた成果が得られました。これは、記憶や学習といった高次脳機能のメカニズムを理解するうえ重要なものとなります。また、カルシニューリンは、高次脳機能をはじめ、免疫系や循環器系など全身における生理や病態に非常に重要な役割を果たしています。今後、本研究の手法を発展させることで、これら病態を細胞レベルで理解する道筋ができてゆくと考えられます。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】生理学一般

【研究領域課題番号】17K08529 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

開口分泌 / イメージング / 生理学 / シグナル伝達 / 消化管ホルモン

【研究成果の概要】

消化管ホルモンであるグルカゴン様ペプチド-１（GLP-1）は、小腸内分泌L細胞から分泌され、食餌由来成分や腸内細菌代謝産物により、分泌される。しかし、その詳細な制御機構は不明である。腸内細菌代謝産物の一種であるL-グルタミンを小腸内分泌L細胞に投与すると、GLP-1分泌が促進された。このL細胞には、味覚受容体の一種であるTAS1R3が発現していた。そこで、TAS1R3変異小腸内分泌L細胞を作成し、解析したところ、GLP-1分泌が抑制された。これらの結果から、TAS1R3が、L-グルタミンによるGLP-1分泌に重要な役割を担っていることが示唆された。

【研究の社会的意義】

食餌由来成分である、糖、脂肪酸、アミノ酸によって小腸内分泌L細胞からグルカゴン様ペプチド-１（GLP-1）の分泌が促進されるが、その詳細な分泌促進分子機構は不明であった。本研究では、アミノ酸の中でもL-グルタミンによって起こるGLP-1分泌の促進が、うまみ受容体や甘味受容体を形成するTAS1R3によって制御されることを見出した。つまりL細胞は、消化管管腔内のケミカルセンサーとして機能している可能性がある。この結果は、GLP-1分泌を促す機能性食品の開発などにつながると考えられる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】26830043 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Ca2+シグナル / シナプス可塑性 / シナプス / シグナル伝達 / 神経科学 / 生化学 / イメージング / Ca2+シグナリング / 蛍光プローブ / 顕微鏡 / 分子生物学

【研究成果の概要】

脳機能を理解するためには、複雑な脳の中での神経活動とそれによって活性化される生化学反応を計測し、演算を理解する必要がある。神経細胞での生化学演算を計測するために、本研究では非常にダイナミックレンジを改善した新型のCa2+依存的酵素に対するプローブを開発した。そして、これらのプローブを用いて、Ca2+依存的リン酸化酵素(CaMKII)と脱リン酸化酵素(カルシニューリン)の活性化の時空間的プロファイルを生きた神経細胞の樹状突起およびシナプスにおいて計測し、全く異なることが明らかになった。この成果は、神経細胞における生化学演算機構の一端を明らかにし、高次脳機能の理解につながるものと考えられる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】21700345 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

インスリン / PI3キナーゼ / シグナル伝達 / 感覚応答 / 行動 / 学習 / 線虫 / イメージング / 記憶・学習 / ライブイメージング / Akt

【研究成果の概要】

インスリンシグナル伝達は、エネルギー代謝などの末梢における働きに加えて、中枢神経系においても働く重要な分子経路である。私は、線虫の摂食に関連した学習において働くインスリン様シグナル伝達経路に着目し、その詳しい制御機構を明らかにすることを目的として研究を行った。主な研究成果として、線虫のインスリン様分子INS-1は餌の感覚応答に関わる神経から分泌され、学習に必要な化学物質受容神経に作用し、この神経の機能を修飾しているという制御モデルを得た。本研究で得られた結果を元に、今後、哺乳類の脳など、より複雑な神経系におけるインスリン経路の働きが解明されることが期待される。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】生体関連化学

【研究領域課題番号】20685012 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

プローブ / 可視化 / キナーゼ / ユビキチン / タンパク質分解 / タンパク質リン酸化 / 生物発光 / in vivo / イメージング / シグナル伝達

【研究成果の概要】

分子イメージングにおいては,特定の生体イオンや生体分子を捕まえて光を発生する,いわゆるプローブと呼ばれる新しい分子の開発が必要となる.本研究では,様々な生命機能や疾患において極めて重要な分子過程であるタンパク質のリン酸化について,その生体内(in vivo)での動態を可視化計測する新しい原理のプローブ("分解制御型プローブ"と名付ける)の開発研究を行った.

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円)