研究紹介

本領域では以下の三つの課題を達成し、グリアをインターフェースとした脳-身体連関の研究の飛躍的展開を目指したい。

  1. 神経回路を包含する脳全体をシステムとして捉え、脳の情報処理を神経回路に加えて代謝・循環・免疫などの時空間的な動態と統合して理解する。
  2. 脳を生体システムの一要素として捉え、外部環境に対応した生体の内部環境の変化、さらにその結果として起こる脳と内部環境の間の多様な機能制御の実体を解明する。
  3. 上記二項目において中心的な役割を果たすグリア細胞について、その状態・機能・細胞間シグナル伝達を包括的に読み出す技術(デコーディング技術)を開発し、脳と身体の間での生体情報の統合の理解を目指す。

A01
グリア・神経ネットワークの統合による脳機能発現

脳の発達過程での神経回路形成にはアストログリアとミクログリアによる正と負の制御が鍵となる。両者の関係性とミクログリア自体が形成するネットワークの性質をin vivo(岡部)およびinvitro(小山)のアッセイ系を活用して明らかにする。成熟脳では神経回路の活動は局所での神経細胞とグリア細胞の間でのエネルギー代謝、更に血管平滑筋により制御される。これら多数のコンポーネント間での機能連関を明らかにする(田中)。

さらに、複数種類のFRETバイオセンサーを発現するマウスを使って神経-グリア間、グリア細胞間での情報伝達を可視化する。特にリン酸化酵素に注目することで、電位やカルシウム発火では観察できない外部環境による細胞の状態変化を可視化する(松田)。

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A02
グリアによる脳-身体連関の制御

末梢への侵害刺激の情報は効率良く脳に伝えられ反応を引き起こす。このような脳-身体連関の理解は通常の感覚器を介しての速い情報伝達とは異なったメカニズムを介している。本研究項目では免疫・炎症シグナルを取り上げ、脳・脊髄および末梢組織での免疫・炎症反応が脳機能をどのように制御するのか、また全身臓器の機能に影響を及ぼすのかを明らかにする。具体的には末梢シグナルの脳硬膜・脳室脈絡叢・血液脳関門による検出機構(和氣)、脊髄後角に限局したグリアによる痛み・痒みの受容機構の制御(津田)、末梢神経系における神経細胞-グリアシグナリング(石井)という三つの関連した研究を統合し、グリアをインターフェースとした脳-身体連関の共通原理を抽出する。

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A03
グリアによる脳-身体連関制御の包括的操作・解析

広域イメージングやコネクトームなどの手法の開発により神経回路研究ではより包括的な解析が急速に進展している。グリア研究においても全脳レベルでの機能の読み出しを目指す挑戦的な技術開発が必要であり、本項目ではそのような技術開発、脳-身体連関の研究を推進する。グリア細胞を薬理学的に除去した後に全脳レベルでグリア細胞を移植する技術の開発とこの技術による脳-身体連関への介入を試みる(小泉)。組織透明化技術による全脳全細胞イメージング技術は包括的な神経・グリアネットワークの解析に最適の手法であり、睡眠覚醒の制御の解明に活用する(史)。脳-身体連関に関与する多様なシグナル経路の中でもエクソソームによる遠距離の細胞間相互作用はきわめて新しいトピックであり、未知の脳-身体連関の制御シグナルの解明を目指す(星野)。

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