【研究分野】動物生産科学

【研究領域課題番号】16H06206 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

繁殖 / 反芻家畜 / 細胞株 / GnRHニューロン / キスペプチンニューロン / 獣医学 / 畜産学 / 生理学 / 脳・神経 / 細胞・組織 / 応用動物 / 神経科学

【研究成果の概要】

ウシの最も重要な繁殖障害のひとつである卵胞嚢腫の主な原因は、排卵を誘起するGnRH（gonadotropin-releasing hormone）サージ発生中枢の機能不全であるとされるが、特に家畜におけるサージ発生中枢メカニズムはほとんど解明されていない。本研究は、反芻家畜のGnRHサージ発生中枢制御機構を解明することを目的とした。反芻家畜の繁殖中枢機能を細胞レベルで解析できる、ヤギ視床下部由来の細胞株（排卵中枢キスペプチンニューロン細胞株、卵胞発育中枢キスペプチンニューロン細胞株、GnRHニューロン細胞株）の樹立に成功した。

【研究の社会的意義】

本研究で樹立したヤギのキスペプチンニューロン細胞株およびGnRHニューロン細胞株は、家畜で唯一の視床下部由来神経細胞株であり、ウシを含む反芻家畜における繁殖中枢制御メカニズムの解析や、繁殖制御剤の開発に利用できる。その結果、反芻家畜の中枢性繁殖障害の発症機序が解明され、ウシの受胎率向上に資する新たな治療法が開発されると期待できる。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】23,790千円 (直接経費: 18,300千円、間接経費: 5,490千円)

【研究分野】生理学一般

【研究領域課題番号】15H04677 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生物物理 / ナノバイオ / 分子イメージング / 心筋 / 細胞・組織 / 生理学 / 生体分子 / 循環器・高血圧 / 筋肉生理学 / 興奮収縮連関

【研究成果の概要】

1）ラット幼若心筋細胞のZ線にα-actinin-YC-Nano140を発現させ、細胞内局所のCa濃度とサルコメア長の同時計測を行った。2）マウス摘出心臓において、心筋細胞内局所のCa動態を計測する技術を開発した。3）マウスin vivo心臓から心筋細胞内のサルコメアの動きを高空間（20 nm）・時間（10 ms）分解能で捉えることのできるシステムを開発し、サルコメア動態とマクロパラメータ（心電図および左心室内圧）のリアルタイム同時計測を行った。4）ヒト心筋の単一筋原線維においてサルコメア自励振動を惹起させ、拡張型心筋症患者の筋原線維ではサルコメアの動態挙動が抑制されていることを見出した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】26440184 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞・組織 / シグナル伝達 / 生体分子 / 生理学 / 発生・分化 / 非神経性アセチルコリン / オルガノイド / 腸幹細胞 / コリン作動系 / 腸上皮 / 腸オルガノイド / ニコチン性アセチルコリン受容体 / 腸上皮幹細胞

【研究成果の概要】

研究代表者は腸オルガノイド培養系を用いて、腸上皮細胞内ACh産生系が存在すること、及び腸上皮にある内因性AChが代謝型ムスカリン性ACh受容体（mAChRs）を介して腸幹細胞の分化・増殖、維持機構に関与することを突き止めた。さらに、「多段階質量分析イメージング」（MS/MS測定）を応用することにより、ごく微量のAChを腸組織切片から直接検出し、腸上皮組織にAChが分布していることを初めて可視化することに成功した。本研究により、非神経性AChが細胞分化、組織形成に関与しているという今までほとんど研究のターゲットにされなかったAChの新規生理学的役割をin vitroで明らかにすることに成功した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】統合動物科学

【研究領域課題番号】25292185 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨格筋 / 脂肪細胞 / 線維芽細胞 / 間葉系前駆細胞 / CSPG4 / ジストロフィン / 筋分化 / 脂肪分化 / 筋ジストロフィー / サルコペニア / 再生医学 / 筋細胞 / 細胞・組織 / 生理学 / 畜産学 / 発生・分化

【研究成果の概要】

加齢による筋萎縮（骨格筋減弱症）や筋再生が正常に進行しない筋ジストロフィーなどの筋疾患では、骨格筋内に通常みられない脂肪細胞が出現する。この脂肪細胞は生体恒常性の維持を担う骨格筋機能に大きな影響を与えることから、本研究ではその出現機序や病態生理学的意義を明らかにすることを目指した。その結果、骨格筋内脂肪細胞の起源とされる間葉系前駆細胞の分化制御を担う新規分子としてコンドロイチン硫酸プロテオグリカン4を同定することができた。また、ヒトの病態を極めて忠実に再現し、骨格筋内に脂肪蓄積を生じる新規筋ジストロフィーモデルラットの開発に成功した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円)

【研究分野】細胞生物学

【研究領域課題番号】24247037 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

上皮細胞シート / 細胞間接着装置 / アピカル膜 / イオン・水フロー / クローディン / タイトジャンクション / 水フロー / 細胞骨格 / アピカル膜複合体 / バリアー / シグナル伝達 / 細胞・組織 / 生理学 / 生体分子

【研究成果の概要】

本研究では、「上皮細胞がバリアー機能のあるシートを形成するとき、細胞間接着装置・アピカル膜はどのような分子基盤で構造的・機能的に統合されて、巧妙な生体機能制御システムが創出されるか？」 を課題とした。まず第一に、細胞間接着装置タイトジャンクション(TJ)を構成するクローディン(TJ)の構造と機能について、結晶構造解析や細胞・マウスレベルで解析を進めた。一方で、アピカル膜機能制御について、TJを起点として上皮細胞シートアピカル膜直下全体に広がる『アピカル骨格構造』を見出した。総じて、上皮バリアシステムとして生体機能を創出する『TJアピカル複合体』という研究分野を開拓した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2012-04-01 - 2016-03-31

【配分額】46,150千円 (直接経費: 35,500千円、間接経費: 10,650千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】23650274 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生体情報・計測 / 医用画像・バイオイメージング / ナノバイオシステム / 筋肉生理学 / 分子心臓学 / バイオイメージング / 生物物理学 / 1分子イメージング・ナノ計測 / 生物物理一般 / ナノバイオロジー / 細胞・組織 / 生理学

【研究成果の概要】

我々は、細胞および個体において心筋細胞内分子情報を抽出することのできる高精度イメージングシステムを開発した。I）ラット単離心筋細胞において、量子ドットを用い、単一サルコメア長を正確に計測した。II）ラット幼若心筋細胞にAcGFPを発現させ、単一サルコメア長変化を3 nmの精度で計測した。III）マウス心臓において、Ca蛍光指示薬を用いて心筋細胞内Ca動態を観察した。IV）マウス個体の心筋細胞内にAcGFPを発現させ、単一サルコメアの動きを観察した（サルコメア長の計測精度、20 nm）。本研究において開発したこれらの技術は、心疾患の早期診断装置を開発する上で重要な知見を提供するものと期待される。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2013

【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】神経・筋肉生理学

【研究領域課題番号】23300146 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生理学 / 細胞・組織 / 生体分子 / ナノバイオ / 心筋 / 筋肉生理学 / 分子・細胞生理学 / 分子心臓学 / 生物物理学 / バイオイメージング / ナノバイオシステム / １分子イメージング・ナノ計測 / 医用物理学 / 生物物理一般 / 生物物理

【研究成果の概要】

1）ラット培養幼若心筋細胞のZ線にAcGFPを発現させ、収縮の最小単位であるサルコメアの長さ変化を細胞内Ca濃度変化と同時にnm精度で解析できるシステムの構築に成功した。2）ラット培養幼若心筋細胞において、約38℃以上の条件下、高速（~10 Hz）のサルコメア振動（HSOs）が生じることを見出した。3）マウスin vivo心臓において、心筋細胞内ナノ分子情報を抽出できる新たな顕微システムを構築し、サルコメアの動きを高空間・時間分解能で捉えることに成功した。4）Frank-Starling機構について解析し、その程度が細いフィラメントの”on-off”平衡に依存していることを見出した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】19,890千円 (直接経費: 15,300千円、間接経費: 4,590千円)

【研究分野】神経・筋肉生理学

【研究領域課題番号】20500368 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生理学 / 生物物理 / 細胞・組織 / 生物・生体工学 / 生体分子

【研究成果の概要】

スターリングの心臓法則は、心筋サルコメアの発生張力が伸展によって増大するという「筋長効果」に基づいている。本研究において申請者らは、筋長効果の程度が細いフィラメントの協同性と逆相関していることを見出した。また、実験的に得られた結果を、Ca^<2+>依存性の細いフィラメントのON-OFFスイッチ機構と格子間隔を組み入れたモデルによって、定量的にシミュレートすることに成功した。これらの結果は、Frank-Starling機構が細いフィラメントの協同性によって制御されていることを示している。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】19300155 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

血管 / 剪断応力 / 内皮細胞 / カルシウム・シグナリング / メカノトランスダクション / ATP合成酵素 / カベオラ / 細胞・組織 / 生理学 / バイオメカニクス / 機械刺激 / ナノイメージング

【研究成果の概要】

血液が血管を流れることにより血管壁に発生する流れ剪断応力は血管の働きを調節している。これは血管内面を覆う内皮細胞が血流に起因する力学的刺激である剪断応力を感知して応答を起こすことに基づいている。以前我々は剪断応力の感知にATP作動性イオンチャネルP2X4が重要な役割を果たすことを報告した。本研究では、P2X4の活性化に内皮細胞から放出されるATPが必要で、ATPの放出機構には、細胞膜カベオラ・ラフトに存在するATP合成酵素の活性化が重要であることが解明された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)

【研究分野】生物系薬学

【研究領域課題番号】18890051 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シグナル伝達 / 遺伝学 / 生理学 / 細胞・組織 / 蛋白質

【研究成果の概要】

インスリン/IGFシグナリング(IIS)経路とAMP活性化キナーゼ(AMPK)経路は、糖尿病や腫瘍形成に深く関与し、mTOR経路においてクロストークすることが示唆されてきた。これらの情報伝達経路は動物間で高度に保存されているが、mTORの活性制御やその下流因子は不明な点が多い。これまでに、我々は線虫のIIS経路とAMPK経路は飢餓時の生存維持や細胞増殖の抑制に重要である知見を得てきた。そこで今回の研究では線虫の順遺伝学を駆使して、IIS経路とAMPK経路の下流で働く新規遺伝子の探索を試みた。まず、IIS経路が恒常的に活性化しているPTEN(daf-18遺伝子)とAMPKのαアイソフォームをコードする二つの遺伝子(aak-1,2)がmTORやそれと相互作用するraptorやrhebと遺伝学的相互作用することを認め、哺乳動物と同様に線虫でもIIS経路とAMPK経路の下流でmTOR経路が機能することが示唆された。しかしながら、mTORの重要な下流因子であると考えられているS6キナーゼのnull変異はPTENやAMPK変異体の表現型を抑制しなかった。S6キナーゼ以外にmTORの下流因子として4E-BPが他の動物では存在するが、線虫には保存されておらず、mTORは未知の基質を介して細胞増殖を制御している可能性が示唆された。そこで、mTORの近傍や下流で機能する未知の因子を同定するべく、飢餓時の生存率を指標として幾種類かの順遺伝学スクリーニングを行った。その中で、AMPK変異体の飢餓時の生存率を抑制する変異体としてtd81が単離された。現在td81のポジショナルクローニングを進めており、その原因遺伝子は既知のmTOR経路の遺伝子でない知見が得られている。今後原因遺伝子を同定し、哺乳培養細胞実験系で機能解析を進めていく予定である。

【研究種目】若手研究(スタートアップ)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】2,620千円 (直接経費: 2,620千円)