グリア細胞の生理機構解明とその遷移による中枢神経疾患に対する創薬戦略の国際共同開発
研究課題情報
- 課題管理番号
- 25jf0126004h0003
- 統合プロジェクト(三期)
シーズ開発・基礎研究プロジェクト
- 統合プロジェクト(二期)
シーズ開発・研究基盤プロジェクト<第二期>
- 事業名
医療分野国際科学技術共同研究開発推進事業
- タグ(2025)
研究開発目的: 基礎医学研究
研究の性格: 疾患を特定しない基礎医学研究<生命・病態解明研究>
研究モダリティ: in vivo-齧歯類
ICD-10大分類: 精神および行動の障害
対象疾患領域: 精神・神経疾患 , 老年医学・認知症 , 成育 , 感染症
特記的事項: 国際共同研究
- タグ(2024)
研究開発目的: 基礎医学研究
研究の性格: 疾患を特定しない基礎医学研究<生命・病態解明研究>
研究モダリティ: in vivo-齧歯類
ICD-10大分類: 精神および行動の障害
対象疾患領域: 精神・神経疾患 , 老年医学・認知症 , 成育 , 感染症
特記的事項: 国際共同研究
- タグ(2023)
研究開発目的: 基礎医学研究
研究の性格: 疾患を特定しない基礎医学研究<生命・病態解明研究>
研究モダリティ: in vivo-齧歯類
ICD-10大分類: 精神および行動の障害
対象疾患領域: 精神・神経疾患 , 老年医学・認知症 , 成育 , 感染症
特記的事項: 国際共同研究
- 代表研究機関
- 大学共同利用機関法人自然科学研究機構生理学研究所
- 研究代表者
(2025) 和氣弘明, 大学共同利用機関法人自然科学研究機構生理学研究所, 基盤神経科学研究領域・教授
(2024) 和氣弘明, 大学共同利用機関法人自然科学研究機構生理学研究所, 基盤神経科学研究領域・教授
(2023) 和氣弘明, 大学共同利用機関法人自然科学研究機構生理学研究所, 基盤神経科学研究領域・教授
- 研究期間
- 2023年度 - 2028年度
- 課題への総配分額
- 200,395 千円
- 研究概要(2025)
- 前年度で検証したグリア細胞のシナプス・血管への生理的作用を精神疾患モデルマウスでの変化をTremblay博士・柏木Gと連携し探る。またこの変化をそれぞれの脳領域での変化を対照として合わせこむ。これをそれぞれ、Schaefer博士とも精神疾患モデルマウスでの感覚入力特異的ミクログリアのプロファイルの変化を抽出し、発症の分子メカニズムを検討する。さらにミクログリアによってシナプスが選別される分子メカニズム及びミクログリアによる神経回路活動への修飾メカニズムと結びつけ、その全容を生理機構から精神病態までで当てはめていく。またこのミクログリアの変化するメカニズムとして母体炎症や、全身炎症などと相関付け、それぞれにおけるミクログリアのトランスクリプトーム変化を抽出する。
- 研究概要(2024)
- 柏木Gと連携し、in vivoイメージングと超解像顕微鏡手法を組み合わせた "2光子-超解像相関顕微鏡技術"を開発する。また、前年度明らかにした感覚統合領域での生理的な特性を病態に当てはめ、精神疾患モデルマウスでの特徴的な感覚受容による神経―ミクログリア細胞の活動変化をin vivoイメージングで探るとともに、それぞれの感覚特異的なグリア細胞を特定し、感覚特異的なシナプスとの空間的特徴をin vivoで抽出する。ホログラフィック顕微鏡に加えて新たなグリア細胞刺激法を開発し、グリア細胞刺激による動的変化を探る。Tremblay博士とはグリア細胞―血管連関を抽出し、グリア細胞刺激による血管の変化を検証することでグリア細胞の血管に対する生理的作用を検証する。柏木Gと共に開発した2光子―超解像相関顕微鏡を用いて、グリア細胞―シナプス間微細構造の変化をイメージングし解析する。Schaefer博士とは感覚入力特異的ミクログリアのマルチオミクス解析を行いその特徴を抽出する。
- 研究概要(2023)
- 多感覚統合領域におけるミクログリアの多様性を検証することで、ミクログリアの感覚特異性を検証し、その発達期における感覚優位性への寄与を明らかにするために、Schaefer博士のラボと連携し、研究員を派遣する。イメージングとトランスクリプトーム情報を統合するために、1細胞刺激を可能としているホログラフィック顕微鏡と色可変タンパク発現遺伝子改変マウスをMax Planckに導入する。それぞれの第一次感覚領野からの投射を検証し、ミクログリアのそれぞれのシナプス前終末に対する特異性を検証し、活動との相関を明らかにする。これにより生体イメージングで感覚入力特異的なミクログリアを抽出すると共に、イメージング後にそのミクログリアを回収することでトランスクリプトーム情報との統合を行う下地を形成する。
研究成果情報
2024
2023
成果の概要
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【研究成果】
研究開発項目①「発達期におけるミクログリア多様性獲得プロセスとその破綻による脳機能異常の理解」マックスプランク及びマウントサイナイのAnne Schaefer博士と共同で成熟期の視覚喪失及び減弱に伴う幻覚出現の神経回路基盤とその際のミクログリアの寄与を回路解析とトランスクリプトーム解析を結びつけることで明らかにした。
研究開発項目②「新規アストログリアオミクスによる脳疾患の解明」UCLAのKhakh博士のアストログリア特異的なオミクス解析ツール・CRIPRツールを小泉Gへ導入するための基礎検討を開始した。てんかん等の病態時に、アストログリアが神経細胞興奮型に変化すること、またそのメカニズムは、このアストロサイトがP2Y1受容体発現を亢進させ、本受容体依存的にIGFBP2を産生・放出することに起因していた(Shigetomi et al, Nat Commun 2024)。
研究開発項目③「脳内マクロファージの統合的プロファイリングによる細胞機能と疾患メカニズムの理解」増田GとPrinz Gは、脳硬膜に局在するマクロファージを標的とした詳細な細胞特性や機能、分布パターンを明らかにしScience Immunology誌に成果を報告した。
研究開発項目④「新規アストログリアオミクスによる認知制御機構の解明」長井Gでは、米国Baljit Khakhとの連携のもと、アストロサイトオミクスおよびCRISPRツールの技術提供を受け、若手研究者間のオンライン交流や、実験進捗に応じたプロトコルの共有を行った。
研究開発項目⑤「グリア神経連絡におけるミクログリア代謝の役割解明」本研究では、ミクログリアの乳酸代謝機構の解明と、その神経細胞との相互作用の理解を目的として研究を進めた。シナプス貪食に関わる新規経路として、非アポトーシス性カスパーゼ-3活性がC1q依存的な貪食を誘導することを見出し、この成果はNature Communications誌に掲載された(Andoh et al., 2025)。
研究開発課題⑥「発達期におけるミクログリア多様性獲得プロセスとその破綻による脳機能異常の理解」服部Gは、胎生期から生後にかけてのミクログリアの多様性獲得プロセスの解明を目指し、増田GおよびPrinz G(ドイツ・相手国)と遺伝子改変マウスを用いたフェイトマッピング解析、シングルセルトランスクリプトーム解析、機能実験を組み合わせ解析を行った。
研究開発項目⑦「ライフステージ医療研究に資する脳のグリア状態をトランス スケールで解析する先端イメージング技術開発」東京大学柏木グループは膨張顕微鏡の技術を和氣グループに移管し、"2光子-超解像相関顕微鏡技術"の開発を進めた。また。また超解像観察技術を全脳レベルに拡張した"連続切片膨張顕微鏡技術"を開発してそれについての学会発表を行った。さらに、この技術を用いてグリア細胞の全脳レベルでのイメージング解析を進めた。
【国際ネットワーク構築・拡大】
・研究代表者の和氣は、Anne Scheafer 博士との共同研究を通じて、名古屋大学と Max Planck Instituteと学術協定及びJoint Programの締結に向けて、議論及び事務手続きを開始した。さらにドイツ内でのネットワーク構築拡大を目指して、名古屋大学内の助成金を用いて、学生の派遣をSaarland大学に行った。
・研究分担者の増田は、2024年6月に開催されたKeystone Symposia: Neuroimmune Interactions: Nervous System and Immune Cell Heterogeneity in Health and Disease (Santa Fe, USA)や2025年3月に開催されたGordon Research Conference: Glial Biology-Functional interactions among glia and neurons (Ventura, USA) にて招待講演を行うと共に、ネットワーキング活動を行った。その他、ドイツおよび韓国で行われた国際シンポジウムにおいても講演し、同時にネットワーク活動を行った。さらにオーストリアで行われたヨーロッパ神経科学大会に参加し、ネットワーキングを行なった。
・本課題に基づき、ASPIREの国際連携基盤を構築すべく、さまざまな国際的な研究交流活動を実施した。2024年9月13日から15日にかけて、スイス・ローザンヌ大学においてASPIRE-GLIA Symposiumを共同研究者であるRosa Paolicelli博士とともにオーガナイズし、国内外から多数の研究者が参加した。小山は同シンポジウムにおいて講演を行ったほか、同期間中にRosa博士の研究室を訪問し、GNU培養系を基盤とした研究会議を実施するとともに、ローザンヌ大学においてASPIRE事業に関する招待講演を行った。さらに、2024年10月27日から29日にはRosa博士を日本に招聘し、東京大学(柏木チーム)および山梨大学(小泉チーム)における講演および研究会議の開催を主導した。以上の活動により、ASPIREネットワークの基盤拡大に貢献した。
・増田および服部は、Marco Prinz博士(ドイツ・相手国)が主催した第2回 International Novo Nordisk – Neuro Mac Symposium on Neuroimmunology(ドイツ・フライブルク開催)に招待されて講演を行い、各国からのグリアおよび神経免疫研究分野の著名な研究者たちと交流を深め、今後の共同研究の可能性についても意見を交わすなど有意義な機会を得た。
・本年度の国際ネットワーク構築・拡大の一環で、相手国側代表研究者として新たにカナダMcGill大学の研究グループを追加した。McGill大学を、東京大学柏木グループまた理化学研究所長井グループの研究者が直接訪問し、ASPIREの共同研究についての打ち合わせを進めた。
【国際頭脳循環等の促進に資する次世代研究者の人材育成】
・国際共同研究の遂行に向け、九州大学増田グループより2名の若手研究者を4日間フライブルク大学Prinzラボに派遣し、先方9名の研究者と個別ディスカッションを行った。
・東京大学柏木グループからは、テクニシャンとして雇用した若手人材1名を、カナダ側研究者が所属するMcGill大学に3ヶ月間派遣してAIを取り入れた電子顕微鏡解析技術について技術取得させた。
・国際頭脳循環の促進を目的として、スイスで行ったASPIRE会議の際に国内外の次世代研究者を集めた研究交流企画を実施した。これを通じて次年度のスイスからの招致が決定された。次年度のドイツASPIRE会議での交流会に向けて若手研究者による打ち合わせが進められている。
研究開発項目①「発達期におけるミクログリア多様性獲得プロセスとその破綻による脳機能異常の理解」マックスプランク及びマウントサイナイのAnne Schaefer博士と共同で成熟期の視覚喪失及び減弱に伴う幻覚出現の神経回路基盤とその際のミクログリアの寄与を回路解析とトランスクリプトーム解析を結びつけることで明らかにした。
研究開発項目②「新規アストログリアオミクスによる脳疾患の解明」UCLAのKhakh博士のアストログリア特異的なオミクス解析ツール・CRIPRツールを小泉Gへ導入するための基礎検討を開始した。てんかん等の病態時に、アストログリアが神経細胞興奮型に変化すること、またそのメカニズムは、このアストロサイトがP2Y1受容体発現を亢進させ、本受容体依存的にIGFBP2を産生・放出することに起因していた(Shigetomi et al, Nat Commun 2024)。
研究開発項目③「脳内マクロファージの統合的プロファイリングによる細胞機能と疾患メカニズムの理解」増田GとPrinz Gは、脳硬膜に局在するマクロファージを標的とした詳細な細胞特性や機能、分布パターンを明らかにしScience Immunology誌に成果を報告した。
研究開発項目④「新規アストログリアオミクスによる認知制御機構の解明」長井Gでは、米国Baljit Khakhとの連携のもと、アストロサイトオミクスおよびCRISPRツールの技術提供を受け、若手研究者間のオンライン交流や、実験進捗に応じたプロトコルの共有を行った。
研究開発項目⑤「グリア神経連絡におけるミクログリア代謝の役割解明」本研究では、ミクログリアの乳酸代謝機構の解明と、その神経細胞との相互作用の理解を目的として研究を進めた。シナプス貪食に関わる新規経路として、非アポトーシス性カスパーゼ-3活性がC1q依存的な貪食を誘導することを見出し、この成果はNature Communications誌に掲載された(Andoh et al., 2025)。
研究開発課題⑥「発達期におけるミクログリア多様性獲得プロセスとその破綻による脳機能異常の理解」服部Gは、胎生期から生後にかけてのミクログリアの多様性獲得プロセスの解明を目指し、増田GおよびPrinz G(ドイツ・相手国)と遺伝子改変マウスを用いたフェイトマッピング解析、シングルセルトランスクリプトーム解析、機能実験を組み合わせ解析を行った。
研究開発項目⑦「ライフステージ医療研究に資する脳のグリア状態をトランス スケールで解析する先端イメージング技術開発」東京大学柏木グループは膨張顕微鏡の技術を和氣グループに移管し、"2光子-超解像相関顕微鏡技術"の開発を進めた。また。また超解像観察技術を全脳レベルに拡張した"連続切片膨張顕微鏡技術"を開発してそれについての学会発表を行った。さらに、この技術を用いてグリア細胞の全脳レベルでのイメージング解析を進めた。
【国際ネットワーク構築・拡大】
・研究代表者の和氣は、Anne Scheafer 博士との共同研究を通じて、名古屋大学と Max Planck Instituteと学術協定及びJoint Programの締結に向けて、議論及び事務手続きを開始した。さらにドイツ内でのネットワーク構築拡大を目指して、名古屋大学内の助成金を用いて、学生の派遣をSaarland大学に行った。
・研究分担者の増田は、2024年6月に開催されたKeystone Symposia: Neuroimmune Interactions: Nervous System and Immune Cell Heterogeneity in Health and Disease (Santa Fe, USA)や2025年3月に開催されたGordon Research Conference: Glial Biology-Functional interactions among glia and neurons (Ventura, USA) にて招待講演を行うと共に、ネットワーキング活動を行った。その他、ドイツおよび韓国で行われた国際シンポジウムにおいても講演し、同時にネットワーク活動を行った。さらにオーストリアで行われたヨーロッパ神経科学大会に参加し、ネットワーキングを行なった。
・本課題に基づき、ASPIREの国際連携基盤を構築すべく、さまざまな国際的な研究交流活動を実施した。2024年9月13日から15日にかけて、スイス・ローザンヌ大学においてASPIRE-GLIA Symposiumを共同研究者であるRosa Paolicelli博士とともにオーガナイズし、国内外から多数の研究者が参加した。小山は同シンポジウムにおいて講演を行ったほか、同期間中にRosa博士の研究室を訪問し、GNU培養系を基盤とした研究会議を実施するとともに、ローザンヌ大学においてASPIRE事業に関する招待講演を行った。さらに、2024年10月27日から29日にはRosa博士を日本に招聘し、東京大学(柏木チーム)および山梨大学(小泉チーム)における講演および研究会議の開催を主導した。以上の活動により、ASPIREネットワークの基盤拡大に貢献した。
・増田および服部は、Marco Prinz博士(ドイツ・相手国)が主催した第2回 International Novo Nordisk – Neuro Mac Symposium on Neuroimmunology(ドイツ・フライブルク開催)に招待されて講演を行い、各国からのグリアおよび神経免疫研究分野の著名な研究者たちと交流を深め、今後の共同研究の可能性についても意見を交わすなど有意義な機会を得た。
・本年度の国際ネットワーク構築・拡大の一環で、相手国側代表研究者として新たにカナダMcGill大学の研究グループを追加した。McGill大学を、東京大学柏木グループまた理化学研究所長井グループの研究者が直接訪問し、ASPIREの共同研究についての打ち合わせを進めた。
【国際頭脳循環等の促進に資する次世代研究者の人材育成】
・国際共同研究の遂行に向け、九州大学増田グループより2名の若手研究者を4日間フライブルク大学Prinzラボに派遣し、先方9名の研究者と個別ディスカッションを行った。
・東京大学柏木グループからは、テクニシャンとして雇用した若手人材1名を、カナダ側研究者が所属するMcGill大学に3ヶ月間派遣してAIを取り入れた電子顕微鏡解析技術について技術取得させた。
・国際頭脳循環の促進を目的として、スイスで行ったASPIRE会議の際に国内外の次世代研究者を集めた研究交流企画を実施した。これを通じて次年度のスイスからの招致が決定された。次年度のドイツASPIRE会議での交流会に向けて若手研究者による打ち合わせが進められている。
学会誌・雑誌等における論文一覧
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1. Shigetomi E, Suzuki H, Hirayama YJ, Sano F, Nagai Y, Yoshihara K, Koga K, Tateoka T, Yoshioka H, Shinozaki Y, Kinouchi, H, Tanaka KF, Bito H, Tsuda M, *Koizumi S. Disease-relevant upregulation of P2Y1 receptor in astrocytes enhances neuronal excitability via IGFBP2. Nat Commun, 2024, 15(1):6525. doi: 10.1038/s41467-024-50190-7.
2. Kudo M, Yamamoto S, Hiraga S, Masuda T. Understanding stress-induced transmission of peripherally derived factors into the brain and responses in non-neuronal cells. J Neurochem 2025, 169(1):e16262. doi: 10.1111/jnc.16262
3. Amann L, Fell A, Monaco G, Sankowski R, Wu H, Jordão MJC, Borst K, Fliegauf M, Masuda T, Ardura-Fabregat A, Paterson N, Nent E, Cook J, Staszewski O, Mossad O, Falk T, Louveau A, Smirnov I, Kipnis J, Lämmermann T, Prinz M. Extrasinusoidal macrophages are a distinct subset of immunologically active dural macrophages. Sci Immunol. 2024. 9(102):eadh1129, doi: 10.1126/sciimmunol.adh1129
4. Hiraga S, Masuda T. Common principles of macrophage biology in blood–tissue barriers. Clin Exp. Neuroimmunol., 2024 https://doi.org/10.1111/cen3.12812.
5. Yamasaki A, Imanishi I, Tanaka K, Ohkawa Y, Tsuda M, Masuda T. IRF8 and MAFB drive distinct transcriptional machineries in different resident macrophages of the central nervous system. Commun Biol. 2024, 7(1):896, doi: 10.1038/s42003-024-06607-6.
6. Nomaki K, Fujikawa R, Masuda T, Tsuda M. Spatiotemporal dynamics of the CD11c+ microglial population in the mouse brain and spinal cord from developmental to adult stages. Mol Brain. 2024, 17(1):24. doi: 10.1186/s13041-024-01098-2
7. Andoh M, Shinoda N, Taira Y, Araki T, Kasahara Y, Takeuchi H, Miura M, Ikegaya Y, Koyama R. Nonapoptotic caspase-3 guides C1q-dependent synaptic phagocytosis by microglia. Nature Communications. 2025, 16, 918, doi: 10.1038/s41467-025-56342-7
8. Asai H, Ono M, Miyata T, Hattori Y. FlashTag-mediated Labeling for Intraventricular Macrophages in the Embryonic Brain. Bio-protocol. 2025, 15(2), doi: 10.21769/bioprotoc.5166
9. Yano S, Asami N, Kishi Y, Takeda I, Kubotani H, Hattori Y, Kitazawa A, Hayashi K, Kubo K, Saeki M, Maeda C, Hiraki C, Teruya R, Taketomi T, Akiyama K, Okajima-Takahashi T, Sato B, Wake H, Gotoh Y, Nakajima K, Ichinohe T, Nagata T, Chiba T, Tsuruta F. Propagation of neuronal micronuclei regulates microglial characteristics. Nat. Neurosci. 2025, 28, 487–495, doi: 10.1038/s41593-024-01863-5
10. Murayama F, Asai H, Patra AK, Wake H, Miyata T, Hattori Y. A novel preparation for histological analyses of intraventricular macrophages in the embryonic brain. Dev. Growth Differ. 2024, 66(5), 329–337, doi: 10.1111/dgd.12935
学会・シンポジウム等における口頭・ポスター
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1. 体性感覚・味覚・情動のインタラクション-食感の神経メカニズム解明に向けて, 和氣弘明, マルチセンシング連携領域合同領域会議, 2024/5/8, 国内, 口頭,
国内 / 口頭
2. ミクログリアの生理機能と病態における変化, 和氣弘明, ChildNeuro2024 in Nagoya, 2024/5/30, 国内, 口頭
国内 / 口頭
3. オリゴデンドロサイトによる神経回路の同期性制御, 和氣弘明, 神経研セミナー, 2024/6/13, 国内, 口頭
国内 / 口頭
4. 透明脳スクリーニングを用いたマウス日内休眠を制御する神経回路の同定, 山口裕嗣, 第76回日本細胞生物学会, 2024/7/17, 国内, 口頭
国内 / 口頭
5. Microglia’s morphology in 3q29del mice model of schizophrenia. Nadezhda A. Rozhkova, Noriaki Fukatsu, Masashi Ikeda, Hiroaki Wake, NEURO2024, 2024/7/24, 国外, ポスター
国外 / ポスター
6. Multi-sensory integration in mice model influenza infection, Nana Takahashi, Yuta Tanisumi, Hiroaki Wake, NEURO2024, 2024/7/25, 国外, ポスター
国外 / ポスター
7. マウス神経、グリア活動と行動表現型の連関解析, Noriaki Fukatsu, Yuta Tanisumi, Hiroaki Wake, NEURO2024, 2024/7/25, 国内, ポスター
国内 / ポスター
8. Neuronal activity-dependent translation of myelin protein changes axon conduction and affects motor task learning, Shouta Sugio, Daisuke Kato, Hiroaki Wake, NEURO2024, 2024/7/25, 国内, ポスター
国内 / ポスター
9. ミクログリアの脳ー臓器連関への寄与, 和氣弘明, NEURO2024, 2024/7/26, 国内シンポジウム(口頭)
国内 / 口頭
10. Neuronal circuit for multisensory integration in higher visual cortex, Mio Inoue, Yuta Tanisumi, Daisuke Kato, Nanami Kawamura, Akari Hashimoto,Ikuko Takeda, Etsuko Tarusawa, Hiroaki Wake, NEURO2024, 2024/7/26, 国内, 口頭
国内 / 口頭
「国民との科学・技術対話社会」に対する取り組み
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1. 脳内のごみ処理システム:ごみが溜まりすぎると免疫細胞は怒りだす?, 脳内の新たなプレイヤー脳境界マクロファージ, 増田隆博, Neuro2024 3学会合同市民公開講座「精神・神経疾患の現在位置」 (福岡国際会議場), 2024/7/27, 国内, 口頭
国内