水分子の生命科学・医学研究センター

　　　

センター概要

我々は「Water Biology（水分子の生物学）」という斬新な概念を提唱し、生命現象を水分子動態から包括的に理解しようとしている。本センターは、「水」という共通テーマに対して、物理化学、生物学、医学の最先端の知識、技術を融合することで、生体における水分子動態の物理化学的理解を深め、生物学・医学的への応用を目指している。

2022年度事業計画

■前年度より継続する活動内容について、継続する背景・根拠と目標

(I) 水を観るプロジェクト
マウスあるいはラットの急性脳スライスを用いて、S R S顕微鏡による脳組織の水動態と様々な分子量の異なる溶質分子の拡散を同時に観測し、脳リンパ流の実態と生理的役割の解明を目指す。

(II) 水を知るプロジェクト
細胞の酸化ストレス評価アルゴリズムの作成；細胞に酸化ストレスを与え、水スペクトルを取得すると同時にメタボロミクス解析を行い、酸化ストレスによる水動態の変化を測定した。現在、G S HやG S S Gの定量も同時に行い、酸化ストレスを評価するデジタルバイオマーカーの開発を目指す。

(III) 水を操るプロジェクト
AQP4の制御機構と脳のリンパ流の生理と病理の解明；
AQP4欠損マウス、アルツハイマーモデルに加え、タウのリン酸化異常トランスジェニックマウス、A L Sモデルマウス等の評価も行う。

■2022年度の新規活動目標と内容、実施の背景

  1. マイクロピペットを用いてアストロサイトや血管周囲腔に重水を直接投与し、その動態を観察する。
  2. In vivo２光子励起顕微鏡を用いて、マウス生体脳における血管周囲腔のライブイメージングを実現し、浸透圧刺激等における血管周囲腔の容積変化の定量化を目指す。

2021年度事業報告

■当該年度事業計画に対する実施内容、および研究成果と達成度

(I) 水を観るプロジェクト
非線形光学顕微鏡を用いた水分子の観察は、C A R SよりもS/N比が良く、定量性もあるS R Sへとスイッチする。脳組織の水動態の観測をA Q P４K Oとの比較で行った。

  1. マウスあるいはラットの急性脳スライスを用いて、組織の還流液を水から重水に変換することで、脳組織の水の拡散係数を求めた。
  2. 同時に蛍光励起、あるいはラマンタグによる溶質分子の拡散係数も求めた。
(II) 水を知るプロジェクト
細胞の酸化ストレス評価アルゴリズムの作成；細胞に酸化ストレスを与え、水スペクトルを取得すると同時にメタボロミクス解析を行い、酸化ストレスによる水動態の変化を測定した。現在、G S HやG S S Gの定量も同時に行い、アルゴリズム解析の基盤を形成している。

(III) 水を操るプロジェクト
AQP4の制御機構と脳のリンパ流の生理と病理の解明；
具体的には、
  1. AQP4欠損マウスを用いて、脳実質の拡散や対流の変化を観測した。
  2. AQP4欠損マウスを様々なアルツハイマーモデルと掛け合わすことで、アルツハイマー病病理におけるAQP4の役割に対する理解を深めた。アルツハイマーモデルは、A P Pのトランスジェニックマウスのみならず、ノックインマウスも使用した。モデル間の類似性や相似性を現在検討している。

■公刊論文数（件数と主たる公刊誌名）、学会発表件数（国内・国際）、イベントなど社会貢献の実績（年月日、場所）

公刊論文数：12件（以下のとおり）

  1. Mizuguchi T, Momotake A, Hishida M, Yasui M, Yamamoto Y, Saiki T, Nuriya M. Multimodal Multiphoton Imaging of the Lipid Bilayer by Dye-Based Sum-Frequency Generation and Coherent Anti-Stokes Raman Scattering. Anal Chem. 92(8):5656-5660. (2020)
  2. Nuriya M, Ashikari Y, Iino T, Asai T, Shou J, Karasawa K, Nakamura K, Ozeki Y, Fujimoto Y, Yasui M. Alkyne-Tagged Dopamines as Versatile Analogue Probes for Dopaminergic System Analysis. Anal Chem. 93(27):9345-9355. (2021)
  3. Ogasawara J, Ikenoue S, Yamamoto H, Sato M, Kasuga Y, Mitsukura Y, Ikegaya Y, Yasui M, Tanaka M, Ochiai D. Deep neural network-based classification of cardiotocograms outperformed conventional algorithms. Sci Rep. 28;11(1):13367. (2021)
  4. Ramadhanti J, Yamada T, Yasui M, Nuriya M. Differentially regulated pools of aquaporin-4 (AQP4) proteins in the cerebral cortex revealed by biochemical fractionation analyses. J Pharmacol Sci. 146(1):58-64. (2021)
  5. Suzuki M, Sujino T, Chiba S, Harada Y, Goto M, Takahashi R, Mita M, Hamase K, Kanai T, Ito M, Waldor MK, Yasui M, Sasabe J. Host-microbe cross-talk governs amino acid chirality to regulate survival and differentiation of B cells. Sci Adv. 7(10): eabd6480. (2021)
  6. Glady A, Vandebroek A, Yasui M. Human keratinocyte-derived extracellular vesicles activate the MAPKinase pathway and promote cell migration and proliferation in vitro. Inflamm Regen. 41(1):4. (2021)
  7. Chau S, Fujii A, Wang Y, Vandebroek A, Goda W, Yasui M, Abe Y. Di-lysine motif-like sequences formed by deleting the C-terminal domain of aquaporin-4 prevent its trafficking to the plasma membrane. Genes Cells. 26(3):152-164. (2021)
  8. Vandebroek A, Yasui M. Cu 1+, but not Cu 2+ is capable of inhibition of AQP4 permeability in an in vitro CHO cell based model. Biochem Biophys Rep. 14;28:101132. (2021)
  9. Ishikawa T, Yasui M. Water Transportation During Cerebral Edema Formation and Aquaporin-4. Brain Nerve. 73(9):983-989. (2021)
  10. S. Jingwen, Oda R, Hu F, Karasawa K, Nuriya M, Yasui M, Shiramizu B, Min W, Ozeki Y. Super-multiplex imaging of cellular dynamics and heterogeneity by integrated stimulated Raman and fluorescence microscopy. iScience. 9;24(8):102832. (2021)
  11. Kato Y, Munćan J, Tsenkova R, Kojić D, Yasui M, Fan JY, Han JY. Aquaphotomics Reveals Subtle Differences between Natural Mineral, Processed and Aged Water Using Temperature Perturbation Near-Infrared Spectroscopy. Appl. Sci. 11(19): 9337 (2021)
学会発表（国内1件）第62回日本神経学会学術大会（2021/5/20）、（国際1件）第5回爆傷対処国際フォーラム（録画講演）、イベント等（1件）JCRファーマ㈱講演会（2021/12/10）

■センター活動を通じて特に成果を挙げた事柄

SRS（誘導ラマン）顕微鏡を用いて脳組織の水動態を観測することに成功した。

SDGs

2. 飢餓をゼロに2. 飢餓をゼロに
3. すべての人に健康と福祉を3. すべての人に健康と福祉を
6. 安全な水とトイレを世界中に6. 安全な水とトイレを世界中に

設置期間

2015/04/01～2024/3/31

メンバー

◎印は研究代表者

氏名 所属研究機関 職位 研究分野・関心領域
◎ 安井　正人 医学部 教授 水分子の生命科学・医学、薬理学
天谷　雅行 慶應義塾／医学部 常任理事／教授 皮膚科学
中村　雅也 医学部 教授 整形外科、脊椎脊髄外科、脊髄疾患の外科的治療、神経科学（脊髄再生、栄養因子neuroimaging）
陣崎　雅弘 医学部 教授 放射線科学
岡村　智教 医学部 教授 疫学・予防医学、公衆衛生学・健康科学
相馬　義郎 医学部 医学部客員教授 薬理学、医療薬学、生理学
塗谷　睦生 医学部 准教授 中枢神経系の薬理学、イメージング
竹馬　真理子 医学部 准教授 薬理学、病態生化学、水チャネルの分子薬理学
阿部　陽一郎 医学部 助教 分子生物学、薬理学一般
泰岡　顕治 理工学部 教授 分子動力学
内田　朋希 KGRI 共同研究員 栄養学、体の水分状態
佐藤　真梨子 KGRI 共同研究員 薬学、分子生物学、情報工学
中村　友美 KGRI 共同研究員 栄養学、体の水分状態
水間　桂子 KGRI 共同研究員 嗜好科学
山﨑　瑞穂 KGRI 共同研究員 天然物化学、体の水分状態
加納　英明 KGRI 訪問教授 分子分光学、分子イメージング