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。

2023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
AQP4KOマウスあるいはAQP4KOラットの急性脳スライスを用いて、SRS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。AQP4阻害薬の効果も検討する。

(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、GSHやGSSG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；
in vivo 対応SRS顕微鏡を用いて生体マウス脳の水動態の可視化を行う。AQP4欠損マウス、アルツハイマーモデルも検討する。

■2023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やアミロイドを直接投与し、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。

2022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、CARSよりもS/N比が良く、定量性もあるSRSへとスイッチする。

  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、SRSで水動態を経時的に観測し、脳組織における水の拡散係数を求めた。
  2. 同時に蛍光励起による溶質分子の動態をSRS対応２光子顕微鏡で観測し、拡散係数も求めた。以上の成果をまとめ論文投稿した。
(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；最初のステップとして、GSHやGSSGの溶液の近赤外分光による評価を行った。その結果、水の領域で特徴的な波長の変化を見出すことができた。また、定量化にも成功した。

(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、APP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。また、Tauのクリアランスに関してもAQP4が関与していることを示すことができた。

■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：9件（以下のとおり）

  1. Oda R., Shou J, Zhong W, Ozeki Y, Yasui M, Nuriya M, Direct visualization of general anesthetic propofol on neurons by stimulated Raman scattering microscopy. iScience. 25(3):103936. (2022)
  2. Ishida K, Yamada K, Nishiyama R, Hashimoto T, Nishida I, Abe Y, Yasui M, Iwatsubo T. Glymphatic system clears extracellular tau and protects from tau aggregation and neurodegeneration. J Exp Med. 219(3): e20211275. (2022)
  3. Imaizumi A, Obata T, Kershaw J, Tachibana Y, Yoichiro Abe, Sayaka Shibata, Nobuhiro Nitta, Ichio Aoki, Yasui M, Higashi T. Quantitative measurement of diffusion-weighted imaging signal using expression-controlled aquaporin-4 cells: Comparative study of 2-compartment and diffusion kurtosis imaging models. PLoS One. 19;17(4): e0266465. (2022)
  4. Shi Y, Yasui M, Hara-Chikuma M. AQP9 transports lactate in tumor-associated macrophages to stimulate an M2-like polarization that promotes colon cancer progression. Biochem Biophys Rep. 7;31:101317. (2022)
  5. Nakamura K, Karasawa K, Yasui M, Nuriya M. Probing the Spatiotemporal Dynamics of Oxytocin in the Brain Tissue Using a Simple Peptide Alkyne-Tagging Approach. Anal Chem. 2022 Sep 6;94(35):11990-11998. (2022)
  6. Abe Y, Yasui M. Aquaporin-4 in Neuromyelitis Optica Spectrum Disorders: A Target of Autoimmunity in the Central Nervous System. Biomolecules. 12(4), 591; (2022)
  7. Osaki A, Aoyama M, Mita M, Hamase K, Yasui M, Sasabe J. Endogenous d-serine exists in the mammalian brain independent of synthesis by serine racemase. Biochem Biophys Res Commun. 22;641:186-191.(2023)
  8. Murakami A, Tsuji K, Isoda M, Matsuo M, Abe Y, Yasui M, Okamura H, Tominaga K. Prolonged light exposure induces circadian impairment in aquaporin-4-knockout mice. J. Biol. Rhythms. (2023) In press.
  9. Wang Y, Suzuki R, Fujii A, Ieki K, Goda W, Yasui M, Abe Y, A tyrosine-based YXXΦ motif regulates the degradation of aquaporin-4 via both lysosomal and proteasomal pathways and is functionally inhibited by a 10-amino-acid sequence within its C-terminus. FEBS Lett. (2023)
・学会発表
（国内2件）
  1. OYC Bio Symposium 2022（2022/7/7）
  2. 第40回日本神経治療学会学術集会（2022/11/22-4）
（国際2件）
  1. 第8回 慶應-スタンフォード Webinar（2022/3/26（2021年度報告書提出後の開催）、web（講演は録画映像））
  2. 66th BENZON Symposium - AQUAPORIN 2022: Aquaporins in Health and Disease（Copenhagen、 2022/9/26-29）
・イベント等（1件）
笹川医学奨学金進修生同学会事業日中ハイエンド医学フォーラム―2022年大健康フォーラム（2022/8/20、ハイブリッド会議）

■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。また、近赤外分光を用いたGSH、GSSGの定量化にも成功した。

SDGs

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
勝部　諒 KGRI 共同研究員 生物化学、食品機能化学、糖鎖生物学
高藤　和輝 KGRI 共同研究員 プロテオミクス
高屋　潤一郎 KGRI 共同研究員 ケミカルバイオロジー
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
加納　英明 KGRI 訪問教授 分子分光学、分子イメージング