Elucidation of lens sulfur metabolism by imaging mass spectrometry imaging

• Project/Area Number: 19K18828
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 56060:Ophthalmology-related
• Research Institution: Asahikawa Medical College
• Principal Investigator: 善岡 尊文 旭川医科大学, 医学部, 講師 (20548854)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: ホモシスチン / 水晶体 / アミノ酸代謝 / Lens / metabolism

Outline of Research at the Start

新規白内障マウスモデルに独自のメタボロミクス解析技術を応用することで、水晶体における代謝産物の変動を網羅的に解析し、その透明性維持機構に関わる代謝制御機構を明らかにする。具体的には代謝経路のキーレギュレーターで水晶体混濁の原因遺伝子の一つであるCystathionine-β-synthase(CBS)のノックアウトマウスを用いて定量的質量分析イメージングによるin vivo メタボロミクス解析を行うことで、マウス水晶体における硫黄代謝の変化を時空間的に解明する。白内障発症機序の解明及び、代謝をターゲットにとした治療法に繋がる基礎的知見を生み出すことが大いに期待される。

Outline of Annual Research Achievements

質量分析イメージングを使用して眼の低分子代謝物のスペクトラムを測定した。シスタチオニンベータシンターゼ(CBS)酵素欠損マウスを用いて、コン トロール群とスペクトラムを比較したところ3つの異なる代謝物を見つけた。現在MS/MSにより標品とその代謝物の同定を行っている。
CBSの変異は、臨床上ホモシスチン尿症として知られており、高頻度に水晶体亜脱臼を引き起こす。しかし、眼にはマウスの検討でCBS酵素の発現はあまりない。このことから代謝がこの表現型を引き起こしている可能性が高いため引き続き代謝と表現型の関連を研究している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

CBSの表現型は代謝の観点から、グルタチオンの低下よりもホモシステインの上昇がその毒性と関与している可能性が高い。高すぎる還元力がその毒性の本質ではないかと研究を継続している。

Strategy for Future Research Activity

CBSノックアウトマウスのタンパクのPersulfidationを評価するため、Dimedone-switch assayを行っている。さらにFBN1をターゲットにその変化を電子顕微鏡、生化学的に評価する必要がある。