Multi-Omics Profiling of the Dry Eye Microenvironment to explore the Plasticity and Heterogeneity of Immune Cells

• Project/Area Number: 20KK0207
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 56:Surgery related to the biological and sensory functions and related fields
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 猪俣 武範 順天堂大学, 医学部, 准教授 (10645667)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤本 啓一 順天堂大学, 医学部, 非常勤助手 (10876684) ; 中村 正裕 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (40634449)
• Project Period (FY): 2020-10-27 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000); Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: ドライアイ / マルチオミクス機械学習 / 炎症 / 制御性T細胞 / 可塑性 / 不均一性 / 多様性 / 眼免疫 / マルチオミクス / 機械学習 / 免疫

Outline of Research at the Start

ドライアイ症状による視覚の質の低下や仕事・学業の作業効率低下による経済損失が問題になっている。しかし未だ点眼による対症療法が主体であり、ドライアイを「治療」する方法は存在しない。その一方でドライアイの原因として涙液層の安定性の低下や高浸透圧による眼微小環境の変化により、炎症・免疫細胞の表現系が時空間的に変化する「可塑性と不均一性」が明らかになってきた。そこで本研究では、ドライアイ微小環境における免疫細胞の全ての遺伝子発現情報に対し、マルチオミクス機械学習を導入することにより、免疫細胞の可塑性・不均一性に関する分子プロファイルの挙動を解明し、ドライアイに対する新規免疫抑制薬の開発に挑戦する。

Outline of Annual Research Achievements

ドライアイは世界で10億人が罹患する最も多い眼疾患であり、超高齢社会・デジタル社会等により増加が予想されている。ドライアイ症状による視覚の質の低下や仕事・学業の作業効率低下による経済損失が問題になっている。しかし未だ点眼による対症療法が主体であり、ドライアイを「治療」する方法は存在しない。その一方でドライアイの原因として涙液層の安定性の低下や高浸透圧による眼微小環境の変化により、炎症・免疫細胞の表現系が時空間的に変化する「可塑性と不均一性」が明らかになってきた。その特徴的性質に注目した関連因子をドライアイ微小環境において探索することは、ドライアイの創薬には重要である。
そこで本研究では、ドライアイ微小環境における免疫細胞の全ての遺伝子発現情報に対し、マルチオミクス機械学習を導入することにより、免疫細胞の可塑性・不均一性に関する分子プロファイルの挙動を解明し、ドライアイに対する新規免疫抑制薬の開発に挑戦する。
該当年度は、ドライアイにおける角膜および頸部リンパ節における免疫細胞はそれぞれ不均一性があるため、シングルセルRNAseqを行い免疫細胞の層別化を行った。国際共同研究先(ハーバード大学Reza Dana研究室)でドライアイマウス誘導モデルを作成した。ドライアイ誘導後の角膜・頸部リンパ節を採取し、サンプルに対しコラゲナーゼ処理にて単細胞化を行いマイクロウェル上に細胞を播種し、DNA標識配列付きビーズを播いたのち、細胞を溶解させビーズにRNAを付着させた。日本に郵送後に逆転写反応を行い、シーケンシングライブラリを調製、シーケンシングを行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当該年度は、国際共同研究先であるハーバード大学Reza Dana研究室と打ち合わせを実施し、ドライアイ誘導マウスモデルを用いてシングルセルRNAseqを実施した。次年度のRNAシークエンス実施に向けてシングルセルRNAseqの解析を進める。

Strategy for Future Research Activity

角膜、リンパ節サンプルに対するRNAseq、シングルセルRNAseqのプロトコルは開発済みであるため、研究は順調に推移するものと考える。今後も国際共同研究先との打ち合わせを実施し、国際共同研究を推進する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Harvard Medical School/Massachusetts Eye & Ear Infirmary/Schepens Eye Research Institute(米国)
• [Journal Article] Heterogeneity of eye drop use among symptomatic dry eye individuals in Japan: large-scale crowdsourced research using DryEyeRhythm application (2021)
  • Author(s): Eguchi Atsuko、Inomata Takenori、Nakamura Masahiro、Nagino Ken、Iwagami Masao、Sung Jaemyoung、Midorikawa-Inomata Akie、Okumura Yuichi、Fujio Kenta、Fujimoto Keiichi、Miura Maria、Akasaki Yasutsugu、Shokirova Hurramhon、Hirosawa Kunihiko、Kuwahara Mizu、Zhu Jun、Dana Reza、Murakami Akira、Kobayashi Hiroyuki
  • Journal Title: Japanese Journal of Ophthalmology Volume: 65 Issue: 2 Pages: 271-281
  • DOI: 10.1007/s10384-020-00798-1
• [Journal Article] Using Medical Big Data to Develop Personalized Medicine for Dry Eye Disease (2020)
  • Author(s): Inomata Takenori、Sung Jaemyoung、Nakamura Masahiro、Iwagami Masao、Okumura Yuichi、Iwata Nanami、Midorikawa-Inomata Akie、Fujimoto Keiichi、Eguchi Atsuko、Nagino Ken、Fujio Kenta、Miura Maria、Shokirova Hurramhon、Murakami Akira
  • Journal Title: Cornea Volume: 39 Issue: 1 Pages: S39-S46
  • DOI: 10.1097/ico.0000000000002500
• [Journal Article] Variable Responses to Corneal Grafts: Insights from Immunology and Systems Biology (2020)
  • Author(s): Di Zazzo Antonio、Lee Sang-Mok、Sung Jaemyoung、Niutta Matteo、Coassin Marco、Mashaghi Alireza、Inomata Takenori
  • Journal Title: Journal of Clinical Medicine Volume: 9 Issue: 2 Pages: 586-586
  • DOI: 10.3390/jcm9020586
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research