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Astrocyte-mediated pathogenesis of glaucoma

Research Project

Project/Area Number 22K07368
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 51030:Pathophysiologic neuroscience-related
Research InstitutionTokyo Metropolitan Institute of Medical Science (2023)
University of Yamanashi (2022)

Principal Investigator

篠崎 陽一  公益財団法人東京都医学総合研究所, 疾患制御研究分野, 副参事研究員 (10443772)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywordsグリア / 緑内障 / アストロサイト / 神経変性 / 網膜 / 1細胞RNAシークエンス
Outline of Research at the Start

緑内障は日本における中途失明原因第一位の疾患であり、網膜神経節細胞(RGC)の細胞死が失明を引き起こすが、申請者は最近、非神経細胞「アストロサイト」の機能異常がRGC傷害を誘導する事を世界に先駆けて発見した。従って、本マウスを緑内障モデルとして用いてその分子病態を解明する。特に、①アストロサイトが神経傷害性に変化する分子機構、②RGC傷害誘導機構解明、③アストロサイトを標的とする治療法の探索を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、昨年明らかにしたアストロサイトの変化がどのように網膜神経節細胞(RGC)の傷害につながるかを明らかにするため、1細胞RNAシークエンスによってRGC細胞集団のサブクラスター解析を行った。RGCを遺伝子発現パターンから2つのサブグループに分離することに成功した。1つのサブグループは、ABCA1欠損に伴って顕著に細胞数が減少した。つまりこのサブグループが緑内障に対して脆弱であると推察された。このRGCサブグループの遺伝子発現を見てみると、特に興奮性神経伝達に関わる遺伝子群が高発現しており、ABCA1欠損に伴い特にGrin3a(NMDA受容体のNR3Aサブユニットをコード)が劇的に低下することを見出した。NMDA受容体はNR1, NR2およびNR3サブユニットで構成されるが、NR3はドミナントネガティブ型サブユニットとして知られており、Ca2+透過性を負に制御する。NR3サブユニットの減少によって過剰なNMDA受容体活性化とCa2+の過剰流入に伴う興奮毒性が惹起されると考えられた。アストロサイト特異的ABCA1欠損マウスの硝子体内に低用量のグルタミン酸を投与すると、コントロールでは10%程度のRGC脱落が見られたが、アストロサイト特異的ABCA1欠損マウスでは脱落の程度が3倍以上に増悪した。昨年度の結果から、アストロサイトがケモカインを発現していることを明らかとなっていたが、それらの受容体であるCCR5やCXCR4などはRGC特異的に発現していることを明らかとした。以上の結果から、アストロサイトのABCA1遺伝子が欠損すると、アストロサイトの性質が変化してケモカイン産生を惹起し、それを受容したRGCにおいてNR3A発現が低下することでグルタミン酸/NMDA受容体を介した興奮毒性が惹起されると考えられた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

昨年度、本年度の研究結果をまとめた論文をScience Advances誌に掲載することが出来た。本成果はプレスリリース発表を行い、日本科学新聞や客観日本(中国の科学研究紹介Webサイト)のほか、様々なWebニュースで取り上げられた。さらに、日本神経科学トピックス、生化学ミニレビュー、あたらしい眼科、日本眼科学会会誌などでも研究内容を紹介し、「グリア細胞が正常眼圧緑内障の引き金となる」という全く新しい病態発症機構について広く周知することができた。グリアと視覚病態との関連性については未だ未解明な部分が多く、様々な可能性が考えられる。このような可能性を議論するために、Frontiers Ophthalmology誌にて”Glial Interactions in Glaucoma”というテーマで原著論文や総説を募集し、取りまとめる機会を得た。現在、グリアが起点となる緑内障病態について世界中の研究者に呼びかけているところである。
一方、何故/どのようにABCA1欠損がアストロサイトを病的な性質へと導くのかについては未だ明らかになっていない。これまで、神経傷害性アストロサイトの誘導には「A1アストロサイト」と呼ぶ、特定の遺伝子セットで特徴づけられる状態やその上流制御因子としてIL-1a, TNF, C1qなどが報告されている(Liddelow et al. Nature 2017)。しかしながら、今回の我々のモデルではそのような遺伝子発現変化は認められず、ことなる制御メカニズムによって規定されていると推定された。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の推進方策として、緑内障病態が「加齢性疾患」であることに着目した。つまり、グリアの変化が病態に先行して生じ、これが神経傷害の惹起につながると仮説を立てた。これまでの研究から、多くの場合、緑内障モデルマウスの3ヶ月齢ではRGCの脱落は認められず、12ヶ月齢で認められる。そこで、3ヶ月齢におけるグリアの変化について解析を進めている。ABCA1の発現を詳細に検討したところ、網膜よりもアストロサイトが高度に集積している視神経乳頭部(Optic Nerve Head, ONH)に高発現することを見出した。興味深いことに、ONHアストロサイトは3ヶ月齢において細胞や突起の肥厚化、マーカータンパクであるGFAP発現増加など活性化(反応性化)と考えられる変化を示した。Glial Lamina (ヒトのLamina Cribrosa)に相当する部分の環状断層をみると、当該部位のRGC軸索は無髄であり、直接アストロサイトに取り囲まれていた。つまり、アストロサイトの変化がダイレクトにRGC軸索に影響するものと考えられた。ヒト緑内障患者、霊長類やげっ歯類の緑内障モデル動物では共通してこの部位の傷害が最も早期かつ重要であることが広く認知されている。海外の研究では、あくまでも高眼圧による機械的負荷が傷害の原因であるという仮説が強いが、我々は正常眼圧緑内障モデルであってもこの部位の異常が病態早期に生じていることを見出している。しかもこの現象はアストロサイト特異的ABCA1欠損が原因となっていることから、グリア誘導性の病態メカニズムであると言える。この詳細を明らかにするため、次年度は空間トランスクリプトームによる解析、ONHアストロサイトのエピゲノム解析、病態を改善するための遺伝子治療ツール開発の3点を進める予定である。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (32 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 11 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 7 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Drug combination of topical ripasudil and brimonidine enhances neuroprotection in a mouse model of optic nerve injury2024

    • Author(s)
      Namekata Kazuhiko、Noro Takahiko、Nishijima Euido、Sotozono Akiko、Guo Xiaoli、Harada Chikako、Shinozaki Youichi、Mitamura Yoshinori、Nakano Tadashi、Harada Takayuki
    • Journal Title

      Journal of Pharmacological Sciences

      Volume: 154 Issue: 4 Pages: 326-333

    • DOI

      10.1016/j.jphs.2024.02.011

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Glial cells as a promising therapeutic target of glaucoma: beyond the IOP2024

    • Author(s)
      Shinozaki Youichi、Namekata Kazuhiko、Guo Xiaoli、Harada Takayuki
    • Journal Title

      Frontiers in Ophthalmology

      Volume: 3 Pages: 1-14

    • DOI

      10.3389/fopht.2023.1310226

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Microglia sense astrocyte dysfunction and prevent disease progression in an Alexander disease model2023

    • Author(s)
      Saito Kozo、Shigetomi Eiji、Shinozaki Youichi、Kobayashi Kenji、Parajuli Bijay、Kubota Yuto、Sakai Kent、Miyakawa Miho、Horiuchi Hiroshi、Nabekura Junichi、Koizumi Schuichi
    • Journal Title

      Brain

      Volume: 147 Issue: 2 Pages: 698-716

    • DOI

      10.1093/brain/awad358

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Severity of Peripheral Infection Differentially Affects Brain Functions in Mice via Microglia-Dependent and -Independent Mechanisms2023

    • Author(s)
      Le Yen-Phung、Saito Kozo、Parajuli Bijay、Sakai Kent、Kubota Yuto、Miyakawa Miho、Shinozaki Youichi、Shigetomi Eiji、Koizumi Schuichi
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 24 Issue: 24 Pages: 17597-17597

    • DOI

      10.3390/ijms242417597

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] G protein-coupled receptor 55 activated by palmitoylethanolamide is associated with the development of nocturia associated with circadian rhythm disorders2023

    • Author(s)
      Ihara Tatsuya、Shinozaki Youichi、Shigetomi Eiji、Danjo Yosuke、Tsuchiya Sachiko、Kanda Mie、Kamiyama Manabu、Takeda Masayuki、Koizumi Schuichi、Mitsui Takahiko
    • Journal Title

      Life Sciences

      Volume: 332 Pages: 122072-122072

    • DOI

      10.1016/j.lfs.2023.122072

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      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Neuroprotection and axon regeneration by novel low-molecular-weight compounds through the modification of DOCK3 conformation2023

    • Author(s)
      Namekata Kazuhiko、Tsuji Naoki、Guo Xiaoli、Nishijima Euido、Honda Sari、Kitamura Yuta、Yamasaki Atsushi、Kishida Masamichi、Takeyama Jun、Ishikawa Hirokazu、Shinozaki Youichi、Kimura Atsuko、Harada Chikako、Harada Takayuki
    • Journal Title

      Cell Death Discovery

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1038/s41420-023-01460-8

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Astrocyte Immune Functions and Glaucoma2023

    • Author(s)
      Shinozaki Youichi、Kashiwagi Kenji、Koizumi Schuichi
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 24 Issue: 3 Pages: 2747-2747

    • DOI

      10.3390/ijms24032747

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Ocular P2 receptors and glaucoma2023

    • Author(s)
      Shinozaki Youichi、Saito Kozo、Kashiwagi Kenji、Koizumi Schuichi
    • Journal Title

      Neuropharmacology

      Volume: 222 Pages: 109302-109302

    • DOI

      10.1016/j.neuropharm.2022.109302

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Astrocytic dysfunction induced by ABCA1 deficiency causes optic neuropathy2022

    • Author(s)
      Shinozaki Youichi、Leung Alex、Namekata Kazuhiko、Saitoh Sei、Nguyen Huy Bang、Takeda Akiko、Danjo Yosuke、Morizawa Yosuke M.、Shigetomi Eiji、Sano Fumikazu、Yoshioka Nozomu、Takebayashi Hirohide、Ohno Nobuhiko、Segawa Takahiro、Miyake Kunio、Kashiwagi Kenji、Harada Takayuki、Ohnuma Shin-ichi、Koizumi Schuichi
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 8 Issue: 44 Pages: 1081-1081

    • DOI

      10.1126/sciadv.abq1081

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 網膜ミクログリアと緑内障2022

    • Author(s)
      篠崎 陽一、パラジュリ ビジェイ
    • Journal Title

      Farumashia

      Volume: 58 Issue: 11 Pages: 1026-1030

    • DOI

      10.14894/faruawpsj.58.11_1026

    • ISSN
      0014-8601, 2189-7026
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transplantation of Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Microglia in Immunocompetent Mice Brain via Non-Invasive Transnasal Route2022

    • Author(s)
      Parajuli Bijay、Shinozaki Youichi、Shigetomi Eiji、Koizumi Schuichi
    • Journal Title

      Journal of Visualized Experiments

      Volume: 183 Issue: 183

    • DOI

      10.3791/63574

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      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Transient astrocytic mGluR5 expression drives synaptic plasticity and subsequent chronic pain in mice2022

    • Author(s)
      Danjo Yosuke、Shigetomi Eiji、Hirayama Yukiho J.、Kobayashi Kenji、Ishikawa Tatsuya、Fukazawa Yugo、Shibata Keisuke、Takanashi Kenta、Parajuli Bijay、Shinozaki Youichi、Kim Sun Kwang、Nabekura Junichi、Koizumi Schuichi
    • Journal Title

      Journal of Experimental Medicine

      Volume: 219 Issue: 4

    • DOI

      10.1084/jem.20210989

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] グリア細胞が制御する緑内障病態2024

    • Author(s)
      篠崎陽一
    • Organizer
      「グリアデコード・臨界期生物学・適応回路センサス」合同オンラインシンポジウム
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      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] ミューラー細胞のCDC42EP4欠損によるグルタミン酸回収異常は視神経症を誘発する2023

    • Author(s)
      篠崎陽一、武田詩穂、坂井謙斗、繁冨英治、柏木賢治、行方和彦、原田高幸、木下専、小泉修一
    • Organizer
      第64回日本神経病理学会総会学術研究会/第66回日本神経化学会合同大会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] ゴム系レジスト型高分解マルチイオンイメージセンサの製作と海馬スライスの細胞外イオン同時可視化2023

    • Author(s)
      大塚 惇平, 加藤 萌, 土井 英生, Bijay Parajuli, 堀尾 智子, 繁冨 英治, 篠﨑 陽一, 崔 容俊, 高橋 一浩, 服部 敏明, 野田 俊彦, 小泉 修一, 澤田 和明
    • Organizer
      第40回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 視神経変性疾患の病態解明と治療研究2023

    • Author(s)
      原田高幸, 行方和彦, 郭暁麗, 篠崎陽一, 原田知加子
    • Organizer
      第97回日本薬理学会年会/第44回日本臨床薬理学学術総会会合同大会
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      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 視神経機能の回復を目指した遺伝子治療研究2023

    • Author(s)
      行方和彦, 篠崎陽一, 郭暁麗, 原田知加子, 原田高幸
    • Organizer
      第97回日本薬理学会/第44回日本臨床薬理学会合同大会
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      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Mechanisms underlying mutant astrocyte-mediated white matter degeneration in Alexander disease.2023

    • Author(s)
      Kubota Y, Shigetomi E, Saito K, Shinozaki Y, Kobayashi K, Tanaka KF, Ohno N, Koizumi S
    • Organizer
      Cold Spring Harbor Asia Meeting "Novel Insights into Glia Function & Dysfunction"
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Astrocytes dysfunction induced by ABCA1 deficiency causes normal-tension glaucoma-like phenotype in mouse.2023

    • Author(s)
      Shinozaki Y, Leung A, Namekata K, Ohno N, Shigetomi E, Kashiwagi K, Harada T, Ohnuma SI, Koizumi S.
    • Organizer
      Cold Spring Harbor Asia Meeting "Novel Insights into Glia Function & Dysfunction"
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グリア機能異常による緑内障発症2023

    • Author(s)
      篠崎陽一
    • Organizer
      第1回神経化学若手KYOEN
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      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 緑内障とグリア機能2023

    • Author(s)
      篠崎陽一
    • Organizer
      第34回日本緑内障学会 シンポジウム1「次世代の病態解明と治療を目指して」
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      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] グリア異常による緑内障発症2023

    • Author(s)
      篠崎陽一
    • Organizer
      第97回日本薬理学会年会シンポジウム 「新しい視点と技術で切り開くグリア細胞研究:若手研究者の挑戦」(1-B-S21)
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      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] グリア細胞の機能異常と視覚病態2023

    • Author(s)
      篠崎陽一、小泉修一
    • Organizer
      第1回 Ocular Science Meeting
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      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] ミューラー細胞のP2Y1受容体欠損は緑内障様の傷害を誘導する2023

    • Author(s)
      森日菜子、篠崎陽一、濱田健太郎、柏木賢治、小泉修一
    • Organizer
      第147回日本薬理学会関東部会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] グリア細胞の異常が緑内障の原因となる可能性2022

    • Author(s)
      篠崎陽一、Leung Alex、行方和彦、繁冨英治、柏木賢治、原田高幸、大沼信一、小泉修一
    • Organizer
      JAASキックオフミーティング
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ABCA1 deficiency in astrocytes triggers non-cell-autonomous optic neuropathy via neuroinflammation and excitotoxicity.2022

    • Author(s)
      Shinozaki Y, Leung A, Namekata K, Ohno N, Shigetomi E, Kashiwagi K, Harada T, Ohnuma SI, Koizumi S
    • Organizer
      Neuro2022
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      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 視神経変性疾患における非細胞自律性メカニズム2022

    • Author(s)
      篠崎陽一、Leung Alex、行方和彦、柏木賢治、大野伸彦、繁冨英治、原田高幸、大沼信一、小泉修一
    • Organizer
      第96回日本薬理学会年会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 「一次性アストロサイト病」アレキサンダー病におけるミクログリアの病態関連機序の解明2022

    • Author(s)
      齋藤 光象、繁冨 英治、篠崎 陽一、パラジュリ ビジェイ、小泉 修一
    • Organizer
      第96回日本薬理学会年会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Mechanisms underlying mutant astrocyte-mediated demyelination in Alexander disease2022

    • Author(s)
      久保田 友人、繁冨 英治、齋藤 光象、篠崎 陽一、小林 憲司、田中 謙二、池中 一裕、大野 伸彦、小泉 修一
    • Organizer
      第96回日本薬理学会年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Book] Subchapter 13.2 - Single-cell genetics approach in ophthalmology in Handbook of Basic and Clinical Ocular Pharmacology and Therapeutics2022

    • Author(s)
      Alex Leung, Youichi Shinozaki, Schuichi Koizumi, Shin-ichi Ohnuma
    • Total Pages
      12
    • Publisher
      Academic Press
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 研究者のホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/view/hp-shinozakiyouichi/home

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] 東京医学総合研究所 視覚病態プロジェクト

    • URL

      https://www.igakuken.or.jp/project/detail/retina.html

    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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