2020 Fiscal Year Annual Research Report
Injury mechanism of blue light against insect cells
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18H03946
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
堀 雅敏 東北大学, 農学研究科, 准教授 (70372307)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
麻生 久 東北大学, 農学研究科, 教授 (50241625)
原田 昌彦 東北大学, 農学研究科, 教授 (70218642)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 青色光 / 殺虫 / 昆虫細胞 / 傷害 / 細胞増殖 / 細胞周期 / 活性酸素 / 細胞死 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までの研究で、405nmの短波長青色光と470nmの長波長青色光では細胞への傷害作用が異なる可能性が示された。また、その作用の違いは両波長のエネルギーの違いではなく、波長そのものの違いによるものである可能性が示された。405nmのLED光はUVA領域も含むため、本年度はUVA領域を含まない420nmの短波長青色光を加えて、405nm、420nm、470nmの3波長間で細胞に与える傷害を、フローサイトメーターおよび蛍光顕微鏡を用いて解析した。アポトーシス過程で生じるDNAのニックを蛍光顕微鏡を用いて観察したところ、405および420nmの短波長青色光ではほとんどの細胞の核DNAでニックが観察されたが、470nmの長波長青色光では観察されなかった。また、フローサイトメトリーによるニック頻度解析でも両短波長青色光ではニック頻度の増加がみられたが、長波長青色光ではみられなかった。このことから、短波長青色光は細胞にアポトーシスを誘導するが、長波長青色光はアポトーシスを誘導しないことが明らかになった。一方、細胞周期解析では、短波長青色光、長波長青色光ともに照射により細胞周期がG2/M期で停止することが示されたが、短波長青色光は長波長青色光と異なり細胞死により細胞周期が停止している可能性が示された。蛍光観察により各DNAの形態を詳細に調査したところ、短波長青色光ではアポトーシス誘導細胞が観察されたが、長波長青色光ではアポトーシス誘導細胞ではなく、細胞分裂が正常に進まない異常細胞が多く観察された。また、ショウジョウバエ個体に青色光を照射し、活性酸素の発生レベルを波長間で比較したところ、短波長青色光ではUVAと同様に活性酸素レベルの大きな上昇が見られたが、長波長青色光では上昇幅が比較的小さかった。以上のことから、短波長と長波長の青色光では殺虫メカニズムが異なっている可能性が示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度はコロナの感染拡大による研究の一時的な中断などがあったため、当初予定よりも進捗がやや遅れた。また、青色光の殺虫メカニズムが短波長側と長波長側で異なることは当初予期していない発見であり、殺虫メカニズムを明らかにする上で、また、光生物学上もきわめて重要な発見であると考えられたため、昨年度に引き続き両波長域の細胞傷害メカニズムを詳細に解析する必要があると考えた。そのため、当初予定していなかった両波長域の違いの詳細な解析を優先して実施したため、哺乳類細胞に対する青色光の影響解析や酸化ストレス解析、青色光受容体の同定などに遅れが生じている。当初推測していなかった重要な発見についてその詳細が明らかになってきたものの、遅れが生じている項目もいくつかあるため、全体としてはやや遅れているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は昆虫細胞に対する青色光の短波長側と長波長側の傷害作用の違いについて詳細に解析をした。その結果、傷害作用は両波長間で大きく異なることが明らかになってきた。青色光は活性酸素を生じさせることで細胞傷害を引き起こすと考えられるが、本年度の研究で、ショウジョウバエ成虫に短波長青色光と長波長青色光を照射して、発生する活性酸素レベルを比較したところ、殺虫効果の高い470nmの長波長青色光よりも殺虫効果の低い短波長青色光の方が活性酸素量が多い傾向がみられた。すなわち、短波長青色光と長波長青色光とで細胞傷害作用が異なるだけでなく、活性酸素発生量と殺虫効果の大きさが必ずしも一致していないことが明らかになってきた。そこで次年度は短波長青色光と長波長青色光で細胞に対する傷害メカニズムの違いを明らかにするために、両波長域の青色光照射間での細胞における酸化ストレス誘導の違いを、蛍光顕微鏡およびフローサイトメーターを用いて解析する。また、両波長域の青色光照射間で細胞傷害に至る過程の違いを明らかにするため、タイムラプス動画記録による細胞の継時的変化の解析を行う。さらに、昆虫個体やS2細胞が青色光を感受する機構を解明するため、青色光照射への感受性が変化したショウジョウバエ個体やS2細胞を用い、吸収スペクトルや青色光感受性を比較解析することにより、青色光受容体の同定を行う。
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