Analysis of the role of AMPK in the retina for the development of a novel treatment for atrophic age-related macular degeneration

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K09457
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 平沢 学 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 訪問講師 (80365345)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小澤 洋子 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (90265885)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 網膜 / 老化 / 加齢黄斑変性 / 代謝

Outline of Annual Research Achievements

加齢黄斑変性(Age-related macular degeneration; AMD)は国内中途失明原因の第４位、米国では第１位を占める疾患である。現代は高齢化社会であり、患者は増加している。中でも、現時点では治療法のない萎縮型AMDの発症には光暴露が発症リスク因子として着目される。網膜は光を受容し視覚を形成するため、エネルギー代謝が非常に盛んであり、過剰の光に暴露した網膜では、酸化ストレスが亢進し、網膜視細胞死が引き起こされ、萎縮型網膜変性をきたす。そこで我々は、光暴露モデルマウスにおける網膜視細胞死のメカニズムを、エネルギー代謝の調節機構である5' AMP-activated protein kinase (AMPK)に着目して解析している。そのために、光暴露マウスモデルを作製し、AMPK活性化剤である5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-β-D-ribofuranoside (AICAR)により介入して、網膜変性を抑制することを、網膜電図を用いて解析した。全身臓器・組織の中でも網膜はエネルギー代謝が盛んであることが知られ (Chertov et al. J Biol Chem2011)、ATP産生には酸素が重要であり、ヒト網膜では10秒間の阻血でも視機能が失われることが知られること、エネルギー代謝調節の鍵分子には、AMPKがあり、網膜でのAMPKの重要性は明らかであるが、光暴露との関連は不明であることから、この分子に着目している。本研究により、萎縮型AMDの発症メカニズムの一端が明らかにされることで、将来的に現在治療法のない萎縮型AMDの発症や進行に対する新規予防治療の開発につなげる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

アルビノであるBalb/cマウスを12時間の暗順応直後に、研究室内に確保されている専用光照射ケージに入れ、3000ルクスの光源に１時間暴露することで光暴露マウスモデルを作製した。そして通常状態に戻して飼育し、光暴露後4日目に、研究室に常備される器械を用いて網膜電図(Electroretinogram; ERG)により視機能を測定したところ、明らかに視機能は障害されておりモデルは計画通り作製できていた。AICARは腹腔内投与とし、投与量は、申請者らが既に報告した、網膜炎症モデルにおける神経保護効果を得られる量(Kamoshita, Ozawa etal. PLoS One 2014)を用いたところ、光暴露マウスモデルにおいてAICAR投与によりERG反応の低下が抑制されるという結果を得ることができた。すなわちAICARの効果は明らかで、その治療介入条件を決定することができた。

Strategy for Future Research Activity

今後は、この光暴露マウスモデルにおけるAICARの視機能保護効果のメカニズムを組織学的、分子生物学的に解析する。そのためにAICAR、もしくはコントロール溶媒を投与し光暴露をした動物および光暴露なしの動物をさらに作製し、経時的に網膜サンプルを解析する。本モデルでの、網膜内のエネルギー状態については、プライムテック社の細胞外フラックスアナライザーを用いた酸素消費度の測定を行う予定である。本手法は米国のD’Amoreラボとの共同研究により、研究室でも立ち上げた手法があり、それを用いて測定する。光暴露の有無、もしくは光暴露モデルマウスにおけるAICAR投与の有無による酸素消費度の違いを比較する。加えて細胞内呼吸関連酵素およびATPを解析する。