2019 Fiscal Year Research-status Report
Illuminating melanopsin mediated photo-responses
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18K16971
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
松山・オジョス 武 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (50756054)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | メラノプシン / 非視覚機能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
眼は視覚以外にも概日リズム光同調など様々な生理応答のために光情報を用いており、近年このような非視覚光受容機能が注目されている。このような光信号はメラノプシン細胞と呼ばれる視覚を担うのとは別の神経節細胞によって伝えられ、視覚系からの光入力に加え独自に光反応する事もできる。この光反応を担う光受容タンパク質は視覚系で機能するものと類似するオプシンタンパク質であるが、独自の光反応特性を持っている。本研究ではこのメラノプシン細胞の光反応特性を用いて非視覚応答へ介入できるか検証している。そのため野生型のマウスやメラノプシンKOマウスを用いて様々な光条件下でその行動をモニターしている。先報により、光条件を変える事で野生型のマウスやメラノプシンKOマウスを夜行性から昼行性へ帰ることができると報告されている。しかし先報では光強度のみが考慮されており、その波長分布は加味されていなかったため、まず先報の再現性を確認すると同時にどのような波長応答特性があるか検討した。またメラノプシンによってこの反応がどう制御されているか解析する。このように光の波長や強度などを操作することによって非視覚応答を制御できると考えている。現代社会は室内外照明やテレビ、PC、タブレットや携帯などのモバイルデバイスから光刺激を絶えず受け取っており、光による意図せざる副作用も懸念されている。光の非視覚応答を解析することでこのような副作用を軽減するような光環境への応用ができると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前年度の測定に加えてメラノプシンKOマウスの行動解析を始めた。しかし波長や強度を設定できる範囲が限れれているため、目的の昼夜反転などの行動リズムの変化を捉えられるまでに予定より多くの時間がかかっている。複数強度で行動をモニターすることで応答曲線を解析するのが目的だが、ほとんどの強度で同じ行動パターンが得られた。同時に複数の光強度で解析できるよう実験系を改良し、より多くの条件検討が可能になりようやく行動ルズムの変化を捉えることができた。さらに行動モニターシステムを拡張し（個数を増やした）、また近接するケージからの測定のノイズを取り除くためセンサー部分にスカートを取り付けるなど測定システムを改良した。その結果、いくつかの波長条件では行動パターンの乱れを測定できるようになった。しかしマウス行動パターンの光感度が既報／予想よりも高く全ての波長で解析できていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
当面は新型コロナウィルスの影響で動物実験が制限されるため、昨年度までに取得した行動パターンデータの解析に集中する。複数の光強度条件で測定できるようにした一方で、1条件での個体数が少なくなったため統計解析を工夫する必要がある。個体差や性差と同じように光強度も一つの変数として統計モデルに組み込み、ベイズ推定を使って状態空間モデルやガウス過程などで行動変化の定量化を試みる。また行動実験が再開できるようになったら、継続して他の波長での実験パラメーターの検討を行いより多くの波長／強度でのデータを測定する。行動パターンの変化は極度に低い光強度でしか捉えられなかったため、可能なら実験を効率化するためより低い領域で強度を振って測定できるように測定計を改良する。また網膜変性マウス、メラノプシンKOの掛け合わせた網膜変性メラノプシンKOマウスを作成し同じように波長／強度条件を振って行動をモニターする。
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| Causes of Carryover |
当初の予想よりも実験が遅れているため一部の消耗品などの物品費が予定よりも少なかった。次年度からは測定が可能になるため昨年度できなかった実験を実施する予定である。
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