2021 Fiscal Year Research-status Report
The development of regulatory methods for osteocyte function using optogenetics
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18K19633
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| Research Institution | Teikyo Heisei University |
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Principal Investigator |
吉田 卓史 帝京平成大学, 薬学部, 准教授 (30455795)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 骨リモデリング / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨リモデリングは骨の中で骨芽細胞、破骨細胞、骨細胞の3種類の細胞が互いに連携することにより成し遂げられている。この骨リモデリングの詳細なメカニズムを解明することは骨粗鬆症などを初めとする骨に関する様々な病気の治療や予防法の開発につながる重要なテーマである。しかしながら骨関連細胞は固い無機質の中に埋没しているために単離も難しく、ましてや細胞の局所に任意に機械的刺激を負荷することは難しく、骨リモデリングの詳細な解析は進んでいない。本研究ではオプトジェネティクス(光遺伝学)法を利用することによりこの問題を解決することを目的としている。これまでに機械刺激により活性化する単量体型
GTPaseのRap1に注目して、この活性を光により制御できる新規光刺激応答性タンパク質の開発を行ってきた。この人工タンパク質は光照射により細胞内で局在を変えることができることを見出していたが、短時間に強い光を照射することにより細胞毒性も生じていた。そこで昨年度は新たに導入したLED照明による光照射装置を用いた光照射の条件検討を行ってきた。LEDはキセノンランプと違い高速でon/offが制御できることと、光強度を制御できるため細胞障害を抑制できる。さらに細胞の局所だけに光照射をすることができるシステムも導入しているが、うまく調整ができていない。今後はこれら2つのシステムの条件の最適化を行ったうえで骨系細胞に用いて解析を行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
Rap1タンパク質と光モジュールを結合した光応答性人工タンパク質の構築はすでに終えている。実際に細胞内での膜移行が生じることも確認できた。しかしながら光毒性が生じたためLED照明を導入し、この光反応をより低毒性で行えるように準備した。ただ、導入したLED照明が点灯しない故障が生じたため、製造国であるイギリスに修理に出したため全体のスケジュールが遅れてしまった。また、骨細胞株を購入して実験を進める予定にしていたが、国際情勢の悪化により入手が困難になったことも研究が遅れている原因となった。今後はLEDの条件検討を早く完了させるとともに、マウスからの骨細胞の単離も検討して当初の目的を達成する。
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| Strategy for Future Research Activity |
LED照明の条件検討を完了することを第一として進める。さらに細胞局所にだけ光照射するシステムの最適化も並行して行う。そのうえで骨系細胞に光応答性人工タンパク質を導入し、光により骨系細胞に局所的な機械刺激を与える方法の確立を行う。
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| Causes of Carryover |
使用をしていたLED照明装置が故障したため修理に時間がかかったことと、新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の拡大により、入手予定だった細胞株が手に入らなかった事により研究計画に変更が生じたため。それに伴い補助事業期間を延長していただいた。
この助成金は新規光応答性人工タンパク質の改良に必要な酵素や試薬を計画的に購入するのに使用する予定である。
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