2022 Fiscal Year Annual Research 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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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た。インテグリンの活性化に寄与する単量体型GTPaseのRap1を負に制御するRap1GAP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。LED照明装置を導入して高速で光照射をon/offできるシステムを導入することにより光毒性を抑制するようにした。光応答性人工タンパク質をHeLa細胞に一過的に発現させて740nmの光を3秒間照射後7秒間休む刺激を37℃条件下で細胞に繰り返し刺激したところ、光応答性人工タンパク質は細胞膜へ集積する様子が観察され細胞の面積も縮小することが観察された。これは接着斑の崩壊のためと考えられる。さらにこの光応答性人工タンパク質を骨芽細胞株であるMC3T3-E1細胞に発現させて同様の実験を行ったところ、光照射により細胞面積が縮小することを見出した。しかしながら光応答性人工タンパク質の光照射による細胞膜への局在化は光照射前からある程度見られ、その応答性も高いものではなかった。さらに通常の細胞も光照射により細胞面積の縮小がみられたことから、今後は光毒性を抑えた光照射の条件を設定するとともに光応答性モジュールの改善を行うことで、より効率的に接着斑の崩壊を起こせるように改良する予定である。
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