The development of optogenetics-induced neuropathic pain model mice and the elucidation of pain mechanism

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K08925
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 丸田 豊明 宮崎大学, 医学部, 講師 (20363591)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黒木 未央 宮崎大学, 医学部, 技能補佐員 (90706483)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: オプトジェネティクス / 神経障害性疼痛 / 脊髄後根神経 / 電位依存性ナトリウムチャネル / NaV1.7 / NaV1.8 / NaV1.9

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、痛みに関与する電位依存性Na+チャネルの特定のサブタイプが発現している脊髄後根神経節ニューロンに選択的に光感受性チャネルを発現させて、光照射により疼痛が生じる遺伝子組換えマウスを作製し、このマウスに長時間光照射を行うことで神経障害性疼痛を発生させ、その機序を解明することである。本研究では、脊髄後根神経節ニューロンに発現している電位依存性Na+チャネルNaV1.7、NaV1.8、NaV1.9と光感受性チャネルChR2が共発現したNaV1.7-ChR2、 NaV1.8-ChR2、NaV1.9-ChR2マウスを用いる。これらの光感受性遺伝子改変マウスはオプトジェネティクスを用いて、われわれが独自に開発した。これらのマウスに青色光を長時間照射し、神経障害性疼痛を発生させる。脊髄や脊髄後根神経節を取り出して、タンデム質量分析やリン酸化プロテオーム解析を行い、発現量 やリン酸化量に変化があった細胞内シグナル分子を同定する。同定した細胞内シグナル分子から神経障害性疼痛発生に不可欠なものを探り出す。研究は以下の手順で進めていく予定である。
1. NaV1.7-ChR2、NaV1.8-ChR2、NaV1.9-ChR2マウスを用いた神経障害性疼痛モデル作製と行動評価
2. タンデム質量分析、リン酸化プロテオーム解析
3. 神経障害性疼痛に必要な細胞内シグナル分子の同定と検証
2年目はタンデム質量分析とリン酸化プロテオーム解析まで行う予定であった。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

セボフルラン麻酔下に、NaV1.7-ChR2、NaV1.8-ChR2、NaV1.9-ChR2マウスの足底に青色光を一定時間照射し、神経障害性疼痛モデルを作製した。次に、照射する最適な光強度と照射時間を検討し、それぞれ2つの光強度で30分間の光照射を行うこととした。3系統のマウスでの行動評価の結果を得ることができたが、行動評価に時間がかかり、プロテオーム解析まで進めることができなかった。

Strategy for Future Research Activity

研究計画通りの進歩状況にするために研究を急ぐが、どうしても無理な場合は研究期間を延長する必要がある。

Causes of Carryover

学会発表の旅費に予定した分がリモートになり、予定額使用額と若干の差が生じた。

Research Products

• [Journal Article] Epidural Anesthesia and Continuous Epidural Analgesia in a Pediatric Patient With Pelizaeus-Merzbacher Disease: A Case Report. (2022)
  • Author(s): Toyoaki Maruta, Yumi Watanabe, Yukiko Nagata, Rina Kashino, Isao Tsuneyoshi
  • Journal Title: Cureus Volume: 14 Pages: e29983
  • DOI: 10.7759/cureus.29983
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Selective optogenetic activation of NaV1.7-expressing afferents in NaV1.7-ChR2 mice induces nocifensive behavior without affecting responses to mechanical and thermal stimuli. (2022)
  • Author(s): Toyoaki Maruta, Kotaro Hidaka, Satoshi Kouroki, Tmohiro Koshida, Mio Kurogi, Yohko Kage, Seiya Mizuno, Tetsuro Shirasaka, Toshihiko Yanagita, Satoru Takahashi, Ryu Takeya, Isao Tsuneyoshi
  • Journal Title: PLoS One Volume: 17 Pages: e0275751
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0275751
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Extracellular signal-regulated kinase phosphorylation enhancement and NaV1.7 sodium channel upregulation in rat dorsal root ganglia neurons contribute to resiniferatoxin-induced neuropathic pain: The efficacy and mechanism of pulsed radiofrequency therapy. (2022)
  • Author(s): Kotaro Hidaka, Toyoaki Maruta, Tomohiro Koshida, Mio Kurogi, Yohko Kage, Satoshi Kouroki, Tetsuro Shirasaka, Ryu Takeya, Isao Tsuneyoshi
  • Journal Title: Mollecular Pain Volume: 18 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1177/17448069221089784
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of cryoprecipitate on an increase in fibrinogen level in patients with excessive intraoperative blood loss: a single-center retrospective study. (2022)
  • Author(s): Satoshi Kouroki, Toyoaki Maruta, Isao Tsuneyoshi
  • Journal Title: JA Clinical Reports Volume: 8 Pages: 27
  • DOI: 10.1186/s40981-022-00516-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] パルス高周波療法によるTRPV1、CGRP、BDNFの変化：レシニフェラトキシン誘発性疼痛ラット脊髄後根神経節での検討 (2022)
  • Author(s): 越田智広、丸田豊明、日髙康太郎、興梠聡志、恒吉勇男
  • Organizer: 第44回日本疼痛学会
• [Presentation] オプトジェネティクスを用いた光による痛み制御：ナトリウムチャネルNaV1.7・ NaV1.8・NaV1.9を標的とした遺伝子改変マウスの開発と疼痛行動の比較 (2022)
  • Author(s): 丸田豊明、興梠聡志、日髙康太郎、越田智広、白阪哲朗、恒吉勇男
  • Organizer: 第69回日本麻酔科学会
• [Book] 麻酔科トラブルシューティング A to Z 第2版 (2022)
  • Author(s): 丸田豊明、他
  • Total Pages: 629
  • Publisher: 文光堂
  • ISBN: 978-4-8306-2853-5