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2023 Fiscal Year Research-status Report

Protection of retinal degenerations by controling neurotrophins secreation via optogenetic technologies

Research Project

Project/Area Number 21K18278
Research InstitutionIwate University

Principal Investigator

富田 浩史  岩手大学, 理工学部, 教授 (40302088)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 菅野 江里子  岩手大学, 理工学部, 准教授 (70375210)
尾崎 拓  岩手大学, 理工学部, 准教授 (70621069)
田端 希多子  岩手大学, 理工学部, 特任准教授 (80714576)
Project Period (FY) 2021-07-09 – 2025-03-31
Keywordsステップ関数型オプシン / 遺伝子治療 / 網膜変性疾患 / ミューラー細胞 / 線条体
Outline of Annual Research Achievements

当研究室で開発したステップ関数型オプシン(SFO)に分類されるswitChは、450~600nmの光照射でチャネルが開口し、1秒間の光照射では光消灯後も約7分間開口が持続し陽イオンの流入が持続する。また、開口状態の際に、400nmの光を照射することで即座に閉口させることが可能な特徴的なSFOである。現在までに、switChを恒常的に発現する培養ミューラー細胞に光照射を行うことでGDNFの発現が増加すること、switCh発現Tgラットは連続光照射による視細胞変性に対し、耐性を示すことが明らかとなっている。
今年度は、GDNF以外の神経栄養因子の発現の変化を調べるとともに、switChによる神経変性保護の可能性を調べる目的で脳への遺伝子導入で光による行動制御が可能かについて調べた。
培養細胞において、BDNF, CNTF, NGF, bFGF, EGFの発現を調べたところ、NGF, CNTFについては変化が見られなかったものの、BDNF, bFGF, EGFの発現は3-5倍に増加した。GDNFの発現増加によりBDNFの発現が誘導されることが報告されているが、bFGF,EGFの増加のメカニズムは不明である。また、switChを線条体に導入し、線条体を光ファイバーで光刺激を行ったところ、光刺激と対側で運動を制御できることが新たに判明した。
以上の結果から、switCh遺伝子の導入により、神経栄養因子の発現を誘導できることだけでなく、神経細胞に発現させることによって神経細胞の活動を短い光刺激で長時間制御可能であることが明らかとなった。
今後は、照射する光の量や時間を制御し、産生されるGDNFタンパク量を測定する予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

グリア細胞にswitChを導入し神経栄養因子の誘導を試みたが、非特異的プロモーターを用いた場合、神経細胞にも導入され、神経細胞の活動制御へと繋がった。実際、パーキンソンモデルで用いられる行動試験を用いて、線条体に遺伝子導入を行ったところ緑色光刺激で対側足の抑制が見られ、1秒の光刺激でその抑制は3分以上持続した。また、400nm(紫色)の光刺激で、その抑制は直ちに解除され、照射する光波長で行動を制御できることが確認できた。以上の結果は、網膜のみならず脳への単一の遺伝子導入で、照射する光波長を変えることで活動を制御できることが明らかとなった。

Strategy for Future Research Activity

GFAPプロモーターを持つAAVベクター2型ベクターの硝子体内投与による遺伝子導入効率は低く、AAV6型変異型を用いることで導入効率の改善が見られた。当研究室で新たに開発した変異型AAV2種類は培養細胞を用いたスクリーニングで高い導入効率が得られたため、これらの血清型でミューラー細胞への導入を試み、より変性保護効果を高めることができるかを検証する。また、Tgラット網膜中のGDNFの発現量をタンパクレベルで検出し、保護効果をさらに高めるための光条件や照射時間を決定する。

Causes of Carryover

AAV2型を用いたラット網膜への遺伝子導入では導入効率が低かったため、最適なAAV血清型の選択に注力した。このため、動物実験の頻度が当初予定より少なくなった。今年度は選択した血清型を用いて、当初予定した動物実験を進める予定で、この目的に生じた差額を使用する予定である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Role of calpain-5 in cerebral ischemia and reperfusion injury2024

    • Author(s)
      Chukai Yusaku、Ito Ginga、Miki Yasuo、Wakabayashi Koichi、Itoh Ken、Sugano Eriko、Tomita Hiroshi、Fukuda Tomokazu、Ozaki Taku
    • Journal Title

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects

      Volume: 1868 Pages: 130506~130506

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2023.130506

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Establishment of immortalized Egyptian Rousettus bat cell lines2024

    • Author(s)
      Bai Lanlan、Tani Tetsuya、Kobayashi Takeshi、Nouda Ryotaro、Kanai Yuta、Sano Yusuke、Takami Kazutoshi、Tomita Hiroshi、Sugano Eriko、Ozaki Taku、Kiyono Tohru、Fukuda Tomokazu
    • Journal Title

      FEBS Open Bio

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1002/2211-5463.13781

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Characterization of Common Minke Whale (<i>Balaenoptera Acutorostrata</i>) Cell Lines Immortalized with the Expression of Cell Cycle Regulators2023

    • Author(s)
      Sekine Aya、Yasunaga Genta、Kumamoto Soichiro、Fujibayashi So、Munirah Izzah、Bai Lanlan、Tani Tetsuya、Sugano Eriko、Tomita Hiroshi、Ozaki Taku、Kiyono Tohru、Inoue‐Murayama Miho、Fukuda Tomokazu
    • Journal Title

      Advanced Biology

      Volume: 8 Pages: -

    • DOI

      10.1002/adbi.202300227

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evaluation of Local Retinal Function in Light-Damaged Rats Using Multifocal Electroretinograms and Multifocal Visual Evoked Potentials2023

    • Author(s)
      Takita Yuya、Sugano Eriko、Kitabayashi Kazuya、Tabata Kitako、Saito Akito、Yokoyama Takanori、Onoguchi Reina、Fukuda Tomokazu、Ozaki Taku、Bai Lanlan、Tomita Hiroshi
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 24 Pages: 16433~16433

    • DOI

      10.3390/ijms242216433

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 新規アニオンチャネルロドプシンによる視細胞変性保護および視機能の評価2023

    • Author(s)
      髙橋 紗良 , 菅野 江里子, 田端 希多子, 木村 悠, 佐山 達紀, 小野口 怜奈, 佐藤 美穂, 冨田 浩史
    • Organizer
      日本光医学・光生物学会
  • [Presentation] 内因性光信号を用いた視覚再建ラットの視覚野イメージング2023

    • Author(s)
      丸岡 史侑, 菅野 江里子, 田端 希多子, 外川 龍之介, 片山 統裕, 冨田 浩史
    • Organizer
      日本光医学・光生物学会
  • [Presentation] 「光を使った眼科・皮膚科領域における診断・治療の最先端」 オプトジェネティクス技術を用いた網膜変性保護と視覚再生技術2023

    • Author(s)
      冨田浩史、菅野江里子
    • Organizer
      日本光医学・光生物学会
    • Invited
  • [Presentation] ヒツジ筋肉由来線維芽細胞の無限分裂および生物学的特徴の解明2023

    • Author(s)
      福田智一、菊地乃愛、松坂ひまり、白蘭蘭、佐野宏明、永塚貴弘、仲川清隆、菅野江里子、尾﨑拓、冨田浩史、清野透
    • Organizer
      日本畜産学会
  • [Presentation] 多局所網膜電図及び他局所□誘発電位を用いた光障害モデルラットの評価2023

    • Author(s)
      滝田祐也、菅野江里子、北林和也、斎藤瑛斗、横山貴記、小野口伶奈、田端希多子、佐藤美穂、冨田浩史
    • Organizer
      日本眼薬理学会
  • [Presentation] 分子動力学シュミレーションに基づくアミノ酸間相互作用解析と高機能チャネルロドプシンの開発2023

    • Author(s)
      横山貴記、菅野江里子、佐山達紀、畠山暁斗、斎藤瑛斗、田端希多子、坂尻徹也、冨田浩史
    • Organizer
      日本眼薬理学会
  • [Remarks] 岩手大学 視覚神経科学研究室

    • URL

      http://web.cc.iwate-u.ac.jp/~htomita/vis-neurosci/

URL: 

Published: 2024-12-25  

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