2023 Fiscal Year Research-status Report
Astrocyte-mediated pathogenesis of glaucoma
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22K07368
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science |
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Principal Investigator |
篠崎 陽一 公益財団法人東京都医学総合研究所, 疾患制御研究分野, 副参事研究員 (10443772)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | グリア / 緑内障 / アストロサイト / 神経変性 / 網膜 / 1細胞RNAシークエンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昨年明らかにしたアストロサイトの変化がどのように網膜神経節細胞(RGC)の傷害につながるかを明らかにするため、１細胞RNAシークエンスによってRGC細胞集団のサブクラスター解析を行った。RGCを遺伝子発現パターンから２つのサブグループに分離することに成功した。１つのサブグループは、ABCA1欠損に伴って顕著に細胞数が減少した。つまりこのサブグループが緑内障に対して脆弱であると推察された。このRGCサブグループの遺伝子発現を見てみると、特に興奮性神経伝達に関わる遺伝子群が高発現しており、ABCA1欠損に伴い特にGrin3a(NMDA受容体のNR3Aサブユニットをコード)が劇的に低下することを見出した。NMDA受容体はNR1, NR2およびNR3サブユニットで構成されるが、NR3はドミナントネガティブ型サブユニットとして知られており、Ca2+透過性を負に制御する。NR3サブユニットの減少によって過剰なNMDA受容体活性化とCa2+の過剰流入に伴う興奮毒性が惹起されると考えられた。アストロサイト特異的ABCA1欠損マウスの硝子体内に低用量のグルタミン酸を投与すると、コントロールでは10%程度のRGC脱落が見られたが、アストロサイト特異的ABCA1欠損マウスでは脱落の程度が３倍以上に増悪した。昨年度の結果から、アストロサイトがケモカインを発現していることを明らかとなっていたが、それらの受容体であるCCR5やCXCR4などはRGC特異的に発現していることを明らかとした。以上の結果から、アストロサイトのABCA1遺伝子が欠損すると、アストロサイトの性質が変化してケモカイン産生を惹起し、それを受容したRGCにおいてNR3A発現が低下することでグルタミン酸/NMDA受容体を介した興奮毒性が惹起されると考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度、本年度の研究結果をまとめた論文をScience Advances誌に掲載することが出来た。本成果はプレスリリース発表を行い、日本科学新聞や客観日本(中国の科学研究紹介Webサイト)のほか、様々なWebニュースで取り上げられた。さらに、日本神経科学トピックス、生化学ミニレビュー、あたらしい眼科、日本眼科学会会誌などでも研究内容を紹介し、「グリア細胞が正常眼圧緑内障の引き金となる」という全く新しい病態発症機構について広く周知することができた。グリアと視覚病態との関連性については未だ未解明な部分が多く、様々な可能性が考えられる。このような可能性を議論するために、Frontiers Ophthalmology誌にて”Glial Interactions in Glaucoma”というテーマで原著論文や総説を募集し、取りまとめる機会を得た。現在、グリアが起点となる緑内障病態について世界中の研究者に呼びかけているところである。
一方、何故/どのようにABCA1欠損がアストロサイトを病的な性質へと導くのかについては未だ明らかになっていない。これまで、神経傷害性アストロサイトの誘導には「A1アストロサイト」と呼ぶ、特定の遺伝子セットで特徴づけられる状態やその上流制御因子としてIL-1a, TNF, C1qなどが報告されている(Liddelow et al. Nature 2017)。しかしながら、今回の我々のモデルではそのような遺伝子発現変化は認められず、ことなる制御メカニズムによって規定されていると推定された。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策として、緑内障病態が「加齢性疾患」であることに着目した。つまり、グリアの変化が病態に先行して生じ、これが神経傷害の惹起につながると仮説を立てた。これまでの研究から、多くの場合、緑内障モデルマウスの３ヶ月齢ではRGCの脱落は認められず、１２ヶ月齢で認められる。そこで、３ヶ月齢におけるグリアの変化について解析を進めている。ABCA1の発現を詳細に検討したところ、網膜よりもアストロサイトが高度に集積している視神経乳頭部(Optic Nerve Head, ONH)に高発現することを見出した。興味深いことに、ONHアストロサイトは３ヶ月齢において細胞や突起の肥厚化、マーカータンパクであるGFAP発現増加など活性化(反応性化)と考えられる変化を示した。Glial Lamina (ヒトのLamina Cribrosa)に相当する部分の環状断層をみると、当該部位のRGC軸索は無髄であり、直接アストロサイトに取り囲まれていた。つまり、アストロサイトの変化がダイレクトにRGC軸索に影響するものと考えられた。ヒト緑内障患者、霊長類やげっ歯類の緑内障モデル動物では共通してこの部位の傷害が最も早期かつ重要であることが広く認知されている。海外の研究では、あくまでも高眼圧による機械的負荷が傷害の原因であるという仮説が強いが、我々は正常眼圧緑内障モデルであってもこの部位の異常が病態早期に生じていることを見出している。しかもこの現象はアストロサイト特異的ABCA1欠損が原因となっていることから、グリア誘導性の病態メカニズムであると言える。この詳細を明らかにするため、次年度は空間トランスクリプトームによる解析、ONHアストロサイトのエピゲノム解析、病態を改善するための遺伝子治療ツール開発の３点を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
2023年4月1日より山梨大学医学部から東京都医学総合研究所へと異動したため、様々な実験系の立ち上げなどスケジュールの変更が必要となったため。年度の後半は順調に実験系の立ち上げやデータの取得が進み、研究費の大部分が使用できたが、視運動反応試験、視覚断崖試験、Y字試験、細胞老化関連評価系、1細胞RNAシークエンス、空間トランスクリプトーム、エピゲノム解析、リン酸化プロテオームなどの新たに立ち上げた解析系を最終年度に実施するために残金を次年度使用することとした。
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[Presentation] ゴム系レジスト型高分解マルチイオンイメージセンサの製作と海馬スライスの細胞外イオン同時可視化2023
Author(s)
大塚 惇平, 加藤 萌, 土井 英生, Bijay Parajuli, 堀尾 智子, 繁冨 英治, 篠﨑 陽一, 崔 容俊, 高橋 一浩, 服部 敏明, 野田 俊彦, 小泉 修一, 澤田 和明
Organizer
第40回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
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