2011 Fiscal Year Research-status Report

ミトコンドリアＤＮＡの遺伝情報に基づいた加齢性白内障の素因と早期予測

Research Project

Project/Area Number	23790678
Research Institution	Kinki University
Principal Investigator	長井紀章近畿大学, 薬学部, 助教 (90411579)
Project Period (FY)	2011-04-28 – 2013-03-31
Keywords	ミトコンドリアDNA / ヒト水晶体上皮細胞 / シトクロムcオキシダーゼ / ATP / Ca2+-ATPase / 白内障 / 一酸化窒素 / 脂質過酸化
Research Abstract	白内障発症とミトコンドリアDNA遺伝の関連性を明確とし、白内障発症の早期対策に向けた簡易的な予測法の開発を目指すべく、平成23年度はヒト水晶体中ミトコンドリア異常による白内障発症機構及びミトコンドリア傷害に伴う水晶体混濁パターンについて検討した。１）ヒト水晶体上皮細胞での一酸化窒素（NO）産生に伴うミトコンドリア傷害：ヒト水晶体細胞でのNO過剰産生は、水晶体中のミトコンドリアDNAに影響を与え、ATP産生能が低下することがわかった。さらに、このATP低下はCa2+-ATPaseの機能不全につながり（Ca2+-ATPaseはATPをエネルギー源として細胞内Ca2+制御を行っているため）、その結果水晶体中のイオンバランスが崩壊するという現象を明らかとした。さらに、これらATP産生能の低下は、短時間のNO刺激では、刺激を取り除くことで急速な機能の正常化が認められるが、一定以上の刺激がかかった際には、その機能の正常化に一定以上の時間がかかることを見出した。２）遺伝性白内障モデル動物における加齢に伴う水晶体混濁パターンの検定：遺伝性白内障モデルを用い、酸化的刺激に対するミトコンドリアの耐性には、ミトコンドリアの感受性だけではなく、細胞膜の性質（ラジカルに対する反応性や抵抗性）が密接に関わっていることがわかった。また、脂質過酸化による水晶体混濁進行速度と比較し、ミトコンドリア傷害による水晶体混濁は急速に進行することを明らかとした。　以上の結果より、ヒト水晶体においても酸化ストレスによりミトコンドリアDNAの異常が起こること、またこの異常が水晶体混濁を引き起こす要因になりうることを明らかとした。さらに、ミトコンドリア傷害による水晶体混濁は、脂質過酸化による水晶体混濁よりその進行速度が速く、水晶体混濁パターンを確認することによって水晶体混濁要因を示唆することができるという知見が得られた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度の研究にて以下の1)～3)が確認できた。1)ヒト水晶体においても酸化ストレスによりミトコンドリアDNAの異常が起こること、またこの異常が水晶体混濁を引き起こす要因になりうることを明確にすることができた。これにより来年度には、酸化的刺激によるミトコンドリア傷害が起こりやすい部分を把握し、その部分に局在するミトコンドリアDNA塩基配列を測定することで、白内障とミトコンドリアDNAの関連性を明確にできると考える。2)ミトコンドリア傷害による水晶体混濁は、脂質過酸化による水晶体混濁と水晶体混濁パターンがことなることが確認できたことから、これら混濁パターンを測定することにより白内障発症予測が可能となる知見が得られた。　これらの研究成果は、本年度の研究が順調に進展していることを示している。
Strategy for Future Research Activity	遺伝性白内障モデルラットを用い、水晶体上皮、内皮及び核部どの局在におけるミトコンドリアが最もATP産生能及び酸化的障害による機能不全に関わるのかを明らかとする。　上記研究内容を行うことで、傷害酸化的刺激時にミトコンドリア傷害が起こりやすい部分の把握が可能となり、その部分に局在するミトコンドリアDNAをターゲットとし塩基配列の解析を行うことで、白内障とミトコンドリアDNAの関連性を明確にしていく予定である。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	次年度の研究費は以下のものを購入するために使用する予定である。　ミトコンドリア抽出のための試薬費・チトクロムcオキシダーゼ活性測定のための試薬費・シークエンス解析のための試薬費及び測定時の消耗費・DNA増殖のためのPCR用試薬費及び測定時の消耗費・細胞培養のための栄養液、容器及び実験処理試薬費・動物実験のためWistar系ラット購入費