2013 Fiscal Year Annual Research Report
難聴の病態理解に資する内耳体液環境の総合的基礎研究
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25293058
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
日比野 浩 新潟大学, 医歯学系, 教授 (70314317)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
任 書晃 新潟大学, 医歯学系, 助教 (80644905)
中島 真人 新潟大学, 医歯学系, 助教 (60588250)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 内耳 / イオン / 水 / 電気生理 / 数理モデル |
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| Research Abstract |
難聴は大きな問題であるが、現在の薬物療法は無効の場合が多い。将来、難聴の病態生理を解明し、これを克服するため、本課題では内耳蝸牛の基礎研究を行う。対象として、+80 mVの高電位と150 mMの高K+濃度を示す蝸牛の特殊体液「内リンパ液」を設定する。この体液環境の異常が内耳性難聴に関わる可能性が示唆されている。研究代表者は、これまでに、電気生理学的手法を中心とした実験科学により、種々のイオン輸送分子に立脚した内リンパ液の高電位の成立機構の主軸を明らかにした。そして最近、イオン輸送分子の機能を数式で表し、内リンパ液の高電位をコンピュータ上で再現する基礎的な数理モデルを構築した。そこで本研究では、この成果を発展させ、内リンパ液の電位・イオン濃度、そして水環境の成立機序や機能的意義を、実験・計算科学的手法により解明することを目指す。そして、内リンパ液環境の成立過程を模倣する統合数理モデルを構築し、それを駆使して疾患標的分子を探索する。さらに、抽出した分子を標的とした新規難聴モデル動物の開発に着手する。内リンパ液環境は、内・外二層の上皮層からなる組織「血管条」を介したK+一方向性輸送によって維持されている。平成25年度は、その中で不明な点が特に多い外層基底膜の輸送機構を解析した。この部位には、組織学的にNa+,K+-ATPaseとNa+,K+,2Cl-共輸送体（NKCC）の発現が報告されており、その両者がK+輸送に深く関与すると考えられてきた。各々の阻害薬を蝸牛に灌流しながら、電位とK+濃度を同時測定する電極を外層に挿入し、それらの値の変化を追尾した。前者を阻害した際は外層内部のK+濃度の著明な低下を認めたが、NKCCを阻害しても外層の環境に変化を観察しなかった。従って、血管条の一方向性輸送は、外層基底膜において、Na+,K+-ATPaseにより主に駆動されていることが判明した。
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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
血管条の外層基底膜のイオン輸送の詳細は、今まで組織学的見地からしか予想されておらず、内リンパ液環境の維持に深く関わるという説の実証は為されてこなかった。平成25年度の研究において、生きた動物を用いた電気生理学的実験を介し、長年に渡る謎を初めて明らかにした。外層基底膜のイオン・電位環境は、内リンパ液環境を支える基盤と位置づけられるものであり、その意味でも、本成果は当該領域にとって極めて重要である。一方、実験の結果は、既有の数理モデルの計算結果とは異なっていた。本年度の実験結果は、数理モデルの改訂を可能にするものであり、聴覚に必須な内リンパ液の成立過程のメカニズムの理解に大きく貢献する。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）平成25年度の実験結果を基に、数理モデルを改訂する。以前のモデルでは、外層基底膜のイオン輸送動態が十分に明らかではなかったため、この部分を集中的に修正する。
（２）蝸牛では、血管条のK+一方向性輸送と、感覚細胞である有毛細胞を出入りするK+輸送が一体化し、器官レベルでのK+循環が成立していると予想されている。この生理現象は、内リンパ液の高K+濃度や水動態を支える重要因子であると考えられるが、実験的に測定が難しいため、その実体は明らかでない。改訂した数理モデルを用いて、この課題へ理論的に取り組む。
（３）外層に発現するK+輸送分子の活性を、さらに別の手法により確認する必要がある。外層細胞は形が複雑であるため、単離しても同定することが困難である。ナノメートル単位での細胞携帯を明確化する新たな「イオンコンダクタンス顕微鏡」を創製し、電気生理学的測定法を組み合わせることで、外層細胞の基底膜のK+輸送分子の機能を測定する。
（４）血管条や内リンパ液のpH動態は、K+輸送との関係が示唆されていながら、それに関与する輸送分子の種類をはじめとして十分に解析されていない。そのため、種々のpH制御輸送体の阻害薬を動物に投与し、電気生理学的に各微小部位のpHを測定することで、蝸牛のpH制御機構を検討する。
（５）内リンパ液にはヒアルロン酸が存在していると報告されており、イオン環境の変化で水の含有量が変化すると考えられる。内リンパ液を採取し、そのヒアルロン酸濃度を測定する。In vitroにおいて、蝸牛を模倣する内リンパ液イオン環境とその変化を測定する。
（６）以上の研究成果に立脚し、内リンパ液環境とその成立過程を再現する統合数理モデルを構築する。モデルを用いて疾患分子を抽出し、それを対象とした新たな難聴モデル動物の作成を開始する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度の使用した旅費の支払いが完了していなかった。
平成26年度に旅費として執行する。
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Research Products
(12 results)
