光遺伝学を活用した新しい蝸牛神経刺激法：光学人工内耳の開発に向けて

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25670722
• Research Institution: National Rehabilitation Center for Persons with Disabilities
• Principal Investigator: 鷹合 秀輝 国立障害者リハビリテーションセンター(研究所), 研究所 感覚機能系障害研究部, 研究室長 (70401354)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 光遺伝学 / オプトジェネティクス / 人工内耳 / 蝸牛 / 有毛細胞 / 蝸牛神経 / パッチクランプ / 国際情報交換（ドイツ）

Outline of Annual Research Achievements

現行の人工内耳は蝸牛神経を一様に電気刺激するため、蝸牛神経の持つ入出力特性の多様性を再現できていない。本研究では光遺伝学（オプトジェネティクス）を活用して蝸牛神経に光感受性タンパク質を遺伝子導入し、個々の細胞レベルでのタンパク質発現量の違いを利用することにより蝸牛神経応答の多様性の獲得を目指す。そして、生理的な蝸牛神経応答を再現し得る光学人工内耳の開発の可能性を検証する。具体的には、光感受性タンパク質であるチャネルロドプシン２をげっ歯類蝸牛神経に遺伝子導入し、青色光により光誘発性応答を引き起こす。そしてパッチクランプ法にて光誘発性応答の多様性を検証する。以下に平成２６年度の研究成果を記す。１．チャネルロドプシン２遺伝子改変ラットの蝸牛において、チャネルロドプシン２の発現を示唆するVenus蛍光を確認した。２．先行研究により、野生型マウス蝸牛神経から記録される蝸牛神経応答（興奮性シナプス後電流の振幅）に多様性があることが知られてきたが、これが内有毛細胞における単一シナプス小胞の融合および融合細孔のダイナミクスによって達成され得るという新規知見を見出し、国際誌に原著論文を発表した（ドイツ・ゲッティンゲン大学耳鼻科との国際共同研究）。３．共同研究先（ドイツ・ゲッティンゲン大学耳鼻科）より難聴を呈する遺伝子改変マウスを輸入し、難聴マウスの蝸牛神経にチャネルロドプシン２を遺伝子導入する準備を開始した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

野生型マウス蝸牛神経における蝸牛神経応答（興奮性シナプス後電流振幅）の多様性のメカニズムを解明し、国際誌に原著論文を発表した。また、チャネルロドプシン２遺伝子改変ラットの蝸牛においてチャネルロドプシン２の発現を示唆するVenus蛍光を確認し、光誘発性応答確認実験の準備を調えた。

Strategy for Future Research Activity

平成２７年度はチャネルロドプシン２遺伝子改変ラットの蝸牛を使って光誘発性応答の確認実験を実施する。また、平成２６年度末に共同研究先（ドイツ・ゲッティンゲン大学耳鼻科）より難聴マウスを輸入したが、今後は正常聴力を有する野生型マウスでなく難聴マウスの蝸牛神経にチャネルロドプシン２を遺伝子導入するべく研究計画を修正し、より臨床応用に近い形を調えていく。

Causes of Carryover

遺伝子改変動物の導入が平成２６年度末にずれこみ、動物の維持繁殖用の費用が少なく済んだため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

遺伝子改変動物の維持繁殖、技術補助員への謝金、学会発表の旅費、論文の出版費など

Research Products

• [Journal Article] Developmental increase in hyperpolarization-activated current regulates intrinsic firing properties in rat vestibular ganglion cells (2015)
  • Author(s): Yoshimoto R, Iwasaki S, Takago H, Nakajima T, Sahara Y, Kitamura K
  • Journal Title: Neuroscience Volume: 284 Pages: 632-642
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2014.10.034
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Uniquantal release through a dynamic fusion pore is a candidate mechanism of hair cell exocytosis (2014)
  • Author(s): Chapochnikov NM*, Takago H*, Huang CH, Pangrsic T, Khimich D, Neef J, Auge E, Goettfert F, Hell S, Wichmann C, Wolf F, Moser T (* Co-1st authors)
  • Journal Title: Neuron Volume: 83 Pages: 1389-1403
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2014.08.003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Otoferlinはマウス内有毛細胞リボンシナプスにおいてエキソサイトーシスのモードを変える (2015)
  • Author(s): 鷹合 秀輝, 大島－鷹合 知子, トビアス モーザー
  • Organizer: 第92回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・展示場
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [Presentation] Otoferlin alters mode of exocytosis at the inner hair cell ribbon synapse (2014)
  • Author(s): Hideki Takago, Tobias Moser
  • Organizer: The 1st annual meeting of the society for bioacoustics
  • Place of Presentation: Doshisha Biwako Retreat Center
  • Year and Date: 2014-12-13 – 2014-12-14
• [Presentation] Evaluation of synaptic function of otoferlin at the mouse inner hair cell ribbon synapse by postsynaptic recording (2014)
  • Author(s): Hideki Takago, Tobias Moser
  • Organizer: Inner Ear Biology 2014 in Kyoto
  • Place of Presentation: Kyoto International Conference Center
  • Year and Date: 2014-11-01 – 2014-11-04
• [Presentation] マウス内有毛細胞リボンシナプスにおける神経伝達物質放出様式 (2014)
  • Author(s): 鷹合 秀輝
  • Organizer: 第115回日本耳 鼻咽喉科学会総会・学術講演会
  • Place of Presentation: ヒルトン福岡シーホーク
  • Year and Date: 2014-05-15 – 2014-05-17