2016 Fiscal Year Research-status Report
網膜再生の両生類モデルを用いた幹細胞性の維持と細胞分化の機構
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26440125
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| Research Institution | Nara Medical University |
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Principal Investigator |
荒木 正介 奈良県立医科大学, 医学部, 研究員 (00118449)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 千余子 奈良県立医科大学, 医学部, 講師 (20342785)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 網膜再生 / 分化転換 / 網膜色素上皮 / 炎症 / Xenopus / Matrix metalloproteinase |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者は、成熟したアフリカツメガエルで網膜が再生することに注目し、網膜再生の培養実験モデル系を確立した。本年度は、昨年度に引き続いて、この実験系において炎症と再生の関係性を分子レベルでさらに解明を進めた。網膜を除去するとサイトカインIL-1bやTNF-aが急速に上昇することをさらに詳細に調べた。また、このことを培養下においても再度確認した。このように再生の最も初期の現象としてサイトカインの上昇を捉えたので、その結果として色素上皮細胞が網膜幹細胞化すると予想し、これをいくつかの遺伝子に注目して解析した。色素上皮細胞は炎症の結果として、基底膜から遊離し、一時的に上皮性を喪失する。この過程でMatrix metalloproteinase (MMP)遺伝子やGap結合のConnexin43遺伝子の発現動態を調べた。次に幹細胞化と網膜細胞分化をSox2, Pax6, Rax遺伝子の発現によって確認した。
これらの結果を踏まえて、次に、薬理学的なアプローチをおこなった。細胞移動と上皮性の喪失に注目して、MMP活性の抑制作用をもつ 1,10-PNTLの効果を調べた。その結果、細胞移動は抑制され、神経分化（再生）は見られなかった。またSox2, Pax6の発現も抑制された。さらに、抗炎症剤Dexamethasone(DEX)の効果を再検討した。DEX存在下では、MMP遺伝子の発現は抑制され、細胞移動は見られなかった。以上の実験の結果、前年度の予備的な実験によって示唆された炎症と再生の因果関係が培養モデル系においてかなり強く示すことができた。これらの結果を、原著論文としてまとめ、Developmental Neurobiology誌に投稿してacceptされた。
以上の研究と並行して、鳥類や哺乳類の網膜分化能をもつ組織幹細胞の研究を実施し、より高等な動物での再生を目指した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要で述べたように、網膜再生における炎症反応と再生の開始の関係について分子レベルで明らかにした。炎症と組織再生の関係を網膜再生において明らかにした研究は初めてであり、神経発生・再生の国際誌であるDevelopmental Neurobiologyに投稿、受理された。また、より高等な動物における網膜再生の可能性を検討するために、ヒヨコの虹彩幹細胞に着目して研究を進め、平成29年の日本発生生物学会年会において発表する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初、平成28年度までの3年間の計画で開始した。2年目に現在の研究機関（奈良県立医科大学）へ移動することになり、研究実施上種々の問題が生じた。また研究成果を（論文、および学会にて）発表する事が重要であり、4年間の計画に変更した。今後は、炎症と再生の関係を明らかにしたこれまでの成果をもとに、より高等な動物で網膜再生を試みる研究を実施する。平成29年度には、これまでの成果の発表とともに、新しい展開を試みる。具体的には、ヒヨコやブタの虹彩に存在する網膜幹細胞の維持と網膜分化を制御する機構の分子的な解明を目指して、これまでの成果を生かして実験をおこなう。そのために、モデルとなる器官培養法の開発を年度内におこなう。最終的には、両生類と同じように、網膜色素上皮の分化転換による再生を実現することを目標としている。
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| Causes of Carryover |
研究代表者は、平成27年3月に前任の奈良女子大学を定年退職し、4月に現在の奈良県立医科大学に研究拠点を移した。そのため、計画の2年目には、新たな研究室の整備にともなう種々の業務のため、研究計画の遂行に遅れが生じた。2年目に実施する予定のいくつかの実験は3年目に実施した。また、研究成果の発表（論文執筆、学会発表）を3年以内で実行することができなかった。さらに、これまでの研究成果をもとに、あらたな研究展開が見られ、それを実施することにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成29年5月に開催される日本発生生物学会年会にて研究発表をおこなう。東京への出張旅費として使用する。
また、あらたな研究計画として、両生類の網膜再生の分子機構を明らかにする。炎症と再生の関連性について明らかにしたことが、次の研究展開を生み出した。すなわち、網膜が再生しないと考えられているより高等な動物においても再生可能性を検討する事は非常に意味深い。そのための実験をニワトリを用いておこなう。今後の研究展開に重要な器官培養モデル実験系を確立する。この実験のために必要な消耗品等の購入に使用する。
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