The Regulatory mechanisms leading Cellular Photosensitivity and Organ Robustness by Retinal Organoids

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integrated analysis and regulation of cellular diversity
• Project/Area Number: 20H05036
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 笹井 紀明 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (80391960)
• Project Period (FY): 2020-11-19 – 2022-03-31
• Keywords: 光受容細胞 / 網膜 / Prominin-1 / 網膜色素変性症

Outline of Annual Research Achievements

体内の各組織には様々な機能を持った多数の細胞がダイバーシティーを持って存在しており、その細胞間に存在するネットワークが組織全体の正常な機能の発揮に必要である。特定の細胞が壊死すると、その影響が周囲の細胞にも及んで組織全体の機能が損なわれ、結果として組織の構造・機能の崩壊へと繋がる。
眼球内で発生する網膜色素変性症は、このような経過をたどる眼疾患の１つである。光受容細胞の壊死に端を発し、その壊死の影響が周囲の細胞へと及び、最終的には網膜全体の細胞が壊死して失明に至る。本研究はその過程を追跡することにより、組織の頑強性が維持されるメカニズムのほか、組織崩壊の端緒を阻止する方策を明らかにすることが目的である。
この目的で、網膜色素変性症モデルマウスを用いて野生型網膜と網膜色素変性症網膜で遺伝子発現の比較を行った。その結果、網膜色素変性症の初期段階でエンドセリンシグナルが惹起されていることが明らかになった。また、このシグナルの活性化が短時間の光刺激によって惹起されることが明らかになり、網膜色素変性症が（少なくとも一部は）光刺激によって引き起こされることが証明された。また、光受容細胞から分泌されたエンドセリンシグナルがグリア細胞に作用し、グリア細胞が活性化されてグリオーシスと呼ばれる状態を引き起こしていることを明らかにした。これは、網膜色素変性症が進行するにつれて組織内の細胞のダイバーシティーが変化することを意味する。現在、単細胞レベルでの遺伝子発現解析を行い、発現量の変化が起こる遺伝子と、その変化が生じる細胞を同定している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

網膜色素変性症モデルマウスにおいて網膜の外顆粒層が薄層化すること、エンドセリンが惹起されること、その結果グリア細胞の活性化が起きることを明らかにした。さらに、この崩壊が光刺激によって惹起されることを証明し、その過程において発現レベルが変化する遺伝子を単細胞遺伝子発現解析によって明らかにした。

Strategy for Future Research Activity

単細胞遺伝子発現解析によって、発現量に変化がみられた遺伝子について、薬剤または遺伝子強制発現法を用いて発現量を野生型レベルに戻し、そのときに光受容細胞の見られる表現型を明らかにする。