眼球伸長におけるFGF10と紫光Opsin5システムの機能解明

• 研究課題/領域番号: 20K21655
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分56:生体機能および感覚に関する外科学およびその関連分野
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 大内 淑代 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (00253229)
• 研究分担者: 藤田 洋史 岡山大学, 医歯薬学域, 助教 (20423288) ; 佐藤 恵太 岡山大学, 医歯薬学域, 助教 (80725622)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 眼球成長 / Fgf10 / 近視 / オプシン５ / Opn5 / 紫外光A / マウス / 紫外光 / 眼球伸長 / FGF10 / 紫光

研究開始時の研究の概要

近視では、平行光線が眼の網膜より前側に焦点を結ぶため、遠方視にて像がぼけて見える。本研究では、眼が前後に長いために起こる「軸性近視」の起こるしくみを明らかにする。従来の研究から、遺伝因子と環境因子の両面において近視の原因が探索されてきた。近視性眼球成長には、PAX6やFGF10など眼の発生に必要な遺伝子が関わる。最近、紫光が眼球伸長を抑制して近視を防ぐことが発見された。紫光は、我々が同定したオプシン５により受容されシグナル伝達される。我々は、遺伝因子としてFGF10に、環境因子として紫光に着目し、眼球伸長における各因子の役割と相互関係について、ヒト細胞・組織と実験動物個体を用いて解明する。

研究実績の概要

本研究では、眼球伸長性近視の病態解明のため、環境因子として紫外光A(UV-A)とその受容体オプシン5(Opn5)、遺伝因子としてFgf10に着目した。網膜や眼球壁の細胞がUV-AをOpn5を介して受容し、GPCRシグナル系がFgf10シグナル系を駆動し、細胞外基質等の遺伝子発現を変え眼軸伸長を抑制するとの仮説をたてた。本年度は、生後1日の鶏と成体メダカの眼球壁、強膜軟骨細胞の一部に、哺乳類型Opn5 (Opn5m)とGタンパク質αサブユニットG14のmRNAが共局在することを発見し報告した。眼球壁の特定の部位、鶏では背側前眼部近傍、メダカでは背側後極部近くの数個から10数個（一切片あたり）の細胞に、Opn5mとG14 mRNAが共局在していた。HEK293細胞において、Gqファミリーの中でG14が最も効率よくUV-A照射時にOpn5mを活性化し、細胞内Ca2+濃度を上昇させた。鶏、メダカ網膜のOpn5m発現細胞にはG14 mRNAが共局在せず、眼球壁のOpn5m-G14シグナル系が、網膜Opn5mシグナル系とは異なった機能を担うと考えられた。さらに、Fgf10+/-(ヘテロ接合体機能喪失)マウスのハーダー腺 (HG)萎縮がいつどのくらいの割合で起こるか解析した。その結果、半数以上の個体で生後約２週までに片側のHGが萎縮していた。HGは、眼球後部に発達する大きな眼窩内腺であり、HGの有無が眼球形状に影響を及ぼす可能性がある。研究期間全体の成果:初年度に確立した高感度ISH法であるSABER-FISHが、最終年度の眼球壁におけるOpn5 mRNA局在の同定に繋がった。令和3年度には、ヒト組織にOpn5タンパク質が存在することを同定した。令和4-5年度の研究から、Fgf10+/-マウスの光照射実験ではHG萎縮のある個体とない個体とを区別して用いる必要があることが示唆された。

研究成果

• [国際共同研究] Dept. Pathol./Oulu Univ. Hosp./Oulu Univ.(フィンランド)
• [国際共同研究] Ecol. Genet. Res. Unit/Fac. Sci./Univ. Oulu(フィンランド)
• [国際共同研究] Ctr. Life Crs. Health Res./Fac. Med./Univ. Oulu(フィンランド)
• [雑誌論文] Molecular Property, Manipulation, and Potential Use of Opn5 and Its Homologs (2024)
  • 著者名/発表者名: Sato Keita、Ohuchi Hideyo
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 436 号: 5 ページ: 168319-168319
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2023.168319
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mammalian type opsin 5 preferentially activates G14 in Gq-type G proteins triggering intracellular calcium response (2023)
  • 著者名/発表者名: Sato Keita、Yamashita Takahiro、Ohuchi Hideyo
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 299 号: 8 ページ: 105020-105020
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2023.105020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diversification processes of teleost intron-less opsin genes (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujiyabu Chihiro、Sato Keita、Ohuchi Hideyo、Yamashita Takahiro
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 299 号: 7 ページ: 104899-104899
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2023.104899
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Germinal Origin of Salivary and Lacrimal Glands and the Contributions of Neural Crest Cell-Derived Epithelium to Tissue Regeneration (2023)
  • 著者名/発表者名: Ono-Minagi Hitomi、Nohno Tsutomu、Serizawa Takashi、Usami Yu、Sakai Takayoshi、Okano Hideyuki、Ohuchi Hideyo
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 号: 18 ページ: 13692-13692
  • DOI: 10.3390/ijms241813692
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The medaka mutant deficient in eyes shut homolog exhibits opsin transport defects and enhanced autophagy in retinal photoreceptors (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato Keita、Liu Yang、Yamashita Takahiro、Ohuchi Hideyo
  • 雑誌名: Cell and Tissue Research 巻: 391 号: 2 ページ: 249-267
  • DOI: 10.1007/s00441-022-03702-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protrusion of KCNJ13 Gene Knockout Retinal Pigment Epithelium Due to Oxidative Stress-Induced Cell Death (2022)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki Yuki、Fujita Hirofumi、Sato Keita、Hosokawa Mio、Matsumae Hiroshi、Morizane Yuki、Ohuchi Hideyo
  • 雑誌名: Investigative Opthalmology & Visual Science 巻: 63 号: 12 ページ: 29-29
  • DOI: 10.1167/iovs.63.12.29
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Involvement of a Basic Helix-Loop-Helix Gene BHLHE40 in Specification of Chicken Retinal Pigment Epithelium (2022)
  • 著者名/発表者名: Kinuhata Toshiki、Sato Keita、Bando Tetsuya、Mito Taro、Miyaishi Satoru、Nohno Tsutomu、Ohuchi Hideyo
  • 雑誌名: Journal of Developmental Biology 巻: 10 号: 4 ページ: 45-45
  • DOI: 10.3390/jdb10040045
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cysteinyl leukotriene receptor 1 is dispensable for osteoclast differentiation and bone resorption (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujita Hirofumi、Ando Aoi、Mizusawa Yohei、Ono Mitsuaki、Hattori Takako、Habuta Munenori、Oohashi Toshitaka、Kubota Satoshi、Ohuchi Hideyo
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 17 号: 11 ページ: e0277307-e0277307
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0277307
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Toll signalling promotes blastema cell proliferation during cricket leg regeneration via insect macrophages (2022)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Bando, Misa Okumura, Yuki Bando, Marou Hagiwara, Yoshimasa Hamada, Yoshiyasu Ishimaru, Taro Mito, Eri Kawaguchi, Takeshi Inoue, Kiyokazu Agata, Sumihare Noji, Hideyo Ohuchi
  • 雑誌名: Development 巻: 149(8) 号: 8 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1242/dev.199916
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Amino acid residue at position 188 determines the UV-sensitive bistable property of vertebrate non-visual opsin Opn5 (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujiyabu Chihiro、Sato Keita、Nishio Yukimi、Imamoto Yasushi、Ohuchi Hideyo、Shichida Yoshinori、Yamashita Takahiro
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 5 号: 1 ページ: 63-63
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03010-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] UCP1 expression in the mouse adrenal gland is not upregulated by thermogenic conditions (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujita Hirofumi、Habuta Munenori、Hattori Takako、Kubota Satoshi、Kumon Hiromi、Ohuchi Hideyo
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 566 ページ: 184-189
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.06.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Opsin 3/Teleost multiple tissue opsin system: mRNA localization in the retina and brain of medaka (Oryzias latipes) (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Keita、Nwe Nwe Khine、Ohuchi Hideyo
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: - ページ: 1-33
  • DOI: 10.1002/cne.25106
  • NAID: 120007183941
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fgf10-CRISPR mosaic mutants demonstrate the gene dose-related loss of the accessory lobe and decrease in the number of alveolar type 2 epithelial cells in mouse lung (2020)
  • 著者名/発表者名: Habuta, M., Yasue, A., Suzuki, K. I. T., Fujita, H., Sato, K., Kono, H., Takayama, A., Bando, T., Miyaishi, S., Oyadomari, S., Tanaka, E. & Ohuchi, H.
  • 雑誌名: PloS one 巻: 15 号: 10 ページ: e0240333-e0240333
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0240333
  • NAID: 120006959727
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] マウスハーダー腺形成機構の解明:Fgf10ヘテロ機能喪失マウスの解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 大内淑代、佐藤恵太、池田志織、皆木瞳
  • 学会等名: 第129回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] SABER-FISH法による光受容タンパク質オプシン発現細胞の分子組織化学的解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 佐藤恵太、大内淑代
  • 学会等名: 第129回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] 網膜色素上皮細胞におけるレーバー先天黑内障16型原因遺伝子KCNJ13のノックアウトは酸化ストレス感受性を高め細胞死を誘導する (2023)
  • 著者名/発表者名: 神﨑勇希、藤田洋史、佐藤恵太、細川海音、松前洋、森實祐基、大内淑代
  • 学会等名: 第76回日本酸化ストレス学会学術集会
• [学会発表] マウスハーダー腺形成機構の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大内淑代、佐藤恵太、池田志織、皆木瞳
  • 学会等名: 第56回日本発生生物学会仙台大会
• [学会発表] カリウムチャネル遺伝子 KCNJ13 ノックアウト網膜色素上皮では酸化ストレスにより細胞死を生じる (2023)
  • 著者名/発表者名: 大内淑代、神崎勇希、藤田洋史、佐藤恵太、細川海音、 松前洋、森實祐基
  • 学会等名: 第63回日本先天異常学会学術集会
• [学会発表] SABER法を用いた蛍光in situ hybridization によるマウス・ニワトリ・メダカ神経組織でのmRNA検出 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤恵太、藤藪千尋、山下高廣、福田彩華、神田真司、大内淑代
  • 学会等名: 日本動物学会第94回大会
• [学会発表] 脊椎動物の脳で働く紫外光センサーOpn5の分子特性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤藪千尋、佐藤恵太、今元泰、大内淑代、七田芳則、山下高廣
  • 学会等名: 日本動物学会第94回大会
• [学会発表] 深海熱水噴出孔に棲むツノナシ オハラエビ類 Rimicaris hybisae が持つ光受容タンパク質・オプシン類の分子特性解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小島慧一、長田祐也、宮本教生、佐藤恵太、山中悠嗣、西村陽介、吉澤晋、高井研、山下高廣、大内淑代、須藤雄気
  • 学会等名: 日本動物学会第94回大会
• [学会発表] Involvement of a Basic Helix-Loop-Helix Gene BHLHE40 in Specification of Chicken Retinal Pigment Epithelium (2023)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Kinuhata, Keita Sato, Tetsuya Bando, Taro Mito, Satoru Miyaishi, Tsutomu Nohno, Hideyo Ohuchi
  • 学会等名: 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] 網膜色素変性症原因遺伝子eyes shut homolog ノックアウトメダカ網膜に見られるオートファジーの活性化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤恵太、Liu Yang、山下高廣、大内淑代
  • 学会等名: 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] 涙器の細胞組織学と組織再生治療 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大内淑代
  • 学会等名: 第10回日本涙道・涙液学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] SABER-FISH法を用いたメダカ下垂体における遺伝子発現の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤恵太、大内淑代
  • 学会等名: 第36回日本下垂体研究会学術集会
• [学会発表] 高感度蛍光in situ ハイブリダイゼーション法による鶏眼球壁におけるOpn5m mRNA検出の試み (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤恵太、大内淑代
  • 学会等名: 第63回日本組織細胞化学会学術集会
• [学会発表] Mammalian-type opsin 5 preferentially activates G14 in Gq-type G proteins to trigger intracellular calcium response (2022)
  • 著者名/発表者名: Keita Sato, Takahiro Yamashita, Hideyo Ohuchi
  • 学会等名: 第19回レチナール蛋白質国際会議（International Conference on Retinal Proteins）
  • 国際学会
• [学会発表] グルタチオンによる破骨細胞形成促進にシステイニルロイコトリエン受容体CysLTR1は関与しない (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤田洋史、土生田宗憲、服部高子、久保田聡、大内淑代
  • 学会等名: 第75回日本酸化ストレス学会学術集会
• [学会発表] ヒト脳組織におけるオプシン５局在同定の試み (2022)
  • 著者名/発表者名: 大内淑代、佐藤恵太、宮石智、七田芳則、山下高廣、Hannu Tuominen, Seppo Saarela, Markku Timonen
  • 学会等名: 第127回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] Generation of KCNJ13-deleted human iPS-derived retinal pigment cells to study the pathogenesis of Leber congenital amaurosis 16 レーバー先天性黒内障16病態モデルiPS-RPEの作製と解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 神崎勇希、藤田洋史、佐藤恵太、細川海音、松前洋、白神史雄、森實祐基、大内淑代
  • 学会等名: 第61回日本先天異常学会学術集会
• [学会発表] 小型魚類メダカを用いた網膜色素変性症原因遺伝子eyes shut homologの機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤恵太、Liu Yang、山下高廣、大内淑代
  • 学会等名: 第76回日本解剖学会中国・四国支部学術集会
• [学会発表] 脊椎動物の光受容タンパク質Opn5の特徴的な分子特性に関わるアミノ酸残基 Identification of the amino acid residue responsible for UV-sensitive bistable property of vertebrate non-visual opsin Opn5 (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤藪千尋、佐藤恵太、今元泰、大内淑代、七田芳則、山下高廣
  • 学会等名: 第92回日本動物学会オンライン米子大会
• [学会発表] マウス副腎におけるUCP1の発現は寒冷刺激により上昇しない UCP1 expression in the mouse adrenal gland is not upregulated by thermogenic conditions (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤田洋史、土生田宗憲、服部高子、久保田聡、公文裕己、大内淑代
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会(MBSJ2021)
• [学会発表] メダカ網膜における細胞外マトリックスタンパク質eyes shut homologの機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤恵太、Liu Yang, 山下高廣、大内淑代
  • 学会等名: 第92回日本動物学会オンライン米子大会
• [学会発表] Analysis of limb bone patterns and lung alveolar cells in the Fgf10 mosaic mutant embryos (2021)
  • 著者名/発表者名: ○Munenori Habuta, Akihiro Yasue, Ken-ichi T Suzuki, Hirofumi Fujita, Keita Sato, Ayuko Takayama, Tetsuya Bando, Seiichi Oyadomari, Eiji Tanaka, Hideyo Ohuchi
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] Fgf10-CRISPR mosaic mutants demonstrate the gene dose-related loss of the accessory lobe and decrease in the number of alveolar type 2 epithelial cells in mouse lung (2020)
  • 著者名/発表者名: Munenori Habuta, Akihiro Yasue, Ken-ichi T. Suzuki, Hirofumi Fujita, Keita Sato, Hitomi Kono, Ayuko Takayama, Tetsuya Bando, Satoru Miyaishi, Seiichi Oyadomari, Eiji Tanaka, ○Hideyo Ohuchi
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会