研究課題/領域番号 |
22K06308
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分44050:動物生理化学、生理学および行動学関連
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研究機関 | 早稲田大学 |
研究代表者 |
木股 直規 早稲田大学, 理工学術院, 助教 (40822929)
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研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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キーワード | 非視覚光受容 / ipRGC / メラノプシン / 光応答 / 網膜 / シグナル伝達 |
研究開始時の研究の概要 |
哺乳類の網膜には、光感受性を持つ網膜神経節細胞(ipRGC)が存在し、瞳孔反射や体内時計の調節など、視覚以外の光生理応答(非視覚光応答)を制御している。ipRGC内の光シグナル伝達システムとして、従来知られていたGqを介したシグナル経路に加え、Gsを介したシグナル経路の関連が最近の研究から示唆されているが、その生理機能の詳細は不明である。そこで本研究では、ipRGC内におけるGsを介したシグナル経路の機能を明らかにすることを目的とする。さらに、明らかになったGs経路の機能をGq経路の機能と総合することで、ipRGCの光受容による非視覚光応答の制御メカニズムを解明することを目指す。
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研究実績の概要 |
本計画では、ipRGC内のメラノプシンが光依存的に活性化する2つのシグナル伝達経路であるGq経路とGs経路の生理的な意義を解明することを目指している。本年度はまず、ipRGC特異的にGsDREADDまたはGqDREADDを発現させた各マウス系統について、DREADDを活性化する薬剤であるDCZ投与による行動リズムの位相シフトを測定した。その結果、GqDREADDマウスは、暗期の前半に薬剤を投与することで位相が後退し、暗期の後半に投与することで位相が前進した。これは、同じタイミングでの光照射で見られる位相シフトの傾向と一致している。一方で、GsDREADDマウスでは同様の位相シフトが見られなかった。この結果から、体内時計の光調節機能についてはipRGC内のGq経路のみが位相シフトを引き起こし、Gs経路はGq経路をサポートする役割があることが示唆された。 これと並行し、新生児マウスにおけるGs経路の生理機能を解明するため、本年度は新生児の行動量を測定する系の確立を試みた。新生児は体が小さいため、成体マウスと同様の輪回し運動装置を用いて行動量を測定できない。そこで、新生児マウスの行動をビデオカメラで撮影し、その動画を解析することで行動量および行動様式を測定することを考えた。具体的には、6日齢から13日齢の新生児マウスの行動量・様式を比較した。その結果、8日齢から13日齢のマウスにおいて、動画の各フレームでの個体の位置・向きを検出することに成功した。今回確立した行動測定系を用いることで、新生児マウスの行動解析が可能であると考えられる。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
DREADDを用いたGqおよびGs経路の機能解析については、各DREADDの遺伝子導入系統がすでに確立していたこともあり、順調に結果が出ている。これにより、当初予想された複数の生理応答メカニズムの中から有力な候補を絞り込むことに成功した。予想されたメカニズムに基づき、次の解析に用いるマウスの交配もすでに実行しており、今後も順調に結果が出ることが期待できる。
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今後の研究の推進方策 |
本年度の結果から、ipRGC内のGs経路は体内時計の位相シフトを直接的には引き起こさないことが明らかになった。したがって、今後は瞳孔反射などの他の非視覚光機能について検証を行うとともに、Gs経路が非視覚光応答をモジュレーションする可能性について詳しく検討する方針で研究を遂行する。過去の報告から、ipRGCはメラノプシン由来の光シグナルと視細胞由来の神経シグナルを統合する役割を担っていることが知られている。そこで、メラノプシンまたは視細胞の片方のみを欠損したマウスにGsDREADDを導入することで、ipRGC内のGs活性化がメラノプシンまたは視細胞に由来するシグナル経路に与える影響を検証する予定である。 また、DREADDを用いる実験と並行し、GsまたはGqを選択的に活性化するメラノプシンを作製する。DREADDの活性化には薬剤投与が必要であるため、活性の時間的制御が困難である。そのため、瞳孔反射などの即時的な生理応答の解析にはオプシンの方が有用なツールであると考えられる。この問題を解決するため、GqまたはGsのみを活性化するメラノプシンを作製し、マウスipRGCに発現させることを試みる。 さらに、新生児マウスの行動解析については、昨年度に確立した測定系を用いて、明暗条件における行動量・様式の比較解析を行う。これに加えて、新生児マウスにおけるGq・Gs系の機能の違いを解析するため、GqDREADDマウス・GsDREADDマウスの新生児の行動測定も試みる。成体マウスと異なり、新生児マウスに薬剤を腹腔内投与することは困難であるため、経口投与を中心に薬剤の投与方法の検討・確立から着手する予定である。
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