視細胞保護のための光作動性ペプチド誘導ベクターの開発

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K11314
• 研究機関: 岩手大学
• 研究代表者: 菅野 江里子 岩手大学, 理工学部, 准教授 (70375210)
• 研究分担者: 富田 浩史 岩手大学, 理工学部, 教授 (40302088) ; 田端 希多子 岩手大学, 理工学部, 特任准教授 (80714576) [辞退] ; 坂尻 徹也 盛岡大学, 栄養学部, 助教 (40412928) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 光感受性遺伝子 / オプトジェネティクス / 構造予測

研究実績の概要

本研究では、光作動性ペプチド誘導ベクターの開発を目的とした。光受容体SyPixDはシアノバクテリアのタンパク質であり、SyPixEと結合している。これが光により解離する性質を持つ。このシステムを利用し、光を用いてタンパク質、あるいはペプチドを誘導するシステムの構築を目指した。前年までの検討により、SyPixEのSyPixDに対する結合ドメインの検索を行ったが、両タンパク質の情報が少なく、Swiss modelingを用いた3次元構造では、タンパク質の結晶構造を予測できなかった。
そこで、どのモデルを用いれば、ドメインが予測できるか検討を行うため、光感受性が低いことが報告されているオプトジェネティクス遺伝子、 ハロロドプシン (NpHR) を用いて、光感受性亢進のため、機能予測と実証実験を行うこととした。
本年は、NpHRのモデリングとモデリングに基づくイオン輸送経路の予測を行った。Caverにより、イオン輸送経路において、輸送経路が狭くなるボトルネック現象が予測された。そこで実証実験として、このボトルネックを解消すべく、アミノ酸変異を行った。アミノ酸変異NpHRをHEK293細胞に作らせ、イオン透過量をパッチックランプ法により確認した。
この結果、予測に反し、クロライドイオン透過量の減少を起こした。1つのアミノ酸変異のみで、チャネルのイオン透過量が減り、光刺激による細胞の過分極が顕著に減少したことは、このアミノ酸部位における重要性が示された。この理由を解明するため、MD simulationによる予測を行ったところ、アミノ酸変異においては、クロライドイオンのイオン輸送経路からの離脱がみられ、これが、イオン輸送量の減少を起こしたと考えれらた。
今回、Swiss model、CAVER、MD simulationを用いた解析を行い、重要なアミノ酸を同定することができた。

研究成果

• [国際共同研究] Departments of Ophthalmology,/Anatomy and Neurobiology,/Univ. of Tennessee Health Sci. Ctr.(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Departments of Ophthalmology,/Anatomy and Neurobiology,/Univ. of Tennessee Health Sci. Ctr.
• [雑誌論文] Overexpression of acid ceramidase (ASAH1) protects retinal cells (ARPE19) from oxidative stress. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugano E, Edwards G, Saha S, Wilmott LA, Grambergs RC, Mondal K, Qi H, Stiles M, Tomita H, Mandal N.
  • 雑誌名: J Lipid Res. 巻: 42(5) ページ: 30-43
  • DOI: 10.1194/jlr.M082198.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The poly-cistronic expression of four transcriptional factors (CRX, RAX, NEURO-D, OTX2) in fibroblasts via retro- or lentivirus causes partial reprogramming into photoreceptor cells. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuda T, Ishizawa Y, Donai K, Sugano E, Tomita H.
  • 雑誌名: Cell Biol Int. 巻: 42(5) ページ: 608-614
  • DOI: 10.1002/cbin.10942.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Natronomonas pharaonis halorhodopsin Ser81 plays a role in maintaining chloride ions near the Schiff base. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakajiri Y, Sugano E, Watanabe Y, Sakajiri T, Tabata K, Kikuchi T, Tomita H.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 503(4) ページ: 2326-2332
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.06.156.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Protein structural prediction of modified Volvox channelrhodopsin-1 and the verification by amino acid sequence (2018)
  • 著者名/発表者名: E Sugano, K Tabata, Y Sakajiri, Y Watanabe, M Tamai, H Tomita
  • 学会等名: ARVO2018
  • 国際学会
• [学会発表] Inducrion of local photoreceptor degeneration by a subretinal injection of N-Methyl-N-nitrosiurea in rats (2018)
  • 著者名/発表者名: H tomita, E Sugano, K atabata, T yamane, E nagasaka, H kudo, D yoshikawa, M yoshikawa, F nakazawa, N kitaura, M tamai
  • 学会等名: ARVO2018
  • 国際学会
• [学会発表] Mitf変異体マウスを用いた眼球におけるメラノサイトの機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 澁谷 仁寿、渡邉 京祐、奈良 篤樹、田端 希多子、前野 哲輝、菅野 江里子、田村 勝、冨田 浩史、城石 俊彦、山本 博章
  • 学会等名: 日本遺伝学会第90回大会
• [学会発表] 失明後の視覚野の可塑性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村里湧人、佐藤亮、菅野江里子、冨田浩史
  • 学会等名: 眼薬理学会
• [学会発表] 光感受性遺伝子を導入した遺伝性網膜変性ラット網膜への光障害の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田端希多子、菅野江里子、冨田浩史
  • 学会等名: 眼薬理学会
• [学会発表] 網膜局所障害ラットの視機能評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山根峻維、田端希多子、菅野江里子、冨田浩史
  • 学会等名: 眼薬理学会
• [学会発表] 脈絡膜メラノサイト機能の遺伝学的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 澁谷 仁寿、渡邉 京祐、奈良 篤樹、田端 希多子、前野 哲輝、菅野 江里子、田村 勝、冨田 浩史、城石 俊彦、山本 博章
  • 学会等名: 日本色素細胞学会第28回大会
• [備考] 岩手大学視覚科学研究室
  • URL: http://web.cc.iwate-u.ac.jp/~htomita/vis-neurosci/
• [備考] 技術の 紹介： 視覚再建
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=t2YxAdfYSp4
• [備考] ガンダイニング2017：理工学部化学・生命理工学科視覚神経科学研究室
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=TTrrXkX8saQ
• [備考] 失明に 光を 取り 戻す NEW Vision
  • URL: https://www.newvision-prj.com/
• [産業財産権] 改変チャネルロドプシン (2018)
  • 発明者名: 冨田浩史、菅野江里子、田端希多子、渡邊義人
  • 権利者名: 冨田浩史、菅野江里子、田端希多子、渡邊義人
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2018-176671