| 研究課題/領域番号 |
18H03946
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
堀 雅敏 東北大学, 農学研究科, 准教授 (70372307)
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| 研究分担者 |
麻生 久 東北大学, 農学研究科, 教授 (50241625)
原田 昌彦 東北大学, 農学研究科, 准教授 (70218642)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 青色光 / 殺虫 / 昆虫細胞 / 傷害 / 細胞増殖 / 細胞周期 / 活性酸素 / 細胞死 |
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| 研究実績の概要 |
青色光（400-500nmの光）の殺虫メカニズムについて細胞レベルで解析を行った。375-660nmの様々な波長の光について、ショウジョウバエ胚由来細胞（S2細胞）に対する増殖抑制効果を調査した。その結果、375nmの紫外線と405-470nmの青色光は細胞に照射するとその増殖を抑制することが明らかになった。また、青色光の中でも短波長側と長波長側とで細胞への傷害作用が異なる可能性のあることが細胞形態解析の結果から示された。そこで、短波長青色光（405nm）と長波長青色光（470nm）を照射したときで細胞増殖の仕方を比較したところ、405nmの方が増殖を急激に、かつ強く抑制することが示された。培養開始1-2日目と2-3日目の照射時期の違いが増殖抑制効果に与える影響を調査したところ、培養開始1-2日目の照射の方が抑制効果が高く、470nmでは2-3日目の照射の場合、照射終了後の増殖もみられた。そこで、両青色光波長について照射終了後の細胞の増殖能力を詳細に調べたところ、培養開始1-2日目の照射でも470nmではその後回復がみられたのに対して、405nmでは培養開始1-2日目の照射の場合は回復はみられず、2-3日目の照射において、徐々に回復する様子がみられた。
青色光による細胞死誘導の分子メカニズム解析では、青色光照射によるS2細胞の細胞周期の停止がどこで生じるかフローサイトメトリーを用いて調査した。その結果、405nm光の照射ではS期で停止するのに対して、470nmの照射ではG2/M期で停止することが明らかになった。核染色による細胞形態解析でも、405nm照射では核が凝集しM期に入れない様子が、470nm照射ではM期の細胞が多い様子が観察された。
以上のことから、青色光の殺虫効果は細胞傷害によるものであり、また、短波長と長波長の青色光で傷害作用が異なることが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初、「昆虫細胞増殖抑制に効果的な波長および有効光強度の解明」については来年度中頃まで実施する予定であったが、本年度中にすべてのデータを得ることができた。また「哺乳類細胞に対する影響解析」では、当初計画通り供試細胞を選択し、実験を開始した。「昆虫細胞への青色光照射による細胞周期停止と細胞死誘導シグナルの解析」についても、どの細胞周期で細胞増殖が停止するか明らかにすることができ、また、短波長側青色光と長波長側青色光で、停止する細胞周期に違いがあることを明らかにできた。当初予定では本年度はフローサイトメトリーによる解析だけであったが、細胞形態解析の一部も実施することができた。以上から、当初の計画以上に進展していると自己評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
殺虫メカニズムの細胞レベル解析では、昆虫細胞増殖抑制に効果的な波長および有効光強度が明らかになったので、青色光の昆虫細胞への増殖阻害の特異性を検証するため、哺乳類細胞の増殖に対する青色光の影響を解析を来年度実施する。また、青色光の昆虫細胞への増殖阻害発現機構を解明するために、昆虫細胞における青色光の酸化ストレス誘導機構を解析する。この解析は次年度中頃から1年半かけて実施する予定である。酸化ストレス誘導機構が明らかになった後、青色光照射と他の酸化ストレスとの相乗効果発現機構を解析し、最終的には、低強度の青色光でも細胞の増殖阻害が生じる酸化ストレスを探索する。また、短波長側の青色光と長波長側の青色光で、細胞への傷害作用が異なっていたので、その違いが単にエネルギーの違いによるものであるのか細胞増殖解析から明らかにする。
細胞死誘導の分子メカニズム解析では、短波長側の青色光と長波長側の青色光で細胞周期停止およびDNA損傷・細胞死誘導と青色光照射との関連性を本年度に引き続き解析していく。次年度はフローサイトメトリーによる細胞周期解析および蛍光顕微鏡による細胞形態解析を、本年度の結果を踏まえ、さらに詳細に進めていく。また、昆虫個体やS2細胞が青色光を感受する機構を解明するため、青色光受容体の同定を行なう。吸収スペクトル比較解析やゲノム配列解析・遺伝子発現解析などにより、殺虫に関与する青色光受容体を明らかにする予定であるが、次年度はまず、青色光照射への感受性が異なるショウジョウバエ系統を用い、分光画像取得装置（ハイパースペクトルカメラ）による吸収スペクトルの比較解析手法を確立する。
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