| 研究課題/領域番号 |
18K19633
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| 研究機関 | 帝京平成大学 |
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研究代表者 |
吉田 卓史 帝京平成大学, 薬学部, 准教授 (30455795)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| キーワード | 骨リモデリング / 光遺伝学 |
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| 研究実績の概要 |
骨リモデリングは骨の中で骨芽細胞、破骨細胞、骨細胞の3種類の細胞が互いに連携することにより成し遂げられている。この骨リモデリングの詳細なメカニズムを解明することは骨粗鬆症などを初めとする骨に関する様々な病気の治療や予防法の開発につながる重要なテーマである。しかしながら骨関連細胞は固い無機気質の中に埋没しているために単離も難しく、ましてや細胞の局所に任意に機械的刺激を負荷することは難しく、骨リモデリングの詳細な解析は進んでいない。本研究ではオプトジェネティクス(光遺伝学)法を利用することによりこの問題を解決することを目的としている。これまでに機械刺激により活性化する単量体型GTPaseのRap1に注目して、この活性を光により制御できる新規光刺激応答性タンパク質の開発を行ってきた。光刺激を吸収してそれによりタンパク質間相互作用を発現する光モジュールの検討により、より小さなモジュールを導入した。その結果光照射に応答して細胞膜への移行し、細胞形態を変化させることを見出した。しかしながら光照射のエネルギーが高すぎて細胞に障害を与えてしまっていることが明らかとなった。そこで新たにLED照明による光照射装置を導入した。LEDはキセノンランプと違い高速でon/offが制御できることと、光強度を制御できる点が利点であり、細胞障害を抑制できる。現在はこのLED照明による光刺激の条件検討を行っており、今後は条件の最適化を行ったうえで骨系細胞に用いて解析を行う予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
これまでにRap1タンパク質に光応答性モジュールを結合して、光照射により細胞膜に移行する人工タンパク質の開発を行ってきた。いくつかの光応答性モジュールと、それらとRap1を結ぶリンカー部分の長さを変えたものを作成して細胞に導入し光刺激を行ったところ、Rap1の細胞膜への移行を起こすことができ、細胞形態に変化を与えることができた。しかしながら光刺激強度が強すぎるために細胞毒性を生じていることも明らかとなった。そこでLED照明を導入することによりこの問題を解決することとした。LED照明の照射時間と強度を様々に変えて最も効率よく、細胞毒性を与えない照射条件を検討したが未だに最適な条件は見つかっていない。今後は最適な照射条件の決定と、光応答性人工タンパク質の更なる改良を行い当初の目的を達成する。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度はLED照明の導入を行い照射条件の検討を中心に行ったが、いまだに最適な条件の確定には至っていない。そこでこの条件検討を最優先で行いできるだけ早く確定する。そのうえで光応答性人工タンパク質の改良を行い、より効率的なタンパク質を開発する。さらに光刺激を顕微鏡上の限られた部位にのみ照射できる装置の導入も行えたので、これを用いて同一細胞内の一部に光照射して、光照射していないところと比較検討することにより光応答性人工タンパク質の効果を明らかとする。そして骨系細胞に導入して光により局所的な機械刺激を細胞に与える方法の確立を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究場所の移行(所属大学が変わった)と、新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の拡大による研究環境の制限により、研究計画に変更が生じたため。それに伴い補助事業期間を延長していただいた。
この助成金は新規光応答性人工タンパク質の改良に必要な酵素や試薬を計画的に購入するのに使用する予定である。
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