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2020 年度 実施状況報告書

新規組織密着型センサーを用いた生体リズムの乱れが惹起する疾患の発症機構解明研究

研究課題

研究課題/領域番号 20K06745
研究機関国際医療福祉大学

研究代表者

浜田 俊幸  国際医療福祉大学, 薬学部, 准教授 (20360208)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード体内時計 / Period1 / 時計遺伝子 / 生体リズム / 生体リズムの乱れ / 発光計測
研究実績の概要

本研究は、疾患発症メカニズムを明らかにする目的で、まずは体内時計の乱れの指標となる時計遺伝子発現リズムを中枢および末梢複数組織で、独自に開発した組織密着型センサーシステムを用いて発光計測を利用して長期間計測する。そして生体リズムの乱れから糖尿病や睡眠障害などの疾患発症を極めて初期段階から同定し、発症機構解明の基盤となるシステムを構築することを目的としている。今年度は、中枢と末梢組織の時計遺伝子Period1(Per1)遺伝子発現リズムを長期間安定して計測できるシステムの構築に成功した(ito et al., Luminecence, 2020, Hamada K et al., BBRC, 2020, Nakajima et al., 2021)。脳には先端特殊加工した光ファイバーを末梢組織には組織密着型センサーを開発し、自由行動マウスの嗅球、大脳皮質、視交叉上核、肝臓、皮膚のPer1遺伝子発現リズムをリアルタイムに計測できた。さらに数カ月以上の計測には、発光基質であるD-luciferinを少なくとも7日毎にフレッシュな溶液をマウスに供給することで可能になることも報告した。確立した遺伝子発現計測法をもちいて、糖尿病に密接に関与している体内時計遺伝子発現をリアルタイムに解析した結果、発症の初期段階を捉えることが出来た(Knou et al., BBRC, 2021)。STZをマウスに投与し、血糖値、飲水量、体重変化を経時的に計測した。血糖値は投与後3日目に急激に上昇し糖尿病を発症した。その後飲水量増加、体重減少が観察できた。これら糖尿病が発症する過程においてPer1遺伝子発現をリアルタイムに定量解析したところSTZ投与後、1日以内に急激な発現上昇があり、その後発現リズムが消失することが糖尿病の重篤化に重要であることを明らかにし糖尿病の極めて初期段階を捉えることができた。

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

計画どおり進んでいる。

今後の研究の推進方策

中枢および末梢のPer1遺伝子発現リズムを長期間、リアルタイムに計測することに成功した。さらにこれらの計測法をもちいて糖尿病が発症する過程においてPer1遺伝子発現リズムを計測することで、糖尿病の極めて発症初期段階を捉えることに成功した。
今後、糖尿病の初期段階であるPer1遺伝子の急激な上昇を、より簡易的に計測するために体毛からの計測を試みる。最終的に体毛1本からのPer1遺伝子発現変化を検出できるシステムを構築する。Per1遺伝子発現の急激な上昇を抑える薬物を網羅的に検索することで、糖尿病初期段階に関与している物質や機構を明らかにし、糖尿病が発症する機構を解明していく。
生体リズムの乱れは糖尿病以外に睡眠障害、癌などの疾患を誘発する危険因子として作用するが、睡眠障害が発症する過程を、上記と同様な方法で行い、睡眠障害が発症する極めて初期段階をPer1遺伝子発現リズムを計測することで捉えることができるか検討していく。

次年度使用額が生じた理由

学会等に参加する旅費がZOOMによって支出が無くなった。コロナウイルスにより、研究のための時間が制限されたため、実験回数が減り、消耗品や試薬の支出が抑えられた。このため次年度は自由行動マウスのPer1遺伝子発現解析のためのシステムを増やすことに使用する計画で、これによりデータ数を増やしていく。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Stability of D-luciferin for bioluminescence to detect gene expression in freely moving mice for long duration2021

    • 著者名/発表者名
      Nakajima K, Hamada K, Ito R, Yoshida Y, Sutherland K, Ishikawa M,Ozaki M, Shirato H, Hamada T
    • 雑誌名

      The Journal of Biological and Chemical Luminescence

      巻: 38 ページ: 94-98

    • DOI

      10.1002/bio.3917

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 時計遺伝子発現の自動定量化技術を用いた体 時計関連疾患発症機構解析 システムの開発2021

    • 著者名/発表者名
      浜田和子, 狩野晴美, 中島かな子, 浜田俊幸
    • 雑誌名

      Medical Science Digest ニューサイエンス社

      巻: Vol.47.No.4 ページ: 43-45

  • [雑誌論文] Double recording system of Period1 gene expression rhythm in the olfactory bulb and liver in freely moving mouse2020

    • 著者名/発表者名
      Hamada K, Oota A, Ito R, Kasahara S,Nakajima K, Kikuchi K, Sutherland K, Ishikawa M,Shirato H, Ozaki M, Hamada T
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 529 ページ: p898-903

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2020.05.224

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mouse period1 gene expression recording from olfactory bulb under free moving conditions with a portable optic fiber device2020

    • 著者名/発表者名
      Ito R, Hamada K, Kasahara S, Kikuchi Y, Nakajima K, Sutherland K, Shirato H, Ozaki M, Ishikawa M, Hamada T
    • 雑誌名

      The Journal of Biological and Chemical Luminescence

      巻: 35 ページ: 1248-1253

    • DOI

      10.1002/bio.3884

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 一個体の自由行動マウスの中枢および末梢深部組織の時計遺伝子Period1 発現の 同時計測システムの確立2020

    • 著者名/発表者名
      浜田俊幸
    • 雑誌名

      未病と老化 博慈会 老人病研究所

      巻: 29 ページ: 94

  • [雑誌論文] 生体リズムの乱れる過程を可視化する計測システムの開発2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤遼河, 浜田和子, 浜田俊幸
    • 雑誌名

      「地域ケアリング」・北隆館

      巻: Vol.22, No.11 ページ: 68~71

  • [雑誌論文] 生体リズムの乱れを超高感度で検出する計測システムの開発~疾患発症解明の 応用を目指して~2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤遼河, 浜田和子, 浜田俊幸
    • 雑誌名

      「細胞」・ ニューサイエンス社

      巻: Vol.52, No.10 ページ: 54~57

  • [雑誌論文] 生体リズムの乱れを超高感度で検出する計測システムの開発~疾患発症解明への応用を目指して~2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤遼河, 浜田和子, 浜田俊幸
    • 雑誌名

      「アグリバイオ」・北隆館

      巻: Vol.4, No.8 ページ: 79-82

  • [学会発表] 生体リズムが乱れる過程をリアルタイムに解析するシステムの構築 ~病態モデルマウスを用いての検討~2020

    • 著者名/発表者名
      長沢光樹,石井悠暉, 林珠理, 吉田幸那, 狩野晴美, 石川正純, 尾崎倫孝, 浜田和子, 浜田俊幸
    • 学会等名
      第64回日本薬学会 関東支部大会
  • [学会発表] 時計遺伝子発現定量解析を用いた糖尿病発症機構解明2020

    • 著者名/発表者名
      石井悠暉, 長沢光樹, 林珠理, 吉田幸那, 狩野晴美, 石川正純, 尾崎倫孝, 浜田和子, 浜田俊幸
    • 学会等名
      第64回日本薬学会 関東支部大会
  • [学会発表] 糖尿病マウスの中枢および末梢組織におけるPeriod1 遺伝子発現のリアルタイム計測2020

    • 著者名/発表者名
      Kouki Nagasawa, Yukina Yoshida, Ryousuke Sato, Mizuki Nakaya, Juri Hayashi, Yuki Ishi, Masayori Ishikawa, Mitchitaka Ozaki, Kazuko Hamada, Toshiyuki Hamada
    • 学会等名
      第94回 日本薬理学会年会
  • [学会発表] マイクロPMTをもちいた自由行動マウスのPeriod1遺伝子発現解析2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Ishii, Juri Hayashi, Mizuki Nakaya, Rousuke Sato, Yukina Yoshida, Kouki Nagasawa, Masayori Ishikawa, Mitchitaka Ozaki, Kazuko Hamada, Toshiyuki Hamada
    • 学会等名
      第94回 日本薬理学会年会
  • [学会発表] マウス生体リズムに対するメタンフェタミン長期投与の影響2020

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Nakaya, Ryousuke Sato, Kouki Nagasawa, Yukina Yoshida , Juri Hayashi, Yuki Ishi, Masayori Ishikawa, Mitchitaka Ozaki, Kazuko Hamada, Toshiyuki Hamada
    • 学会等名
      第94回 日本薬理学会年会
  • [学会発表] 覚せい剤による生体リズムの乱れを毛1本から推測するシステムの開発2020

    • 著者名/発表者名
      浜田俊幸
    • 学会等名
      第10回 国際医療福祉大学学会学術大会

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公開日: 2021-12-27  

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