一次視覚野への遺伝子導入による脳刺激型人工視覚

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23659804
• 研究機関: 岩手大学
• 研究代表者: 富田 浩史 岩手大学, 工学部, 教授 (40302088)
• 研究分担者: 菅野 江里子 岩手大学, 工学部, 特任准教授 (70375210) ; 伊藤 拓哉 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (70396539)
• キーワード: 視覚再生 / 遺伝子治療 / 人工網膜 / ウイルスベクター

研究概要

緑藻類クラミドモナスより単離されたチャネルロドプシン-2（ChR2）は、発色団としてレチナールを有し、540nm以下（青色）の光に反応し、細胞内に陽イオンを透過させる光受容陽イオン選択的チャネルとして機能することが知られている。「光受容　+　陽イオンチャネル」という特性から、神経細胞に発現させた場合、単一の分子の働きで光情報を電気信号に変換することが可能である。これを利用することによって、一次視覚野にChR2遺伝子を導入し、視覚野を直接、映像で刺激するという全く新しい脳刺激型人工視覚装置を作ることができると考えられる。
これを達成するために、視覚野への遺伝子導入法について検討した。導入法検討では、アデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターの皮質への親和性についてAAV2/2およびAAV2/5の２つの血清型について調べた。また、感染方法は注入と散布の2種類を試みた。皮質に対する親和性はAAV2/5で高く、注入法で感染が確認できた。また、CAGではなく、CaMKIIプロモーターを用いた場合にわずかに瞳孔反射が確認された。しかし、その発現効率はCAGプロモーターを用いた場合の方が高く、導入効率とその反応は必ずしも一致しなかった。以上の結果から、視覚野に遺伝子導入を行い、視覚野に直接映像を提示する人工視覚を開発できる可能性が示された。しかしその一方で、正常な視覚機能を作り出すためには、細胞種特異的に遺伝子導入することが重要である可能性が示され、今後は細胞種特異的なプロモーターを持つウイルスベクターを開発することが重要であると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Optogenetically Induced Seizure and the Longitudinal Hippocampal Network Dynamics (2013)
  • 著者名/発表者名: Osawa S, Iwasaki M, Hosaka R, Matsuzaka M, Tomita H, Ishizuka T, Sugano E, Okumura E, Yawo H, Nakasato N, Tominaga T, Mushiake H
  • 雑誌名: PUBLIC LIBRARY OF SCIENCE ONE 巻: 8(4)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Different anti-oxidant effects of thioredoxin 1 and thioredoxin 2 in retinal epithelial cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Sugano E, Isago H, Murayama N, Tamai M, Tomita H.
  • 雑誌名: Cell structure and Function 巻: 38(1) ページ: 81-88
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intravitreal injection or topical eye-drop application of a μ-calpain C2L domain peptide protects against photoreceptor cell death in Royal College of Surgeons' rats, a model of retinitis pigmentosa (2012)
  • 著者名/発表者名: Ozaki T, Nakazawa M, Yamashita T, Sorimachi H, Hata S, Tomita H, Isago H, Baba A, Ishiguro SI
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta 巻: 1822(11) ページ: 1783-1795
  • 査読あり
• [雑誌論文] Notch signaling pathway regulates proliferation and differentiation of immortalized Muller cells under hypoxic conditions in vitro (2012)
  • 著者名/発表者名: Wang Z, Sugano E, Isago H, Hiroi T, Tamai M, Tomita H.
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 214(12) ページ: 171-180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Age-dependent differences in recovered visual responses in Royal College of Surgeons rats transduced with the Channelrhodopsin-2 gene (2012)
  • 著者名/発表者名: Isago H, Sugano E, Wang Z, Murayama N, Tamai M, Tomita H.
  • 雑誌名: Journal of Molecular. Neuroscience 巻: 46(2) ページ: 393-400
  • 査読あり
• [学会発表] チャネルロドプシンを利用した遺伝子治療研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菅野江里子
  • 学会等名: 日本臨床視覚電気生理学会
  • 発表場所: ミッドランドホール(名古屋)
  • 年月日: 20121005-20121006
  • 招待講演
• [学会発表] 変異型チャネルロドプシンのパッチクランプ法による評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村山奈美枝，菅野江里子，砂金ひとみ，斎藤建彦，玉井信，富田浩史
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪）
  • 年月日: 20120913-20120915
• [学会発表] カニクイザルの片眼視細胞変性モデルの確立 (2012)
  • 著者名/発表者名: 砂金ひとみ，菅野江里子，村山奈美枝，原富雄，萩森一郎，玉井信，富田浩史
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪）
  • 年月日: 20120913-20120915
• [学会発表] Restore vision covering visible light by using single gene, modified volvox channelrhodopsin-1 (2012)
  • 著者名/発表者名: Sugano E, Isago H, Murayama N, Saitoh T, Tamai M, Tomita H
  • 学会等名: The Association for Research in Vision and Ophthalmology
  • 発表場所: Convention Center (Ft. Lauderdale, U.S.)
  • 年月日: 20120505-20120510
• [学会発表] Establishment of a method for the visual acuity test on cynomolgus monkey. XIVth International Symposium on Retinal Degeneration (2012)
  • 著者名/発表者名: Tomita H, Isago H, Iwata E, Murayama N, Shinomoto Y. Watanabe M, Tamai M, Sugano E
  • 学会等名: The Association for Research in Vision and Ophthalmology
  • 発表場所: Convention Center (Ft. Lauderdale, U.S.)
  • 年月日: 20120505-20120510
• [図書] オプトジェネティクス(光遺伝学)～光操作による行動制御技術～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 菅野江里子、冨田浩史
  • 総ページ数: 248-257
  • 出版者: エヌ・ティー・エス出版
• [図書] Gene Therapy (2012)
  • 著者名/発表者名: Tomita H, Sugano E, Isago H, Tamai M
  • 総ページ数: 493-510
  • 出版者: INTEC
• [備考] 東北大学臨床試験推進センター
  • URL: http://www.crieto.hosp.tohoku.ac.jp/seedlist/seed14.html
• [備考] 東北大学脳科学センター
  • URL: http://www.bsc.tohoku.ac.jp/contents/c2_32/c2_32_tomita_h.html