2019 Fiscal Year Research-status Report
Construction of Photoreceptor Cell for Understanding Retinal Diseases which can Evaluate Ion Concentration and Energy Homeostasis
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17K01380
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
天野 晃 立命館大学, 生命科学部, 教授 (60252491)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 網膜電図 / 視細胞モデル / 光電位変換機構 / 双極細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，従来の視覚研究が，主に認識機能に関わる高次画像処理機能に関するものであったのに対し，中枢神経系ではない，循環器や消化器などの生理機能を担っている臓器に対する生理的機能の解明，あるいは疾患に対する病態の解明を目的とした生理機能のモデル化と解析を，視覚に関連する細胞や組織について実現することを目的としている．
昨年度までに，視細胞の光受容機能に直接かかわる光電位変換機構のモデルについて，実測値が報告されているモデルパラメータについては，ほぼ視細胞モデルのパラメータを調整することができた．一方で，データがない反応のパラメータに関しては，この分野の研究者でも議論が分かれているところが多く，本研究では，モデルによる仮説提案を行っていることになるが，この点に関して理解が得られない状況が続いており，論文の採択に至っていない．
一方，視細胞からの信号を直接受容する双極細胞については，昨年度までに，電気生理的に極めて詳細なモデルを構築することができたが，神経細胞特有の樹状突起，細胞体，軸索終末という分離されたコンパートメントにおけるイオン恒常性と，コンパートメント間のイオン流についてはモデル化できていなかった．これらの点については，実験データが極めて少なく正確なモデル化を目指すことは非常に難しいが，物理的な形状などを調査することで，物理モデルを構築し，イオンの細胞内移動度などを考慮することで，物理的な妥当性を持つモデルを構築することができた．この細胞内イオン流によって細胞外イオン流が生まれ，網膜電図の再現が可能になると考えている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
現在までに，モデルの構築と解析という点においては，研究は概ね順調に進んでおり，網膜に存在し，網膜電図に直接関係する主要な細胞である視細胞と双極細胞については，主要なイオンの細胞への流入・流出が再現できるようになったと考える．これらの細胞を組み合わせた場合に，細胞外イオン流を計算するためには，細胞内を流れるイオンを計算する必要があるが，これについても概ね再現が可能なモデルが構築できた．一方，これらのモデルについて，学術雑誌での出版という点では，当該分野において，未だ多くの議論がある事項が多いことから，なかなか一つのモデルを受容するという状況にならないようで，論文の採択に至っていない．この点については，当初の計画に対し，進捗が遅れている状況である．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度については，まず，現在までにやや遅れている構築モデルの出版を優先する．次に，構築した視細胞光電位変換機構モデルを用いて視細胞のモデルの精緻化を行う．具体的には，視細胞のイオン動態を再現する上で極めて重要なNCKXについて，良いモデルが存在しないため，NCXのモデルなどを参考に実験データを再現可能なモデルを構築する．また，双極細胞については，コンパートメント間のイオン流の検証を行っていく．これらの精緻化を行った上で，網膜電図の再現が可能なように，特に細胞内，および細胞外のコンダクタンスの調整を行う．そのうえで，眼疾患やその他の疾患による網膜電図の変化を再現可能なように，疾患モデルの検討を進める．
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| Causes of Carryover |
研究の実施状況で説明した通り，現在までに計画していた研究成果の出版に関して，想定より遅れており，出版に要する予算が支出されていない状況であるため，次年度使用額が生じる状況となっている．現在，研究状況でも報告したモデル論文について，雑誌に投稿中であるので，論文の採択により生じる投稿費用が2020年度以降の支出となる予定である．
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[Presentation] ヒト多能性幹細胞由来心筋細胞のシミュレーションモデル開発によるペースメーカー機転の多重メカニズム解析2020
Author(s)
糀谷泰彦, 幸田茂也, 姫野友紀子, 牧山武, 山本雄大, ウリヤンハイ イミン, 吉永大介, 柏麻美, 天野晃, 野間昭典, 木村剛
Organizer
第97回日本生理学会大会
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