2020 Fiscal Year Annual Research Report
時空間視覚情報処理を実現する網膜ダイナミクスの機能構築理解と数理モデル構築
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19H01140
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
北野 勝則 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (90368001)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
立花 政夫 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 教授 (60132734)
小池 千恵子 立命館大学, 薬学部, 教授 (80342723)
川村 晃久 立命館大学, 生命科学部, 教授 (90393199)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 網膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
接着因子の裏打ちタンパク質Afadinを欠損させた網膜で見られる視細胞層が示す組織異常は、視細胞変性患者にiPS細胞由来の組織を移植した構造と類似している。この構造異常を有する網膜がどの程度の視覚情報処理が可能かを理解することは、移植患者の視機能の回復レベルを推し量る点で重要である。この移植を模した網膜では、少ないながらも光刺激を受容し、最終出力細胞である神経節細胞が応答することが明らかになった。より詳細な解析では、ON応答よりOFF応答が阻害されること、受容野は形成されていないことも明らかにした。これらより、視細胞層が異常でも光刺激を受容するという非イメージ形成応答はあっても、いわゆる「ものを見る」というイメージ形成応答がないことが明らかになった。
網膜における光信号の伝達・処理過程において、網膜神経回路を構成する主要な細胞の１つである双極細胞には多様なサブタイプが存在するが、それらの機能的な棲み分けの有無、棲み分けがある場合にはどのようにメカニズムにより実現されるか、またそれぞれがどのような属性の情報の処理を担っているかを明らかにすることを目的とし、錐体視細胞―双極細胞間の情報伝達に関し、それら細胞間のシナプスにおける情報伝達過程をシナプス前終末における小胞の放出量と後終末における光電流およびシナプスの形態的特徴との関係を調べた。これにより、大きく２つのグループ、密な構造を持ち、平均化された情報を伝達するものと、疎な構造をもち、特に強い刺激を伝達するものとに分類できることがわかった。
高品質iPS細胞および、 マウス、リス、ヒトiPS細胞由来三次元網膜の効率的な作製法の開発に貢献しうる成果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現時点では、特に、予期しないことも発生しておらず、遂行できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
網膜における情報伝達、特に視細胞―双極細胞間の情報伝達の解析については、双極細胞のサブタイプ毎のシナプスにおける受容体の空間分布の構造的特徴などの定量化とシナプス電流の特性や発現する受容体との関係性について調査を行う。これにはそれを再現するシミュレーションモデルの構築も適宜行う。
網膜色素変性症の病変機序については、以下の研究を進める。病態モデル網膜におけるシナプス形成の異常を、遺伝子工学的手法やおよびレポーターマウスを用いるなどして詳細に解析する。また、シミュレーションモデルにより、病変網膜で観測される自律振動活動の発生要因の候補の１つとして、抑制性シナプスの平衡電位を決定する塩化物イオンの平衡電位の変化が予想されており、ホールセル記録などの実験的研究によりモデル研究による予想の検証を行う。また網膜の垂直方向（視細胞―双極細胞―神経節細胞）のモデル化だけでなく、水平方向（アマクリン細胞間のギャップ結合）の情報伝達も取り入れたモデル化を行う。
再生技術による三次元網膜作製の研究については、途中の段階まで進めることができており、その段階で神経細胞に成熟しているかを検証するため、マルチ電極記録などの電気生理学的実験により神経活動計測が可能かを検証する。
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