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網膜オルガノイドを用いた、細胞の光感受性と器官の頑強性を制御するメカニズムの解析

研究代表者 
笹井紀明
奈良先端科学技術大学院大学
https://bsw3.naist.jp/courses/courses212.html
https://bsw3.naist.jp/sasai/

研究概要

 脊椎動物の視神経系の一部である網膜には、光受容細胞をはじめとする多様な神経細胞、グリア細胞がダイバーシティーを持ち、かつ特定の比率で存在する。光刺激はこの細胞集団に対して視覚情報を与える一方、継続的な刺激はストレスでもあり、様々な眼疾患を引き起こす。網膜色素変性症はこのようにして惹起される代表的な遺伝性眼疾患である。
 Prominin-1(Prom1; CD133)は網膜色素変性症の原因遺伝子の1つである。Prom1変異網膜では光依存的に光受容細胞が壊死し、それが周囲の細胞に影響してグリオーシス(膠細胞増多症)などの異常細胞増殖が引き起こされ、最終的には失明に至る。現在、網膜色素変性症には根治療法は確立されておらず、したがって難病の1つに指定されている。
 本研究は、Prom1変異細胞が光刺激に対して1次的に反応する細胞や遺伝子を特定することにより、光刺激に対する細胞の感受性や、網膜が頑強性を保ち続けるメカニズムを明らかにしようというものである。Prom1は5回膜貫通型タンパク質をコードする遺伝子で、我々のものもふくめた先行研究から、Prom1がコレステロールに結合すること、一次繊毛に局在すること、細胞内イオンの調節に関与すること、そして光刺激を仲介することなどが示されてきた。しかし詳細な機能メカニズムについては依然不明な点が多い。そこで、Prom1を介した光感受性のメカニズムを明らかにし、光が惹起する細胞のストレス応答の原理を明らかにし、遺伝性眼疾患が起こる過程を理解することを試みる。
 まず、Prom1変異マウスに一過性の光を与え、単細胞レベルでの網羅的遺伝子発現解析を行うことにより、1次的に光刺激を受ける細胞を同定し、さらに発現レベルに影響を受ける遺伝子を同定する。また、生体マウスでは、その成長段階や生育条件によって光感受性や発現する遺伝子などに個体差が出てしまうことがあり、安定した遺伝子解析が難しいことも事実である。そこで、マウス個体における解析と並行して、Prom1変異ES細胞から網膜オルガノイドを作成し、変性が起きる過程を再現することを試みている。さらにオルガノイドの変性過程を単細胞で解析することにより、変性が最初に起こる遺伝子や細胞を同定するほか、細胞変性が周囲の細胞へと影響を及ぼす過程を明らかにする。また、網膜色素変性症原因遺伝子として60程度の遺伝子が同定されているが、これらの遺伝子についても変異ES細胞を作成し、光依存的な細胞変性に共通性があるか検証する。

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参考文献

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