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細胞間相互作用の数理科学的なモデル構築と理論化

研究分担者
冨田浩史
岩手大学・理工学部・化学・生命理工学科
http://web.cc.iwate-u.ac.jp/~htomita/vis-neurosci/
http://www.crieto.hosp.tohoku.ac.jp/seedlist/seed23.html
https://www.newvision-prj.com/

研究分担者
菅野江里子
岩手大学・理工学部・化学・生命理工学科

研究概要

近年、iPS細胞やES細胞から様々な細胞に分化させる技術が開発され、再生医療分野での応用が期待されている。眼科分野ではいち早くiPS細胞から作製した網膜色素上皮細胞の臨床研究がスタートし、iPS細胞を用いた再生医療の安全性が示されつつある。一方、iPS細胞やES細胞などの幹細胞を用いず、最終分化した細胞に特定の転写因子を導入することによって、特定の細胞を作り出す、ダイレクトリプログラミング技術も報告されるようなっている。いずれの場合も、同じ処置を行ったとしても、目的の細胞に分化する効率は低く、目的細胞に効率よく分化させる技術の開発は今後の重要な研究課題である。
ダイレクトリプログラミングにより、線維芽細胞から網膜視細胞に分化させるためには、最低3つの転写因子が必要であることが知られている。また、近年、これらの3つに加えて、OTX2を追加することでさらに視細胞への分化効率を高めることが報告されている。我々は、これらの4つの遺伝子を発現するポリシストロニックベクターを作製し、線維芽細胞に導入し培養することで、一部の視細胞特異的タンパク質の発現が誘導されることを確認している。しかしながら、これまでの報告と同様にその効率は低く分化の方向性を規定する因子または外的環境が必要と考えられる。
本研究では、線維芽細胞から視細胞を作り出すダイレクトリプログラミングの系を用いて、転写因子導入後の遺伝子発現パターンの変化、個々の転写因子が影響を及ぼす遺伝子群の解析、ならびに外的環境による影響等の要因を含めた数理科学的モデルを構築し、効率的な視細胞分化パターンの理論化を目指す。

参考文献

  1. You M, Yamane T, Tomita H, Sugano E, *Akashi T. A novel rat head gaze determination system based on optomotor responses.
    PLoS One , 12(4): e0176633, 2017.
  2. Sato M, Sugano E, Tabata K, Sannohe K, Watanabe Y, Ozaki T, Tamai M, *Tomita H. Visual responses of photoreceptor-degenerated rats expressing two different types of channelrhodopsin genes.
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  3. Sugano E, Tabata K, Takahashi M, Nishiyama F, Shimizu H, Sato M, Tamai M, Tomita H. Local and systemic responses following intravitreous injection of AAV2-encoded modified Volvox channelrhodopsin-1 in a genetically blind rat model.
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    PLoS One, 4(11): e7679, 2009.
  10. Tomita H, Sugano E, Yawo H, Ishizuka T, Isago H, Narikawa S, Kugler S, Tamai M. Restoration of visual response in aged dystrophic RCS rats using AAV-mediated channelopsin-2 gene transfer.
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