共同研究・競争的資金等の研究課題

• 近赤外光活性化人工チャネルの創生による抗がん治療法の開発
  基盤研究(C)
  帝京平成大学
  2023年04月01日 - 2026年03月31日
• 細胞種ごとに異なる発現パターンを示す小胞体内イオン輸送体の生理学的意義の解明
  基盤研究(C)
  東北大学
  2020年04月01日 - 2025年03月31日
  小胞体内のイオン組成が小胞体機能や疾患の発症に重要な役割を果たすことが明らかとなりつつあるにも関わらず;、小胞体内のイオン組成およびその調節機構に は依然、不明な点が多い。本研究では、小胞体に発現するイオン輸送体の種類が細胞種ごとに異なることの生理学的意義の解明を目指す。 そのためにまず、pHをはじめとした小胞体内のイオン組成について、外分泌細胞、B細胞など細胞種ごとに測定を行う。
  今年度は、実験に用いるnuclear envelope（NE）標本の膜の配向についての検討を行った。
  細胞質領域にpH感受性のGFP（pHluorin）を融合したKCa1.1（Ca2+感受性K+チャネル）とCalnexin（ERマーカーに用いられる１回膜貫通型タンパク質）をそれぞれHEK293細胞に発現させて、NE標本を作成した。pHluorin融合タンパク質を発現したNE標本に対してwhole NEモードのパッチクランプを行い、
  電極内液のpHに対するpHluorinの蛍光強度変化を観察したところ、酸性条件の電極内液を用いた時、pHluorinの蛍光が減弱することを観察した。この蛍光強度変化は、中性条件の電極内液を用いた場合には観察されなかった。これは、KCa1.1、Calnexinの細胞質領域がNE標本のlumen側を向いていることを示している。このことから、NE標本における核外膜（ER膜とつながっている）は、標本作成の操作中に反転している可能性が示唆された。
• オプトジェネティクスを用いた生体内骨細胞機能調節法の創生と利用
  挑戦的研究(萌芽)
  2018年06月29日 - 2023年03月31日
  骨リモデリングは骨の中で骨芽細胞、破骨細胞、骨細胞の3種類の細胞が互いに連携することにより成し遂げられている。この骨リモデリングの詳細なメカニズムを解明することは骨粗鬆症などを初めとする骨に関する様々な病気の治療や予防法の開発につながる重要なテーマである。しかしながら骨関連細胞は固い無機質の中に埋没しているために単離も難しく、ましてや細胞の局所に任意に機械的刺激を負荷することは難しく、骨リモデリングの詳細な解析は進んでいない。本研究ではオプトジェネティクス(光遺伝学)法を利用することによりこの問題を解決することを目的としている。これまでに機械刺激により活性化する単量体型
  GTPaseのRap1に注目して、この活性を光により制御できる新規光刺激応答性タンパク質の開発を行ってきた。この人工タンパク質は光照射により細胞内で局在を変えることができることを見出していたが、短時間に強い光を照射することにより細胞毒性も生じていた。そこで昨年度は新たに導入したLED照明による光照射装置を用いた光照射の条件検討を行ってきた。LEDはキセノンランプと違い高速でon/offが制御できることと、光強度を制御できるため細胞障害を抑制できる。さらに細胞の局所だけに光照射をすることができるシステムも導入しているが、うまく調整ができていない。今後はこれら2つのシステムの条件の最適化を行ったうえで骨系細胞に用いて解析を行う予定である。
• オプトジェネティクスを用いた骨組織内骨細胞の光機械刺激と細胞張力測定
  挑戦的萌芽研究
  東北大学
  2015年04月01日 - 2018年03月31日
  動物の生体は様々な外界からの機械的刺激を受容して細胞内シグナルに変換する細胞が存在している。しかしこれらの細胞は深く組織の中に埋没しているため細胞の局所にかかる機械刺激の強度やそのシグナルがどのように細胞内、細胞間を伝わっていくのかは明らかとなっていない。我々は光遺伝学を利用することにより非接触的に機械刺激を加える方法の確立を目指した。複数の光応答性人工タンパク質を作成して青色の光照射を行った結果、細胞の一部でアクチンフィラメントの消失が見られた。しかしその効力は低く、更なる最適化が必要であると考える。
• 陽イオンチャネルに起因する口腔軟組織疾患の病態生理学的解析
  基盤研究(C)
  東北大学
  2015年04月01日 - 2018年03月31日
  タバコ煙に含まれる有機化学物質が口腔や気道に対する影響を調べるために、TRPA１チャネルをコードする遺伝子をHEK293細胞に一過的に発現させて、タバコ主流煙に含まれている化学物質に対する応答を記録した。
  5つのカルボニル化合物のうちホルムアルデヒド、ブチルアルデヒド、メチルエチルケトンが有意なCa濃度上昇を惹起し、アセトン、クロトンアルデヒドは引き起こさなかった。アクリロニトリル、NNKは有意なCa2+濃度上昇を惹起した。TRPA1チャネル選択的活性化薬のAITC投与時と同様にアクリロニトリルは外向き整流性を示す電流を惹起し逆転電位の結果から、TRPA1チャネルを活性化することを明らかにした。
• イオンチャネルを用いた時空間的制御可能なドラッグデリバリーシステムの開発
  挑戦的萌芽研究
  東北大学
  2013年04月01日 - 2015年03月31日
  TRPV1チャネル（カプサイシン受容体）はカプサイシンの刺激により開口し、Na+、K+、Ca2+等を通過させる。TRPV1チャネルをHEK293細胞に一過的に発現させ、電気生理学的に濃度-反応関係を記録した。カプサイシンの閾値は0.03 uMであり、EC50は0.22 uMであった。蛍光色素FM1-43（分子量が452 Da）の透過性も検討した。FM1-43存在下で1 uMのカプサイシンで刺激したところTRPV1発現細胞にFM1-43が流入した。細胞外のCa2+を除去するとFM1-43の流入は抑制された。以上の結果より、細胞外のCa2+がイオン通過路内径に影響を与えることが示唆された。
• 骨メカノセンサーネットワークによる機械刺激受容シグナル伝達機構の解明
  若手研究(B)
  東北大学
  2010年 - 2011年
  ヒトの体を内側から支えている骨には3種類の細胞が存在する。その一つである骨芽細胞は機械刺激を受けると細胞外からチャネルタンパク質を介したCa^(2+)の流入により細胞内のカルシウム濃度が上昇することが知られている。骨芽細胞には複数の機械刺激受容チャネルが発現しているが、どのような刺激に対してどのチャネルが応答するかはわかっていない。研究の結果、低浸透圧刺激に対してはTRPV2, TRPV4はあまり関与しないことが明らかとなった。
• シグナルプレックスを基盤とした口腔感覚形成機構の解明
  基盤研究(B)
  東北大学
  2009年 - 2011年
  甘味、苦味、酸味、塩味、旨味が5基本味と言われている。脂肪は3大栄養素の1つであるが、油(脂)の味は5基本味に入っていない。一方、我々は味が油で大きく変わることを経験しているが、そのメカニズムは不明である。本研究では電気生理学的・薬理学的手法により味蕾で甘味、苦味、旨味のシグナルトランスダクションに関わるTRPM5チャネルの活性が細胞内Ca2+ 濃度依存的に脂質によって修飾されることが判明した。
• 骨リモデリングを支配する機械刺激受容陽イオンチャネル活性化機構の解明
  若手研究(B)
  東北大学
  2008年 - 2009年
  生きている骨には吸収と再生を繰り返し、常に一定の骨量を維持するための機構が存在する。これには外部からの様々な力が重要であることが知られているがいまだに詳細なメカニズムは明らかになっていない。我々は細胞内に陽イオンを流しいれるチャネルタンパク質に着目し、どのようなチャネルが力を感知しているかを調べた。その結果、骨の細胞に多くの、力を感知できるチャネルタンパク質が発現していることを見出した。