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光遺伝学を応用した新しい視覚再生技術の確立
Establishment of novel therapeutic technology utilizing optogenetics
栗原, 俊英(Kurihara, Toshihide)
福澤基金運営委員会
2022
福澤諭吉記念慶應義塾学事振興基金事業報告集 (2021. )網膜色素変性や萎縮型加齢黄斑変性は、現在に至るまで予防法も治療法もなく早期の治療法の確立が望まれる。これらは網膜視細胞が変性消失する疾患である一方、他の網膜神経細胞は保たれているという共通した表現型を持っており、これを利用した視覚再生研究が国内外で行われている。その中で、オプトジェネティクス技術を応用し、変性網膜の残存神経細胞に光駆動能を付与することで、視覚再生効果が得られることが報告されており、近年注目を集めている。我々は、キメラロドプシンという、微生物型ロドプシンと動物型ロドプシンをハイブリッドさせた、光刺激によりGタンパク質を活性化するキメラロドプシンを持ちいることで、従来の技術を感度の面から克服し、新たに予防効果も有する技術として開発した。
本研究ではHPLCを用いることで視サイクルにおけるビタミンA代謝産物である11-cis-retinalおよびall-trans-retinalの定量的な評価系を確立することに成功した。この実験系を用いて、キメラロドプシンの遺伝子導入により、光刺激によるall-trans-retinalへの異性化がどのように変化しうるか現在検証を行なっている。また、その下流のメカニズムとして小胞体ストレスの定量的評価も実施している。これら研究成果は網膜回路の機能や代謝を新たに解明するものであり、網膜変性疾患の視覚再生・予防効果確立に重要な進歩となる。
There has been no preventive or therapeutic approaches for retinitis pigmentosa and dry type of
age-related macular degeneration; thus, establishment of therapeutic technology is demanded todate. These diseases have a common phenotype such as remains of inner neurons in spite of thelost of photoreceptors in the retina. Therefore, vision restoration technologies utilizing thisphenotype have been developed. Among them, optogenetic technology has been applied for the
purpose of visual restoration and has attracted attention. We have established a novel technology
utilizing chimera rhodopsin which is generated with a combination of microbial and animal opsins
and obtained to an ability to G protein activation by light stimulation. This novel technology has
shown higher sensitivity and preventive effect in the degenerating retina.
In this study, we have succeeded to establish an examination system to quantify 11-cis-retinal andall-trans-retinal which are metabolites of vitamin A utilizing high performance liquid
chromatography. With this system, we have been examining the change of retinal isomerization by
light stimulation under the chimera rhodopsin gene transduction. Furthermore, we have been
examining to quantify endoplasmic reticulum stress in order to reveal the down stream mechanism.
These results will reveal novel neuronal circuit and metabolism in the retina and eventually will help
to establish visual restoration and prevention against degenerative retinal diseases.
申請種類 : 福澤基金研究補助Research Paper
https://koara.lib.keio.ac.jp/xoonips/modules/xoonips/detail.php?koara_id=KO12003001-202100020047

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2022 年 4 月 11 日

2021 年度 福澤基金研究補助研究成果実績報告書
所属

医学部臨床教室

氏名

栗原 俊英

職名

専任講師

研究代表者

補助額

1,500千円

氏名（英語） Toshihide Kurihara
研究課題（日本語）

光遺伝学を応用した新しい視覚再生技術の確立
研究課題（英訳）
Establishment of novel therapeutic technology utilizing optogenetics

氏
名 Name栗原俊英 （Toshihide Kurihara）
堅田侑作 （Yusaku Katada）

研究組織
所属・学科・職名 Affiliation, department, and position
慶應義塾大学医学部眼科学教室・専任講師
慶應義塾大学医学部眼科学教室・特任助教
１．研究成果実績の概要

網膜色素変性や萎縮型加齢黄斑変性は、現在に至るまで予防法も治療法もなく早期の治療法の確立が望まれる。これらは網膜視細胞が変性消失する疾患である一方、他の網膜神経細胞は保たれているという共通した表現型を持っており、これを利用した視覚再生研究が国内外で行われている。その中で、オプトジェネティクス技術を応用し、変性網膜の残存神経細胞に光駆動能を付与することで、視覚再生効果が得られることが報告されており、近年注目を集めている。我々は、キメラロドプシンという、微生物型ロドプシンと動物型ロドプシンをハイブリッドさせた、光刺激により G タンパク質を活性化するキメラロドプシンを持ちいることで、従来の技術を感度の面から克服し、新たに予防効果も有する技術として開発した。
本研究では HPLC を用いることで視サイクルにおけるビタミン A 代謝産物である 11-cis-retinal および all-trans-retinal の定量的な評価系を確立することに成功した。この実験系を用いて、キメラロドプシンの遺伝子導入により、光刺激による all-trans-retinal への異性化がどのように変化しうるか現在検証を行なっている。また、その下流のメカニズムとして小胞体ストレスの定量的評価も実施している。これら研究成果は網膜回路の機能や代謝を新たに解明するものであり、網膜変性疾患の視覚再生・予防効果確立に重要な進歩となる。
２．研究成果実績の概要（英訳）There has been no preventive or therapeutic approaches for retinitis pigmentosa and dry type of age-related macular degeneration;
thus, establishment of therapeutic technology is demanded to date. These diseases have a common phenotype such as remains of
inner neurons in spite of the lost of photoreceptors in the retina. Therefore, vision restoration technologies utilizing this phenotype
have been developed. Among them, optogenetic technology has been applied for the purpose of visual restoration and has attractedattention. We have established a novel technology utilizing chimera rhodopsin which is generated with a combination of microbial andanimal opsins and obtained to an ability to G protein activation by light stimulation. This novel technology has shown higher sensitivity
and preventive effect in the degenerating retina.
In this study, we have succeeded to establish an examination system to quantify 11-cis-retinal and all-trans-retinal which aremetabolites of vitamin A utilizing high performance liquid chromatography. With this system, we have been examining the change ofretinal isomerization by light stimulation under the chimera rhodopsin gene transduction. Furthermore, we have been examining toquantify endoplasmic reticulum stress in order to reveal the down stream mechanism. These results will reveal novel neuronal circuitand metabolism in the retina and eventually will help to establish visual restoration and prevention against degenerative retinaldiseases.
３．本研究課題に関する発表
発表者氏名（著者・講演者）

発表課題名（著書名・演題）

発表学術誌名（著書発行所・講演学会）

1

学術誌発行年月（著書発行年月・講演年月）