共同研究・競争的資金等の研究課題

近年アジア圏を中心に近視保有者が急増しており、メディアで報道されるなど注目されている。近視は眼球の前後の長さである眼軸長が伸長することで生じるが眼軸が長いほど視覚障害の割合が増加することからその進行を抑制することが重要であるが効果的な抑制法・治療法が現存しない。本研究は近視眼では強膜（白目部分）において小胞体ストレスが生じていること、その抑制により近視進行がほぼ抑制されることを見出した。これは強膜小胞体ストレスへの介入により効果的な近視抑制・治療法を生み出せる可能性を示唆している。本研究は強膜小胞体ストレスと近視進行の関係を明らかにしその抑制法を生み出そうとするものである。 近視進行に強膜小胞体ストレスの関与を申請者は明らかにしているが、小胞体ストレスがどのように眼軸伸長に関与するのかどうかを検証するのが２０２０年度の目的であった。これに対して、小胞体ストレスによって活性化されるIRE1 (Inositol Response Element 1) 、ATF6 (Activating Transcription Factor 6)、PERK (PKR-like endoplasmic reticulum kinase)の３つのセンサータンパク質から始まるUnfolding Protein Response経路の阻害剤の点眼投与を近視誘導期間中に行った。その結果、阻害剤の単剤投与ではむしろ近視を促進することがありこのことはUPR経路の抑制により他経路が代償的に活性化されて近視進行を促進したと考えられた。そこで２種混合投与試験を行ったところPERKとATF6経路の同時阻害によって近視進行が抑制され、この２経路が近視進行に関わることが示唆された。また２経路のアゴニストの点眼投与は近視進行を誘導した。またテノン嚢下に高濃度のAAVを投与することで強膜において遺伝子発現をON/OFFに方法を確立した。その方法を用いて、IRE1, PERK, ATF6をCRISPER/Cas9システムによりノックダウンするとPERKのノックダウンでは近視化が認められたのに対して、ATF６のノックダウンは近視化を抑制することが明らかとなった。ATF6阻害剤の点眼投与は非近視誘導眼においても近視が誘導された事実とATF6ノックダウン実験による近視進行抑制の事実との矛盾は今後の検討課題であるが、PERK, ATF6経路が近視進行に関与することが強く示唆される結果である。 本年度の目標は近視進行に関わる小胞体ストレス下流のシグナル経路を特定することであった。遺伝子改変動物を使った試験を想定していたが、マウスのクリーン度の問題で本学動物施設に導入することができなかったが、その点は阻害剤・活性化剤を用いた試験を代わりに施行したことでカバーされたどころかむしろ遺伝子改変マウス実験からは得られなかったであろう知見も得られた。また、テノン嚢下注射による遺伝子発現制御法の確立は年度内に行うことができた。以上の結果から予定通り進展していると考える。 次年度はAAVによる強膜遺伝子制御法を用いて複数遺伝子のノックダウン実験を行う。また、近視進行に関わるATF6, PERKの標的遺伝子を見出すためin silico解析をまず行い、その後そこから得られた遺伝子の発現解析、および遺伝子の過剰発現・欠損実験を行う。

近視はアジア圏において急速に増加し、その保有率は60～90%であると試算されている。しかしその発症における分子機序は明らかではなく、そのため有効な治療法が存在しない。申請者らはヒト・ヒヨコを用いた試験で360nm-400nm領域光（バイオレットライト、VL）には近視進行抑制効果があること、また申請者らが開発したマウス近視誘導モデルにおいて近視強膜ではマクロファージの増加および繊維芽細胞増殖が生じることを見出した。強膜における細胞構成の変化が近視発症の分子機序であり、VLによる近視進行抑制は強膜における細胞増殖を抑制することで生じると仮説し、この仮説の検証を本研究の目的とする。 近視はアジア圏を中心に急速に広がっているが、その発症・進行の分子機序および効果的な予防方法が存在しない。現在までに唯一エビデンスレベルが高い予防法として屋外活動あるが、申請者は太陽光に含まれる360nm~400nm領域の光（バイオレットライト）が近視進行抑制へ関与を示唆する知見を得ており、その近視進行抑制効果について検証した。申請者は夏、快晴、北向きの屋外太陽光に含まれるVLのエネルギーを基準にし、レンズ誘導近視マウスへの照射実験を行った結果、VLの照射はマウス近視モデルの近視進行を完全に抑えることが確認された。また、自然の太陽光の中にに豊富に存在する赤、緑、青色の光をVLと同じエネルギーでマウスに照射し、近視進行抑制効果を比較した結果、VLの近視抑制効果が一番強いことが確認された。以上により、屋外環境光に存在するVLはマウスの近視進行を抑制することができ、その抑制効果は波長特異的であることが証明された。 また、近視は眼球の前後方向の長さである眼軸長が伸長することで生じるが、この眼球形態の変化に関して申請者は強膜に着目し病理学的組織学的な検討を詳細に進めたところ、近視強膜では、強膜線維芽細胞の粗面小胞体が膨張していることを見出した。これは小胞体ストレスが生じている際の一つの傍証であることから、近視強膜では小胞体ストレスが生じていること、それば眼軸伸長に関わっている可能性が考えられた。

骨格筋の質は筋機能のみならず、個体の寿命をも制御しうる報告が相次いでいる。しかしながら骨格筋の質とは一体なんであるかと言う本質的な問いに対する答えは全く明らかにされていない。研究代表者は骨格筋線維１本１本を取り囲んでいる基底膜を構成するECM成分こそが骨格筋の質の本質であると考えた。運動後の質の良い骨格筋と、徐神経や糖尿病などの質の悪い骨格筋とのECM遺伝子を網羅的に解析した結果、Lamb3遺伝子を見出した。これは筋再生過程で強く発現が誘導されAkt経路を介して骨格筋の再生・肥大を正に制御することを見出した。これらの結果は、骨格筋内のECMは筋機能を規定する重要な内部環境であることを示唆する。 健康増進のために運動をする人は多く、脂肪燃焼や基礎代謝亢進によって健康増進効果が期待されている。研究代表者はそれだけではなく、運動によって骨格筋の質が向上することが健康増進のみならず個体寿命をも制御しうると考えているが、骨格筋の質とは何であるかと言う点が不明である。本研究によって質の本体が明らかになることで、健康寿命の延伸や場合によっては個体寿命の制御が可能となりうる点で学術的意義・社会的意義は非常に大きい。