V407I-BMP10が左室心筋緻密化障害を誘導する病態の解明

• Project/Area Number: 17K10139
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Pediatrics
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 齋藤 和由 富山大学, 附属病院, 助教 (30566097)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: BMP10 / hiPSC / CRISPR-Cas9 / 3次元培養 / 左室心筋緻密化障害 / iPS細胞 / CRISPR-Cas9システム / knock-inマウス

Outline of Annual Research Achievements

左室心筋緻密化障害のin vitro研究を困難にさせている理由の一つは心筋細胞のsingle cellの情報が不足していること及びそのsinglecellから構築される2次元、3次元構造の再現が時間軸をひとつの変数として関与するため、基本的には4次元の発生学として理解する必要があること、更にはそれを生体外の世界で再構築する必要があるためである。マウスを使ったin vivoの系では、リアルタイムに心臓の発生を観察することは難しい。そこで我々はhuman induced pluripotent stem cell (hiPSC)細胞を心筋細胞へ分化させ、個々の心筋細胞の機能を解析することと、一方で3次元空間的に心筋細胞を培養することから実験系を構築した。比較的簡易でかつ再現性のある3次元細胞培養技術の開発に成功し、それを用いた心臓モデルを作成することで、実際のヒトの心筋細胞における形態や機能の変化および分子生物学的な病態の解明を図ろうとした。しかし、実際に細胞の免疫染色や心筋の組織染色を行うと実際の心筋組織とは依然大きな隔たりがあることが判明した。依然モデル実験系としては多くの改良が必要と考えられた。
一方で、遺伝子工学的な手法として、CRISPR-Cas9システムを用いた当該遺伝子特異的なKnockInモデルを構築すべく、変異遺伝子を組み込んだプラスミドベクターの作成を行った。HEC293細胞を用いた実験では組み換えは比較的効率に確認されたが、H9C2やhiPSCを用いた場合にはうまく機能しなかった。病的モデルとしての遺伝子組み換えhiPSCを作成し、その病的な心筋のレスキュー実験を行うことでV407I-BMP10が病因遺伝子であることを同定する計画であったが、多くの課題が浮き彫りとなっている現状である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] テネシー州立大学/LeBorne Children's Hospital(米国)
• [Journal Article] MicroRNA-145-5p and microRNA-320a encapsulated in endothelial microparticles contribute to the progression of vasculitis in acute Kawasaki Disease. (2018)
  • Author(s): Nakaoka H, Hirono K, Yamamoto S, Takasaki I, Takahashi K, Kinoshita K, Takasaki A, Nishida N, Okabe M, Ce W, Miyao N, Saito K, Ibuki K, Ozawa S, Adachi Y, Ichida F.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1016-1023
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19310-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Wide and Specific Spectrum of Genetic Variants and Genotype-Phenotype Correlations Revealed by Next-Generation Sequencing in Patients with Left Ventricular Noncompaction. (2017)
  • Author(s): Wang C, Hata Y, Hirono K, Takasaki A, Ozawa SW, Nakaoka H, Saito K, Miyao N, Okabe M, Ibuki K, Nishida N, Origasa H, Yu X, Bowles NE, Ichida F; for LVNC Study Collaborators.
  • Journal Title: J Am Heart Assoc. Volume: 6 Issue: 9
  • DOI: 10.1161/jaha.117.006210
  • NAID: 120006772542
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Long-Term Prognosis of Patients With Left Ventricular Noncompaction ― Comparison Between Infantile and Juvenile Types ― (2017)
  • Author(s): Wang, Ce; Takasaki, Asami; Ozawa, Sayaka; Nakaoka, Hideyuki; Okabe, Mako; Miyao, Nariaki; Saito, Kazuyoshi; Ibuki, Keijiro; Hirono, Keiichi; Yoshimura, Naoki; Yu, Xian; Ichida, Fukiko
  • Journal Title: Circulation Journal Volume: 81 Issue: 5 Pages: 694-700
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-16-1114
  • NAID: 130005612070
  • ISSN: 1346-9843, 1347-4820
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Endothelin-1はフォンタン循環において重要な役割を果たす(Endothelin-1 Plays an Important Role in the Fontan Circulation) (2017)
  • Author(s): 青木 正哉 , 鈴木 陽子, 仲岡 英幸, 齋藤 和由, 伊吹 圭二郎, 小澤 綾佳, 廣野 恵一, 市田 蕗子, 江本 憲昭, 芳村 直樹
  • Organizer: 81回日本循環器学会学術集会
• [Presentation] 二心室形態の三尖弁閉鎖不全に対する三尖弁形成術 (2017)
  • Author(s): 池野 友基, 青木 正哉, 芳村 直樹, 仲岡 英幸, 齋藤 和由, 小澤 綾佳, 廣野 恵一, 市田 蕗子
  • Organizer: 第53回日本小児循環器学会
• [Presentation] V407I-BMP10変異は心筋の分化および増殖を阻害し、左室心筋緻密化障害の原因となるかもしれない (2017)
  • Author(s): 齋藤 和由, 廣野 恵一, 岡部 真子, 仲岡 英幸, 小澤 綾香, 市田 蕗子
  • Organizer: 第53回日本小児循環器学会
• [Presentation] 当院における無脾症の治療成績と問題点 (2017)
  • Author(s): 青木 正哉, 池野 友基, 廣野 恵一, 小澤 綾佳, 齋藤 和由, 仲岡 英幸, 岡部 真子, 市田 蕗子, 江本 憲昭, 芳村 直樹
  • Organizer: 第53回日本小児循環器学会
• [Presentation] 先天性心疾患の幼児期から学童期の頭部MRI画像と発達検査の経時的変化 (2017)
  • Author(s): 平岩 明子, 伊吹 圭二郎, 岡部 真子, 宮尾 成明, 仲岡 英幸, 斎藤 和由, 小澤 綾佳, 渡辺 一洋, 廣野 恵一, 芳村 直樹, 市田 蕗子
  • Organizer: 第53回日本小児循環器学会
• [Presentation] 心臓MRIを用いた左室心筋緻密化障害(LVNC)の心室機能解析 (2017)
  • Author(s): 仲岡 英幸, 岡部 真子, 宮尾 成明, 斎藤 和由, 伊吹 圭二郎, 小澤 綾佳, 廣野 恵一, 長濱 航永, 伊藤 貞則, 森 光一, 市田 蕗子
  • Organizer: 第53回日本小児循環器学会
• [Presentation] 小児慢性特定疾病レポジトリーに基づくアンケート結果からみた左室心筋緻密化障害の臨床像 (2017)
  • Author(s): 宮尾 成明, 岡部 真子, 仲岡 英幸, 斎藤 和由, 小澤 綾佳, 廣野 恵一, 市田 蕗子
  • Organizer: 第53回日本小児循環器学会
• [Presentation] 川崎病罹患後にペースメーカー心室閾値の上昇を認めた、三尖弁閉鎖・Fontan術後の洞不全症候群の1例 (2017)
  • Author(s): 岡部 真子, 宮尾 成明, 仲岡 英幸, 斎藤 和由, 小澤 綾佳, 廣野 恵一, 市田 蕗子, 池野 友基, 青木 正哉, 芳村 直樹
  • Organizer: 第53回日本小児循環器学会