iPS細胞による革新的神経・筋共培養システムを用いた運動ニューロン疾患の病態解析

• Project/Area Number: 19J40240
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Aichi Medical University
• Principal Investigator: 伊藤 卓治 愛知医科大学, 医学部 内科学講座(神経内科), 特別研究員(RPD) (30794151)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 球脊髄性筋萎縮症（SBMA） / iPS細胞 / 運動ニューロン / 骨格筋 / 神経筋接合部（NMJ） / ゲノム編集 / タイムラプスイメージング / オプトジェネティクス

Outline of Research at the Start

球脊髄性筋萎縮症（SBMA）疾患特異的iPS細胞を用いて、SBMAにおける神経・筋相互作用に着目した新たな病態解明と治療標的の同定を目的として、(1) 疾患iPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋の共培養による神経・筋疾患モデルの構築、(2) 神経・筋病態の解明、(3) 分子メカニズムの解明、(4) 新規治療法の開発、(5) 様々な運動ニューロン疾患における神経・筋病態の解明を行う。

Outline of Annual Research Achievements

1) 神経・筋シナプス機能評価システムによる定量法の開発:神経・筋において470nmの青色光で神経を刺激することにより増加した細胞外電位が、アセチルコリン受容体の阻害剤で抑制されたため、神経・筋シナプス機能を評価できるシステムの構築に成功している。このシステムにおいて、より簡便にシナプス機能を定量評価するための新規ソフトウェアを開発している。
2) 球脊髄性筋萎縮症（SBMA）患者iPS細胞におけるトランスクリプトーム解析:これまでの解析により、SBMA患者iPS細胞由来神経・筋において、 表現型の一部を捉えることに成功した。そこで、得られた表現型に関与する病態関連因子を同定するため、トランスクリプトーム解析を行った。その結果、病態に寄与する可能性があるいくつかの分子をピックアップすることができた。
3) 候補分子の影響評価:ピックアップした候補分子のiPS細胞由来運動ニューロンへの影響を評価した。インセルアナライザーを用いてスクリーニングを行った結果、候補分子がSBMAの表現型に関与し得る可能性が示唆された。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of a Human Neuromuscular Tissue-on-a-Chip Model on a 24-Well-Plate-Format Compartmentalized Microfluidic Device (2021)
  • Author(s): Yamamoto K, Yamaoka N, Imaizumi Y, Nagashima T, Furutani T, Ito T, Okada Y, Honda H, Shimizu K
  • Journal Title: Lab on a Chip Volume: 21 Issue: 10 Pages: 1897-1907
  • DOI: 10.1039/d1lc00048a
  • NAID: 120007169522
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simple and efficient differentiation of human iPSCs into contractible skeletal muscles for muscular disease modeling (2021)
  • Author(s): Rashid MI, Ito T, Shimojo D, Arimoto K, Onodera K, Okada R, Nagashima T, Yamamoto K, Khatun Z, Okano H, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y
  • Journal Title: bioRxiv Volume: 11.22.468571
  • Open Access
• [Journal Article] PlexinA1 deficiency in BALB/cAJ mice leads to excessive self-grooming and reduced prepulse inhibition (2020)
  • Author(s): Mst Sharifa Jahan, Takuji Ito, Sachika Ichihashi, Takanobu Masuda, Md Eliusur Rahman Bhuiyan, Ikuko Takahashi, Hyota Takamatsu, Atsushi Kumanogoh, Takamasa Tsuzuki, Takayuki Negishi, Kazunori Yukawa
  • Journal Title: IBRO Reports Volume: 22 Pages: 276-289
  • DOI: 10.1016/j.ibror.2020.10.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Unveiling synapse pathology in spinal bulbar muscular atrophy by genome-wide transcriptome analysis of purified motor neurons derived from disease specific iPSCs (2020)
  • Author(s): Onodera K, Shimojo D, Ishihara Y, Yano M, Miya F, Banno H, Kuzumaki N, Ito T, Okada R, Ohyama M, Yoshida M, Tsunoda T, Katsuno M, Doyu M, Sobue G, Okano H, Okada Y
  • Journal Title: Mol. Brain Volume: 13 Issue: 1 Pages: 18-18
  • DOI: 10.1186/s13041-020-0561-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Modulation of oxygen tension, acidosis, and cell density is crucial for neural differentiation of human induced pluripotent stem cells. (2020)
  • Author(s): Okada R, Onodera K, Ito T, Doyu M, Okano HJ, Okada Y
  • Journal Title: Neurosci. Res. Volume: - Pages: 30043-2
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.01.015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tandem paired nicking promotes precise genome editing with scarce interference by p53 (2019)
  • Author(s): Hyodo T, Rahman ML, Karnan S, Ito T, Toyoda A, Ota A, Wahiduzzaman M, Tsuzuki S, Okada Y, Hosokawa Y, Konishi H.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 30 Issue: 4 Pages: 1195-1207
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.12.064
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Open-Chamber Co-Culture Microdevices for Single-Cell Analysis of Skeletal Muscle Myotubes and Motor Neurons with Neuromuscular Junctions (2019)
  • Author(s): Nao Yamaoka、Shimizu Kazunori、Yu Imaizumi、Takuji Ito、Yohei Okada、Hiroyuki Honda
  • Journal Title: BioChip Journal Volume: in press Issue: 2 Pages: 127-132
  • DOI: 10.1007/s13206-018-3202-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PlexinA1 is crucial for the midline crossing of callosal axons during corpus callosum development in BALB/cAJ mice (2019)
  • Author(s): Hossain Md. Mosharaf、Tsuzuki Takamasa、Sakakibara Kazuki、Imaizumi Fumitaka、Ikegaya Akihiro、Inagaki Mami、Takahashi Ikuko、Ito Takuji、Takamatsu Hyota、Kumanogoh Atsushi、Negishi Takayuki、Yukawa Kazunori
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 14 Issue: 8 Pages: e0221440-e0221440
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0221440
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ヒトiPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋を用いた機能的神経筋共培養モデルの構築 (2021)
  • Author(s): 伊藤 卓治, ラシッド ムハンマド, イルファヌール, 田中 智史, 下門 大祐, 岡野 栄之, 道勇 学, 岡田, 洋平
  • Organizer: 第44回日本神経科学?会 / CJK第1回国際会議（神戸）
• [Presentation] ESTABLISHMENT OF IPSC-DERIVED NEUROMUSCULAR CO-CULTURE MODEL FOR THE ANALYSIS OF NON-CELL AUTONOMOUS NEURODEGENERATION IN MOTOR NEURON DISEASES (2021)
  • Author(s): Takuji Ito, Muhammad Irfanur Rashid, Satoshi Tanaka, Daisuke Shimojo, Hideyuki Okano, Manabu Doyu, Yohei Okada
  • Organizer: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium (Tokyo)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 疾患iPS細胞による神経・筋共培養を活用した神経変性疾患の病態解析 (2020)
  • Author(s): 伊藤卓治, 小野寺一成, 小野寺一成, 下門大祐, 下門大祐, 田中智史, 田中智史, 岡田梨奈, RASHID Muhammad Irfanur, 道勇学, 岡野栄 之, 岡田洋平
  • Organizer: 日本再生医療学会総会
• [Presentation] ELUCIDATION OF NONCELL AUTONOMOUS NEURODEGENERATION IN SPINAL AND BULBAR MUSCULAR ATROPHY USING IPSC-DERIVED NEUROMUSCULAR MODELS (2019)
  • Author(s): ito T, Tanaka S, Shimojo D, Doyu M, Okano H, Okada Y
  • Organizer: International Society for Stem Cell Research（ISSCR）2019 Annual Meeting（Los Angeles）
  • Int'l Joint Research