Elucidaion of muscular pathology of SBMA using disease specific iPSCs

• Project/Area Number: 19K07969
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Aichi Medical University
• Principal Investigator: 道勇 学 愛知医科大学, 医学部, 教授 (90293703)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡田 洋平 愛知医科大学, 加齢医科学研究所, 教授 (30383714) ; 伊藤 卓治 愛知医科大学, 加齢医科学研究所, 助教 (30794151)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 疾患iPS細胞 / iPS細胞 / 骨格筋 / トランスクリプトーム / 球脊髄性筋萎縮症

Outline of Research at the Start

球脊髄性筋萎縮症（SBMA）は、30-50歳代の男性に発症する緩徐進行性の下位運動ニューロン変性疾患である。従来は運動ニューロンに着目した解析がほとんどであったが、近年、骨格筋そのもの、あるいは骨格筋による運動ニューロンへの非細胞自律的な病態が示唆されている。しかし、その存在を直接的に示した報告はなく、またその詳細な分子機序は未解明である。本研究では、SBMA疾患iPS細胞由来骨格筋における病態変化と、その背景にある分子メカニズムを解明する。また、この骨格筋病態が運動ニューロンに及ぼす影響をiPS細胞による神経・筋共培養システムを用いて明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

（1）ヒトiPS細胞由来骨格筋の成熟促進法の確立：様々な因子を添加することにより、より高効率に成熟した骨格筋を作成することに成功したため、今後の病態解析への応用が期待される。
（2）SBMA患者iPS細胞から骨格筋への分化誘導：SBMA疾患iPS細胞8株、および健常者iPS細胞5株から誘導した骨格筋において、細胞死、成熟度などについての評価をした結果、一部の病態の再現に成功した。
（3）疾患iPS由来骨格筋における病態関連因子の探索：トランスクリプトーム解析の結果、患者の骨格筋において変動を示す、複数の病態関連分子を同定した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

SBMA患者iPS細胞由来骨格筋において、一部の病態の再現に成功した。また、トランスクリプトーム解析による病態関連分子の探索では、患者で変動を示す複数の病態関連分子を同定しており、おおよそ当初の計画通りに進捗していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

骨格筋病態関連分子の機能解析：変化がみられた分子（遺伝子）について、患者または健常者iPS細胞由来骨格筋への強制発現やノックダウンを行い、表現型の再現やレスキューを解析する。また、候補分子に対してその下流シグナルの解析、阻害剤等を用いた解析へと進める。

Research Products

• [Journal Article] The SYNGAP1 3'UTR variant in ALS patients causes aberrant SYNGAP1 splicing and dendritic spine loss by recruiting HNRNPK (2022)
  • Author(s): Yokoi S, Ito T, Sahashi K, Nakatochi M, Tohnai G, Nakamura R, Fujioka Y, Ishigaki S, Udagawa T, Izumi Y, Morita M, Kano O, Oda M, Sone T, Okano H, Atsuta N, Katsuno M, Okada Y*, Sobue G*
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 42 Issue: 47 Pages: 8881-8896
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0455-22.2022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SBMAの病態解明・治療開発研究 (2022)
  • Author(s): 岡田梨奈、岡田洋平
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 73 Pages: 480-481
• [Journal Article] Two distinct mechanisms of neuropathy in immunoglobulin light chain (AL) amyloidosis (2021)
  • Author(s): Koike H, Mouria N, Fukamia Y, Iijima M, Matsuo K, Yagi N, Saito A, Nakamura H, Takahashi K, Nakae Y, Okada Y, Tanaka F, Sobue G, Katsuno M
  • Journal Title: Commun Biol. Volume: 421 Pages: 117305-117305
  • DOI: 10.1016/j.jns.2020.117305
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective suppression of polyglutamine-expanded protein by lipid nanoparticle-delivered siRNA targeting CAG expansions in the mouse CNS. (2021)
  • Author(s): Hirunagi T, Sahashi K, Tachikawa K, Leu AI, Nguyen M, Mukthavaram R, Karmali PP, Chivukula P, Tohnai G, Iida M, Onodera K, Ohyama M, Okada Y, Okano H, Katsuno M.
  • Journal Title: Mol Ther Nucleic Acids. Volume: 24 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2021.02.007
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [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] Antiparkinsonian drugs as potent contributors to nocturnal sleep in patients with Parkinson's disease. (2021)
  • Author(s): Taguchi S, Koide H, Oiwa H, Hayashi M, Ogawa K, Ito C, Nakashima K, Yuasa T, Yasumoto A, Ando H, Fujikake A, Fukuoka T, Tokui K, Izumi M, Tsunoda Y, Kawagashira Y, Okada Y, Niwa JI, Doyu M.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 16 Issue: 7 Pages: e0255274-e0255274
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0255274
  • 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] 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] Aberrant axon branching via Fos-B dysregulation in FUS-ALS motor neurons. (2019)
  • Author(s): Akiyama T, Suzuki N, Ishikawa M, Fujimori K, Sone T, Kawada J, Funayama R, Fujishima F, Mitsuzawa S, Ikeda K, Ono H, Shijo T, Osana S, Shirota M, Nakagawa T, et al.
  • Journal Title: EBioMedicine Volume: 45 Pages: 362-378
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2019.06.013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Src inhibition attenuates polyglutamine-mediated neuromuscular degeneration in spinal and bulbar muscular atrophy (2019)
  • Author(s): Iida M, Sahashi K, Kondo N, Nakatsuji H, Tohnai G, Tsutsumi Y, Noda S, Murakami A, Onodera K, Okada Y, Nakatochi M, Okabe Y, Shimizu S, Mizuno M, Adachi H, Okano H, Sobue G, Katsuno M
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 10 Pages: 4262-4262
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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] Motor Improvement-Related Regional Cerebral Blood Flow Changes in Parkinson's Disease in Response to Antiparkinsonian Drugs. (2019)
  • Author(s): Taguchi S, Tanabe N, Niwa JI, Doyu M.
  • Journal Title: Parkinsons Dis. Volume: 0 Pages: 7503230-7503230
• [Presentation] iPS細胞を用いたSBMAの病態解明、治療開発研究 (2022)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: SBMAの会 2022年度医療セミナー
  • Invited
• [Presentation] iPS細胞を用いた神経疾患の病態解明と治療戦略 (2022)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: 第62回日本定位・機能神経外科学会
  • Invited
• [Presentation] Elucidating early pathophysiology of spinal-bulbar muscular atrophy using disease-specific iPSCs (2022)
  • Author(s): 小野寺一成, 下門大祐, Bruno De Araujo Herculano1, 石原康晴, 依田真由子, 太田明伸, 矢野真人, 宮冬樹, Rashid Muhammad Irfanur, 伊藤卓治, 岡田梨奈, 角田達彦, 細川好孝, 道勇学, 祖父江元, 勝野雅央,岡野栄之,岡田洋平
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Monomerization of TDP-43 is a key determinant for inducing TDP-43 pathology in ALS (2022)
  • Author(s): 大岩康太郎, 渡邊征爾, 小野寺一成, 井口洋, 岡田洋平, 勝野雅央, 山中 宏二
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術大会
• [Presentation] 疾患iPS細胞由来神経・筋共培養モデルを用いた運動ニューロン疾患の非細胞自律的神経変性を担う分子病態の解明 (2022)
  • Author(s): 伊藤卓治、ラシッド ムハンマド イルファヌール、小野寺一成、岡田梨奈、下門大祐、田中智史、勝野雅央、祖父江元、道勇学、岡野栄之、岡田洋平
  • Organizer: 第33回日本末梢神経学会学術集会
• [Presentation] Establishment of a more efficient disease model for ALS using feeder-free disease specific iPSCs (2022)
  • Author(s): Khatun Z, Onodera K, Yamaguchi S, Okada R, Ito T, Rashid MI, Inoue H, Aoki M, Okano H, Doyu M, Okada Y
  • Organizer: 第33回日本末梢神経学会学術集会
• [Presentation] 疾患iPS細胞由来神経・筋共培養モデルを用いた運動ニューロン疾患の非細胞自律的神経変性を担う分子病態の解明 (2022)
  • Author(s): 伊藤卓治、ラシッド ムハンマド イルファヌール、小野寺一成、岡田梨奈、下門大祐、田中智史、勝野雅央、祖父江元、道勇学、岡野栄之、岡田洋平
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Establishment of a more efficient disease model for ALS using feeder-free disease specific iPSCs (2022)
  • Author(s): Khatun Z, Onodera K, Yamaguchi S, Okada R, Ito T, Rashid MI, Inoue H, Aoki M, Okano H, Doyu M, Okada Y
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Bulk differentiation of iPSCs into contractible muscles for muscular disease modeling (2022)
  • Author(s): Rashid MI, Ito T, Miya F, Shimojo D, Arimoto K, Onodera K, Okada R, Nagashima T, Yamamoto K, Khatun Z, Okano H, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 疾患iPS細胞由来神経・筋共培養モデルを用いた運動ニューロン疾患の非細胞自律的神経変性を担う分子病態の解明 (2022)
  • Author(s): 伊藤卓治、ラシッド ムハンマド イルファヌール、小野寺一成、岡田梨奈、下門大祐、田中智史、勝野雅央、祖父江元、道勇学、岡野栄之、岡田洋平
  • Organizer: 第22回日本再生医療学会総会
• [Presentation] Establishment of a more efficient disease model for ALS using feeder-free disease specific iPSCs (2022)
  • Author(s): Khatun Z, Onodera K, Yamaguchi S, Okada R, Ito T, Rashid MI, Inoue H, Aoki M, Okano H, Doyu M, Okada Y
  • Organizer: 第22回日本再生医療学会総会
• [Presentation] 疾患特異的iPS細胞を用いた球脊髄性筋萎縮症（SBMA）の早期病態解明と治療開発 (2022)
  • Author(s): 小野寺一成、下門大祐、石原康晴、太田明伸、Muhammad Irfanur Rashid、伊藤卓治、岡田梨奈、細川好孝、道勇学、祖父江元、勝野雅央、岡野栄之、岡田洋平
  • Organizer: 第22回日本再生医療学会総会
• [Presentation] 疾患特異的iPS細胞を用いた運動ニューロン疾患の病態解明と治療開発 (2021)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 病態に基づいた神経疾患の再生戦略 (2021)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: 浜松医科大学尖端医学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 疾患特異的iPS細胞を用いた神経・筋病態の解明 (2021)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: 第60回日本臨床検査医学会東海・北陸支部総会、第344回日本臨床化学会東海・北陸支部例会 連合大会
  • Invited
• [Presentation] Elucidating early pathophysiology of spinal-bulbar muscular atrophy using disease-specific iPSCs (2021)
  • Author(s): 小野寺一成, 下門大祐, de Ara?jo Herculano B,石原康晴, 依田真由子, 太田明伸, 矢野真人, 宮冬樹, Rashid MI, 伊藤卓治, 岡田梨奈, 角田達彦, 細川好孝, 道勇学, 祖父江元, 勝野雅央, 岡野栄之, 岡田 洋平
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] SynGAP variant from ALS cohort causes spine abnormality by excessive recruitment of FUS and hnRNPK (2021)
  • Author(s): 横井聡, 伊藤卓治, 佐橋健太郎, 中村亮一, 石垣診祐, 熱田直樹, 勝野雅央, 岡田 洋平, 祖父江元
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] 脳卒中患者における自律神経機能と病状との関連 (2021)
  • Author(s): 中島 康自, 小出 弘文, 林 未久, 伊藤 千弘, 湯淺 知子, 安本 明弘, 安藤 宏明, 田口 宗太郎, 藤掛 彰史, 福岡 敬晃, 徳井 啓介, 川頭 祐一, 岡田 洋平, 丹羽 淳一, 道勇 学
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Allele selective suppression of mutant polyQ protein by LNP-delivered siRNA targeting CAG expansions (2021)
  • Author(s): 蛭薙智紀, 佐橋健太郎, 立川潔, Leu A, Nguyen M, Mukthavaram R, Karmali P, Chivukula P, 藤内玄規, 飯田円, 小野寺一成, 大山学, 岡田 洋平, 岡野栄之, 勝野雅央
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] The effects of g-secretase inhibitor on differentiation of iPSC-derived neurons (2021)
  • Author(s): 福井ナナミ、伊藤卓治、杉山香織、岡田梨奈、小野寺一成、Zohora Khatun、道勇学、岡田洋平
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会 CJK第1回国際会議
• [Presentation] Establishment of hiPSC-derived functional neuromuscular models for the analysis of neuromuscular diseases (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: 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、第44回日本神経科学大会 CJK第1回国際会議
• [Presentation] Efficient, reproducible, and functional differentiation of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) into skeletal muscles for muscular disease modeling. (2021)
  • Author(s): Rashid MI, Ito T, Shimojo D, Khatun Z, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y.
  • Organizer: PACTALS 2021 NAGOYA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Elucidating early pathophysiology of Spinal-bulbar muscular atrophy using diseasespecific iPSCs. (2021)
  • Author(s): Onodera K, Shimojo D, de Ara?jo Herculano B, Ishihara Y, Yoda M, Ota A, Rashid MI, Ito T, Okada R, Hosokawa Y, Doyu M, Sobue G, Katsuno M, Okano H, Okada Y
  • Organizer: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium, Tokyo
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Establishment of iPSC-derived neuromuscular co-culture model for the analysis of non-cell autonomous neurodegeneration in motor neuron diseases (2021)
  • Author(s): Ito T, Rashid MI, Tanaka S, Shimojo D, Okano H, Doyu M, Okada Y.
  • Organizer: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium, Tokyo
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient, reproducible and functional differentiation of human iPSCs into skeletal muscles for muscular disease modeling. (2021)
  • Author(s): Rashid MI, Ito T, Shimojo D, Khatun Z, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y.
  • 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] Pathophysiological analysis of spinal and bulbar muscular atrophy using disease-specific iPSCs. (2019)
  • Author(s): Onodera K， Shimojo D， Yoda M, Ishihara Y， Ito T, Okada R, Doyu M， Katsuno M， Okano H， Sobue G， Okada Y
  • Organizer: 第60回日本神経学会学術大会
• [Presentation] FUS depletion induces spine abnormality and SynGAP depletion in hiPSC-derived motor neuron. (2019)
  • Author(s): Yokoi S, Ito T, Sahashi K, Ishigaki S, Katsuno M, Okada Y, Sobue G.
  • Organizer: 第60回日本神経学会学術大会
• [Presentation] The effects of hypoxia on differentiation and maturation of human induced pluripotent stem cell-derived neural progenitors. (2019)
  • Author(s): Okada Y, Okada R, Li J, Onodera K, Ito T, Okano HJ, Doyu M
  • Organizer: ISSCR 2019 Annual Meeting, LosAngeles
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reconstruction of motor function in peripheral nerves by transplanatation of human iPSC-derived motor neuron progenitors. (2019)
  • Author(s): Niwa S, Saeki M, Shinkai H, Kurimoto S, Hirata H, Doyu M, Okada Y
  • Organizer: ISSCR 2019 Annual Meeting, LosAngeles
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Elucidation of non-cell 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: ISSCR 2019 Annual Meeting, LosAngeles
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] iPS細胞を用いた神経疾患研究 (2019)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: SBMAの会 第8回医療セミナー
  • Invited
• [Presentation] iPS細胞を用いたNMJ形成② (2019)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: AMED再生医療実現拠点ネットワークプログラム「疾患特異的iPS細胞の利活用促進・難病研究加速プログラム」研究拠点I疾患別ミーティング
  • Invited
• [Remarks] 愛知医科大学医学部内科学講座（神経内科）
  • URL: https://www.aichi-med-u.ac.jp/su06/su0607/su060703/02.html
• [Remarks] 愛知医科大学 神経内科
  • URL: https://www.aichi-med-u.ac.jp/su06/su0607/su060703/02.html