Elucidation of the molecular mechanism of genetic disorder in intractable cardiomyopathy using high-content imaging combined with genome editing

• Project/Area Number: 19K16518
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 48040:Medical biochemistry-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Masumura Yuki 大阪大学, 医学系研究科, 招へい教員 (60793437)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: ハイコンテントイメージング / カルシウム / ゲノム編集 / ハイコンテントイメージングシステム / ヒトiPS細胞由来心筋細胞 / カルシウム動態

Outline of Research at the Start

本研究では、ハイコンテントイメージングシステムを用いて、単細胞レベルで多検体の心筋細胞内カルシウム（Ca）動態画像および蛍光免疫染色画像を組み合わせたイメージング解析法を開発し、更にCRISPR/Cas9ゲノム編集技術を組み合わせることで、遺伝子変異の病原性の迅速な評価系を構築することを目標とする。さらに応用して、ヒトiPS細胞由来心筋細胞のCa動態評価および機能評価を行い、心筋症の発症メカニズム、心不全の病態解明へとつなげ、個々の症例に適した治療法の選択・開発につなげることを最終目標に本研究を推進する。

Outline of Final Research Achievements

We developed the analytical system that combines calcium transient data with static immunostaining images in individual cultured cardiomyocytes obtained by high-content imaging system. We analyzed calcium transient data in murine cultured cardiomyocytes or in human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs) and developed MATLAB program that links the obtained data. Finally, we developed sarcomere live-imaging system in iPSC-CMs using genome editing.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

カルシウムは、心筋細胞において、興奮収縮連関の中心的役割を担う。本研究では、個々の心筋細胞レベルにおけるカルシウムの動態を、免疫染色で得られる画像情報と1対1でリンクさせ、自動解析するアルゴリズムを開発した。更に、ヒトiPS細胞由来分化心筋細胞を用いたサルコメアライブイメージング法を確立した。ゲノム編集技術や、疾患iPS細胞技術と組み合わせることで、遺伝性心筋症研究への応用が期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Adeno-associated virus-mediated gene delivery promotes S-phase entry-independent precise targeted integration in cardiomyocytes (2020)
  • Author(s): Kohama Yasuaki、Higo Shuichiro、Masumura Yuki、Shiba Mikio、Kondo Takumi、Ishizu Takamaru、Higo Tomoaki、Nakamura Satoki、Kameda Satoshi、Tabata Tomoka、Inoue Hiroyuki、Motooka Daisuke、Okuzaki Daisuke、Takashima Seiji、Miyagawa Shigeru、Sawa Yoshiki、Hikoso Shungo、Sakata Yasushi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 15348-15348
  • DOI: 10.1038/s41598-020-72216-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ハイコンテントイメージング・数値計算ソフトウェアを用いた心筋症iPS 分化心筋におけるカルシウム動態解析 (2020)
  • Author(s): 田端智香,肥後修一朗,増村雄喜,志波幹夫,小濱康明,近藤匠巳,亀田聡士,井上裕之,中村聡希,高島成二,宮川繁,澤芳樹,彦惣俊吾,坂田泰史
  • Organizer: 第6回日本心筋症研究会
• [Presentation] High-content Image Analysis Combined with Targeted Gene Disruption Clarifies the Role for Pkd1 as a Sarcoplasmic Reticulum Protein that Regulates Calcium Influx in Cardiomyocytes (2019)
  • Author(s): Yuki Masumura
  • Organizer: 第3回日本循環器学会基礎研究フォーラム