Development of novel pathological analysis and medicine in neuropathic Gaucher disease.

• Project/Area Number: 20K08207
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52050:Embryonic medicine and pediatrics-related
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 城戸 淳 熊本大学, 病院, 講師 (70721215)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梶原 隆太郎 熊本大学, 大学院生命科学研究部(保), 助教 (00738221) ; 沼川 忠広 熊本大学, 発生医学研究所, 特定事業研究員 (40425690) ; 小高 陽樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (40831243) ; 松本 志郎 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 准教授 (70467992) ; 曽我 美南 熊本大学, 発生医学研究所, 助教 (80768002)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 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 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 神経型ゴーシェ病 / プレシナプス機能 / ポストシナプス機能 / 酸化ストレス / オートファジー / ミトコンドリア機能 / iPS細胞 / ゴーシェ病 / ライソソーム / グルコシルスフィンゴシン

Outline of Research at the Start

神経型ゴーシェー病患者由来の神経幹細胞に蓄積しているGlcSphを減少させた化合物Ａの効果として、2か月間培養した神経型ゴーシェー病患者由来の神経細胞のプレシナプス機能とポストシナプス機能の評価を行う。また、化合物Ａがプレシナプス機能とポストシナプス機能のターゲットとして考えられる分子の遺伝子・タンパク発現を変えているかを検討する。すでに確立した生後2週から痙攣を発症し、生後3-4週後に死亡する神経型ゴーシェー病のモデルマウスに対して、この化合物Ａの効果を検討する。正常者と神経型ゴーシェー病患者由来の神経細胞の網羅的遺伝子発現解析とシナプトソームの網羅的タンパク発現解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

令和4年度も、ゴーシェ病II型患者由来のiPS細胞から樹立した神経前駆細胞を使用しての薬剤スクリーニングで有効であると考えられた化合物Ａの効果について評価した。これまでの研究成果により、ゴーシェ病II型の患者由来NPCから分化させた神経細胞では、カルシウムイオンの流入が正常者神経前駆細胞由来の神経細胞よりも亢進し、化合物Ａの添加によりそのカルシウムイオンの流入（ポストシナプス機能）が抑制されることが確認できた。また、ゴーシェ病II型患者神経前駆細胞由来神経細胞では、シナプス前終末の開口放出機能がFM1-43解析により低下しており、さらに化合物Ａ添加により、神経型ゴーシェ病患者神経前駆細胞由来神経細胞のプレシナプス機能が改善したことがわかった。また、この化合物Ａ添加においては、酸化ストレス負荷（H2O2添加）時における神経細胞死を神経型ゴーシェ病患者由来神経細胞において改善した。すなわち、化合物Ａの添加下の長期培養により、ゴーシェ病II型患者神経細胞は、より正常な神経細胞の機能に近づくことができた。今年度は、ゴーシェ病II型患者iPS細胞2検体とIII型患者iPS細胞1検体の3検体についてこれらの結果が当てはまるかの検討をさらに行い、この結果は間違いないと判断できた。また、II型患者のiPS細胞の片側アレルの病的変異の遺伝子を編集したものをコントロールとして獲得し、それらから神経細胞を分化させ、同様に解析することで上記の結果がさらに間違いないと判断できた。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

2検体の正常コントロールサンプル、3検体患者サンプル、1検体の遺伝子編集サンプルからの神経前駆細胞を神経細胞にして解析することがかなりむずかしく、神経にするための時間も2か月半以上要するため、想定以上の時間と難易度が必要となったため。

Strategy for Future Research Activity

神経型ゴーシェ病に対する化合物Ａの有効性については、おおかた証明できた。メカニズムについては、まだ不十分なところがあり、今後はこれを詰めていく必要がある。また、すべてのiPS細胞（2検体の正常コントロールサンプル、3検体患者サンプル、1検体の遺伝子編集サンプル）の安定したデータを得ることにかなり苦労しており、完全にデータがそろうためには今しばらく時間を要する。いずれにしても、何度も神経分化とその解析をトライしていく。これらが解決次第、論文を投稿する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Gene therapy for lysosomal storage diseases: Current clinical trial prospects. (2023)
  • Author(s): Kido J, Sugawara K, Nakamura K.
  • Journal Title: Front Genet. Volume: 14 Pages: 1064924-1064924
  • DOI: 10.3389/fgene.2023.1064924
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gene therapy for spinal muscular atrophy is considerably effective when administered as early as possible after birth. (2023)
  • Author(s): Sawada T, Kido J, Yae Y, Yuge K, Nomura K, Okada K, Fujiyama N, Ozasa S, Nakamura K.
  • Journal Title: Mol Genet Metab Rep. Volume: 35 Pages: 100973-100973
  • DOI: 10.1016/j.ymgmr.2023.100973
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Delineation of a KDM2B-related neurodevelopmental disorder and its associated DNA methylation signature. (2023)
  • Author(s): van Jaarsveld RH, Reilly J, Cornips MC, et al.
  • Journal Title: Genet Med. Volume: 1 Issue: 1 Pages: 46-62
  • DOI: 10.1016/j.gim.2022.09.006
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pathogenic variants of ornithine transcarbamylase deficiency: Nation-wide study in Japan and literature review. (2022)
  • Author(s): Kido J, Sugawara K, Sawada T, Matsumoto S, Nakamura K.
  • Journal Title: Front Genet. Volume: 13 Pages: 952467-952467
  • DOI: 10.3389/fgene.2022.952467
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Newborn screening for spinal muscular atrophy in Japan: One year of experience. (2022)
  • Author(s): Sawada T, Kido J, Sugawara K, Yoshida S, Ozasa S, Nomura K, Okada K, Fujiyama N, Nakamura K.
  • Journal Title: Newborn screening for spinal muscular atrophy in Japan: One year of experience. Volume: 32 Pages: 100908-100908
  • DOI: 10.1016/j.ymgmr.2022.100908
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A case report of two siblings with hypertyrosinemia type 1 presenting with hepatic disease with different onset time and severity. (2022)
  • Author(s): Kawabata K, Kido J, Yoshida T, Matsumoto S, Nakamura K.
  • Journal Title: Mol Genet Metab Rep. Volume: 32 Pages: 100892-100892
  • DOI: 10.1016/j.ymgmr.2022.100892
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Newborn screening for Gaucher disease in Japan. (2022)
  • Author(s): Sawada T, Kido J, Sugawara K, Yoshida S, Matsumoto S, Shimazu T, Matsushita Y, Inoue T, Hirose S, Endo F, Nakamura K.
  • Journal Title: Mol Genet Metab Rep. Volume: 31 Pages: 100850-100850
  • DOI: 10.1016/j.ymgmr.2022.100850
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Clinical manifestation and long-term outcome of citrin deficiency: Report from a nationwide study in Japan (2022)
  • Author(s): Kido J, Haberle J, Sugawara K, Tanaka T, Nagao M, Sawada T, Wada Y, Numakura C, Murayama K, Watanabe Y, Kojima-Ishii K, Sasai H, Kosugiyama K, Nakamura K.
  • Journal Title: J Inherit Metab Dis . Volume: none Issue: 3 Pages: 431-444
  • DOI: 10.1002/jimd.12483
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Current status of newborn screening for Pompe disease in Japan. (2021)
  • Author(s): Sawada T, Kido J*, Sugawara K, Momosaki K, Yoshida S, Kojima-Ishii K, Inoue T, Matsumoto S, Endo F, Ohga S, Hirose S, Nakamura K.
  • Journal Title: Orphanet J Rare Dis. Volume: 18 Issue: 1 Pages: 516-516
  • DOI: 10.1186/s13023-021-02146-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Current status of surviving patients with arginase 1 deficiency in Japan. (2021)
  • Author(s): Kido J*, Matsumoto S, Takeshita E, Hayasaka C, Yamada K, Kagawa J, Nakajima Y, Ito T, Iijima H, Endo F, Nakamura K.
  • Journal Title: Mol Genet Metab Rep. Volume: 29 Pages: 100805-100805
  • DOI: 10.1016/j.ymgmr.2021.100805
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of liver transplantation in urea cycle disorders: Report from a nationwide study in Japan. (2021)
  • Author(s): Kido J*, Matsumoto S, Haberle J, Inomata Y, Kasahara M, Sakamoto S, Horikawa R, Tanemura A, Okajima H, Suzuki T, Nakamura K.
  • Journal Title: J Inherit Metab Dis. Volume: 44 Issue: 6 Pages: 1311-1322
  • DOI: 10.1002/jimd.12415
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Physical, cognitive, and social status of patients with urea cycle disorders in Japan. (2021)
  • Author(s): Kido J, Matsumoto S, Ito T, Hirose S, Fukui K, Kojima-Ishii K, Mushimoto Y, Yoshida S, Ishige M, Sakai N, Nakamura K.
  • Journal Title: Mol Genet Metab Rep. Volume: 27 Pages: 100724-100724
  • DOI: 10.1016/j.ymgmr.2021.100724
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An iPSC-based neural model of sialidosis uncovers glycolytic impairment-causing presynaptic dysfunction and deregulation of Ca2+ dynamics. (2021)
  • Author(s): Odaka H, Numakawa T, Soga M, Kido J, Matsumoto S, Kajihara R, Okumiya T, Tani N, Tanoue Y, Fukuda T, Furuya H, Inoue T, Era T.
  • Journal Title: Neurobiol Dis. Volume: 152 Pages: 105279-105279
  • DOI: 10.1016/j.nbd.2021.105279
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Detection of novel Fabry disease-associated pathogenic variants in Japanese patients by newborn and high-risk screening. (2020)
  • Author(s): Sawada T, Kido J, Sugawara K, Matsumoto S, Takada F, Tsuboi K, Ohtake A, Endo F, Nakamura K.
  • Journal Title: Mol Genet Genomic Med. Volume: 11 Issue: 11
  • DOI: 10.1002/mgg3.1502
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fabry disease screening in high-risk populations in Japan: a nationwide study. (2020)
  • Author(s): Yoshida S, Kido J, Sawada T, Momosaki K, Sugawara K, Matsumoto S, Endo F, Nakamura K.
  • Journal Title: Orphanet J Rare Dis. Volume: 15 Issue: 1 Pages: 220-220
  • DOI: 10.1186/s13023-020-01494-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of induced pluripotent stem cells in lysosomal storage diseases. (2020)
  • Author(s): Kido J, Nakamura K, Era T.
  • Journal Title: Mol Cell Neurosci. Volume: 108 Pages: 103540-103540
  • DOI: 10.1016/j.mcn.2020.103540
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research