Identifying drug targets for neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders via brain transcriptome
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21K07820
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 52050:Embryonic medicine and pediatrics-related
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
野村 淳 神戸大学, 医学研究科, 助教 (70406528)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | コピー数変異 / 神経発達症 / 自閉症 / 統合失調症 / ヒトES細胞 / オルガノイド / 幹細胞生物学 / 神経生理 / シングルセル解析 / コピー数多型 / 染色体操作 / 神経発達 / 神経発達障害 / 精神疾患 / 次世代シーケンサー |
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| Outline of Research at the Start |
染色体レベルの変異はヒト遺伝学研究から様々な疾患との相関が示唆されている．このうち，1q21.1は，「コピー数の違い」が「異なる精神疾患」と相関するユニークな領域である（欠失：統合失調症，重複：自閉症）．すなわち，本領域を研究対象とするメリットは，『多因子が発症に関与する統合失調症と自閉症の違いを一因子（コピー数）からシンプルに比較・考察する事が可能』という点にある．本研究は，申請者らがヒトES細胞を基に作製した1q21.1領域の欠失/重複モデル細胞を基に，脳オルガノイドを作製する事で，『脳内全細胞を対象とした統合失調症と自閉症のバイオマーカーの同定』を試みる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒト1q21.1染色体領域は，自閉症，統合失調症との相関が認められる領域である．特に本領域の欠失は自閉症と，重複は統合失調症との相関が認められており，当該領域に存在する遺伝子のコピー数が疾患表現型に影響を与える（コピー数変異：CNV）ものと考えられる．
本研究は，ヒトES細胞をベースにアイソジェニックセルラインとして1q21.1欠失/重複細胞をゲノム編集技術を用いて樹立し，in vitroでの2D神経細胞への分化，さらには大脳皮質オルガノイドを作製する事で，ヒト患者脳内における疾患表現型の同定，さらには疾患表現型に結びつく分子メカニズムを明らかにする事を目的とする．
本年度は，コントロール細胞とともに過年度に樹立した1q21.1欠失細胞，1q21.1重複細胞をin vitroで神経分化誘導を行い，細胞外電位計測法である平面微小電極アレイ（Multi Electrode Array: MEA），さらに大脳皮質オルガノイド作製を行う事で脳内の疾患表現型の同定を試みた．現在まで，MEAによる神経電気生理学的特性は，コントロール，1q21.1欠失細胞，1q21.1重複細胞間で顕著な変化は認められていない．ただし，1.5ヶ月間の比較的短期間と考えられるin vitroカルチャーである事を考え併せると，より長期間培養した成熟神経細胞でのレコーディングが必要と考えており，現在実施中である．同様にGABA作動性神経細胞の興奮性神経細胞への影響を解析するため，GABAA受容体のブロッカーであるBicuculline投与による薬理学的解析も進行中である．オルガノイドは，各種プロトコールの比較とともに，ストレスフリー回転型浮遊培養器を試験的に導入し，大脳皮質オルガノイド・大脳皮質層形成への影響，解析が進行中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ヒトES細胞からの2D神経分化，大脳皮質オルガノイドのプロトコールは長期に及ぶため，最適なプロトコール設定の予備実験に予想以上に時間を要した．但し，2D神経分化の実験は最適化した事で，実験はスムーズに進んでいる．また，回転培養型のオルガノイド形成実験は短期間カルチャーでの皮質層形成に成功したものの，長期間カルチャーによる成熟化は今後の課題であり，今後遅れを取り戻すべくサプリメントの変更等各ステップの条件検討を行う．
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| Strategy for Future Research Activity |
ヒトES細胞を用いた，2D神経分化プロトコールの最適化（特に長期カルチャー）が完了したため，より長期間での神経活動のレコーディングを実施中である．タイムコースを取りながら，確実なデータおよびサンプル数を得るべく，実験を進めたい．また，GABA作動性神経細胞の興奮性神経細胞神経活動に対する影響を解析するため，引き続きGABAA受容体のブロッカーであるBicucullineを用いた薬理学的実験を進めていきたい．
大脳皮質オルガノイドは長期カルチャーによる成熟化を目指していたが，静置した培養皿によるカルチャーの限界を感じ，よりストレスフリーと考えられる縦回転の培養器を試験的に導入した．今後，より最適なプロトコールの樹立を行いたい．
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)
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[Journal Article] A common pathologic mechanism across cellular origins underlies systemic immune dysregulation in an idiopathic autism mouse model.2022
Author(s)
Lin C-W, Septyaningtrias DE, Chao H-W, Konda M, Atarashi K, Takeshita K, Tamada K, Nomura J, Sassagawa Y, Tanaka K, Nikaido I, Honda K, McHugh TL, Takumi T
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Journal Title
Mol Psychiatr
Volume: in press
Issue: 8
Pages: 3343-3354
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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