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Disease-modeling and neuronal construction using nigro-striatal assembloid

Research Project

Project/Area Number 22K07382
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 51030:Pathophysiologic neuroscience-related
Research InstitutionDoshisha University

Principal Investigator

西村 周泰  同志社大学, 脳科学研究科, 准教授 (90527889)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
KeywordsヒトiPS細胞 / 脳オルガノイド / パーキンソン病 / 中脳黒質 / 線条体
Outline of Research at the Start

パーキンソン病(PD)の病態を理解するには、ヒト脳が有する神経回路および神経機能を持ち、かつ病態における脳機能破綻を再現できる高度に組織化されたヒト脳モデルを用いた解析が有用であると考えられる。
本研究課題では、多領域性を持つ脳オルガノイドを作製して以下の研究に取り組む。
・ヒトiPS細胞を用いて、多領域性を持つ線条体-黒質オルガノイドを作製する。
・黒質-線条体オルガノイドを用いて、領域間の神経回路網形成過程を再現する。
・黒質-線条体オルガノイドが持つ多領域性を利用して、PDで見られるα-シヌクレインの脳内伝播を再現し、PD病態を抑制する介入法の研究へ発展させる。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度に引き続きヒトiPS細胞から誘導した線条体ニューロスフェアおよび中脳ニューロスフェアの特性評価を詳細に解析した。免疫染色による領域特異的マーカーの発現(線条体:GSH2、DARPP32、GADなど。中脳:LMX1、FOXA2、NURR1、THなど)の確認に加えて、カルシウムイメージングを用いて自発的な神経活動が惹起されていることを確認できた。さらにヒトiPS細胞から線条体、中脳の誘導過程における遺伝子発現変化をRNA-seqによる網羅的なトランスクリプトーム解析し、両者の遺伝子発現の特性について必要なデータを概ね収集した。
次に脳の領域間を伝播するシヌクレイノパチーの病態を再現するため、これらの両ニューロスフェアを融合させて作製する多領域脳オルガノイドの作製条件について重点的に検討を行った。その結果、両ニューロスフェアを融合させるための誘導日数、サイズ、融合後の染色条件などを至適化することに成功した。さらに前年度、作製したα-シヌクレイン欠損ヒトiPS細胞およびα-シヌクレイン誘導性発現ヒトiPS細胞を用いて、神経誘導を行い、必要な領域の神経細胞へ誘導できることを確認した。次年度はこの多領域脳オルガノイド特性を詳細に解析するとともに、α-シヌクレインの脳領域間伝播を再現できるかについて検討を進める。またα-シヌクレインの脳領域間伝播について、次年度実施するヒト脳モデルでの実証に先駆けてマウス脳における領域間伝播について解析を行った。その結果、脳に接種したα-シヌクレインはマウスの脳において接種部位から広く拡散することが確認することができた(Gima et al., Regen. Ther., 2024)。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

予定していた実施項目は概ね達成できたため。

Strategy for Future Research Activity

上記の進捗のもと、脳の領域間を伝播するシヌクレイノパチーの病態再現研究を進める。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 13 results,  Open Access: 9 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Scraping Assay as a Novel Strategy to Evaluate Axonal Regeneration Using Human-Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Neurons2024

    • Author(s)
      Oonishi Tomu、Nishimura Kaneyasu、Takata Kazuyuki、Fujimuro Masahiro、Sekine Yuichi
    • Journal Title

      Biological and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 47 Issue: 2 Pages: 366-372

    • DOI

      10.1248/bpb.b23-00675

    • ISSN
      0918-6158, 1347-5215
    • Year and Date
      2024-02-06
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Host-to-graft propagation of inoculated α-synuclein into transplanted human induced pluripotent stem cell-derived midbrain dopaminergic neurons2024

    • Author(s)
      Gima Serina、Oe Kazuya、Nishimura Kaneyasu、Ohgita Takashi、Ito Haruka、Kimura Hiroyuki、Saito Hiroyuki、Takata Kazuyuki
    • Journal Title

      Regenerative Therapy

      Volume: 25 Pages: 229-237

    • DOI

      10.1016/j.reth.2023.12.019

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] くすりの力で細胞の運命決定を操作する2023

    • Author(s)
      西村 周泰
    • Journal Title

      Seibutsu-kogaku Kaishi

      Volume: 101 Issue: 9 Pages: 507-507

    • DOI

      10.34565/seibutsukogaku.101.9_507

    • ISSN
      0919-3758, 2435-8630
    • Year and Date
      2023-09-25
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CRISPR-Cas9-Edited <i>SNCA</i> Knockout Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Dopaminergic Neurons and Their Vulnerability to Neurotoxicity2023

    • Author(s)
      Inoue Shizen、Nishimura Kaneyasu、Gima Serina、Nakano Mai、Takata Kazuyuki
    • Journal Title

      Biological and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 46 Issue: 3 Pages: 517-522

    • DOI

      10.1248/bpb.b22-00839

    • ISSN
      0918-6158, 1347-5215
    • Year and Date
      2023-03-01
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Plantainoside B in <i>Bacopa monniera</i> Binds to Aβ Aggregates Attenuating Neuronal Damage and Memory Deficits Induced by Aβ2023

    • Author(s)
      Fukuda Aina、Nakashima Souichi、Oda Yoshimi、Nishimura Kaneyasu、Kawashima Hidekazu、Kimura Hiroyuki、Ohgita Takashi、Kawashita Eri、Ishihara Keiichi、Hanaki Aoi、Okazaki Mizuki、Matsuda Erika、Tanaka Yui、Nakamura Seikou、Matsumoto Takahiro、Akiba Satoshi、Saito Hiroyuki、Matsuda Hisashi、Takata Kazuyuki
    • Journal Title

      Biological and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 46 Issue: 2 Pages: 320-333

    • DOI

      10.1248/bpb.b22-00797

    • ISSN
      0918-6158, 1347-5215
    • Year and Date
      2023-02-01
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A protocol for the differentiation of human embryonic stem cells into midbrain dopaminergic neurons2023

    • Author(s)
      Nishimura Kaneyasu、Asgrimsdottir Sif Emilia、Yang Shanzheng、Arenas Ernest
    • Journal Title

      STAR Protocols

      Volume: 4 Issue: 3 Pages: 102355-102355

    • DOI

      10.1016/j.xpro.2023.102355

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Expression and role of nicotinic acetylcholine receptors during midbrain dopaminergic neuron differentiation from human induced pluripotent stem cells2023

    • Author(s)
      Kato Takeshi、Nishimura Kaneyasu、Hirao Masahiro、Shimohama Shun、Takata Kazuyuki
    • Journal Title

      Neuropsychopharmacology Reports

      Volume: 43 Issue: 3 Pages: 440-445

    • DOI

      10.1002/npr2.12361

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Disease modeling using human induced pluripotent stem cell-derived microglia and region-specific neurons2023

    • Author(s)
      西村 周泰、高田 和幸
    • Journal Title

      Folia Pharmacologica Japonica

      Volume: 158 Issue: 1 Pages: 52-56

    • DOI

      10.1254/fpj.22087

    • ISSN
      0015-5691, 1347-8397
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of Aβ-induced neurotoxicity and microglial responses in simple two- and three-dimensional human iPSC-derived cortical culture systems2023

    • Author(s)
      Takata Mayuko、Nishimura Kaneyasu、Harada Koki、Iwasaki Ryota、Ando Momona、Yamada Shiho、Ginhoux Florent、Takata Kazuyuki
    • Journal Title

      Tissue and Cell

      Volume: 81 Pages: 102023-102023

    • DOI

      10.1016/j.tice.2023.102023

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Single-cell transcriptomics reveals correct developmental dynamics and high-quality midbrain cell types by improved hESC differentiation2023

    • Author(s)
      Nishimura Kaneyasu、Yang Shanzheng、Lee Ka Wai、Asgrimsdottir Emilia Sif、Nikouei Kasra、Paslawski Wojciech、Gnodde Sabine、Lyu Guochang、Hu Lijuan、Salto Carmen、Svenningsson Per、Hjerling-Leffler Jens、Linnarsson Sten、Arenas Ernest
    • Journal Title

      Stem Cell Reports

      Volume: 18 Issue: 1 Pages: 337-353

    • DOI

      10.1016/j.stemcr.2022.10.016

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Pharmaceutical approaches in controlling cell fate determination of pluripotent stem cells toward future innovation of regenerative medicine2022

    • Author(s)
      西村 周泰、高田 和幸
    • Journal Title

      京都薬科大学紀要

      Volume: 3 Issue: 1 Pages: 37-55

    • DOI

      10.34445/00000294

    • ISSN
      2435-4112
    • URL

      https://kyoto-phu.repo.nii.ac.jp/records/317

    • Year and Date
      2022-07-13
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Rapid conversion of human induced pluripotent stem cells into dopaminergic neurons by inducible expression of two transcription factors2022

    • Author(s)
      Nishimura Kaneyasu、Nitta Tatsumi、Doi Keisuke、Takata Kazuyuki
    • Journal Title

      Stem Cells and Development

      Volume: 印刷中 Issue: 11-12 Pages: 269-277

    • DOI

      10.1089/scd.2021.0363

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Nicotinic Acetylcholine Receptors and Microglia as Therapeutic and Imaging Targets in Alzheimer’s Disease2022

    • Author(s)
      Takata Kazuyuki、Kimura Hiroyuki、Yanagisawa Daijiro、Harada Koki、Nishimura Kaneyasu、Kitamura Yoshihisa、Shimohama Shun、Tooyama Ikuo
    • Journal Title

      Molecules

      Volume: 27 Issue: 9 Pages: 2780-2780

    • DOI

      10.3390/molecules27092780

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ヒトiPS細胞由来中脳型アストロサイトにおけるATP応答性カルシウムオシレーションの解析2024

    • Author(s)
      西村周泰、尾崎弘展、正水芳人
    • Organizer
      日本薬学会 第144年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] ヒトiPS細胞から誘導した中脳アストロサイトを活用した脳病態模倣システムの確立に向けて2024

    • Author(s)
      西村周泰、尾崎弘展、正水芳人
    • Organizer
      MPS実用化推進協議会 第1回 学術シンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Elucidation of pathological features of Parkinson’s disease using human induced pluripotent stem cell-derived region-specific neurons.2023

    • Author(s)
      西村周泰
    • Organizer
      2023年 日本表面真空学会学術講演会
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      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 脳に生着したヒトiPS細胞由来神経細胞へのα-シヌクレイン伝播の組織学的評価2023

    • Author(s)
      西村周泰、儀間芹菜、扇田隆司、斎藤博幸、高田和幸
    • Organizer
      第97回 日本薬理学会年会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 神経変性疾患の病態解明を目指した中脳アストロサイトの誘導法の確立.2023

    • Author(s)
      西村周泰、尾崎弘展、正水芳人
    • Organizer
      生体機能と創薬シンポジウム2023
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Establishment of induction protocol for human midbrain neurons by decoding human midbrain development2023

    • Author(s)
      西村周泰
    • Organizer
      第21回武田科学振興財団生命科学シンポジウム
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 転写因子の誘導性発現によるヒト人工多能性幹細胞からドパミン神経への転換的誘導法の開発2023

    • Author(s)
      西村周泰
    • Organizer
      第22回 日本再生医療学会総会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Towards understanding the pathology of Parkinson’s disease using imaging and iPSC technology2022

    • Author(s)
      Kaneyasu Nishimura
    • Organizer
      Novel Approaches on PET Research - Total-body Imaging, Radiopharmaceuticals, and Machine Learning
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      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] CRISPR-Cas9システムを用いて作製したα-シヌクレインノックアウトヒトiPS細胞を活用した神経毒に対する脆弱性の検討2022

    • Author(s)
      西村周泰
    • Organizer
      第16回 次世代を担う若手のための医療薬科学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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