Pathophysiological analysis of motor neuron diseases targeting neuromuscular junction using disease specific iPSCs

• Project/Area Number: 23K24249
• Project/Area Number (Other): 22H02988 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Aichi Medical University
• Principal Investigator: 岡田 洋平 愛知医科大学, 加齢医科学研究所, 教授 (30383714)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小野寺 一成 愛知医科大学, 加齢医科学研究所, 助教 (80895772) ; 伊藤 卓治 愛知医科大学, 加齢医科学研究所, 助教 (30794151)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2024: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2023: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 疾患特異的iPS細胞 / 運動ニューロン疾患 / 神経筋接合部 / 疾患iPS細胞

Outline of Research at the Start

球脊髄性筋萎縮症（SBMA）は、成人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。ポリグルタミン鎖の伸長した変異アンドロゲン受容体（AR）が、リガンドであるテストステロン依存的に凝集体を形成し、神経変性を誘導すると考えられてきたが、近年、骨格筋や神経筋接合部（NMJ）の病態への関与が示唆されている。本研究では、SBMA疾患iPS細胞から誘導した運動ニューロンと骨格筋により神経・筋相互作用を再現する疾患モデルを作成し、NMJを介した分子病態解明と治療標的探索を行う。

Outline of Annual Research Achievements

神経筋接合部（Neuromuscular junction：NMJ）レポーターをレンチウイルスによりiPS細胞由来骨格筋に導入し、運動ニューロン特異的レポーターで標識したiPS細胞由来運動ニューロンと共培養することで、高効率なNMJ形成とNMJの可視化に成功した。また、タイムラプスイメージングによりNMJの形成や脱落などのダイナミクスを解析することが可能となった。次に、オプトジェネティクスと多電極アレイを用いた解析により、NMJのシナプス機能を検出することに、また電子顕微鏡解析によりNMJの微細構造を捉えることに成功した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の予定通り、iPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋の共培養系を確立し、タイムラプスイメージングや機能的解析、微細構造解析を進めることができたため。

Strategy for Future Research Activity

SBMA疾患特異的iPS細胞を用いた共培養を行い、疾患モデル作製と表現型解析を進める予定である。

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
• [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
• [Remarks] 愛知医科大学加齢医科学研究所 神経iPS細胞研究部門
  • URL: https://okadalab-hp.com/
• [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