2019 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on stem cell differentiation and growth process in neurodegenerative diseases focusing on biometals
| Project Area | Integrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System |
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| Project/Area Number |
19H05767
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| Research Institution | Gifu Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
保住 功 岐阜薬科大学, 薬学部, 教授 (20242430)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 生命金属 / 神経変性疾患 / 乳児歯髄幹細胞培養上清（SHED-CM） / 環境因子 / iPS細胞 / 脳内石灰化 / 脳内石灰化 / 認知症 老化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全ての生物、細胞にとって必須の生命金属は、その種類や濃度は恒常性が維持されており、その破綻は様々な疾患を発症させる要因となる。脳における神経細胞、血管内皮細胞、アストロサイト、ミクログリア、オリゴデンドログリアにおいても、生命金属はタンパク質・酵素の構造や機能の維持、細胞内外の恒常性の維持などに重要で、その破綻は神経細胞死や老化の原因となる。本研究の目的は、近年の人口高齢化、加齢と共に増加している神経変性疾患において、その発症における生命金属の役割を、疾患特異的ヒトiPS細胞などを活用した細胞系、疾患モデル動物、ヒト剖検材料を活用し、神経変性疾患における生命金属の動態、役割を解明し、新たな創薬への局面を開くことにある。
各種の培養細胞、疾患特異的ヒトiPS細胞を用いて、生命金属が各種神経疾患に果たす影響を評価できる実験系を構築する。特に、筋萎縮性側索硬化症（ALS）においては亜鉛（Zn）欠乏・銅（Cu）負荷、特発性基底核石灰化症(IBGC)のおける無機リン酸(Pi)の動態、重金属との錯体形成、パーキンソン病（PD）においてはマンガン（Mn）・鉄（Fe）の動態、アルツハイマー病（AD）においてはZn・Cu負荷による病理学的影響を検討する。また、低用量の有機水銀(MeHg)負荷が胎児期の生育に及ぼす影響についても検討を開始する。領域内での連携で、iPS細胞を神経細胞に分化させ、SPring 8を活用して細胞内のPi動態を観察する。脳内石灰部の金属、タンパク質の網羅的な分析も開始し、それらの成果を次年度の研究の発展へとつなげていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本プロジェクトの主眼はは老化でリスクが上がる神経変性疾患において、その発症における生命金属の役割を、疾患特異的ヒトiPS細胞などを活用した各種培養細胞系、疾患モデル動物、ヒト剖検材料を活用し、神経変性疾患発症機構における生命金属の動態、役割を解明し、新たな創薬へのシーズ見出すことにある。初年度は開始が年度中途からであったこと、新型コロナウイルスの影響もあって培養実験が中断したことなどあったが、遅れを取り戻すべく、計画書に沿った研究の推進を行う。
(1) ALSにおけるSHED-CMの効果について：運動ニューロンへの分化を規定する転写因子(Lhx3, Ngn2, Isl1)のvectorを導入したiPS細胞の運動ニューロンへの分化誘導し、薬効解析系を確立する。SHED-CMと、歯髄幹細胞（dental pulp stem cells (DPSCs)）、線維芽細胞の培養上清について効果と各種栄養因子重金属成分について解析する。マウス、犬など疾患モデル動物での検証を推進する。
(2) 各種培養細胞、ヒト剖検組織材料を用いた、各種金属特異的、部位特異的プローブを活用して、生命金属を軸とした検索を行い、発症機序の解明を行う。
(3) 脳内石灰化症の病態解析：脳内石灰化症の発症機序として、これまでの検索から細胞間質中のPiの増加、細胞内の低Pi状態が想定された。初年度に準備した患者由来のiPS細胞から誘導した神経細胞内のリン動態をSPring8で検索すること、脳内石灰部位の金属、タンパク質の網羅的な分析を推進する。
(4) 神経発達期における各種重金属曝露によるエピジェネティクスの影響：MeHgは胎盤を通過するなど神経発達期の影響を動物で見るには適している。各種重金属曝露によるエピジェネティクスをヒト由来iPSから分化させた神経細胞、血管内皮細胞などの培養細胞、妊娠マウスなどを用いて生後の神経変性疾患発症への影響について検索してゆく。
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| Strategy for Future Research Activity |
本プロジェクトの主眼はは老化でリスクが上がる神経変性疾患において、その発症における生命金属の役割を、疾患特異的ヒトiPS細胞などを活用した各種培養細胞系、疾患モデル動物、ヒト剖検材料を活用し、神経変性疾患発症機構における生命金属の動態、役割を解明し、新たな創薬へのシーズ見出すことにある。初年度は開始が年度中途からであったこと、新型コロナウイルスの影響もあって培養実験が中断したことなどあったが、遅れを取り戻すべく、計画書に沿った研究の推進を行う。
(1) ALSにおけるSHED-CMの効果について：運動ニューロンへの分化を規定する転写因子(Lhx3, Ngn2, Isl1)のvectorを導入したiPS細胞の運動ニューロンへの分化誘導し、薬効解析系を確立する。SHED-CMと、歯髄幹細胞（dental pulp stem cells (DPSCs)）、線維芽細胞の培養上清について効果と各種栄養因子重金属成分について解析する。マウス、犬など疾患モデル動物での検証を推進する。
(2) 各種培養細胞、ヒト剖検組織材料を用いた、各種金属特異的、部位特異的プローブを活用して、生命金属を軸とした検索を行い、発症機序の解明を行う。
(3) 脳内石灰化症の病態解析：脳内石灰化症の発症機序として、これまでの検索から細胞間質中のPiの増加、細胞内の低Pi状態が想定された。初年度に準備した患者由来のiPS細胞から誘導した神経細胞内のリン動態をSPring8で検索すること、脳内石灰部位の金属、タンパク質の網羅的な分析を推進する。
(4) 神経発達期における各種重金属曝露によるエピジェネティクスの影響：MeHgは胎盤を通過するなど神経発達期の影響を動物で見るには適している。各種重金属曝露によるエピジェネティクスをヒト由来iPSから分化させた神経細胞、血管内皮細胞などの培養細胞、妊娠マウスなどを用いて生後の神経変性疾患発症への影響について検索してゆく。
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