統合失調症由来ｉＰＳ細胞を用いた病態関連分子・細胞基盤の解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Unraveling micro-endophenotypes of psychiatric disorders at the molecular, cellular and circuit levels.
• Project/Area Number: 24116002
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 吉川 武男 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, チームリーダー (30249958)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 豊田 倫子 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 客員研究員 (20392045) ; 前川 素子 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員 (50435731) ; 大西 哲生 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 副チームリーダー (80373281) ; 豊島 学 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員 (90582750)
• Project Period (FY): 2012-06-28 – 2017-03-31
• Keywords: 統合失調症 / 22q11.2欠失 / iPS細胞 / カルボニルストレス / 神経発達 / 終末糖化産物 / miRNA / コピー数多型

Outline of Annual Research Achievements

統合失調症の発症脆弱性基盤として「神経発達障害仮説」が支持されてきたが、これまではヒト由来サンプルを用いて当該仮説に直接的かつ具体的にアプローチできる方法論がなかった。そこで我々は、統合失調症罹患者からiPS細胞を作製し、神経発達最初期の異常やその後の分化過程の異常を実際のヒト神経細胞で捉えることにより、「神経発達障害仮説」の具体的事象の解明、分子・細胞病理の新しいパラダイム（マイクロエンドフェノタイプ）の発見に挑んでいる。
統合失調症患者由来iPS細胞を解析する場合、疾患の発症に関与するゲノム変異（コピー数多型：CNV）や稀な遺伝子変異を持つ患者を対象とすることで、効果の大きい個別病理から普遍性を導ける可能性を念頭に、本研究では染色体22q11.2領域の欠失やカルボニルストレスに関与するGLO1遺伝子のフレームシフト変異を持った“特殊”な統合失調症患者由来のiPS細胞を用いて研究を進め、以下のことを明らかにした：

１. 22q11.2欠失を持つ統合失調症患者由来の神経幹細胞では、増殖能の低下、神経細胞への分化効率の低下、神経突起伸長の低下など神経発達障害を示唆する表現形が見られ、これらの異常はmiR-17 familyやmiR-185といった特定のmiRNAの発現低下が関わっていることを明らかにした。
２. GLO1遺伝子変異を持つ統合失調症患者由来のiPS細胞では、カルボニルストレスが亢進し、神経幹細胞への分化効率や神経幹細胞マーカー（SOX1）の発現が低下することを明らかにした。これらの異常は、カルボニルストレス阻害剤（ピリドキサミン、α-リポ酸）で回復した。また、患者由来のiPS細胞では、CRMP2のAGE（終末糖化産物）化が亢進しており、神経分化・発達に関わるカルボニルストレスの標的分子の可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

統合失調症の発症に関与する発症に関与するゲノム変異や遺伝子変異を持った特殊例の患者由来iPS細胞を用いて、神経発達・分化に焦点を当てて解析を進めており、現在までにmiR-17 familyやmiR-185といった特定のmiRNAの発現低下やカルボニルストレスの亢進が神経発達障害に関わっている知見を得ている。更に、新たな特殊例患者や健常者の末梢のTリンパ球の収集およびTiPS細胞の樹立も進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

これまで得たデータを詳細に検討し、整理して論理的な解釈を導き、論文化することに注力する。また、GLO1遺伝子変異が、CRMP2のAGE化や神経分化に関与している可能性を明らかにするため、ゲノム編集（CRISPR/Cas9）により健常者由来のiPS細胞にGLO1遺伝子変異を導入し、GLO1遺伝子欠損iPS細胞を作製して解析に用いる。

Research Products

• [Journal Article] High-resolution copy number variation analysis of schizophrenia in Japan (2016)
  • Author(s): Kushima I,（25人省略）, Kobori A, Arai M, Itokawa M, Cheng M-C, Chuang Y-A, Chen C-H, Suzuki M, Takahashi T, Hashimoto R, Yamamori H, Yasuda Y, Watanabe Y, Nunokawa A, Someya T, Ikeda M, Toyota T, Yoshikawa T, Numata S, Ohmori T, Kunimoto S, Mori D, Iwata N, Ozaki, N
  • Journal Title: Molecular Psychiatry Volume: in press Pages: in press
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functional neurons generated from T cell-derived iPSCs for neurological disease modeling. (2016)
  • Author(s): Matsumoto T, Fujimori K, Andoh-Noda T, Ando T, Kuzumaki N, Toyoshima M, Tada H, Imaizumi K, Ishikawa M, Yamaguchi R, Isoda M, Zhou Z, Sato S, Kobayashi T, Ohtaka M, Nishimura K, Kurosawa H, Yoshikawa T, Takahashi T, Nakanishi M, Ohyama M, Hattori N, Akamatsu W, Okano H
  • Journal Title: Stem Cell Reports Volume: 6 Pages: 422-435
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2016.01.010.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cerebrospinal fluid metabolomics identifies a key role of isocitrate dehydrogenase in bipolar disorder: Evidence in support of mitochondrial dysfunction hypothesis. (2016)
  • Author(s): Yoshimi N, Futamura T, Bergen S, Iwayama Y, Ishima T, Sellgren C, Ekman CJ, Jakobsson J, Pålsson E, Kakumoto K, Ohgi Y, Yoshikawa T, Landén M, Hashimoto K
  • Journal Title: Molecular Psychiatry Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1038/mp.2015.217.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Genome-wide association study of autism spectrum disorder in the East Asian populations. (2016)
  • Author(s): Liu X, Shimada T, Otowa T, Wu YY, Kawamura Y, Tochigi M, Iwata Y, Umekage T, Toyota T, Maekawa M, Iwayama Y, Suzuki K, Kakiuchi C, Kuwabara H, Kano Y, Nishida H, Sugiyama T, Kato N, Chen CH, Mori N, Yamada K, Yoshikawa T, Kasai K, Tokunaga K, Sasaki T, Gau SSF
  • Journal Title: Molecular Autism Volume: 9 Pages: 340-349
  • DOI: 10.1002/aur.1536.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Astrocyte-expressed FABP7 regulates dendritic morphology and excitatory synaptic function of cortical neurons. (2016)
  • Author(s): Ebrahimi M,Yamamoto Y, Sharifi K, Kida H, Kagawa Y, Yasumoto Y, Islam A, Miyazaki H, Shimamoto C, Maekawa M, Mitsushima D, Yoshikawa T, Owada Y
  • Journal Title: Glia Volume: 64 Pages: 48-62
  • DOI: 10.1002/glia.22902.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fatty acid composition and fatty acid binding protein expression in the postmortem frontal cortex of patients with schizophrenia: a case-control study. (2016)
  • Author(s): Hamazaki K, Maekawa M, Toyota T, Iwayama Y, Dean B, Hamazaki T, Yoshikawa T
  • Journal Title: Schizophrenia Research Volume: 171 Pages: 226-232
  • DOI: 10.1016/j.schres.2016.01.014.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of the fatty acid transporter-encoding genes SLC27A3 and SLC27A4 in autism. (2015)
  • Author(s): Maekawa M, Iwayama Y, Ohnishi T, Toyoshima M, Shimamoto C, Hisano Y, Toyota T, Balan S, Matsuzaki H, Iwata Y, Takagai S, Yamada K, Ota M, Fukuchi S, Okada Y, Akamatsu W, Tsujii M, Kojima, Owada Y, Okano H, Mori N, Yoshikawa T
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1038/srep16239.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reduced cortical expression of a newly identified splicing variant of the DLG1 gene in patients with early-onset schizophrenia. (2015)
  • Author(s): Uezato A, Yamamoto N, Iwayama Y, Hiraoka S, Hiraaki E, Umino A, Haramo E, Umino M, Yoshikawa T, Nishikawa T
  • Journal Title: Translational Psychiatry Volume: 5 Pages: e654
  • DOI: 10.1038/tp.2015.154.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Population-dependent contribution of the major histocompatibility complex region to schizophrenia susceptibility. (2015)
  • Author(s): Yamada K, Hattori E, Iwayama Y, Toyota T, Iwata Y, Suzuki K, Kikuchi M, Hashimoto T, Kanahara N, Mori N, Yoshikawa T
  • Journal Title: Schizophrenia Research Volume: 168 Pages: 444-449
  • DOI: 10.1016/j.schres.2015.08.018.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] L-Serine deficiency elicits intracellular accumulation of cytotoxic deoxy-sphingolipids and lipid body formation. (2015)
  • Author(s): Esaki E, Sayano T, Sonoda C, Akagi T, Suzuki T, Okamoto M, Yoshikawa T, Hirabayashi H, Furuya S
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 290 Pages: 14595-14609
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.603860.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of rare, single-nucleotide mutations in NDE1 and their contributions to schizophrenia susceptibility (2015)
  • Author(s): Kimura H, Tsuboi D, Wang C, Kushima I, Takayoshi Koide T, Ikeda M, Iwayama Y, Toyota T, Yamamoto N, Shohko Kunimoto S, Nakamura Y, Yoshimi A, Banno M, Xing J, Takasaki Y, Yoshida M, Aleksic B, Uno Y, Okada T, Iidaka T, Inada T, Suzuki M, Ujike H, Kunugi H, Kato T, Yoshikawa T, Iwata N, Kaibuchi K, Ozaki N
  • Journal Title: Schizophrenia Bulletin Volume: 41 Pages: 744-753
  • DOI: 10.1016/j.pnpbp.2015.01.014.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fatty acid-binding protein 7 regulates lipid raft formation in astrocytes through expression of caveolin-1. (2015)
  • Author(s): Kagawa Y, Yasumoto Y, Sharifi K, Ebrahimi M, Islam A, Miyazaki H, Yamamoto Y, Sawada T, Kishi H, Kobayashi S, Maekawa M, Yoshikawa T, Takaki E, Nakai A, Kogo H, Fujimoto T, Owada Y
  • Journal Title: Glia Volume: 63 Pages: 780-79
  • DOI: 10.1002/glia.22784.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Association study of H2AFZ with schizophrenia in a Japanese case-control sample. (2015)
  • Author(s): Jitoku D, Yamamoto N, Iwayama Y, Toyota T, Miyagi M, Enokida T, Tasaka Y, Umino M, Umino A, Uezato A, Iwata Y, Suzuki K, Kikuchi M, Hashimoto T, Kanahara N, Kurumaji A, Yoshikawa T, Nishikawa T
  • Journal Title: J Neural Transm Volume: 122 Pages: 915-923
  • DOI: 10.1007/s00702-014-1332-x.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Utility of scalp hair follicles as a novel source of biomarker genes for psychiatric illnesses. (2015)
  • Author(s): Maekawa M, Yamada K, Toyoshima M, Ohnishi T, Iwayama Y, Shimamoto C, Toyota T, Nozaki Y, Balan S, Matsuzaki H, Iwata Y, Suzuki K, Miyashita M, Kikuchi M, Kato M, Okada Y, Akamatsu W, Mori N, Owada Y, Itokawa M, Okano H, Yoshikawa T
  • Journal Title: Biol Psychiatry Volume: 78 Pages: 116-125
  • DOI: 10.1016/j.biopsych.2014.07.025.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sequencing and expression analyses of the synaptic lipid raft adapter gene PAG1 in schizophrenia. (2015)
  • Author(s): Balan S, Iwayama Y, Yamada K, Toyota T, Ohnishi T, Toyoshima M, Shimamoto C, Ide M, Iwata Y, Suzuki K, Kikuchi M, Hashimoto T, Kanahara N, Yoshikawa T, Maekawa M
  • Journal Title: J Neural Transmission Volume: 122 Pages: 477-485
  • DOI: 10.1007/s00702-014-1269-0.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 22q11.2 欠失を伴った統合失調症患者由来神経幹細胞における分子病態解析 (2016)
  • Author(s): 豊島学, 赤松和土, 岡田洋平, 大西哲生, Shabeesh Balan, 田中元雅, 岡野栄之, 吉川武男
  • Organizer: 第11回日本統合失調症学会
  • Place of Presentation: ベイシア文化ホール（群馬）
  • Year and Date: 2016-03-25 – 2016-03-26
• [Presentation] 炎症と精神疾患 (2016)
  • Author(s): 吉川武男
  • Organizer: JST-ERATO村田脂質活性構造プロジェクト最終成果報告会
  • Place of Presentation: 大阪大学会館講堂（豊中）
  • Year and Date: 2016-03-17 – 2016-03-17
  • Invited
• [Presentation] 脂肪酸関連分子からみた統合失調症 (2015)
  • Author(s): 吉川武男
  • Organizer: 第111回日本精神神経学会学術総会 会長企画シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場（大阪）
  • Year and Date: 2015-06-04 – 2015-06-04
  • Invited
• [Book] こころの科学 (2016)
  • Author(s): 吉川武男、島本知英、和田唯奈
  • Total Pages: 印刷中
  • Publisher: 日本評論社
• [Book] アミノ酸研究 (2015)
  • Author(s): 江崎加代子、佐矢野智子、赤木巧、吉川武男、平林義雄、古屋茂樹
  • Total Pages: 87-90
  • Publisher: 日本アミノ酸学会
• [Remarks] Predicting mental illness with hair follicles
  • URL: http://www.riken.jp/en/pr/topics/2014/20141001_2/