次世代手法でのノックインラットと人工患者iPS細胞を用いたてんかんの分子治療開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H02548
• Research Institution: Fukuoka University
• Principal Investigator: 廣瀬 伸一 福岡大学, 医学部, 教授 (60248515)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 脳神経疾患 / 遺伝子 / 応用動物 / 神経科学 / 脳・神経

Outline of Annual Research Achievements

研究者らが設立・管理するてんかん遺伝子バンクと次世代シークエンサーを利用して変異をスクリーニングした。発見された変異による異常をin　vitroで検証した。
さらにその変異を持つ、てんかんモデル“ラット”を最新の遺伝子改変技術で作出し、てんかんの分子病態をin　vivo　で明らかにした。
加えて、発見された遺伝子異常を導入した人工患者iPS細胞を用いて細胞レベルでのてんかんの分子病態をex　vivoで明らかにした。この動物とiPS細胞を利用し革新的な治療の開発を行なった。実際には、次世代シークエンサーにより遺伝子変異を同定し、見出された遺伝子変異を有する“ラット”を作出し、てんかんの分子病態をin　vivoで明らかにした。変異を導入した“人工患者iPs”細胞を用いて、てんかんの分子病態をex　vivoで明らかにした。
分子病態に基づく革新的なてんかんの予防法、治療法を開発することを目的とした。

Current Status of Research Progress

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

Reason

A.次世代シークエンサーによるてんかんの責任遺伝子変異同定とin vitro解析
申請者らが収集・.管理している遺伝子バンクを利用して、すでに実績のある遺伝子変異同定を、次世代シークエンサーを利用し加速して、網羅的に変異を高速スクリーニングした。変異が病的か細胞生物学的・神経生理学的にin vitroで検証した。
B遺伝子変異を有する“ラット”の作出とてんかんの分子病態のin vivo解析して最新の遺伝子編集法を用いて、複数のてんかんモデル“ラット”を作出して、表現型と神経生理学的・薬理学的検定を行なった。
C変異を導入した“人工患者iPS細胞”を用いたてんかんの分子病態のex vivo解析
患者由来の変異を正常対照iPSに遺伝子編集技術を使い導入して、“人工患者iPS細胞”を樹立した。その後神経細胞に分化させてその分子病態を明らかにしている。

Strategy for Future Research Activity

A次世代シークエンサーによるてんかんの責任遺伝子変異同定とin　vitro解析 申請者らが収集、管理している遺伝子バンクを利用して、すでに実績のある遺伝子変異同定を次世代シークエンサーを利用し加速して網羅的に変異を高速スクリーニングする。
変異が病的か細胞生物的・神経生理学的にin vitroで検証する。
B遺伝子変異を有するラット及びマウスの作出とてんかんの分子病態のin　vivo解析 最新の遺伝子編集法を用いて、複数のてんかんモデル　ラット及びマウスを作出する。まず、表現型と神経生理学的・薬理学的検定を行なう。
C変異を導入した人工患者神経細胞を用いたてんかんの分子病態のex　vivo解析 患者由来の変異を正常対照iPS細胞及び神経幹細胞に遺伝子編集技術を使い導入して、人工患者神経細胞を樹立する。その後神経細胞を利用してその分子病態を明らかにする。その逆も行なう。

Research Products

• [Journal Article] Efficacy of antiepileptic drugs for the treatment of Dravet syndrome with different genotypes. (2016)
  • Author(s): Shi XY, Tomonoh Y, Wang WZ, Ishii A, Higurashi N, Kurahashi H, Kaneko S, Hirose S, Epilepsy Genetic Study Group J.
  • Journal Title: Brain Dev Volume: 38(1) Pages: 40-46
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2015.06.008
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Retigabine, a Kv7.2/Kv7.3-Channel Opener, Attenuates Drug-Induced Seizures in Knock-In Mice Harboring Kcnq2 Mutations. (2016)
  • Author(s): Ihara Y, Tomonoh Y, Deshimaru M, Zhang B, Uchida T, Ishii A, Hirose S.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 11(2) Pages: e0150095
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0150095
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single Nucleotide Variations in CLCN6 Identified in Patients with Benign Partial Epilepsies in Infancy and/or Febrile Seizures. (2015)
  • Author(s): Yamamoto T, Shimojima K, Sangu N, Komoike Y, Ishii A, Abe S, Yamashita S, Imai K, Kubota T, Fukasawa T, Okanishi T, Enoki H, Tanabe T, Saito A, Furukawa T, Shimizu T, Milligan CJ, Petrou S, Heron SE, Dibbens LM, Hirose S, Okumura A.
  • Journal Title: PLoS ONE. Volume: 10(3) Pages: e0118946.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0118946
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Predictive score for early diagnosis of acute encephalopathy with biphasic seizures and late reduced diffusion (AESD). (2015)
  • Author(s): Tada H, Takanashi J, Okuno H, Kubota M, Yamagata T, Kawano G, Shiihara T, Hamano S, Hirose S, Hayashi T, Osaka H, Mizuguchi M.
  • Journal Title: NEUROL SCI. Volume: 358(1-2) Pages: 62-5
  • DOI: 10.1016/j.jns.2015.08.016
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of a mouse model of infantile spasms induced by N-methyl-d-aspartate. (2015)
  • Author(s): Shi XY, Yang XF, Tomonoh Y, Hu LY, Ju J, Hirose S, Zou LP.
  • Journal Title: Epilepsy Res. Volume: 118 Pages: 29-33.
  • DOI: 10.1016/j.eplepsyres.2015.09.014
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Clinical and genetic features of acute encephalopathy in children taking theophylline. (2015)
  • Author(s): Saitoh M, Shinohara M, Ishii A, Ihara Y, Hirose S, Shiomi M, Kawawaki H, Kubota M, Yamagata T, Miyamoto A, Yamanaka G, Amemiya K, Kikuchi K, Kamei A, Akasaka M, Anzai Y, Mizuguchi M.
  • Journal Title: Brain Dev. Volume: 37 Pages: 463-70.
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2014.07.010.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Missense mutations in sodium channel SCN1A and SCN2A predispose children to encephalopathy with severe febrile seizures. (2015)
  • Author(s): Saitoh M, Ishii A, Ihara Y, Hoshino A, Terashima H, Kubota M, Kikuchi K, Yamanaka G, Amemiya K, Hirose S, Mizuguchi M.
  • Journal Title: Epilepsy Res Volume: 117. Pages: 1-6.
  • DOI: 10.1016/j.eplepsyres.2015.08.001.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of CYP2C19 polymorphisms on stiripentol administration in Japanese cases of Dravet syndrome. (2015)
  • Author(s): Kouga T, Shimbo H, Iai M, Yamashita S, Ishii A, Ihara Y, Hirose S, Yamakawa K, Osaka H.
  • Journal Title: Brain Dev. Volume: 37(2) Pages: 243-9.
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2014.04.003
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Clinical utility of neuronal cells directly converted from fibroblasts of patients for neuropsychiatric disorders: studies of lysosomal storage diseases and channelopathy. (2015)
  • Author(s): Kano S, Yuan M, Cardarelli RA, Maegawa G, Higurashi N, Gaval-Cruz M, Wilson AM, Tristan C, Kondo MA, Chen Y, Koga M, Obie C, Ishizuka K, Seshadri S, Srivastava R, Kato TA, Horiuchi Y, Sedlak TW, Lee Y, Rapoport JL, Hirose S, Okano H, Valle D, O'Donnell P, Sawa A, Kai M.
  • Journal Title: Curr Mol Med. Volume: 5(2) Pages: 8-45
  • DOI: 10.2174/1566524015666150303110300
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ring Chromosome 20 Syndrome and Epilepsy. (2015)
  • Author(s): Ishii A, Hirose S.
  • Journal Title: J Pediatr Epilepsy. Volume: 4 Pages: 47-52.
  • DOI: 10.1055/s-0035-1554792
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Immediate suppression of seizure clusters by corticosteroids in PCDH19 female epilepsy (2015)
  • Author(s): Higurashi N, Takahashi Y, Kashimada A, Sugawara Y, Sakuma H, Tomonoh Y, Inoue T, Hoshina M, Satomi R, Ohfu M, Itomi K, Takano K, Kirino T, Hirose S.
  • Journal Title: Seizure Volume: 27 Pages: 1-5.
  • DOI: 10.1016/j.seizure.2015.02.006
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A case of recurrent encephalopathy with SCN2A missense mutation. (2015)
  • Author(s): Fukasawa T, Kubota T, Negoro T, Saitoh M, Mizuguchi M, Ihara Y, Ishii A, Hirose S.
  • Journal Title: Brain Dev. Volume: 37(6) Pages: 631-4.
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2014.10.001
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] iPS細胞と最新遺伝子操作技術で拓く未来の医療ー福岡大学てんかん研究からー (2015)
  • Author(s): 廣瀨伸一
  • Organizer: 福岡大学医学部長崎支部学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎
  • Year and Date: 2015-07-03
  • Invited
• [Presentation] Channelopathy in Early- life Seizures. (2015)
  • Author(s): Hirose S
  • Organizer: The 13th Asian and Oceanian Congress od Child Neurology
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan
  • Year and Date: 2015-05-14 – 2015-05-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification of a De Novo KCNT1 Mutaion in a Girl with Infantile Spasms, (2015)
  • Author(s): Inoue T, Ishii A, Tsurusawa R, Nakamura N, Kanaumi T, Saitsu H, Kato M, Hirose S, Ogawa A.
  • Organizer: The 13th Asian and Oceanian Congress of Child Neurology
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan
  • Year and Date: 2015-05-14 – 2015-05-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Retigabine, a Kv7.2 Channel Opener, Attenuated Drug-induced Seizures in Knock-in Mice Harboring KCNQ2 Mutations. (2015)
  • Author(s): Ihara Y, Tomonoh Y, Deshimaru M, Hirose S.
  • Organizer: The 13th Asian and Oceanian Congress od Child Neurology,
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan
  • Year and Date: 2015-05-14 – 2015-05-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neurological Complications of in-patients with Exanthem Subitum. (2015)
  • Author(s): Fujita T, Ideguchi H, Kawatani E, Tomonoh Y, Ihara Y, Kanaumi T, Inoue T, Takahashi Y, Hirose S, Yasumoto S.
  • Organizer: The 13th Asian and Oceanian Congress of Child Neurology,
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan
  • Year and Date: 2015-05-14 – 2015-05-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A KCNQ2 Mutation Enhances Firing and GABA Release of GABAergic Interneurons in the Neonatal Hippocampus. (2015)
  • Author(s): Uchida T, Deshimaru M, Yanagawa Y, Koyama S,Hirose S.
  • Organizer: The 13th Asian and Oceanian Congress od Child Neurology,
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan
  • Year and Date: 2015-05-14 – 2015-05-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Immediate Suppression of Seizure Clusters by Corticosteroids in PCDH19 Female Epilepsy. (2015)
  • Author(s): Higurashi N, Takahashi Y, Hirose S.
  • Organizer: The 13th Asian and Oceanian Congress od Child Neurology,
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan
  • Year and Date: 2015-05-14 – 2015-05-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genome Editing of SCN1A in iPS Cells to Study the Pahomechanisms of Dravet Syndorome. (2015)
  • Author(s): Tanaka Y, Sone T, Uchida T, Higurashi N, Ishikawa M, Okano H, Hirose S.
  • Organizer: The 13th Asian and Oceanian Congress od Child Neurology,
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan
  • Year and Date: 2015-05-14 – 2015-05-17
  • Int'l Joint Research
• [Book] 今日の治療指針 私はこう治療している熱性けいれん febrile seizures(FS) (2016)
  • Author(s): 廣瀨伸一
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 医学書院
• [Book] てんかん外来 神経内科外来シリーズ4てんかんでの遺伝子異常 (2016)
  • Author(s): 石井敦士、廣瀨伸一
  • Total Pages: 8
  • Publisher: メジカルビュー社
• [Book] 臨床てんかん学 第５章てんかんの遺伝学 一般的な年齢非依存性焦点性てんかん (2015)
  • Author(s): 倉橋宏和・廣瀨伸一
  • Total Pages: 3
  • Publisher: 医学書院
• [Book] 臨床てんかん学 第５章てんかんの遺伝学 若年ミオクロニーてんかんを含めた特発性全般てんかん (2015)
  • Author(s): 石井敦士、廣瀨伸一
  • Total Pages: 3
  • Publisher: 医学書院
• [Book] 臨床てんかん学 第５章てんかんの遺伝学 小児欠伸てんかん (2015)
  • Author(s): 石井敦士、廣瀨伸一
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 医学書院
• [Book] 臨床てんかん学 第５章てんかんの遺伝学 良性ローランドてんかん (2015)
  • Author(s): 倉橋宏和、廣瀨伸一
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 医学書院