Generation of CYP3A4-expressing human ES/iPS cell-derived hepatocytes for drug screening

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H06365
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 高山 和雄 大阪大学, 薬学研究科, 特任助教(常勤) (10759509)
• Project Period (FY): 2015-08-28 – 2017-03-31
• Keywords: ヒトES/iPS細胞 / 肝細胞 / CYP3A4 / ゲノム編集 / 薬物代謝酵素 / 相同組換え

Outline of Annual Research Achievements

１）共培養によるヒトES/iPS細胞由来肝細胞の成熟化
ヒトES/iPS細胞由来肝細胞の成熟化を目指し、様々な肝非実質細胞（肝実質細胞も検討する）の培養上清を用いた検討を実施した。肝細胞の培養上清を用いることで、ヒトES/iPS細胞由来肝細胞のグルタミン産生能やcytochrome P450 1A2 (CYP1A2)活性、クエン酸産生能が向上することを確認した。また、胆管上皮細胞の培養上清を用いることで、ヒトES/iPS細胞由来肝細胞の尿素合成能や糖新生能が向上することを確認した。以上のことから、肝細胞あるいは胆管上皮細胞の培養上清を用いることで、ヒトES/iPS細胞由来肝細胞の成熟化が促進できる可能性が示唆された（Mitani S and Takayama K et al, Molecular Therapy, 2017）。今後は、肝細胞あるいは胆管上皮細胞の培養上清による成熟化促進効果の分子機序解明が期待される。
２）CYP3A4発現ヒトES/iPS細胞由来肝細胞の濃縮
CYP3A4は肝臓で最も代表的な薬物代謝酵素であることが知られている。そこで本研究では、CYP3A4を強く発現するヒトES/iPS細胞由来肝細胞を濃縮することを目指し、CYP3A4遺伝子直下に薬剤耐性遺伝子をノックインしたヒトES/iPS細胞の作製を試みている。ヒトES/iPS細胞のゲノム編集は我々が過去に開発した技術（Takayama K et al, Nucleic Acids Research, 2017）を元に実施している。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Human iPS Cell-Derived Hepatocyte-Like Cells Achieve Zone-Specific Hepatic Properties by Modulation of WNT Signaling (2017)
  • Author(s): Mitani S., Takayama K., Nagamoto Y., Imagawa K., Sakurai F., Tachibana M., Sumazaki R., Mizuguchi H.
  • Journal Title: Molecular Therapy Volume: 25 Pages: 1420-1433
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Isolation and Expansion of Human Pluripotent Stem Cell-derived Hepatic Progenitor Cells by Growth Factor Defined Serum-free Culture Conditions (2017)
  • Author(s): Fukuda T., Takayama K., Hirata M., Liu Y., Yanagihara K., Suga M., Mizuguchi H., Furue M.
  • Journal Title: Experimental Cell Research Volume: 352 Pages: 333-345
  • DOI: doi: 10.1016/j.yexcr.2017.02.022.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Highly efficient biallelic genome editing of human ES/iPS cells using a CRISPR/Cas9 or TALEN systems (2017)
  • Author(s): Takayama K., Igai K., Hagihara Y., Hashimoto R., Hanawa M., Sakuma T., Tachibana M., Sakurai F., Yamamoto T., Mizuguchi H
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 45 Pages: 5198-5207
  • DOI: doi: 10.1093/nar/gkx130
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hepatocyte Nuclear Factor 4 Alpha Promotes Definitive Endoderm Differentiation From Human Induced Pluripotent Stem Cells (2017)
  • Author(s): Hanawa M., Takayama K., Sakurai F., Tachibana M., Mizuguchi H.
  • Journal Title: Stem Cells Reviews & Reports Volume: 13 Pages: 542-551
  • DOI: doi: 10.1007/s12015-016-9709-x.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation of a bile salt export pump deficiency model using patient-specific induced pluripotent stem cell-derived hepatocyte-like cells (2017)
  • Author(s): Imagawa K. 1, Takayama K. 1, Isoyama S., Tanikawa K., Shinkai M., Harada K., Tachibana M., Sakurai F., Noguchi E., Hirata K., Kage M., Kawabata K., Sumazaki R., Mizuguchi H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 41806
  • DOI: doi: 10.1038/srep41806.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prediction of drug-induced liver injury by using human pluripotent stem cell-derived hepatocyte-like cells. (2017)
  • Author(s): Takayama K., Mizuguchi H.
  • Journal Title: Drug Metabolism and Pharmacokinetics Volume: 32 Pages: 12-20
  • DOI: doi: 10.1016/j.dmpk.2016.10.408.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prediction of differentiation tendency toward hepatocytes from gene expression in undifferentiated human pluripotent stem cells. (2016)
  • Author(s): Yanagihara K., Liu Y., Kanie K., Takayama K., Okamura M., Hirata M., Fukuda T., Suga M., Nikawa H., Mizuguchi H., Kato R., Furue M.
  • Journal Title: Stem Cells and Development Volume: 25 Pages: 1884-1897
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Laminin 411 and 511 promote the cholangiocyte differentiation of human induced pluripotent stem cells (2016)
  • Author(s): Takayama K., Mitani S., Nagamoto Y., Sakurai F., Tachibana M., Taniguchi Y., Sekiguchi K., Mizuguchi H.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 474 Pages: 91-96
  • DOI: doi: 10.1016/j.bbrc.2016.04.075.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ヒトES/iPS細胞における高効率相同組換え技術の開発 (2017)
  • Author(s): 高山和雄、井貝圭佑、櫻井文教、水口裕之
  • Organizer: 日本薬学会第137年会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2017-03-25 – 2017-03-27
• [Presentation] ヒトES/iPS細胞由来肝臓細胞の作製とその創薬研究への利用 (2017)
  • Author(s): 高山和雄
  • Organizer: 第6回超異分野学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2017-03-02 – 2017-03-03
  • Invited
• [Presentation] ヒトES/iPS細胞由来肝細胞の三次元培養による機能向上 (2016)
  • Author(s): 高山和雄
  • Organizer: 細胞凝集研究会2016
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2016-09-09
  • Invited