独自の統合失調症多発家系患者の単一神経細胞解析の基盤技術開発および分子病態研究

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K19488
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 橋本 均 大阪大学, 薬学研究科, 教授 (30240849)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: iPS細胞 / 統合失調症 / 単細胞解析 / 患者神経細胞

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、様々な細胞種が混在しているヒトiPS細胞由来の分化神経細胞から、興奮性神経細胞や様々な種類の抑制性神経細胞を、細胞種特異的にライブマーキングするシステムを構築することを目的としている。平成30年度は、parvalbumin、VGulT1、VGluT2、GAD65、GAD67等の細胞種特異的なマーカータンパク質をコードする遺伝子のプロモーター領域と蛍光タンパク質Venusを用いた細胞種特異的マーキングシステムの妥当性を評価するとともに、新たなマーキングシステムの開発を実施し、以下の結果を得た。
１）抑制性神経細胞を特異的にマーキングすることを目的として、GAD65もしくはGAD67をコードする遺伝子のプロモーター領域により発現を支配されるVenusを発現する組み換えレンチウイルスをヒトiPS細胞由来の分化神経細胞に感染させたところ、用いたiPS細胞のクローンによりVenus陽性細胞数に大きな差違が観察された。
２）抑制性神経細胞のマーキングシステムの改良のために、転写因子を過剰発現する分化方法を導入した。この方法では全細胞のうちおよそ30%程度が抑制性の神経細胞であることが明らかになった。また、GAD65、GAD67のみならずDLX5等の抑制性神経細胞に発現する分子群をコードする遺伝子を用いたシステムの開発を実施した。
３）興奮性神経細胞を特異的にマーキングすることを目的として作製したVGluT1-Venus、VGluT2-Venusについては、その特異性に問題があることが明らかとなり、用いるプロモーター領域を改変する、もしくは分化方法を改良する等の、さらなる開発が必要であることが明らかになった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究で開発した神経細胞種特異的ライブマーキングシステムを統合失調症の多発家系患者等由来のヒトiPS由来分化神経細胞に適用するにあたり、当初の予想に反し、従来用いてきた分化技術では、クローン間の誤差が大きいことが明らかになったが、分化方法の改良に着手することができた。また、新たなマーキングシステムの開発はおおむね計画通りに実施することができた。

Strategy for Future Research Activity

これまでに開発した神経細胞種特異的ライブマーキング技術をさらに改良し、細胞種特異性をさらに高めるとともに、iPS細胞を神経細胞に分化させる基盤技術開発も併せて実施し、これまで達成されていないヒトiPS細胞由来分化神経細胞の細胞種特異的解析を実施する。

Causes of Carryover

前年度までに開発した神経細胞種特異的ライブマーキングシステムを統合失調症の多発家系患者等由来のヒトiPS由来分化神経細胞に適用するにあたり、当初の予想に反し、従来用いてきた分化技術では、クローン間の誤差が大きいことが明らかになり、計画に変更が生じたため、未使用額が生じた。今年度は、分化技術の開発を引き続き実施するとともに、神経細胞種特異的ライブマーキングシステムの開発を実施する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of California, Los Angeles/Northwestern University/New York Medical College(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of California, Los Angeles/Northwestern University/New York Medical College
• [Int'l Joint Research] University of Pecs/University of Szeged/University of Debrecen(ハンガリー)
  • Country Name: HUNGARY
  • Counterpart Institution: University of Pecs/University of Szeged/University of Debrecen
  • # of Other Institutions: 1
• [Int'l Joint Research] University of Bristol(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of Bristol
• [Int'l Joint Research] University of Heidelberg(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: University of Heidelberg
• [Int'l Joint Research] University of Liege(ベルギー)
  • Country Name: BELGIUM
  • Counterpart Institution: University of Liege
• [Journal Article] mS-11, a mimetic of the mSin3-binding helix in NRSF, ameliorates social interaction deficits in a prenatal valproic acid-induced autism mouse model. (2019)
  • Author(s): Kawase H, Ago Y, Naito M, Higuchi M, Hara Y, Hasebe S, Tsukada S, Kasai A, Nakazawa T, Mishina T, Kouji H, Takuma K, Hashimoto H.
  • Journal Title: Pharmacol Biochem Behav. Volume: 176 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1016/j.pbb.2018.11.003.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] VPAC1 receptors play a dominant role in PACAP-induced vasorelaxation in female mice. (2019)
  • Author(s): Ivic I, Balasko M, Fulop BD, Hashimoto H, Toth G, Tamas A, Juhasz T, Koller A, Reglodi D, Solymar M.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 14 Pages: e0211433
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0211433.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Association of Serotonin2c Receptor Polymorphisms With Antipsychotic Drug Response in Schizophrenia. (2019)
  • Author(s): Li J, Hashimoto H, Meltzer HY.
  • Journal Title: Front Psychiatry. Volume: 10 Pages: 58
  • DOI: 10.3389/fpsyt.2019.00058.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide modulates dendritic spine maturation and morphogenesis via microRNA-132 upregulation. (2019)
  • Author(s): Hayata-Takano A, Kamo T, Kijima H, Seiriki K, Ogata K, Ago Y, Nakazawa T, Shintani Y, Higashino K, Nagayasu K, Shintani N, Kasai A, Waschek JA, Hashimoto H.
  • Journal Title: J Neurosci. Volume: 印刷中 Pages: －
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2468-18.2019.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Whole-brain block-face serial microscopy tomography at subcellular resolution using FAST. (2019)
  • Author(s): Seiriki K, Kasai A, Nakazawa T, Niu M, Naka Y, Tanuma M, Igarashi H, Yamaura K, Hayata-Takano A, Ago Y, Hashimoto H.
  • Journal Title: Nat Protoc. Volume: 印刷中 Pages: －
  • DOI: 10.1038/s41596-019-0148-4.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Knockdown of the mitochondria-localized protein p13 protects against experimental parkinsonism. (2018)
  • Author(s): Inoue N, Ogura S, Kasai A, Nakazawa T, Ikeda K, Higashi S, Isotani A, Baba K, Mochizuki H, Fujimura H, Ago Y, Hayata-Takano A, Seiriki K, Shintani Y, Shintani N, Hashimoto H.
  • Journal Title: EMBO Rep. Volume: 19 Pages: e44860
  • DOI: 10.15252/embr.201744860.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] β-Arrestin1 and 2 differentially regulate PACAP-induced PAC1 receptor signaling and trafficking. (2018)
  • Author(s): Shintani Y, Hayata-Takano A, Moriguchi K, Nakazawa T, Ago Y, Kasai A, Seiriki K, Shintani N, Hashimoto H.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 13 Pages: e0196946
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0196946.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Accelerated pre-senile systemic amyloidosis in PACAP knockout mice - a protective role of PACAP in age-related degenerative processes. (2018)
  • Author(s): Reglodi D, Jungling A, Longueesp R, Kriegsmann J, Casadonte R, Kriegsmann M, Juhasz T, Bardosi S, Tamas A, Fulop BD, Kovacs K, Nagy Z, Sparks J, Miseta A, Mazzucchelli G, Hashimoto H, Bardosi A.
  • Journal Title: J. Pathol. Volume: 245 Pages: 478-490
  • DOI: 10.1002/path.5100.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Manipulation of dorsal raphe serotonergic neurons modulates active coping to inescapable stress and anxiety-related behaviors in mice and rats. (2018)
  • Author(s): Nishitani N, Nagayasu K, Asaoka N, Yamashiro M, Andoh C, Nagai Y, Kinoshita H, Kawai H, Shibui N, Liu B, Hewinson J, Shirakawa H, Nakagawa T, Hashimoto H, Kasparov S, Kaneko S.
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Volume: 44 Pages: 721-732
  • DOI: 10.1038/s41386-018-0254-y.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 単一細胞RNA seqによるストレス応答性神経細胞の特性解析 (2019)
  • Author(s): 田沼将人、笠井淳司、奥野浩行、山浦港生、丹生光咲、勢力薫、中澤敬信、山口瞬、橋本均
  • Organizer: 第92回 日本薬理学会年会
• [Presentation] 脳疾患の病態解析と創薬へ向けたアンバイアス全脳イメージング (2019)
  • Author(s): 橋本均
  • Organizer: 第92回 日本薬理学会年会
  • Invited
• [Presentation] 前障神経の活性化はカテコラミン放出を介して不安様行動を引き起こす (2019)
  • Author(s): 笠井淳司、丹生光咲、桑木崇宏、田邊航、田沼将人、五十嵐久人、吾郷由希夫、勢力薫、中澤敬信、橋本均
  • Organizer: 第92回 日本薬理学会年会
• [Presentation] Involvement of miR-132 in PACAP-dependent morphological changes of dendritic spines. (2018)
  • Author(s): Hayata-Takano A, Kijima H, Kamo T, Shintani Y, Ago Y, Seiriki K, Nakazawa T, Shintani N, Hashimoto H
  • Organizer: CINP World Congress 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Whole-brain mapping of neuronal activity in mice after social defeat stress (2018)
  • Author(s): Igarashi H, Kasai A, Niu M, Seiriki K, Kuwaki T, Tanuma M, Yamaguchi S, Nakazawa T, Hashimoto H
  • Organizer: World Congress of Basic and Clinical Pharmacology (WCP2018 KYOTO)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Protein kinase D2 (PRKD2) regulates embryonic neural development (2018)
  • Author(s): Baba M, Matsumura K, Nakazawa T, Nagayasu K, Kasai A, Takuma K, Hashimoto H
  • Organizer: World Congress of Basic and Clinical Pharmacology (WCP2018 KYOTO)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The de novo Q1042R POGZ mutation in sporadic ASD disrupts the neuronal differentiation (2018)
  • Author(s): Matsumura K, Nakazawa T, Okada S, Nagayasu K, Miura H, Kasai A, Takuma K, Yamamori H, Yasuda Y, Hashimoto R, Hashimoto H
  • Organizer: World Congress of Basic and Clinical Pharmacology (WCP2018 KYOTO)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多発家系患者のiPS分化神経細胞を用いた統合失調症の分子病態解析 (2018)
  • Author(s): 山本果奈、松村憲佑、中澤敬信、永安一樹、栗生俊彦、馬場優志、田熊一敞、鶴崎美徳、安田由華、山森英長、松本直通、橋本亮太、橋本均
  • Organizer: 次世代を担う創薬・医療薬理シンポジウム2018
• [Presentation] 複数の自閉症スペクトラム障害患者にde novo変異が認められるPRKD2は神経発達に関与する (2018)
  • Author(s): 馬場優志、松村憲佑、中澤敬信、永安一樹、笠井淳司、田熊一敞、橋本均
  • Organizer: 第61回 日本神経化学会大会・第40回日本生物学的精神医学会
• [Presentation] Chd8ヘテロ欠損マウス巨脳では大脳皮質と扁桃体の細胞数が増加し神経細胞が減少する (2018)
  • Author(s): 笠井淳司、中雄一郎、片山雄太、彌永祐輔、山浦港生、田沼将人、勢力薫、中澤敬信、中山敬一、橋本均
  • Organizer: 第61回 日本神経化学会大会・第40回日本生物学的精神医学会
• [Presentation] 高速・高拡張性全脳イメージングシステムFAST：アンバイアスで仮説フリーに脳内のシンギュラリティを検出する手法へ (2018)
  • Author(s): 橋本均、笠井淳司、勢力薫、中澤敬信
  • Organizer: 第56回 日本生物物理学会年会
  • Invited
• [Presentation] Claustrum is involved in stress-induced anxiety-like behaviors (2018)
  • Author(s): Kasai A, Niu M, Seiriki K, Igarashi H, Tanuma M, Kuwaki T, Nagayasu K, Yamaguchi S, Nakazawa T, Yamanaka A, Hashimoto H
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting (Molecular mechanisms of neuronal connectivity)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高精細全脳イメージング技術FASTの開発と精神疾患モデルマウスの病態解析 (2018)
  • Author(s): 勢力薫、笠井淳司、丹生光咲、田沼将人、五十嵐久人、中澤敬信、山口瞬、井上謙一、高田昌彦、橋本均
  • Organizer: 第68回 日本薬学会近畿支部総会・大会
• [Presentation] High-speed and high-resolution whole-brain imaging system FAST (block-face-serial-microscopy tomography) (2018)
  • Author(s): Hashimoto H, Seiriki K, Kasai A, Nakazawa T
  • Organizer: Cold Spring Harbor Conference Asia
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Whole-brain analysis of the NMDA receptor antagonist-induced neuronal activation in mice using hifh-speed and high-resolution imaging system FAST (block-face serial microscopy tomography) (2018)
  • Author(s): Seiriki K, Kasai A, Nakazawa T, Hashimoto H
  • Organizer: Cold Spring Harbor Conference Asia
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] iPS細胞関連技術とヒト型疾患モデルマウスを用いた精神疾患の分子病態解析 (2018)
  • Author(s): 中澤敬信、橋本亮太、田熊一敞、橋本均
  • Organizer: 第28回日本臨床精神神経薬理学会 第48回日本神経精神薬理学会 合同年会
  • Invited
• [Presentation] マウス新生仔へのプロスタグランジンD2受容体DP1作動薬による神経細胞の形態 や行動への影響 (2018)
  • Author(s): 早田敦子、奥田健太、毛利育子、橘雅弥、新谷勇介、菊池泰河、中澤敬信、谷池雅子、橋本均
  • Organizer: 第28回日本臨床精神神経薬理学会 第48回日本神経精神薬理学会 合同年会
• [Presentation] (R)-ketamine, (S)-ketamine and their metabolites affect differentially in vivo monoamine release in the prefrontal cortex of mice: Different involvement of AMPA receptors (2018)
  • Author(s): Yukio Ago, Wataru Tanabe, Momoko Higuchi, Shinji Tsukada, Kenji Hashimoto, Hitoshi Hashimoto
  • Organizer: The 57th Annual Meeting of American College of Neuropsychopharmacology (ACNP)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PACAP-provoked PAC1 receptor signaling and internalization through two isoform of β-arrestins dependent mechanisms (2018)
  • Author(s): Yusuke Shintani, Atsuko Hayata-Takano1, Keita Moriguchi and Hitoshi Hashimoto
  • Organizer: International GPCR Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 大阪大学大学院薬学研究科神経薬理学分野ホームページ
  • URL: http://molpharm.umin.jp/