Elucidation of molecular basis of neuromuscular interactions in motor neuron diseases using disease specific iPSCs.

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K15470
• Research Institution: Aichi Medical University
• Principal Investigator: 伊藤 卓治 愛知医科大学, 医学部, 客員研究員 (30794151)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 球脊髄性筋萎縮症（SBMA） / iPS細胞 / 運動ニューロン / 骨格筋 / 神経筋接合部（NMJ） / ゲノム編集 / タイムラプスイメージング / オプトジェネティクス

Outline of Annual Research Achievements

球脊髄性筋萎縮症（SBMA）疾患特異的iPS細胞を用いた神経・筋病態の解明を行うためのシステム開発を行った。
(1)ヒトiPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋を用いた神経・筋共培養システムの確立：神経筋接合部（NMJ）を可視化するレポーターを作成し、NMJ形成を可視化・定量化することに成功した。このレポーターを用いることにより、神経・筋疾患のNMJ変性過程を明らかにできると考えられる。
(2)SBMAの病態再現；健常者iPS細胞由来運動ニューロンとNMJレポーターを導入したSBMA患者iPS細胞由来骨格筋を用いて表現型の一部を捉えることに成功した。
(3)NMJ機能解析システムの構築：ヒトiPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋によるシナプス機能解析システムを構築した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

NMJレポーターをSBMAの病態解析に応用し、表現型の一部を捉えることに成功した。また、オプトジェネティクスと微小電極アレイによるNMJ機能評価系を構築できたため、今後はSBMA患者iPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋のNMJ機能評価も可能となり、概ね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

SBMA患者及び健常者由来iPS細胞から分化誘導した運動ニューロンと骨格筋を様々な組み合わせで共培養し、病態解析を進めていく予定である。

Causes of Carryover

効率的な研究費の使用により、次年度使用額が生じた。翌年度分と合わせて、実験試薬や実験器具等の消耗品の購入等にあてる予定である。

Research Products

• [Journal Article] Unveiling synapse pathology in spinal bulbar muscular atrophy by genome-wide transcriptome analysis of purified motor neurons derived from disease specific iPSCs (2020)
  • Author(s): Onodera K, Shimojo D, Ishihara Y, Yano M, Miya F, Banno H, Kuzumaki N, Ito T, Okada R, de Araujo Herculano B, Ohyama M, Yoshida M, Tsunoda T, Katsuno M, Doyu M, Sobue G, Okano H, Okada Y
  • Journal Title: Mol Brain Volume: Feb 19 Pages: 13(1):18
  • DOI: 10.1186/s13041-020-0561-1.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tandem Paired Nicking Promotes Precise Genome Editing with Scarce Interference by p53 (2020)
  • Author(s): Hyodo T, Rahman ML, Karnan S, Ito T, Toyoda A, Ota A, Wahiduzzaman M, Tsuzuki S, Okada Y, Hosokawa Y, Konishi H.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: Jan 28;30(4) Pages: 1195-1207
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.12.064.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modulation of oxygen tension, acidosis, and cell density is crucial for neural differentiation of human induced pluripotent stem cells (2020)
  • Author(s): Okada R, Onodera K, Ito T, Doyu M, Okano HJ, Okada Y.
  • Journal Title: Neurosci Res. Volume: Jan 31 Pages: 30043-2
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.01.015.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Open-Chamber Co-Culture Microdevices for Single-Cell Analysis of Skeletal Muscle Myotubes and Motor Neurons with Neuromuscular Junctions (2019)
  • Author(s): Nao Yamaoka、Shimizu Kazunori、Yu Imaizumi、Takuji Ito、Yohei Okada、Hiroyuki Honda
  • Journal Title: BioChip Journal Volume: Jun 13 Pages: 127-132
  • DOI: https://doi.org/10.1007/s13206-018-3202-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PlexinA1 is crucial for the midline crossing of callosal axons during corpus callosum development in BALB/cAJ mice (2019)
  • Author(s): Hossain M, Tsuzuki T, Sakakibara K, Imaizumi F, Ikegaya A, Inagaki M, Takahashi I, Ito T, Takamatsu H, Kumanogoh A, Negishi T, Yukawa K
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 14(8) Pages: e0221440
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0221440. eCollection 2019.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ELUCIDATION OF NONCELL AUTONOMOUS NEURODEGENERATION IN SPINAL AND BULBAR MUSCULAR ATROPHY USING IPSC-DERIVED NEUROMUSCULAR MODELS (2019)
  • Author(s): Ito T, Tanaka S, Shimojo D, Doyu M, Okano H, Okada Y
  • Organizer: International Society for Stem Cell Research（ISSCR）2019 Annual Meeting（Los Angeles）
  • Int'l Joint Research