2020 Fiscal Year Annual Research Report
A multidisciplinary approaches for drug-induced arrhythmia using human iPS cells
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19H03380
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| Research Institution | University of Shizuoka |
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Principal Investigator |
黒川 洵子 静岡県立大学, 薬学部, 教授 (40396982)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 賢彦 静岡県立大学, 薬学部, 助教 (00632639)
行方 衣由紀 東邦大学, 薬学部, 准教授 (30510309)
諫田 泰成 国立医薬品食品衛生研究所, 薬理部, 部長 (70510387)
芦原 貴司 滋賀医科大学, 情報総合センター, 教授 (80396259)
坂本 多穂 静岡県立大学, 薬学部, 准教授 (80433150)
永森 收志 奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (90467572)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 不整脈 / iPS細胞 / 毒性評価 / 性差 / 交感神経 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シグナルによる薬剤誘発性不整脈の調節機構を解明するために、品質保証された分化心筋の作製（１）と不整脈トリガーの統合解析（２）を並行して行った。2020年度に実施した内容を以下に記述する。
（１）成熟化した分化心筋の作製：市販ヒトiPS由来分化心筋細胞をin vitroで成熟化するために微弱なペーシング刺激を持続的に与え、培養を行った。その成熟化の過程を収縮解析・電気生理学的解析・イメージング・発現解析により定量的に解析した。細胞株ごとに心室型及び心房型に特徴的な細胞骨格分子が発現しており、その分子発現の有無によりβアドレナリン受容体シグナルに違いがあるかどうか検討した。その結果、細胞株によって反応性が異なることが判明した。心房マーカーは未熟心筋マーカーでもあるとこれまで報告されてきたが、成熟度機械学習によって成熟化の度合いが、βARシグナルの反応がより安定している心室様型細胞を選別することを目指し、機械学習のための細胞データを取得したところ、
（２）不整脈トリガーの統合解析：これまでに申請者らは分担者らと共同で、O’Hara-Rudy dynamicsヒト心室筋細胞モデルからヒトiPS由来心筋細胞（viPS-CM）モデルを作成した。viPS-CMモデルの活動電位調節マーカー分子について、プロテオミクスアプローチにより膜タンパク量を定量解析したデータと比較検討してきた。その結果、細胞内イオン濃度勾配が自動能に大きな影響を与えることを見いだし、学会等にて発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
シグナルによる薬剤誘発性不整脈の調節機構を解明するために研究している本課題の進捗状況について以下に述べる。
（１）分化心筋の作製：市販ヒトiPS由来、市販ヒトiPS由来分化心筋細胞をin vitroで成熟化するために微弱なペーシング刺激を与え続けながら培養を行った。その成熟化の過程を収縮解析・電気生理学的解析・イメージング・発現解析により定量的に解析しているところである。2020年度は特にパッチクランプ法により活動電位波形を計測し、約1週間のペーシング刺激であっても機能的な成熟化が見られることが分かった。細胞免疫染色による形態観察からは2週間以上の刺激が必要であったが、実際には数日程度から昨日変化は見られているようであった。以上の結果から、機械学習のために集めるデータの指標ができたことが最大の成果である。βアドレナリン受容体のサブタイプ選択性が、市販株の種類によって異なる可能性を見出した。成熟化するにつれて、サブタイプの選択性が低くなる傾向があった。
（２）不整脈トリガーの統合解析：これまでに申請者らは分担者らと共同で、O’Hara-Rudy dynamicsヒト心室筋細胞モデルからヒトiPS由来心筋細胞（viPS-CM）モデルを作成した。viPS-CMモデルの活動電位調節マーカー分子について、プロテオミクスアプローチにより膜タンパク量を定量解析したデータと比較検討してきた。その結果、細胞内イオン濃度勾配が自動能に大きな影響を与えることを見いだし、学会等にて発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）分化心筋の作製：これまでの本課題研究から、活動電位波形に関わるイオンチャネル機能発現の成熟化とβアドレナリンシグナル経路の成熟化は分けて考える必要があることが示唆されつつある。心筋細胞が成熟化する過程で膜電流を調節する細胞内イオン動態が重要であることをこれまでに実証してきたが、シグナル調節に関わる細胞内局在の関与については未だデータが不足している。今後は、細胞レベルでシグナルの局在を解析できる手法やAKAPなどのシグナル局在化に関わる分子の分子発現も調べることにより、成熟化による機能変化をより定量的に解析していく。
（２）不整脈トリガーの統合解析：これまでに開発してきたO’Hara-Rudy dynamicsヒト心室筋細胞モデルからヒトiPS由来心筋細胞（viPS-CM）モデルを用いて細胞内イオン動態が分化心筋細胞の自動能に影響する様子を実証するためにパッチクランプおよび細胞内イメージングのデータを追加して論文として発表するためにまとめる。
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Research Products
(33 results)
