Unraveling mechanism of pathogenesis in CHAREGE syndrome using iPSC-derived brain organoid

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H03623
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 神山 淳 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 准教授 (30437511)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 脳オルガノイド / 1細胞RNA-Seq / 1細胞ATAC-Seq

Outline of Annual Research Achievements

CHARGE症候群は複数の臓器において発達異常や発生異常が見出される疾患である。その原因遺伝子CHD7は中枢神経系に存在する神経前駆細胞においてエンハンサー制御を司る遺伝子である。ヒトiPS細胞を用いた研究はヒト検体を用いて分子生物学的解析をする上で有用な細胞である。事実、申請者はCHARGE症候群由来iPS細胞を用いた解析で神経系特異的なエンハンサー領域の制御異常がみられることを報告している。また、近年ヒト脳の3次元構築を模倣する実験系としてiPS細胞由来脳オルガノイドという手法が注目されており、ヒトの初期の中枢神経系発生を模倣する系として利用可能であることが知られている。そこで本研究ではCHARGE症候群患者由来iPS細胞を用い、脳オルガノイドを作成し、その表現型を解析することでCHARGE症候群の原因遺伝子であるCHD7により維持されるエンハンサー制御機構を明らかとすることを目的としている。令和元年度はiPS細胞から脳オルガノイドを作成する手法の最適化を行い、iPS細胞から高効率で脳オルガノイドを作成する手法を確立した。この手法を用い、CHARGE症候群由来iPS細胞より脳オルガノイドを分化誘導したところ、神経管構造の異常が見出された。また、iPS細胞由来脳オルガノイドの性状異常を解析する手法が限定的であったことから、より機能的な解析を実施するための基盤技術を確立するために脳オルガノイド中に含まれる多様な神経系細胞を個別に解析する手法及び領域特異的に遺伝子発現を制御するための技術開発を目指した研究計画を実施した。その結果、脳オルガノイドに対する遺伝子発現制御技術、1細胞レベルでのエピゲノム解析に向けた基盤技術を確立した。本技術により、ヒト神経発生における分化過程におけるエピゲノム変容の分子基盤、CHD7の関与の解析が可能となることが期待されるため次年度以降に詳細な解析を実施する予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究課題実施に必要な基盤技術の確立のための期間であったがほぼすべての技術の確立が可能であったため。

Strategy for Future Research Activity

iPS細胞脳オルガノイドを利用し、ヒト神経分化過程におけるエンハンサー制御の変容機構を明らかとする。