Elucidaion of muscular pathology of SBMA using disease specific iPSCs

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K07969
• Research Institution: Aichi Medical University
• Principal Investigator: 道勇 学 愛知医科大学, 医学部, 教授 (90293703)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡田 洋平 愛知医科大学, 医学部, 准教授 (30383714) ; 伊藤 卓治 愛知医科大学, 公私立大学の部局等, 客員研究員 (30794151)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 疾患iPS細胞 / 球脊髄性筋萎縮症 / 骨格筋

Outline of Annual Research Achievements

(1) iPS由来骨格筋の分化誘導と成熟度・機能性評価システムの開発：これまでに開発した培養法を改良し、ヒトiPS細胞から簡便・迅速・高効率に骨格筋を誘導する培養法を確立した。さらに、この方法で誘導した骨格筋を三次元で培養し、筋収縮を得ることに成功した。現在、さらに成熟を促進する培養法の開発を進めている。
(2) SBMA患者iPS細胞由来骨格筋における病態解析：SBMA患者、および健常者iPS細胞から骨格筋への分化誘導を行い、細胞死、成熟度などについての病態変化を解析したが、十分な病態変化が観察されなかった。そこで、(1)で開発中の成熟促進法を用いた病態解析を進める予定である。
(3) 患者iPS由来骨格筋の病態関連因子の探索：候補アプローチによる遺伝子発現変化を行ったところ、患者由来骨格筋で病態変化を示す分子を複数同定した。さらに、トランスクリプトーム解析を行い、発現変化を示す分子の同定を進めている。
(4) 骨格筋病態関連分子の機能解析：(3)で同定した分子について、健常者、または患者iPS細胞由来骨格筋や運動ニューロンを用いた機能解析を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

iPS細胞から、より簡便、高効率に骨格筋を分化誘導する培養法を開発し、さらにその機能性を示すことに成功した。また、分子変化の解析では、候補アプローチ、および網羅的解析により、病態との関与が示唆される分子を複数同定しており、おおむね順調に進捗していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

(1) iPS由来骨格筋の分化誘導と成熟度・機能性評価システムの開発
iPS細胞由来骨格筋の成熟を促進する方法の開発を進めていく予定である。
(2) SBMA患者iPS細胞由来骨格筋における病態解析
(1)で開発中の成熟促進法を用いて、骨格筋における細胞死、成熟度、変異AR凝集体形成などの病態解析を進める予定である。
(3) 患者iPS由来骨格筋の病態関連因子の探索とその機能解析
候補アプローチ、および網羅的解析により、患者由来骨格筋で病態変化を示す分子を複数同定しており、さらに病態関連分子の探索を進める。また、同定した分子の、機能的解析も進めていく予定である。

Causes of Carryover

効率的な研究費の使用に庵、次年度使用額が生じた。試薬や実験器具等の消耗品の購入、研究技術員の雇用等に充てる予定である。

Research Products

• [Journal Article] Two distinct mechanisms of neuropathy in immunoglobulin light chain (AL) amyloidosis (2021)
  • Author(s): Koike H, Mouria N, Fukamia Y, Iijima M, Matsuo K, Yagi N, Saito A, Nakamura H, Takahashi K, Nakae Y, Okada Y, Tanaka F, Sobue G, Katsuno M
  • Journal Title: Commun Biol. Volume: 421 Pages: 117305
  • DOI: 10.1016/j.jns.2020.117305.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective suppression of polyglutamine-expanded protein by lipid nanoparticle-delivered siRNA targeting CAG expansions in the mouse CNS. (2021)
  • Author(s): Hirunagi T, Sahashi K, Tachikawa K, Leu AI, Nguyen M, Mukthavaram R, Karmali PP, Chivukula P, Tohnai G, Iida M, Onodera K, Ohyama M, Okada Y, Okano H, Katsuno M.
  • Journal Title: Mol Ther Nucleic Acids. Volume: 24 Pages: 1月10日
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2021.02.007.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of a Human Neuromuscular Tissue-on-a-Chip Model on a 24-Well-Plate-Format Compartmentalized Microfluidic Device (2021)
  • Author(s): Yamamoto K, Yamaoka N, Imaizumi Y, Nagashima T, Furutani T, Ito T, Okada Y, Honda H, Shimizu K
  • Journal Title: Lab on a Chip Volume: 21 Pages: 1897-1907
  • DOI: 10.1039/d1lc00048a.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Antiparkinsonian drugs as potent contributors to nocturnal sleep in patients with Parkinson's disease. (2021)
  • Author(s): Taguchi S, Koide H, Oiwa H, Hayashi M, Ogawa K, Ito C, Nakashima K, Yuasa T, Yasumoto A, Ando H, Fujikake A, Fukuoka T, Tokui K, Izumi M, Tsunoda Y, Kawagashira Y, Okada Y, Niwa JI, Doyu M.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 16 Pages: e0255274
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0255274.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Developmental dysregulation of excitatory-to-inhibitory GABA-polarity switch may underlie schizophrenia pathology: A monozygotic-twin discordant case analysis in human iPS cell-derived neurons. (2021)
  • Author(s): Toritsuka M, Yoshino H, Makinodan M, Ikawa D, Kimoto S, Yamamuro K, Okamura K, Akamatsu W, Okada Y, Matsumoto T, Hashimoto K, Ogawa Y, Saito Y, Watanabe K, Aoki C, Takada R, Fukami SI, Hamano-Iwasa K, Okano H, Kishimoto T.
  • Journal Title: Neurochem Int. Volume: - Pages: 105179
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2021.02.007.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 疾患特異的iPS細胞を用いた運動ニューロン疾患の病態解明と治療開発 (2021)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 病態に基づいた神経疾患の再生戦略 (2021)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: 浜松医科大学尖端医学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 疾患特異的iPS細胞を用いた神経・筋病態の解明 (2021)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: 第60回日本臨床検査医学会東海・北陸支部総会、第344回日本臨床化学会東海・北陸支部例会 連合大会
  • Invited
• [Presentation] Elucidating early pathophysiology of spinal-bulbar muscular atrophy using disease-specific iPSCs (2021)
  • Author(s): 小野寺一成, 下門大祐, de Ara?jo Herculano B,石原康晴, 依田真由子, 太田明伸, 矢野真人, 宮冬樹, Rashid MI, 伊藤卓治, 岡田梨奈, 角田達彦, 細川好孝, 道勇学, 祖父江元, 勝野雅央, 岡野栄之, 岡田 洋平
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] SynGAP variant from ALS cohort causes spine abnormality by excessive recruitment of FUS and hnRNPK (2021)
  • Author(s): 横井聡, 伊藤卓治, 佐橋健太郎, 中村亮一, 石垣診祐, 熱田直樹, 勝野雅央, 岡田 洋平, 祖父江元
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] 脳卒中患者における自律神経機能と病状との関連 (2021)
  • Author(s): 中島 康自, 小出 弘文, 林 未久, 伊藤 千弘, 湯淺 知子, 安本 明弘, 安藤 宏明, 田口 宗太郎, 藤掛 彰史, 福岡 敬晃, 徳井 啓介, 川頭 祐一, 岡田 洋平, 丹羽 淳一, 道勇 学
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Allele selective suppression of mutant polyQ protein by LNP-delivered siRNA targeting CAG expansions (2021)
  • Author(s): 蛭薙智紀, 佐橋健太郎, 立川潔, Leu A, Nguyen M, Mukthavaram R, Karmali P, Chivukula P, 藤内玄規, 飯田円, 小野寺一成, 大山学, 岡田 洋平, 岡野栄之, 勝野雅央
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] The effects of g-secretase inhibitor on differentiation of iPSC-derived neurons (2021)
  • Author(s): 福井ナナミ、伊藤卓治、杉山香織、岡田梨奈、小野寺一成、Zohora Khatun、道勇学、岡田洋平
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会 CJK第1回国際会議
• [Presentation] Establishment of hiPSC-derived functional neuromuscular models for the analysis of neuromuscular diseases (2021)
  • Author(s): 伊藤卓治、ラシッド ムハンマド イルファヌール、田中智史、下門大祐、岡野栄之、道勇学、岡田洋平
  • Organizer: ヒトiPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋を用いた機能的神経筋共培養モデルの構築、第44回日本神経科学大会 CJK第1回国際会議
• [Presentation] Efficient, reproducible, and functional differentiation of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) into skeletal muscles for muscular disease modeling. (2021)
  • Author(s): Rashid MI, Ito T, Shimojo D, Khatun Z, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y.
  • Organizer: PACTALS 2021 NAGOYA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Elucidating early pathophysiology of Spinal-bulbar muscular atrophy using diseasespecific iPSCs. (2021)
  • Author(s): Onodera K, Shimojo D, de Ara?jo Herculano B, Ishihara Y, Yoda M, Ota A, Rashid MI, Ito T, Okada R, Hosokawa Y, Doyu M, Sobue G, Katsuno M, Okano H, Okada Y
  • Organizer: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium, Tokyo
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Establishment of iPSC-derived neuromuscular co-culture model for the analysis of non-cell autonomous neurodegeneration in motor neuron diseases (2021)
  • Author(s): Ito T, Rashid MI, Tanaka S, Shimojo D, Okano H, Doyu M, Okada Y.
  • Organizer: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium, Tokyo
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient, reproducible and functional differentiation of human iPSCs into skeletal muscles for muscular disease modeling. (2021)
  • Author(s): Rashid MI, Ito T, Shimojo D, Khatun Z, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y.
  • Organizer: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium, Tokyo
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 愛知医科大学医学部内科学講座（神経内科）
  • URL: https://www.aichi-med-u.ac.jp/su06/su0607/su060703/02.html