多数の患者iPS細胞を用いた脊髄性筋萎縮症の薬剤応答性の個人差の解明

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K08360
• Research Institution: 独立行政法人国立病院機構長良医療センター(臨床研究部)
• Principal Investigator: 舩戸 道徳 独立行政法人国立病院機構長良医療センター(臨床研究部), 長良医療センター臨床研究部, 第二小児科医長 (30420350)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 疾患モデル / iPS細胞 / 創薬

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、遺伝的背景の異なる多数の脊髄性筋萎縮症（Spinal Muscular Atrophy, SMA）患者の疾患特異的人工多能性幹細胞（induced pluripotent stem cell, iPS細胞）由来の神経細胞を用いて複数の試験管内疾患モデルを構築し、薬剤応答性の個人差の要因を解明することなどによって、SMAの標準的な治療法を開発することが目的である。最終的にはSMAモデルマウスを用いて非臨床試験を行い、医師主導治験に繋げることを目指す。 現在までに、以下のことを行った。 1)SMAの患者19名からエピゾーマルベクターによる初期化誘導6因子の遺伝子導入にて患者iPS細胞を樹立した。2)患者iPS細胞由来の神経系細胞では正常コント ロールに比べて、SMN蛋白の減少、運動神経突起の伸長の低下、神経膠細胞数の増加、脊髄運動神経細胞の細胞死の増加、脊髄運動神経細胞数の減少が認められ、試験管内でSMAの病態を模倣することに成功した。3)申請者らが臨床試験等で開発を進めてきた甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン類似薬（Tyrotoropinreleasing hormone analog, TRH）の薬効評価を行ったところ、TRHが患者iPS細胞由来の運動神経細胞の完全長のSMN蛋白を増加するだけでなく、神経突起の伸長にも寄与することを見出した。4)TRHの完全長SMN蛋白の上昇メカニズムを多方面から解析し、SMN2遺伝子の転写活性の上昇とGSK-3βのリン酸化によるSMN蛋白の安定化が寄与していることを見出した。5)SMA患者iPS細胞由来の運動神経では酸化ストレスが亢進し抗酸化ストレス剤が運動神経細胞の細胞死を抑制することなどを見出した。6)抗てんかん薬のルフィナミドがⅡ型やⅢ型の患者iPS細胞由来の運動神経細胞の神経突起を伸長させることを見出した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究計画では、本研究期間内に以下のことを明らかにしようとしている。
1)背景の異なる多数のSMA患者由来のiPS細胞を用いた試験管内疾患モデルの構築、2)薬剤応答性の個人差の確認と臨床試験における薬剤反応性との統計学的解析、3)SMAの薬剤応答性の個人差の解明、4)汎用性の高いSMAの標準的な治療法の開発
現在までに、遺伝的背景や臨床的背景の異なる計19名のSMA患者（病期分類0型0名、Ⅰ型5名、Ⅱ型9名、Ⅲ型5名、Ⅳ型0名）から線維芽細胞及びiPS細胞の樹立を行った。また、SMA患者の線維芽細胞を用いて、各種抗てんかん薬の完全長SMN遺伝子の転写活性を調べたところ、抗てんかん薬の一つがⅡ型やⅢ型の患者のSMN遺伝子の発現を上昇させることを見出した。以上から、おおむね順調に進展していると判断している。

Strategy for Future Research Activity

今後、薬剤応答性の個人差の確認について、重点的に研究を進める。これまでに見出したSMN遺伝子の発現を上昇させる可能性のある抗てんかん薬の効果について、試験管内での薬剤の応答性の個人差の評価を継続する。特に、試験管内疾患モデルを用いて、SMAの臨床試験で試されてきた甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン類似薬（Tyrotoropinreleasing hormone analog, TRH）やバルプロ酸ナトリウム（Sodium Valproate, VPA）と比較することで、SMN蛋白の発現レベル、運動神経の突起の長さ、運動神経の細胞死の割合などを評価する。次に、多数のSMA患者の試験管内疾患モデルによって判明した薬剤応答性の個人差が、実際の臨床試験の薬剤反応性と相関するかどうか、主に運動機能解析の評価を基にした臨床データとの統計学的解析により裏付けを行う。

Research Products

• [Journal Article] Impairment of Oligodendrocyte Lineages in Spinal Muscular Atrophy Model Systems (2019)
  • Author(s): Ohuchi K, Funato M, Ando S, Inagaki S, Sato A, Kawase C, Seki J, Nakamura S, Shimazawa M, Kaneko H, Hara H.
  • Journal Title: Neuroreport. Volume: 30 Pages: 350-357
  • DOI: 10.1097/WNR.0000000000001206.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Protective Effects of Levetiracetam on a Human iPSCs-Derived Spinal Muscular Atrophy Model (2019)
  • Author(s): Ando S, Funato M, Ohuchi K, Inagaki S, Sato A, Seki J, Kawase C, Saito T, Nishio H, Nakamura S, Shimazawa M, Kaneko H, Hara H.
  • Journal Title: Neurochem Res. Volume: 44 Pages: 1773-1779
  • DOI: 10.1007/s11064-019-02814-4.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Notch Signaling Mediates Astrocyte Abnormality in Spinal Muscular Atrophy Model Systems (2019)
  • Author(s): Ohuchi K, Funato M, Yoshino Y, Ando S, Inagaki S, Sato A, Kawase C, Seki J, Saito T, Nishio H, Nakamura S, Shimazawa M, Kaneko H, Hara H.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 9 Pages: 3701
  • DOI: 10.1038/s41598-019-39788-w.
  • Peer Reviewed / Open Access