Development of novel pathological analysis and medicine in neuropathic Gaucher disease.

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K08207
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 城戸 淳 熊本大学, 病院, 講師 (70721215)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梶原 隆太郎 熊本大学, 大学院生命科学研究部(保), 助教 (00738221) ; 沼川 忠広 熊本大学, 発生医学研究所, 特定事業研究員 (40425690) ; 小高 陽樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (40831243) ; 松本 志郎 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 准教授 (70467992) ; 曽我 美南 熊本大学, 発生医学研究所, 助教 (80768002)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 神経型ゴーシェ病 / プレシナプス機能 / ポストシナプス機能 / 酸化ストレス / オートファジー / ミトコンドリア機能

Outline of Annual Research Achievements

令和3年度も、ゴーシェ病II型患者由来のiPS細胞から樹立した神経前駆細胞（NPC）を使用しての薬剤スクリーニングで有効であると考えられた化合物Ａの効果について評価した。化合物Ａ長期添加によりゴーシェ病II型の患者由来NPCから分化させた神経細胞では、このカルシウムイオンの流入（ポストシナプス機能）が改善されることを確認できた。さらに、ゴーシェ病II型患者NPC由来神経細胞で低下していた開口放出能（プレシナプス機能）は、化合物Ａ長期添加により、改善した。さらに、この化合物Ａ添加においては、酸化ストレス負荷（H2O2添加）時における神経細胞死を神経型ゴーシェ病患者NPC由来神経細胞において改善させた。また、フラックスアナライザーを使用したミトストレステストと解糖ストレステストにおいて、ゴーシェ病II型患者由来NPCは、健常者由来NPCよりも解糖系とミトコンドリア機能が低下していた。残念ながら、化合物Ａによってゴーシェ病II型患者由来NPCの解糖系とミトコンドリア機能の活性化は認めなかった。健常者由来NPCとゴーシェ病II型患者由来NPCとゴーシェ病II型患者由来NPCに化合物Ａ4日間処理のもので、遺伝子発現の違いについてRNA-Sequenceを使用して、検討した。健常者NPCに比べてゴーシェ病II型患者由来NPCで発現が高かった遺伝子のうち、化合物Ａ処理により発現が低下した遺伝子として、CD302, IL5RAを同定した。ゴーシェ病モデルマウスを随時繁殖させているところである。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

神経型ゴーシェ病患者由来のiPS細胞（2検体：兄弟例）とゴーシェ病III型患者由来のiPS細胞から、今年度も新たに神経前駆細胞（NＰC）および神経細胞を樹立した。すでに、神経型ゴーシェ病患者由来ＮＰＣを使用下薬剤スクリーニングにより有効薬剤（化合物A）を見出だしており、この薬剤添加により神経型ゴーシェ病患者由来ＮＰＣのグルコシルスフィンゴシンの含有量を減少させるとともに、神経型ゴーシェ病患者ＮＰＣ由来の神経細胞においてプレシナプス機能とポストシナプス機能の改善は証明された。また、酸化ストレス負荷（H2O2添加）時における神経細胞死を神経型ゴーシェ病患者ＮＰＣ由来神経細胞において改善された。さらに、ゴーシェ病患者NPC由来の神経細胞では、もともと健常者NPC由来の神経細胞よりも亢進しているオートファジー機能が、化合物Ａ添加により、さらに亢進していることも確認できた。残念ながら、化合物Ａの短期（4日間）処理では、ミトコンドリア機能や解糖系機能には明らかな影響を与えなかった。
健常者由来NPCとゴーシェ病患者由来NPCにおいて、化合物Ａ添加時における遺伝子発現の違いをRNA-Seqenceにて検討することで、化合物Ａのターゲット分子が見えてきた。
上記の理由としては、安定したiPS細胞からの神経分化が難しいこととゴーシェ病KOマウスの繁殖が難しいためである。

Strategy for Future Research Activity

In Vitroにおいては、化合物Ａによって神経型ゴーシェ病患者NPC由来の神経細胞における効果がだいぶわかってきた。神経型ゴーシェ病患者神経細胞におけるグルコシルスフィンゴシンの含有量を減らすことに機序が起因していると考えられるが、今後もまだ解析していない機能・項目について評価を進めていく。また、ゴーシェ病モデルマウスにおける化合物Ａの効果（寿命の延長）が、今のところはっきりとはでていないので、ゴーシェ病モデルマウスの脳内のグルコシルスフィンゴシンを定量するなどの別の有意差の出る解析システムを構築する必要がある。

Causes of Carryover

令和3年度内の残金予算では年度末に必要な培地・サプルメント購入ができなかった。令和4年度は、最終年度であるため必要な培地・サプルメント・試薬を購入して、きちんと予算を使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Newborn screening for Gaucher disease in Japan. (2022)
  • Author(s): Sawada T, Kido J, Sugawara K, Yoshida S, Matsumoto S, Shimazu T, Matsushita Y, Inoue T, Hirose S, Endo F, Nakamura K.
  • Journal Title: Mol Genet Metab Rep. Volume: 31 Pages: 100850
  • DOI: 10.1016/j.ymgmr.2022.100850.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Clinical manifestation and long-term outcome of citrin deficiency: Report from a nationwide study in Japan (2022)
  • Author(s): Kido J, Haberle J, Sugawara K, Tanaka T, Nagao M, Sawada T, Wada Y, Numakura C, Murayama K, Watanabe Y, Kojima-Ishii K, Sasai H, Kosugiyama K, Nakamura K.
  • Journal Title: J Inherit Metab Dis . Volume: none Pages: none
  • DOI: 10.1002/jimd.12483.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Current status of newborn screening for Pompe disease in Japan. (2021)
  • Author(s): Sawada T, Kido J*, Sugawara K, Momosaki K, Yoshida S, Kojima-Ishii K, Inoue T, Matsumoto S, Endo F, Ohga S, Hirose S, Nakamura K.
  • Journal Title: Orphanet J Rare Dis. Volume: 18 Pages: 516
  • DOI: 10.1186/s13023-021-02146-z.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Current status of surviving patients with arginase 1 deficiency in Japan. (2021)
  • Author(s): Kido J*, Matsumoto S, Takeshita E, Hayasaka C, Yamada K, Kagawa J, Nakajima Y, Ito T, Iijima H, Endo F, Nakamura K.
  • Journal Title: Mol Genet Metab Rep. Volume: 29 Pages: 100805
  • DOI: 10.1016/j.ymgmr.2021.100805.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of liver transplantation in urea cycle disorders: Report from a nationwide study in Japan. (2021)
  • Author(s): Kido J*, Matsumoto S, Haberle J, Inomata Y, Kasahara M, Sakamoto S, Horikawa R, Tanemura A, Okajima H, Suzuki T, Nakamura K.
  • Journal Title: J Inherit Metab Dis. Volume: 44 Pages: 1311-1322
  • DOI: 10.1002/jimd.12415.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research