2022 Fiscal Year Research-status Report
ドラベ症候群の脳オルガノイド病態モデルを活用した発達性てんかん性脳症の病態解析
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21K07784
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| Research Institution | Daiichi University, College of Pharmaceutical Sciences |
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Principal Investigator |
田中 泰圭 第一薬科大学, 薬学部, 非常勤講師 (50714466)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | Dravet症候群 / 発達性てんかん性脳症 / SCN1A / Nav1.1 / iPS細胞 / 脳オルガノイド疾患モデル / GABA作動性神経細胞 / 神経変性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ドラベ症候群（DS）における発達性てんかん性脳症（DEE）の発症は、群発する難治のてんかん発作により惹起されると考えられている。この群発するてんかん発作に伴った神経毒性や神経変性の関与が疑われているが、DEEにおける重篤な認知機能障害などを含む発達遅滞の発症機構については、未だ不明な点が多い。すなわち、DEEの発症機序を解明すれば、難治性疾患であるDSの根治を目指した革新的な治療研究に繋がることが期待され、苦悩する患者や家族にとって大きな福音となる。
そこで本研究では、DS患者iPS細胞から病態への関与が想定される終脳領域のオルガノイドを作製し、① 神経変性および神経毒性に焦点を当てた病態解析を実施することで、DEEの発症機構の解明を目指す。そして、② 未だ分子生物学的原因が不透明なDEEの発症機序に対して、病因の科学的な定義付けにより、DEEの根治を見据えた治療標的を同定する。
DS患者由来iPS細胞より終脳領域のオルガノイドの作製に成功したおり、加えて、創薬スクリーニングへの応用が可能な多電 極アレイシステムを用いた、脳オルガノイドの自発的な神経活動発火および神経ネットワーク活動の電位測定系を構築した。
本研究は、この終脳領域のオルガノイド誘導法を活用して、DS患者におけるDEEの病態解明を目指す研究へ発展させたものである。現在は、RNA-seqを用いて健常者由来とDS由来のMGEOsにおける遺伝子発現を比較したところ、数種類の遺伝子で発現が変化していることが分り、これら遺伝子発現変化がDSの病態形成に関与するか解析中である。
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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
本研究では３ラインのヒトiPS細胞（健常者由来iPS細胞：健常コントロール、DS患者由来iPS細胞：DS病態モデル、患者由来人工健常iPS細胞：SCN1A遺伝子異常を修復したDS病態モデルとisogenicな健常コントロール）を用いて、MGE領域に由来する脳オルガノイドを作製した。作製した脳オルガノイドでは、MGE領域マーカーであるFOXG1およびNKX2.1の発現が陽性な神経幹細胞が観察され、MGE領域に属する脳オルガノイド（MGEOs）であることが確認できた。12週間培養したMGEOsにおいてニューロン（VGLUT1陽性神経およびVGAT陽性神経）とアストロサイトの発現が認められた。加えて抑制性神経細胞においては、てんかんの病態に重要なParvalbumin（PV）陽性な抑制性神経細胞が含まれているも確認した。
これらのMGEOsを用いたRNA-seqを試みた結果、12個の遺伝子で発現量の変化が示唆された。特に、アポトーシスを抑制する遺伝子とシナプスオーガナイザーとして機能する遺伝子において、発現量の低下が強く示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
12週間培養したMGEOsを用いたRNA-seq解析で同定した遺伝子について、病態との関係性を解析中である。これらの遺伝子の発現量変化が、発達性てんかん脳症の病態形成に影響を与えるかどうか研究を進めて行く予定である。また、MEA systemを用いた病態解析にも着手する予定である。
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| Causes of Carryover |
（理由） 作製した脳オルガノイドの標的遺伝子の発現を分子生物学、生化学および免疫組織化学/免疫細胞化学的に多角的な手法で解析する予定であったが、世界情勢の影響で海外からのチップや培養用のプレート（特にMES system）の消耗品が上手く入荷されなかった。そのため本来予定していた実験を次年度に実施するよう計画を変更した。
（使用計画） 作製した脳オルガノイドの電気生理学的な解析に必要な経費として使用する。主に培地や分化誘導試薬などの消耗品費として使用する予定である。
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[Presentation] Dravet症候群モデルマウスであるScn1a+/-マウスは細胞外Ca2+濃度が増加するとシナプス伝達の興奮性と抑制性のバランスが崩壊する.2022
Author(s)
内野鉱也, 河野洋幸, 田中泰圭, 安谷屋友菜, 朝原愛, 弟子丸正伸, 渡辺拓也, 窪田香織, 桂林秀太郎, 廣瀬伸一, 岩崎克典.
Organizer
日本薬学会第142年会
