神経幹細胞のミトコンドリア脂質膜代謝に着目した脳回形成制御機構の解明

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K20876
• Research Institution: Nagoya City University
• Principal Investigator: 中村 勇治 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 臨床研究医 (60788024)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: PNPLA8 / 脳オルガノイド / ミトコンドリア

Outline of Annual Research Achievements

我々は、生後早期からてんかんを含む重度の神経学的異常および小頭症、単純脳回を含む大脳皮質形成異常を示す複数家系において、患者が共通してPNPLA8遺伝子の両アレルにナンセンス変異やフレームシフト変異などの短縮型変異を有することを見いだした。我々は患者由来iPS細胞と、PNPLA8をCRISPR/Cas9でノックアウトした正常ヒト由来iPS細胞を用いて、脳発生を模したモデルである脳オルガノイドを作成した。PNPLA8機能を喪失した脳オルガノイドでは正常対照と比較してbasal radial glia (bRG)と、大脳皮質上層のニューロンの数が減少した。また、photo-isolation chemistry技術を用いて脳オルガノイドの脳室帯のみの遺伝子発現を調べる空間トランスクリプトーム解析により、PNPLA8機能喪失脳オルガノイドのapical radial glia (aRG)ではbRGに関連した遺伝子発現が有意に減少していることが分かった。bRGはaRGの分裂から生まれる強い自己増殖能を有する神経幹細胞で、マウスにはほとんど見られず、ヒトの脳発生では豊富に存在する(Pollen et al., 2015)。これらの結果から、PNPLA8機能喪失がaRGの運命決定に影響を及ぼし、bRG産生の減少と、結果として大脳皮質形成障害を生じることが示唆された。今後はさらにPNPLA8が神経幹細胞の運命決定に関与するメカニズムを調べるため、脳オルガノイドモデルを用いて脂質代謝に着目した解析を行う。

Research Products

• [Presentation] Biallelic loss-of-function variants in mitochondrial phospholipase PNPLA8 decrease in the number of bRGCs and lead to microcephaly with simplified gyral pattern. (2022)
  • Author(s): Yuji Nakamura, Issei S Shimada, Masanori Fujimoto, Emi Sato, Akihiko Miyauchi, Fuyuki Miya, Tatsuhiko Tsunoda, Yukimune Okubo, Kazuhiro Haginoya, Eriko Koshimizu, Satoko Miyatake, Naomichi Matsumoto, Yuko Arioka, Norio Ozaki, Mizuki Honda, Shinya Oki Yoshitaka Taketomi, Makoto Murakami, Yoichi Kato, Shinji Saitoh
  • Organizer: Neuro 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Biallelic loss-of-function variants in mitochondrial phospholipase PNPLA8 decrease in the number of basal radial glial cells and lead to microcephaly with simplified gyral pattern (2022)
  • Author(s): Yuji Nakamura, Issei S Shimada, Masanori Fujimoto, Emi Sato, Akihiko Miyauchi, Fuyuki Miya, Tatsuhiko Tsunoda, Yukimune Okubo, Kazuhiro Haginoya, Eriko Koshimizu, Satoko Miyatake, Naomichi Matsumoto, Yuko Arioka, Norio Ozaki, Mizuki Honda, Shinya Oki Yoshitaka Taketomi, Makoto Murakami, Yoichi Kato, Shinji Saitoh
  • Organizer: ASHG 2022
  • Int'l Joint Research