ヒトES/iPS細胞を用いた先天性遺伝性疾患の病態解析と新規治療法の開発

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22249042
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中畑 龍俊 京都大学, iPS細胞研究所, 特定拠点教授 (20110744)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 斎藤 潤 京都大学, iPS細胞研究所, 特定拠点講師 (90535486) ; 丹羽 明 京都大学, iPS細胞研究所, 特定研究員 (20546999) ; 大嶋 宏一 京都大学, iPS細胞研究所, 特定研究員 (60525377)
• Keywords: 遺伝性疾患 / iPS細胞 / 遺伝子改変 / 疾患解析 / NOGマウス / 疾患特異的

Research Abstract

遺伝性疾患を持つ患者の皮膚線維芽細胞より誘導したiPS細胞(疾患特異的iPS細胞)は、患部を含むすべての組織に分化可能なことから、その疾患の病態解析や創薬、治療法開発に極めて有用であると考えられる。
本研究では、疾患関連iPS細胞の標準化と、適切な細胞の分化系を構築するとともに各種遺伝性疾患のiPS細胞を用いた病態解析を行い、今まで知られていなかった新たな知見を得ることを目的として行われた。
本年度、様々な先天性遺伝性疾患患者の皮膚線維芽細胞にレトロウイルスベクターを用いてOct3/4,Sox2,Klf4,(c-Myc}遺伝子を導入しiPS細胞の樹立を試みた。Kostmann症候群、Chediak-東症候群、CINCA症候群,中条-西村症候群、Duchenne型筋ジストロフィー患者からはiPS細胞が樹立され病態解析が始まった。一方、Fanconi貧血、細網異形成症患者からは通常のレトロウイルスベクターやセンダイウイルスベクター用いた方法ではiPS細胞は樹立できなかった。現在、新たに構築されたエピゾーマルベクターを用いた方法や線維芽細胞段階で一過性に遺伝子を修復後、iPS細胞の樹立を試みている。
既に樹立されたiPS細胞の解析を行うため、様々な細胞系列への分化系を構築した。血球系においては1次造血と2次造血ともiPS細胞から出現し、そのパターンはin vivoにおける発生過程を反映すると共に機能的に正常な能力を持った血球として赤血球、好中球、巨核球、単球・マクロファージ、マスト細胞等様々な細胞に分化できることが確認された。自然免疫異常の解析に重要な単球、マクロファージ、樹状細胞は、貪食能、抗原提示能、機能的なサイトカイン産生などを認め、患者の病態解析に使用できることが明らかとなった。
体細胞モザイクでCIAS1遺伝子異常を持つCINCA症候群の患者からwild typeとmutant typeの両方のiPS細胞が樹立され、両者から分化させた単球・マクロファージの機能の違いの解析が行われた。
その他の疾患のiPS細胞についても解析が開始された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

多くの遺伝性疾患の患者からiPS細胞が樹立され、病態解析が進んでいる。一方、Fanconi貧血、細網異形成症患者からは通常の方法ではiPS細胞は樹立できなかった。患者の病態が再現できる形で、様々な方法を検討しているがこの2つの疾患についてはまだ樹立に成功していない。

Strategy for Future Research Activity

Fanconi貧血、細網異形成症で通常の方法ではiPS細胞が樹立できないことは、これらの疾患の本質的な病態に関係する可能性もあり、様々な角度からの検討が必要と考え実験を開始している。

Research Products

• [Journal Article] Detection of base substitution-type somatic mosaicism of the NLRP3 gene with >99.9% statistical confidence by massively parallel sequencing (2012)
  • Author(s): Izawa K., Hijikata A., Tanaka N., Kawai T., Saito M.K., Goldbach-Mansky R., Aksentijevich I., Yasumi T., Nakahata T., Heike T., Nishikomori R., Ohara O.
  • Journal Title: DNA Res Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The CD40-CD40L axis and INF-□ play critical roles in Langerhans giant cell formation (2012)
  • Author(s): Sakai H., Okafuji I., Nishikomori R., Abe J., Izawa K., Kambe N., Yasumi T., Nakahata T., Heike T.
  • Journal Title: Int.Immunol. Volume: 24 Pages: 5-15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acut liver failure in young children with systemic-onset juvenile idiopathic arthritis without macrophage activation syndrome : Report of two cases (2012)
  • Author(s): Hiejima E., Komatsu H., Takeda Y., Sogo T., Inui A., Okafuji I., Nishikomori R., Nakahata T., Fujisawa T.
  • Journal Title: J.Pediatr.Child Health Volume: 48 Pages: E122-125
  • DOI: 10.1111/j.1440-1754.2011.02213.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neutrophil differentiation from human-induced pluripotent stem cells (2011)
  • Author(s): Morishima T., Watanabe K., Niwa A., Fujino H., Matsubara H., Adachi S., Suemori H., Nakahata T., Heike T.
  • Journal Title: J. Cell. Physiol Volume: 226(5) Pages: 1283-1291
  • DOI: doi:10.1002/jcp.22456
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Autoinflammatory diseases-a new entity of inflammation (2011)
  • Author(s): Heike T., Saito M., Nishikomori R., Yasumi T., Nakahata T.
  • Journal Title: Inflammation and Regeneration Volume: 31 Pages: 125-136
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inactivation of fibroblast growth factor binding protein 3 causes anxiety-related behaviors (2011)
  • Author(s): Yamanaka Y., Kitano A., Takao K., Prasansuklab A., Mushiroda T., Yamazaki K., Kumada T., Shibata M., Takaoka Y., Awaya T., Kato T., Nakahata T., Heike T.
  • Journal Title: Mol.Cell.Neurosci. Volume: 46 Pages: 200-212
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Relapse of aplastic anemia in children after immunosuppressive therapy : a report from the Japan Childhood Aplastic Anemia Study Group (2011)
  • Author(s): Kamio T., Ito E., Ohara A., Kosaka Y., Tsuchida M., Yagasaki H., Mugishima H., Yabe H., Morimoto A., Ohga S., Muramatsu H., Hama A., Kaneko T., Nagasawa M., Kikuta A., Osugi Y., Bessho F., Nakahata T., Tsukimoto I., Kojima S.
  • Journal Title: Haematologica Volume: 96 Pages: 814-819
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multilineage-differentiating Stress Enduring (Muse) cells are aprimary source of iPS cells in human fibroblasts (2011)
  • Author(s): Wakao S., Kitada M., Kuroda Y., Shigemoto T., Matsuse D., Akashi H., Tanimura Y., Tsuchiyama K., Kikuchi T., Goda M., Nakahata T., Fujiyoshi Y., Dezawa M.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA Volume: 108 Pages: 9875-9880
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Predicting response to immunosuppressive therapy in childhood aplastic anemia (2011)
  • Author(s): Yoshida N., Yagasaki H., Hama A., Takahashi Y., Kosaka Y., Kobayashi R., Yabe H., Kaneko T., Tsuchida M., Ohara A., Nakahata T., Kojima S.
  • Journal Title: Haematologica Volume: 96 Pages: 771-774
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation of induced pluripotent stem (iPS) cells derived from a murine model of Pompe disease and differentiation of Pompe-iPS cells into skeletal muscle cells (2011)
  • Author(s): Kawagoe S., Higuchi T., Xing-Li M., Shimada Y., Dhimizu H., Fukuda T., Chang H., Nakahata T., Fukada S., Ida H., Ohashi T., Eto Y.
  • Journal Title: Mol.Genet.Metab. Volume: 104 Pages: 123-128
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel serum-free monolayer culture for orderly hematopoietic differentiation of human pluripotent cells via mesodermal progenitors (2011)
  • Author(s): Niwa A., Heike T., Umeda K., Oshima K., Kato I., Sakai H., Suemori H., Nakahata T., Saito M.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 6 Pages: e22261
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rapid diagnosis of familial hemophagocytic lymphohistiocytosis type 3 (FHL3) by flow cytometric detection of intraplatelet Munc 13-4 protein (2011)
  • Author(s): Murata Y., Yasumi T., Shirakawa R., Izawa K., Sakai H., Abe J., Tanaka N., Kawai T., Oshima K., Saito M., Nishikomori R., Ohara O., Ishii E., Nakahata T., Horiuchi H., Heike T.
  • Journal Title: Blood Volume: 118 Pages: 1225-1230
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anti-Aβ Drug Screening Platform Using Human iPS Cell-Derived Neurons for the Treatment of Alzheimer's Disease (2011)
  • Author(s): Yahata N., Asai M., Kitaoka S., Takahashi K., Asaka I., Hioki H., Kaneko T., Maruyama K., Saido T.C., Nakahata T., Asada T., Yamanaka S., Iwata N., Inoue H.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 6 Pages: e25788
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of Hepatic Niche Harboring Human Acute Lymphoblastic Leukemic Cells via the SDF-1/CXCR4 Axis (2011)
  • Author(s): Kato I, Niwa A, Heike T, Fujino H, Saito MK, Umeda K., Hiramatsu H., Ito M., Morita M., Nishinaka Y., Adachi S., Ishikawa F., Nakahata T.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 6 Pages: e27042
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High incidence of NLRP3 somatic mosaicism in chronic infantile neurological cutaneous and articular syndrome patients ; the results of an international multicenter collaborative study (2011)
  • Author(s): Tanaka N., Nishikomori R., Saito M., Izawa K., Sakuma M., Morimoto T., Kambe N., Watanabe S., Oshima K., Ohara O.、Goldbach-Mansky R., Aksentijevich I., Arostegui J.I., Yague Jm Joost F., van Gijn M.E., SaintBasile G., Pontillo A., Kawai T., Yasumi T., Nakahata T., Horiuchi H., Heike T.
  • Journal Title: Arthritis Rheum Volume: 63 Pages: 3625-3632
  • DOI: 10.1002/art.30512
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 小児医療をめぐる最先端医学iPS細胞を用いた今後の医療(特集小児医療の最先端-これからの新たな展望) (2011)
  • Author(s): 中畑龍俊
  • Journal Title: 東京小児科医会報(100号記念号) Volume: 29 Pages: 26-33
• [Journal Article] iPS細胞の臨床応用の展望 (2011)
  • Author(s): 中畑龍俊
  • Journal Title: BIO Clinica Volume: 26 Pages: 16-17
• [Journal Article] 疾患特異的iPS細胞を用いた遺伝子治療・個別化医療 (2011)
  • Author(s): 中畑龍俊:.(Vol.52 No.12)
  • Journal Title: 小児科 Volume: 52 Pages: 1743-1749
• [Presentation] 小児疾患におけるiPS細胞の応用 (2011)
  • Author(s): 中畑龍俊
  • Organizer: 第53回日本小児血液・がん学会学術集会
  • Place of Presentation: ベイシア文化ホール(前橋市)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-25
• [Presentation] Identification of a novel type of AD-STAT1 deficiency with mutations in the SH2 domain (2011)
  • Author(s): Miyuki Tsumura, Satoshi Okada, Hidetoshi Sakai, Ryuta Nishikomori, Shin'ichiro Yasunaga, Motoaki Ohtsubo, Toshio Heike, Tatsutoshi Nakahata, Yoshihiro Takihara, Masao Kobayashi
  • Organizer: 第73回日本血液学会学術集会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(名古屋市)
  • Year and Date: 2011-10-15
• [Presentation] Autophagy of Bcr-Abl+leukemias in vivo induced by TKls (2011)
  • Author(s): Makiko Morita, Yoko Nishinaka, Mika Bando, Satoshi Saida, Itaru Kato, Hiroshi Itoh, Toshio Heike, Tatsutoshi Nakahata, Souichi Adachi
  • Organizer: 第73回日本血液学会学術集会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(名古屋市)
  • Year and Date: 2011-10-15
• [Presentation] Refractory Cytopenia of Childhood(RCC) : A prospective study using a central review by the JSPH (2011)
  • Author(s): Daisuke Hasegawa, Xiaojuan Chen, Shinsuke Hirabayashi, Shizuka Watanabe, Yuhji Zaike, Masahiro Tsuchida, Atsuko Masunaga, Ayami Yoshimi, Asahito Hama, Seiji Kojima, Masafumi Ito, Yasushi Ishida, Tatsutoshi Nakahata
  • Organizer: 第73回日本血液学会学術集会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(名古屋市)
  • Year and Date: 2011-10-14
• [Presentation] Analysis of CNS Leukemic Microenviromerits through Xenograft Model In NOG Mouse (2011)
  • Author(s): Itaru Kato, Hidefumi Hiramatsu, Akira Niwa, Satoshi Saida, Mamoru Ito, Ken-ichiro Watanabe, Souichi Adachi, Fumihiko Ishikawa, Tatsutoshi Nakahata, Toshio Heike
  • Organizer: 第73回日本血液学会学術集会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(名古屋市)
  • Year and Date: 2011-10-14
• [Presentation] Various clinical applications of human induced pluripotent stem cells (2011)
  • Author(s): Tatsutoshi Nakahata
  • Organizer: 2011 International Symposium on Recent Advances in Pluripotent Stem Cells & 7^<th> Annual Meeting of Taiwan Society for Stem Cell Recearch. (Keynote Lecture)
  • Place of Presentation: Taipei Medical University (Taiwan)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-01
• [Presentation] 疾患特異的iPS細胞を用いた今後の医療 (2011)
  • Author(s): 中畑龍俊
  • Organizer: 第28回日本医学会総会
  • Place of Presentation: 東京国際展示場(東京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] 患者特異的iPS細胞を用いたCINCA症候群体細胞モザイクでの病態の再現と解析 (2011)
  • Author(s): 田中孝之、斎藤潤、西小森隆太、平家俊男、中畑龍俊
  • Organizer: 第114回日本小児科学会学術集会
  • Place of Presentation: グランドプリンスホテル新高輪(東京都)
  • Year and Date: 2011-08-14
• [Presentation] ヒトES/iPS細胞から骨格筋への分化誘導と筋疾患への応用 (2011)
  • Author(s): 粟屋智就、加藤竹雄、柴田実、中畑龍俊、平家俊男
  • Organizer: 第114回日本小児科学会学術集会
  • Place of Presentation: グランドプリンスホテル新高輪(東京都)
  • Year and Date: 2011-08-13
• [Presentation] Langhans型巨細胞の形成にはCD40-CD40Lシグナルが必須である (2011)
  • Author(s): 酒井秀政、岡藤郁夫、西小森隆太、阿部純也、八角高裕、中畑龍俊、平家俊男
  • Organizer: 第114回日本小児科学会学術集会
  • Place of Presentation: グランドプリンスホテル新高輪(東京都)
  • Year and Date: 2011-08-13
• [Presentation] NLRP3体細胞モザイクはCINCA症候群の25%以上に認められる (2011)
  • Author(s): 田中尚子、井澤和司、斎藤潤、作間未織、大嶋宏一、小原収、西小森隆太、森本剛、中畑龍俊、平家俊男
  • Organizer: 第114回日本小児科学会学術集会
  • Place of Presentation: グランドプリンスホテル新高輪(東京都)
  • Year and Date: 2011-08-13
• [Presentation] iPS細胞を用いた今後の医療 (2011)
  • Author(s): 中畑龍俊
  • Organizer: 第60回日本医学検査学会
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム(東京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-05
• [Presentation] 再生医療の基礎研究に有用なヒト化動物 (2011)
  • Author(s): 中畑龍俊、伊藤守
  • Organizer: 第57回日本実験動物学会総会
  • Place of Presentation: 京都テルサ(京都府)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-05-14