精神疾患特異的iPS細胞における神経発達異常の検証

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26860055
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 永安 一樹 大阪大学, 薬学研究科(研究院), 特任助教 (00717902)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: iPS細胞 / 神経幹細胞 / 神経細胞

Outline of Annual Research Achievements

疾患特異的iPS細胞は、多くが未解明のヒトにおける疾患の成立・発展過程を、遡って解析できる画期的実験系である。近年、神経発達や投射経路など発達初期の異常が精神疾患の原因として注目されているが、これら発達の初期過程が実際の患者でどのように変化しているのかおよびその原因である分子群を解明した研究は存在しない。本研究は、精神疾患の疾患特異的iPS細胞の樹立および分化後の神経機能の解析を行うことで、これら疾患の成立、発展過程に関わる分子ネットワークを解明することを目指すものであり、平成26年度においては、以下の検討を行った。
1. エピソーマルベクターを用いた手法により、患者由来iPS細胞および対照群として健常者由来iPS細胞を、それぞれ複数人の患者および健常者から樹立した。
2. 樹立したiPS細胞における未分化マーカーの発現、増殖速度やコロニーの形態などについて、健常者由来iPS細胞および患者由来iPS細胞の間の差について検討した結果、両群間に顕著な差は見られなかったことから、幹細胞としての性質に著明な差はないと考えられた。
3. iPS由来神経細胞の機能解析に必要となる神経分化誘導プロトコルの確立を行った。その結果、neurogenin2発現レンチウイルスベクターを用いた迅速な神経細胞への分化誘導プロトコルおよび低分子を用いた神経幹細胞への分化誘導プロトコルについて確立した。神経幹細胞を神経細胞へと終末分化させる条件については、長期培養時の生存率に問題があるため、次年度以降も継続して検討を行う予定である。
4. 確立したneurogenin2発現レンチウイルスベクターを用いた分化プロトコルを、樹立した患者由来iPS細胞へと適用し、神経細胞における機能解析を実施した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初計画通りに進展していることに加えて、neurogenin2発現による分化系の確立が早期に完了したため、平成27年度に実施予定であった、患者由来iPS細胞を分化させて得られる神経細胞における機能解析を、前倒しで実施できた。従って、当初の計画を上回る進展が得られたと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

当初計画通り、患者由来iPS細胞のさらなる樹立を行うとともに、幹細胞・神経幹細胞・神経細胞の各段階における機能異常の可能性およびその背景にある分子機構について検討を行い、疾患の成立・発展過程に関わる分子ネットワークの同定を目指す。

Causes of Carryover

低分子を用いた神経幹細胞への分化誘導と、その後の終末分化により、神経細胞を得ることに成功しているが、シナプス密度などの検討に不可欠である長期培養に耐えうる実験条件の同定には至っていない。多数の成長因子の影響について、長期にわたり細胞を維持培養することで明らかにする必要がある。従って、当初研究目的を達成するためには、本年度使用予定であった金額の一部を次年度使用額として計上する必要があると考えられる。

Expenditure Plan for Carryover Budget

スパイン密度など、長期培養した後にのみ解析可能かつ神経機能において重要であるパラメーターについて評価するため、神経幹細胞を終末分化させる際の培養条件（成長因子の有無、フィーダー細胞との共培養など）について検討を行い、iPS由来神経細胞の分化・成熟を維持することができる培養条件の確立を図る。

Research Products

• [Journal Article] Identification of the role of bone morphogenetic protein (BMP) and transforming growth factor-β (TGF-β) signaling in the trajectory of serotonergic differentiation in a rapid assay in mouse embryonic stem cells in vitro. (2015)
  • Author(s): Yamasaki A, Kasai A, Toi A, Kurita M, Kimoto S, Hayata-Takano A, Nakazawa T, Nagayasu K, Shintani N, Hashimoto R, Ito A, Meltzer HY, Ago Y, Waschek JA, Onaka Y, Matsuda T, Baba A, Hashimoto H.
  • Journal Title: J Neurochem. Volume: 132 Pages: 418-428
  • DOI: 10.1111/jnc.12999
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] CRTH2, a prostaglandin D2 receptor, mediates depression-related behavior in mice. (2015)
  • Author(s): Onaka Y, Shintani N, Nakazawa T, Haba R, Ago Y, Wang H, Kanoh T, Hayata-Takano A, Hirai H, Nagata KY, Nakamura M, Hashimoto R, Matsuda T, Waschek JA, Kasai A, Nagayasu K, Baba A, Hashimoto H.
  • Journal Title: Behav Brain Res. Volume: 284 Pages: 131-137
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2015.02.013
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Simultaneous neuron- and astrocyte-specific fluorescent marking. (2015)
  • Author(s): Schulze W, Hayata-Takano A, Kamo T, Nakazawa T, Nagayasu K, Kasai A, Seiriki K, Shintani N, Ago Y, Farfan C, Hashimoto R, Baba A, Hashimoto H.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 459 Pages: 81-86
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.02.073
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Inhibition of histone deacetylases enhances the function of serotoninergic neurons in organotypic raphe slice cultures. (2015)
  • Author(s): Asaoka N, Nagayasu K, Nishitani N, Yamashiro M, Shirakawa H, Nakagawa T, Kaneko S.
  • Journal Title: Neurosci Lett. Volume: 593 Pages: 72-77
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2015.03.028
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PACAP Enhances Axon Outgrowth in Cultured Hippocampal Neurons to a Comparable Extent as BDNF. (2015)
  • Author(s): Ogata K, Shintani N, Hayata-Takano A, Kamo T, Higashi S, Seiriki K, Momosaki H, Vaudry D, Vaudry H, Galas L, Kasai A, Nagayasu K, Nakazawa T, Hashimoto R, Ago Y, Matsuda T, Baba A, Hashimoto H.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 10 Pages: e0120526
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0120526
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A mouse model of human primitive neuroectodermal tumors resulting from microenvironmentally-driven malignant transformation of orthotopically transplanted radial glial cells. (2015)
  • Author(s): Malchenko S, Sredni ST, Hashimoto H, Kasai A, Nagayasu K, Xie J, Margaryan NV, Seiriki K, Lulla RR, Seftor RE, Pachman LM, Meltzer HY, Hendrix MJ, Soares MB.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 10 Pages: e0121707
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0121707
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Atomoxetine reverses locomotor hyperactivity, impaired novel object recognition, and prepulse inhibition impairment in mice lacking pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide. (2015)
  • Author(s): Shibasaki Y, Hayata-Takano A, Hazama K, Nakazawa T, Shintani N, Kasai A, Nagayasu K, Hashimoto R, Tanida M, Katayama T, Matsuzaki S, Yamada K, Taniike M, Onaka Y, Ago Y, Waschek JA, Köves K, Reglődi D, Tamas A, Matsuda T, Baba A, Hashimoto H.
  • Journal Title: Neuroscience. Volume: 297 Pages: 95-104
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2015.03.062
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Control of intermale aggression by medial prefrontal cortex activation in the mouse. (2014)
  • Author(s): Takahashi A, Nagayasu K, Nishitani N, Kaneko S, Koide T.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Pages: e94657
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0094657
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Raphe AMPA receptors and nicotinic acetylcholine receptors mediate ketamine-induced serotonin release in the rat prefrontal cortex. (2014)
  • Author(s): Nishitani N, Nagayasu K, Asaoka N, Yamashiro M, Shirakawa H, Nakagawa T, Kaneko S.
  • Journal Title: Int J Neuropsychopharmacol. Volume: 17 Pages: 1321-1326
  • DOI: 10.1017/S1461145714000649
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Behavioral characterization of mice overexpressing human dysbindin-1. (2014)
  • Author(s): Shintani N, Onaka Y, Hashimoto R, Takamura H, Nagata T, Umeda-Yano S, Mouri A, Mamiya T, Haba R, Matsuzaki S, Katayama T, Yamamori H, Nakazawa T, Nagayasu K, Ago Y, Yagasaki Y, Nabeshima T, Takeda M, Hashimoto H.
  • Journal Title: Mol Brain. Volume: 7 Pages: 74
  • DOI: 10.1186/s13041-014-0074-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 自閉スペクトラム症関連候補遺伝子のハイスループット機能評価系による解析 (2014)
  • Author(s): 永安一樹、松村憲佑、中澤敬信、安田由華、山森英長、梅田知美、大井一高、橋本亮太、武田雅俊、橋本均
  • Organizer: 2014年度包括脳ネットワーク冬のシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-12-12 – 2014-12-13
• [Presentation] 光遺伝学的手法を用いた背側縫線核セロトニン神経特異的制御による行動学的変化 (2014)
  • Author(s): 西谷直也、永安一樹、浅岡希美、山城茉弓、白川久志、中川貴之、金子周司
  • Organizer: 2014年度包括脳ネットワーク冬のシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-12-12 – 2014-12-13
• [Presentation] iPS細胞関連技術を用いた統合失調症研究 (2014)
  • Author(s): 中澤敬信、橋本亮太、永安一樹、安田由華、山森英長、梅田知美、藤本美智子、大井一高、石川充、赤松和土、岡野栄之、武田雅俊、橋本均
  • Organizer: 第24回 日本臨床精神神経薬理学会 第44回日本神経精神薬理学会 合同年会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-11-20 – 2014-11-22
• [Presentation] 自閉症の疾患特異的候補遺伝子の機能的スクリーニング系の確立 (2014)
  • Author(s): 松村憲佑、永安一樹、中澤敬信、安田由華、山森英長、梅田知美、大井一高、橋本亮太、武田雅俊、橋本均
  • Organizer: 第24回 日本臨床精神神経薬理学会 第44回日本神経精神薬理学会 合同年会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-11-20 – 2014-11-22
• [Presentation] ヒストン脱アセチル化酵素阻害薬の持続処置が縫線核セロトニン神経に与える影響 (2014)
  • Author(s): 浅岡希美、永安一樹、西谷直也、山城茉弓、白川久志、中川貴之、金子周司
  • Organizer: 第24回 日本臨床精神神経薬理学会 第44回日本神経精神薬理学会 合同年会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-11-20 – 2014-11-22
• [Presentation] ケタミンは縫線核AMPA受容体およびニコチン性アセチルコリン受容体を介して前頭前皮質5-HT遊離を引き起こす (2014)
  • Author(s): 西谷直也、永安一樹、浅岡希美、山城茉弓、白川久志、中川貴之、金子周司
  • Organizer: 第24回 日本臨床精神神経薬理学会 第44回日本神経精神薬理学会 合同年会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-11-20 – 2014-11-22
• [Presentation] Lentiviral vector system for potent gene expression in serotonergic neurons of rats and mice (2014)
  • Author(s): K. NAGAYASU, N. NISHITANI, N. ASAOKA, M. YAMASHIRO, H. SHIRAKAWA, T. NAKAGAWA, S. KASPAROV, S. KANEKO
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington, DC, USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] 神経ペプチドPACAPによる精神機能調節：創薬への展望 (2014)
  • Author(s): 橋本均、新谷紀人、早田敦子、笠井淳司、永安一樹、中澤敬信
  • Organizer: 第36回日本生物学的精神医学会 第57回日本神経化学会大会 合同年会
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 2014-09-29 – 2014-10-01
• [Presentation] 精神・神経疾患モデル動物の病態解析のための三次元全脳形態計測法の構築 (2014)
  • Author(s): 勢力薫、笠井淳司、丹生光咲、早田敦子、永安一樹、中澤敬信、新谷紀人、橋本岳、橋本均
  • Organizer: 第36回日本生物学的精神医学会 第57回日本神経化学会大会 合同年会
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 2014-09-29 – 2014-10-01
• [Presentation] コルチコステロン誘発性うつ病モデルを用いたプロスタノイド受容体DP2を介する情動制御機構の解析 (2014)
  • Author(s): 尾中勇祐、新谷紀人、木野村元彦、平井博之、長田欽也、中村正孝、早田敦子、笠井淳司、永安一樹、中澤敬信、馬場明道、橋本均
  • Organizer: 生体機能と創薬シンポジウム2014
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2014-08-28 – 2014-08-29
• [Presentation] 脳内miRNA発現の高感度検出に向けたin situ hybridization法の最適化：炎症により発現変化する脳内miRNAの同定 (2014)
  • Author(s): 柿原素楽, 笠井淳司, 岡田遼, 狭間啓佑, 中澤敬信, 永安一樹, 早田敦子, 新谷紀人, 橋本均
  • Organizer: 生体機能と創薬シンポジウム2014
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2014-08-28 – 2014-08-29
• [Presentation] オランザピンの縫線核セロトニン神経に対する作用とSSRI作用増強機構 (2014)
  • Author(s): 浅岡希美、永安一樹、西谷直也、山城茉弓、白川久志、中川貴之、金子周司
  • Organizer: 第125回日本薬理学会近畿部会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2014-06-20