Generation of a new mouse model using neurons derived from iPS cells of Parkinson's disease patients

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Prevention of brain protein aging and dementia
• Project/Area Number: 17H05700
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 望月 秀樹 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (90230044)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: パーキンソン病 / iPS細胞 / α-シヌクレイン

Outline of Annual Research Achievements

我々はパーキンソン病（PD）の解明の為に、ヒトPD患者由来の異常折りたたみαシヌクレイン蛋白質をマウスに投与することで、よりヒトに近いPDの病態再現及び解明を目指す。平成29年度は、我々はαシヌクレインのduplicationであるPARK4患者由来iPS細胞を取得し、ドパミン神経細胞へと分化誘導する事で患者由来の病的なドパミン神経細胞の作成を行った。分化誘導時の培養方法に関しても検討を行い振盪培養法でαシヌクレインの発現が増加することを見出した。また、生化学的解析にてコントロール細胞と比してPARK4患者由来ドパミン神経細胞はαシヌクレインの発現増強を確認した。それらPARK4患者由来ドパミン神経細胞のマウス黒質への移植実験を行い、移植細胞の生着を確認した。
更にPD患者由来の異常折りたたみαシヌクレイン蛋白質を取得する新たなアプローチとして、RT-Quic法を用いてPD患者由来のαシヌクレイン凝集体の増幅を試みた。PD患者由来の髄液をサンプルとして大腸菌由来の組み換えαシヌクレインと反応させることでPD患者由来αシヌクレイン凝集体の増幅に成功した。
また、異常折りたたみαシヌクレイン蛋白質の伝搬機構に関する解析に関してはSH-SY5Y細胞にαシヌクレイン凝集体を導入後にグリア細胞由来のKG1C細胞の共培養を行った。本来αシヌクレインを発現していないKG1C細胞内にαシヌクレインの存在を免疫染色法で確認した。これらの結果よりneuron to gliaでのαシヌクレイン凝集体伝播の可能性が見出された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成29年度は、我々はαシヌクレインのduplicationであるPARK4患者由来iPS細胞を取得し、ドパミン神経細胞へと分化誘導する事で患者由来の病的なドパミン神経細胞の作成を行った。平成29年度は、我々はαシヌクレインのduplicationであるPARK4患者由来iPS細胞を取得し、ドパミン神経細胞へと分化誘導する事で患者由来の病的なドパミン神経細胞の作成を行った。分化誘導時の培養方法に関して検討を行い振盪培養法でαシヌクレインの発現が増加することを見出したまた、予備実験としてコントロールiPS細胞から分化誘導させたドパミン神経細胞の移植実験を行い、その実験手技に関する条件検討および手技の確立を行った。PARK4患者由来iPS細胞由来ドパミン神経細胞へマウス黒質への移植実験を行い、移植細胞の生着を確認した。更に新たなアプローチとして、RT-Quic法を用いてPD患者由来のαシヌクレイン凝集体の増幅を試みた。PD患者由来の髄液をサンプルとしてPD患者由来αシヌクレイン凝集体の増幅に成功した。また、SH-SY5Y細胞にαシヌクレイン凝集体を導入後にグリア細胞由来のKG1C細胞の共培養を行った。本来αシヌクレインを発現していないKG1C細胞内にαシヌクレインの存在を免疫染色法で確認した。これらの結果よりneuron to gliaでのαシヌクレイン凝集体伝播の可能性が見出された。この様に平成29年度の進捗状況は順調であると考える。

Strategy for Future Research Activity

PARK4患者由来iPS細胞由来ドパミン神経細胞に関してはin vitroでの解析を行い、αシヌクレインの細胞内での状態の免疫染色および生化学的解析を行い評価する。PARK4患者由来iPS細胞由来ドパミン神経細胞へマウス黒質への移植実験に関しては行動解析と病理解析を行い、αシヌクレインの伝播について確認する。
RT-Quic法を用いてPD患者由来のαシヌクレイン凝集体の増幅に関しては今後再現性を確認し蛋白科学的に増幅された凝集体の解析を行う。SH-SY5Y細胞とKG1C細胞の共培養によるneuron to gliaでのαシヌクレイン凝集体伝播に関してはその伝搬の分子機序の解析を試みる。

Research Products

• [Journal Article] Quantifying changes in nigrosomes using quantitative susceptibility mapping and neuromelanin imaging for the diagnosis of early-stage Parkinson's disease. (2018)
  • Author(s): Takahashi H, Watanabe Y, Tanaka H, Mihara M, Mochizuki H, Liu T, Wang Y, Tomiyama N
  • Journal Title: The British Journal of Radiology Volume: 2 Pages: 20180037
  • DOI: 10.1259/bjr.20180037
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Knockdown of the mitochondria-localized protein p13 protects against experimental parkinsonism. (2018)
  • Author(s): Inoue N, Ogura S, Kasai A, Nakazawa T, Ikeda K, Higashi S, Isotani A, Baba K, Mochizuki H, Fujimura H, Ago Y, Hayata-Takano A, Seiriki K, Shintani Y, Shintani N, Hashimoto H.
  • Journal Title: EMBO reports Volume: 19 Pages: e44860
  • DOI: 10.15252/embr.201744860
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New 5-Aryl-Substituted 2-Aminobenzamide-Type HDAC Inhibitors with a Diketopiperazine Group and Their Ameliorating Effects on Ischemia-Induced Neuronal Cell Death. (2018)
  • Author(s): Hirata Y, Sasaki T, Kanki H, Choong CJ, Nishiyama K, Kubo G, Hotei A, Taniguchi M, Mochizuki H, Uesato S.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Pages: 1400
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19664-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence that glial cells attenuate G47R transthyretin accumulation in the central nervous system. (2018)
  • Author(s): Sumi-Akamaru H, Eto M, Yamauchi A, Uehara T, Kakuda K, Obayashi K, Kato S, Naka T, Mochizuki H.
  • Journal Title: Neuropathology Volume: 38 Pages: 11-21
  • DOI: 10.1111/neup.12412
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A three-dimensional single-cell-resolution whole-brain atlas using CUBIC-X expansion microscopy and tissue clearing (2017)
  • Author(s): Murakami TC, Mano T, Saikawa S, Horiguchi SA, Shigeta D, Baba K, Sekiya H, Shimizu Y, Tanaka KF, Kiyonari H, Iino M, Mochizuki H, Tainaka K, Ueda HR.
  • Journal Title: Nature Neuroscience Volume: 21 Pages: 625-637
  • DOI: 10.1038/s41593-018-0109-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neurofeedback-induced facilitation of the supplementary motor area affects postural stability. (2017)
  • Author(s): Fujimoto H, Mihara M, Hattori N, Hatakenaka M, Yagura H, Kawano T, Miyai I, Mochizuki H.
  • Journal Title: Neurophotonics Volume: 4 Pages: 045003
  • DOI: 10.1117/1.NPh.4.4.045003
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Structural variations in alpha synuclein (αSyn) fibrils of Parkinson’s disease and related disorders. (2017)
  • Author(s): Kensuke Ikenaka, Katsuya Araki, Masatomo So, Cesar Aguirre, Kousuke Baba, Yuji Goto, Hideki Mochizuki.
  • Organizer: American Neurological Association 2017 SAN DIEGO OCTOBER 15-17 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A novel method for behavioral assessments of the common marmoset Marmodetector, detects general natural movement and changes in motor behavior. (2017)
  • Author(s): Taiki Yabumoto, Fumiaki Yoshida, Kousuke Baba, Hideki Hayakawa, Hiroki Hamanaka, Masayuki Hirata, Hideki Mochizuki.
  • Organizer: XXIII World Congress of Neurology (WCN 2017), Kyoto, Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Small-molecule inhibitors of p53/negative regulator-interaction protect dopaminergic neurons against MPP+/MPTP-induced neurotoxicity. (2017)
  • Author(s): Choong CJ, Sasaki T, Hayakawa H, Baba K, Hirata Y, Uesato S, Mochizuki H.Small-molecule inhibitors of p53/negative regulator-interaction protect dopaminergic neurons against MPP+/MPTP-induced neurotoxicity.
  • Organizer: XXIII World Congress of Neurology (WCN 2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gapmer型Amido-bridged nucleic acids搭載核酸医薬によるα-シヌクレイン抑制の検討. (2017)
  • Author(s): 上原拓也, Choong Chi-Jing, 早川英規, 笠原勇矢, 永田哲也, 横田隆徳, 馬場孝輔, 中森雅之, 小比賀聡, 望月秀樹.
  • Organizer: 第10回パーキンソン病・運動障害疾患コングレス 2017年10月 東京
• [Presentation] Antisense oligonucleotides containing amido-bridged nucleic acid downregulate SNCA expression and improve motor function in Parkinson's disease mouse models. (2017)
  • Author(s): Takuya Uehara, Chi-Jing Choong, Hideki Hayakawa, Yuuya Kasahara, Tetsuya Nagata, Takanori Yokota, Kousuke Baba, Masayuki Nakamori, Satoshi Obika, Hideki Mochizuki.
  • Organizer: MDS 2017 Vancouver, BC, Canada Vancouver Convention Centre VANCOUVER JUNE 4-8 2017
  • Int'l Joint Research