Establishment of efficient pathological analysis and drug discovery platform for amyotrophic lateral sclerosis using disease specific iPSCs

• Project/Area Number: 23K06975
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Aichi Medical University
• Principal Investigator: 道勇 学 愛知医科大学, 医学部, 教授 (90293703)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡田 洋平 愛知医科大学, 加齢医科学研究所, 教授 (30383714) ; 伊藤 卓治 愛知医科大学, 加齢医科学研究所, 助教 (30794151) ; 小野寺 一成 愛知医科大学, 加齢医科学研究所, 助教 (80895772)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 筋萎縮性側索硬化症 / iPS細胞 / 運動ニューロン / 疾患iPS細胞

Outline of Research at the Start

家族性筋萎縮性側索硬化症（FALS)の解析からALSの病態解析が精力的に進められているが、孤発性ALS（SALS)の病態を十分に反映しているとは言えなかった。SALSは多様な原因で発症すると考えられ、大規模レジストリを用いた解析が必要不可欠である。ただ、多数のクローンを樹立するiPS細胞培養は多大な労力と時間を要するため、簡便なシステムが必要とされている。
本研究では、SALS患者のバイオリソースを用いた疾患解析を念頭に、不死化リンパ球を用いて多数の疾患特異的iPS細胞を樹立し、運動ニューロンにおいて病態を再現し、病態解明と治療開発を行うためのプラットフォームを作成することを目的としている。

Outline of Annual Research Achievements

（1）従来法よりも簡便に高効率にiPS細胞を樹立する手法を確立し、SALS患者からiPS細胞を樹立している。
（2）フィーダーフリー（FF）-iPS細胞を運動ニューロンに分化誘導し、オンフィーダー（OF）-iPS細胞由来運動ニューロンと比較検討し、分化誘導効率や成熟能はおおよそ同程度であることを確認した。また、FALS患者-iPS細胞由来運動ニューロンを用いて、FF運動ニューロンとOF運動ニューロンの表現型の差異を検討している。
（３）明確なALS病態の表現型を得るための培養条件の最適化：疾患解析に最適な培地組成や培養条件の検討を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

（１）簡便で高効率なiPS細胞樹立手法を確立し、JaCALSのSALSの患者細胞からiPS細胞の作成を開始している。これらを解析に用いる運動ニューロンに分化誘導し、凍結保存を開始できている。
（２）FALS患者由来運動ニューロンにおいて、FFとOF由来運動ニューロンが同様な表現型を示すか検討している。
（３）ALS由来運動ニューロンが明確な表現型を示すような培養条件を検討し、神経突起の伸長阻害の再現など、表現型の一部で成功している。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、FALS由来運動ニューロンにおいて明確な表現型を示す条件を検討する。その条件のもとでSLAS由来運動ニューロンを用いて、TDP-43凝集体や細胞障害などの表現型を検討する。

Research Products

• [Journal Article] Genetic factors affecting survival in Japanese patients with sporadic amyotrophic lateral sclerosis: a genome-wide association study and verification in iPSC-derived motor neurons from patients (2023)
  • Author(s): Nakamura R, Tohnai G, Nakatochi M,… Onodera K, Ito T, Okada Y, Okano H, Sobue G
  • Journal Title: Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry Volume: 94 Issue: 10 Pages: 816-824
  • DOI: 10.1136/jnnp-2022-330851
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simple and efficient differentiation of human iPSCs into contractible skeletal muscles for muscular disease modeling (2023)
  • Author(s): Rashid Muhammad Irfanur、Ito Takuji、Miya Fuyuki、Shimojo Daisuke、Arimoto Kanae、Onodera Kazunari、Okada Rina、Nagashima Takunori、Yamamoto Kazuki、Khatun Zohora、Shimul Rayhanul Islam、Niwa Jun-ichi、Katsuno Masahisa、Sobue Gen、Okano Hideyuki、Sakurai Hidetoshi、Shimizu Kazunori、Doyu Manabu、Okada Yohei
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 8146-8146
  • DOI: 10.1038/s41598-023-34445-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Monomerization of TDP-43 is a key determinant for inducing TDP-43 pathology in amyotrophic lateral sclerosis (2023)
  • Author(s): Oiwa Kotaro、Watanabe Seiji、Onodera Kazunari、Iguchi Yohei、Kinoshita Yukako、Komine Okiru、Sobue Akira、Okada Yohei、Katsuno Masahisa、Yamanaka Koji
  • Journal Title: Science Advances Volume: 9 Issue: 31
  • DOI: 10.1126/sciadv.adf6895
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] iPS 細胞を用いた神経疾患の病態解明と治療戦略 (2023)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Journal Title: 機能的脳神経外科 Volume: 62 Pages: 42-48
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] iPS細胞を用いた神経疾患研究 (2023)
  • Author(s): 岡田洋平、伊藤卓治、小野寺一成
  • Journal Title: 日本臨床検査医学会誌 Volume: 71 Pages: 704-710
• [Journal Article] An Exploratory Trial of EPI-589 in Amyotrophic Lateral Sclerosis (EPIC-ALS): Protocol for a Multicenter, Open-Labeled, 24-Week, Single-Group Study. (2023)
  • Author(s): Haji S, Fujita K, Oki R, Osaki Y, Miyamoto R, Morino H, Nagano S, Atsuta N, Kanazawa Y, Matsumoto Y, Arisawa A, Kawai H, Sato Y, Sakaguchi S, Yagi K, Hamatani T, Kagimura T, Yanagawa H, Mochizuki H, Doyu M, Sobue G, Harada M, Izumi Y.
  • Journal Title: JMIR Res Protoc. Volume: 12 Pages: e42032-e42032
  • DOI: 10.2196/42032
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Elucidating early pathophysiology of spinal-bulbar muscular atrophy using disease-specific iPSCs (2023)
  • Author(s): 小野寺 一成, 下門 大祐, 石原 康晴, 太田 明伸, 宮 冬樹, Rashid Muhammad Irfanur, 伊藤 卓治, 岡田 梨奈, 細川 好孝, 道勇 学, 祖父江 元, 勝野 雅央, 岡野 栄之, 岡田 洋平
  • Organizer: 第64回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Pathophysiological analysis of motor neuron diseases focusing on neuromuscular interactions (2023)
  • Author(s): Okada Y
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
  • Invited
• [Presentation] iPS細胞を用いた神経変性疾患の病態解明・治療開発研究 (2023)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: 愛知医科大学加齢医科学研究所40周年記念学術講演会
• [Presentation] Understanding the pathology caused by neuromuscular interactions in motor neuron disease (2023)
  • Author(s): Okada Y
  • Organizer: Fujita International Symposium on Brain Science 2023
  • Invited
• [Presentation] Exploration of pathogenic molecules in motor neuron disease using the human ipsc-derived neuromuscular model (2023)
  • Author(s): Ito T, Rashid MI, Onodera K, Okada R, Shimojo D, Tanaka S, Katsuno M, Sobue G, Doyu M, Okano H, Okada Y
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] The effects of small molecule compounds on the differentiation and maturation of iPSCderived skeletal muscle (2023)
  • Author(s): Jamee FU, Ito T, Rashid MI, Sakurai H, Okada Y
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Establishment of a more efficient disease model for ALS using feeder-free disease specific iPSCs (2023)
  • Author(s): Khatun Z, Onodera K, Yamaguchi S, Okada R, Ito T, Rashid MI, Inoue H, Aoki M, Okano H, Doyu M, Okada Y
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] The effects of small molecule compounds on the maturation of iPSC-derived skeletal muscle (2023)
  • Author(s): Jamee FU, Ito T, Rashid MI, Sakurai H, Okada Y
  • Organizer: 第23回日本再生医療学会総会
• [Presentation] Phase 3b extension study to evaluate the efficacy and safety of 2 dosing regimens of oral edaravone in patients with amyotrophic lateral sclerosis (2023)
  • Author(s): Rothstein J, De Silva S, Zinman L, Chum M, Chio A, Ludolph AC, Sobue G, Doyu M, Selness D, Todorovic V, Hirai M, Takahashi F, Sakata T, Wamil A, Salah A, Apple S
  • Organizer: 148th Annual Meeting American-Neurological-Association (ANA)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phase 3B extension study evaluating superiority of daily vs approved on/off oral edaravone dosing in patients with amyotrophic lateral sclerosis (2023)
  • Author(s): Rothstein J, Desilva S, Zinman L, Chum M, Chio A, Ludolph AC, Sobue G, Doyu M, Selness D, Todorovic V, Hirai M, Takahashi F, Wamil A, Salah A, Apple S
  • Organizer: 22nd Annual Meeting of the Northeast Amyotrophic Lateral Sclerosis Consortium (NEALS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genetic factors affecting survival in Japanese patients with sporadic amyotrophic lateral sclerosis: a genome-wide association study and verification in iPSC-derived motor neurons from patients (2023)
  • Author(s): Nakamura R, Tohnai G, Nakatochi M, Atsuta N, Ito D, Katsuno M, …Niwa JI, Doyu M, Fujimori K, Morimoto S, Okada Y, Okano H, Sobue G
  • Organizer: 34th international symposium on ALS/MND
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phase 3B extension study evaluating superiority of daily vs approved on/off oral edaravone dosing in patients with amyotrophic lateral sclerosis (2023)
  • Author(s): Rothstein J, Desilva S, Zinman L, Chum M, Chio A, Ludolph AC, Sobue G, Doyu M, Selness D, Todorovic V, Hirai M, Takahashi F, Wamil A, Salah A, Apple S
  • Organizer: 26th World Congress of Neurology (WCN)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phase 3B study evaluating superiority of daily dosing vs approved on/off oral edaravone dosing over 48 weeks in patients with amyotrophic lateral sclerosis (MT-1186-A02) (2023)
  • Author(s): Salah A, Desilva S, Zinman L, Chum M, Chio A, Ludolph AC, Sobue G, Doyu M, Selness D, Todorovic V, Hirai M Wamil A, Apple S
  • Organizer: 26th World Congress of Neurology (WCN)
  • Int'l Joint Research