疾患iPS細胞を用いた運動ニューロン疾患の神経・筋相互作用分子基盤の解明

• 研究課題/領域番号: 18K15470
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分52020:神経内科学関連
• 研究機関: 愛知医科大学
• 研究代表者: 伊藤 卓治 愛知医科大学, 加齢医科学研究所, 助教 (30794151)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 運動ニューロン / 骨格筋 / iPS細胞 / 運動ニューロン疾患 / タイムラプスイメージング / 神経筋接合部 / トランスクリプトーム / オプトジェネティクス / 球脊髄性筋萎縮症（SBMA） / 神経筋接合部（NMJ） / ゲノム編集 / 球脊髄性筋萎縮症(SBMA) / 神経筋接合部(NMJ)

研究成果の概要

運動ニューロン疾患特異的iPS細胞を用いた神経・筋病態の解明を行うためのシステム開発と病態解析を行った。(1)神経筋接合部（NMJ）を可視化するレポーターを構築し、NMJ形成を可視化・定量化することに成功した。(2)運動ニューロン疾患の疾患特異的iPS細胞を用いて、運動ニューロンと骨格筋を分化誘導した。その結果、表現型の一部を捉えることに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

疾患特異的iPS細胞を用いることで、患者由来運動ニューロンや骨格筋を用いた解析が可能になる。また、本解析で進める解析法は、様々な運動ニューロン疾患や筋疾患における神経・筋病態の解明に応用可能であり、神経・筋疾患における新たな病態解明と治療開発へと発展するものである。

研究成果

• [雑誌論文] The SYNGAP1 3'UTR variant in ALS patients causes aberrant SYNGAP1 splicing and dendritic spine loss by recruiting HNRNPK (2022)
  • 著者名/発表者名: Yokoi S, Ito T, Sahashi K, Nakatochi M, Tohnai G, Nakamura R, Fujioka Y, Ishigaki S, Udagawa T, Izumi Y, Morita M, Kano O, Oda M, Sone T, Okano H, Atsuta N, Katsuno M, Okada Y*, Sobue G*
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 42 号: 47 ページ: 8881-8896
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0455-22.2022
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a Human Neuromuscular Tissue-on-a-Chip Model on a 24-Well-Plate-Format Compartmentalized Microfluidic Device (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K, Yamaoka N, Imaizumi Y, Nagashima T, Furutani T, Ito T, Okada Y, Honda H, Shimizu K
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 21 号: 10 ページ: 1897-1907
  • DOI: 10.1039/d1lc00048a
  • NAID: 120007169522
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple and efficient differentiation of human iPSCs into contractible skeletal muscles for muscular disease modeling (2021)
  • 著者名/発表者名: Rashid MI, Ito T, Shimojo D, Arimoto K, Onodera K, Okada R, Nagashima T, Yamamoto K, Khatun Z, Okano H, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 11.22.468571
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] PlexinA1 deficiency in BALB/cAJ mice leads to excessive self-grooming and reduced prepulse inhibition (2020)
  • 著者名/発表者名: Mst Sharifa Jahan, Takuji Ito, Sachika Ichihashi, Takanobu Masuda, Md Eliusur Rahman Bhuiyan, Ikuko Takahashi, Hyota Takamatsu, Atsushi Kumanogoh, Takamasa Tsuzuki, Takayuki Negishi, Kazunori Yukawa
  • 雑誌名: IBRO Reports 巻: 22 ページ: 276-289
  • DOI: 10.1016/j.ibror.2020.10.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unveiling synapse pathology in spinal bulbar muscular atrophy by genome-wide transcriptome analysis of purified motor neurons derived from disease specific iPSCs (2020)
  • 著者名/発表者名: Onodera K, Shimojo D, Ishihara Y, Yano M, Miya F, Banno H, Kuzumaki N, Ito T, Okada R, Ohyama M, Yoshida M, Tsunoda T, Katsuno M, Doyu M, Sobue G, Okano H, Okada Y
  • 雑誌名: Mol. Brain 巻: 13 号: 1 ページ: 18-18
  • DOI: 10.1186/s13041-020-0561-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modulation of oxygen tension, acidosis, and cell density is crucial for neural differentiation of human induced pluripotent stem cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Okada R, Onodera K, Ito T, Doyu M, Okano HJ, Okada Y
  • 雑誌名: Neurosci. Res. 巻: - ページ: 30043-2
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.01.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tandem paired nicking promotes precise genome editing with scarce interference by p53 (2019)
  • 著者名/発表者名: Hyodo T, Rahman ML, Karnan S, Ito T, Toyoda A, Ota A, Wahiduzzaman M, Tsuzuki S, Okada Y, Hosokawa Y, Konishi H.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 30 号: 4 ページ: 1195-1207
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.12.064
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Open-Chamber Co-Culture Microdevices for Single-Cell Analysis of Skeletal Muscle Myotubes and Motor Neurons with Neuromuscular Junctions (2019)
  • 著者名/発表者名: Nao Yamaoka、Shimizu Kazunori、Yu Imaizumi、Takuji Ito、Yohei Okada、Hiroyuki Honda
  • 雑誌名: BioChip Journal 巻: in press 号: 2 ページ: 127-132
  • DOI: 10.1007/s13206-018-3202-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] PlexinA1 is crucial for the midline crossing of callosal axons during corpus callosum development in BALB/cAJ mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Hossain Md. Mosharaf、Tsuzuki Takamasa、Sakakibara Kazuki、Imaizumi Fumitaka、Ikegaya Akihiro、Inagaki Mami、Takahashi Ikuko、Ito Takuji、Takamatsu Hyota、Kumanogoh Atsushi、Negishi Takayuki、Yukawa Kazunori
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 号: 8 ページ: e0221440-e0221440
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0221440
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Elucidating early pathophysiology of spinal-bulbar muscular atrophy using disease-specific iPSCs (2022)
  • 著者名/発表者名: 小野寺一成, 下門大祐, Bruno De Araujo Herculano1, 石原康晴, 依田真由子, 太田明伸, 矢野真人, 宮冬樹, Rashid Muhammad Irfanur, 伊藤卓治, 岡田梨奈, 角田達彦, 細川好孝, 道勇学, 祖父江元, 勝野雅央,岡野栄之,岡田洋平
  • 学会等名: 第63回日本神経学会学術大会
• [学会発表] 疾患iPS細胞由来神経・筋共培養モデルを用いた運動ニューロン疾患の非細胞自律的神経変性を担う分子病態の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 伊藤卓治、ラシッド ムハンマド イルファヌール、小野寺一成、岡田梨奈、下門大祐、田中智史、勝野雅央、祖父江元、道勇学、岡野栄之、岡田洋平
  • 学会等名: 第33回日本末梢神経学会学術集会
• [学会発表] Establishment of a more efficient disease model for ALS using feeder-free disease specific iPSCs (2022)
  • 著者名/発表者名: Khatun Z, Onodera K, Yamaguchi S, Okada R, Ito T, Rashid MI, Inoue H, Aoki M, Okano H, Doyu M, Okada Y
  • 学会等名: 第33回日本末梢神経学会学術集会
• [学会発表] 疾患iPS細胞由来神経・筋共培養モデルを用いた運動ニューロン疾患の非細胞自律的神経変性を担う分子病態の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 伊藤卓治、ラシッド ムハンマド イルファヌール、小野寺一成、岡田梨奈、下門大祐、田中智史、勝野雅央、祖父江元、道勇学、岡野栄之、岡田洋平
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Establishment of a more efficient disease model for ALS using feeder-free disease specific iPSCs (2022)
  • 著者名/発表者名: Khatun Z, Onodera K, Yamaguchi S, Okada R, Ito T, Rashid MI, Inoue H, Aoki M, Okano H, Doyu M, Okada Y
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Bulk differentiation of iPSCs into contractible muscles for muscular disease modeling (2022)
  • 著者名/発表者名: Rashid MI, Ito T, Miya F, Shimojo D, Arimoto K, Onodera K, Okada R, Nagashima T, Yamamoto K, Khatun Z, Okano H, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 疾患iPS細胞由来神経・筋共培養モデルを用いた運動ニューロン疾患の非細胞自律的神経変性を担う分子病態の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 伊藤卓治、ラシッド ムハンマド イルファヌール、小野寺一成、岡田梨奈、下門大祐、田中智史、勝野雅央、祖父江元、道勇学、岡野栄之、岡田洋平
  • 学会等名: 第22回日本再生医療学会総会
• [学会発表] Establishment of a more efficient disease model for ALS using feeder-free disease specific iPSCs (2022)
  • 著者名/発表者名: Khatun Z, Onodera K, Yamaguchi S, Okada R, Ito T, Rashid MI, Inoue H, Aoki M, Okano H, Doyu M, Okada Y
  • 学会等名: 第22回日本再生医療学会総会
• [学会発表] 疾患特異的iPS細胞を用いた球脊髄性筋萎縮症（SBMA）の早期病態解明と治療開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小野寺一成、下門大祐、石原康晴、太田明伸、Muhammad Irfanur Rashid、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
  • 学会等名: 第22回日本再生医療学会総会
• [学会発表] ヒトiPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋を用いた機能的神経筋共培養モデルの構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 卓治, ラシッド ムハンマド, イルファヌール, 田中 智史, 下門 大祐, 岡野 栄之, 道勇 学, 岡田, 洋平
  • 学会等名: 第44回日本神経科学?会 / CJK第1回国際会議（神戸）
• [学会発表] ESTABLISHMENT OF IPSC-DERIVED NEUROMUSCULAR CO-CULTURE MODEL FOR THE ANALYSIS OF NON-CELL AUTONOMOUS NEURODEGENERATION IN MOTOR NEURON DISEASES (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuji Ito, Muhammad Irfanur Rashid, Satoshi Tanaka, Daisuke Shimojo, Hideyuki Okano, Manabu Doyu, Yohei Okada
  • 学会等名: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium (Tokyo)
  • 国際学会
• [学会発表] 疾患iPS細胞による神経・筋共培養を活用した神経変性疾患の病態解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤卓治, 小野寺一成, 小野寺一成, 下門大祐, 下門大祐, 田中智史, 田中智史, 岡田梨奈, RASHID Muhammad Irfanur, 道勇学, 岡野栄之, 岡田洋平
  • 学会等名: 日本再生医療学会総会
• [学会発表] ELUCIDATION OF NONCELL AUTONOMOUS NEURODEGENERATION IN SPINAL AND BULBAR MUSCULAR ATROPHY USING IPSC-DERIVED NEUROMUSCULAR MODELS (2019)
  • 著者名/発表者名: Ito T, Tanaka S, Shimojo D, Doyu M, Okano H, Okada Y
  • 学会等名: International Society for Stem Cell Research（ISSCR）2019 Annual Meeting（Los Angeles）
  • 国際学会
• [学会発表] 疾患特異的iPS細胞を用いた神経変性疾患の早期病態の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平、小野寺一成、依田真由子、伊藤卓治、岡田梨奈、勝野雅央、道勇学、祖父江元、岡野栄之
  • 学会等名: 新学術領域「脳たんぱく質老化と認知症制御」第9回班員会議
• [学会発表] 疾患iPS細胞による神経・筋共培養を活用した新たな病態解析システムの構築 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤卓治、田中智史、下門大祐、道勇学、岡野栄之、岡田洋平
  • 学会等名: 第18回日本再生医療学会総会
• [学会発表] マイクロデバイスを用いたヒトiPS由来運動神経細胞と骨格筋細胞の三次元共培養 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山岡奈央、清水一憲、今泉裕、伊藤卓治、岡田洋平、本多裕之
  • 学会等名: 第18回日本再生医療学会総会
• [学会発表] Pathophysiological analysis of spinal and bulbar muscular atrophy using disease-specific iPSCs (2018)
  • 著者名/発表者名: Onoderea K, Ito T, Shimojo D, Ishihara Y, Doyu M, Katsuno M, Okano H, Sobue G, Okada Y.
  • 学会等名: 第59回日本神経学会学術大会
• [学会発表] Pathophysiological analysis of Spinal-bulbar muscular atrophy using disease specific iPSCs. (2018)
  • 著者名/発表者名: Okada Y， Onodera K， Ito T, Shimojo D, Okada R, Ishihara Y，Tanaka S, Katsuno M，Doyu M， Sobue G，Okano H.
  • 学会等名: ISSCR 2018 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Establishment of iPSC-derived neuromuscular models for the analysis of non-cell autonomousneurodegeneration in motor neuron diseases. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito T, Tanaka S, Shimojo D, Doyu M, Okano H, Okada Y.
  • 学会等名: ISSCR 2018 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 疾患特異的iPS細胞を用いた神経変性疾患の早期病態の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平、小野寺一成、依田真由子、伊藤卓治、勝野雅央、道勇学、祖父江元、岡野栄之
  • 学会等名: 新学術領域「脳たんぱく質老化と認知症制御」第8回班員会議・第4回リトリート
• [学会発表] iPS細胞を用いた神経筋接合部可視化システムおよび機能評価系の構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤卓治、田中智史、下門大祐、道勇学、岡野栄之、岡田洋平
  • 学会等名: 新学術領域「脳たんぱく質老化と認知症制御」第8回班員会議・第4回リトリート