iPS細胞による革新的神経・筋共培養システムを用いた運動ニューロン疾患の病態解析

• 研究課題/領域番号: 19J40240
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 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, 医学部 内科学講座(神経内科), 特別研究員(RPD) (30794151)
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 球脊髄性筋萎縮症（SBMA） / iPS細胞 / 運動ニューロン / 骨格筋 / 神経筋接合部（NMJ） / ゲノム編集 / タイムラプスイメージング / オプトジェネティクス

研究開始時の研究の概要

球脊髄性筋萎縮症（SBMA）疾患特異的iPS細胞を用いて、SBMAにおける神経・筋相互作用に着目した新たな病態解明と治療標的の同定を目的として、(1) 疾患iPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋の共培養による神経・筋疾患モデルの構築、(2) 神経・筋病態の解明、(3) 分子メカニズムの解明、(4) 新規治療法の開発、(5) 様々な運動ニューロン疾患における神経・筋病態の解明を行う。

研究実績の概要

1) 神経・筋シナプス機能評価システムによる定量法の開発:神経・筋において470nmの青色光で神経を刺激することにより増加した細胞外電位が、アセチルコリン受容体の阻害剤で抑制されたため、神経・筋シナプス機能を評価できるシステムの構築に成功している。このシステムにおいて、より簡便にシナプス機能を定量評価するための新規ソフトウェアを開発している。
2) 球脊髄性筋萎縮症（SBMA）患者iPS細胞におけるトランスクリプトーム解析:これまでの解析により、SBMA患者iPS細胞由来神経・筋において、 表現型の一部を捉えることに成功した。そこで、得られた表現型に関与する病態関連因子を同定するため、トランスクリプトーム解析を行った。その結果、病態に寄与する可能性があるいくつかの分子をピックアップすることができた。
3) 候補分子の影響評価:ピックアップした候補分子のiPS細胞由来運動ニューロンへの影響を評価した。インセルアナライザーを用いてスクリーニングを行った結果、候補分子がSBMAの表現型に関与し得る可能性が示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [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] 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