致死性家族性不整脈疾患における最新ゲノム編集技術を用いた疾患特異的iPS細胞研究

• 研究課題/領域番号: 19K17595
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分53020:循環器内科学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 烏日揚海 伊敏 京都大学, 医学研究科, 研究員 (10824956)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 不整脈 / iPS細胞 / 心臓突然死 / 遺伝子 / 遺伝性不整脈 / 突然死 / 心筋症 / 疾患モデル / ゲノム編集 / QT延長症候群 / 遺伝子不整脈 / ラミン関連心筋症 / 致死性遺伝性不整脈

研究開始時の研究の概要

本邦では年間5-10万人が心臓突然死をきたしていると推測され、致死性不整脈の原因としては、明らかな基礎疾患がないにも関わらず心室細動を来たし突然死に至る例も存在し、遺伝子異常の関与が報告されている。本研究では、致死性遺伝性不整脈疾患の発症機序解明、治療法開発を目的とし、臨床・基礎研究を行う。特に、基礎研究では、患者由来人工多能性幹(iPS)細胞を用いた研究を遂行中だが、最近革新的な進歩を遂げている人工ヌクレアーゼを用いた最新のゲノム編集技術を用い、複数の変異を持つ複雑な症例に対しても適切なヒトiPS細胞由来心筋モデルを作成し、疾患表現型の再現、発症メカニズムの解明を行い、治療法開発を目指す。

研究成果の概要

本研究では、致死性家族性不整脈疾患における最新ゲノム編集技術を用いた疾患特異的iPS細胞研究を目的とし、心臓L型Ca2+チャネル遺伝子のヘテロミスセンス変異（CACNA1C p.E1115K）を有するQT延長症候群とBrugada症候群の合併例の解析を行った。コントロールとして、患者由来iPS細胞においてCRISPR-Cas9システムを用いて遺伝子変異をcorrectionしたiPS細胞株を用いた。患者由来iPS細胞由来心筋細胞では、変異Ca2+チャネルでは、イオン選択性が障害され、活動電位持続時間の延長、プラトー相の低下を認め、患者病態を再現するiPS細胞モデルの作製に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

遺伝性疾患患者由来iPS細胞モデルの解析に際して、コントロールとして健常人由来のiPS細胞のみの使用では、対象遺伝子変異以外の遺伝的背景が異なりその影響が除外できないという問題がある。本研究では、ゲノム編集技術を用いて変異をcorrectionさせたiPS細胞モデルをコントロールとすることにより対象変異が引き起こす変化を精密性の高い系を用いて解析した。また、ゲノム編集技術は、患者よりiPS細胞を作製できないケースやcompound変異等の解析にも有用であえう。ゲノム編集技術を用いたiPS細胞モデルは、病態解明、創薬研究への発展、患者診療への貢献が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Propranolol Attenuates Late Sodium Current in a Long QT Syndrome Type 3-Human Induced Pluripotent Stem Cell Model (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirose Sayako、Makiyama Takeru、Melgari Dario、Yamamoto Yuta、Wuriyanghai Yimin、Yokoi Fumika、Nishiuchi Suguru、Harita Takeshi、Hayano Mamoru、Kohjitani Hirohiko、Gao Jingshan、Kashiwa Asami、Nishikawa Misato、Wu Jie、Yoshimoto Jun、Chonabayashi Kazuhisa、Ohno Seiko、Yoshida Yoshinori、Horie Minoru、Kimura Takeshi
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 8 ページ: 761-761
  • DOI: 10.3389/fcell.2020.00761
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phenotype-Based High-Throughput Classification of Long QT Syndrome Subtypes Using Human Induced Pluripotent Stem Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga Daisuke、Baba Shiro、Makiyama Takeru、Shibata Hirofumi、Hirata Takuya、Akagi Kentaro、Matsuda Koichi、Kohjitani Hirohiko、Wuriyanghai Yimin、Umeda Katsutsugu、Yamamoto Yuta、Conklin Bruce R.、Horie Minoru、Takita Junko、Heike Toshio
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 13 号: 2 ページ: 394-404
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2019.06.007
  • NAID: 120006786948
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Expertise ヒトiPS細胞由来心筋細胞の電気生理学 (特集 心臓電気生理を理解して不整脈診療に活かす) iPS cell-derived cardiomyocytes as a platform for research on inherited arrhythmias (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀江 稔,Wuriyanghai Yimin,牧山 武
  • 雑誌名: Heart view 巻: 23 ページ: 578-585
• [学会発表] Modeling Inherited Arrhythmias Associated with Ryanodine Receptor Dysfunction using iPS Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeru Makiyama, Jingshan Gao, Yuta Yamamoto, Asami Kashiwa, Takanori Aizawa, Tomohiko Imamura, Hai Huang, Hirohiko Kohjitani, Kouichi Kato, Taisuke Ishikawa, Hisaaki, Aoki, Futoshi Toyoda, Knut Wolten, Yoshinori Yoshida, Seiko Ohno, Naomasa Makita, Minoru Horie, Takeshi Kimura
  • 学会等名: 第85回日本循環器学会学術集会（JCS2021）
• [学会発表] Development of an Oligonucleotide-Based Therapeutic Approach for Calmodulinopathy (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeru Makiyama, Yuta Yamamoto, Yoshiki Kondo, Jingshan Gao, Asami Kashiwa, Takanori Aizawa, Tomohiko Imamura, Hai Huang, Hirohiko Kohjitani, Taisuke Ishikawa, Yoshinori Yoshida, Seiko Ohno, Naomasa Makita, Minoru Horie, Takeshi Kimura
  • 学会等名: 第85回日本循環器学会学術集会（JCS2021）
• [学会発表] CALM2-N98S Mutation Associated with Long QT Syndrome Impaired the Response of KCNQ1 Channel to Beta-adrenergic Stimulation in Human iPSC-derived Cardiomyocytes. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuta Yamamoto, Takeru Makiyama, Yimin Wuriyanghai, Hirohiko Kohjitani, Sayako Hirose, Jingshan Gao, Asami Kashiwa, Huang Hai, Takanori Aizawa, Tomohiko Imamura, Taisuke Ishikawa, Hideki Motomura, Yoshinori Yoshida, Seiko Ohno, Minoru Horie, Naomasa Makita, Takeshi Kimura.
  • 学会等名: 第84回日本循環器学会学術集会（JCS2020）
• [学会発表] Human Induced Pluripotent Stem Cell Model of CACNA1C-E1115K which Impairs Ion Selectivity of the Cardiac L-type Calcium Channel (2020)
  • 著者名/発表者名: Asami Kashiwa, Takeru Makiyama, Thomas Maurissen, Hirohiko Kohjitani, Yimin Wuriyanghai, Yuta Yamamoto, Jungshan Gao, Huang Hai, Tomohiko Imamura, Takanori Aizawa, Taisuke Ishikawa, Seiko Ohno, Futoshi Toyoda, Seiich Sato, Kazuhiro Takahashi, Knut Woltjen, Minoru Horie, Naomasa Makita, Takeshi Kimura.
  • 学会等名: 第84回日本循環器学会学術集会（JCS2020）
• [学会発表] Preclinical Proof-of-concept of Antisense-mediated Transcript Knockdown Therapy in Calmodulinopathy (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuta Yamamoto, Takeru Makiyama, Yoshiki Kondo, Yusuke Iriyama, Ryutarou Ishikawa, Jingshan Gao, Hirohiko Kohjitani, Asami Kashiwa, Takanori Aizawa, Tomohiko Imamura, Hai Huang, Taisuke Ishikawa, Yoshinori Yoshida, Seiko Ohno, Minoru Horie, Naomasa Makita, Takeshi Kimura.
  • 学会等名: 第14回日本循環器学会基礎研究フォーラム（BCVR2020）
• [学会発表] Inhibition of Late Sodium Current Attenuates Prolonged Action Potential Durations in CACNA1C-E1115K iPS Cell Model with Disrupted Cav1.2 ion Selectivity (2020)
  • 著者名/発表者名: Asami Kashiwa, Takeru Makiyama, Hirohiko Kohjitani, Thomas Maurissen, Yimin Wuriyanghai, et al.
  • 学会等名: 第14回日本循環器学会基礎研究フォーラム（BCVR2020）
• [学会発表] 患者由来iPS細胞モデルを用いたCav 1.2イオン選択性を障害するCACNA1C-E1115K変異がQT延長症候群、Brugada症候群を発症するメカニズムの解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: Asami Kashiwa, Takeru Makiyama, Hirohiko Kohjitani, Thomas Maurissen, Yimin Wuriyanghai, Yuta Yamamoto, Jiungshan Gao, Huang Hai, Tomohiko Imamura, Takanori Aizawa, Taisuke Ishikawa, Seiko Ohno, Futoshi Toyoda, Seiich Sato, Kazuhiro Takahashi, Knut Woltjen, Minoru Horie, Naomasa Makita, Takeshi Kimura.
  • 学会等名: 第97回日本生理学会大会
• [学会発表] Preclinical Proof-of-Concept Study: Antisense-mediated Knockdown of CALM as a Therapeutic Strategy for Calmodulinopathy (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuta Yamamoto, Takeru Makiyama, Yoshiki Kondo, Yusuke Iriyama, Ryutarou Ishikawa, Yimin Wuriyanghai, Hirohiko Kohjitani, Sayako Hirose, Jingshan Gao, Asami Kashiwa, Huang Hai, Takanori Aizawa, Tomohiko Imamura, Taisuke Ishikawa, Yoshinori Yoshida, Seiko Ohno, Minoru Horie, Naomasa Makita, Takeshi Kimura
  • 学会等名: European Society of Cardiology (ESC) Congress 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Inhibition of Late Sodium Current Attenuates Prolonged Action Potential Durations in CACNA1C-E1115K iPS Cell Model with Disrupted Cav1.2 ion Selectivity (2020)
  • 著者名/発表者名: Asami Kashiwa, Takeru Makiyama, Hirohiko Kohjitani, Thomas Maurissen, Yimin Wuriyanghai, Yuta Yamamoto, Jingshan Gao, Hai Huang, Tomohiko Imamura, Takanori Aizawa, Taisuke Ishikawa, Seiko Ohno, Futoshi Toyoda, Seiich Sato, Kazuhiro Takahashi, Knut Woltjen, Minoru Horie, Naomasa Makita, Takeshi Kimura
  • 学会等名: The Heart Rhythm Society's Annual Scientific Sessions 2020 (HRS2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Clinical and genetic aspects of pediatric Brugada syndrome (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomohiko Imamura, Takeru Makiyama, Hai Huang, Takanori Aizawa, Jingshan Gao, Asami Kashiwa, Yimin Wuriyanghai, Yuta Yamamoto, Yasuhiko Kohjitani, Koichi Kato, Seiko Ohno, Naokata Sumitomo, Minoru Horie.
  • 学会等名: European Society of Cardiology (ESC) Congress 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Modeling Overlap Syndrome Of Long QT And Brugada Syndrome Associated With CACNA1C-E1115K Which Alters Ion Selectivity With Induced Pluripotent Stem Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Asami Kashiwa, Takeru Makiyama, Hirohiko Kohjitani, Yimin Wuriyanghai, Yuta Yamamoto, Gao Jungshan, Hai Huang, Taisuke Ishikawa, Seiko Ohno, Futoshi Toyoda, , Seiichi Sato, Minoru Horie , Naomasa Makita, Takeshi Kimura.
  • 学会等名: 40th Heart Rhythm Scientific Sessions
  • 国際学会
• [学会発表] Automatic Computational Action Potential Analyzing System Enables Accurate Drug Response Interpretation and Prediction in Human Induced Pluripotent Stem Cell-derived Cardiomyocytes (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirohiko Kohjitani, Shigeya Kouda, Yukiko Himeno, Takeru Makiyama, Asami Kashiwa, Yimin Wuriyanghai, Yuta Yamamoto, Minoru Horie, Takeshi Kimura, Akinori Noma, Akira Amano.
  • 学会等名: 40th Heart Rhythm Scientific Sessions
  • 国際学会
• [学会発表] Structural Insights into Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia-associated RyR2 Mutant Channels using a Three-dimensional In Silico Model. (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Gao, T. Makiyama, S. Ohno, Y. Yamamoto, Y. Wuriyanghai, H. Kohjitani, A. Kashiwa, H. Huang, K. Katou, M. Horie, T. Kimura.
  • 学会等名: European Society of Cardiology Congress 2019
  • 国際学会
• [学会発表] KCNQ1 Channel Dysfunction in human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes carrying a CALM2-N98S mutation associated with long QT syndrome (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuta Yamamoto, Takeru Makiyama, Yimin Wuriyanghai, Hirohiko Kohjitani, Sayako Hirose, Jingshan Gao, Asami Kashiwa, Huang Hai, Takanori Aizawa, Tomohiko Imamura, Taisuke Ishikawa, Seiko Ohno, Kazuhisa Chonabayashi, Hideki Motomura, Yoshinori Yoshida, Minoru Horie, Naomasa Makita, Takeshi Kimura
  • 学会等名: American Heart Association Scientific Sessions 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Morphological and electrophysiological characterization of homozygous lamin A/C knockout human induced-pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. American Heart Association Scientific Sessions 2019 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yimin Wuriyanghai, Takeru Makiyama, Yuta Yamamoto, Hirohiko Kohjitani, Sayako Hirose, Jingshan Gao, Asami Kashiwa, Hai Huang, Takanori Aizawa, Tomohiko Imamura, Seiko Ohno, Minoru Horie, Takeshi Kimura
  • 学会等名: American Heart Association Scientific Sessions 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Response of KCNQ1 to Adrenergic Stimulation was Impaired in Human Induced Pluripotent Stem Cell-derived Cardiomyocytes Carrying a CALM2-N98S Mutation Associated with Long QT Syndrome. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuta Yamamoto, Takeru Makiyama, Yimin Wuriyanghai, Hirohiko Kohjitani, Sayako Hirose, Jingshan Gao, Asami Kashiwa, Huang Hai, Takanori Aizawa, Tomohiko Imamura, Taisuke Ishikawa, Seiko Ohno, Kazuhisa Chonabayashi, Hideki Motomura, Yoshinori Yoshida, Minoru Horie, Naomasa Makita, Takeshi Kimura
  • 学会等名: 12th Asia Pacific Heart Rhythm Society Scientific Session (APHRS2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Algorithmic Auto-Recreation System of hiPSC-CMs Simulation and Prediction of Drug Testing. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirohiko Kohjitani, Shigeya Kouda, Yukiko Himeno, Takeru Makiyama, Asami Kashiwa, Yimin Wuriyanghai, Yuta Yamamoto, Minoru Horie, Takeshi Kimura, Akinori Noma, Akira Amano
  • 学会等名: 12th Asia Pacific Heart Rhythm Society Scientific Session (APHRS2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Patients characteristics of idiopathic ventricular fibrillation carrying SCN5A mutations without Brugada or long QT syndrome. (2019)
  • 著者名/発表者名: Takanori Aizawa, Takeru Makiyama, Hai Huang, Tomohiko Imamura, JingShan Gao, Yimin Wuriyanghai, Takeru Makiyama, Yuta Yamamoto, Hirohiko Kohjitani, Sayako Hirose, Jingshan Gao, Asami Kashiwa, Hai Huang, Wuriyanghai Yimin, Hirohiko Kohjitani, Yuta Yamamoto, Seiko Ohno, Minoru Horie
  • 学会等名: 12th Asia Pacific Heart Rhythm Society Scientific Session (APHRS2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Algorithmic Auto-Recreation System of hiPSC-CMs Simulation and Prediction of Drug Testing (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirohiko Kohjitani, Shigeya Kouda, Yukiko Himeno, Takeru Makiyama, Hai Huang, Jingshan Gao, Asami Kashiwa, Yimin Wuriyanghai, Daisuke Yoshinaga, Takeshi Kimura, Akira Amano.
  • 学会等名: 第83回日本循環器学会学術集会
• [学会発表] Overlapping Sick Sinus Syndrome Associated with SCN5A Mutations in Patients with Brugada Syndrome (2019)
  • 著者名/発表者名: Asami Kashiwa, Takeru Makiyama, Seiko Ohno, Hisaaki Aoki, Hirohiko Kohjitani Yimin Wuriyanghai, Yuta Yamamoto, Jingshan Gao, Huang Hai, Minoru Horie, Takeshi Kimura.
  • 学会等名: 第83回日本循環器学会学術集会
• [学会発表] Three-Dimensional Structural Analysis of Mutant Ryanodine Receptor Type 2 Channels Associated with Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia. (2019)
  • 著者名/発表者名: Jingshan Gao, Takeru Makiyama, Seiko Ohno, Yuta Yamamoto, Yimin Wuriyanghai, Hirohiko Kohjitani, Asami Kashiwa, Minoru Horie, Takeshi Kimura.
  • 学会等名: 第83回日本循環器学会学術集会
• [学会発表] Modeling Overlapping Phenotypes of Long-QT and Brugada Syndrome with CACNA1C-E1115K that Alters Ion Selectivity of the Cardiac L-Type Calcium Channel Using Induced Pluripotent Stem Cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Asami Kashiwa, Takeru Makiyama, Hirohiko Kohjitani, Yimin Wuriyanghai, Yuta Yamamoto, Jingshan Gao, Hai Huang, Taisuke Ishikawa, Seiko Ohno, Futoshi Toyoda, Seiichi Sato, Minoru Horie, Naomasa Makita, Takeshi Kimura
  • 学会等名: 第66回日本不整脈心電学会学術大会
• [学会発表] Algorithmic Auto-Recreation System of hiPSC-CMs Simulation and Prediction of Drug Testing. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirohiko Kohjitani, Shigeya Kouda, Yukiko Himeno, Takeru Makiyama, Hai Huang, Jingshan Gao, Asami Kashiwa, Yimin Wuriyanghai, Daisuke Yoshinaga, Takeshi Kimura, Akira Amano.
  • 学会等名: 第66回日本不整脈心電学会学術大会
• [学会発表] Single Cell Electrophysiological Analysis of iPS Cell-derived Cardiomyocytes Generated from Long-QT Syndrome Patients Carrying a CALM2 Mutation Using a Membrane Potential Imaging System. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuta Yamamoto, Takeru Makiyama(代発表), Yimin Wuriyanghai, Hirohiko Kohjitani, Sayako Hirose, Jingshan Gao, Asami Kashiwa, Huang Hai, Taisuke Ishikawa, Seiko Ohno, Kazuhisa Chonabayashi, Kenji Suda, Yoshinori Yoshida, Minoru Horie, Naomasa Makita, Takeshi Kimura,
  • 学会等名: 第66回日本不整脈心電学会学術大会
• [学会発表] Structural Insights into Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia-associated RyR2 Mutant Channels using a Three-dimensional in Silico Model. (2019)
  • 著者名/発表者名: Jingshan Gao, Takeru Makiyama, Seiko Ohno, Yuta Yamamoto, Yimin Wuriyanghai, Hirohiko Kohjitani, Asami Kashiwa, Hai Huang, Kouichi Katou, Minoru Horie, Takeshi Kimura.
  • 学会等名: 第66回日本不整脈心電学会学術大会
• [学会発表] Phenotype-based High-throughput Classification of Long-QT Syndrome Subtypes Using Human Induced Pluripotent Stem Cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Yoshinaga, Shiro Baba, Takeru Makiyama, Hirofumi Shibata, Takuya Hirata, Kentaro Akagi, Koichi Matsuda, Hirohiko Kohjitani, Yimin Wuriyanghai, Katsutsugu Umeda, Yuta Yamamoto, Bruce R. Conklin, Minoru Horie, Junko Takita, Toshio Heike.
  • 学会等名: 第66回日本不整脈心電学会学術大会
• [学会発表] Complex aberrant splicing in the induce pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes from a patient with long-QT syndrome carrying KCNQ1-A344Aspl mutation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Wuriyanghai Y, Makiyama T, Sasaki K, Kamakura T, Yamamoto Y, Hayano M, Harita T, Nishiuchi S, Chen J, Kohjitani H, Hirose S, Yokoi F, Gao J, Chonabayashi K, Watanabe K, Ohno S, Yoshida Y, Kimura T, Horie M
  • 学会等名: 第66回日本不整脈心電学会学術大会