ヒト神経筋接合部モデルを用いた先天性筋無力症候群などの病態解析

• 研究課題/領域番号: 20H03642
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分52050:胎児医学および小児成育学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 斎藤 潤 京都大学, iPS細胞研究所, 教授 (90535486)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: 脊髄性筋萎縮症 / SMN / iPS細胞 / 骨格筋 / miRNA / ミトコンドリア / 転写制御 / 先天性筋無力症候群 / 神経筋接合部 / 多能性幹細胞 / 先天性筋無力症

研究開始時の研究の概要

神経筋接合部(Neuromuscular junction: NMJ) は運動神経と筋組織の接合部であり、シナプスが形成されている。NMJの機能異常は様々な疾患を引き起こすが、なかでも先天性筋無力症候群(congenital myasthenic syndrome: CMS)をはじめとする先天性疾患は特異的治療法が存在しないものも多く、その病態解明と治療法開発は重要である。申請者らは、2019年度までの科研費基盤Bにおいて、ヒト多能性幹細胞から運動神経や骨格筋などを同時に誘導し、機能的・形態的に成熟したNMJを構築する系を発明した(Lin CY, JCIinsight 2019)。本申請では、この分化系を活用し、CMSや脊髄性筋萎縮症を対象疾患として、ヒトNMJ病変の病態解明を目標とする。

研究成果の概要

ヒト人工多能性幹細胞(iPS細胞)を用いた病態モデリングにより、先天性筋無力症候群(CMS)のインビトロ病態モデル構築に成功した。また、脊髄性筋萎縮症(SMA)の骨格筋病変のモデルを構築し、SMAの原因遺伝子SMNが欠損した細胞では筋分化過程でミトコンドリアの機能異常が生じ、エネルギー代謝異常と活性酸素の過剰産生により筋分化が損なわれることを見出した。また、SMNが筋分化過程で核内に移行し、ゲノムに結合してmiRNAを含む複数の筋分化関連因子の転写制御に関与することを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、CMSの病態モデル構築に成功した。また、SMAの骨格筋病変の発症機構の１つが明らかになった。SMNの新しい機能として、SMNがゲノム上で特定の転写因子と相互作用し、その標的遺伝子の発現調節に関与している可能性を示した。これらの成果は、ヒト体細胞における細胞種特異的な遺伝子転写制御の一端を明らかにし、骨格筋を標的としたSMAの新規治療法の可能性を提示するものである。

研究成果

• [雑誌論文] Involvement of mTOR pathway in neurodegeneration in NSF-related developmental and epileptic encephalopathy (2023)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Takahiro、Yano Naoko、Kora Kengo、Yokoyama Atsushi、Maizuru Kanako、Kayaki Taisei、Nishikawa Kinuko、Osawa Mitsujiro、Niwa Akira、Takenouchi Toshiki、Hijikata Atsushi、Shirai Tsuyoshi、Suzuki Hisato、Kosaki Kenjiro、Saito Megumu K、Takita Junko、Yoshida Takeshi
  • 雑誌名: Human Molecular Genetics 巻: 32 号: 10 ページ: 1683-1697
  • DOI: 10.1093/hmg/ddad008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] UK-5099, a mitochondrial pyruvate carrier inhibitor, recovers impaired neutrophil maturation caused by AK2 deficiency in human pluripotent stem cell models (2023)
  • 著者名/発表者名: Jingxin Wang, Norikazu Saiki , Ayako Tanimura , Takafumi Noma , Akira Niwa , Tastutoshi Nakahata , Megumu K Saito
  • 雑誌名: Biochemical and biophysical research communications 巻: 687 ページ: 149211-149211
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.149211
  • 査読あり
• [雑誌論文] ZEB2 and MEIS1 independently contribute to hematopoiesis via early hematopoietic enhancer activation (2023)
  • 著者名/発表者名: Kitagawa Yohko、Ikenaka Akihiro、Sugimura Ryohichi、Niwa Akira、Saito Megumu K.
  • 雑誌名: iScience 巻: 26 号: 10 ページ: 107893-107893
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.107893
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cryptotanshinone is a candidate therapeutic agent for interstitial lung disease associated with a BRICHOS-domain mutation of SFTPC (2023)
  • 著者名/発表者名: Motoyasu Hosokawa, Ryuta Mikawa, Atsuko Hagiwara, Yukiko Okuno, Tomonari Awaya, Yuki Yamamoto, Senye Takahashi, Haruka Yamaki, Mitsujiro Osawa, Yasuhiro Setoguchi, Megumu K Saito, Shinji Abe, Toyohiro Hirai, Shimpei Gotoh, Masatoshi Hagiwara
  • 雑誌名: iScience 巻: 26 号: 10 ページ: 107731-107731
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.107731
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A disease-specific iPS cell resource for studying rare and intractable diseases (2023)
  • 著者名/発表者名: Saito Megumu K.、Osawa Mitsujiro、Tsuchida Nao、Shiraishi Kotaro、Niwa Akira、Woltjen Knut、Asaka Isao、Ogata Katsuhisa、Ito Suminobu、Kobayashi Shuzo、Yamanaka Shinya
  • 雑誌名: Inflammation and Regeneration 巻: 43 号: 1
  • DOI: 10.1186/s41232-023-00294-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] A concise in vitro model for evaluating interactions between macrophage and skeletal muscle cells during muscle regeneration (2023)
  • 著者名/発表者名: Kase Naoya、Kitagawa Yohko、Ikenaka Akihiro、Niwa Akira、Saito Megumu K.
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 11
  • DOI: 10.3389/fcell.2023.1022081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tofacitinib, a suppressor of NOD2 expression, is a potential treatment for Blau syndrome (2023)
  • 著者名/発表者名: Ueki Yoko、Takimoto-Ito Riko、Saito Megumu K.、Tanizaki Hideaki、Kambe Naotomo
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 14
  • DOI: 10.3389/fimmu.2023.1211240
  • 査読あり
• [雑誌論文] SMN promotes mitochondrial metabolic maturation during myogenesis by regulating the MYOD-miRNA axis (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikenaka Akihiro、Kitagawa Yohko、Yoshida Michiko、Lin Chuang-Yu、Niwa Akira、Nakahata Tatsutoshi、Saito Megumu K
  • 雑誌名: Life Science Alliance 巻: 6 号: 3 ページ: e202201457-e202201457
  • DOI: 10.26508/lsa.202201457
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of human induced pluripotent stem cell lines derived from four DiGeorge syndrome patients with 22q11.2 deletion (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Tomoya、Matsuo-Takasaki Mami、Luijkx Dorian、Takami Miho、Arai Yutaka、Noguchi Michiya、Nakamura Yukio、Hayata Tadayoshi、Saito Megumu K.、Hayashi Yohei
  • 雑誌名: Stem Cell Research 巻: 61 ページ: 102744-102744
  • DOI: 10.1016/j.scr.2022.102744
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Induction of Human Natural Killer Cells Under Defined Conditions by Seamless Transition from Maintenance Culture of Pluripotent Stem Cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Niwa Akira、Saito Megumu K.
  • 雑誌名: Methods Mol Biol 巻: N/A ページ: 47-52
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2160-8_4
  • ISBN: 9781071621592, 9781071621608
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anti-TNF treatment corrects IFN-γ?dependent proinflammatory signatures in Blau syndrome patient?derived macrophages (2022)
  • 著者名/発表者名: Kitagawa Yohko、Kawasaki Yuri、Yamasaki Yuichi、Kambe Naotomo、Takei Syuji、Saito Megumu K.
  • 雑誌名: Journal of Allergy and Clinical Immunology 巻: 149 号: 1 ページ: 176-188.e7
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2021.05.030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of the molecular causes underlying physical abnormalities in Diamond‐Blackfan anemia patients with RPL5 haploinsufficiency (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukui Yuko、Hayano Satoru、Kawanabe Noriaki、Wang Ziyi、Shimada Akira、Saito Megumu K.、Asaka Isao、Kamioka Hiroshi
  • 雑誌名: Pathology International 巻: 71 号: 12 ページ: 803-813
  • DOI: 10.1111/pin.13168
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] N-Acetylcysteine prevents amyloid-β secretion in neurons derived from human pluripotent stem cells with trisomy 21 (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshikawa Hiromitsu、Ikenaka Akihiro、Li Li、Nishinaka-Arai Yoko、Niwa Akira、Ashida Akira、Kazuki Yasuhiro、Nakahata Tatsutoshi、Tamai Hiroshi、Russell David W.、Saito Megumu K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 17377-17377
  • DOI: 10.1038/s41598-021-96697-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of two human induced pluripotent stem cell lines derived from two X-linked adrenoleukodystrophy patients with ABCD1 mutations (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuramochi Yuji、Awaya Tomonari、Matsuo-Takasaki Mami、Takami Miho、An Yuri、Li Jingyue、Hemmi Yasuko、Wakabayashi Tamami、Arai Yutaka、Inoue Jun、Noguchi Michiya、Nakamura Yukio、Asaka Isao、Akimoto Kazunori、Saito Megumu K.、Hayashi Yohei
  • 雑誌名: Stem Cell Research 巻: 53 ページ: 102337-102337
  • DOI: 10.1016/j.scr.2021.102337
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of disease model iPSCs derived from patients with a novel Fanconi anemia-like IBMFS ADH5/ALDH2 deficiency. (2021)
  • 著者名/発表者名: Anfeng Mu, Asuka Hira, Akira Niwa, Mitsujiro Osawa, Kenichi Yoshida, Minako Mori, Yusuke Okamoto, Kazuko Inoue, Keita Kondo, Masato T. Kanemaki, Tomonari Matsuda, Etsuro Ito, Seiji Kojima, Tatsutoshi Nakahata, Seishi Ogawa, Keigo Tanaka, Keitaro Matsuo, Megumu K. Saito, Minoru Takata.
  • 雑誌名: Blood 巻: 137 号: 15 ページ: 2021-2032
  • DOI: 10.1182/blood.2020009111
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In vitro Neuromuscular Junction Induced from Human Induced Pluripotent Stem Cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Lin Chuang-Yu、Yoshida Michiko、Li Li-Tzu、Saito Megumu K.
  • 雑誌名: Journal of Visualized Experiments 巻: 166 号: 166
  • DOI: 10.3791/61396
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Untangling the Mystery of Rare and Intractable Diseases Using induced Pluripotent Stem (iPS) Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: 齋藤潤
  • 学会等名: The 18th Congress of Asian society for pediatric research
  • 招待講演
• [学会発表] iPS細胞を用いた疾患モデリングの現状について (2023)
  • 著者名/発表者名: 齋藤潤
  • 学会等名: ユルトミリスMG適応症追加承認取得1周年記念講演会
  • 招待講演
• [学会発表] iPS細胞を用いた希少疾患研究促進のための取り組みについて (2022)
  • 著者名/発表者名: 齋藤潤
  • 学会等名: IRUD workshop 2022
  • 招待講演
• [学会発表] Research on pathophysiological analysis of rare diseases using disease iPS cells (2022)
  • 著者名/発表者名: 齋藤潤
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 疾患iPS細胞を用いた染色体異常症の病態解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 齋藤潤
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会67回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 疾患iPS細胞を活用した血液・免疫疾患研究、及びマッチング事業について (2021)
  • 著者名/発表者名: 齋藤潤
  • 学会等名: AMED・再生・細胞医療・遺伝子治療プロジェクト研究開発交流会
  • 招待講演
• [学会発表] iPS 細胞を用いた疾患モデリングと希少疾患研究のマッチング事業とその成果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 齋藤潤
  • 学会等名: IRUD 班会議
  • 招待講演
• [学会発表] 疾患特異的iPS細胞を用いた難治性疾患の病態解析と治療法開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 齋藤潤
  • 学会等名: 日本学術会議・日本薬学会主催シンポジウム
  • 招待講演
• [備考] 脊髄性筋萎縮症における骨格筋病変の発症メカニズムの一部を解明
  • URL: https://www.cira.kyoto-u.ac.jp/j/pressrelease/news/230117-110000.html