ヒト脳オルガノイドを用いた難治性中枢神経疾患の病態解明

• 研究課題/領域番号: 20K16606
• 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: 奈良県立医科大学
• 研究代表者: 江浦 信之 奈良県立医科大学, 医学部, 助教 (30745360)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 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); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: オルガノイド / Mowat-Wilson症候群 / ZEB2 / シングルセル解析 / ヒト脳オルガノイド / 神経発生学

研究開始時の研究の概要

先天性中枢神経疾患のひとつであるモワット-ウィルソン症候群は、ZEB2遺伝子の欠損によって生じ、難治性のてんかん、精神発達遅滞、腎低形成、腸管の運動障害（ヒルシュスプルング病）など、多彩な症状を来す。
本研究では、ZEB2遺伝子をノックアウトしたヒト胚性幹細胞細胞からヒト大脳皮質オルガノイド、脳幹オルガノイドを樹立し、遺伝子やタンパクの発現を解析することによって本疾患の病態機序解明を試みる。

研究成果の概要

ZEB2遺伝子欠損により生じるMowat-Wilson症候群は、難治性てんかん、小脳症、精神発達遅滞、腎低形成、Hirschsprung病など、多彩な症状をきたす．病態機序解明・治療法開発に向けて，脳オルガノイドを用いた疾患モデルを作成，その表現型を解析することを目的とした．申請者はCRISPR/Cas9を用いてZEB2ノックアウト（KO）ヒトES細胞を作製し,それを用いて大脳皮質オルガノイド（CO），脳幹オルガノイド（BSO）を樹立．定量PCR，免疫組織化学，一細胞RNA sequencingを行い，野生型とZEB2ノックアウトCO/BSOの比較を行った．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の鍵となる実験技術は、ヒト脳オルガノイドとCRISPR/Cas9によるゲノム編集であ
る。2013年に初めて脳オルガノイドが樹立されて以降、その樹立手法を改良した論文は数多くあるが、脳オルガノイドを用いて中枢神経難病の発症メカニズムを詳細に解明した報告はない。特に、本研究のように、脳幹オルガノイドを用いた研究はない。脳オルガノイドを用いてZEB2欠損によるMowat-Wilson症候群（MWS）の病態を明らかにすることにより、その治療法の開発が期待できるだけではなく、大脳皮質オルガノイド、脳幹オルガノイドの疾患モデルとしての有用性が示され、他の中枢神経難病の研究に役立つと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Brainstem organoids from human pluripotent stem cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Eura, Takeshi K. Matsui, Joachim Luginbuhl, Masaya Matsubayashi, Hitoki Nanaura, Tomo Shiota, Kaoru Kinugawa, Naohiko Iguchi, Takao Kiriyama, Canbin Zheng, Tsukasa Kouno, Yan Jun Lan, Pornparn Kongpracha, Pattama Wiriyasermkul, Yoshihiko M. Sakaguchi, Riko Nagata, Tomoya Komeda, Naritaka Morikawa, et al.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: - ページ: 00538-00538
  • DOI: 10.3389/fnins.2020.00538
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Brainstem organoids from human pluripotent stem cells accommodate multiple types of cell population (2020)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Eura, Takeshi Matsui, Hitoki Nanaura, Tomo Shiota, Kaoru Kinugawa, Naohiko Iguchi, Takao Kiriyama, Eiichiro Mori, Kazuma Sugie
  • 学会等名: 第61回日本神経学会学術大会