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システムの開発

• 研究課題/領域番号: 20K16611
• 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): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2020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 / オプトジェネティクス / 神経筋接合部 / ポリグルタミン病 / トランスクリプトーム / 球脊髄性筋萎縮症（SBMA） / 神経筋接合部（NMJ） / ゲノム編集

研究開始時の研究の概要

運動ニューロンと骨格筋の相互作用を一つの機能単位（神経筋ユニット）として捉えた疾患モデルの報告は乏しく、その分子病態は不明な点が多い。本研究では、ヒトiPS細胞から誘導した運動ニューロンと骨格筋を共培養し、その相互作用を解析するためのシステムを開発する。そのために、（1）ヒトiPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋によるNMJの形成をリアルタイムに解析するシステムの構築（2）オプトジェネティクスと微小電極アレイを用いた、NMJの機能性評価（3）開発したシステムを用いた、運動ニューロン疾患や筋疾患患者由来iPS細胞における、NMJを標的とした病態解析や治療開発への応用を目的としている。

研究成果の概要

iPS細胞を用いた神経変性疾患の病態解析システムの開発と応用：構築したシステムを応用し、運動ニューロン疾患の発症に関与する可能性がある分子を、トランスクリプトーム解析により複数同定した。イメージングサイトメーターを用いた薬剤スクリーニングを行い、それぞれの分子に対する阻害剤を添加することにより、一部の表現型の改善傾向が認められた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で構築するシステムを、様々な運動ニューロン疾患、筋疾患、そして神経筋接合部疾患の疾患特異的iPS細胞に応用することで、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、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。

研究成果

• [雑誌論文] Simple and efficient differentiation of human iPSCs into contractible skeletal muscles for muscular disease modeling (2023)
  • 著者名/発表者名: Rashid Muhammad Irfanur、Ito Takuji、Miya Fuyuki、Shimojo Daisuke、Arimoto Kanae、Onodera Kazunari、Okada Rina、Nagashima Takunori、Yamamoto Kazuki、Khatun Zohora、Shimul Rayhanul Islam、Niwa Jun-ichi、Katsuno Masahisa、Sobue Gen、Okano Hideyuki、Sakurai Hidetoshi、Shimizu Kazunori、Doyu Manabu、Okada Yohei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 号: 1 ページ: 8146-8146
  • DOI: 10.1038/s41598-023-34445-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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
• [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治療薬シーズの探索 (2024)
  • 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、ジャミー ファラー ウルファト、小野寺一成、岡田梨奈、勝野雅央、祖父江元、道勇学、岡野栄之、岡田洋平
  • 学会等名: 第23回日本再生医療学会総会（新潟）誌上発表
• [学会発表] The effects of small molecule compounds on the maturation of iPSC-derived skeletal muscle (2024)
  • 著者名/発表者名: Farah Ulfat Jamee、Takuji Ito、Muhammad Irfanur Rashid、Hidetoshi Sakurai、Yohei Okada
  • 学会等名: 第23回日本再生医療学会総会（新潟）
• [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病態関連分子の探索 (2023)
  • 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46回日本分子生物学会年会（神戸）
• [学会発表] The effects of small molecule compounds on the differentiation and maturation of iPSC-derived skeletal muscle. (2023)
  • 著者名/発表者名: Farah Ulfat Jamee, Takuji Ito, Muhammad Irfanur Rashid, Yohei Okada
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会（神戸）
• [学会発表] Establishment of a more efficient disease model for ALS using feeder-free disease specific iPSCs (2023)
  • 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46回日本分子生物学会年会（神戸）
• [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