iPS細胞を用いた運動ニューロン疾患の神経筋シナプス機能の解析

• 研究課題/領域番号: 21K07471
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 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: 丹羽 淳一 愛知医科大学, 医学部, 教授 (50378022)
• 研究分担者: 岡田 洋平 愛知医科大学, 加齢医科学研究所, 教授 (30383714) ; 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): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (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); 2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2021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: 疾患特異的iPS細胞 / 運動ニューロン疾患 / 神経筋接合部 / 運動ニューロン / 骨格筋 / オプトジェネティクス / 疾患iPS細胞 / iPS細胞 / 神経筋接合部（NMJ） / シナプス

研究開始時の研究の概要

様々な神経筋疾患では、運動ニューロンと骨格筋の相互作用による病態が示唆されておりその相互作用の解析は本質的な病態解明に必要不可欠である。近年、様々な運動ニューロン疾患において、神経筋接合部や骨格筋病態の関与が示唆されているが、神経・筋シナプス機能の評価はほとんどなされておらず、その実態は未解明である。そこで、本研究では、iPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋の共培養システムを開発し、運動ニューロン疾患の疾患特異的iPS細胞を用いた神経・筋シナプス機能の解析を行う。

研究実績の概要

運動ニューロンと骨格筋は主に神経筋接合部（Neuromuscular junction：NMJ）を介して情報伝達を行うため、このような疾患の病態解析のためには、NMJを介した運動ニューロンと骨格筋の相互作用を機能的に解析し得るモデルの開発が必要である。しかし、運動ニューロンと骨格筋の相互作用を一つの機能単位として捉え、NMJのシナプス機能を解析し得る疾患モデルの報告は乏しい。本研究では、ヒトiPS細胞を用いた神経・筋共培養システムを構築し、その機能性を明らかにすることで、様々な神経筋疾患の病態解析に応用することを目的としている。
まず、ヒトiPS細胞から誘導した運動ニューロンと骨格筋による共培養を行い、神経筋接合部（NMJ）を形成させ、その過程を経時的に捉えることに成功した。次に、生理学的解析に用いるプローブの表面処理を改善し、培養条件を検討することで、プローブ上での安定的な共培養が可能になった。この方法を用いて、チャネルロドプシンを導入した運動ニューロンと骨格筋を共培養し、NMJの機能性を捉えることに成功した。さらに、三次元培養の手法を用いて、iPS細胞から三次元骨格筋組織を作成することに成功しており、さらなる解析を進めていく予定である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

NMJの機能性を解析し得る共培養システムや、三次元骨格筋組織の培養法を確立できており、概ね順調に進捗していると考えられる。

今後の研究の推進方策

三次元骨格筋組織を用いた解析、疾患特異的iPS細胞を用いた解析等を進めていく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Genetic factors affecting survival in Japanese patients with sporadic amyotrophic lateral sclerosis: a genome-wide association study and verification in iPSC-derived motor neurons from patients (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura R, Tohnai G, Nakatochi M,… Onodera K, Ito T, Okada Y, Okano H, Sobue G
  • 雑誌名: Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry 巻: 94 号: 10 ページ: 816-824
  • DOI: 10.1136/jnnp-2022-330851
  • 査読あり
• [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] Monomerization of TDP-43 is a key determinant for inducing TDP-43 pathology in amyotrophic lateral sclerosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Oiwa Kotaro、Watanabe Seiji、Onodera Kazunari、Iguchi Yohei、Kinoshita Yukako、Komine Okiru、Sobue Akira、Okada Yohei、Katsuno Masahisa、Yamanaka Koji
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 号: 31
  • DOI: 10.1126/sciadv.adf6895
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] iPS 細胞を用いた神経疾患の病態解明と治療戦略 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平
  • 雑誌名: 機能的脳神経外科 巻: 62 ページ: 42-48
  • 査読あり
• [雑誌論文] iPS細胞を用いた神経疾患研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平、伊藤卓治、小野寺一成
  • 雑誌名: 日本臨床検査医学会誌 巻: 71 ページ: 704-710
• [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] SBMAの病態解明・治療開発研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田梨奈、岡田洋平
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 73 ページ: 480-481
• [雑誌論文] Two distinct mechanisms of neuropathy in immunoglobulin light chain (AL) amyloidosis (2021)
  • 著者名/発表者名: Koike H, Mouria N, Fukamia Y, Iijima M, Matsuo K, Yagi N, Saito A, Nakamura H, Takahashi K, Nakae Y, Okada Y, Tanaka F, Sobue G, Katsuno M
  • 雑誌名: Commun Biol. 巻: 421 ページ: 117305-117305
  • DOI: 10.1016/j.jns.2020.117305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective suppression of polyglutamine-expanded protein by lipid nanoparticle-delivered siRNA targeting CAG expansions in the mouse CNS. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirunagi T, Sahashi K, Tachikawa K, Leu AI, Nguyen M, Mukthavaram R, Karmali PP, Chivukula P, Tohnai G, Iida M, Onodera K, Ohyama M, Okada Y, Okano H, Katsuno M.
  • 雑誌名: Mol Ther Nucleic Acids. 巻: 24 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2021.02.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] Antiparkinsonian drugs as potent contributors to nocturnal sleep in patients with Parkinson's disease. (2021)
  • 著者名/発表者名: Taguchi S, Koide H, Oiwa H, Hayashi M, Ogawa K, Ito C, Nakashima K, Yuasa T, Yasumoto A, Ando H, Fujikake A, Fukuoka T, Tokui K, Izumi M, Tsunoda Y, Kawagashira Y, Okada Y, Niwa JI, Doyu M.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 16 号: 7 ページ: e0255274-e0255274
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0255274
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Elucidating early pathophysiology of spinal-bulbar muscular atrophy using disease-specific iPSCs (2023)
  • 著者名/発表者名: 小野寺 一成, 下門 大祐, 石原 康晴, 太田 明伸, 宮 冬樹, Rashid Muhammad Irfanur, 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64回日本神経学会学術大会
• [学会発表] Pathophysiological analysis of motor neuron diseases focusing on neuromuscular interactions (2023)
  • 著者名/発表者名: Okada Y
  • 学会等名: 第46回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] iPS細胞を用いた神経変性疾患の病態解明・治療開発研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平
  • 学会等名: 愛知医科大学加齢医科学研究所40周年記念学術講演会
• [学会発表] Understanding the pathology caused by neuromuscular interactions in motor neuron disease (2023)
  • 著者名/発表者名: Okada Y
  • 学会等名: Fujita International Symposium on Brain Science 2023
  • 招待講演
• [学会発表] Exploration of pathogenic molecules in motor neuron disease using the human ipsc-derived neuromuscular model (2023)
  • 著者名/発表者名: Ito T, Rashid MI, Onodera K, Okada R, Shimojo D, Tanaka S, Katsuno M, Sobue G, Doyu M, Okano H, Okada Y
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] The effects of small molecule compounds on the differentiation and maturation of iPSCderived skeletal muscle (2023)
  • 著者名/発表者名: Jamee FU, Ito T, Rashid MI, Sakurai H, Okada Y
  • 学会等名: 第46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 (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
• [学会発表] The effects of small molecule compounds on the maturation of iPSC-derived skeletal muscle (2023)
  • 著者名/発表者名: Jamee FU, Ito T, Rashid MI, Sakurai H, Okada Y
  • 学会等名: 第23回日本再生医療学会総会
• [学会発表] ALSの早期診断・遺伝子診断 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村亮一、熱田直樹，藤内玄規，丹羽淳一，道勇 学，祖父江 元
  • 学会等名: 第64回日本神経学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 筋萎縮性側索硬化症（ALS）新規治療基軸エダラボンの臨床効果に関する検証 (2023)
  • 著者名/発表者名: 湯淺知子，川頭祐一，丹羽淳一，道勇 学
  • 学会等名: 第64回日本神経学会学術大会
• [学会発表] Genetic factors affecting survival in Japanese patients with sporadic amyotrophic lateral sclerosis: a genome-wide association study and verification in iPSC-derived motor neurons from patients (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura R, Tohnai G, Nakatochi M, Niwa JI, Doyu M, Fujimori K, Morimoto S, Okada Y, Okano H, Sobue G et al.,
  • 学会等名: 34th international symposium on ALS/MND
  • 国際学会
• [学会発表] iPS細胞を用いたSBMAの病態解明、治療開発研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平
  • 学会等名: SBMAの会 2022年度医療セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] iPS細胞を用いた神経疾患の病態解明と治療戦略 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平
  • 学会等名: 第62回日本定位・機能神経外科学会
  • 招待講演
• [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] Monomerization of TDP-43 is a key determinant for inducing TDP-43 pathology in ALS (2022)
  • 著者名/発表者名: 大岩康太郎, 渡邊征爾, 小野寺一成, 井口洋, 岡田洋平, 勝野雅央, 山中 宏二
  • 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] 疾患特異的iPS細胞を用いた運動ニューロン疾患の病態解明と治療開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平
  • 学会等名: 第62回日本神経学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 病態に基づいた神経疾患の再生戦略 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平
  • 学会等名: 浜松医科大学尖端医学シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 疾患特異的iPS細胞を用いた神経・筋病態の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平
  • 学会等名: 第60回日本臨床検査医学会東海・北陸支部総会、第344回日本臨床化学会東海・北陸支部例会 連合大会
  • 招待講演
• [学会発表] Elucidating early pathophysiology of spinal-bulbar muscular atrophy using disease-specific iPSCs (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野寺一成, 下門大祐, de Ara?jo Herculano B,石原康晴, 依田真由子, 太田明伸, 矢野真人, 宮冬樹, Rashid MI, 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62回日本神経学会学術大会
• [学会発表] SynGAP variant from ALS cohort causes spine abnormality by excessive recruitment of FUS and hnRNPK (2021)
  • 著者名/発表者名: 横井聡, 伊藤卓治, 佐橋健太郎, 中村亮一, 石垣診祐, 熱田直樹, 勝野雅央, 岡田 洋平, 祖父江元
  • 学会等名: 第62回日本神経学会学術大会
• [学会発表] 脳卒中患者における自律神経機能と病状との関連 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島 康自, 小出 弘文, 林 未久, 伊藤 千弘, 湯淺 知子, 安本 明弘, 安藤 宏明, 田口 宗太郎, 藤掛 彰史, 福岡 敬晃, 徳井 啓介, 川頭 祐一, 岡田 洋平, 丹羽 淳一, 道勇 学
  • 学会等名: 第62回日本神経学会学術大会
• [学会発表] Allele selective suppression of mutant polyQ protein by LNP-delivered siRNA targeting CAG expansions (2021)
  • 著者名/発表者名: 蛭薙智紀, 佐橋健太郎, 立川潔, Leu A, Nguyen M, Mukthavaram R, Karmali P, Chivukula P, 藤内玄規, 飯田円, 小野寺一成, 大山学, 岡田 洋平, 岡野栄之, 勝野雅央
  • 学会等名: 第62回日本神経学会学術大会
• [学会発表] The effects of g-secretase inhibitor on differentiation of iPSC-derived neurons (2021)
  • 著者名/発表者名: 福井ナナミ、伊藤卓治、杉山香織、岡田梨奈、小野寺一成、Zohora Khatun、道勇学、岡田洋平
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会 CJK第1回国際会議
• [学会発表] Establishment of hiPSC-derived functional neuromuscular models for the analysis of neuromuscular diseases (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: 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、第44回日本神経科学大会 CJK第1回国際会議
• [学会発表] Efficient, reproducible, and functional differentiation of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) into skeletal muscles for muscular disease modeling. (2021)
  • 著者名/発表者名: Rashid MI, Ito T, Shimojo D, Khatun Z, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y.
  • 学会等名: PACTALS 2021 NAGOYA
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidating early pathophysiology of Spinal-bulbar muscular atrophy using diseasespecific iPSCs. (2021)
  • 著者名/発表者名: Onodera K, Shimojo D, de Ara?jo Herculano B, Ishihara Y, Yoda M, Ota A, Rashid MI, Ito T, Okada R, Hosokawa Y, Doyu M, Sobue G, Katsuno M, Okano H, Okada Y
  • 学会等名: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium, Tokyo
  • 国際学会
• [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: Ito T, Rashid MI, Tanaka S, Shimojo D, Okano H, Doyu M, Okada Y.
  • 学会等名: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium, Tokyo
  • 国際学会
• [学会発表] Efficient, reproducible and functional differentiation of human iPSCs into skeletal muscles for muscular disease modeling. (2021)
  • 著者名/発表者名: Rashid MI, Ito T, Shimojo D, Khatun Z, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y.
  • 学会等名: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium, Tokyo
  • 国際学会
• [備考] 愛知医科大学 医学部 神経内科
  • URL: https://www.aichi-med-u.ac.jp/su06/su0607/su060703/02.html
• [備考] 愛知医科大学 加齢医科学研究所 神経iPS細胞研究部門
  • URL: https://okadalab-hp.com/