骨髄不全症モデルiPS細胞におけるADH5/ALDH2に着目した病態・治療法検討

• 研究課題/領域番号: 21K15362
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分48040:医化学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 牟 安峰 京都大学, 生命科学研究科, 特定助教 (20894455)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2021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: Fanconi anemia / ADH5 / ALDH2 / UBE2T / iPSC / 造血分化 / ADD / ホルムアルデヒド / formaldehyde / 骨髄不全

研究開始時の研究の概要

我々は、白血病へ進展する新規の遺伝性造血不全症候群、ADH5/ALDH2複合型欠損症（Aldehyde Degradation Deficiency, ADD症候群と命名）を発見した 。ADD症候群は、臨床所見はきわめてファンコニ貧血症（Fanconi anemia: FA）に類似する。造血幹細胞において内因性ホルムアルデヒドが産生され、ADH5と ALDH2が協調してその除去を行っていること、除去が不十分な場合ゲノム損傷が引き起こされ、FA経路によって修復されること、これらの防護機構の不全状態では造血幹細胞の障害が惹起されることを示している。

研究実績の概要

我々は、ADH5/ALDH2欠の複合型欠損によって発症するこの疾患をaldehyde degradation deficiency(ADD)症候群と呼ぶことを提案した。ADD症候群はホルムアルデヒド分解機能のロスによるゲノム損傷蓄積によると理解され、臨床所見では、小児の代表的IBMFSでDNA修復欠損症であるファンコニ貧血症(Fanconi Anemia, FA)に類似するが、DNA修復能は正常である。一方、FAは内因性ホルムアルデヒドによるゲノム損傷の修復不全であり、この両疾患は「アルデヒド代謝からDNA修復まで」同一経路上の異なる因子の欠損症と捉えることができる。本研究では、ADD症候群、およびFAのモデルiPS細胞を作成し、インビトロ造血分化系によって造血機能を評価し、造血不全の分子基盤を解析する。さらに、両疾患における臨床応用を目指してALDH2とADH5をターゲットとした治療法の効果をインビトロで検討する。現在所属する研究室が発見したFAの原因遺伝子UBE2T(FANCT)欠損患者由来の皮膚繊維芽細胞からiPS細胞の作成に成功し、Prime editing法によるミスセンス変異部位をピンポイントに修正した。また、正常人由来のiPS細胞201B7からUBE2Tの欠損細胞を作製した。FAモデルiPS細胞からの造血分化実験でコロニー極めて少ないことが見られた。ADDとFAモデルiPS細胞を用いた造血分化実験中に様々な試薬を投与し、造血分化が回復することが見られた。さらに、FA遺伝子FANCD2にオーキシンデグロン法(mAID system)によるタンパク質発現制御細胞株の作製が成功し、オーキシン投与後に細胞の増殖が低下することも見られた。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

iPS細胞を用いた造血分化実験中にメインに使われている培地Stem cell MethoCult8482; GF+ H4435が10ヶ月間ほど欠品された。

今後の研究の推進方策

ヒトiPS細胞モデルによって、ADDとFAの発症メカニズムの解明およびホルムアルデヒド蓄積をターゲットとした治療法開発を目指す。

FA患者からのiPS細胞樹立は困難であり、その増殖維持にもFA経路は必須である。iPS細胞における高いレベルの複製ストレスと、FA経路が複製ストレス解除に必須であるためと解釈されるが、その詳細な分子機構は不明である。iPS細胞における高レベル複製ストレスの原因解明を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] aldehyde degradation deficiency（ADD）症候群 (2022)
  • 著者名/発表者名: 牟 安峰，高田 穣
  • 雑誌名: 生化学 巻: 94 号: 1 ページ: 122-127
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2022.940122
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2022-02-25
• [雑誌論文] Lack of impact of the <scp>ALDH2</scp> rs671 variant on breast cancer development in Japanese <scp>BRCA1</scp> /2‐mutation carriers (2022)
  • 著者名/発表者名: Mori Tomoharu、Takata Minoru et al.
  • 雑誌名: Cancer Medicine 巻: 12 号: 6 ページ: 6594-6602
  • DOI: 10.1002/cam4.5430
  • 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] Aldehyde degradation deficiency (ADD) syndrome: discovery of a novel fanconi anemia-like inherited BMF syndrome due to combined ADH5/ALDH2 deficiency (2021)
  • 著者名/発表者名: Anfeng Mu , Asuka Hira , Keitaro Matsuo , Minoru Takata
  • 雑誌名: The Japanese journal of clinical hematology 巻: 62 ページ: 547-553
  • NAID: 130008061937
  • 査読あり
• [雑誌論文] iPS細胞を用いたファンコニ貧血研究の新展開 (2021)
  • 著者名/発表者名: 牟 安峰，高田 穣
  • 雑誌名: 血液内科 巻: 83 ページ: 824-829
  • NAID: 40022770492
• [学会発表] Fanconi anemia and Aldehyde Degradation Deficiency (ADD) Syndrome: DNA repair and metabolism together protect the genome and hematopoiesis (2023)
  • 著者名/発表者名: Anfeng Mu
  • 学会等名: Sussex Japan Genome Stability Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Fanconi anemia and Aldehyde Degradation Deficiency (ADD) Syndrome (2023)
  • 著者名/発表者名: Anfeng Mu
  • 学会等名: The 19th Ataxia-Telangiectasia workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 新規骨髄不全症ADDSの発見とモデルiPS細胞による病態・治療法検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 牟安峰
  • 学会等名: 第17回血液学若手研究者勉強会（麒麟塾）
  • 招待講演
• [学会発表] Discovery of a novel FA-like disorder Aldehyde Degradation Deficiency (ADD) Syndrome caused by ADH5/ALDH2 mutations. (2021)
  • 著者名/発表者名: Anfeng Mu, Asuka Hira, Akira Niwa, Mitsujiro Osawa, Minako Mori, Yusuke Okamoto, Megumu K. Saito, Minoru Takata.
  • 学会等名: 2021Fanconi anemia Research Fund Scientific Symposium.
  • 国際学会
• [学会発表] SLFN11 promotes stalled fork degradation that underlies the phenotype in Fanconi anemia cells. (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡本裕介、牟安峰、望月綾子、勝木陽子、高折晃史、高田穰
  • 学会等名: 第16回血液学若手研究者勉強会（麒麟塾）
• [学会発表] SLFN11とSLFNファミリー機能の統一的理解を目指して (2021)
  • 著者名/発表者名: 高田 穰, Alvi Erin, 小川 みのり, 勝木 陽子, 岡本 祐介, Canela Andres, 望月 綾子, 牟 安峰
  • 学会等名: 2021年日本分子生物学会第44回年会 ワークショップ
• [学会発表] 新規遺伝性骨髄不全症アルデヒド分解不全(ADD)症候群の発見：代謝異常によって引き起こされるゲノム不安定性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 牟 安峰, 平 明日香, 丹羽 明, 大澤 光次郎, 森 美奈子, 岡本 裕介, 齋藤 潤, 高田 穣
  • 学会等名: 2021年日本分子生物学会第44回年会 ワークショップ