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病変形成機序に基づく肺高血圧の新規治療標的の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K07843
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52050:胎児医学および小児成育学関連
研究機関三重大学

研究代表者

澤田 博文  三重大学, 医学部附属病院, 准教授 (30362354)

研究分担者 丸山 一男  鈴鹿医療科学大学, 保健衛生学部, 教授 (20181828)
西村 有平  三重大学, 医学系研究科, 教授 (30303720)
三谷 義英  三重大学, 医学部附属病院, 准教授 (60273380)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード肺動脈性肺高血圧 / 骨形成因子受容体2型 / 動物モデル / ゲノム編集 / ラット / 肺高血圧 / 閉塞性肺血管病変
研究開始時の研究の概要

肺動脈性肺高血圧(PAH)は、骨形成因子受容体2型(BMPR2)遺伝子変異等を基盤として発症する難治性予後不良疾患である。本症の肺血管病変の形成機序については未解明であり、根本的な治療はない。今回、主要なリスク遺伝子であるBMPR2にCRISPR/Cas9を用いて患者と同様の変異をラットに導入し、ヒトPAH類似の進行血管病変をもつPAHモデルとヒトPAH同様の致死的な経過をたどる2つのモデルを用い、肺と心筋でトランスクリプトーム解析を行い、標的分子を同定し発症機序に基づく新たな治療標的の開発を目指す。

研究実績の概要

肺動脈性肺高血圧( PAH)は、骨形成因子受容体2型( BMPR2 )遺伝子変異等を基盤として発症する難治性予後不良疾患である。2000年代以降本症に対して肺血管拡張薬による治療が導入され、予後改善が見られたが、いずれも対症療法であり、肺血管病変退縮は達成されない。本症の肺血管病変の形成機序については未解明な点も多いが、今回、主要な遺伝子変異であるBMPR2 変異の生体での役割に焦点をあてた。本研究では、CRISPR/Cas9によりPAH患者と同様のBmpr2 変異
をラットに導入し、ヒトPAH類似の進行血管病変をもつPAHモデルとヒトPAH同様の致死的な経過をたどる2つのモデルを用い、肺と心筋でmRNA発現解析(トランスクリプトーム解析)を行い、発症機序に基づく新たな治療標的の開発を目的とする。本研究期間内に仮説「 Bmpr2 遺伝子変異により細胞レベルでの機能障害から肺血管病変の増悪、右室機能の低下を来たし生命予後を悪化させる。」を検証するため、以下の達成目標を設定し研究を進める。
目標1:Bmpr2 遺伝子変異ラットの肺高血圧では、野生型に比べ、肺血管閉塞病変が高度であるか、右室機能が高度に障害されるか、を明らかにする。目標2:変異ラットと野生型ラットにおいて、肺組織と右室心筋の遺伝子発現パターンをRNA-seqにより解析し変異ラットの病態悪化に関連する経路を同定する。目標3:同定された経路を治療標的として開発するための基盤を確立する。
本年度の研究では、肺血管病変や肺動脈圧、肺血管抵抗など肺血行動態指標と右室機能の相関の解析を行ったところ、Bmpr2変異による右室機能の悪化の機序が、PDE5阻害剤投与下でのみ後負荷に依存しない心筋の障害によるものの可能性が高いことが判明した。これは、右心不全管理の重要性を示すものであり、臨床的にも重要な治験である。

現在までの達成度 (区分)
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

期間内に以下の結果を得て研究進行中である。
CRISPR/Cas9を用いてBmpr2遺伝子のExon1にフレームシフト変異を導入したラットを作製した。変異ラットは、BMPR2シグナルが有意に減弱していることを確認。7週齢のラットにモノクロタリン(MCT、60 mg/kg)を皮下投与し、投与3~4週間後に評価したところ、(TAPSE、右室機能指標)はBmpr2変異ラットで低下した。また、非代償性右心不全の有無を評価したところ、モノクロタリン投与後3~4週で変異体ラットの方が非代償性右心不全の割合が高くなった。これらのことか
ら、Bmpr2変異は、モノクロタリン誘発進行性PHモデルの病変進行期(投与後3~4週間)においてのみ右室機能を悪化させることが示唆された。モノクロタリンモデルにおいて、投与14日後からのPDE5阻害剤投与により、野生型ラット、Bmpr2変異型ラットともに生存期間が延長したが、投与42日後までにBmpr2変異型ラットの生存率は野生型ラットに比べて低く、重度の右室心筋線維化が見られた。無治療とPDE5阻害剤投与下では、心筋障害の機序が異なることを見出しており、今後、その分子機序を中心に解析を行なっていく予定である。肺血管病変や肺動脈圧、肺血管抵抗など肺血行動態指標と右室機能の相関の解析を行ったところ、Bmpr2変異による右室機能の悪化の機序が、PDE5阻害剤投与下でのみ後負荷に依存しない心筋の障害によるものの可能性が高いことが判明した。

今後の研究の推進方策

MCTモデルでは、Bmpr2変異が非代償性心不全にいたる機序を促進するかどうかをさらに検討するため、肺血管閉塞性病変の評価に加え、右室と左室の心筋組織学的評価として、心筋内の血管数の評価、心筋線維化の評価を行う。機序に関しては、BMPR2経路、炎症機序、心筋線維化の面から、遺伝子発現や蛋白発現を、RT-qPCR, 免疫組織染色を用いて解析を進める。さらに、PDE5阻害剤投与の条件での、右室機能に着目し上記の項目について解析を行う予定である。これらの知見から、各病態ステージでの右室心筋での遺伝子発現パターンの網羅的解析を行い、新たな右心不全治療標的の同定に向け研究を進める。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 8件)

  • [雑誌論文] Role of BMPR2 Mutation in the Development of RV Failure in Rat Experimental Pulmonary Hypertension K2023

    • 著者名/発表者名
      azunobu Ohya, Hirofumi Sawada, Yoshihide Mitani, NAOKI TSUBOYA, Mami Takeoka, Noriko Yodoya, Hiroyuki Ohashi, Hiromasa Ito, Ryuji Okamoto, Kaoru Dohi, Tomoji Mashimo, Kazuo Maruyama and Masahiro Hirayama
    • 雑誌名

      Circulation

      巻: 148 号: Suppl_1

    • DOI

      10.1161/circ.148.suppl_1.17226

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Abstract 17665: School Electrocardiography Screening Program Prompts the Detection of Otherwise Unrecognized Atrial Septal Defect in Children in Japan2023

    • 著者名/発表者名
      Yodoya Noriko、Sawada Hirofumi、Mitani Yoshihide、Ohashi Hiroyuki、TSUBOYA NAOKI、Ohya Kazunobu、Takeoka Mami、Hirayama Masahiro
    • 雑誌名

      Circulation

      巻: 148 号: Suppl_1

    • DOI

      10.1161/circ.148.suppl_1.17665

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Perinatal hypoxia aggravates occlusive pulmonary vasculopathy in SU5416/hypoxia-treated rats later in life2022

    • 著者名/発表者名
      Oshita H, Sawada H, Mitani Y, Tsuboya N, Kabwe JC, Maruyama J, Yusuf A, Ito H, Okamoto R, Otsuki S, Yodoya N, Ohashi H, Oya K, Kobayashi Y, Kobayashi I, Dohi K, Nishimura Y, Saitoh S, Maruyama K, Hirayama M
    • 雑誌名

      Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2022 Aug 1;323(2):L178-L192.

      巻: 323 号: 2 ページ: 178-192

    • DOI

      10.1152/ajplung.00422.2021

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] CRISPR-mediated Bmpr2 point mutation exacerbates late pulmonary vasculopathy and reduces survival in rats with experimental pulmonary hypertension2022

    • 著者名/発表者名
      Kabwe JC, Sawada H, Mitani Y, Oshita H, Tsuboya N, Zhang E, Maruyama J, Miyasaka Y, Ko H, Oya K, Ito H, Yodoya N, Otsuki S, Ohashi H, Okamoto R, Dohi K, Nishimura Y, Mashimo T, Hirayama M, Maruyama K.
    • 雑誌名

      Respir Res.

      巻: ;23 号: 1 ページ: 1-22

    • DOI

      10.1186/s12931-022-02005-w

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Lung damage created by high tidal volume ventilation in rats with monocrotaline-induced pulmonary hypertension2022

    • 著者名/発表者名
      Masako Kawai 1 2 , Erquan Zhang 1 3 , Jane Chanda Kabwe , Amphone Okada , Junko Maruyama , Hirofumi Sawada , Kazuo Maruyama
    • 雑誌名

      BMC Pulmonary Medicine

      巻: 78 号: 1 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1186/s12890-022-01867-6

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ゲノム編集ラットモデルを用いた肺高血圧研究2024

    • 著者名/発表者名
      澤田博文
    • 学会等名
      第17回 ラットリソースリサーチ研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 肺高血圧の動物モデル2024

    • 著者名/発表者名
      澤田博文
    • 学会等名
      日本小児循環器学会第15回教育セミナーAdvanced Course
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mild pulmonary hypertension (mPAP:21-24mmHg) is highly prevalent in children with developmental lung disorders and associated with impaired lung vascular growth2024

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Sawada
    • 学会等名
      The 88th Annual Scientific Meeting of the Japanese Circulation Society
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Therapeutic insights into pulmonary vasculopathy and RV failure in BMPR2 mutation carriers: learnings from Bmpr2 mutant rat model2024

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Sawada
    • 学会等名
      The 88th Annual Scientific Meeting of the Japanese Circulation Society
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 周産期肺障害に伴う慢性肺高血圧  -肺血行動態と血管造影でみるDevelopmental Lung Disorders-2023

    • 著者名/発表者名
      澤田博文
    • 学会等名
      第59回日本周産期・新生児医学会 学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 新生児慢性肺疾患に伴う肺高血圧の肺血行動態評価  -成人期を見据えた長期管理に向けて-2023

    • 著者名/発表者名
      澤田博文
    • 学会等名
      第67回日本新生児成育医学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 育セッション 「一般病院で診る肺高血圧」 小児期PAH - 初期診断のポイント -2023

    • 著者名/発表者名
      澤田博文
    • 学会等名
      第87回日本循環器学会学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Effects of Genetic Modifications of Bmpr2 and a Chemokine Receptor on Progressive Pulmonary Hypertension in Rats: What Does CRISPR/Cas9 Bring to Pulmonary Hypertension Research?2022

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Sawada
    • 学会等名
      第86回日本循環器学会学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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