| 研究課題/領域番号 |
24K02356
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分51030:病態神経科学関連
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| 研究機関 | 東海大学 |
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研究代表者 |
秦野 伸二 東海大学, 医学部, 教授 (60281375)
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| 研究分担者 |
福田 篤 東海大学, 医学部, 准教授 (00638091)
木村 啓志 東海大学, マイクロ・ナノ研究開発センター, 教授 (40533625)
大友 麻子 東海大学, 医学部, 講師 (50535226)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2026年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2025年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2024年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | 筋萎縮性側索硬化症 / 運動ニューロン / iPS細胞 / マイクロ流体デバイス / 選択的細胞死 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
筋萎縮性側索硬化症(ALS)は、上位および下位運動ニューロンの選択的変性・脱落を特徴とする神経変性疾患である。しかし、運動ニューロンの選択的変性の分子メカニズムは依然として全く不明である。本研究では、ヒトisogenic iPS細胞から分化誘導した上位および下位運動ニューロン、マイクロ流体デバイスを用いた先端的細胞観察技術、および種々のオミクス解析を駆使し、変異遺伝子の違いによる特異的分子ネットワークの実態を明らかにすることにより、運動ニューロン変性における選択性の分子的基盤の解明を目指す。そして、ALSの早期治療介入に資する革新的知見を得ることに挑む。
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| 研究実績の概要 |
筋萎縮性側索硬化症（ALS）は、上位および下位運動ニューロンの選択的変性・脱落を特徴とする神経変性疾患である。これまで我々は、ALSの原因遺伝子であるALS2およびFUS遺伝子変異を有する患者由来iPS細胞を用いて、疾患原因遺伝子の違いによる運動ニューロンの選択的細胞死をin vitroで再現することに成功してきた。しかし、運動ニューロンの選択的変性の分子メカニズムは依然として全く不明である。本研究では、ヒトisogenic iPS細胞から分化誘導した上位および下位運動ニューロン、マイクロ流体デバイスを用いた先端的細胞観察技術、および種々のオミクス解析を駆使し、変異遺伝子の違いによる特異的分子ネットワークの実態を明らかにすることにより、運動ニューロン変性における選択性の分子的基盤の解明を目指す。そして、ALSの早期治療介入に資する革新的知見を得ることに挑む。本研究では、3年間の研究計画において、3つのテーマ（テーマ1：レジリエンス解析技術の高度化、テーマ2：レジリエンス制御候補因子の同定、テーマ3：レジリエンスの人為的制御法の開発）に取り組む計画である。研究初年度である2024年度は、テーマ1とテーマ2を中心とした研究を実施し、上位運動ニューロンの安定した分化誘導法をほぼ確立するとともに、iPS細胞由来運動ニューロン解析に最適化した新たなマイクロ流体デバイスの開発に成功した。また、レジリエンス制御候補因子の同定のために必要とされる十分量の神経軸索の選択的回収を可能とする、新たなマイクロ流体デバイスの開発に着手した。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
本研究では、3年間の研究計画において、3つのテーマ（テーマ1：レジリエンス解析技術の高度化、テーマ2：レジリエンス制御候補因子の同定、テーマ3：レジリエンスの人為的制御法の開発）に取り組む。研究初年度である2024年度は、テーマ1とテーマ2を中心とした研究を実施した。
テーマ1：レジリエンス解析技術の高度化：本項目では、まず健常者由来のiPS細胞に加え、上位運動ニューロン変性優位型（2型ALS：ALS2欠損）および下位運動ニューロン変性優位型（6型ALS：FUSH517D）変異を有するiPS細胞を用い、各iPS細胞系統からそれぞれグルタミン酸作動性上位運動ニューロンおよびアセチルコリン作動性下位運動ニューロンへの分化誘導も同時に行った。特に、該当年度は、不安定であった上位運動ニューロンへの分化誘導法を改良し、より安定した上位運動ニューロンへの分化法を確立した。また、iPS細胞由来の神経細胞における分化誘導中の軸索伸長の速度、細胞死、軸索変性などの経時的変化の定量的計測に適した新たな改良型マイクロ流体デバイスの開発にも成功した。
テーマ2：レジリエンス制御候補因子の同定：本項目では、新たに開発した開放型マイクロ流体デバイスを駆使した独自のサンプル調製法を用い、神経細胞の分化成熟と変性過程、ならびに細胞体と軸索を分けた神経細胞のコンパートメントオミクス解析を行う計画である。該当年度の研究により、これまでに報告してきたマイクロ流体デバイスでは、神経軸索での局所的オミクス解析には十分量のサンプルを得ることが困難であることが判明した。そのため、十分量の神経軸索の局所的回収に適した新たなマイクロ流体デバイスの設計と作製に着手した。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究初年度は、研究計画に対して若干の遅れが生じている。主な、理由としては、特に上位運動ニューロンについては軸索伸長の速度を含め、下位運動ニューロンに比べて分化・成熟速度が極めて遅いことが判明したため、実験の進捗により長期間の培養を要することが影響している。また、各種分化ニューロンの解析に最適化したマイクロ流体デバイスの設計や開発を並行して実施するため、新規デバイスの評価にも時間を要していることが研究の遅延に影響している。しかし、研究自体は着実に進捗していることから、次年度以降についても、以下の通り、当初の計画通りテーマ１とテーマ２を中心に研究を進める計画である。
テーマ1：レジリエンス解析技術の高度化：初年度に樹立した健常者由来のiPS細胞、上位運動ニューロン変性優位型（2型ALS：ALS2欠損）および下位運動ニューロン変性優位型（6型ALS：FUSH517D）変異に加えて、下位運動ニューロン変性優位型（1型ALS:SOD1H46R）変異を有する新たな変異系統のiPS細胞を樹立する。さらに、改良型マイクロ流体デバイスを用いて、各変異型iPS細胞を上位ならびに下位運動ニューロンに分化誘導し、分化誘導中の軸索伸長の速度、細胞死、軸索変性などの経時的変化についての定量的評価を行い、健常型とALS変異型の細胞間の比較を行う。
テーマ2：レジリエンス制御候補因子の同定：テーマ1と同様に上位および下位運動ニューロンに分化誘導した神経細胞軸索および細胞体の局所的遺伝子発現プロファイリングを行い、異なった神経細胞の変性過程において特異的に変動する遺伝子群の特定を目指す。
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