薬物誘発性不整脈に関する機能解析および発症予測へ向けた統合的評価法の構築

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04684
• 研究機関: 静岡県立大学
• 研究代表者: 黒川 洵子 静岡県立大学, 薬学部, 教授 (40396982)
• 研究分担者: 児玉 昌美 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 日本学術振興会特別研究員 (30512248) ; 諫田 泰成 国立医薬品食品衛生研究所, 薬理部, 室長 (70510387) ; 芦原 貴司 滋賀医科大学, 医学部, 助教 (80396259)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 心臓安全性 / ヒトiPS細胞 / 画像処理 / 抗がん剤 / 不整脈 / インシリコモデル / イオンチャネル

研究実績の概要

本研究は、突然死に代表される重篤な医薬品副作用の予防を長期目標とし、ヒトiPS細胞とコンピューターシミュレーションを統合したアプローチにより、心毒性を予測する新たな方法を構築することを目的とする。
昨年度までに、内向き整流性カリウムチャネル (IK1) の機能が成体心室筋モデルと比較して約１割程度であることを示し、IK1をコードするKCNJ2遺伝子を市販ヒトiPS細胞由来心筋細胞に導入し、薬物評価系を構築した。また慢性の薬剤作用を調べるための非侵襲的実験系の構築も開始した。
本年度は、IK1チャネル以外の電流成分として、Naチャネル電流、Caチャネル電流、Ifチャネル電流の測定を行い、得られた電流値をシミュレーションモデルに組み込んだ。IKs電流とhERG電流は通常の生理的条件では他のイオン電流と分離することが困難であったため、外液のカリウム濃度を細胞内と同等にすることでカリウム平衡電位をゼロにして、いくつかの陽イオン電流を不活化し脱分極刺激も小さくすることで、各電流成分を単離することに成功した。これらのカリウムチャネルの電流値は薬物反応に大きく影響するので、次年度にデータの例数を追加し、値を決定することを予定している。また、薬物誘発性不整脈の発症性差に関連する国際共同研究をの論文が受理された。KCNJ2に関する論文はリバイス中である。
今年度は、一部の抗がん剤のように心収縮機能に対して慢性作用を有する薬剤の評価を見据えて、動きベクトル解析法の開発を更に進めた。８日間、ヒトiPS細胞由来心筋細胞シートの収縮機能を安定的に継続することに成功し、日本安全性薬理研究会および国際安全性薬理学会にてポスター発表を行った。また、自動培地交換システムにつながる技術の開発を進める研究の結果を利用することで、心肥大シグナル等の病態心筋における筋収縮の機能変化についてもパラメーターを取得する。

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

本研究の目的は、ヒトiPS細胞とコンピューターシミュレーションを統合したアプローチにより、心毒性を予測する新たな方法を構築することである点を鑑み、当該年度は下記2点が進展したと言える。
1点目は、カリウムチャネル定量測定の方法を開発した点である。ヒトiPS細胞由来心筋細胞のモデル構築において、小さいコンダクタンスのカリウムチャネル電流値を求めることは、困難かつ重要な課題であった。当該年度は、その為に細胞外液のカリウムイオン濃度を細胞内液と同等にすることで、平衡電位をゼロ付近にして、少ない電位刺激で電流を活性化できるようにした。この条件であると、リーク電流のコンタミネーションが減るため、電流成分を単離するのに有利である。この溶液条件で特異的阻害剤に感受性の電流成分を単離できる電位パルス条件を特定することが出来たことが今年度の成果である。この実験系を構築するに当たって、当初の予定通り、モルモット心室筋細胞の値と比較する事に加えて、ヒト心筋から得られたtotalRNAでのチャネル関連遺伝子の発現レベルも参考にした。
2点目としては、心収縮機能を長期間安定的に測定する方法を構築した。ヒトiPS由来心筋細胞の維持のためには、細胞外の培地を2日に1回、半量を置換する。その前後で、筋収縮力が落ちることを見いだした。そこで、37度蓄熱材の上で培地交換をするなど、工夫を凝らすことにより、8日間、収縮力が全く減弱しない条件を見つけることに成功した。

今後の研究の推進方策

平成29年度以降の予定を下記に記す。
ヒトiPS細胞由来心筋細胞の活動電位シミュレーションの構築については、カリウムチャネル電流成分の値を決定して、導入することを目指す。さらに精度の高いモデルを構築するために、新たな実験系の構築もする。シミュレーションの観点から、細胞内の陽イオン濃度が決定しないことが、モデルの安定性を損なう大きな原因であることが分かってきた。そこで、本年度は細胞内のカルシウム動態の解析を中心に、細胞内イオン環境の定量を行う実験系の構築にも着手する。また、細胞のサイズや形状もシミュレーション結果に影響することが分かってきたので、この観点についてもウェット実験による細胞容量の測定や3D細胞イメージ構築およびドライ実験による３Dシミュレーションなどから検討していく。
収縮機能を長期間に測定する方法を使用して、抗がん剤ドキソルビシンの心毒性などの効果を検討する。インスリンシグナルがアントラサイクリン系抗がん剤の心毒性に保護効果があるという報告を再現することが出来るか検討する共に、その分子メカニズムについても検討する。

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア大学デイビス校/ネバダ大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カリフォルニア大学デイビス校/ネバダ大学
• [国際共同研究] カルガリー大学(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: カルガリー大学
• [雑誌論文] A multiscale computational modeling approach predicts mechanisms of female sex risk in the setting of arousal-induced arrhythmias. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yang PC, Perissinotti L, Lopez-Redondo F, Wang Y, DeMarco KR, Jeng MT, Vorobyov I, Harvey RD, Kurokawa J, Noskov S, Clancy CE
  • 雑誌名: J Physiol (Lond.) 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 性差を考慮した基礎薬学研究を目指して (2017)
  • 著者名/発表者名: 黒川洵子、三枝香都貴、山崎泰広
  • 雑誌名: LABIO21 巻: 68 ページ: 14-17
• [雑誌論文] A risk assessment of a common drug using xenograft model. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kodama M, Kurokawa J
  • 雑誌名: Annals of Translational Medicine 巻: 5 ページ: 88
  • DOI: 10.21037/atm.2017.01.59
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sall1 transiently marks undifferentiated heart precursors and regulates their fate. (2016)
  • 著者名/発表者名: Morita Y, Andersen P, Hotta A, Sasagawa N, Kurokawa J, Tsukahara Y, Hayashida N, Koga C, Nishikawa M, Evans SM, Furukawa T, Koshiba-Takeuchi K, Nishinakamura R, Yoshida Y, Kwon C, Takeuchi JK
  • 雑誌名: J Mol Cell Cardiol. 巻: 92 ページ: 158-162
  • DOI: 10.1016/j.yjmcc.2016.02.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Embryonic type Na+ 1 channel β-subunit, SCN3B masks the disease phenotype of Brugada 2 syndrome. (2016)
  • 著者名/発表者名: Okata S, Yuasa S, Suzuki T, Ito S, Makita N, Yoshida T, Lin M, Kurokawa J, Seki T, Egashira T, Aizawa Y, Kodaira M, Motoda C, Yozu G, Shimojima Masaya, Hayashiji N, Hashimoto H, Kuroda Y, Tanaka A, Murata M, Aiba T, Shimizu W, Horie M, Kamiya K, Furukawa T, Fukuda K
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 6 ページ: 34198
  • DOI: 10.1038/srep34198
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oxidative stress induced ventricular arrhythmia and impairment of cardiac function in Nos1ap deleted mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama K, Sasano T, Kurokawa J, Takahashi K, Okamura T, Kato N, Isobe M, Furukawa T
  • 雑誌名: Int Heart J 巻: 5 ページ: 57
  • DOI: 10.1536/ihj.15-471
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A distribution analysis of action potential parameters obtained from patch-clamped human stem cell-derived cardiomyocytes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Lopez-Redondo F, Kurokawa J, Nomura F, Kaneko T, Hamada T, Furukawa T, Yasuda K
  • 雑誌名: J Pharmacol Sci 巻: 131 ページ: 141-145
  • DOI: 10.1016/j.jphs.2016.04.015
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-Fat Diet Increases Vulnerability to Atrial Arrhythmia by Conduction Disturbance via miR-27b. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahashi K, Sasano T, Sugiyama K, Kurokawa J, Tamura N, Soejima Y, Sawabe M, Isobe M, Furukawa T
  • 雑誌名: J Mol Cell Cardiol 巻: 90 ページ: 38-46
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.yjmcc.2015.11.034
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Sex hormonal regulation of cardiac ion channels in drug-induced QT syndromes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa J, Kodama M, Clancy CE and Furukawa T
  • 雑誌名: Pharmacology & Therapeutics 巻: 168 ページ: 23-28
  • DOI: 10.1016/j.pharmthera.2016.09.004.
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Points to consider for a validation study of iPS cell-derived cardiomyocytes using a multi-electrode array system. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kanda Y, Yamazaki D, Kurokawa J, Inutsuka T and Sekino Y
  • 雑誌名: J Pharmacol Toxicol Methods 巻: 81 ページ: 196-200
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.vascn.2016.06.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 薬用人参の特異的性ホルモン受容体非ゲノム作用と心血管保護作用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 古川哲史、黒川洵子、白長喜
  • 雑誌名: 日薬理誌 巻: 147 ページ: 152-156
  • DOI: http://doi.org/10.1254/fpj.147.152
  • 査読あり
• [雑誌論文] ヒトiPS細胞から成熟した心筋細胞の開発と安全性評価への応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 諫田泰成、芦原貴司、黒川洵子
  • 雑誌名: 日薬理誌 巻: 147 ページ: 1-5
  • DOI: http://doi.org/10.1254/fpj.147.334
  • 査読あり
• [学会発表] 遅延整流性カリウムチャネルのカルシウム感受性における分子複合体形成の役割. (2017)
  • 著者名/発表者名: 児玉昌美，福田俊，永森收志，五十棲規嘉、藤塚美紀，金井好克，古川哲史，黒川洵子
  • 学会等名: 第94回日本生理学会年会
  • 発表場所: 浜松アクトシティ
  • 年月日: 2017-03-30 – 2017-03-30
• [学会発表] ヒトiPS細胞とセルモーションイメージングを用いた心臓部位特異的な薬効評価法の基盤技術の開発. (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木結衣, 高橋健太郎,児玉昌美, 諌田泰成, 山口賢彦, 早川智広, 松井 恵理子, 古川哲史, 黒川洵子
  • 学会等名: 日本薬学会第137年会
  • 発表場所: 東北大学川内キャンパス
  • 年月日: 2017-03-25 – 2017-03-27
• [学会発表] 心筋IKsチャネルのCa2+感受性における分子複合体の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 福田俊，児玉昌美，永森收志，五十棲規嘉，藤塚美紀，喜多紗斗美，岩本隆宏，金井好克，古川哲史，黒川洵子
  • 学会等名: 第90回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール
  • 年月日: 2017-03-15 – 2017-03-15
• [学会発表] セルモーションイメージングを用いたヒトiPS細胞由来心筋細胞における心臓部位特異的な薬効評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木結衣, 高橋健太郎,児玉昌美, 諌田泰成, 山口賢彦, 早川智広, 松井恵理子, 古川哲史, 黒川洵子
  • 学会等名: 第8回日本安全性薬理研究会
  • 発表場所: 東京大学農学部弥生講堂
  • 年月日: 2017-02-10 – 2017-02-11
• [学会発表] セルモーションイメージングとヒトiPS細胞由来心筋細胞を用いた抗がん剤の慢性毒性評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒徳航平、児玉昌美、諫田泰成、山崎泰広、関野祐子、黒川洵子
  • 学会等名: 第8回日本安全性薬理研究会
  • 発表場所: 東京大学農学部弥生講堂
  • 年月日: 2017-02-10 – 2017-02-11
• [学会発表] 薬剤性不整脈の発症性差に関わる分子メカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 黒川洵子
  • 学会等名: 第10回日本性差医学・医療学会学術集会
  • 発表場所: 名古屋、ウインクあいち
  • 年月日: 2017-01-28 – 2017-01-28
  • 招待講演
• [学会発表] 女性ホルモンが心電図QT間隔に与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田村文弥、家田真樹、鈴木岳之、福田恵一、中谷晴昭、原田信広、古川哲史、黒川洵子
  • 学会等名: 日本適応医学会学術集会
  • 発表場所: 東京コンベンションホール
  • 年月日: 2016-12-16 – 2016-12-16
• [学会発表] ヒトiPS由来心筋細胞の動きベクトル解析による抗がん剤心毒性の評価法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒川洵子、児玉昌美、高橋健太郎、諫田泰成、古川哲史
  • 学会等名: 第26回日本循環薬理学会
  • 発表場所: 長野、信州大学医学部
  • 年月日: 2016-12-02 – 2016-12-02
• [学会発表] 性差を考慮した基礎薬学研究を目指して (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒川洵子
  • 学会等名: 実験動物学会維持会員懇談会
  • 発表場所: 東京、中央大学理工学部
  • 年月日: 2016-11-25 – 2016-11-25
  • 招待講演
• [学会発表] Effects of anticancer drugs on contractile behaviors of human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocyte monolayers evaluated with an image-based analysis using motion field imaging technique. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa J, Kanda Y, Kodama M, Sekino Y, Furukawa T
  • 学会等名: 2016 SPS/JSPS/CSPT合同年会
  • 発表場所: バンクーバー、カナダ
  • 年月日: 2016-09-19 – 2016-09-22
  • 国際学会
• [学会発表] パラシンマニュエル、金井好克(2016.7.20) SLC3A1 (rBAT) の“ missing partner ”であった近位尿細管新規シスチントランスポーター (2016)
  • 著者名/発表者名: 永森收志、ウィリヤサムクンパッタマ、奥山裕久、エスピノゴーチメリチェル、中込咲綾、高藤和輝、大垣隆一、黒川洵子
  • 学会等名: 第26回日本尿路結石症学会学術集会
  • 発表場所: 千葉幕張メッセ
  • 年月日: 2016-07-20 – 2016-07-20
• [学会発表] Regulation of cardiac ion channels by sex hormones (2016)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa J
  • 学会等名: International and Interdisciplinary Symposium 2016 “Towards a New Era of Cardiovascular Research”
  • 発表場所: 東京、東京医科歯科大学
  • 年月日: 2016-07-11 – 2016-07-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The origin of sex differences in morphology of embryonic murine coronary arteries. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kodama M, Furukawa T, and Kurokawa J.
  • 学会等名: International and Interdisciplinary Symposium 2016.
  • 発表場所: 東京、東京医科歯科大学
  • 年月日: 2016-07-11 – 2016-07-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] トランスジェニックマウスを利用した心筋遅延整流性カリウムチャネル分子複合体の探索と解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福田俊、児玉昌美、永森收志，五十棲規嘉、藤塚美紀，金井好克，古川哲史，黒川洵子
  • 学会等名: 第134回日本薬理学会関東部会
  • 発表場所: 国際医療福祉大学、栃木
  • 年月日: 2016-07-09 – 2016-07-09
• [学会発表] 心電図QT間隔に対するエストロゲン類の影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田村文弥、家田真樹、鈴木岳之、古川哲史、黒川洵子
  • 学会等名: 第134回日本薬理学会関東部会
  • 発表場所: 国際医療福祉大学、栃木
  • 年月日: 2016-07-09 – 2016-07-09
• [学会発表] KCNQ1チャネル分子複合体による多彩な細胞シグナル応答 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒川洵子、児玉昌美、永森收志、福田俊、金井好克、古川哲史
  • 学会等名: 平成28年度生理研研究会「生体界面研究会」
  • 発表場所: 愛知、生理研研究所
  • 年月日: 2016-07-04 – 2016-07-04
• [学会発表] In silicoによる心循環器毒性評価． (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒川洵子、芦原貴司、諫田泰成、永森收志、古谷和春
  • 学会等名: 第43回日本毒性学会学術年会
  • 発表場所: 愛知、ウインクあいち
  • 年月日: 2016-06-29 – 2016-07-01
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of cardiac L-type Ca2+ channel via a progesterone receptor. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa J, Kodama M, Furukawa T
  • 学会等名: 第９回国際NO学会
  • 発表場所: 仙台、仙台国際センター
  • 年月日: 2016-05-20 – 2016-05-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] iPS由来心筋を利用した 薬物誘発性不整脈の予測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒川洵子
  • 学会等名: 第２１回医科歯科大ハートリズム研究会
  • 発表場所: 東京、東京医科歯科大学
  • 年月日: 2016-04-25 – 2016-04-25
  • 招待講演
• [図書] iPS細胞の安全・高品質な作製技術 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒川洵子
  • 総ページ数: 495
  • 出版者: 技術情報協会
• [備考] 最新情報 静岡県立大学薬学部 生体情報分子解析学分野
  • URL: http://w3pharm.u-shizuoka-ken.ac.jp/rinsho/
• [学会・シンポジウム開催] International and Interdisciplinary Symposium 2016 “Towards a New Era of Cardiovascular Research” (2016)
  • 発表場所: 東京医科歯科大学、東京
  • 年月日: 2016-07-11 – 2016-07-13