脊髄損傷に対するiPS由来神経幹細胞移植後の造腫瘍性の解明と制御

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K10422
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 岩波 明生 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (40327557)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 脊髄損傷 / iPS細胞 / 神経幹細胞

研究実績の概要

我々は、脊髄損傷モデル動物に対するiPS細胞由来神経幹細胞/前駆細胞（iPSC-NS/PCs）を用いた細胞移植の有効性を報告してきたが、一部の細胞株では腫瘍を形成することも明らかとなっている。出来る腫瘍が奇形腫ではなく神経原性腫瘍であることから、未分化細胞の除去のみではなく、安全な細胞株を選定することが重要となってくる。当該年度は、iPSC-NS/PCsの一塩基変異（SNV）解析、コピー数変異（CNV）解析、DNAメチル化解析などを行うことで、腫瘍化を起こすより詳細なメカニズムを解明し、iPSC-NS/PCsの安全性評価項目を作成することを目指した。
今回は、京都大学で樹立されたヒトiPS細胞４株（造腫瘍性あり：253G1・836B3、造腫瘍性なし:201B7・414C2）のうち、253G1と201B7およびこれらの各細胞株をiPSC-NS/PCsへ分化誘導したものを用いた。SNV解析はIon Ampliseq Cancer panelを用いてTargeted deep sequenceを行い、CNV解析はInfinium human OmniExpress-24で行い、DNAメチル化解析は Infinium Methylation-450とMass Arrayを用いた。
SNV解析とDNAメチル化解析、CNV解析において、造腫瘍性を持つ細胞株に特異的な変化を認め、その中にPSMD5などの腫瘍抑制遺伝子のゲノム/エピゲノム変異や、第２染色体長腕のCNVを認め、Wntシグナルなどの細胞増殖に関わる腫瘍関連遺伝子のエピゲノム異常が含まれていた。また、SNV解析、DNAメチル化解析、CNV解析結果から、NS/PCsの継代を重ねるとゲノム不安定性が上昇することが分かった。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の計画通りに、異なるiPS細胞を用いた腫瘍化に関する解析をin vitroおよびin vivoで行い、iPS-NS/PCsの腫瘍化に関わる因子についての成果を挙げると共に、成果の一部を論文として報告できたため。

今後の研究の推進方策

本成果により、臨床応用可能なiPS-NS/PCsを作製する過程で、安全評価基準の中にその継代数や腫瘍化に関わるDNAメチル化異常の有無の項目を追加することができた。これらの評価項目をさらに詳細に検討すると共に、別のiPS細胞株を用いて同様の実験を行い、さらなる知見を得る。本研究課題の成果を包括し、安全なiPS細胞株、iPS-NS/PCsの作製および造腫瘍性の制御の一助としたい。

研究成果

• [雑誌論文] Whole-Genome DNA Methylation Analyses Revealed Epigenetic Instability in Tumorigenic Human iPS Cell-Derived Neural Stem/Progenitor Cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Iida T, Iwanami A, Sanosaka T, Kohyama J, Miyoshi H, Nagoshi N, Kashiwagi R, Toyama Y, Matsumoto M, Nakamura M, Okano H.
  • 雑誌名: Stem Cells 巻: 35 ページ: 1316-1327
  • DOI: 10.1002/stem.2581.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fail-Safe System against Potential Tumorigenicity after Transplantation of iPSC Derivatives. (2017)
  • 著者名/発表者名: Itakura G, Kawabata S, Ando M, Nishiyama Y, Sugai K, Ozaki M, Iida T, Ookubo T, Kojima K, Kashiwagi R, Yasutake K, Nakauchi H, Miyoshi H, Nagoshi N, Kohyama J, Iwanami A, Matsumoto M, Nakamura M, Okano H.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports. 巻: 8 ページ: 673-684
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2017.02.003.
• [雑誌論文] Safe and efficient method for cryopreservation of human induced pluripotent stem cell-derived neural stem and progenitor cells by a programmed freezer with a magnetic field. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama Y, Iwanami A, Kohyama J, Itakura G, Kawabata S, Sugai K, Nishimura S, Kashiwagi R, Yasutake K, Isoda M, Matsumoto M, Nakamura M, Okano H.
  • 雑誌名: Neurosci Res. 巻: 107 ページ: 20-29
  • DOI: 10.1016/j.neures.2015.11.011.
• [雑誌論文] Pretreatment with a γ-Secretase Inhibitor Prevents Tumor-like Overgrowth in Human iPSC-Derived Transplants for Spinal Cord Injury. (2016)
  • 著者名/発表者名: Okubo T, Iwanami A, Kohyama J, Itakura G, Kawabata S, Nishiyama Y, Sugai K, Ozaki M, Iida T, Matsubayashi K, Matsumoto M, Nakamura M, Okano H.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports. 巻: 7 ページ: 649-663
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2016.08.015.
• [雑誌論文] Pathological classification of human iPSC-derived neural stem/progenitor cells towards safety assessment of transplantation therapy for CNS diseases. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sugai K, Fukuzawa R, Shofuda T, Fukusumi H, Kawabata S, Nishiyama Y, Higuchi Y, Kawai K, Isoda M, Kanematsu D, Hashimoto-Tamaoki T, Kohyama J, Iwanami A, Suemizu H, Ikeda E, Matsumoto M, Kanemura Y, Nakamura M, Okano H.
  • 雑誌名: Mol Brain. 巻: 9 ページ: 85
  • DOI: 10.1186/s13041-016-0265-8.