ヒト神経筋接合部のin vitro構築とその応用

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H05352
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 斎藤 潤 京都大学, iPS細胞研究所, 准教授 (90535486)
• 研究分担者: 吉田 路子 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (70754571)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 神経筋接合部

研究実績の概要

神経筋接合部(Neuromuscular junction:NMJ) は運動神経終末と筋肉の接合部であり、シナプスが形成されている。NMJでは神経終末からアセチルコリンが放出され、筋収縮が引き起こされる。NMJ構成分子の異常は様々な疾患を引き起こすが、ヒトにおける解析手法はin vivoの電気生理学的解析や病理学的解析に限られている。ヒトNMJ(hNMJ)の細胞生物学的な機能解析のためには、in vitroでNMJを構築させる系が必要である。申請者らは、ヒト多能性幹細胞を運動ニューロンへ分化誘導した後に、マウス筋細胞株と共培養することにより、in vitroでNMJを形成させることに成功した。しかし、ヒトNMJ疾患の病院には、神経側・神経側それぞれの要因があり、病態生理が不明のものや、孤発例で原因そのものが不明のものもある。これらの疾患の詳細な病態解析のためには、ヒト-マウスのハイブリッド系でなく、ヒト運動ニューロンとヒト骨格筋細胞からhNMJを構築する必要がある。そこで、本提案では、ヒト多能性幹細胞より機能的なhNMJを構築し、これを疾患解析・創薬へ応用することを目的とする。
平成30年度は、前年度までの成果を活かして研究を進めた。神経特異的プロモーター下に光感受性チャネルを発現させることにより神経細胞のみを刺激すると、神経細胞の興奮に応じて筋肉細胞の細胞内カルシウム濃度の上昇と筋収縮が観察された。また、前年度までに作成した脊髄性筋萎縮症のモデルとなるSMN遺伝子のノックダウンiPS細胞から誘導したhNMJを長期培養して筋収縮を見たところ、著明に収縮能が低下していた。さらに、電子顕微鏡での観察により、骨格筋と神経筋接合部の形態が変化していた。さらに、他の多能性幹細胞クローンでも同様のNMJ形成が認められるかを確認するために、ES細胞を用いて解析を行い、同様にNMJが形成されることを確認した。

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

当初の計画に沿ってhNMJの評価系が構築されており、脊髄性筋萎縮症のモデリングにも成功した。現在論文リバイス中である。

今後の研究の推進方策

おおむね順調に進んでいるため、研究計画を継続する。光刺激による神経興奮によって誘導される筋収縮のパターンや量が、疾患モデルと対照で異なるかを検討し、創薬スクリーニングへの応用系の構築を目指す。脊髄性筋萎縮症や先天性筋無力症のモデル細胞の構築を進める。論文投稿を進める。

研究成果

• [雑誌論文] Generation of a human induced pluripotent stem cell line, BRCi001-A, derived from a patient with mucopolysaccharidosis type I (2019)
  • 著者名/発表者名: Suga Mika、Kondo Takayuki、Imamura Keiko、Shibukawa Ran、Okanishi Yasue、Sagara Yukako、Tsukita Kayoko、Enami Takako、Furujo Mahoko、Saijo Kaoru、Nakamura Yukio、Osawa Mitsujiro、Saito Megumu K.、Yamanaka Shinya、Inoue Haruhisa
  • 雑誌名: Stem Cell Research 巻: 36 ページ: 101406～101406
  • DOI: 10.1016/j.scr.2019.101406
  • 査読あり
• [雑誌論文] Verification and rectification of cell type-specific splicing of a Seckel syndrome-associated ATR mutation using iPS cell model (2019)
  • 著者名/発表者名: Ichisima Jose、Suzuki Naoya M.、Samata Bumpei、Awaya Tomonari、Takahashi Jun、Hagiwara Masatoshi、Nakahata Tatsutoshi、Saito Megumu K.
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: 64 ページ: 445～458
  • DOI: 10.1038/s10038-019-0574-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Application of induced pluripotent stem cells to primary immunodeficiency diseases (2019)
  • 著者名/発表者名: Karagiannis Peter、Yamanaka Shinya、Saito Megumu K.
  • 雑誌名: Experimental Hematology 巻: 71 ページ: 43～50
  • DOI: 10.1016/j.exphem.2019.01.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Induced Pluripotent Stem Cells and Their Use in Human Models of Disease and Development (2019)
  • 著者名/発表者名: Karagiannis Peter、Takahashi Kazutoshi、Saito Megumu、Yoshida Yoshinori、Okita Keisuke、Watanabe Akira、Inoue Haruhisa、Yamashita Jun K.、Todani Masaya、Nakagawa Masato、Osawa Mitsujiro、Yashiro Yoshimi、Yamanaka Shinya、Osafune Kenji
  • 雑誌名: Physiological Reviews 巻: 99 ページ: 79～114
  • DOI: 10.1152/physrev.00039.2017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disease modeling of immunological disorders using induced pluripotent stem cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito Megumu K.
  • 雑誌名: Immunological Medicine 巻: 41 ページ: 68～74
  • DOI: 10.1080/13497413.2018.1481583
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rescue of recurrent deep intronic mutation underlying cell type?dependent quantitative NEMO deficiency (2018)
  • 著者名/発表者名: 5.Boisson B, Honda Y, Ajiro M, Bustamante J, Bendavid M, Gennery AR, Kawasaki Y, Ichishima J, Osawa M, Nihira H, Shiba T, Tanaka T, Chrabieh M, Bigio B, Hur H, Itan Y, Liang Y, Okada S, Izawa K, Nishikomori R, Ohara O, Heike T, Abel L, Puel A, Saito MK (co-last author), Casanova JL, Hagiwara M, Yasumi T.
  • 雑誌名: Journal of Clinical Investigation 巻: 129 ページ: 583～597
  • DOI: 10.1172/JCI124011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Efficient derivation of sympathetic neurons from human pluripotent stem cells with a defined condition (2018)
  • 著者名/発表者名: Kirino Kosuke、Nakahata Tatsutoshi、Taguchi Tomoaki、Saito Megumu K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: 12865
  • DOI: 10.1038/s41598-018-31256-1
  • 査読あり