疾患iPS細胞を用いた運動ニューロン疾患の神経・筋相互作用分子基盤の解明

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K15470
• 研究機関: 愛知医科大学
• 研究代表者: 伊藤 卓治 愛知医科大学, 医学部, 客員研究員 (30794151)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 球脊髄性筋萎縮症（SBMA） / iPS細胞 / 運動ニューロン / 骨格筋 / 神経筋接合部（NMJ） / ゲノム編集 / タイムラプスイメージング / オプトジェネティクス

研究実績の概要

球脊髄性筋萎縮症（SBMA）疾患特異的iPS細胞を用いた神経・筋病態の解明を行うためのシステム開発を行った。
(1)ヒトiPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋を用いた神経・筋共培養システムの確立：神経筋接合部（NMJ）を可視化するレポーターを作成し、NMJ形成を可視化・定量化することに成功した。このレポーターを用いることにより、神経・筋疾患のNMJ変性過程を明らかにできると考えられる。
(2)SBMAの病態再現；健常者iPS細胞由来運動ニューロンとNMJレポーターを導入したSBMA患者iPS細胞由来骨格筋を用いて表現型の一部を捉えることに成功した。
(3)NMJ機能解析システムの構築：ヒトiPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋によるシナプス機能解析システムを構築した。

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

NMJレポーターをSBMAの病態解析に応用し、表現型の一部を捉えることに成功した。また、オプトジェネティクスと微小電極アレイによるNMJ機能評価系を構築できたため、今後はSBMA患者iPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋のNMJ機能評価も可能となり、概ね順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

SBMA患者及び健常者由来iPS細胞から分化誘導した運動ニューロンと骨格筋を様々な組み合わせで共培養し、病態解析を進めていく予定である。

次年度使用額が生じた理由

効率的な研究費の使用により、次年度使用額が生じた。翌年度分と合わせて、実験試薬や実験器具等の消耗品の購入等にあてる予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Unveiling synapse pathology in spinal bulbar muscular atrophy by genome-wide transcriptome analysis of purified motor neurons derived from disease specific iPSCs (2020)
  • 著者名/発表者名: Onodera K, Shimojo D, Ishihara Y, Yano M, Miya F, Banno H, Kuzumaki N, Ito T, Okada R, de Araujo Herculano B, Ohyama M, Yoshida M, Tsunoda T, Katsuno M, Doyu M, Sobue G, Okano H, Okada Y
  • 雑誌名: Mol Brain 巻: Feb 19 ページ: 13(1):18
  • DOI: 10.1186/s13041-020-0561-1.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tandem Paired Nicking Promotes Precise Genome Editing with Scarce Interference by p53 (2020)
  • 著者名/発表者名: Hyodo T, Rahman ML, Karnan S, Ito T, Toyoda A, Ota A, Wahiduzzaman M, Tsuzuki S, Okada Y, Hosokawa Y, Konishi H.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: Jan 28;30(4) ページ: 1195-1207
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.12.064.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation of oxygen tension, acidosis, and cell density is crucial for neural differentiation of human induced pluripotent stem cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Okada R, Onodera K, Ito T, Doyu M, Okano HJ, Okada Y.
  • 雑誌名: Neurosci Res. 巻: Jan 31 ページ: 30043-2
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.01.015.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Open-Chamber Co-Culture Microdevices for Single-Cell Analysis of Skeletal Muscle Myotubes and Motor Neurons with Neuromuscular Junctions (2019)
  • 著者名/発表者名: Nao Yamaoka、Shimizu Kazunori、Yu Imaizumi、Takuji Ito、Yohei Okada、Hiroyuki Honda
  • 雑誌名: BioChip Journal 巻: Jun 13 ページ: 127-132
  • DOI: https://doi.org/10.1007/s13206-018-3202-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] PlexinA1 is crucial for the midline crossing of callosal axons during corpus callosum development in BALB/cAJ mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Hossain M, Tsuzuki T, Sakakibara K, Imaizumi F, Ikegaya A, Inagaki M, Takahashi I, Ito T, Takamatsu H, Kumanogoh A, Negishi T, Yukawa K
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14(8) ページ: e0221440
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0221440. eCollection 2019.
  • 査読あり
• [学会発表] ELUCIDATION OF NONCELL AUTONOMOUS NEURODEGENERATION IN SPINAL AND BULBAR MUSCULAR ATROPHY USING IPSC-DERIVED NEUROMUSCULAR MODELS (2019)
  • 著者名/発表者名: Ito T, Tanaka S, Shimojo D, Doyu M, Okano H, Okada Y
  • 学会等名: International Society for Stem Cell Research（ISSCR）2019 Annual Meeting（Los Angeles）
  • 国際学会