疾患iPS細胞を用いた球脊髄性筋萎縮症の骨格筋病態の解明

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K07969
• 研究機関: 愛知医科大学
• 研究代表者: 道勇 学 愛知医科大学, 医学部, 教授 (90293703)
• 研究分担者: 岡田 洋平 愛知医科大学, 医学部, 准教授 (30383714) ; 伊藤 卓治 愛知医科大学, 公私立大学の部局等, 客員研究員 (30794151)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 疾患iPS細胞 / 球脊髄性筋萎縮症 / 骨格筋

研究実績の概要

（1）ヒトiPSから骨格筋への分化誘導システムの確立：これまでに報告されている薬剤誘導性MyoD1の発現による分化誘導法を改変し、より簡便・迅速・高効率にヒトiPS細胞から骨格筋を誘導する方法を開発した。また、誘導した骨格筋の形態から成熟度を定量的に評価する方法を確立した。現在、骨格筋の成熟促進法の検討、およびMEA（Microelectrode array）を用いた骨格筋の機能性を解析するためのシステムの開発を進めている。
（2）SBMA患者iPS細胞から骨格筋への分化誘導：SBMA疾患iPS細胞8株、および健常者iPS細胞5株から薬剤誘導性MyoD1発現株を作成し、骨格筋へ分化誘導した。現在、誘導した骨格筋における細胞死、成熟度などについての評価を行っている。
（3）疾患iPS由来骨格筋における病態関連因子の探索：SBMAの骨格筋病態に関与し得る因子について、栄養因子などに着目した解析を行い、複数の分子が患者において発現変動していることを見出した。現在さらに詳細な解析を進めている。

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

より効率的な骨格筋分化誘導法を開発し、機能的解析システムの検討に着手している。また、病態関連分子の探索では、候補アプローチにより患者で変動を示す複数の病態関連分子を同定しており、おおよそ当初の計画通りに進捗していると考えられる。

今後の研究の推進方策

（1）iPS由来骨格筋の成熟促進と機能性評価システムの開発：ヒトiPS細胞由来骨格筋の成熟を促進する方法を検討する。また、MEAやG-CaMPを用いたカルシウムイメージング等により、骨格筋の機能性を解析するシステムを検討する。さらに、より生理的な解析を行うために、骨格筋の3D培養を検討する。
（2）SBMA患者iPS細胞由来骨格筋における病態解析：SBMA患者、および健常者iPS細胞iPS細胞由来骨格筋において、細胞死、成熟度に加え、変異AR凝集体形成など表現型を評価する。
（3）患者iPS由来骨格筋における病態関連因子の探索と機能解析：SBMAの骨格筋病態関連分子について、これまでに得た知見を再検するとともに、同定した分子の阻害剤等を用いたレスキュー実験により、その病態への関与を検討する。また、トランスクリプトーム解析による網羅的遺伝子発現解析を行い、新規の病態関連分子の探索を継続する。

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、研究技術員の雇用等に充てる予定である。

研究成果

• [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: - ページ: in press
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.01.015.
  • 査読あり
• [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, Ohyama M, Yoshida M, Tsunoda T, Katsuno M, Doyu M, Sobue G, Okano H, Okada Y
  • 雑誌名: Mol. Brain 巻: 13 ページ: 18
  • DOI: 10.1186/s13041-020-0561-1. doi: 10.1186/s13041-020-0561-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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: Yamaoka N, Shimizu K, Imaizumi Y, Ito T, Okada Y, Honda H.
  • 雑誌名: BioChip Journal 巻: 13 ページ: 127-132
  • DOI: https://doi.org/10.1007/s13206-018-3202-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aberrant axon branching via Fos-B dysregulation in FUS-ALS motor neurons. (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiyama T, Suzuki N, Ishikawa M, Fujimori K, Sone T, Kawada J, Funayama R, Fujishima F, Mitsuzawa S, Ikeda K, Ono H, Shijo T, Osana S, Shirota M, Nakagawa T, Kitajima Y, Nishiyama A, Izumi R, Morimoto S, Okada Y, Kamei T, Nishida M, Nogami M, Kaneda S, Ikeuchi Y, Mitsuhashi H, Nakayama K, Fujii T, Warita H, Okano H
  • 雑誌名: EBioMedicine. 巻: 45 ページ: 362-378
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2019.06.013. Epub 2019 Jun 29.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Src inhibition attenuates polyglutamine-mediated neuromuscular degeneration in spinal and bulbar muscular atrophy (2019)
  • 著者名/発表者名: Iida M, Sahashi K, Kondo N, Nakatsuji H, Tohnai G, Tsutsumi Y, Noda S, Murakami A, Onodera K, Okada Y, Nakatochi M, Okabe Y, Shimizu S, Mizuno M, Adachi H, Okano H, Sobue G, Katsuno M
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 10 ページ: 4262
  • DOI: 10.1038/s41467-019-12282-12287.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tandem paired nicking promotes precise genome editing with scarce interference by p53 (2019)
  • 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: 30 ページ: 1195-1207
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.12.064.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 疾患特異的iPS細胞を用いた神経変性疾患の病態解析と新規治療法開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平
  • 雑誌名: 臨床雑誌内科 巻: 123 ページ: 1315-1319
  • DOI: 10.1186/s13041-020-0561-1. doi: 10.1186/s13041-020-0561-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Motor Improvement-Related Regional Cerebral Blood Flow Changes in Parkinson's Disease in Response to Antiparkinsonian Drugs. (2019)
  • 著者名/発表者名: Taguchi S, Tanabe N, Niwa JI, Doyu M.
  • 雑誌名: Parkinsons Dis. 巻: 0 ページ: 7503230
• [学会発表] Pathophysiological analysis of spinal and bulbar muscular atrophy using disease-specific iPSCs. (2019)
  • 著者名/発表者名: Onodera K， Shimojo D， Yoda M, Ishihara Y， Ito T, Okada R, Doyu M， Katsuno M， Okano H， Sobue G， Okada Y
  • 学会等名: 第60回日本神経学会学術大会
• [学会発表] FUS depletion induces spine abnormality and SynGAP depletion in hiPSC-derived motor neuron. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yokoi S, Ito T, Sahashi K, Ishigaki S, Katsuno M, Okada Y, Sobue G.
  • 学会等名: 第60回日本神経学会学術大会
• [学会発表] The effects of hypoxia on differentiation and maturation of human induced pluripotent stem cell-derived neural progenitors. (2019)
  • 著者名/発表者名: Okada Y, Okada R, Li J, Onodera K, Ito T, Okano HJ, Doyu M
  • 学会等名: ISSCR 2019 Annual Meeting, LosAngeles
  • 国際学会
• [学会発表] Reconstruction of motor function in peripheral nerves by transplanatation of human iPSC-derived motor neuron progenitors. (2019)
  • 著者名/発表者名: Niwa S, Saeki M, Shinkai H, Kurimoto S, Hirata H, Doyu M, Okada Y
  • 学会等名: ISSCR 2019 Annual Meeting, LosAngeles
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of non-cell 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: ISSCR 2019 Annual Meeting, LosAngeles
  • 国際学会
• [学会発表] iPS細胞を用いた神経疾患研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平
  • 学会等名: SBMAの会 第8回医療セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] iPS細胞を用いたNMJ形成② (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平
  • 学会等名: AMED再生医療実現拠点ネットワークプログラム「疾患特異的iPS細胞の利活用促進・難病研究加速プログラム」研究拠点I疾患別ミーティング
  • 招待講演
• [備考] 愛知医科大学 神経内科
  • URL: https://www.aichi-med-u.ac.jp/su06/su0607/su060703/02.html