ヒトiPS細胞からの中脳オルガノイド作製手法の確立

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K21306
• 配分区分: 基金
• 研究機関: 奈良県立医科大学
• 研究代表者: 七浦 仁紀 奈良県立医科大学, 医学部附属病院, 研究員 (00827909)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 脳オルガノイド / 神経細胞 / ドパミン / 中脳 / パーキンソン病

研究実績の概要

ヒト多能性幹細胞から、ヒト脳と類似した構造を持つ臓器様組織（脳オルガノイド）
の樹立法が報告され、パーキンソン病を含めた中枢神経疾患の研究に有用と考えられている。既存のヒト脳オルガノイド作製手法は、主に大脳皮質の構造を再現することを目的としており、中脳など脳幹部の構造を再現可能な手法は限られていたことから、本研究は中脳を模した脳オルガノイドを短期間で作製することを目的とした。
初年度では、ヒト多能性幹細胞から、ヒト中脳黒質の細胞と類似した黒色細胞を含む脳オルガノイドを作製した。その後、RT-PCR 法や免疫染色法により、中脳に存在するドパミン作動性神経細胞マーカーの発現を評価した。定量的PCRでは、ドパミン神経細胞マーカーの遺伝子発現の有意な上昇を確認した。また免疫組織学的評価でもドパミン神経細胞マーカーの発現が確認できた。
最終年度では、前年度までに確立した条件で作製した脳オルガノイドに含まれる黒色細胞について、Fontana-Masson染色でmelanocyteであることを確認した。また電気生理学的解析で、オルガノイド内の神経細胞の活動を確認した。RNAシークエンス法では、作製した脳オルガノイド内に、ヒト胎児中脳に特徴的な遺伝子発現を確認した。
以上の解析結果から、中脳成分を含めた脳幹部を模倣した脳オルガノイドを短期間で作製する手法を確立できた。今後本手法は、中枢神経疾患の病院解明や、治療薬剤のスクリーニングなどに有用なモデルとなると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] University of California(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of California
• [雑誌論文] Brainstem organoids from human pluripotent stem cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Eura, Takeshi K. Matsui, Joachim Luginbuhl, Masaya Matsubayashi, Hitoki Nanaura et al
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.3389/fnins.2020.00538
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ATR inhibition enhances 5-fluorouracil sensitivity independent of non-homologous end-joining and homologous recombination repair pathway. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito SS, Nakagawa Y, Matsubayashi M, Sakaguchi YM, Kobashigawa S, Matsui TK, Nanaura H, Nakanishi M, Kitayoshi F, Kikuchi S, Kajihara A, Tamaki S, Sugie K, Kashino G, Takahashi A, Hasegawa M, Mori E, Kirita T
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1101/2020.04.20.051318
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Toxic PR poly-dipeptides encoded by the C9orf72 repeat expansion target Kapβ2 and dysregulate phase separation of low-complexity domains. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nanaura H, Kawamukai H, Fujiwara A, Uehara T, Nakanishi M, Shiota T, Hibino M, Aiba Y, Wiriyasermkul P, Kikuchi S, Nagata R, Matsubayashi M, Nagamori S, Shoji O, Ishimori K, Matsumura H, Sugie K, Saio T*, Yoshizawa T*, Mori E
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1101/812099
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Human URAT1/SLC22A12 gene promoter is regulated by 27-hydroxycholesterol through estrogen response elements. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi M, Sakaguchi YM, Sahara Y, Nanaura H, Kikuchi S, Ashari A, Bui L, Kobashigawa S, Nakanishi M, Nagata R, Matsui TK, Kashino G, Hasegawa M, Takasawa S, Eriguchi M, Tsuruya K, Nagamori S, Sugie K, Nakagawa T, Takasato M, Umetani M, Mori E
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1101/827709
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Proteolytic Cleavage by Matriptase Exacerbating Kidney Injury: a Novel Therapeutic Target. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ozawa S, Matsubayashi M, Nanaura H, Yanagita M, Mori K, Asanuma K, Kajiwara N, Hayashi K, Ohashi H, Kasahara M, Yokoi H, Kataoka H, Mori E, Nakagawa T
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1101/843607
  • オープンアクセス
• [学会発表] Rapid induction of midbrain-like organoids from human pluripotent stem cells (2019)
  • 著者名/発表者名: 七浦仁紀、松井健、塩田智、江浦信之、森英一朗、杉江和馬
  • 学会等名: 第60回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] Human cerebral organoids recapitulate brain formation and genetic developmental disorders (2019)
  • 著者名/発表者名: 松井健、江浦信之、七浦仁紀、塩田智、森英一朗、杉江和馬
  • 学会等名: 第60回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] A human cerebral organoid model for ZEB2-deficient Mowat-Wilson syndrome (2019)
  • 著者名/発表者名: 江浦信之、松井健、七浦仁紀、塩田智、森英一朗、杉江和馬
  • 学会等名: 第60回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] Recapitulation of brain ischemia with human cerebral organoids (2019)
  • 著者名/発表者名: 塩田智、松井健、江浦信之、七浦仁紀、森英一朗、杉江和馬
  • 学会等名: 第60回 日本神経学会学術大会
• [学会・シンポジウム開催] ASUKA Symposium 2019 A New Phase of Regenerative Medicine (2019)