ヒト大脳・中脳オルガノイドを用いた小児難治性てんかんの病態解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K23952
• 研究機関: 奈良県立医科大学
• 研究代表者: 絹川 薫 奈良県立医科大学, 医学部附属病院, 研究員 (90846677)
• 研究期間 (年度): 2019-08-30 – 2021-03-31
• キーワード: 脳幹オルガノイド / 中脳オルガノイド / 1細胞遺伝子発現解析 / ZEB2遺伝子

研究実績の概要

小児難治性てんかんなどの遺伝性の神経疾患は、胎生期の中枢神経系の異常によって生じる。その多くは発生メカニズムが十分に解明されておらず、故に根本的な治療法も存在せず、病態解明が早急に必要とされている。小児難治性てんかんの一つであるMowat-Wilson症候群（MWS）は、出生直後より様々な中枢神経症状を呈する重篤な遺伝病であり、ZEB2（zinc finger E-box-binding homeobox 2）遺伝子の欠損によって生じる。これらのヒト脳疾患の研究には、げっ歯類を用いた病態再現が試みられてきたが、ヒト脳との構造の違いから、疾患の病態解明を行うのは困難であった。近年、in vitroでヒトES/iPS細胞からヒト脳の構造を再現した細胞塊（オルガノイド）が樹立されている。本研究では、CRISPER/Cas9によるゲノム編集で得たZEB2欠損ヒトES細胞から樹立したヒト脳オルガノイドを用いて、MWS症候群の病態解明を目的とした。初年度には脳幹オルガノイドを樹立し、質量分析法やsingle-cell RNA-seq（scRNA-seq）といったタンパク質の網羅的解析を行った。脳幹オルガノイドには、これら網羅的解析において、脳幹、小脳の成分が含まれていた。最終年度では、中脳オルガノイドを樹立し、scRNA-seq解析を行うとともに、脳幹オルガノイドとの比較解析を行った。これら2つの脳オルガノイドは、神経成分の他に中胚葉由来の成分も有しており、免疫細胞や間葉系細胞の存在が示唆された。ZEB2欠損ヒト脳幹オルガノイドの樹立を行い、容積低下がみられること、アポトーシスを示すマーカーであるAC3陽性の細胞が増加しており、MWS症候群でみられる小脳症、精神発達遅滞の原因となりうる。脳幹オルガノイドは、MWS症候群などの遺伝性の神経疾患の病態解明に有用であると考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] Gene expression profiles of human cerebral organoids identify PPAR pathway and PKM2 as key markers for oxygen-glucose deprivation and reoxygenation (2021)
  • 著者名/発表者名: Naoki Iwasa, Takeshi K. Matsui, Naohiko Iguchi, Kaoru Kinugawa, Naritaka Morikawa, Yoshihiko M. Sakaguchi, Tomo Shiota, Shinko Kobashigawa et. al.
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: － ページ: －
  • DOI: 10.3389/fncel.2021.605030
• [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, Tomo Shiota, Kaoru Kinugawa, Naohiko Iguchi, Takao Kiriyama et. al.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 14 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] Single-cell transcriptomics reveals multiple neuronal cell types in human midbrain-specific organoids (2020)
  • 著者名/発表者名: Lisa M. Smits, Stefano Magni, Kaoru Kinugawa, Kamil Grzyb, Joachim Luginbuhl, Sonia Sabate-Soler, Silvia Bolognin, Jay W. Shin, Eiichiro Mori, Alexander Skupin, Jens C. Schwamborn
  • 雑誌名: Cell and Tissue Research 巻: 382 ページ: 463～476
  • DOI: 10.1007/s00441-020-03249-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative analysis of human brain organoids of brainstem and midbrain at single-cell resolution (2020)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Kinugawa, Joachim Luginbuhl, Takeshi K. Matsui, Nobuyuki Eura, Yoshihiko M. Sakaguchi, Jay W. Shin, Kazuma Sugie, Jens C. Schwamborn, Eiichiro Mori
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: － ページ: －
  • DOI: 10.1101/2020.09.02.279380
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Comparative analysis of human brain organoids of brainstem and midbrain at single-cell resolution (2021)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Kinugawa, Nobuyuki Eura, Eiichiro mori, Kazuma Sugie
  • 学会等名: 62th Annual Meating of the Japanese Society of Neurology
  • 国際学会
• [学会発表] Single-cell RNA-sequencing analysis on human brainstem organoids (2020)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Kinugawa, Kazuma Sugie, Eiichiro Mori
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Human InformatiX
  • 国際学会
• [学会発表] Single-cell RNA-sequencing analysis on human brainstem organoids (2020)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Kinugawa, Takeshi K. Matsui, Nobuyuki Eura, Hitoki Nanaura, Tomo Shiota, Naohiko Iguchi, Takao Kiriyama, Eiichiro Mori, Kazuma Sugie
  • 学会等名: 61th Annual Meating of the Japanese Society of Neurology
  • 国際学会