多面的アプローチによる難治性てんかんの分子病態に基づく革新的創薬基盤研究

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H03651
• 研究機関: 福岡大学
• 研究代表者: 廣瀬 伸一 福岡大学, 医学部, 教授 (60248515)
• 研究分担者: 石井 敦士 福岡大学, 医学部, 准教授 (90568825)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: てんかん / iPS細胞 / 遺伝子改変動物 / ハイスループットスクリーニング / 創薬

研究実績の概要

1： ヒトの主に素因性てんかんでの、遺伝子変異の解析を継続的に実施した。動物のてんかんとしてリスターフーディッドラットの責任遺伝子と目される遺伝子の補正を行ったラットの作出を行った。これにより、責任遺伝子の確定を行う基盤が確立し、現在ラットの表現型を調査中である。2： 遺伝子解析で得られた情報を基に、ドラべ症候群のモデル動物となる遺伝子改変動物の数系統の作出が完了した。その動物の細胞を利用して、単一ニューロンを用いたシナプスの機能異常がその抑制性の不良であることを明らかにした。
3:ドラべ症候群患者からのiPS細胞樹立と２）脱落乳歯由来幹細胞（SHED）の樹立を行った。樹立幹細胞は抑制性または興奮性の神経細胞に分化させて、その電気生理学的異常を明らかにしている。4： 上記の情報を基に、病態のネットワークに介入できる薬剤・化合物をMOE (Molecular Operating Environment) を用いた分子会合シミュレーションで探索し、数十種の薬剤候補化合物を得ている。5： 上記で選択された薬剤・化合物を中心に、幹細胞由来より分化誘導された神経細胞を用いて、実際に分子病態が改善される物を選び、抗てんかん薬のシーズとすべく、血液、脳関門透過性などの解析に入った。
6：遺伝子改変動物を用いてのシーズの有効性判定 シーズと目されるシーズを作出した遺伝子改変動物に投与して、動物のてんかん症状が改善するか観察して創薬に結びつける予定である。

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

1：動物のてんかんとしてリスターフーディッドラットの責任遺伝子と目される遺伝子の補正を行ったラットの作出を行った。これにより、責任遺伝子の確定を行う基盤が確立し、現在ラットの表現型を調査中であること。2： 遺伝子解析で得られた情報を基に、ドラべ症候群のモデル動物となる遺伝子改変動物の数系統の作出が完了したこと。その動物の細胞を利用して、単一ニューロンを用いたシナプスの機能異常がその抑制性の不良であることを明らかにしたこと。3:ドラべ症候群患者からのiPS細胞樹立と脱落乳歯由来幹細胞（SHED）の樹立を行った。樹立幹細胞は抑制性または興奮性の神経細胞に分化させて、その電気生理学的異常を明らかにしていること。4： 上記の情報を基に、病態のネットワークに介入できる薬剤・化合物をMOE (Molecular Operating Environment) を用いた分子会合シミュレーションで探索し、数十種の薬剤候補化合物を得ていること。
5： 上記で選択された薬剤・化合物を中心に、幹細胞由来より分化誘導された神経細胞を用いて、実際に分子病態が改善される物を選び、抗てんかん薬のシーズとすべく、血液、脳関門透過性などの解析に入っていること。
以上から、研究はおおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

1：ヒトと動物のてんかんを引き起こす遺伝子同定とその分子ネットワークの解明 ヒトのみならず、自然発症てんかん動物の遺伝子解析を加速・継続して、分子ネットワークの理解を深める。このためヒトてんかんに関連する遺伝子の同定、自然発症動物てんかんに関連する遺伝子の同定　及びヒト・動物てんかんに関連する分子間のネットワーク分析を行う。2：分子ネットワーク情報による遺伝子改変動物作出 遺伝子解析で得られた情報を基に、１）遺伝子編集技術によるマウス・ラット作出と２）キックイン法による遺伝子改変マウス作出を行う。3:てんかんのiPS細胞等の幹細胞と、その遺伝子改変幹細胞の樹立 患者または動物からの１）iPS細胞樹立と２）脱落乳歯由来幹細胞（SHED）の樹立を行い、樹立幹細胞は神経細胞に分化させて、その電気生理学的異常を明らかにする。4：分子ネットワークに介入する薬剤・化合物の分子会合シミュレーションでの選択 上記の情報を基に、病態のネットワークに介入できる薬剤・化合物をMOE (Molecular Operating Environment) を用いた分子会合シミュレーションで探索しする。5：幹細胞由来の神経細胞を用いた、薬剤・化合物のシーズ選択 上記で選択された薬剤・化合物を中心に、幹細胞由来より分化誘導された神経細胞を用いて、実際に分子病態が改善される物を選び、抗てんかん薬のシーズとする。6：遺伝子改変動物を用いてのシーズの有効性判定
シーズと目されるシーズを作出した遺伝子改変動物に投与して、動物のてんかん症状が改善するか観察して創薬に結びつける。

研究成果

• [雑誌論文] Clinical features of early myoclonic encephalopathy caused by a CDKL5 mutation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeda K, Miyamoto Y, Yamamoto H, Ishii A, Hirose S, Yamamoto H.
  • 雑誌名: Brain Dev. 巻: 42 ページ: 73-6
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2019.08.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] A recurrent PJA1 variant in trigonocephaly and neurodevelopmental disorders. (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T, Suzuki T, Raveau M, Miyake N, Sudo G, Tsurusaki Y, Watanabe T, Sugaya Y, Tatsukawa T, Mazaki E, Shimohata A, Kushima I, Aleksic B, Shiino T, Toyota T, Iwayama Y, Nakaoka K, Ohmori I, Sasaki A, Watanabe K, Hirose S, Kaneko S, Inoue Y, Yoshikawa T, Ozaki N, Kano M, Shimoji T, Matsumoto N, Yamakawa K.
  • 雑誌名: Ann Clin Transl Neurol 巻: 7 ページ: 1117-31
  • DOI: 10.1002/acn3.51093
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative characterization of PCDH19 missense and truncating variants in PCDH19-related epilepsy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shibata M, Ishii A, Goto A, Hirose S.
  • 雑誌名: J Hum Genet. 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1038/s10038-020-00880-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Case-control association study of rare nonsynonymous variants of SCN1A and KCNQ2 in acute encephalopathy with biphasic seizures and late reduced diffusion. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shibata A, Kasai M, Terashima H, Hoshino A, Miyagawa T, Kikuchi K, Ishii A, Matsumoto H, Kubota M, Hirose S, Oka A, Mizuguchi M.
  • 雑誌名: J NEUROL SCI. 巻: 414 ページ: 116808
  • DOI: 10.1016/j.jns.2020.116808
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epigenetics explained: a topic "primer" for the epilepsy community by the ILAE Genetics/Epigenetics Task Force. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobow K, Reid CA, van Vliet EA, Becker AJ, Carvill GL, Goldman AM, Hirose S, Lopes-Cendes I, Khiari HM, Poduri A, Johnson MR, Henshall DC.
  • 雑誌名: Epileptic Disord 巻: 22 ページ: 127-41
  • DOI: 10.1684/epd.2020.1143
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Establishment of human induced pluripotent stem cells derived from skin cells of a patient with Dravet syndrome. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kimura Y, Tanaka Y, Shirasu N, Yasunaga S, Higurashi N, Hirose S.
  • 雑誌名: Stem Cell Res 巻: 47 ページ: 101857
  • DOI: 10.1016/j.scr.2020.101857
• [雑誌論文] Application of induced pluripotent stem cells in epilepsy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirose S, Tanaka Y, Shibata M, Kimura Y, Ishikawa M, Higurashi N, Yamamoto T, Ichise E, Chiyonobu T, Ishii A.
  • 雑誌名: Mol Cell Neurosci 巻: 108 ページ: 103535
  • DOI: 10.1016/j.mcn.2020.103535
  • 査読あり
• [雑誌論文] KCNQ2遺伝子のミスセンス変異を共有するてんかん性脳症と良性てんかんの分子病態をmRNA-Seqにより解明する (2020)
  • 著者名/発表者名: 柴田磨己、石井敦士、廣瀨伸一
  • 雑誌名: てんかん治療研究振興財団 研究年報 巻: 31 ページ: 9-16
• [雑誌論文] ドラベ（Dravet）症候群の病態分子基盤の解析および創薬を見据えた患者iPS細胞の作製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 木村雄一、廣瀨伸一
  • 雑誌名: Research 巻: 25 ページ: 5-37
• [学会発表] Development of novel drugs based on the pathomechanisms of developmental epileptic encephalopathy with disease specific induced pluripotent cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shnichi Hirose
  • 学会等名: 2020Educational Seminar of Genetic & Metabolic Diseases for Young Pediatricians/ Investigators (SGMDYPI)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Studies on the pathomechanisms of developmental and epileptic encephalopathy using induced pluripotent stem cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shnichi Hirose
  • 学会等名: 21st Annual Meeting of the Infantile Seizure Society International Symposium on the Pathophysiology of Developmental and Epileptic Encephalopathy
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] てんかん専門医ガイドブック 2020;改訂第2版 (2020)
  • 著者名/発表者名: 廣瀨伸一
  • 総ページ数: 433うち5
  • 出版者: 診断と治療社
  • ISBN: 9784787824172
• [産業財産権] ナトリウムチャネル結合剤及び医薬組成物 (2020)
  • 発明者名: 廣瀬伸一、田中泰圭、柴田磨己
  • 権利者名: 廣瀬伸一、田中泰圭、柴田磨己
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-092485