iPS細胞を用いた運動ニューロン疾患の神経筋シナプス機能の解析

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K07471
• 研究機関: 愛知医科大学
• 研究代表者: 丹羽 淳一 愛知医科大学, 医学部, 教授 (50378022)
• 研究分担者: 岡田 洋平 愛知医科大学, 加齢医科学研究所, 教授 (30383714) ; 伊藤 卓治 愛知医科大学, 加齢医科学研究所, 助教 (30794151) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 疾患特異的iPS細胞 / 運動ニューロン疾患 / 神経筋接合部 / 運動ニューロン / 骨格筋 / オプトジェネティクス

研究実績の概要

運動ニューロンと骨格筋は主に神経筋接合部（Neuromuscular junction：NMJ）を介して情報伝達を行うため、このような疾患の病態解析のためには、NMJを介した運動ニューロンと骨格筋の相互作用を機能的に解析し得るモデルの開発が必要である。しかし、運動ニューロンと骨格筋の相互作用を一つの機能単位として捉え、NMJのシナプス機能を解析し得る疾患モデルの報告は乏しい。本研究では、ヒトiPS細胞を用いた神経・筋共培養システムを構築し、その機能性を明らかにすることで、様々な神経筋疾患の病態解析に応用することを目的としている。
まず、ヒトiPS細胞から誘導した運動ニューロンと骨格筋による共培養を行い、神経筋接合部（NMJ）を形成させ、その過程を経時的に捉えることに成功した。次に、生理学的解析に用いるプローブの表面処理を改善し、培養条件を検討することで、プローブ上での安定的な共培養が可能になった。この方法を用いて、チャネルロドプシンを導入した運動ニューロンと骨格筋を共培養し、NMJの機能性を捉えることに成功した。さらに、三次元培養の手法を用いて、iPS細胞から三次元骨格筋組織を作成することに成功しており、さらなる解析を進めていく予定である。

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

NMJの機能性を解析し得る共培養システムや、三次元骨格筋組織の培養法を確立できており、概ね順調に進捗していると考えられる。

今後の研究の推進方策

三次元骨格筋組織を用いた解析、疾患特異的iPS細胞を用いた解析等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。引き続き、実験試薬や実験器具等の消耗品の購入等に当てる予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Genetic factors affecting survival in Japanese patients with sporadic amyotrophic lateral sclerosis: a genome-wide association study and verification in iPSC-derived motor neurons from patients (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura R, Tohnai G, Nakatochi M, Atsuta N, Niwa J, Doyu M, Onodera K, Ito T, Okada Y, Okano H, Sobue G, JaCALS study group et al.,
  • 雑誌名: J Neurol Neurosurg Psychiatry 巻: 94 ページ: 816-824
  • DOI: 10.1136/jnnp-2022-330851
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple and efficient differentiation of human iPSCs into contractible skeletal muscles for muscular disease modeling (2023)
  • 著者名/発表者名: Rashid MI, Ito T, Miya F, Shimojo D, Arimoto K, Onodera K, Okada R, Nagashima T, Yamamoto K, Khatun Z, Shimul RI, Niwa J, Katsuno M, Sobue G, Okano H, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y*
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 13 ページ: 8146
  • DOI: 10.1038/s41598-023-34445-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monomerization of TDP-43 is a key determinant for inducing TDP-43 pathology in amyotrophic lateral sclerosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Oiwa K, Watanabe S, Onodera K, Iguchi Y, Kinoshita Y, Komine O, Sobue A, Okada Y, Katsuno M, Yamanaka K
  • 雑誌名: Sci Adv 巻: 9 ページ: eadf689
  • DOI: 10.1126/sciadv.adf6895
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] iPS 細胞を用いた神経疾患の病態解明と治療戦略 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平
  • 雑誌名: 機能的脳神経外科 巻: 62 ページ: 42-48
  • 査読あり
• [雑誌論文] iPS細胞を用いた神経疾患研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平、伊藤卓治、小野寺一成
  • 雑誌名: 日本臨床検査医学会誌 巻: 71 ページ: 704-710
• [学会発表] Elucidating early pathophysiology of spinal-bulbar muscular atrophy using disease-specific iPSCs (2023)
  • 著者名/発表者名: 小野寺 一成, 下門 大祐, 石原 康晴, 太田 明伸, 宮 冬樹, Rashid Muhammad Irfanur, 伊藤 卓治, 岡田 梨奈, 細川 好孝, 道勇 学, 祖父江 元, 勝野 雅央, 岡野 栄之, 岡田 洋平
  • 学会等名: 第64回日本神経学会学術大会
• [学会発表] Pathophysiological analysis of motor neuron diseases focusing on neuromuscular interactions (2023)
  • 著者名/発表者名: Okada Y
  • 学会等名: 第46回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] iPS細胞を用いた神経変性疾患の病態解明・治療開発研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平
  • 学会等名: 愛知医科大学加齢医科学研究所40周年記念学術講演会
• [学会発表] Understanding the pathology caused by neuromuscular interactions in motor neuron disease (2023)
  • 著者名/発表者名: Okada Y
  • 学会等名: Fujita International Symposium on Brain Science 2023
  • 招待講演
• [学会発表] Exploration of pathogenic molecules in motor neuron disease using the human ipsc-derived neuromuscular model (2023)
  • 著者名/発表者名: Ito T, Rashid MI, Onodera K, Okada R, Shimojo D, Tanaka S, Katsuno M, Sobue G, Doyu M, Okano H, Okada Y
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] The effects of small molecule compounds on the differentiation and maturation of iPSCderived skeletal muscle (2023)
  • 著者名/発表者名: Jamee FU, Ito T, Rashid MI, Sakurai H, Okada Y
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Establishment of a more efficient disease model for ALS using feeder-free disease specific iPSCs (2023)
  • 著者名/発表者名: Khatun Z, Onodera K, Yamaguchi S, Okada R, Ito T, Rashid MI, Inoue H, Aoki M, Okano H, Doyu M, Okada Y
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] The effects of small molecule compounds on the maturation of iPSC-derived skeletal muscle (2023)
  • 著者名/発表者名: Jamee FU, Ito T, Rashid MI, Sakurai H, Okada Y
  • 学会等名: 第23回日本再生医療学会総会
• [学会発表] ALSの早期診断・遺伝子診断 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村亮一、熱田直樹，藤内玄規，丹羽淳一，道勇 学，祖父江 元
  • 学会等名: 第64回日本神経学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 筋萎縮性側索硬化症（ALS）新規治療基軸エダラボンの臨床効果に関する検証 (2023)
  • 著者名/発表者名: 湯淺知子，川頭祐一，丹羽淳一，道勇 学
  • 学会等名: 第64回日本神経学会学術大会
• [学会発表] Genetic factors affecting survival in Japanese patients with sporadic amyotrophic lateral sclerosis: a genome-wide association study and verification in iPSC-derived motor neurons from patients (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura R, Tohnai G, Nakatochi M, Niwa JI, Doyu M, Fujimori K, Morimoto S, Okada Y, Okano H, Sobue G et al.,
  • 学会等名: 34th international symposium on ALS/MND
  • 国際学会
• [備考] 愛知医科大学 医学部 神経内科
  • URL: https://www.aichi-med-u.ac.jp/su06/su0607/su060703/02.html
• [備考] 愛知医科大学 加齢医科学研究所 神経iPS細胞研究部門
  • URL: https://okadalab-hp.com/