重症心不全に潜む不整脈源性心筋症を診断するバイオマーカーの開発

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K19526
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 坂田 泰史 大阪大学, 大学院医学系研究科, 教授 (00397671)
• 研究分担者: 辻川 和丈 大阪大学, 大学院薬学研究科, 教授 (10207376) ; 肥後 修一朗 大阪大学, 大学院医学系研究科, 特任准教授(常勤) (00604034)
• 研究期間 (年度): 2022-06-30 – 2024-03-31
• キーワード: 不整脈原性心筋症 / バイオマーカー / iPS細胞

研究実績の概要

不整脈原性心筋症症例からiPS細胞を樹立し、ゲノム編集技術を用いて、発症原因であるPKP2遺伝子変異を精密に改変した細胞を作製した。作製したiPS細胞セットをシート状に拍動する心筋細胞に分化させ、機能を解析した結果、PKP2タンパク質の減少に伴い、収縮力が低下すること、デスモゾームの形成異常が生じることを見出し、さらに、ゲノム編集を用いて、生きた細胞においてデスモゾーム動態を可視化するiPS分化心筋細胞を構築した。これらiPS細胞由来分化心筋細胞を用いて、メタボローム解析を実施し、代謝産物に関する予備データを得た。
デスモグレイン2欠損心筋症症例から樹立したiPS細胞、及びストップゲイン変異をゲノム編集により修復したiPS細胞を樹立し、樹立したiPS細胞から分化させた心筋細胞から三次元組織化リングを作成した。これら組織化したiPS分化心筋の培養上清を用いて、ショットガン解析による質量分析を行い、分泌タンパク質に関する予備データを得た。
致死性不整脈を合併し、補助人工心臓が必要な重症心不全に至ったベッカー型筋ジストロフィー女性キャリア症例を見出し、心筋組織病理標本を用いた解析、遺伝解析、iPS細胞から分化させた心筋細胞を用いた機能解析を行った。解析の結果、ジストロフィン遺伝子変異に加え、コラーゲンの生合成に関わるPLOD3の遺伝子バリアントが存在することで、心臓組織の収縮力に加えスティフネス（硬さ）を低下させ、重症化に関与していることを見出し、論文報告した。

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

デスモグレイン2欠損心筋症を同定するためのバイオマーカー探索のため、三次元組織化リング培養上清を用いたショットガン解析によるプロテオミクス解析を行い、予備データを取得した。PKP2欠損による代謝異常解明を目的に、アイソジェニックiPS分化心筋を用いたメタボローム解析を実施し、代謝産物による予備データを得た。

今後の研究の推進方策

デスモグレイン2欠損心筋症、プラコフィリン2変異不整脈原性心筋症から樹立したiPS細胞、及び精密にアレルを改変したiPS細胞を用いて、分化心筋を活用したプロテオミクス解析、メタボローム解析を実施する。2023年度は、更に解析数を増やし、疾患サンプルにおいて変化するバイオマーカーを見出すことを目指すとともに、液体クロマトグラフ質量分析計を用いたバイオマーカーのバリデーションを行う。

次年度使用額が生じた理由

パイロットデータを踏まえ、解析検体数を増やしてメタボローム解析を実施予定だったが、iPS細胞及び分化心筋細胞の品質評価、確認に時間を要し、2022年度末までのメタボローム解析が実施できず、これら解析のために計上していた研究費の執行ができなかった。2022年度末までに、不整脈原性心筋症疾患iPS細胞由来分化心筋細胞の品質確認が完了したため、2023年度上半期において、メタボローム解析を実施予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Disease modeling of desmosome-related cardiomyopathy using induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (2023)
  • 著者名/発表者名: Higo Shuichiro
  • 雑誌名: World Journal of Stem Cells 巻: 15 ページ: 71～82
  • DOI: 10.4252/wjsc.v15.i3.71
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modeling Reduced Contractility and Stiffness Using iPSC-Derived Cardiomyocytes Generated From Female Becker Muscular Dystrophy Carrier (2023)
  • 著者名/発表者名: Kameda Satoshi、Higo Shuichiro、Shiba Mikio、Kondo Takumi、Li Junjun、Liu Li、Tabata Tomoka、Inoue Hiroyuki、Okuno Shota、Ogawa Shou、Kuramoto Yuki、Yasutake Hideki、Lee Jong-Kook、Takashima Seiji、Ikeda Yoshihiko、Hikoso Shungo、Miyagawa Shigeru、Sakata Yasushi
  • 雑誌名: JACC: Basic to Translational Science 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.jacbts.2022.11.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiplexed measurement of cell type-specific calcium kinetics using high-content image analysis combined with targeted gene disruption (2022)
  • 著者名/発表者名: Tabata Tomoka、Masumura Yuki、Higo Shuichiro、Kunimatsu Suzuka、Kameda Satoshi、Inoue Hiroyuki、Okuno Shota、Ogawa Shou、Takashima Seiji、Watanabe Mikio、Miyagawa Shigeru、Hikoso Shungo、Sakata Yasushi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 637 ページ: 40～49
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.10.088
  • 査読あり
• [学会発表] Human iPSC-derived Closed-loop Cardiac Tissue for Improved Drug Assessment (2023)
  • 著者名/発表者名: Ying Hua, Junjun Li, Xiang Qu, Masako Ishida, Noriko Yoshida, Jingbo Zhang, Hayato Miyoshi, Mikio Shiba, Shuichiro Higo, Nagako Sougawa, Maki Takeda, Takuji Kawamura, Ryohei Matsuura, Toshihiko Toyofuku, Yoshiki Sawa, Li Liu, Shigeru Miyagawa
  • 学会等名: 第87回日本循環器学会学術集会
• [学会発表] 分子機能による層別化を目的とした心筋症疾患iPS細胞ライブラリーの構築 (2022)
  • 著者名/発表者名: 肥後 修一朗, 木岡 秀隆, 李 鍾國, 彦惣 俊吾, 朝野 仁裕, 宮川 繁, 坂田 泰史
  • 学会等名: 第26回日本心不全学会学術集会 シンポジウム ゲノム情報を活かした心筋症医療
  • 招待講演
• [学会発表] 分子機能による難治性心筋症の層別化と病態解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 肥後修一朗
  • 学会等名: 第70回日本心臓病学会学術集会
  • 招待講演