The establishment of drug screening system for polyglutamine disease using disease specific iPSCs

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K07539
• Research Institution: Aichi Medical University
• Principal Investigator: 丹羽 淳一 愛知医科大学, 医学部, 教授 (50378022)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡田 洋平 愛知医科大学, 医学部, 准教授 (30383714) ; 伊藤 卓治 愛知医科大学, 公私立大学の部局等, 客員研究員 (30794151)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 疾患特異的iPS細胞 / ポリグルタミン病 / スクリーニング / 球脊髄性筋萎縮症

Outline of Annual Research Achievements

(1)解析に用いるSBMAモデル細胞の作製：筋収縮を確認できたヒト骨格筋細胞であるHu5/KD3を用いて、AR24Q（正常型）または AR55Q, AR97Q（変異型）を定常発現するヒト骨格筋細胞株を作成し、ウマ血清存在下で筋管を誘導し、導入した変異ARの発現と凝集体形成、筋収縮能の変化を解析している。
(2)内在性伸長ポリグルタミン鎖を可視化し得る新規プローブの作成：前年度までに、正常ポリグルタミン鎖（正常CAGリピート数）をもつtruncate AR24QとEmGFPの融合タンパク （tAR24Q-EmGFP）は、全長ARの凝集体形成を可視化し得ることを確認したが、毒性を示す可能性があることから、より毒性が低いと考えられるプローブを作成し、その特性解析を進めている。
(3)疾患特異的iPS細胞を用いた検討：iPS細胞由来運動ニューロンの分化成熟促進法を確立し、この培養法を用いてSBMAの表現型を再現し得た。また、iPS細胞由来骨格筋の簡便、かつ迅速な分化誘導法を確立した。さらに、この培養法を用いて、iPS細胞由来骨格筋の三次元培養を行い、その筋収縮を得ることに成功した。現在、成熟促進法の検討、および疾患特異的iPS細胞由来骨格筋の表現型解析を進めている。このようにして疾患特異的iPS細胞から誘導した運動ニューロンや骨格筋は、作成したプローブの評価、および最適化に用いることができると考えられる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ヒト骨格筋細胞株を用いた解析では、病態を再現し得る疾患モデルを作成したが、機能性において課題を抱えており、さらなる検討が必要である。また、疾患特異的iPS細胞を用いた解析では、iPS細胞由来骨格筋の簡便、かつ迅速な分化誘導法を確立したが、成熟が不十分であると考えられ、現在成熟促進法の検討を進めている。これにより、より解析に適した疾患モデルの作成が可能になると考えられる。これらの解析と同時に、より効率的に凝集体を可視化し得るプローブの作成を進めている。

Strategy for Future Research Activity

iPS細胞を用いた疾患モデルの作成を進めるとともに、作製した疾患モデル細胞を用いて、作成したプローブの評価を行っていく予定である。

Causes of Carryover

効率的な研究費の使用により、次年度使用額が生じた。翌年度分と合わせて、実験試薬や実験器具等の消耗品の購入、研究技術員の雇用等に充てる予定である。

Research Products

• [Journal Article] Two distinct mechanisms of neuropathy in immunoglobulin light chain (AL) amyloidosis (2021)
  • Author(s): Koike H, Mouria N, Fukamia Y, Iijima M, Matsuo K, Yagi N, Saito A, Nakamura H, Takahashi K, Nakae Y, Okada Y, Tanaka F, Sobue G, Katsuno M
  • Journal Title: Commun Biol. Volume: 421 Pages: 117305
  • DOI: 10.1016/j.jns.2020.117305.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective suppression of polyglutamine-expanded protein by lipid nanoparticle-delivered siRNA targeting CAG expansions in the mouse CNS. (2021)
  • Author(s): Hirunagi T, Sahashi K, Tachikawa K, Leu AI, Nguyen M, Mukthavaram R, Karmali PP, Chivukula P, Tohnai G, Iida M, Onodera K, Ohyama M, Okada Y, Okano H, Katsuno M.
  • Journal Title: Mol Ther Nucleic Acids. Volume: 24 Pages: 1月10日
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2021.02.007.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of a Human Neuromuscular Tissue-on-a-Chip Model on a 24-Well-Plate-Format Compartmentalized Microfluidic Device (2021)
  • Author(s): Yamamoto K, Yamaoka N, Imaizumi Y, Nagashima T, Furutani T, Ito T, Okada Y, Honda H, Shimizu K
  • Journal Title: Lab on a Chip Volume: 21 Pages: 1897-1907
  • DOI: 10.1039/d1lc00048a.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Antiparkinsonian drugs as potent contributors to nocturnal sleep in patients with Parkinson's disease. (2021)
  • Author(s): Taguchi S, Koide H, Oiwa H, Hayashi M, Ogawa K, Ito C, Nakashima K, Yuasa T, Yasumoto A, Ando H, Fujikake A, Fukuoka T, Tokui K, Izumi M, Tsunoda Y, Kawagashira Y, Okada Y, Niwa JI, Doyu M.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 16 Pages: e0255274
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0255274.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Developmental dysregulation of excitatory-to-inhibitory GABA-polarity switch may underlie schizophrenia pathology: A monozygotic-twin discordant case analysis in human iPS cell-derived neurons. (2021)
  • Author(s): Toritsuka M, Yoshino H, Makinodan M, Ikawa D, Kimoto S, Yamamuro K, Okamura K, Akamatsu W, Okada Y, Matsumoto T, Hashimoto K, Ogawa Y, Saito Y, Watanabe K, Aoki C, Takada R, Fukami SI, Hamano-Iwasa K, Okano H, Kishimoto T.
  • Journal Title: Neurochem Int. Volume: - Pages: 105179
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2021.02.007.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 疾患特異的iPS細胞を用いた運動ニューロン疾患の病態解明と治療開発 (2021)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 病態に基づいた神経疾患の再生戦略 (2021)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: 浜松医科大学尖端医学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 疾患特異的iPS細胞を用いた神経・筋病態の解明 (2021)
  • Author(s): 岡田洋平
  • Organizer: 第60回日本臨床検査医学会東海・北陸支部総会、第344回日本臨床化学会東海・北陸支部例会 連合大会
  • Invited
• [Presentation] Elucidating early pathophysiology of spinal-bulbar muscular atrophy using disease-specific iPSCs (2021)
  • Author(s): 小野寺一成, 下門大祐, de Ara?jo Herculano B,石原康晴, 依田真由子, 太田明伸, 矢野真人, 宮冬樹, Rashid MI, 伊藤卓治, 岡田梨奈, 角田達彦, 細川好孝, 道勇学, 祖父江元, 勝野雅央, 岡野栄之, 岡田 洋平
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] SynGAP variant from ALS cohort causes spine abnormality by excessive recruitment of FUS and hnRNPK (2021)
  • Author(s): 横井聡, 伊藤卓治, 佐橋健太郎, 中村亮一, 石垣診祐, 熱田直樹, 勝野雅央, 岡田 洋平, 祖父江元
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] 脳卒中患者における自律神経機能と病状との関連 (2021)
  • Author(s): 中島 康自, 小出 弘文, 林 未久, 伊藤 千弘, 湯淺 知子, 安本 明弘, 安藤 宏明, 田口 宗太郎, 藤掛 彰史, 福岡 敬晃, 徳井 啓介, 川頭 祐一, 岡田 洋平, 丹羽 淳一, 道勇 学
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Allele selective suppression of mutant polyQ protein by LNP-delivered siRNA targeting CAG expansions (2021)
  • Author(s): 蛭薙智紀, 佐橋健太郎, 立川潔, Leu A, Nguyen M, Mukthavaram R, Karmali P, Chivukula P, 藤内玄規, 飯田円, 小野寺一成, 大山学, 岡田 洋平, 岡野栄之, 勝野雅央
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] The effects of g-secretase inhibitor on differentiation of iPSC-derived neurons (2021)
  • Author(s): 福井ナナミ、伊藤卓治、杉山香織、岡田梨奈、小野寺一成、Zohora Khatun、道勇学、岡田洋平
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会 CJK第1回国際会議
• [Presentation] Establishment of hiPSC-derived functional neuromuscular models for the analysis of neuromuscular diseases (2021)
  • Author(s): 伊藤卓治、ラシッド ムハンマド イルファヌール、田中智史、下門大祐、岡野栄之、道勇学、岡田洋平
  • Organizer: ヒトiPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋を用いた機能的神経筋共培養モデルの構築、第44回日本神経科学大会 CJK第1回国際会議
• [Presentation] Efficient, reproducible, and functional differentiation of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) into skeletal muscles for muscular disease modeling. (2021)
  • Author(s): Rashid MI, Ito T, Shimojo D, Khatun Z, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y.
  • Organizer: PACTALS 2021 NAGOYA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Elucidating early pathophysiology of Spinal-bulbar muscular atrophy using diseasespecific iPSCs. (2021)
  • Author(s): Onodera K, Shimojo D, de Ara?jo Herculano B, Ishihara Y, Yoda M, Ota A, Rashid MI, Ito T, Okada R, Hosokawa Y, Doyu M, Sobue G, Katsuno M, Okano H, Okada Y
  • Organizer: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium, Tokyo
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Establishment of iPSC-derived neuromuscular co-culture model for the analysis of non-cell autonomous neurodegeneration in motor neuron diseases (2021)
  • Author(s): Ito T, Rashid MI, Tanaka S, Shimojo D, Okano H, Doyu M, Okada Y.
  • Organizer: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium, Tokyo
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient, reproducible and functional differentiation of human iPSCs into skeletal muscles for muscular disease modeling. (2021)
  • Author(s): Rashid MI, Ito T, Shimojo D, Khatun Z, Sakurai H, Shimizu K, Doyu M, Okada Y.
  • Organizer: ISSCR/JSRM 2021 Tokyo International Symposium, Tokyo
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 愛知医科大学医学部内科学講座（神経内科）
  • URL: https://www.aichi-med-u.ac.jp/su06/su0607/su060703/02.html