難治性てんかんに遺伝子修復で挑む

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25670481
• Research Institution: Fukuoka University
• Principal Investigator: 廣瀬 伸一 福岡大学, 医学部, 教授 (60248515)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: てんかん / ドラベ症候群 / 遺伝子 / 遺伝子修復 / ＴＡＬＥＮ

Outline of Annual Research Achievements

てんかんの病態は長い間不明であったが、最近の分子生物学の発展に伴い遺伝子異常が発見されるようになった。単一遺伝子異常によるてんかんであれば、理論的にはその遺伝子を修復することにより根治することができるはずである。生きている細胞の遺伝子を変更、すなわち修復することは、かっては不可能であった。しかしながら、最近いくつかの革新的な分子生物学的技術により、それが可能となった。
単一遺伝子異常によるてんかんでドラベ症候群は、ナトリウムチャネルをコードする遺伝子、ＳＣＮ１Ａの異常による起こる、単一遺伝子異常による難治性のてんかんである。しかしながら、このナトリウムチャネルの機能異常がなぜこの難治性てんかんを引き起こすのかが分かっていなかった。我々はドラベ症候群の患者より樹立したiPS細胞から神経を分化させすることに世界に先駆け成功した。その細胞の電気活動を詳細に調べることにり、異常があるナトリウムチャネルは主に、抑制神経に発現していること。ナトリウムチャネルの異常により、この抑制神経の活動電位が低下して、相対的な神経興奮、すなわち激しいてんけん発作を来すことを明らかにすることができた。
さらにこの細胞を用いて、ＳＣＮ１Ａの異常をＴＡＬＥＮと呼ばれる遺伝子修復技術により、正常化することに成功した。これに対応する形で、正常対照者より樹立iPS細胞にドラベ症候群の患者のＳＣＮ１Ａの異常を同じ方法で導入することに成功した。現在次世代シークエンサーを用いて、他の部分の遺伝子に偶発的に変異が入っていないかを確認している。さらに、遺伝子異常が修復されたiPS細胞より神経細胞を誘導分化させ、病態が回復しているか、健常者iPS細胞からより樹立した神経細胞の神経活動と同じであるか等を評価中である。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

計画と同様にてんかん患者よりiPS細胞を樹立後、神経細胞へ誘導分化することができた。このため、その神経細胞を用いて、世界に先駆けてヒト神経細胞を用いてドラベ症候群の病態がGABA系神経細胞の活動電位の減弱によることを世界に先駆けて明らかにするこができた。これの知見により、ドラベ症候群の病態は抑制神経系の不全によることが証明された。今までＳＣＮ１Ａの異常を持つマウスで観察されていた病態をヒトで再現した事例となった。さらに、ドラベ症候群ではナトリウムチャネル阻害効果がある、抗てんかん薬は患者の症状を悪化させることが知られていたが、その理由がこれらに抗てんかん薬は抑制神経系の不全をさらに悪化させることによることを明確に示すことができた。
ドラベ症候群のiPS細胞の遺伝子修復をＴＡＬＥＮ技術で成功することができた。知りうる限り、ドラベ症候群のiPS細胞の遺伝子修復例は他に報告がない。これにより、本研究の最終目的である、難治性てんかんの遺伝子修復による治療開発へ大きく近づいたことになった。さらに逆に健常者由来のiPS細胞にドラベ症候群の任意の遺伝子異常を導入することに成功した。これにより、希少疾患であるドラベ症候群の患者よりiPS細胞を樹立する要なく、様々な変異によるドラベ症候群の病態研究が行えるようになったと言える。
また、新手法により、iPS細胞をGABA作動性神経のみならず、グルタミン酸作動性神経に分化誘導することもできるようになっている。

Strategy for Future Research Activity

遺伝子異常を修復したiPS細胞から神経細胞を樹立して、そのＧＡＢＡ系細胞の特性が健常者から樹立したiPS細胞からの神経細胞のそれと同様に回復しているか現在確認中である。逆に正常細胞に変異を導入しており（人工患者細胞）、この人工患者細胞のＧＡＢＡ系細胞の特性が患者のそれと一致しているか確認中である。ＳＣＮ１Ａの異常を同時に現在複数の患者由来のiPS細胞の遺伝子修復を継続的に行う予定である。さらに現在は、iPS細胞をGABA作動性神経のみならず、グルタミン酸作動性神経に分化誘導することもできるようになっており、系統の違う神経細胞でも同様の実験を行う。

Research Products

• [Journal Article] Single Nucleotide Variations in CLCN6 Identified in Patients with Benign Partial Epilepsies in Infancy and/or Febrile Seizures. (2015)
  • Author(s): Yamamoto T, Shimojima K, Sangu N, Komoike Y, Ishii A, Abe S, Yamashita S, Imai K, Kubota T, Fukasawa T, Okanishi T, Enoki H, Tanabe T, Saito A, Furukawa T, Shimizu T, Milligan CJ, Petrou S, Heron SE, Dibbens LM, Hirose S, Okumura A.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 10(3) Pages: e0118946
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0118946
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Clinical and genetic features of acute encephalopathy in children taking theophylline. (2015)
  • Author(s): Saitoh M, Shinohara M, Ihii A, Ihara Y, Hirose S, Shiomi M, Kawawaki H, Kubota M, Yamagata T, Miyamoto A, Yamanaga G, Amemiya K, Kikuchi K, Kamei A, Akasaka M, Anzai Y, Mizuguchi M.
  • Journal Title: Brain Dev. Volume: (37) Pages: 463-70.
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2014.07.010
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] JNK is critical for the development of Candida albicans-induced vascular lesions in a mouse model of Kawasaki disease. (2015)
  • Author(s): Yoshikane Y, Koga M, Imanaka-Yoshida K, Cho T, Yamamoto Y, Yoshida T, Hashimoto J, Hirose S, K. Y.
  • Journal Title: Cardiovasc Pathol. Volume: 248(1) Pages: 33-40
  • DOI: 10.1016/j.carpath
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of CYP2C19 polymorphisms on stiripentol administration in Japanese cases of Dravet syndrome. (2015)
  • Author(s): Kouga T, Shimbo H, Iai M, Yamashita S, Ishii A, Ihara Y, Hirose S, Yamakawa K, Osaka H.
  • Journal Title: Brain Dev. Volume: 37(2) Pages: 243-9.
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2014.04.003
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Immediate suppression of seizure clusters by corticosteroids in PCDH19 female epilepsy. (2015)
  • Author(s): Higurashi N, Takahashi Y, Kashimada A, Sugawara Y, Sakuma H, Tomonoh Y, Inoue T, Hoshina M, Satomi R, Ohfu M, Itomi K, Takano K, KIrino T, Hirose S.
  • Journal Title: Brain Dev. Volume: 27 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1016/j.seizure
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A case of recurrent encephalopathy with SCN2A missense mutation. (2015)
  • Author(s): Fukasawa T, Kubota T, Negoro T, Saitoh M, Mizuguchi M, Ihara Y, Ishii A, Hirose S.
  • Journal Title: Brain Dev. Volume: 51(2) Pages: 259-61
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2014.10.001
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Trans-Golgi protein p230/golgin-245 is involved in phagophore formation. (2015)
  • Author(s): Sohda M, Misumi Y, Ogata S, Sakisaka S, Hirose S, Ikehara Y, Oda K.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 456(1) Pages: 275-81
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.11.071
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The kick-in system: a novel rapid knock-in strategy. (2014)
  • Author(s): Tomonoh Y, Deshimaru M, Araki K, Miyazaki Y, Arasaki T, Tanaka Y, Kitamura H, Mori F, Wakabayashi K, Yamashita S, Saito R, Itoh M, Uchida T, Yamada J, Migita K, Ueno S, Kitaura H, Kakita A, Lossin C, Takano Y, Hirose S.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 9(2) Pages: e88549
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0088549
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Elfn1 recruits presynaptic mGluR7 in trans and its loss results in seizures. (2014)
  • Author(s): Tomioka NH, Yasuda H, Miyamoto H, Hatayama M, Morimura N, Matsumoto Y, Suzuki T, Odagawa M, Odaka YS, Iwayama Y, Won Um J, Ko J, Inoue Y, Kaneko S, Hirose S, Yamada K, Yoshikawa T, Yamakawa K, Aruga J.
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 5 Pages: 4501
  • DOI: 10.1038/ncomms5501
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Genotype-phenotype correlations in alternating hemiplegia of childhood. (2014)
  • Author(s): Sasaki M, Ishii A , Saito Y, Morisada N, Iijima K, Takada S, Araki A, Tanabe Y, Arai H, Yamashita S, Ohashi T, Oda Y, et al 34番目
  • Journal Title: Neurology Volume: 82(6) Pages: 482-90.
  • DOI: 10.1212/WNL.0000000000000102
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Obesity attenuates D2 autoreceptor-mediated inhibition of putative ventral tegmental area dopaminergic neurons. (2014)
  • Author(s): Koyama S, Mori M, Kanamaru S, Sazawa T, Miyazaki A, Terai H, Hirose S.
  • Journal Title: Physiol Rep Volume: 2(5) Pages: e12004.
  • DOI: 10.14814/phy2.12004
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A novel SCN1A mutation in a cytoplasmic loop in intractable juvenile myoclonic epilepsy without febrile seizures. (2014)
  • Author(s): Jingami N, Matsumoto R, Ito H, Ishii A, Ihara Y, Hirose S, Ikeda A, Takahashi R.
  • Journal Title: Epileptic Disord. Volume: 16(2) Pages: 227-31.
  • DOI: 10.1684/epd.2014.0657
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Association of nonsense mutation in GABRG2 with abnormal trafficking of GABAA receptors in severe epilepsy. (2014)
  • Author(s): Ishii A, Kanaumi T, Sohda M, Misumi Y, Zhang B, Kakinuma N, Haga Y, Watanabe K, Takeda S, Okada M, Ueno S, Kaneko S, Takashima S, Hirose S.
  • Journal Title: Epilepsy research Volume: 108(3) Pages: 420-32.
  • DOI: 10.1016/j.eplepsyres.2013.12.005
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Distinct neurological disorders with ATP1A3 mutations. (2014)
  • Author(s): Heinzen EL, Arzimanoglou A, Brashear A, Clapcote SJ, Gurrieri F, Goldstein DB, Johannesson SH, Mikati MA, Neville B, Nicole S, Ozelius LJ, Poulsen H, Schyns T, Sweadner KJ, van den Maagdenberg A, Vilsen B, Group AAW.
  • Journal Title: Lancet Neurol. Volume: 13(5) Pages: 503-14
  • DOI: 10.1016/S1474-4422(14)70011-0
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Early onset and focal spike discharges as indicators of poor prognosis for myoclonic-astatic epilepsy. (2014)
  • Author(s): Inoue T, Ihara Y, Tomonoh Y, Nakamura N, Ninomiya S, Fujita T, Ideguchi H, Yasumoto S, Zhang B, Hirose S.
  • Journal Title: Brain & development. Volume: 36(7) Pages: 613-9.
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2013.08.009
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Case of Desbuquois dysplasia type 1: potentially lethal skeletal dysplasia. (2014)
  • Author(s): Inoue S, Ishii A, Shirotani G, Tsutsumi M, Ohta E, Nakamura M, Mori T, Inoue T, Nishimura G, Ogawa A, Hirose S.
  • Journal Title: Pediatrics international Volume: 56(4) Pages: e26-9.
  • DOI: 10.1111/ped.12383
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Intermediate form between alternating hemiplegia of childhood and rapid-onset dystonia-parkinsonism. (2014)
  • Author(s): Sasaki M, Ishii A, Saito Y, Hirose S.
  • Journal Title: Mov Disord Volume: 29(1) Pages: 153-4
  • DOI: 10.1002/mds.25659
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Exacerbation of benign familial neonatal epilepsy induced by massive doses of phenobarbital and midazolam. (2014)
  • Author(s): Maeda T, Shimizu M, Sekiguchi K, Ishii A, Ihara Y, Hirose S, Izumi T.
  • Journal Title: Pediatr Neurol. Volume: 51(2) Pages: 259-61
  • DOI: 10.1016/j.pediatrneurol.2014.04.004
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] てんかんとiPS細胞 (2014)
  • Author(s): 廣瀨伸一
  • Organizer: 第44回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2014-11-19 – 2014-11-21
• [Presentation] A recurrent KCNT1 mutation in two sporadic cases with malignat partial seizures in infancy (2014)
  • Author(s): Okumura A, Ishii A, Shioda M, Kidokoro H, Sakauchi M, Shimada S, Shimizu T, Osawa M, Hirose S,Yamamoto T.
  • Organizer: The 16th Annual Meeting of The Infantile Seizure Society (ISES 2014)
  • Place of Presentation: Ｔｕｒｋｅｙ
  • Year and Date: 2014-06-22 – 2014-06-27
  • Invited
• [Presentation] A Neonatal Case of Malignant Migrating Partial Seizures in Infancy (2014)
  • Author(s): Sato T, Watanabe Y, Watanabe K,Yamashita M, Hashimoto K, Dateki S, Shirakawa T, Nakashima Y, Ihara Y, Ishii A, Hirose S, Moriuchi H.
  • Organizer: The 16th Annual Meeting of The Infantile Seizure Society
  • Place of Presentation: Turkey
  • Year and Date: 2014-06-22 – 2014-06-25
• [Presentation] 最新技術でてんかんへ挑む (2014)
  • Author(s): 廣瀨伸一
  • Organizer: 第217回日本小児科学会宮城地方会
  • Place of Presentation: 宮城
  • Year and Date: 2014-06-08
• [Presentation] Newborn screening for Fabry disease:Prevalence and genotypes from a pilot study in Japan (2014)
  • Author(s): Inoue T, Hattori K, Ihara K, Ishii A, Nakamura M, Hirose S.
  • Organizer: The 2nd Asian Congress for Lysosomal Storage Disease Screening
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2014-06-05 – 2014-06-06
• [Book] Genetics of Epilepsy (2014)
  • Author(s): Hirose S.
  • Total Pages: 31
  • Publisher: Progress in brain research.
• [Book] 小児科研修ノート 第2版 (2014)
  • Author(s): 廣瀨伸一
  • Total Pages: 3
  • Publisher: 診断と治療社