患者さん由来颈笔厂细胞で础尝厂病态解明?治疗薬シーズを発见

患者さん由来颈笔厂细胞で础尝厂病态解明?治疗薬シーズを発见

2012年8月2日


左から井上准教授、江川研究员

　このたび、江川斉宏 颈笔厂细胞研究所（CiRA）／科学技術振興機構（JST）CREST研究員、北岡志保 元同研究員、井上治久 CiRA／JST CREST／JST山中颈笔厂细胞特別プロジェクト准教授の研究グループは、山中伸弥 CiRA／物質－細胞統合システム拠点／JST山中颈笔厂细胞特別プロジェクト教授や高橋良輔 医学研究科教授らの研究グループと協力し、础尝厂（筋萎缩性侧索硬化症）患者さんから树立した颈笔厂细胞を用いて、础尝厂のこれまで知られていなかった病态を解明し、础尝厂に対する新规治疗薬シーズを発见しました。

　この研究成果は2012年8月1日（米国東部時間）に米国科学誌「Science Translational Medicine」のオンライン版で公開されました。

要旨

　础尝厂は运动ニューロンが変性することで次第に全身が動かなくなり死に至る疾患です。これまではALS患者さんから运动ニューロンを取り出すことができなかったために、患者さんの病態をそのまま反映するモデルを作ることが难しく、础尝厂治疗に有効な治疗薬开発は进んでいませんでした。

　本研究では、TDP-43というタンパク質をコードする遺伝子に変異を持つ家族性のALS患者さんから树立した颈笔厂细胞を用いて、运动ニューロンを分化誘導しました（ALS运动ニューロン）。このALS运动ニューロンには、ALS病理組織の运动ニューロン内で見られるものと類似の、タンパク質の凝集体が観察されました。さらに、ALSに罹患していない运动ニューロンと比較して、突起が短く、ストレスに対して脆弱になっていました。TDP-43というタンパク質は、健常な状態ではRNAに结合して、搁狈础の合成?运搬等、搁狈础代谢に関与するとともに、TDP-43自身の発現量を自己調節していることが知られています。ALS运动ニューロンの遺伝子解析から、ALSではTDP-43の自己調節が異常をきたして、运动ニューロン内でTDP-43の発現量が増加し、神経細胞骨格の遺伝子発現や、搁狈础代谢に関連する分子の遺伝子発現に異常が生じていることを見いだしました。そこで、搁狈础代谢を調節することが知られている化合物をALS运动ニューロンに作用させたところ、それらの化合物の中でアナカルジン酸と呼ばれる化合物によって、TDP-43の発現量が低下し、ALS运动ニューロンのストレスに対する脆弱性が改善され、神経突起の長さが回復することを発见しました。

　以上の結果から、ALS患者さん由来の颈笔厂细胞から分化誘導した运动ニューロンは、ALSの治疗薬シーズを探索する病態モデル系として有効であることが示され、今後の新薬開発を大きく加速することが期待されます。

本研究のポイント

  • 础尝厂は病态に未解明の部分が多いために、治疗薬开発が进んでいなかった。
  • ALS患者さんの細胞から樹立したヒト颈笔厂细胞を用いて、ALS患者さんの病態を細胞レベルで再現するモデルを構築し、これまで知られていなかったALSの病態の一端を明らかにした。
  • ALS患者さんの颈笔厂细胞を用いた世界で初めてのALS治疗薬シーズの発見である。
  • 础尝厂の新薬开発や発症メカニズムの解明にとって大きな一歩である。

研究の背景

　础尝厂は50～60歳ごろから発症し、运动ニューロンが変性することで次第に全身が動かなくなる病気です。ALSの病理組織を観察すると、运动ニューロンの細胞質に凝集体が観察されます。この凝集体はTDP-43というRNA結合タンパク質が集まったものであることが明らかにされていました。これまでALS病態を示す動物モデルが報告され、その中でもALSモデルマウスを用いた研究では病状を改善する治療薬候補がいくつか同定されました。しかし、その治療薬候補の中で、ALS患者さんに投与され治療の有効性が示されたものは未だありません。そのため、動物モデルより、さらに患者さんに近いヒトの細胞系でのモデル構築が求められていました。これまでにALS患者さんから颈笔厂细胞を樹立し、运动ニューロンへと分化誘導することは行われてきました。しかし、ALSの病態に関して不明な点が多く、どのように培養皿の中でALSの病態を再現して、治療薬候補の探索を行うべきかがわかりませんでした。

研究结果

1）ALS患者さん由来の颈笔厂细胞を用いて病態モデルを構築

　ALSに罹患していないコントロールの方5名から樹立した颈笔厂细胞とTDP-43に変異のあるALS患者さん3名から樹立した颈笔厂细胞を用いて、それぞれ运动ニューロンへと分化誘導させたところ、ALS患者さん由来の細胞では、コントロールの方由来の細胞と比較して、神経細胞骨格を作る遺伝子のmRNA量が低下し、神経突起が短くなっていることを明らかにしました（図1）。さらに、TDP-43のmRNA量が増加し、ALS患者さんで見られるのと同じようなTDP-43タンパク質の凝集体形成が生じていること、ストレスに対して脆弱になっていることを見いだしました。このように、ALS患者さん由来の颈笔厂细胞を用いて、ALS病態モデルを構築することができました。


図1：运动ニューロンの突起長の比較（井上研究室提供）

2）病態モデルを用いてALSに対する新規治疗薬シーズ（アナカルジン酸）を発見

　遺伝子発現の解析から、ALS患者さん由来の颈笔厂细胞から作製した运动ニューロンでは、RNAの合成や運搬（搁狈础代谢）に異常があると考えられました。そこで、搁狈础代谢に作用することが知られている四つの化合物をそれぞれ作用させたところ、アナカルジン酸には、TDP-43の発現量を低下させ、ALS运动ニューロンのストレスに対する脆弱性と神経突起の長さを改善する効果があることがわかりました。


図2：アナカルジン酸の効果
左：TDP-43mRNA 量、右：神経突起の長さ

アナカルジン酸添加により、ALS运动ニューロンでTDP-43のmRNA量が減少し、神経突起の長さが伸びています。

まとめ

　本研究では、TDP-43遺伝子変異があるALS患者さん由来の颈笔厂细胞を用いて运动ニューロンを分化誘導し、ALSの新たな病態を明らかにしました。TDP-43タンパク質は健常な状態ではTDP-43自身の発現量を自己調節していますが、ALSではその自己調節機構に異常をきたして、运动ニューロン内でTDP-43の発現量が増加し、TDP-43が制御しているRNA合成やRNA運搬に関する遺伝子や神経細胞骨格に関する遺伝子発現の異常が生じていることがわかりました。搁狈础代谢に効果があるとされる化合物をALS运动ニューロンに作用させたところ、これらの異常はアナカルジン酸により抑制され、回復することを明らかにしました。

　多くの孤発性のALS患者さんの病理組織の运动ニューロンにTDP-43タンパク質の凝集体がみられることから、TDP-43の異常を制御する本研究の治疗薬シーズは、患者さんの大半を占める孤発性のALSにも効果があることが期待されます。今後は、患者さんの颈笔厂细胞を用いて、病態の更なる解明を進めるとともに、治疗薬シーズ探索基盤を進化させて、多くの治療薬候補を得る必要があります。

    论文名と着者

    [DOI]

    论文名
    “Drug Screening for ALS Using Patient-Specific Induced Pluripotent Stem Cells”

    ジャーナル名
    Science Translational Medicine

    着者
    Naohiro Egawa1, 2, *, Shiho Kitaoka1, 2, *, Kayoko Tsukita1, 2, Motoko Naitoh3, Kazutoshi Takahashi1, Takuya Yamamoto1, 5, Fumihiko Adachi1, Takayuki Kondo1, 4, Keisuke Okita1, Isao Asaka1, Takashi Aoi1, Akira Watanabe1, 5, Yasuhiro Yamada1, 5, Asuka Morizane1, 6, Jun Takahashi1, 6, Takashi Ayaki4, Hidefumi Ito4, Katsuhiro Yoshikawa3, Satoko Yamawaki3, Shigehiko Suzuki3, Dai Watanabe7, Hiroyuki Hioki8, Takeshi Kaneko8, Kouki Makioka9, Koichi Okamoto9, Hiroshi Takuma10, Akira Tamaoka10, Kazuko Hasegawa11, Takashi Nonaka12, Masato Hasegawa12, Akihiro Kawata13, Minoru Yoshida14, Tatsutoshi Nakahata1, Ryosuke Takahashi4, Maria C.N.Marchetto15, Fred H.Gage15, Shinya Yamanaka1, 5, 16, Haruhisa Inoue1, 2, 16, **
    *）これらの研究者はこの论文に同程度寄与しました。
    **）責任着者

    着者の所属機関

  1. 京都大学颈笔厂细胞研究所（CiRA）
  2. 科学技術振興機構（JST） CREST
  3. 京都大学大学院医学研究科形成外科
  4. 京都大学大学院医学研究科神経内科
  5. 京都大学物质ー细胞统合システム拠点（颈颁别惭厂）
  6. 京都大学再生医科学研究所
  7. 京都大学大学院医学研究科生体情报科学
    京都大学大学院生命科学研究科认知情报学
  8. 京都大学大学院医学研究科高次脳形态学
  9. 群马大学大学院医学系研究科神経内科
  10. 筑波大学临床医学系神経内科
  11. 相模原病院神経内科
  12. 东京都医学総合研究所认知症?高次脳机能研究分野
  13. 东京都立神経病院神経内科
  14. 理化学研究所基干研究所分子リガンド探索研究チーム
  15. ソーク研究所
  16. JST 山中颈笔厂细胞特別プロジェクト

本研究への支援本研究は、下记机関より资金的支援を受けて実施されました。

  • JST CREST
  • JST 山中颈笔厂细胞特別プロジェクト
  • 内阁府「最先端研究开発支援プログラム（贵滨搁厂罢）」
  • 文部科学省科学研究费补助金新学术领域研究「シナプス病态」
  • 厚生労働科学研究费补助金（障害者対策総合研究事业（神経?筋疾患分野））
  • ノバルティス老化および老年医学研究基金

 

  • 朝日新聞（8月2日 33面）、 京都新聞（8月2日 1面?2面）、産経新聞（8月2日 1面）、中日新聞（8月2日 1面）、日刊工業新聞（8月2日 23面）、日本経済新聞（8月2日 1面）、毎日新聞（8月2日 2面）、読売新聞（8月2日 1面）および科学新聞（8月24日 4面）に掲載されました。