Stem cell-based study of FSHD pathology

基于干细胞的 FSHD 病理学研究

• 批准号: 19K16611
• 负责人: 佐々木 充
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K16611/
• 关键词: 顔面肩甲上腕型筋ジストロフィー; 患者由来人工多能性幹細胞; 病態モデル; 幹細胞

本研究は、根本的治療法のない顔面肩甲上腕型筋ジストロフィー（FSHD）について、幹細胞技術を起点として治療法提案を目指した。FSHDはDUX4遺伝子の異常発現に起因する遺伝性疾患であることは分かっている。しかし、未だ遺伝的背景から筋委縮へ至る病態メカニズムは分かっていない。特に、DUX4の遺伝子発現そのものは胎児期からすでに確認されるのに対し、実際には生後10代頃まで発症しないという、遺伝子発現と臨床像の間に大きなタイミングのずれがある。そこで本研究では、骨格筋細胞の時期特異性に着目しながら、ヒト人工多能性幹細胞（iPS細胞）を活用して、患者の臨床的特徴に直結する表現型を見出し、その分子病態を検証し、FSHD治療の分子標的を求める。まず、様々な時期に相当する筋細胞へのiPS細胞の分化誘導と、遺伝子工学を技術基盤として、病態モデルの基礎となる新たな骨格筋細胞のモデル系構築を進めた。初年度は、iPS細胞から誘導される骨格筋細胞をいくつかの方法で作成し、その筋細胞において、成熟化の程度の指標となる遺伝子発現を調べることで目的の筋細胞が得られるかを調べた。試した分化誘導法のうちの一つで、出生後の時期に相当する遺伝子マーカーの発現が確認された。従来の分化誘導法では、胚性期か胎児期に相当する筋細胞が得られていたことから、本結果ではより発生上より進んだ段階の筋細胞が得られたことを意味する。また、FSHD患者由来iPS細胞から骨格筋幹細胞のマーカー遺伝子レポーター株を作製した。この株においても上記の分化誘導法が適用できることが確認できた。ただし、この方法は最終目標のための実験に必要な細胞を確保するにあたり相当の実験動物が必要となることがネックとなり、計画書に記載の、実験動物を用いない代替案を検討し進めた。

这项研究旨在提出对面部肩cap骨营养不良（FSHD）的治疗方法，该治疗从干细胞技术开始。众所周知，FSHD是由DUX4基因异常表达引起的遗传性疾病。但是，导致遗传背景肌肉收缩的病理机制仍然未知。特别是，基因表达和临床特征之间存在主要的时机差异，而dux4基因表达本身已经从胎儿阶段确认，但实际上直到青少年时代才会发展。因此，在这项研究中，在关注骨骼肌细胞的时间特异性的同时，我们利用人类诱导的多能干细胞（IPS细胞）来发现与患者临床特征直接相关的表型，验证其分子病理学，并寻求分子靶标进行FSHD治疗。首先，我们一直在努力将IPS细胞分化为与各个时期相对应的肌肉细胞，并使用基因工程作为技术基础，为骨骼肌细胞构建一个新的模型系统，该系统是构成病理模型基础的新模型系统。在第一年，使用几种方法创建了源自IPS细胞的骨骼肌细胞，并检查了肌肉细胞，以确定是否可以通过检查基因表达来获得感兴趣的肌肉细胞，这是成熟程度的指标。诱导分化测试的一种方法证实了与产后时期相对应的遗传标记的表达。在传统的诱导分化方法中，获得了与胚胎或胎儿相对应的肌肉细胞，并且该结果表明在比发育阶段更先进的阶段的肌肉细胞获得了。此外，由FSHD患者得出的IPS细胞制备了骨骼肌干细胞的标记基因报告菌株。已证实上述分化诱导方法也可以应用于该菌株。但是，这种方法是一种缺点，即需要大量的实验动物来保护实验目标所需的细胞，而另一种方法不使用计划中所述的实验动物。

项目成果

Generation of a transgene-free iPSC line and genetically modified line from a facioscapulohumeral muscular dystrophy type 2 (FSHD2) patient with SMCHD1 p.Lys607Ter mutation

从具有 SMCHD1 p.Lys607Ter 突变的 2 型面肩肱型肌营养不良症 (FSHD2) 患者中生成无转基因 iPSC 系和转基因系

• DOI: 10.1016/j.scr.2020.101884
• 发表时间: 2020
• 期刊: Stem Cell Research
• 影响因子: 1.2
• 作者: Sasaki-Honda Mitsuru;Kagita Akihiro;Jonouchi Tatsuya;Araki Toshiyuki;Hotta Akitsu;Sakurai Hidetoshi
• 通讯作者: Sakurai Hidetoshi

Establishment of gene-corrected iPSC clones derived from FSHD2 patients with different mutations

源自具有不同突变的 FSHD2 患者的基因校正 iPSC 克隆的建立

• 发表时间: 2020
• 作者: 鈴木 十萌歌;永田 奈々恵;村田 幸久;Mitsuru Sasaki-Honda
• 通讯作者: Mitsuru Sasaki-Honda

Unveiled transcriptional role of oxidative stress in a muscular dystrophy using a patient-derived iPSC model

使用源自患者的 iPSC 模型揭示氧化应激在肌营养不良症中的转录作用

• 发表时间: 2020
• 作者: Kobayashi Masayuki;Ando Shohei;Kawamata Toyotaka;Makiyama Junya;Yokoyama Kazuaki;Imai Yoichi;Tojo Arinobu;Mitsuru Sasaki-Honda
• 通讯作者: Mitsuru Sasaki-Honda