Research

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研究内容

研究手法:スライスパッチクランプ、分子生物学、シングルセルPCR、レンチウイルス/AAVベクター作成、免疫組織染色、行動実験

1. 神経変性疾患、とくに脊髄小脳失調症(Spinocerebellar Ataxia; SCA)の病態解明と治療法に関する研究

 脊髄小脳変性症(Spinocerebellar degeneration; SCD)は小脳を中心に中枢神経系が障害される進行性の神経変性疾患であり、運動失調、構音障害、嚥下障害などが出現する。日本のSCD患者は約2万5千人で、そのうち約3分の1が遺伝性の脊髄小脳失調症(Spinocerebellar ataxia; SCA)である。現在、運動失調を有意に改善させる治療法は存在せず、日常生活の質を大きく向上させる治療法が切望されている。我々の研究室では、SCAモデルマウスの進行性運動失調を、間葉系幹細胞の投与や遺伝子治療によって顕著に改善することに成功している。

間葉系幹細胞を用いた治療法の開発

間葉系幹細胞は、間葉系に属する骨芽細胞、脂肪細胞、筋細胞、軟骨細胞などへの分化能をもち再生医療への応用が期待されている。我々はSCA1モデルマウスに3,000個の間葉系幹細胞を髄注することで進行性の運動失調を顕著に抑制できることを報告した。

 

Nakamura K, Mieda T, Suto N, Matsuura S, Hirai H.
Mesenchymal Stem Cells as a Potential Therapeutic Tool for Spinocerebellar Ataxia.
The Cerebellum 2015 Apr;14(2):165-70.

Matsuura S, Shuvaev AN, Iizuka A, Nakamura K, Hirai H.
Mesenchymal Stem Cells Ameliorate Cerebellar Pathology in a Mouse Model of Spinocerebellar Ataxia Type 1.
The Cerebellum 2014 Jun;13(3):323-30.

レンチウイルス/AAVベクターを用いた遺伝子治療法の開発

 ウイルスベクターを用いて、治療用遺伝子を病変部位に効率的に導入することでSCAモデルマウスの神経細胞を変性から回復させることに成功した。さらに効果の高い手法の開発を行っている。

Konno A, Shuvaev AN, Miyake N, Miyake K, Iizuka A, Matsuura S, Huda F, Nakamura K, Yanagi S, Shimada T, Hirai H.
Mutant Ataxin-3 with an Abnormally Expanded Polyglutamine Chain Disrupts Dendritic Development and Metabotropic Glutamate Receptor Signaling in Mouse Cerebellar Purkinje Cells.
The Cerebellum 2014 Feb;13(1):29-41.

Saida H, Matsuzaki Y, Takayama K, Iizuka A, Konno A, Yanagi S, Hirai H.
One-year follow-up of transgene expression by integrase-defective lentiviral vectors and their therapeutic potential in spinocerebellar ataxia model mice.
Gene Therapy 2014 Sep;21(9):820-7.

Hirai H, Iizuka A.
Chapter 22. Recent developments in gene therapy research targeted to cerebellar disorders.
Gene Therapy Applications (ISBN:978-953-307-541-9). Edited by Chunsheng Kang, Publisher: InTech, Aug 2011.

SCAの病態解明研究

 様々な研究手法を駆使してSCAの病態解明を行い、これまでに多くの論文を発表している。

Irie T, Matsuzaki Y, Sekino Y, Hirai H.
Kv3.3 channels harboring a mutation of spinocerebellar ataxia type 13 alterexcitability and induce cell death in cultured cerebellar Purkinje cells.
The Journal of Physiology 2014 Jan 1;592(Pt 1):229-47.

Mitsumura K, Hosoi N, Furuya N, Hirai H.
Disruption of metabotropic glutamate receptor signalling is a major defect at cerebellar parallel fibre-Purkinje cell synapses in staggerer mutant mice.
The Journal of Physiology 2011 May 9; 589:3191-3209. Epub 2011 Jul 1

Shuvaev AN, Horiuchi H, Seki T, Goenawan H, Irie T, Iizuka A, Sakai N, Hirai H.
Mutant PKC{gamma} in spinocerebellar ataxia type 14 disrupts synapse elimination and long-term depression in Purkinje cells in vivo.
The Journal of Neuroscience 2011 Oct 5;31(40):14324-34.

2. 細胞種特異的かつ、効率的な遺伝子発現を可能にするウイルスベクターとその投与法の開発

AAVベクター、レンチウイルスベクターと組み合わせて使用できる細胞種特異的かつ、強力なプロモーターを開発している。

Matsuzaki Y, Oue M, Hirai H.(ニューロン特異的遺伝子発現)
Generation of a neurodegenerative disease mouse model using lentiviral vectors carrying an enhanced synapsin I promoter.
The Journal of Neuroscience Methods 2014 Feb 15;223:133-43.

ウィルスベクターを用いたin vivoの遺伝子発現実績

西暦 内容 発表ジャーナル
2006 極めて効率的にマウス小脳神経細胞に遺伝子発現に成功 Brain Res.
2006 神経細胞への感染効率を上げる方法を解明 Eur. J. Neurosci
2007 マウス視床下部神経細胞に遺伝子発現し機能回復 Nature (article)
2007 神経細胞選択的なレンチウイルスベクターの作成法
(7年間:Most Views, Most Popular, Most Commented)
Protocol Exchange
2008 小脳プルキンエ細胞への治療遺伝子の発現
→小脳変性症モデルマウスの運動失調の著明改善
EMBO Rep.
2010 生後1日のマウスの大脳基底核神経細胞へ欠損酸素を発現
→神経細胞死の抑制
Nature
2012 レンチウイルスベクターの神経細胞への親和性制御のメカニズムについて解明 J. NeuroVirol
2014 治療用遺伝子を発現するAAV9ベクターの静注による小脳プルキンエ細胞変性の抑制に成功 Cerebellum
2014 ゲノム非挿入型レンチウイルスベクターの遺伝子発現を1年間にわたって観察、治療効果について報告 Gene Thrapy
2014 AAV9ベクターをマウスに髄注、静注、あるいは小脳皮質へ直接投与し、その感染様式を解析 Molecular Therapy
-M & CD –

Uesaka N, Uchigashima M, Mikuni T, Nakazawa T, Nakao H, Hirai H, Aiba A, Watanabe M, Kano M.
Retrograde semaphorin signaling regulates synapse elimination in the developing mouse brain.
Science 2014 May 30;344(6187):1020-3.

Takahashi H, Adachi N, Shirafuji T, Danno S, Ueyama T, Vendruscolo M, Shuvaev AN, Sugimoto T, Seki T, Hamada D, Irie K, Hirai H, Sakai N, Saito N.
Identification and characterization of PKCγ, a kinase associated with SCA14, as an amyloidogenic protein.
Human Molecular Genetics 2014 Sep 12.

Huda F, Konno A. Matsuzaki Y. Goenawan H. Miyake K. Shimada T and Hirai H.
Distinct transduction profiles in the CNS via three injection routes of AAV9 and the application to generation of a neurodegenerative mouse model.
Molecular Therapy-Methods & Clinical Development 1, Article number: 14032 (2014) doi:10.1038/mtm.2014.32

Miki T, Hirai H, Takahashi T.
Activity-dependent neurotrophin signaling underlies developmental switch of Ca2+ channel subtypes mediating neurotransmitter release.
The Journal of Neuroscience 2013 Nov 27;33(48):18755-63.

Goenawan H. Hirai H.
Modulation of lentiviral vector tropism in cerebellar Purkinje cells in vivo by a lysosomal cysteine protease cathepsin K.
Journal of NeuroVirology 2012 Dec;18(6):521-31

Oue M, Handa H, Matsuzaki Y, Suzue K, Murakami H, Hirai H.
The murine stem cell virus promoter drives correlated transgene expression in the leukocytes and cerebellar Purkinje cells of transgenic mice.
PLoS One 2012;7(11):e51015.

Sasaki J, Kofuji S, Itoh R, Momiyama T, Takayama K, Murakami H, Chida S, Tsuya Y, Takasuga S, Eguchi S, Asanuma K, Horie Y, Miura K, Davies EM, Mitchell C, Yamazaki M, Hirai H, Takenawa T, Suzuki A, Sasaki T.
The PtdIns(3,4)P(2) phosphatase INPP4A is a suppressor of excitotoxic neuronal death.
Nature 2010 May 27;465(7297):497-501. Epub 2010 May 12.

3. マーモセットを用いた前臨床試験

脊髄小脳変性症の新しい治療法を臨床応用すること可能にするため、マーモセットを用いた前臨床試験を行うことを目的とする。運動失調を客観的に評価する手法を開発し、先端的治療法の客観的評価を行っている。

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