大原亮 iPS細胞研究所（CiRA＝サイラ）元研究員（現京都府立医科大学客員講師）、今村恵子 同特定拠点助教、井上治久 同教授らの研究グループは、京都府立医科大学と共同で、シャルコー・マリー・トゥース病（CMT）患者さんから作製したiPS細胞由来神経細胞では、ミトコンドリアの形態および機能異常を有することを示しました。さらに、CMT患者さんiPS細胞由来神経細胞を用いることにより、薬剤投与により生じた神経突起内のミトコンドリア異常凝集が、薬の副作用を評価する指標の一つとなることを示しました。
本研究成果は2016年11月9日に米国の科学誌「Clinical Pharmacology & Therapeutics」でオンライン公開されました。
研究者からのコメント
左から、井上教授、今村特定拠点助教、大原元研究員
本研究成果のポイント
- iPS細胞由来の心筋細胞や肝細胞を用いた毒性評価系と異なり、iPS細胞由来の神経細胞では、どのような毒性評価系が、実際の臨床的副作用を反映した評価系なのかは明らかではない。
- シャルコー・マリー・トゥース病（Charcot－Marie－Tooth病：CMT）は最も頻度の高い遺伝性末梢神経疾患で、世界中でおよそ2500人に1人の割合で患者がいる。筋萎縮や感覚障害、足変形といった症状がゆっくりと進行する。抗がん剤の副作用の神経障害を呈しやすい場合があることが知られている。
- CMT患者さんiPS細胞由来神経細胞は、ミトコンドリア（エネルギーを合成する細胞小器官）の形態異常と機能低下を示した。
- 健康な方とCMT患者さんiPS細胞由来神経細胞は、どちらも抗がん剤投与により神経突起内でミトコンドリアの凝集が増加したが、CMT患者さんiPS細胞由来神経細胞でより顕著であった。
- ミトコンドリアの異常凝集が、臨床的副作用を反映する神経毒性評価の指標となることを示し、新たな神経毒性評価モデルを構築した。
- 今後、CMT患者さんiPS細胞由来神経細胞のミトコンドリア異常凝集を用いた本評価法は、CMT治療薬剤探索の指標になると考えられる。
概要
薬の開発において、候補薬の毒性予測は欠かせないステップです。近年では、開発の早い段階で、iPS細胞から作製したヒトの細胞を用いて候補薬を調べることで、毒性を予測し、より効率的・低コストな創薬に役立てようとする研究が注目されています。これまでiPS細胞由来の心筋細胞や肝細胞を用いた毒性評価系が報告されてきましたが、iPS細胞由来の神経細胞を用いたどのような評価系が実際の臨床的副作用を反映した評価系なのかは、十分に明らかになっていませんでした。
そこで本研究グループは、抗がん剤による副作用を呈しやすいことが知られているCMT患者さん二人からiPS細胞を作製し、神経細胞へと分化させました。すると、CMT患者さん由来神経細胞では、ミトコンドリアが小さく、ミトコンドリアの数や動きが低下していることが分かりました。また、健康な方とCMT患者iPS細胞由来神経細胞に抗がん剤を投与すると、どちらもミトコンドリアの異常な凝集が観察されましたが、CMT患者iPS細胞由来神経細胞でより顕著でした。
この特徴は実際の臨床と同様に、CMT患者さんが抗がん剤の副作用の神経障害を呈しやすいことを反映しており、薬の副作用をiPS細胞由来神経細胞で評価する指標の一つとなることが示され、本細胞モデルが新たな神経毒性評価系として有用であることが示唆されました。
図：抗がん剤曝露による神経突起内のミトコンドリア凝集
ビンクリスチン（抗がん剤）長時間（24時間）曝露ではCMT患者さんiPS細胞由来神経細胞と健康な方のiPS細胞由来神経細胞の両方で、神経突起内のミトコンドリアの凝集が生じた。一方、短時間（1時間）曝露では健康な方に比べてCMT患者さん由来神経細胞の突起で有意に多くのミトコンドリアの凝集が観察された。
赤色：ミトコンドリア、青色：神経突起
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】
http://dx.doi.org/10.1002/cpt.562
Ryo Ohara, Keiko Imamura, Fukiko Morii, Naohiro Egawa, Kayoko Tsukita, Takako Enami, Ran Shibukawa, Toshiki Mizuno, Masanori Nakagawa, Haruhisa Inoue. (2016). Modeling drug-induced neuropathy using human iPSCs for predictive toxicology. Clinical Pharmacology & Therapeutics.
- 京都新聞（11月29日 29面）に掲載されました。
