疾患モデリング

iPSC 技術により、病気の表現型を模倣するために健康なドナーからの hiPSC の病気の原因となる遺伝子を編集することで、患者の体細胞から、または損傷した細胞型に分化した病気特異的な hiPSC の in vitro 疾患モデルの作成が可能になりました (図 1a)。 フリードマンらによる以前の研究。 多発性嚢胞腎 (ADPKD) 患者によって引き起こされた常染色体優性 PKD1 遺伝子変異から hiPSC を生成し、hiPSC とその分化細胞がポリシスチン 2 のダウンレギュレーションを示すことを発見し、ポリシスチン 1 をコードする PKD1 遺伝子がポリシスチン 2 の発現を調節する新しいメカニズムを解明しました。 私たちのグループは、頭蓋内動脈瘤を合併した患者を含む ADPKD 患者の hiPSC を培養し、細胞内カルシウム処理と細胞外マトリックス関連遺伝子の発現が、hiPSC から分化した血管細胞で変化することを確認しました。 ADPKD患者からの腎嚢胞細胞。

図 1: 疾患特異的 hiPSC を使用した ADPKD のモデリング。 a: ADPKD の疾患モデリング研究を示す模式図。 疾患特異的 hiPSC は、ADPKD 患者の体細胞を再プログラミングするか、健康なドナー由来の hiPSC で PKD1/2 を遺伝子編集することによって得られます。 病理学的解析と創薬のために、ADPKD 特異的 hiPSC を腎組織に分化させることにより、疾患モデルが生成されます。

hiPSC からの腎単位様器官の生成における最新の進歩により、腎性腎症、先天性ネフローゼ症候群、常染色体劣性多発性嚢胞腎 (ARPKD) などの腎疾患のモデリングが可能になりました。 腎単位様器官を使用する ADPKD 腎嚢胞のモデルは、遺伝子編集された純粋な兄弟 pkd1 /2 変異体 hESC から生成されています。 ただし、ADPKD 患者由来または遺伝子編集されたヘテロ接合体 pkd1 変異体 hiPSC を使用する場合、これらのモデルは ADPKD に見られる腎嚢胞の表現型を一般化しませんでした。 対照的に、我々は最近、ADPKD患者由来および遺伝子編集されたヘテロ接合体および純粋なpkd1変異体hiPSCから、腎嚢胞を増殖させるためのフォルスコリン処理により腎単位様器官を生成しました。 特に、3 つの hiPSC タイプすべてが腎嚢胞を形成できることを確認しました (図 1b-d)。 これらの腎嚢胞は、ラパマイシンの哺乳類標的（mTOR）など、ADPKDの嚢胞形成を阻害することが知られているいくつかの薬物に反応し、これらのモデルを使用して腎嚢胞形成を防ぐ薬物化合物をスクリーニングできることを示唆しています（図1e）。 現在、嚢胞モデルを改変することにより、ADPKD の治療薬を発見するためのハイスループット化学スクリーニング システムを開発しています。

図1：b: 7 日間のフォルスコリン処理後の、野生型および遺伝子編集された PKD1- 変異体 hiPSC 由来の腎臓オルガノイドの代表的な明視野画像。 c: (b) の腎臓オルガノイドの嚢胞領域の定量化。 データは、それぞれに 4 つの複製を含む 3 つの独立した実験からの平均±SE として表されます。 **p<0.005 and ***p<0.001 by one-way ANOVA and Bonferroni'smethod. d: Representative bright-field images of the normal subject- and ADPKD patient-derived kidney organoids after 7 days of forskolin treatment. e: Representative bright-field images of patient-derived kidney organoids after 7 days of treatment with CFTR inhibitor 172 (100 μM) or everolimus (10 μM) in the presence of forskolin. Scale bars, 300 μm in (b), (d, right), and (e) and 500 μm in (d, left). Adapted from Shimizu et al.

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腎疾患の合併症への対処

慢性腎臓病 (CKD) に関連する主な合併症には、腎造血ホルモンであるエリスロポエチン (EPO) の不十分な産生によって引き起こされる腎性貧血が含まれます。 腎性貧血は、組換えヒト EPO 製剤を断続的に投与することでうまく治療されていますが、追加の生理学的治療が必要です。 EPO は胚性または成人の重度の貧血時に肝臓でも産生されることを考慮して、以前に報告された肝臓分化プロトコルを変更して、hiPSC から EPO 細胞 (hiPSC-EPO 細胞) を正常に産生しました。 これらの hiPSC-EPO 細胞は、in vivo 対応細胞と同様に、低酸素刺激に応答して EPO 産生をアップレギュレートします。 ヒト造血前駆細胞を用いたコロニー形成アッセイに基づいて、培養上清に含まれるEPOタンパク質は、赤色系統に対する分化促進効果を示しました。 さらに、これらの hiPSC-EPO 細胞は、アデニン誘発マウスモデルでの移植後 7 か月間、腎性貧血を改善しました。 したがって、hiPSC-EPO 細胞を使用して、新薬を発見し、腎性貧血の治療のための細胞療法を開発することができます。

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細胞療法

細胞療法のための hiPSC 由来胚性腎前駆細胞の使用が調査されています。 腎疾患に対する治療の可能性を調査するために、hiPSC から生成された NPC 様腎前駆細胞を、分化法を使用して虚血/再灌流障害によって誘発された急性腎障害 (AKI) のマウスモデルの被膜下に移植し、移植が有意に抑制されることを発見しました。宿主マウスにおける血中尿素窒素（BUN）および血清クレアチニン（Cre）の上昇。 さらに、治療により、尿細管壊死などのAKIによる組織学的損傷が大幅に改善されました。 特に、慢性疾患の進行を反映する間質性線維症も大幅に予防されました。 移植された前駆細胞は、宿主腎組織に統合することなく AKI を改善しました。これは、hiPSC 由来の腎前駆細胞によって分泌される腎栄養因子のパラクリン効果が、治療効果の大部分を担っていることを示唆しています。 これらの要因の解明は、抗 AKI 細胞療法や新薬の開発に役立ちます。

インベルティ等。 また、シスプラチン誘発性AKIのマウスモデルを治療するためにhiPSC由来の腎前駆細胞を使用することの治療上の利点を報告しました。 彼らは、hiPSC 由来の NPC 様腎前駆細胞を AKI マウスモデルに尾静脈から注入しました。 この移植治療は、BUNレベルの低下と組織学的所見によって証明されるように、AKIも大幅に改善しました。

腎前駆細胞を生成するための分化プロトコルは AKI マウス モデルの分化プロトコルとは異なりますが、これら 2 つのレポートは、腎臓病の治療に hiPSC 由来の腎前駆細胞を使用することの潜在的な治療上の利点を初めて示しています。

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まとめと今後の展望

hPSC からの胚性腎前駆細胞および腎組織の生成において、大幅な進歩が見られました。 しかし、臨床応用の前に克服しなければならないいくつかの障害がまだあります。 腎再建に関しては、集合管が集合するより大きな腎組織および骨盤および尿管様構造の生成は達成されていない。 さらに、hiPSC 由来の腎構造と大血管の統合が必要です。 hiPSC 由来の腎前駆細胞を用いた細胞療法も、CKD モデルで検討する必要があります。 最後に、hiPSC ベースのモデルは、ADPKD を含む多くの腎疾患用に開発されており、腎疾患に対する薬剤候補化合物を特定することが期待されています。

カンカエキス

参考文献

1. Freedman BS、Lam AQ、Sundsbak JL、Iatrino R、Su X、Koon SJ、Wu M、Daheron L、Harris PC、Zhou J、Bonventre JV. PKD1変異を有する多発性嚢胞腎患者由来の人工多能性幹細胞における毛様体ポリシスチン-2の減少。 J Am Soc Nephrol. 2013;24(10):1571–86.

2. 天久T、田浦大、曽根正、沼田貴、中村正、塩田福、豊田貴、松井成、荒岡貴、安野貴、前志貴、小林浩、584 Clinical and Experimental Nephrology (2021) 25:574– 584 1 3 近藤 N、北岡 F、天野 N、新井 S、市坂 T、松浦 N、井上 S、山本 T、高橋 K、朝香 I、山田 Y、卯原 Y、無双 E、深津 A、渡辺 A、佐藤 Y、中畑 T、森 Y、小泉 A、中尾 K、山中 S、長船 K. iPSC モデルを使用した ADPKD における頭蓋内動脈瘤の新規危険因子としての MMP1 の同定。 Sci Rep. 2015;6:30013。

3. Forbes TA、Howden SE、Lawlor K、Phipson B、Maksimovic J、Hale L、Wilson S、Quinlan C、Ho G、Holman K、Bennetts B、Crawford J、Trnka P、Oshlack A、Patel C、Mallett A、シモンズ C、リトル MH。 患者 iPSC 由来の腎臓オルガノイドは、繊毛病性腎表現型の機能的検証を示し、根底にある病因メカニズムを明らかにします。 アム J ハム ジュネです。 2018;102(5):816–31.

4. Tanigawa S, Islam M, Sharmin S, Naganuma H, Yoshimura Y, Haque F, Era T, Nakazato H, Nakanishi K, Sakuma T, Yamamoto T, Kurihara H, Taguchi A, Nishinakamura R. ネフローゼ病由来のオルガノイドiPSC は、腎有足細胞における NEPHRIN 局在障害およびスリット横隔膜形成を識別します。 幹細胞レポート。 2018;11(3):727–40.

5. Low JH、Li P、Chew EGY、Zhou B、Suzuki K、Zhang T、Lian MM、Liu M、Aizawa E、Rodriguez Esteban C、Yong KSM、Chen Q、Campicistol JM、Fang M、Khor CC、Foo JN 、Izpisua Belmonte JC、Xia Y. パターン化されたネフロン セグメントと de novo 血管ネットワークを備えたヒト PSC 由来の腎臓オルガノイドの生成。 細胞幹細胞。 2019;25(3):373–879.

6. Czerniecki SM、Cruz NM、Harder JL、Menon R、Annis J、Otto EA、Gulieva RE、Islas LV、Kim YK、Tran LM、Martins TJ、Pippin JW、Fu H、Kretzler M、Shankland SJ、Himmelfarb J、ムーン RT、パラガス N、フリードマン BS。 ハイスループットスクリーニングは、ヒト多能性幹細胞からの腎臓オルガノイドの分化を強化し、自動化された多次元表現型を可能にします。 細胞幹細胞。 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T、Mae SI、Araoka T、Okita K、Hotta A、Yamagata K、Osafune K. 疾患特異的ヒト iPSC 由来の腎臓オルガノイドを使用した新しい ADPKD モデル。 Ｂｉｏｃｈｅｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ｒｅｓ Ｃｏｍｍｕｎ． 2020;12:34–43。

8. Hitomi H, Kasahara T, Katagiri N, Hoshina A, Mae SI, Kotaka M, Toyohara T, Rahman A, Nakano D, Niwa A, Saito MK, Nakahata T, Nishiyama A, Osafune K. ヒト多能性幹細胞由来エリスロポエチン産生細胞はマウスの腎性貧血を改善します。 Sci Transl Med. 2017;9(409):eaaj2300.

9. 豊原 T、前 SI、末田 SI、井上 T、山岸 Y、川本 T、笠原 T、星名 A、豊田 T、田中 H、荒岡 T、佐藤大坪 A、高橋 K、佐藤 Y、山路 N、小川 S、 Yamanaka S, Osafune K. ヒト人工多能性幹細胞由来の腎前駆細胞を用いた細胞療法は、マウスの急性腎障害を改善します。 幹細胞 Transl Med. 2015;4(9):980–92.

10. Hoshina A、Kawamoto T、Sueta SI、Mae SI、Araoka T、Tanaka H、Sato Y、Yamagishi Y、Osafune K. 細胞表面マーカーを使用してヒト iPSC 由来腎前駆細胞を濃縮する新しい方法の開発。 Sci Rep. 2018;8(1):6375。

11. Imberti B, Tomasoni S, Ciampi O, Pezzotta A, Derosas M, Xinaris C, Rizzo P, Papadimou E, Novelli R, Benigni A, Remuzzi G, Morigi M.急性腎障害のマウスモデル。 Sci Rep. 2015;5:8826。