Xq27.3-q28欠失女性患者からの誘導多能性幹細胞の作製による疾患モデルの確立と治療法の特定

Generation of Induced Pluripotent Stem Cells from a Female Patient with a Xq27.3-q28 Deletion to Establish Disease Models and Identify Therapies.

• Noriko Watanabe
• Kohei Kitada
• Katherine E Santostefano
• Airi Yokoyama
• Sara M Waldrop
• Coy D Heldermon
• Daisuke Tachibana
• Masayasu Koyama
• Amy M Meacham
• Christina A Pacak
• Naohiro Terada

抄録

ヒトの染色体異常の動物モデルを確立することは非常に困難であるため、誘導多能性幹細胞（iPSCs）は、これらの疾患の根底にあるメカニズムを研究し、治療介入の可能性を明らかにするための強力な代替手段となります。本研究では、Xq27.3-q28のヘミ接合性欠失を持つ少女からiPSCsを樹立し、乳児期の早い時期から全世界的な発達遅延と知的障害を呈した。X染色体上の欠失部位には、脆弱性X症候群の原因遺伝子である脆弱性X精神遅滞1（FMR1）が含まれており、この患者の神経発達異常に寄与している可能性が高い。FMR1遺伝子は、我々が作製したiPSCクローンの約半数で発現しており、残りの半数では正常および異常X染色体のランダムな不活性化により欠失していた。FMR1遺伝子の正常または欠失の発現パターンは、iPSCを神経前駆細胞（NPC）に分化させても変化しなかった。さらに、5-アザ-2-デオキシシチジン、トリコスタチンA、UNC0638などの染色体再活性化試薬を用いて、影響を受けたiPSC-NPCの抑制されたFMR1遺伝子を再活性化する試みを行った。本研究で開発された罹患iPSCおよび対照iPSCは、Xq27.3-q28欠失によって引き起こされる下流の影響を同定するための理想的なモデルであり、また、この患者集団の幸福を改善する可能性のある化合物を同定するためのハイスループットスクリーニングのためのツールを提供するものである。

Since it is extremely difficult to establish an animal model for human chromosomal abnormalities, induced pluripotent stem cells (iPSCs) provide a powerful alternative to study underlying mechanisms of these disorders and identify potential therapeutic interventions. In this study we established iPSCs from a young girl with a hemizygous deletion of Xq27.3-q28 who exhibited global developmental delay and intellectual disability from early in infancy. The deletion site on the X chromosome includes Fragile X Mental Retardation 1 (FMR1), the gene responsible for fragile X syndrome, which likely contributes to the patient's neurodevelopmental abnormalities. The FMR1 gene was expressed in approximately half of the iPSC clones we generated while it was absent in the other half due to the random inactivation of normal and abnormal X chromosomes. The normal or absent expression pattern of the FMR1 gene was not altered when the iPSCs were differentiated into neural progenitor cells (NPCs). Moreover, chromosome reactivating reagents such as 5-aza-2-deoxycytidine, trichostatin A, and UNC0638, were tested in an attempt to reactivate the suppressed FMR1 gene in affected iPSC-NPCs. The affected and control isogenic iPSCs developed in this study are ideal models with which to identify downstream consequences caused by the Xq27.3-q28 deletion and also to provide tools for high-throughput screening to identify compounds potentially improving the well-being of this patient population.