中島さんの論文をCell Transplantation誌で発表 / Ittetsu Nakajima's Paper Is Published in Cell Transplantation

　大学院生の中島さんの筆頭著者論文がCell Transplantation誌で発表されました。研究室初の学生の筆頭著者論文で、とても喜ばしいです。中島さんが非常に熱心に実験を進め、図を作って、論文を最初から最後まで書いてくれました。もちろん、私を含めた著者のみなさんと議論しながら改良していきましたが。卒業生の小野さんも細胞の共培養実験を中心に大きく貢献してくれました。また、櫻庭先生、兎川先生、月村先生をはじめ、明治薬科大学の方々にも大変お世話になりました。

　以下、中島さん自身が研究内容をまとめてくれました。

「iPS細胞を用いた再生医療の実現に期待が寄せられています。実際に、2014年にiPS細胞から作った網膜色素上皮細胞シートが加齢黄斑変性の患者さんに移植され、7年経っても視力を維持できた、という報告があります。その後も、iPS細胞から作った心筋細胞シートに治験が行われるなど、実用化への研究が進んでいます。このような研究では、健常者由来のiPS細胞が用いられていましたが、将来的にはゲノム編集による遺伝情報改変を介して、iPS細胞の移植治療効果を高められると期待されています。そこで私達は、リソソーム酵素であるα-ガラクトシダーゼ A（GLA）が遺伝的に欠損することで発症するファブリー病を例に、ゲノム編集したiPS細胞をモデルマウスに移植し、治療分子を生体内で供給できないかと考えました。この研究案が実現すれば、定期的な治療分子の投与や治療をなくし、１回のiPS細胞移植で半永久的に治療分子を患者さんに供給することができるようになります。

　まずはじめに、ファブリー病治療のために、免疫反応を起こさずに失われたGLA活性を補うことができる、改変型α-N-アセチルグルコサミニターゼ（mNAGA）を分泌するiPS細胞を作製し、ファブリー病モデルiPS細胞を共培養したところ、mNAGA発現iPS細胞からファブリー病モデル細胞に、GLA活性が供給できることを確認しました。次に、mNAGAを分泌するiPS細胞を、ファブリー病モデルマウスの精巣に移植したところ、肝臓においてGLA活性の回復が認められました。心臓や腎臓ではGLA活性の回復が認められませんでしたが、製剤化したGLAやmNAGAは主に肝臓に取り込まれるという先行研究に整合性があると考えられます。肝臓だけでしたが、移植箇所から分泌されたmNAGAが血液を介して他の臓器に供給できたことが示唆されました。

　mNAGAの受容体が肝臓に多く発現しているため、限定的な治療効果でしたが、今後は分泌されるmNAGAの量をゲノム編集によってさらに向上させることなどで、心臓や腎臓などにも供給できる可能性があります。また、iPS細胞の最大の利点である分化多能性を利用し、心臓などの供給しづらい組織の細胞に分化・移植することでも治療効果を改善できる可能性もあります。今回はファブリー病に着目しましたが、他の疾患への応用も期待されます。」

　このテーマはiPSアカデミアジャパン研究助成のおかげで遂行することができました。ありがとうございました。

　中島さん、小野さん、おめでとうございます！中島さんはまだ卒業じゃないので、次回作にも期待してます。

We published Ittetsu Nakajima's first author paper at Cell Transplantation. This is our lab's very first paper by a student as a first author. I am so glad. Ittetsu very authentically conducted the experiments, made figures, and wrote the entire manuscript. Of course, the manuscript was polished through discussions with the authors including me, but still it was a huge accomplishment by him. Terumi Ono, who graduated this spring, also contributed the work mainly by the co-culture experiments. We also thank Drs. Hitoshi Sakuraba, TadayasuTogawa, TakahiroTsukimura, and others at Meiji Pharmaceutical University.

Here is a summary of the study by Ittetsu by himself.

"There are high expectations for the realization of regenerative medicine using induced pluripotent stem cells (iPSCs). In 2014, there have been reports that a sheet of retinal pigment epithelial cells derived from iPSCs was transplanted into patients with age-related macular degeneration, and even after 7 years, their vision was maintained. Since then, clinical trials have been conducted using myocardial cell sheets derived from iPSCs, and research for practical application is progressing. In such studies, iPSCs derived from healthy individuals have been used. However, in the future, it is expected that the transplantation therapy using iPSCs can be enhanced through genetic modification. Therefore, we aimed to supply therapeutic molecules in vivo, by transplanting genome edited iPSCs into Fabry mouse model, a disease caused by genetically deficient α-Galactosidase A (GLA). If this research plan is realized, there will be no need for regular administration of therapeutic molecules and treatments, and instead, supply the patients with therapeutic molecules permanently through a single iPSC transplantation.

First, we generated genome-edited iPSCs that secrete modified alpha-N-acetylglucosaminidase (mNAGA), which can complement the lost GLA activity without causing immune reactions, for the treatment of Fabry disease. When we co-cultured the mNAGA-expressing iPSCs with Fabry disease model iPSCs, GLA activity could be supplied from the mNAGA-expressing iPSCs to the Fabry disease model cells. Next, we transplanted the iPSCs secreting mNAGA into the testes of Fabry disease model mice, and we observed the restoration of GLA activity in the liver. Although we did not observe the recovery of GLA activity in the heart or kidneys, these results are consistent with previous studies suggesting that GLA or mNAGA is primarily taken up by the liver. While limited to the liver, the secretion of mNAGA from the transplanted site suggested the possibility of supplying other organs through the bloodstream.

Due to the high expression of mNAGA receptors in the liver, the therapeutic effect was limited. However, in the future, it may be possible to enhance the amount of secreted mNAGA through genome editing, which could potentially enable supply to organs such as the heart and kidneys. Furthermore, there is also the possibility of improving therapeutic effects by differentiating and transplanting cells into tissues that are difficult to supply, such as the heart. While this study focused on Fabry disease, this strategy can be applied to other diseases."

This work was supported by iPS Academia Japan Research Grant. We appreciate that.

Congratulations, Ittetsu and Terumi! Since Ittetsu is still in the lab for a while, we should look forward to the next one!