本学大学院医歯学総合研究科脳機能形態学分野の矢野真人准教授、武田薬品工業株式会社の野上真宏博士、慶應義塾大学医学部生理学教室の岡野栄之教授、東北大学大学院医学系研究科神経内科の青木正志教授らの共同研究チームは、産学連携共同研究の一環である武田薬品工業株式会社湘南インキュベーションラボプロジェクトにおいて、iBRN法と名付けた、iPS細胞由来神経細胞とスーパーコンピュータを駆使したベイジアンネットワーク解析手法（注1）を用いて、家族性筋萎縮性側索硬化症（ALS）（注2）を分子レベルで解析し、病態に重要なRNA発現のネットワークで中心的な役割を果たすハブ遺伝子群の発見に成功しました。
ALSは筋萎縮と筋力低下を主症状とした運動ニューロン（注3）が選択的に侵される神経変性疾患で、その病態進行は極めて早く、有効な治療法が少ない指定難病です。本研究グループは、健常者および家族性ALSの中でもFUS遺伝子（注4）に変異を持つ患者から得たiPS細胞由来運動ニューロンの分化段階を含む60種類の細胞のトランスクリプトーム情報（注5）を基に、ベイジアンネットワーク解析を実施し、病態に関与する3つのハブ遺伝子として、PRKDC、miR-125b-5p、TIMELESSを同定しました。さらに、これらの3遺伝子に関して、PRKDCの活性は、ALSの原因遺伝子であるFUS蛋白質の異常局在に関わる事、また、miR-125b-5p－TIMELESSの分子経路は、神経変性の分子病因であるDNA損傷を引き起こす事を、細胞モデルを用いて実証しました。以上、本研究により確立したiBRN法は、神経変性疾患に対する分子病因の探索に有効性を示すと共に、幅広い原因不明な疾患の分子病因の解明へ新しい研究戦略を示唆するものです。
本研究成果は、2021年4月20日（米国西海岸時間）に、『Neurobiology of Disease』のオンライン版に掲載されました。

【用語解説】
（注1）ベイジアンネットワーク：ベイジアンネットワークは、有向非巡回グラフ（Directed Acyclic Graph: DAG）を用いて、因果関係を確率により記述するグラフィカルモデルの一つ。個々の確率変数（ノード）の関係性を、方向性を有す条件付き依存性（エッジ）により示すことで、複雑な経路を伴った因果関係をモデル化することができます。
（注2）筋萎縮性側索硬化症（ALS: amyotrophic lateral sclerosis）：運動ニューロンが選択的に侵される神経変性疾患であり、年間におよそ1万人に1?2人の確率で発症するとされ、日本にも約1万人の患者がいるとされています。多くは家族歴がありませんが、約10%は遺伝性であり複数の変異遺伝子が同定されています。現在有効な治療法は少なく、早期の治療法確立?治療薬開発が待ち望まれています。
（注3）運動ニューロン：運動ニューロンは神経の一種で、骨格筋へ伝令を送る機能を担っています。ALS患者においては運動ニューロンが選択的に変性することで運動機能が減衰していき、筋萎縮や筋力低下を呈します。
（注4）FUS遺伝子：FUS遺伝子はALSの原因遺伝子の一つであり、FUS遺伝子からコードされるFUS蛋白質は遺伝子発現調節などを行う多機能性蛋白質です。
（注5）トランスクリプトーム情報：細胞中に発現しているmRNAや非コードRNAの全ての情報の総称であり、細胞の性質や病原性因子に呼応して変動します。

研究内容の詳細

iPS細胞モデルを用いたベイジアンネットワーク解析（iBRN法）による筋萎縮性側索硬化症（ALS）の分子病因の探索（PDF：622KB）

論文情報

【掲載誌】Neurobiology of Disease
【論文タイトル】Identification of hub molecules of FUS-ALS by Bayesian gene regulatory network analysis of iPSC model: iBRN
【著者】Masahiro Nogami, Mitsuru Ishikawa, Atsushi Doi, Osamu Sano, Takefumi Sone, Tetsuya Akiyama, Masashi Aoki, Atsushi Nakanishi, Kazuhiro Ogi, Masato Yano, Hideyuki Okano
【doi】10.1016/j.nbd.2021.105364

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