Presentation Information
[課題1]Evaluation of gene expression changes and neural activity in neurons derived from patients with sleep bruxism
*Taro Sato1, Akihiro Yamaguchi2, Mayu Onishi1, Yuka Abe1, Kei-ichi Ishikawa2, Wado Akamatsu2, Kazuyoshi Baba1 (1. Department of Prosthodontics, Graduate School of Dentistry, Showa Medical University, 2. Center for Genomic and Regenerative Medicine, Juntendo University School of Medicine)
【目的】
先行研究において，睡眠時ブラキシズム（SB）患者由来のiPS細胞から分化誘導した単一神経細胞における興奮性の上昇を報告した．本研究では，SB患者由来iPS細胞から分化誘導した神経細胞集団を対象に，RNAシーケンス（RNA-seq）による遺伝子発現解析とマルチウェル微小電極アレイ（MEA）を用いた電気活動の評価を行うことで，SBにおける疾患標的細胞を同定し，細胞レベルでの発症機序を解明することを目的とした．
【方法】
SB患者3検体（SB1, SB2, SB3），健常対照3検体（CTRL1, CTRL2, CTRL3）のiPS細胞を脳幹領域の神経細胞へ分化させ，Bulk RNA-seqを実施した．発現変動遺伝子解析， KEGG Pathway解析により，SB特異的なDEG群を同定した．また，SB2とCTRL2の神経細胞集団にSingle nucleus RNA-seq（snRNA-seq）を行い，細胞種同定および神経細胞クラスターでの遺伝子発現を調査した．さらに，MEAを用いた神経活動の評価を行った．
【結果と考察】
Bulk RNA-seqではSB群でカルシウムシグナリング関連遺伝子の発現が上昇し，特にGPCRやROCを構成する遺伝子が有意に高発現していた．snRNA-seqの結果，神経細胞はグルタミン酸作動性神経（GluN），GABA作動性神経（GABAN），運動神経にクラスタリングされた．GluN，GABANクラスターにおいて，GRIN2B（NMDA受容体遺伝子）とCHRM3（ムスカリン受容体遺伝子）がSB2でCTRL2より高発現していた．MEA解析では，CTRL2と比較しSB2で神経活動の顕著な上昇が確認された．
本研究結果から，GRIN2BとCHRM3の発現上昇がNMDA受容体・ムスカリン受容体の機能亢進を助長し，神経細胞間のシグナル伝達増加に寄与することで神経の活動性が上昇する可能性が示唆された．これらの遺伝子変化はSB患者における異常筋活動の一因となる可能性が示唆された．
【参考文献】
1) Sarkar AK, Nakamura S, Nakai K, et al. Increase excitability of human iPSC-derived neurons in HTR2A variant-related sleep bruxism. Stem Cell Res 2022;59:102658.
先行研究において，睡眠時ブラキシズム（SB）患者由来のiPS細胞から分化誘導した単一神経細胞における興奮性の上昇を報告した．本研究では，SB患者由来iPS細胞から分化誘導した神経細胞集団を対象に，RNAシーケンス（RNA-seq）による遺伝子発現解析とマルチウェル微小電極アレイ（MEA）を用いた電気活動の評価を行うことで，SBにおける疾患標的細胞を同定し，細胞レベルでの発症機序を解明することを目的とした．
【方法】
SB患者3検体（SB1, SB2, SB3），健常対照3検体（CTRL1, CTRL2, CTRL3）のiPS細胞を脳幹領域の神経細胞へ分化させ，Bulk RNA-seqを実施した．発現変動遺伝子解析， KEGG Pathway解析により，SB特異的なDEG群を同定した．また，SB2とCTRL2の神経細胞集団にSingle nucleus RNA-seq（snRNA-seq）を行い，細胞種同定および神経細胞クラスターでの遺伝子発現を調査した．さらに，MEAを用いた神経活動の評価を行った．
【結果と考察】
Bulk RNA-seqではSB群でカルシウムシグナリング関連遺伝子の発現が上昇し，特にGPCRやROCを構成する遺伝子が有意に高発現していた．snRNA-seqの結果，神経細胞はグルタミン酸作動性神経（GluN），GABA作動性神経（GABAN），運動神経にクラスタリングされた．GluN，GABANクラスターにおいて，GRIN2B（NMDA受容体遺伝子）とCHRM3（ムスカリン受容体遺伝子）がSB2でCTRL2より高発現していた．MEA解析では，CTRL2と比較しSB2で神経活動の顕著な上昇が確認された．
本研究結果から，GRIN2BとCHRM3の発現上昇がNMDA受容体・ムスカリン受容体の機能亢進を助長し，神経細胞間のシグナル伝達増加に寄与することで神経の活動性が上昇する可能性が示唆された．これらの遺伝子変化はSB患者における異常筋活動の一因となる可能性が示唆された．
【参考文献】
1) Sarkar AK, Nakamura S, Nakai K, et al. Increase excitability of human iPSC-derived neurons in HTR2A variant-related sleep bruxism. Stem Cell Res 2022;59:102658.