重要な脳タンパク質の強化はレット症候群の治療に役立つ可能性がある

「レット症候群は、通常、正常な成長の6～18か月後に発達退行を引き起こし、運動能力、言語、コミュニケーションにおける重度の障害を引き起こす稀な遺伝性神経発達疾患です」と、責任著者でダンカンNRI所長、ベイラー大学特別教授、ハワード・ヒューズ医学研究所研究員のフーダ・ゾグビ博士は述べた。 「この障害は主に女児に影響を及ぼし、出生1万人に約1人です。」

MECP2 変異がどのように脳機能を破壊するのか

レット症候群は、身体の機能喪失突然変異によって引き起こされます。 MECP2 遺伝子。この遺伝子は、神経学的プロセスに関与する他の多くの遺伝子の活性を調節するため、脳において重要な役割を果たしています。遺伝子が変化すると、結果として得られる MeCP2 タンパク質が完全に失われるか、正常に機能できなくなる可能性があります。場合によっては、MeCP2 の変異型の生成量が少なくなったり、遺伝子活性の制御における役割を果たすために不可欠な DNA 結合能力が低下したりすることがあります。

マウスモデルでの実験では、レット症候群の症状が特定の条件下で逆転する可能性があることが示されています。健康な MeCP2 タンパク質がこれらの動物の脳に導入されると、症状が改善します。研究者らはまた、部分的に機能する変異型MeCP2タンパク質の量を増やすと、マウスの生存、運動、呼吸の問題の改善につながる可能性があることも発見した。

「レット症候群患者の約65％は部分的に機能するMeCP2を持っており、DNA結合が減少しているか、通常よりも量が少ないため、これは重要です」とゾグビ研究室の分子遺伝学およびヒト遺伝学の大学院生で筆頭著者のハリニ・ティルマラ氏は述べた。 「レット症候群の患者由来のマウスモデルと細胞を使った我々の研究は、レット症候群の患者における変異型MeCP2レベルの上昇が治療効果をもたらす可能性があるという概念の証明を提供するものである。」

MECP2 タンパク質バリアントを理解する

脳はタンパク質が狭い範囲内にとどまることを必要とするため、MeCP2 レベルを調整する治療法の開発は困難です。 MeCP2 が少なすぎるとレット症候群が引き起こされますが、過剰になると、MeCP2 として知られる別の神経疾患が引き起こされます。 MECP2 重複症候群。適切なバランスを達成することは、治療法の開発にとって大きな障害となってきました。

「以前の研究から、脳は通常、E1 と E2 として知られる 2 つのわずかに異なるバージョンの MeCP2 タンパク質を生成することがわかっていました」とゾグビ氏は述べた。 「これらのバージョンは同じ遺伝子に由来しており、ある方法で処理されてE1が生成され、別の方法でE2が生成されます。」

このプロセスをイメージするのに役立つ方法は、遺伝子をタンパク質を構築するためのレシピとして考えることです。命令には、e1、e2、e3、および e4 の 4 つのコンポーネントが含まれています。 MeCP2 E1 タンパク質を作成するために、細胞は e1、e3、および e4 を組み合わせます。 MeCP2 E2 を生成するには、セルに 4 つのコンポーネントすべてが含まれます。つまり、e2 セグメントは E2 バージョンにのみ表示されます。脳は両方のタンパク質を生成しますが、E1 の方が豊富に存在します。

「また、レット症候群患者がE2タンパク質に変異を持っているという報告がないことも知っていました。E1タンパク質を破壊する変異のみがこの症状を引き起こすのです」とティルマラ氏は述べた。 「マウスでの研究はこの観察を裏付けています。」

「全体として、MeCP2-E2は遺伝子内の単一成分がMeCP2-E1とは異なり、E1よりも量が少なく、レット症候群と関連しておらず、脳内のMeCP2機能には必要ではないことがわかった」とティルマラ氏は述べた。 「このことから、脳細胞がe2成分をスキップするように誘導すると、レット症候群患者においてより多くのMeCP2-E1タンパク質の産生が促進され、疾患の転帰が改善されるのではないかという仮説が立てられました。私たちはマウスとレット症候群患者由来の細胞で仮説を検証しました。」

実験でMeCP2タンパク質を増やす

このアイデアをテストするために、科学者たちはまず通常のセグメントから e2 セグメントを削除しました。 Mecp2 マウスの遺伝子を解析し、これがタンパク質レベルと神経機能にどのような影響を与えるかを調べました。この変更により、MeCP2 の生産が大幅に増加しました。

「このアプローチにより、正常なマウスのMeCP2タンパク質が50％から60％増加したことを発見してうれしく思います」とティルマラ氏は語った。

次にチームは、同じ戦略を、以下の症状を持ったレット症候群の患者から採取した細胞に適用しました。 MECP2 タンパク質のレベルと活性を低下させる突然変異。研究者らは、変異遺伝子から e2 構成要素を削除することで、細胞がどのように反応するかを評価しました。

「成分 e2 を削除すると MeCP2 の生産が強化されることを確認して興奮しました」と Tirumala 氏は言いました。 「重要なのは、突然変異の重症度に応じて、これらの細胞は正常な構造、正常な電気活動、および他の遺伝子のレベルを調節する能力の一部またはすべてを回復したことです。」

考えられる治療アプローチをテストする

研究者らはまた、薬剤を使用して e2 セグメントをブロックし、MeCP2 産生を促進できるかどうかも調査しました。

「私たちはマウスのMeCP2タンパク質の産生を増強するためのモルフォリノの価値をテストしました」とティルマラ氏は語った。 「モルホリノは、この場合、e2成分へのアクセスをブロックすることでMeCP2-E2タンパク質の生成を防ぐように設計された合成分子です」とティルマラ氏は述べた。 「私たちのモルフォリノがマウスのMeCP2タンパク質を大幅に増加させたことは興奮しました。」

「私たちの研究は、MeCP2を増加させて機能改善をもたらすレット症候群の治療アプローチの基礎を築き、前臨床証拠を提供するものです」とゾグビ教授は語った。 「モルホリノ自体はその毒性のため選択肢にはなりませんが、他の症状ですでに使用されているアンチセンスオリゴヌクレオチド療法と同様の同様の戦略がレット症候群に対して開発される可能性があります。」

研究著者と資金提供

この研究へのその他の貢献者には、Li Wang、Yan Li、Sameer S. Bajikar、Ashley G. Anderson、Wei Wang、Alexander J. Trostle、Mahla Zahabiyon、Aleksandar Bajic、Jean J. Kim、Hu Chen、Zhandong Liu が含まれます。研究中は全員がベイラー医科大学とダンカンNRIに所属していたが、その後スタンフォード大学、バージニア大学、テキサス大学サウスウェスタン医療センター（ダラス）などの機関に移った人もいた。

この研究は、国立衛生研究所（助成金 5R01NS057819、P30 CA125123 および S10OD028591）、ハワード・ヒューズ医学研究所、国立神経障害・脳卒中研究所（F32NS122920）、ヘンリー・エンゲル基金、およびユーニス・ケネディ・シュライバー国立小児保健人間開発研究所の支援を受けました。 (P50HD103555)。