運動障害の進行を阻止の可能性 2014年10月

Machado-Joseph病すなわち脊髄小脳変性症3型はもっとも高頻度にみられる優性遺伝性脊髄小脳変性症で、ポリグルタミンの伸長と凝集しやすさを有するアタキシン3蛋白質が翻訳されることで引き起こされる。

臨床症状には小脳失調や錐体路徴候が含まれ、疾患の進行を遅らせる治療法はない。

オートファジー関連蛋白質で細胞の生存に不可欠なベクリン1は、いくつかの神経変性疾患で減少している。

本研究は、レンチウイルスベースまたは遺伝子組み換えのMachado-Joseph病マウスモデルで、レンチウイルスの媒介によるベクリン1の過剰発現を行ったときに、運動障害や神経病理学的障害からの救済をもたらすかを評価する目的で実施した。

ベクリン1は運動協調性、平衡性、および歩行の有意な改善をもたらし、ベクリン1を投与されたマウスはロータロッドで長時間バランスを保ち、歩幅が長く歩隔が狭い足跡を残した。

さらに、運動機能に観察された改善と一致して、ベクリン1の過剰発現は神経機能異常や神経変性を予防し、ポリグルタミンの伸長した凝集の形成を低減させ、プルキンエ細胞の分枝および神経細胞マーカーに対する免疫反応性を保持させた。これらのデータは、Machado-Joseph病の発症前または発症後にベクリン1をマウス小脳に過剰発現させると、運動障害の進行から救済できたり運動障害の進行を阻止できたりすることを示す。

神経難病の病態解明と治療法開発へ向けた大きな一歩—

国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター(NCNP)平成29年3月28日(NCNP)Tel:042-341-2711(総務課広報係)

神経変性疾患の病態を再現する霊長類モデル動物の作出に成功−

国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター(NCNP、東京都小平市、理事長:水澤英洋)神経研究所(所長:武田伸一)は、神経変性疾患の遺伝子改変霊長類モデルを作出し、当該疾患に特徴的な症状や脳病変を再現することに世界で初めて成功しました。神経変性疾患とは、アルツハイマー病、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症、脊髄小脳変性症などに代表される一連の疾患で、我が国だけでも400万人以上の患者がいると推定されています。

これらの疾患では脳や脊髄の中にある神経細胞が徐々に脱落しますが、その原因には不明な点が多く、疾患の進行を止める根本的な治療法はいまだ存在しません。その理由の一つに、この病気のメカニズムの解明に適した動物モデルが確立していないことが挙げられます。

つまり、これまで多くの治療研究において用いられてきたラット・マウスなどの齧歯類(げっしるい)の脳の構造や機能にはヒトと異なる点も多く、齧歯類を使った研究で発見された治療薬などがヒトにおいては効果がない事例が多くありました。この点に着目して、研究者らはヒトと同じ霊長類であるコモンマーモセットを用いて神経変性疾患のモデル動物の開発を行いました。コモンマーモセットはラットと同程度のサイズ(3-400g)の小型霊長類である一方、前頭葉の割合がヒト同様に大きく、高い社会性を有するなど、齧歯類に比べて脳構造や機能がヒトに近似しているという利点を有します。

さらに、霊長類の中では珍しく多産で、性成熟までの期間や妊娠期間、出産間隔が短いため、短期間で多くのモデル動物を繁殖することが可能です。

わが国では、コモンマーモセットを用いた遺伝子改変動物作成技術が世界に先がけて確立されました。NCNPではこの技術を応用し、家族性脊髄小脳変性症の遺伝子改変モデルマーモセット及びその子孫の作出に成功しました。脊髄小脳変性症は、小脳や脊髄などの神経細胞が変性・脱落して、歩行時のふらつきなどの様々な神経症状が徐々に進行する疾患です。国の調査では、患者数は全国で3万人、また、このうち家族性脊髄小脳変性症の患者数は約1万人と推定されています。

本研究では、家族性脊髄小脳変性症のうち世界的にも頻度が高く、わが国の家族性脊髄小脳変性症のうち約30%を占めるマシャド・ジョセフ病をターゲットとして、ヒト患者と同様の変異を持つ疾患原因遺伝子を合成し、マーモセット受精卵へ遺伝子導入を行いました。

その結果、得られた7頭の産仔すべてにおいて変異遺伝子の導入が確認されました。またこのうち3頭において発症が確認され、疾患に特徴的な症状や脳の病変が認められました。

さらに発症個体から5頭の産仔が得られ、全ての産仔において変異遺伝子の導入が確認されたことから、当該モデルの系統樹立に成功しました。

今回の研究では、脊髄小脳変性症に特徴的な症状や脳病変を再現した遺伝子改変モデルマーモセット系統の作出に世界に先駆けて成功しました。

齧歯類よりもヒトに近い霊長類の疾患モデル動物が作出できたことは、新たな治療法の開発にむけた大きな前進です。

本モデルマーモセットを用いることで、今後、NCNP及び世界中の研究機関において脊髄小脳変性症をはじめとする神経変性疾患のさらなる病態解明や根本的な治療法の開発が進むことが期待されます。

本研究は、日本医療研究開発機構創薬基盤推進研究事業及び国立精神・神経医療研究センター精神・神経疾患研究開発費の助成をうけて行われ、2017年3月28日午前9時米国東部時間(日本時間2017年3月28日午後10時)発行の米国科学雑誌「eNeuro」に掲載されました。

国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター(NCNP)<研究の背景>神経変性疾患とは、アルツハイマー病、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、ポリグルタミン病(家族性脊髄小脳変性症を含む)などの疾患の総称で、脳や脊髄にある神経細胞のうち、ある特定の領域の神経細胞が徐々に脱落する病気です。日本国内だけでも400万人以上の患者さんがいると推定されており、高齢化社会の進行に伴って患者さんの数が増えています。

もの忘れ・手足のふるえや動かしづらさ・歩行時のふらつきなど、個々の疾患に特有の症状が出現し、徐々に進行しますが、その原因にはいまだ不明な点が多く、疾患の進行を止める根本的な治療法は確立されていません。

ヒトの疾患に対する新たな治療法や診断法を開発するためには、ヒトの病態を再現した疾患モデル動物を用いて得られた基礎研究の成果をヒトにおける臨床研究へと展開する、いわゆるトランスレーショナル・リサーチ(橋渡し研究)が必須です。

神経変性疾患においても、これまでに、齧歯類(ラットやマウスなど)のモデル動物を用いた基礎研究の成果をもとに、数多くの臨床研究が試みられています。しかしながら、基礎研究で効果が確認された治療薬の候補がヒトにおいては効果が乏しいなど、基礎研究から臨床研究への橋渡し研究の多くが成功に至っていないのが現状です。

その大きな原因として、齧歯類の脳の構造や機能にはヒトとは異なる点が多いこと、また、薬剤などの効果や副作用も齧歯類とヒトとでは大きく異なることが挙げられます。より効果的に橋渡し研究を推進するため、すなわち、基礎研究で得られた成果を確実に臨床研究へつなげ、新しい治療法を開発するためには、脳の構造や機能、薬剤などの代謝経路がヒトに近似している霊長類を用いて、神経変性疾患のモデル動物を確立することが必要です。

そこで、NCNPは小型霊長類であるコモンマーモセット(Callithrix jacchus、図1)に注目しました。実験動物として用いられる霊長類には、他にもマカクサル等がありますが、コモンマーモセットは霊長類の中では珍しく多産で、性成熟までの期間や妊娠期間、出産間隔が短いため、マカク類と比較して繁殖効率がよいこと、また、比較的小型(3-400g)であることから、橋渡し研究に必要な個体数を確保しやすいのが特徴です。さらに、高次脳機能を司る前頭葉の割合がヒト同様に大きく、高い社会性を持っています。

また齧歯類よりも脳が大きいことから、ヒトで用いられる頭部MRIなどの画像診断法を用いて脳を解析することが可能です。このようにコモンマーモセットは、多くの観点で齧歯類やマカクサルよりもヒトのモデルに適した特徴を持っており、様々な研究に応用される可能性を秘めています。わが国では、コモンマーモセットを用いた遺伝子改変動物作製技術が世界に先がけて確立されました。

NCNPではこの技術を応用し、ポリグルタミン病の遺伝子改変モデルマーモセット系統の確立に世界で初めて成功しました。<研究の内容1:遺伝子改変コモンマーモセットの作出に成功>ポリグルタミン病は、いくつかの家族性脊髄小脳変性症(SCA1、SCA 2、SCA 3、SCA 6、SCA 7、SCA 17、歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症)、ハンチントン病、球脊髄性筋萎縮症の総称です。ポリグルタミン病の各疾患の原因遺伝子内では、CAG配列の繰り返し(CAGリピート)回数が健常人よりも増えています。

このCAG配列はグルタミンというアミノ酸を作るため、原因遺伝子産物である蛋白質の中に健常人よりも長いグルタミン鎖が挿入された、ポリグルタミン蛋白質が生成されます。このポリグルタミン蛋白質は神経細胞に蓄積すると細胞の機能を低下させ、神経細胞を脱落させることが知られています。

国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター(NCNP)ポリグルタミン病のうち家族性脊髄小脳変性症は、小脳や脊髄などの神経細胞が変性・脱落して、歩行時のふらつき(運動失調)などの様々な神経症状が徐々に進行する疾患です。本研究では、ポリグルタミン病のうち世界的にも頻度が高く、わが国の家族性脊髄小脳変性症のうち約30%を占めるマシャド・ジョセフ病(SCA3)をターゲットとしました。

SCA3は、原因遺伝子であるAtaxin3内にあるCAGリピートの異常伸長により引き起こされることが知られています。

そこで、Ataxin3内のCAG リピートを異常伸長させた疾患原因遺伝子(図2、Ataxin3-120Q)を合成し、遺伝子を細胞内へ運ぶウイルスベクターを介して、マーモセット受精卵へ遺伝子導入を行いました。

その結果、7頭の産仔が得られ、7頭全てにおいて変異遺伝子の導入が確認されました(図3)。

このうち3頭において発症が確認され、発症に伴い、体重・握力・日内活動量の低下が認められました(図4)。

また、運動失調の直接的原因となる小脳の細胞の異常(プルキンエ細胞の脱落)(図5)、頭部MRIでの第四脳室の拡大(図6)など、ポリグルタミン病の患者さんとよく似た病態も多く認められました。

さらに、ヒトのポリグルタミン病に特徴的な脳病変である、ポリグルタミン蛋白質が蓄積して形成される封入体が、モデルマーモセットの脳内の神経細胞において確認されました(図7)。

これらの結果から、今回作出された遺伝子改変マーモセットがポリグルタミン病の患者さんとよく似た病態を示すことが明らかになりました。

<研究の内容2:遺伝子改変コモンマーモセットの系統化に成功>ヒトの疾患に対する新たな診断法や治療法を開発するための橋渡し研究を行うためには、その疾患のモデルとなる実験動物の個体が複数必要であり、かつ、異なる個体どうしが同様の病態を示すことが望まれます。

例えば、治療法の開発にあたっては、治療を行った群と行わなかった群の比較や、異なる個体で同程度の治療効果が認められるかという再現性の確認、治療群において副作用がないかなどについて、同様の病態を示す複数の個体を用いて調べる必要があるからです。

今回作出された遺伝子改変マーモセットモデルを将来の橋渡し研究に向けて実用化するためには、遺伝子改変技術で生まれた個体(第一世代)の子孫(第二世代)を作出し、系統化することが必要になります。

第二世代の個体どうしは、第一世代の個体どうしよりもより近似した病態を示すことが知られています。NCNPでは、第一世代のうち、発症が確認された個体の精子を凍結保存し、顕微授精によって作出した受精卵を他のマーモセットの子宮に移植することにより、産仔の作出を試みました。その結果、現在までに5頭の産仔(第二世代)を獲得し、5頭全てにAtaxin3遺伝子が確認されました。

このことから、ポリグルタミン病モデルマーモセットの次世代作出が可能なことが証明されました。<期待されること>今回の研究によって、ポリグルタミン病に特徴的な症状や脳病変を再現した遺伝子改変モデルマーモセットの系統が世界に先駆けて作出されました。今後、このモデルマーモセットを用いた橋渡し研究を通じて、ポリグルタミン病や神経変性疾患に関する研究が進むことが期待されます。

新たな治療法の開発にむけた研究だけでなく、病態の診断に有用なバイオマーカーや画像診断法を開発するための研究への応用も可能です。

NCNP及び世界中の研究機関においてポリグルタミン病や神経変性疾患の病態や治療法に関する研究が進み、一日でも早く、同疾患に対する根本的な治療方法が確立することが期待されます。

iPS細胞の世界(NHK)

スマホでの視聴はWiFi環境で

2020.02.05にBS-NHKで、iPS細胞の世界と言う番組がほうそうされた。

このなかでは、iPS細胞で心筋細胞を作って、豚やマウスで実験する澤教授(阪大)の研究の様子から再生医療の現状を伝えたものだが、3日前に放送された情熱大陸では、その治療法を人に応用するものです。

再生医療-最前線-沢芳樹

スマホでの視聴はWiFi環境で

2020.02.02の 情熱大陸 で iPS細胞から作った心筋細胞による世界で最初の再生医療による心臓手術が行われた。

そのテレビ放送が”情熱大陸”であった。

我々は脳神経の病気であるが、この放送を見て、最近の医学の進歩はそのうち、脳神経の再生も可能になる日もいつか来ると、希望が持てるものだったので、心臓外科の話題でしたが、載せます。