筋萎縮性側索硬化症の新規原因リピート伸長を同定しました。
【本研究成果のポイント】
- リピート伸長病はゲノムDNAの繰り返し配列が長くなることが原因となる疾患です。筋萎縮性側索硬化症(ALS)の一部がリピート伸長病であることが知られていましたが、今回新たにLRP12遺伝子の5’非翻訳領域のCGGリピート伸長がALSの原因となることを発見しました。
- 健常人では通常10から20リピートであるCGGリピートが61から100リピートに伸長するとALSを引き起こし、100リピート以上では眼瞼下垂、外眼筋麻痺等といった症状がみられる眼咽頭遠位型ミオパチーを発症させる分子メカニズムの違いを明らかにしました。
- この研究成果は、ALSの病態の一端を明らかにし、新たな治療法の開発につながることが期待されます。
【概要】
広島大学原爆放射線医科学研究所分子疫学研究分野 川上秀史教授、久米広大准教授、独立行政法人国立病院機構呉医療センター脳神経内科 倉重毅志医長、関西医科大学iPS・幹細胞応用医学講座 六車恵子教授らの研究グループは、筋萎縮性側索硬化症（ALS）の新規原因としてLRP12遺伝子の5’非翻訳領域のCGGリピート伸長変異を同定しました(注1)。このリピートが100リピート以上の時、眼咽頭遠位型ミオパチー (OPDM, 注2)を引き起こすことは知られていましたが、ALS患者では61から100リピートとOPDMより短いリピート伸長を認めました。ALS患者由来のiPS細胞から分化させた運動神経では、より多くのRNA foci(注3)が形成され、ALSの病理学的特徴であるリン酸化TDP-43の細胞質内局在を認めました。一方、OPDM患者由来の運動神経では、リン酸化TDP-43の異常局在を認めず、OPDM患者の筋でMBNL1とRNA fociの共局在を認めました。以上より、CGGリピート長の違いが、異なる分子機序によってALSとOPDMの原因となることが明らかになりました。本研究によりALSの病態の一端が明らかとなり、新規治療法の開発につながることが期待されます。
なお本研究は、東北大学医学研究科神経内科学 青木正志教授、徳島大学臨床神経科学 和泉唯信教授、同遺伝情報医学 森野豊之教授他との共同研究として行われました。
本研究成果は、日本時間2023年6月20日（火）午前1時に、American Journal of Human Genetics誌に掲載されました。
【掲載論文】
・タイトル：CGG repeat expansion in LRP12 in amyotrophic lateral sclerosis
・著者：Kodai Kume1*, Takashi Kurashige2*, Keiko Muguruma3*, Hiroyuki Morino1,14, Yui Tada1, Mai Kikumoto1,4, Tatsuo Miyamoto5,15, Silvia Natsuko Akutsu5, Yukiko Matsuda1, Shinya Matsuura5, Masahiro Nakamori4, Ayumi Nishiyama6, Rumiko Izumi6, Tetsuya Niihori7, Masashi Ogasawara8, Nobuyuki Eura8, Tamaki Kato9, Mamoru Yokomura9, Yoshiaki Nakayama10, Hidefumi Ito10, Masataka Nakamura11, Kayoko Saito9, Yuichi Riku12, Yasushi Iwasaki12, Hirofumi Maruyama4, Yoko Aoki7, Ichizo Nishino8, Yuishin Izumi13, Masashi Aoki14, Hideshi Kawakami1**
*共同筆頭著者、**責任著者
１：広島大学原爆放射線医科学研究所分子疫学研究分野
２：独立行政法人国立病院機構呉医療センター脳神経内科
３：関西医科大学iPS・幹細胞応用医学講座
４：広島大学大学院医系科学研究科脳神経内科学
５：広島大学原爆放射線医科学研究所放射線ゲノム疾患研究分野
６：東北大学医学研究科神経内科学
７：東北大学医学研究科遺伝医療学分野
８：国立精神神経医療研究センター神経研究所疾病研究第一部
９：東京女子医科大学遺伝子医療センター
10：和歌山県立医科大学脳神経内科
11：関西医科大学神経内科学講座
12：愛知医科大学加齢医科学研究所神経病理部門
13：徳島大学大学院臨床神経科学分野
14：徳島大学大学院遺伝情報医学分野
15：山口大学大学院分子細胞生理学講座
・掲載雑誌：American Journal of Human Genetics online
・DOI: https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2023.05.014
・こちらより2023年8月8日まで全文アクセスできます。https://authors.elsevier.com/c/1hHB3geX6Kn~
【背景】
ALSは、運動神経の変性により、四肢の筋力低下、構音障害、嚥下障害、呼吸筋麻痺をきたす神経変性疾患です。これまでに30個以上の原因遺伝子が報告されていますが、これらの原因遺伝子変異を持っていないALS患者は多く、まだ同定されていない原因遺伝子は多く存在すると考えられています。またALSの病理学的な特徴であるリン酸化TDP-43の細胞質局在は病態の中心とされ、盛んに研究されてきましたが、ALSの病態は完全には解明されていません。
【研究成果の内容】
私達は、家族性ALSの2家系を対象にロングリードシーケンサーによる全ゲノム解析を行いました。そして、ALS発症者がLRP12遺伝子の5’非翻訳領域のCGGリピート伸長を有していることを見出しました。このリピート伸長をALS患者1039名に対してスクリーニングを行い、3名にリピート伸長を認めました。また、東北大学コホートの家族性ALS40家系を用いたスクリーニングでは、2家系がリピート伸長を有していることが明らかになりました。さらに、これらの患者のCGGリピート長が100リピート以下であり、通常100リピート以上であるOPDM患者より短いリピート伸長であることを発見しました。
リピート長の違いがどのような機序でALSとOPDMの違いを生み出すのかを明らかにするため、筋およびiPS細胞から分化させた運動神経を用いた解析を行いました。ALS患者の筋では、LRP12のRNA発現量は増加する傾向にあり、筋および運動神経では、ALSがOPDMより多くのRNA fociを形成していました(図1)。また、ALS患者由来の運動神経のみに細胞質内のリン酸化TDP-43を認めました(図2)。一方、OPDM患者由来の筋では、筋の機能維持に重要と考えられているMBNL1タンパクがリピートRNAと共に蓄積していました。この所見はALS患者の筋では認めませんでした。
以上のように、LRP12遺伝子のCGGリピート伸長がALSの原因となること、リピート長の違いがALSとOPDMそれぞれを異なる機序で発症させることを明らかにしました(図3)。
【今後の展開】
本研究で同定したLRP12のCGGリピート伸長に対する遺伝子治療の開発を行うことにより、ALSの一部が治療可能となる可能性があります。また、CGGリピート伸長がリン酸化TDP-43の細胞質内局在をきたす機序を解明すれば、LRP12以外の原因によるALSの病態の解明や治療法の開発につながる可能性があると考えます。
注1:
本研究は、日本学術振興会（JSPS）科学技術研究費助成事業 基盤研究(A)「筋萎縮性側索硬化症の新規原因遺伝子の同定と解析（研究代表者：川上秀史、研究分担者：六車恵子）」、同基盤研究（B）「変性疾患における小脳・大脳神経細胞の脆弱性の解析（研究代表者：六車恵子）」、同挑戦的研究（萌芽）「複合オルガノイドによるヒト脳領域間ネットワークの形成（研究代表者：六車恵子）」、大樹生命厚生財団、武田科学振興財団、土谷記念医学振興基金、上原記念生命科学財団、せりか基金、先進医薬研究振興財団、ノバルティス科学振興財団研究奨励金「複雑系脳オルガノイドによるヒト脳発生の解明と中枢神経疾患への応用（研究代表者：六車恵子）」による助成を受けて行われました。
【参考資料】
図1. iPS細胞由来運動神経のRNA foci
図2. iPS細胞由来運動神経の細胞質内リン酸化TDP-43
図3. 本研究の概要
【用語解説】
注２ 眼咽頭遠位型ミオパチー (Oculopharyngodistal myopathy; OPDM)
眼瞼下垂、外眼筋麻痺、咽頭筋障害、四肢遠位筋障害をきたす筋疾患。
注3 iPS細胞
人工多能性幹細胞（induced pluripotent stem cell）のことを指す。皮膚や血液などの体細胞に、ごく少数の因子を導入し、培養することで、様々な組織や臓器の細胞に分化する能力（多能性）をもち、未分化なまま試験管内で培養してほぼ無限に増殖することができる細胞。
注4 RNA foci
異常なリピート伸長をもつRNAが細胞核内で凝集したもの。