GYS1反応療法がラフォラ病マウスモデルにおける疾患誘発性凝集体とてんかん様放電を防ぐ

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GYS1反義療法がLafora病モデルマウスにおける病因となる凝集体およびてんかん様放電を抑制

背景と研究目的

Lafora病（Lafora Disease, LD）は、青少年期に発症する重篤な常染色体劣性遺伝病で、てんかんと急速な認知症の進行を特徴とします。患者は主にEPM2AまたはEPM2B遺伝子の変異を持ち、これらの遺伝子はそれぞれ糖原ホスファターゼ（Laforin）およびE3ユビキチンリガーゼ（Malin）をコードしています。これらの酵素が欠損すると、異常な糖原分子（Lafora小体, Lafora Bodies, LBs）の蓄積を引き起こします。LBsは特に脳内で凝集し、てんかん発作や神経変性を引き起こしますが、現在Lafora病の有効な治療法は存在せず、患者は平均して発症から11年以内に死亡します。

近年の研究では、糖原合成の抑制がモデルマウスでのLBs蓄積および病態の緩和に有効であることが示されています。本研究では、脳内で糖原合成を担う糖原合成酵素1（Glycogen Synthase 1, GYS1）を標的とする反義オリゴヌクレオチド（Antisense Oligonucleotide, ASO）を開発し、そのEPM2Bノックアウト（KO）マウスモデルでの有効性を検証しました。

研究チームと論文の出典

本研究は、ケンタッキー大学分子細胞生化学部、Ionis Pharmaceuticals反義薬物研究部、フロリダ大学神経科学部など、複数の研究機関からの共同研究チームによって実施されました。本論文はNeurotherapeutics（2023年、第20巻）に掲載されており、Lafora病治療における重要な進展を示しています。

研究方法と手順

EPM2B KOマウスを使用し、GYS1-ASOの分布と有効性を検討しました。主な実験手順は以下の通りです。

  1. ASO投与: 立体定位脳室内注射法を用い、マウスの4、7、10ヶ月齢時にGYS1-ASOを投与しました。各グループは雄性5匹、雌性5匹を含み、13ヶ月齢で脳組織を採取しました。

  2. mRNAおよびタンパク質発現の測定: 脳組織からRNAを抽出し、定量PCR（qRT-PCR）でGYS1 mRNA発現量を測定しました。また、ウエスタンブロットと免疫組織化学（IHC）でタンパク質発現を評価しました。

  3. 糖原蓄積の分析: PAS染色、抗糖原抗体によるIHC、MALDI質量分析を用いて脳内の糖原およびLBsの蓄積を測定しました。

  4. 神経興奮性の測定: 多電極アレイ（MEA）を使用して、脳スライスの自発放電率（SF）とてんかん様放電（ED）を記録し、治療の神経興奮性への影響を評価しました。

  5. 統計分析: 単因子分散分析（ANOVA）および混合効果モデルを使用して、異なる治療群間の差を評価しました。

主な研究結果

  1. GYS1発現の著しい減少: GYS1-ASO治療により、GYS1 mRNAおよびタンパク質発現量が有意に減少しました。IHCでは、全ての脳領域でGYS1の発現が減少していました。

  2. 糖原蓄積の減少: GYS1-ASO治療群では、対照群に比べて脳内糖原蓄積面積とLBsの数が著しく減少しました。特に海馬と小脳で顕著でした。

  3. てんかん様放電の減少: MEAデータでは、GYS1-ASO治療群のED頻度が正常レベルに近づき、対照群よりも有意に低かった。

  4. 神経炎症への影響は限定的: CCL5やCXCL10などの炎症マーカーの発現には有意な変化は見られませんでしたが、これは治療開始時期が遅かったためと考えられます。

研究の意義と価値

  1. 革新的な治療戦略: 糖原合成を標的とする反義オリゴヌクレオチド療法の有効性が初めて実証され、将来の臨床応用に向けた基盤が構築されました。

  2. 広範な適用可能性: GYS1-ASOは、EPM2AおよびEPM2B変異モデルの両方で有効であり、すべてのLafora病患者に適用可能であることが示されました。

  3. 組み合わせ療法の可能性: GYS1-ASOは既存のLBsを除去できませんが、LBsを分解する他の治療法と組み合わせることで、相乗効果が期待されます。

  4. 安全性の確認: 健康なマウスで50%の糖原減少が悪影響を及ぼさないことが確認され、臨床転換の安全性が支持されました。

研究のハイライト

  • GYS1-ASOが脳内で広範囲に分布し、糖原合成酵素の発現を著しく抑制。
  • 糖原蓄積の減少と神経興奮性の改善が複数の方法で実証。
  • 本研究結果は、さらなる臨床研究への重要な概念実証データを提供。

展望と今後の方向性

今後の研究では、治療の最適なタイミングを明確化し、GYS1-ASOが末梢組織に及ぼす影響を評価する必要があります。また、既存のLBsを除去する治療法との組み合わせにより、病態進行を完全に抑制する可能性があります。本研究成果はLafora病の治療に新たな希望をもたらし、他の糖原蓄積病の治療にも重要な洞察を提供します。