ASOを介したMSH3抑制がハンチントン病に及ぼす治療効果

学術的背景

ハンチントン病（Huntington’s Disease, HD）は、ハンチンチン遺伝子（HTT）におけるCAGリピート配列の異常な伸長によって引き起こされる神経変性疾患である。この伸長したCAGリピート配列は、体細胞において時間の経過とともにさらに拡大し、疾患の発症と進行を促進する。MSH3はDNAミスマッチ修復タンパク質であり、CAGリピート配列の体細胞拡大プロセスを駆動することでHDの発症と進行に影響を与える。MSH3の機能喪失変異はヒトにおいて比較的許容されるため、治療標的としての可能性が注目されている。しかし、MSH3抑制がHDに及ぼす具体的なメカニズムと治療効果についてはまだ明確になっていない。本研究では、アンチセンスオリゴヌクレオチド（ASO）によるMSH3発現の抑制が、HD患者のiPS細胞（iPSC）由来の線条体ニューロンにおけるCAGリピート配列の伸長を効果的に抑制できるかどうかを探り、その安全性を評価することを目的としている。

論文の出展

本論文は、Emma L. Buntingらによって執筆され、英国のユニバーシティ・カレッジ・ロンドン（UCL）神経疾患・認知症研究所、ケンブリッジ大学、グラスゴー大学、米国のブロード研究所など、複数の研究機関が参加している。論文は2025年2月12日に『Science Translational Medicine』誌に掲載され、タイトルは「Antisense oligonucleotide–mediated MSH3 suppression reduces somatic CAG repeat expansion in Huntington’s disease iPSC–derived striatal neurons」である。

研究の流れと結果

1. 研究デザインと目標

本研究の主な目的は、ASOを介したMSH3抑制がHD患者のiPSC由来の線条体ニューロンにおけるCAGリピート配列の伸長を効果的に抑制できるかどうかを評価し、HD治療におけるその潜在的可能性を探ることである。研究は以下のステップで構成されている：
- iPSC由来の線条体ニューロンの培養：125回のCAGリピート配列を持つHD患者のiPSCを線条体ニューロンに分化させ、培養する。
- ASOの設計とスクリーニング：MSH3 mRNAを標的とするASOを設計・スクリーニングし、最も効果的なASOを選択する。
- MSH3抑制効果の評価：異なる用量でASOがMSH3発現に及ぼす抑制効果を評価し、CAGリピート配列の伸長への影響を検出する。
- トランスクリプトーム解析：RNAシーケンシング（RNA-seq）を通じて、MSH3抑制がニューロンのトランスクリプトームに及ぼす影響を評価する。
- 動物モデルでの検証：ヒトMSH3遺伝子を発現するノックインマウスモデルを構築し、ASOのin vivo治療効果を検証する。

2. 実験ステップと結果

(1) iPSC由来の線条体ニューロンの培養

研究チームはHD患者のiPSCを線条体ニューロンに分化させ、免疫染色を用いてニューロンの分化効率を確認した。その結果、培養されたニューロンの約86%がニューロン細胞（MAP2+）、67%が線条体ニューロン（FOXP1+）、30%が中型有棘ニューロン（DARPP32+）であることが示され、モデルの信頼性が確認された。

(2) ASOの設計とスクリーニング

研究チームはヒトMSH3 mRNAを標的とする約230のASOを設計し、定量逆転写PCR（qRT-PCR）を通じて6つの最も効果的なASOを選出した。最終的に、A-431細胞において最も高いMSH3抑制効果を示したMSH3 ASO-1が選択され、その後の実験に使用された。

(3) MSH3抑制効果の評価

iPSC由来の線条体ニューロンにおいて、ASOの用量依存性実験が行われた。その結果、MSH3 ASO-1は用量依存的にMSH3発現を抑制し、最高用量（3 μM）ではMSH3発現が95%以上減少した。同時に、ASO処理はCAGリピート配列の伸長を有意に抑制し、最高用量では伸長がほぼ完全に阻止された。CRISPR-Cas9技術を用いたMSH3ノックアウト実験でも同様の結果が得られ、MSH3が欠失したニューロンではCAGリピート配列の収縮が観察された。

(4) トランスクリプトーム解析

RNA-seq解析を通じて、MSH3 ASO-1処理後、ニューロンにおけるMSH3発現が有意に減少したが、DNA修復関連の経路の機能不全は検出されなかった。ASO処理が一部の遺伝子発現に影響を及ぼしたものの、これらの変化は重要な経路に関与しておらず、MSH3抑制がニューロンにおいて比較的安全であることが示された。

(5) 動物モデルでの検証

研究チームはヒトMSH3遺伝子を発現するノックインマウスモデルを構築し、脳室内投与（ICV）によりMSH3 ASO-1を投与した。その結果、ASO処理はマウスの脳と脊髄におけるMSH3発現を有意に減少させ、複数の脳領域で同様の抑制効果が観察された。動物実験では、ASO処理がマウスにおいて良好な耐容性を示し、顕著な毒性は見られなかった。

3. 結論と意義

本研究は、ヒトiPSC由来の線条体ニューロンにおいて、ASOを介したMSH3抑制がCAGリピート配列の伸長に及ぼす影響を体系的に評価し、HD治療におけるその潜在的可能性を初めて実証した。研究結果は、MSH3抑制がCAGリピート配列の伸長を効果的に抑制し、ニューロンのトランスクリプトームへの影響が小さいことを示している。さらに、マウスモデルでの検証を通じて、ASOのin vivoでの実現可能性と安全性が確認された。これらの発見は、MSH3抑制を基盤とするHD治療戦略の開発に向けた重要な実験的根拠を提供する。

4. 研究のハイライト

• 革新的な治療戦略：ASOを介したMSH3発現抑制により、HD治療の新たなアプローチが提案された。
  
• 包括的な実験的検証：in vitro細胞モデルからin vivo動物モデルまで、MSH3抑制の効果と安全性が体系的に検証された。
  
• 臨床転換の可能性：本研究は、今後のHD臨床試験の実施に向けた科学的基盤を確立した。
  
• 学際的な協力：遺伝学、分子生物学、神経科学など多分野の専門性を生かした研究が進められた。
  

5. その他の有用な情報

本研究で開発されたヒトMSH3ノックインマウスモデルは、MSH3を標的とする治療薬の開発に向けた重要な実験ツールとなる。さらに、FAN1（HD発症年齢に関連する遺伝子）が欠損したニューロンにおいてもMSH3抑制が有効であることが示されたことから、この治療戦略が高い遺伝的リスクを有するHD患者にも適用可能であることが示唆された。

まとめ

本研究は、多層的な実験的検証を通じて、ASOを介したMSH3抑制がHD治療において持つ潜在的可能性を体系的に評価し、その臨床応用に向けた重要な科学的根拠を提供した。今後の研究では、この治療戦略を患者において実際に検証し、ASOの設計を最適化して効果と安全性をさらに高めることが期待される。