学術的背景

前頭側頭型認知症（Frontotemporal Dementia, FTD）は、行動の変化、言語障害、または運動機能障害を主な症状とする進行性の神経変性疾患の一群です。FTDの発症率はアルツハイマー病（Alzheimer’s Disease, AD）よりも低いものの、若年性認知症の主要な原因の一つとなっています。FTDの分子基盤は複雑であり、ほとんどの症例は前頭側頭葉変性症（Frontotemporal Lobar Degeneration, FTLD）の病理に起因しており、タウ蛋白、TDP-43蛋白、またはFET蛋白の細胞内封入体が主な特徴です。ADとは異なり、FTD症例の約3分の1は遺伝性であり、最も一般的な変異はGRN、C9orf72、およびMAPTの3つの遺伝子に起こります。これらの遺伝子変異は、それぞれTDP-43蛋白症とタウ蛋白症を引き起こします。

現在、FTDの診断と治療は、特定のバイオマーカーが不足しているため、大きな課題に直面しています。そのため、FTDに関連する脳脊髄液（Cerebrospinal Fluid, CSF）中の蛋白質マーカーの探索が研究の焦点となっています。プロテオミクス分析を通じて、異なる遺伝型FTDの病理メカニズムを解明し、診断と予後に関する新たなバイオマーカーを提供することが可能です。

論文の出典

この研究は、Aitana Sogorb-Esteve、Sophia Weiner、Joel Simrénらを含む複数の研究者によって行われ、英国のユニバーシティ・カレッジ・ロンドン、スウェーデンのヨーテボリ大学、オランダのエラスムス医療センターなど、複数の研究機関が関与しています。論文は2025年2月5日にScience Translational Medicine誌に掲載され、タイトルは《Proteomic analysis reveals distinct cerebrospinal fluid signatures across genetic frontotemporal dementia subtypes》です。

研究のプロセス

1. 研究対象とサンプル収集

研究では、Genetic FTD Initiative (GENFI)コホートから提供された238のCSFサンプルを使用しました。これには、無症候性の変異キャリア107名（C9orf72 44名、GRN 38名、MAPT 25名）、有症候性の変異キャリア55名（C9orf72 27名、GRN 17名、MAPT 11名）、および非変異対照者76名が含まれます。すべてのサンプルは腰椎穿刺によって収集され、2時間以内に遠心処理を行い、不溶物と細胞を除去しました。上清は分注され、-80°Cで保存されました。

2. サンプル処理とプロテオミクス分析

サンプル処理には以下のステップが含まれます： - 還元とアルキル化：トリス（2-カルボキシエチル）ホスフィン（TCEP）とジチオスレイトール（DTT）を使用して蛋白質を還元し、ヨードアセトアミドでアルキル化を行いました。 - 酵素消化：トリプシンを使用して蛋白質を消化し、ペプチドを生成しました。 - TMT標識：18重タンデム質量タグ（TMTpro）を使用してペプチドを標識し、サンプルを複数の18重標識グループに分けました。 - 液体クロマトグラフィー分離：高pH逆相高速液体クロマトグラフィー（HPLC）を使用してペプチドを分離し、サンプルの複雑さを低減しました。 - 質量分析：高分解能質量分析装置（Orbitrap Fusion Lumos）を使用してペプチドの質量分析を行い、ペプチドの相対的な豊度を検出しました。

3. データ分析

データ分析には以下の手法が採用されました： - 差異蛋白質豊度分析：線形回帰モデルを使用して、異なるグループ間の蛋白質豊度の差異を比較し、年齢と性別を共変量として調整し、Benjamini-Hochberg法を用いて多重比較補正を行いました。 - 遺伝子共発現ネットワーク分析：重み付き遺伝子共発現ネットワーク分析（WGCNA）を使用して、病理に関連する蛋白質モジュールを特定し、遺伝子オントロジー（GO）注釈を通じてモジュールの生物学的機能を特定しました。 - 臨床パラメーターとの関連性分析：蛋白質モジュールの固有値と臨床パラメーター（血漿NFL、FTLD-CDR-SOBスコア、脳容積など）の関連性を分析し、その予後価値を評価しました。

主な結果

1. 異なる遺伝型FTDのプロテオーム差異

研究では、異なる遺伝型FTD患者のCSFプロテオームに有意な差異があることが明らかになりました。有症候性変異キャリアでは、MAPT、GRN、C9orf72変異キャリアでそれぞれ58、138、385の蛋白質の豊度が有意に変化していました。これらの蛋白質は主にニューロン損傷、グリア細胞反応、シナプス機能に関連しています。

2. アルツハイマー病との比較

研究では、FTDのプロテオームデータをADのプロテオームデータと比較しました。その結果、YWHAG、NPTXR、FABP3などの蛋白質がFTDとADの両方で有意に変化していることがわかり、これら2つの疾患が神経変性および神経炎症プロセスにおいて共通の下流病理学的特徴を持つことを示唆しています。

3. 無症候性変異キャリアのプロテオーム変化

研究では、無症候性変異キャリアにおいても、いくつかの蛋白質の豊度が既に変化していることが明らかになりました。例えば、CALB2、HK1、およびPGK1は、無症候性C9orf72キャリアにおいて有意に増加しており、これらの蛋白質がC9orf72関連の代謝異常に関与している可能性が示唆されています。

4. 蛋白質ネットワーク分析

WGCNAを使用して、研究ではFTDの病理に関連する複数の蛋白質モジュール（「コアマーカー」、「シナプス」、「リソソーム」など）を特定しました。そのうち、「コアマーカー」モジュールは疾患の重症度および認知機能の低下と有意に関連しており、「シナプス」モジュールの豊度の低下は認知機能の低下と関連していました。

結論

この研究は、遺伝型FTD患者のCSFプロテオームの特徴を明らかにし、疾患の病理メカニズムに対する深い理解を提供しました。研究では、異なる遺伝型FTDのプロテオーム変化に共通点と差異があることが示され、これらの変化が無症候期に既に現れることが明らかになりました。研究ではまた、C9orf72、GRN、MAPT変異に関連する特定の蛋白質を特定し、FTDの診断と予後に関する潜在的なバイオマーカーを提案しました。さらに、FTDとADが神経変性および神経炎症プロセスにおいて共通のプロテオーム変化を持つことが明らかになり、これら2つの疾患が特定の病理メカニズムにおいて類似性を持つことを示唆しています。

研究のハイライト

1. 包括的なプロテオーム分析：研究では非標的質量分析法を採用し、遺伝型FTD患者のCSFプロテオームを体系的に分析し、異なる遺伝型FTDのプロテオーム特性を明らかにしました。
2. 早期病理マーカーの発見：研究では、無症候性変異キャリアにおいて既に蛋白質の豊度が変化していることを発見し、FTDの早期診断における潜在的なマーカーを提供しました。
3. ADとの比較研究：研究では、FTDのプロテオームデータをADと比較し、2つの疾患が神経変性および神経炎症プロセスにおいて共通のプロテオーム変化を持つことを明らかにしました。
4. 蛋白質ネットワーク分析の応用：WGCNAを使用して、FTDの病理に関連する蛋白質モジュールを特定し、これらのモジュールと臨床パラメーターの関連性を評価し、FTDの診断と予後に関する新たな視点を提供しました。

総括

この研究は、包括的なプロテオーム分析を通じて、遺伝型FTDのCSFプロテオームの特徴を明らかにし、異なる遺伝型FTDに関連する特定の蛋白質を発見し、潜在的な診断および予後バイオマーカーを提案しました。研究結果は、FTDの病理メカニズムを理解するための新たな視点を提供するだけでなく、FTDの早期診断と治療に重要な科学的根拠を提供しています。