ハンチントン病における異常スプライシングはTDP-43活性の破壊とm6A RNA修飾の変化を伴う

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ハンチントン病 TDP-43 m6A RNA修飾 異常スプライシング 神経変性疾患

ハンチントン病における異常スプライシングとTDP-43機能障害およびm6A RNA修飾の変化

学術的背景

ハンチントン病（Huntington’s disease, HD）は、常染色体優性遺伝性の神経変性疾患であり、主に運動、認知、精神症状を示します。この疾患は、HTT遺伝子内のCAGリピートの拡張によって引き起こされ、ハンチンチンタンパク質（huntingtin, HTT）中のポリグルタミンリピートの異常な拡張を引き起こします。HTT遺伝子の変異メカニズムは広く研究されていますが、HDにおけるRNAプロセシング異常のメカニズムはまだ完全には解明されていません。特に、RNAスプライシング異常がHDにおいて果たす具体的な役割はまだ完全には明らかになっていません。近年、RNA結合タンパク質（RNA-binding proteins, RBPs）やRNA修飾（例：m6Aメチル化）が神経変性疾患において果たす役割が注目されています。TDP-43（TAR DNA-binding protein 43）は、筋萎縮性側索硬化症（ALS）や前頭側頭型認知症（FTLD）において重要なRNA結合タンパク質ですが、HDにおけるその機能はまだ明確ではありません。

本研究は、TDP-43とm6A RNA修飾がHDにおいて果たす調節的役割を探求し、HDにおけるRNAスプライシング異常の潜在的なメカニズムを明らかにすることを目的としています。

論文の出典

この論文は、Thai B. Nguyen、Ricardo Miramontesらを含む複数の著者によって共同で行われ、University of California, IrvineやLudwig Institute for Cancer Researchなどの複数の研究機関からの研究者が参加しています。この研究は2025年2月にNature Neuroscience誌に掲載され、論文のタイトルは「Aberrant splicing in Huntington’s disease accompanies disrupted TDP-43 activity and altered m6A RNA modification」です。

研究のプロセスと結果

1. HDマウスモデルにおけるRNAプロセシング異常

研究はまず、HDのR6/2トランスジェニックマウスモデルにおいてRNAシーケンシング（RNA-seq）を行い、3ヶ月齢のマウスの線条体と皮質におけるRNAスプライシングの変化を分析しました。その結果、HDマウスでは多数のスプライシング異常イベントが観察され、特にエクソンスキッピング（exon skipping）現象が顕著に増加していました。RMATS（RNA-seq multivariate analysis of transcript splicing）ツールを使用して、研究者は皮質と線条体でそれぞれ9033個と10074個の有意なスプライシングイベントを同定しました。さらに、GO（Gene Ontology）分析により、これらのスプライシング異常は主に神経シナプス伝達に関連する遺伝子に関与していることが示されました。

これらのスプライシング変化を検証するため、研究者はRASL-seq（RNA-mediated oligonucleotide annealing, selection and ligation with next-generation sequencing）技術を使用し、R6/2マウスおよび他の2つのHDモデル（Q150とQ175）でスプライシングイベントを分析しました。その結果、HDマウスではエクソンスキッピングイベントが顕著に増加しており、この変化は用量依存性および年齢依存性を示すことが明らかになりました。

2. TDP-43とm6AモチーフのHDマウスにおける富化

スプライシング異常の潜在的なメカニズムを探るため、研究者はde novoモチーフ分析を行い、HDマウスでスキップされたエクソンがUG/GUモチーフを豊富に含むことを発見しました。これらのモチーフはTDP-43の結合部位です。さらに、m6Aの古典的なモチーフであるDRACh（D = A/G/U, R = A/G, H = A/C/U）も発見され、m6A修飾がHDのスプライシング調節において役割を果たしている可能性が示唆されました。

3. HDにおける未注釈のスプライシングイベントの発見

研究者はさらに、MAJIQとLeafCutterツールを使用して、HDマウスの皮質と線条体における未注釈のスプライシングイベントを分析しました。その結果、約50%のスプライシング変化が未注釈であり、これらの変化は主に神経細胞の発生と機能に関連する遺伝子に関与していることが明らかになりました。単細胞RNA-seqおよび長鎖RNAシーケンシング（PacBio Iso-seq）を使用して、研究者はこれらの未注釈のスプライシングイベントの存在を検証し、それらがTDP-43の欠損と密接に関連していることを発見しました。

4. HDにおけるTDP-43結合の減弱

TDP-43がHDにおいて果たす役割を調査するため、研究者はTDP-43のeCLIP-seq（enhanced crosslinking and immunoprecipitation sequencing）実験を行い、HDマウスと正常マウスの皮質および線条体におけるTDP-43結合部位を分析しました。その結果、HDマウスではTDP-43の結合が著しく減少しており、特にダウンレギュレートされた遺伝子において顕著でした。さらに、TDP-43の結合部位はm6A修飾部位と密接に関連しており、TDP-43の機能がm6A修飾に依存している可能性が示唆されました。

5. HDマウスとヒト脳におけるTDP-43核局在の減少

免疫蛍光染色により、研究者はHDマウスおよびヒト患者の脳においてTDP-43の核局在が著しく減少し、リン酸化されたTDP-43（pTDP-43）が細胞質に蓄積していることを発見しました。さらに、研究者は新しい核内pTDP-43凝集体様構造（aggregation-like bodies, AL bodies）を発見し、これらの構造がHTTタンパク質と共局在していることを示しました。これは、TDP-43の異常凝集がHDの病理の一部である可能性を示唆しています。

6. HDにおけるm6A修飾の異常

研究者はさらに、HDマウスにおけるm6A修飾の変化を分析しました。m6A eCLIP-seqにより、HDマウスではm6A修飾部位が著しく減少しており、特にダウンレギュレートされた遺伝子において顕著であることが明らかになりました。さらに、m6A修飾の減少はTDP-43結合の減少と密接に関連しており、m6A修飾がHDにおいてTDP-43の機能を調節している可能性が示唆されました。

結論と意義

この研究は、HDにおけるRNAスプライシング異常においてTDP-43機能障害とm6A RNA修飾の異常が重要な役割を果たしていることを明らかにしました。研究は、TDP-43の核局在の減少とリン酸化TDP-43の細胞質蓄積がHD病理の重要な特徴であることを示しています。さらに、m6A修飾の減少はTDP-43結合に影響を与えることで遺伝子発現とスプライシングを調節している可能性があります。これらの発見は、HDの病理メカニズムに関する新しい洞察を提供し、TDP-43とm6A修飾がHD治療の潜在的な標的となる可能性を示唆しています。

研究のハイライト

  1. HDにおけるTDP-43の機能障害：研究は初めて、HDにおけるTDP-43の機能障害、特にその核局在の減少とリン酸化TDP-43の細胞質蓄積を体系的に明らかにしました。
  2. m6A修飾の異常：研究は、HDにおいてm6A修飾が著しく減少しており、この変化がTDP-43結合と密接に関連していることを発見し、m6A修飾がHDにおいて調節的役割を果たしている可能性を示唆しました。
  3. 未注釈スプライシングイベントの発見：単細胞RNA-seqと長鎖RNAシーケンシングを使用して、研究者は多数の未注釈のスプライシングイベントを発見し、これらがHDの病理と密接に関連していることを示しました。
  4. 新しい核内pTDP-43凝集体様構造：研究者は初めて、HD患者の脳において核内pTDP-43凝集体様構造を発見し、これらの構造がHDの病理進行に関連している可能性を示唆しました。

研究の価値

この研究は、HDにおいてTDP-43とm6A修飾が果たす重要な役割を明らかにしただけでなく、HDの病理メカニズムに関する新しい洞察を提供しました。これらの発見は、TDP-43とm6A修飾を標的とした治療戦略の開発のための理論的基盤を提供し、重要な科学的および応用的価値を持っています。