体細胞および生殖細胞のPRNP変異に関する孤発性ヒトプリオン病の神経病理学的方向性分析

序論

プリオン病（Prion diseases）は、感染性、進行性、致死的な神経変性疾患であり、プリオンタンパク質（PrP）の異常な折り畳みと凝集を特徴とします。プリオンタンパク質はPRNP遺伝子によってコードされ、正常細胞内のプリオンタンパク質（PrPc）は疾患特異的な構造（PrPSc）の基質です。プリオンは異なる哺乳動物間で容易に伝播し、例えば、羊や山羊が罹患する「スクレイピー」、鹿やヘラジカが罹患する慢性消耗病、牛が罹患する狂牛病、そして人間のクール病（Kuru）などが含まれます。プリオン病はその感染性で知られていますが、他の病因も疾患の負担に重要な影響を与えます。

人口100万人あたりの発症率は1〜2人で、感染性、家族性、孤発性の起源を含みます。その中で、感染性のケース（クール病、医原性感染、および人獣共通狂牛病を含む）は1％未満です。大部分のケース（約85％）は孤発性プリオン病（sCJD）であり、家族性プリオン病は約15％を占めます。これらの症例は3つの原因パターンを示します：感染性症例は30歳前後でピークに達し、遺伝性症例は50歳前後、孤発性症例は60歳以上で発症することが多いです。家族性症例は何らかの示唆を与えますが、孤発性プリオン病の原因は未だに不明です。

家族性プリオン病はPRNP遺伝子の常染色体優性変異（機能獲得変異）によって引き起こされます。3つの完全な外顕性ミスセンス変異は特定の臨床病理学的症候群に関連しています: P102L変異はGerstmann-Sträussler-Scheinker症候群（GSS）を引き起こし、D178N変異は致命的な家族性不眠症（FFI）と家族性CJD（fCJD）を引き起こし、E200K変異もfCJDを引き起こします。その他の変異、例えばV210IおよびV180Iは疾患リスクを増加させる可能性があります。抑制性の変異は早期終止コドンを生成し、時にはプリオンタンパク質のN末端に位置し、タンパク質の大部分を切り詰めることで保護作用を持つことがあります。

PRNPの生殖系列変異が早発性疾患を引き起こすことを考えると、我々は、晩発性の孤発性プリオン病は体細胞変異によって引き起こされる可能性があると仮定しました。これらの体細胞変異は個人の発育および老化過程で生じ、そのため個体の一部の細胞に存在する可能性があります。体細胞変異は腫瘍のドライバーである一方、非腫瘍組織にも蓄積し、老化や神経変性疾患の神経細胞に蓄積することがあります。特定の病状下では、体細胞変異による疾患は生殖系列変異よりも晩発性または局所的に分布し、例えばLi-Fraumeni症候群におけるTP53変異や、脳内で広範に分布するmTOR経路変異などのメカニズムが類似しています。初期の研究はアルツハイマー病（AD）およびプリオン病における病視突変の広範な存在を証明できませんでしたが、Heidenhain変異孤発性CJD（h-sCJD）は局所的な表現型を示し、局所的な神経変性病変における体細胞モザイク研究の機会を提供します。

研究の出典

この論文はGannon A. McDonoughら複数の学者によって執筆され、Brigham and Women’s Hospital、Boston Children’s Hospital、Case Western Reserve University School of Medicine、Howard Hughes Medical Instituteなどの多機関の協力が関与しています。論文は2024年7月に「Acta Neuropathologica」誌に掲載が承認されました。

研究手順

研究は深度DNAシーケンシング技術を用いて、205例の確診された孤発性CJD症例と170例の年齢を一致させた非疾病対照を対象にPRNP遺伝子のシーケンシングを行いました。研究には特に5例のHeidenhain変異孤発性CJD（h-sCJD）症例が含まれており、これらの症例は視覚症状および神経病理学的にプリオンタンパク質の局所的形成を示唆しています。研究チームは多重独立プライマーPCRシーケンシング（MIPP-seq）技術を使用し、そのカバレッジの中央値は5000倍を超え、MosaicHunterを使用して変異分析を行いました。大量DNAのアリル混合実験を通じて、変異アリル分率は0.2％まで検出可能であることが証明されました。

サンプルおよび方法

研究は、孤発性CJD患者と神経疾患の診断がない対照群を含む2つの相互に独立したサンプル群を使用しました。205例の孤発性CJDサンプルは、National Prion Disease Pathology Surveillance Centerによって収集および確認され、その年齢範囲は45歳から86歳の間であり、95名の女性および110名の男性を含みます。すべてのCJDサンプルの確診は、組織病理学、免疫組織化学、およびプリオンタンパク質（PrPSc）のウェスタンブロット分析に基づいています。家族性プリオン病の症例は、通常のPRNP致病変異を排除し、すべてのサンプルが孤発性CJDであることを確認しました。

対照群は170名の個人で構成され、その年齢範囲は35歳から89歳の間であり、55名の女性および115名の男性を含み、すべての対照サンプルはNIH Neurobiobankによって収集されました。

すべてのサンプルについて、CJD患者および非疾病対照群の優先分析部位として小脳皮質サンプルが選ばれました。さらに、h-sCJD症例については、視皮質領域（BA 17、18、および19）、前頭皮質（BA 46）、頭頂皮質、側頭皮質、視床および歯状核のサンプルも追加されました。

体細胞変異の検出

PRNP遺伝子の多重独立プライマーPCRシーケンシング（MIPP-seq）技術を使用し、ターゲット領域をカバーする複数のアンプリコンを生成し、その後、サンプル特異的バーコードを持つアンプリコンライブラリを生成するために二重インデックスPCRステップを実施しました。我々は、超高深度シーケンシングデータ（>5000X）を使用して低頻度変異アリルを識別および確認し、MosaicHunterを使用して体細胞変異および生殖系列変異を検出および確認しました。希釈実験により、検出された最低アリル分率は0.2％でした。

主な結果

研究結果は、研究対象者において複数の多様な生殖系列変異が検出されたにもかかわらず、sCJD症例のPRNP遺伝子には真の体細胞変異が認識されなかったことを示しました。特に、h-sCJD症例の多くの脳領域（影響を受けた後頭葉皮質を含む）および対照群でも体細胞変異は検出されませんでした。これにより、孤発性CJDにおけ