Kii ALS/PDCにおけるCHCHD2関連異常ミトコンドリア症のアストロサイト

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ALS PDC Kii ALS/PDC CHCHD2 アストロサイト ミトコンドリア

Kii ALS/PDC星状細胞における異常なCHCHD2関連ミトコンドリア変性の研究報告

一、研究背景

筋萎縮性側索硬化症/パーキンソン痴呆複合（ALS/PDC）は、日本、グアム、およびパプアニューギニアなどの西太平洋諸島で主に見られるまれかつ複雑な神経変性疾患です。この病気の患者は、典型的なALSやパーキンソン病（PD）の症状を示し、解剖後にはPDおよびALSの特徴的なα-シヌクレイン蛋白およびTDP-43蛋白の蓄積が発見されます。さらに、リン酸化タウ蛋白も検出され、この病気の蛋白病理特性をさらに複雑にしています。この病気に作用する多くの要素が研究されているにもかかわらず、その原因は依然として不明です。ますます多くの証拠が、脳の健康を維持するために重要な役割を果たす星状細胞（アストロサイツ）がALS/PDCの発症メカニズムにおいて重要な役割を果たしている可能性を示唆しています。本研究では、誘導多能性幹細胞（iPS細胞）技術を用いて、複数の星状細胞系を培養し、日本のKii地域のALS/PDC（Kii ALS/PDC）をさらに研究し、CHCHD2遺伝子がこの疾患において果たす役割に焦点を当てました。

二、研究出典

この論文は、Nicolas Leventoux、Satoru Morimotoらによって共同執筆され、慶應義塾大学や三重大学などの機関からのものです。この記事は2024年の《Acta Neuropathologica》誌に掲載されました。

三、研究プロセス

a) 研究プロセスと方法

研究は以下のステップに分けられました：

  1. ドナーの選定と承認：診断は南伊勢市民病院および東名古屋国立病院で行われました。すべての患者は家族歴を持ち、少なくともパーキンソン病と運動ニューロン疾患（MND）の症状を示しており、そのうち4例は痴呆を伴っていました。

  2. iPSCの生成と表現型の解析：Kii ALS/PDC患者の末梢血T細胞からiPS細胞を生成し、電気穿孔技術を用いて活性化T細胞を環状プラスミドベクターと融合させ、その後培養し、その染色体の完全性を検査しました。

  3. iPSCを星状細胞に分化させる：多段階の分化プログラムを使用して、iPSCを胚様体（EBs）の浮遊状態に培養し、その後、レチノイン酸とプルモルファン（Purmorphamine）を使用して神経系に分化させ、上皮成長因子と基本線維芽細胞成長因子を使用して分離し、星状細胞を純化しました。

  4. 免疫蛍光およびRNAシーケンシング：iPSCから分化した星状細胞を免疫蛍光、RNAシーケンシングなどの方法で表現型の解析と分析を行いました。

  5. ミトコンドリア機能テスト：酸素消費率および細胞外酸化速度を測定することにより、ミトコンドリアの呼吸機能を評価し、Elamipretideを使用して薬物が星状細胞に与える影響をテストしました。

b) 主な結果

  1. iPSCの生成と表現型の解析：実験は複数の患者のiPSCの生成に成功し、染色体、アルカリホスファターゼ染色および多能性マーカーの定量RT-PCRを用いた検査により、これらの細胞が全能性を持つことを確認しました。

  2. 星状細胞の生成と特性：多段階の分化プログラムを通じて、Kii ALS/PDC患者の星状細胞を成功裏に得ました。これらの細胞はGFAPおよびS100Bの高発現など、星状細胞の典型的な特性を示し、一部の細胞でTDP-43の異常な蓄積を確認しました。

  3. ミトコンドリア機能と構造の異常：RNAシーケンシング分析により、一連のミトコンドリア関連遺伝子の発現異常が発見され、特にCHCHD2の発現が著しく減少しました。さらに、免疫蛍光および電子顕微鏡分析は、CHCHD2の不足がミトコンドリアの形態および機能の異常を引き起こし、ミトコンドリア内膜のクリステの構造が損なわれることを確認しました。

  4. 星状細胞機能への影響：CHCHD2の発現低下は、星状細胞のグルタミン酸吸収能力の低下を引き起こし、ミトコンドリアのATP生成および呼吸機能も顕著に損なわれました。Elamipretide薬物およびCHCHD2遺伝子の過剰発現処理後、一部の星状細胞のミトコンドリア機能が一定程度回復しました。

c) 研究結論

研究結果は、Kii ALS/PDC患者の星状細胞においてCHCHD2の発現異常が存在し、それがミトコンドリアの形態および機能の損傷を引き起こし、脳細胞の生存および健康に影響を与えることを示しています。この研究は、CHCHD2がミトコンドリアの健康を維持し、ALS/PDCの病理において潜在的な役割を果たすことを強調し、CHCHD2を標的とした遺伝子治療の可能性を示唆しています。

d) 研究のハイライト

  1. CHCHD2の発現とミトコンドリア変性の関連：Kii ALS/PDC星状細胞で初めて、CHCHD2の発現がミトコンドリア変性に直接関連していることを証明しました。

  2. 星状細胞の役割：神経変性疾患における星状細胞の潜在的な役割を明らかにし、ALS/PDCの病理メカニズムの理解に新たな視点を提供しました。

  3. 多学科の方法の統合：iPSC技術、RNAシーケンシング、免疫蛍光および電子顕微鏡などのさまざまな方法を組み合わせることで、星状細胞の病理特性を包括的に解明しました。

  4. 治療ポテンシャル：研究結果は、CHCHD2に基づく遺伝子治療の理論的基盤を提供し、ALS/PDC患者に新しい治療希望をもたらす可能性があります。

四、重要な情報と議論

この論文を通じて、ALS/PDCの病理において星状細胞が果たす可能性のある重要な役割が明らかになり、CHCHD2が重要な遺伝子としての役割を担っていることが示されています。その機能の異常がこの病気の発症メカニズムと密接に関連していることが示唆されています。現在のところ、CHCHD2が神経変性疾患において具体的にどのように作用するかについてはさらなる研究が必要ですが、本研究の発見は今後の研究の方向性を示し、新しい治療戦略の開発に重要な根拠を提供します。将来の研究では、CHCHD2が他の神経変性疾患においてどのように作用するかをさらに検証し、CHCHD2を基にした治療法の有効性と安全性を探ることができます。

この論文は、さまざまな先進技術を用いて、Kii ALS/PDC患者の星状細胞の病理特性を詳しく解明し、新たな理解と潜在的な治療方法を提供しました。神経科学研究の進展において重要な推進力となるといえます。