科学レポート：Cx26欠損マウスの聴覚障害メカニズムの研究

はじめに

Gjb2遺伝子の変異は、常染色体劣性非症候性遺伝性難聴の最も一般的な原因であり、全症例の約50%を占めています。Gjb2遺伝子がコードするCx26タンパク質は、主に蝸牛上皮支持細胞で発現し、細胞間コミュニケーションを担っています。Gjb2遺伝子変異による重度の聴覚障害を持つ個人にとって、人工内耳植込み（Cochlear Implant, CI）が聴力を改善できる唯一の治療法です。しかし、人工内耳の効果にはばらつきがあり、臨床因子の影響以外にも、蝸牛神経成分の保存がCIの良好な効果を得るための重要な要因となっています。したがって、Gjb2変異マウスの末梢聴覚神経系の病態生理学的変化を研究することが非常に重要です。

研究背景と目的

上記の背景に基づき、本研究はGjb2遺伝子欠損による蝸牛神経系の病理学的変化を探ることを目的としています。研究チームは、条件付きCx26ノックアウトマウスモデル（Cx26-cko）を構築し、このプロセスにおける変化メカニズムを詳細に研究しました。

研究出典

本論文は以下の研究者によって執筆されました：Yue Qiu, Le Xie, Xiaohui Wang, Kai Xu, Xue Bai, Sen Chen, Yu Sun。彼らはそれぞれ華中科技大学同済医学院附属協和病院耳鼻咽喉科と南昌大学耳鼻咽喉科に所属しています。本論文は2023年9月14日に『Neuroscience Bulletin』に掲載が受理されました。

研究デザインと方法

マウスモデルの構築

研究チームは、Emory UniversityのProf. LinとSoutheast UniversityのProf. Zhangから提供されたCx26loxp/loxpおよびSox2-CreER遺伝子組み換えマウスを使用し、交配によってTamoxifen誘導性Cx26-ckoマウスを生成しました。実験群と対照群はそれぞれCx26-ckoマウスとその同腹のCx26loxp/loxpマウスでした。

タンパク質抽出とWestern Blot分析

P7（生後7日目）でCx26-ckoマウスと同腹の対照マウスを麻酔し、安楽死させ、蝸牛膜迷路組織からタンパク質を抽出し、電気泳動分離とWestern Blot分析を行い、Cx26タンパク質の発現レベルを測定しました。

聴性脳幹反応（ABR）と耳音響放射（DPOAE）の測定

マウスが1ヶ月齢になった時点で、複合麻酔薬を用いてマウスを麻酔し、ABRとDPOAEを測定しました。静かな環境で、蝸牛外耳道に電極を挿入し、各周波数で繰り返しABR波形を生成する最小刺激レベルをABR閾値として決定しました。

樹脂切片と透過型電子顕微鏡（TEM）

蝸牛を固定、脱灰後、包埋および切片化し、透過型電子顕微鏡を用いて樹脂切片と超薄切片を観察し、SGNsの定量分析を行いました。

リアルタイム定量PCR（RT-qPCR）

RT-qPCRを用いて、AP30時点でのマウス蝸牛内の特定遺伝子（BDNF、NT3およびそれらの受容体TRKBとTRKCなど）のmRNA発現レベルを測定しました。

研究結果

Cx26タンパク質レベルの低下

免疫蛍光とWestern Blot分析により、Cx26-ckoマウスの蝸牛上皮におけるCx26タンパク質レベルが著しく低下していることが示されました。Cx26タンパク質の発現は、対照群とCx26-cko群の蝸牛側壁および螺旋隆起で有意な差はありませんでした。

重度の聴力障害

ABR測定の結果、Cx26-ckoマウスは全周波数範囲で重度の聴力障害を示し、全周波数でABR閾値が著しく上昇し、DPOAEはほとんどの刺激レベルでノイズレベルにありました。

有毛細胞とダイテル細胞の退行性変化

Cx26-ckoマウスの内有毛細胞（IHC）と外有毛細胞（OHC）の数が著しく減少し、特に中部と基底部で顕著でした。多数のHair cells（Hcs）とDeiter’s cells（Dcs）の喪失および細胞配列の乱れが観察されました。

タイプIIらせん神経節細胞（SGNs）の異常

蝸牛の全体的な発達過程において、Cx26欠損によるタイプII SGNsの異常は、特にP11とP30で顕著な線維数の減少として現れました。

タイプI SGNsの異常

Cx26-ckoマウスのタイプI SGNs神経終末が著しく減少し、聴神経線維（ANFs）終末の消失または著しい縮小をもたらし、音声信号の中枢神経系への変換に影響を与えました。

脱髄変化

蝸牛成熟期において、Cx26欠損によるらせん神経節細胞密度の著しい低下と神経細胞の顕著な脱髄現象が観察され、神経信号の伝達に大きな影響を与えました。

研究結論

本研究を通じて、Sox2プロモーター駆動のCx26ノックアウトマウスモデルを成功裏に構築し、Cx26欠損による一連の病理学的変化を明らかにしました。これには有毛細胞とダイテル細胞の喪失、異常な末梢聴覚神経線維、および脱髄現象が含まれます。これらの発見は難聴のメカニズムを理解するための重要な洞察を提供し、Cx26欠損による重度難聴の治療に潜在的な方向性を示しています。

研究の意義

本研究で明らかになった蝸牛支持細胞におけるCx26タンパク質の重要な役割は、蝸牛発達と聴覚信号伝達に新たな理解をもたらし、人工内耳植込みの成功に対する蝸牛神経成分の維持の重要性を強調しています。この発見は将来の難聴メカニズム研究に役立ち、新しい治療戦略の開発を促進する可能性があります。

我々は、Cx26欠損によるSGNs変性の分子メカニズムをさらに解明し、Gjb2変異による難聴を緩和するための新しい治療法を探索する更なる研究を期待しています。