SMN-independent therapy for spinal muscular atrophy focused on BMP signaling

• Project/Area Number: 22K07895
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52050:Embryonic medicine and pediatrics-related
• Research Institution: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: 戸澤 雄紀 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 学内講師 (30804950)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 英樹 京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 准教授 (30570600)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 脊髄性筋萎縮症 / SMN / 神経筋接合部異常 / Lrp4 / BMP活性 / SMN非依存的治療 / 神経筋接合部 / BMPシグナル

Outline of Research at the Start

脊髄性筋萎縮症（SMA）は、survival motor neuron1（SMN1）遺伝子のホモ欠失による脊髄運動神経細胞の変性・消失から筋萎縮と進行性筋力低下をきたす下位運動ニューロン病である。近年、SMAでは神経筋接合部の形成不全が末梢運動神経の変性に先立って起こっていることが報告されている。本研究は、このSMAの神経筋接合部形成不全を改善させ、運動神経を再支配させる治療ターゲットとしてBMPシグナルに着目し、そのregulatorであるLrp4がSMAの病態を改善させるSMN非依存的治療のターゲットになる可能性についてSMAモデルショウジョウバエを用いて検討する。

Outline of Annual Research Achievements

ショウジョウバエの神経組織でのSmnタンパク質の低下が運動・生存の表現型に影響することを確認するためにKD系統を評価した。GAL4-UASシステムを使用し、UAS-Smn-RNAiの3系統(36621, 55158, 67950)をAct5c-GAL4でユビキタスにSmnをKDした。幼虫のwhole bodyからRNAを抽出しリアルタイムPCRで評価したところ、KD効率は67950>55158>36621の順に高いことが分かった。
次にelav-GAL4を使用し、神経特異的にSmnをKDを行った。幼虫の中枢神経でリアルタイムPCRを行ったところSmnのKD効率はユビキタスにKDしたものと一致した。神経筋接合部（NMJ)の免疫染色をしたところ、神経特異的にSmnをKDした幼虫ではNMJの低形成を認め、さらに幼虫・成虫の運動能の低下、成虫の生存期間は短縮を認めた。以上の結果よりショウジョウバエにおいても、神経組織でのSmnタンパク質の低下により神経筋接合部の異常や運動能の低下を認めることが分かった。
次に、 ヒトのSMAの病態に近づけるために、hypomorphic Smn変異体(Smn73Ao/Smnf01109のcompoundヘテロ)を作成し、評価したところ、NMJの低形成と幼虫・成虫の運動能の低下を認め、compoundヘテロ変異体モデルでもKD系統と同様の表現型が示すことが分かった。
また、今回治療ターゲットとして候補に挙げているタンパク質Lrp4の神経特異的KD系統の表現形を確認したところ、SmnのKD系統と同様に運動能の低下を認め、ショウジョウバエにおいては、Lrp4はポストシナプスのみでなくプレシナプスにおける機能も有している可能性が示された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

概ね予想していた表現型を示すSMAモデルショウジョウバエの作成が完了した。

Strategy for Future Research Activity

作成したSmnのcompoundヘテロ変異体の幼虫腹側神経節でリン酸化Madの発現を評価し BMP活性の低下を来たしているかを評価する。さらにLRP4を神経特異的または筋特異的に強制発現させることでBMP活性の回復、神経筋接合部異常の改善をきたすかを評価し、SMN非依存的治療となる可能性を検討する。