トリプレットリピート病のリピート長変動機構解明とリピート短縮治療の基盤確立

• Project/Area Number: 23K21411
• Project/Area Number (Other): 21H02839 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Yamaguchi University (2022-2024); Osaka University (2021)
• Principal Investigator: 中森 雅之 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (60630233)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2025: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: トリプレットリピート / ハンチントン病 / 筋強直性ジストロフィー / 脊髄小脳失調症 / リピート不安定性 / トリプレットリピート病 / DNA修復 / 核酸標的低分子

Outline of Research at the Start

トリプレットリピート病は、３塩基繰り返し配列（リピート）の異常伸長が原因となる疾患の総称で、ハンチントン病など多くの神経難病が含まれる。これら疾患では、伸長したリピートが長いほど重症となる。トリプレットリピート病のリピート長は一定ではなく、リピート長変動の機序は長らく不明であった。本研究では、申請者らが発見したリピートDNAに結合しリピートを短縮させる核酸標的低分子を用いて、リピート長変動機構を解明する。さらに、現在有効な根治療法のないトリプレットリピート病において、核酸標的低分子によりリピートDNAを短縮させる遺伝子治療の実現へむけた、新たなゲノム編集技術の基盤確立を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

トリプレットリピート病は、３塩基繰り返し配列（リピート）の異常伸長が原因となる疾患の総称で、ハンチントン病など多くの神経難病が含まれる。これら疾患では、伸長したリピートが長いほど重症となるほか、リピート長は一定ではなく、変動することが知られている。トリプレットリピート病のリピート長変動には、伸長リピートが形成するslipped strand構造に対するDNA修復エラーが関与すると考えられているが、詳細なメカニズムは長らく解明されていない。われわれは、これまでの検討によりDNA修復蛋白によるslipped strand DNA切断を調整してリピート長変動を起こすことを見出しており、DNA修復蛋白の標的DNA結合性、slipped strand構造修復に影響を及ぼす一塩基多型を特定している。今年度は各多型での多量体形成能をWestern Blot法で判定した。さらに、人工的に修復基質となるslipped strand DNAをプラスミド上に形成させ、フットプリント法によりヌクレアーゼ活性と切断部位を明らかにすることで、リピート長短縮に重要なslipped strand DNA切断について、その部位や基質となる構造を解明した。
また、トリプレットリピート病患者では、大脳や骨格筋でリピートが長く、小脳では短いことが知られている。各組織でリピート長が異なる要因を同定するため、これら各組織の細胞系統単位でのリピート長およびその不安定性を、次世代シークエンサーを用いたロングリードシークエンシングを用いて解析した。また、RNA-seqによる網羅的発現解析により、各細胞系統でリピート長変動に影響をおよぼす遺伝子を同定した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

DNA修復蛋白の各一塩基多型での多量体形成能について予定どおり検証を完了した。また、ヌクレアーゼ活性評価実験にもちいる修復基質発現プラスミドの不具合はあったが、修復基質発現プラスミド再構築後、ヌクレアーゼ活性と切断部位の検証も完了した。

Strategy for Future Research Activity

DNA修復蛋白の一塩基多型によるDNA修復機構への影響について、DNA修復蛋白のCAG/CTG slip-out DNA へのexonucleaseとしてのcleavage siteとpausing site、およびendonucleaseとしてのcleavage siteとpausing siteを同定する。さらにリピート不安定性に影響をおよぼすとされるCAA interruptionに対するDNA修復蛋白のexonuclease活性、endonuclease活性を検証する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The Hospital for Sick Children(カナダ)
• [Int'l Joint Research] The Hospital for Sick Children(カナダ)
• [Journal Article] 筋強直性ジストロフィーの創薬開発 (2023)
  • Author(s): 中森雅之
  • Journal Title: 遺伝子医学 Volume: 13 Pages: 16-22
• [Journal Article] Therapeutic approach for myotonic dystrophy: Recent advances in translational research (2022)
  • Author(s): Nakamori Masayuki
  • Journal Title: Neurology and Clinical Neuroscience Volume: 10 Issue: 6 Pages: 334-339
  • DOI: 10.1111/ncn3.12499
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell type-specific abnormalities of central nervous system in myotonic dystrophy type 1 (2022)
  • Author(s): Nakamori Masayuki、Shimizu Hiroshi、Ogawa Kotaro、Hasuike Yuhei、Nakajima Takashi、Sakurai Hidetoshi、Araki Toshiyuki、Okada Yukinori、Kakita Akiyoshi、Mochizuki Hideki
  • Journal Title: Brain Communications Volume: 4 Issue: 3 Pages: 154-154
  • DOI: 10.1093/braincomms/fcac154
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 筋強直性ジストロフィー (2022)
  • Author(s): 中森雅之
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 283 Pages: 971-977
• [Journal Article] 分子病態と先端治療開発ー筋強直性ジストロフィー (2022)
  • Author(s): 中森雅之
  • Journal Title: 医学と薬学 Volume: 79 Pages: 1177-1184
• [Journal Article] Expanded CUG Repeat RNA Induces Premature Senescence in Myotonic Dystrophy Model Cells (2022)
  • Author(s): Hasuike Yuhei、Mochizuki Hideki、Nakamori Masayuki
  • Journal Title: Frontiers in Genetics Volume: 13 Pages: 865811-865811
  • DOI: 10.3389/fgene.2022.865811
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cellular Senescence and Aging in Myotonic Dystrophy (2022)
  • Author(s): Hasuike Yuhei、Mochizuki Hideki、Nakamori Masayuki
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Issue: 4 Pages: 2339-2339
  • DOI: 10.3390/ijms23042339
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CAG repeat-binding small molecule improves motor coordination impairment in a mouse model of Dentatorubral?pallidoluysian atrophy (2022)
  • Author(s): Hasuike Yuhei、Tanaka Hana、Gall-Duncan Terence、Mehkary Mustafa、Nakatani Kazuhiko、Pearson Christopher E.、Tsuji Shoji、Mochizuki Hideki、Nakamori Masayuki
  • Journal Title: Neurobiology of Disease Volume: 163 Pages: 105604-105604
  • DOI: 10.1016/j.nbd.2021.105604
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 筋強直性ジストロフィーの治療開発と今後の展望 (2022)
  • Author(s): 中森雅之
  • Journal Title: 医療 Volume: 76 Pages: 40-44
• [Journal Article] シヌクレインを標的としたParkinson病治療の現状と展望 (2021)
  • Author(s): 中森雅之
  • Journal Title: 神経治療学 Volume: 38 Pages: 325-328
  • NAID: 130008142748
• [Journal Article] 筋強直性ジストロフィーの治療法開発 (2021)
  • Author(s): 中森雅之
  • Journal Title: 神経治療学 Volume: 38 Pages: 283-285
  • NAID: 130008142577
• [Journal Article] 治療法の開発を見据えた筋強直性ジストロフィーの新たな病態の解明 (2021)
  • Author(s): 中森雅之
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 72 Pages: 582-585
• [Journal Article] 神経疾患研究の現状の課題と展望（2）筋疾患 (2021)
  • Author(s): 青木吉嗣、中森雅之
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: 39 Pages: 1296-1300
• [Presentation] シヌクレインを標的としたシヌクレイノパチーの早期治療 (2022)
  • Author(s): 中森雅之
  • Organizer: 第22回日本早期認知症学会学術大会
• [Presentation] Cell type-specific abnormalities of central nervous system in myotonic dystrophy type 1. (2022)
  • Author(s): Nakamori Masayuki
  • Organizer: 13th International Myotonic Dystrophy Consortium Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 筋強直性ジストロフィーの中枢神経病態 (2021)
  • Author(s): 中森雅之
  • Organizer: 第40回日本認知症学会学術大会
• [Presentation] 筋ジストロフィー基盤整備「治験」～筋強直性ジストロフィー患者に対するMYD-0124治験～ (2021)
  • Author(s): 中森雅之
  • Organizer: 第8回筋ジストロフィー医療研究会
• [Presentation] 筋強直性ジストロフィーの病態解明と治療開発 (2021)
  • Author(s): 中森雅之
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 筋強直性ジストロフィーの治療開発―基礎研究から臨床試験へ (2021)
  • Author(s): 中森雅之
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Ongoing Trials in Myotonic Dystrophy (2021)
  • Author(s): Masayuki Nakamori
  • Organizer: 19th Asian-Oceanian Myology Center Meeting (AOMC 2021)
  • Int'l Joint Research / Invited