2018 Fiscal Year Annual Research Report
mtDNAに病原性突然変異を有する新規ミトコンドリア病モデルマウスの作出と解析
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18J20289
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
谷 春菜 筑波大学, 生命環境科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | ミトコンドリア / ミトコンドリア病 / ミトコンドリアゲノム / モデルマウス / 病原性突然変異 / ミトコンドリア呼吸機能不全 / ミトコンドリアtRNA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミトコンドリアゲノム (mtDNA) に生じる病原性突然変異は、生体内に蓄積することでミトコンドリア呼吸機能不全を誘導し、ミトコンドリア病と総称される全身性の代謝疾患の原因となる。しかしながら、ミトコンドリア病の発症時期や症度は、病原性変異型mtDNAの蓄積率や組織分布、患者の年齢や生活習慣などの様々な要因によって制御されると考えられており、発症機構は未解明な点が多い。このような生体複雑系によって制御されるミトコンドリア病の多様な病型形成を理解するためには、病原性突然変異型mtDNAを含有するモデルマウス群の作出と活用が有効な研究戦略となる。
本研究では、mtDNAにコードされたtRNALeu(UUR)遺伝子に点突然変異を有する新規モデルマウスの樹立および解析を行う事を目的としている。前年度時点で、当該変異分子のマウス培養細胞内での濃縮および病原性発揮の確認、細胞質融合によるマウスES細胞への変異型mtDNAの導入およびキメラマウスの作製まで至らせることができた。
今年度は、変異型mtDNAを有するキメラマウスの解析により、着目したミトコンドリアtRNALeu(UUR)遺伝子に生じる点突然変異が、マウス生体内においてもヒト患者における臨床所見と類似した病原性を発揮することを立証した。加えて、キメラマウスの交配により、Germ-line transmissionを介して全身性に変異型mtDNAを導入したモデルマウス群の樹立に成功した。本モデルマウスは、ヒトmtDNAにおいて病原性変異が頻発するホットスポットとして知られているtRNALeu(UUR)遺伝子領域に病原性点突然変異を有する世界初となるモデル動物であり、ミトコンドリア病発症機構の解明や治療法の開発に有用であると期待している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は「変異型mtDNAを有するキメラマウスを用いた病態解析」および「変異型mtDNA導入モデルマウスの樹立」について成果を得ることができた。
前年度時点で作出済みであったキメラマウスを用いた病態解析を行うことで、当該変異型mtDNAのマウス生体内における病原性発揮について検討した。一部のキメラマウスにおいては加齢に伴い、顕著な体重減少および血糖値異常が観察された。また、キメラマウスの組織を用いた解析より、変異型mtDNAの含有率が高い組織においてミトコンドリア呼吸機能不全が生じている事を見出した。これらの結果は、着目した変異型mtDNAが、マウスの生体内においても高率に蓄積する事で病態を発揮しうる事を示唆している。
また、mtDNAは完全母系遺伝する事が知られている為、上記の雌キメラマウスを交配させることで変異型mtDNAの産仔への遺伝を試みたが、計22匹の産仔より当該変異は検出されず、モデルマウスの樹立には至らなかった。そこで、今年度は再度、変異型mtDNAを高率に有するマウス培養細胞を脱核し、細胞質移植法によりマウスES細胞株へ変異を導入した。その際に、樹立したマウスES細胞の分化能をより高く維持するために、脱核融合時の条件および培養条件の再検討を行った。こうして再度樹立した変異型mtDNAを有するマウスES細胞株を用いてキメラマウスを作出したところ、前回よりも寄与率の高い雌キメラマウスを計4匹得ることができた。加えて、それらの雌キメラマウスの交配により得られた計28匹の産仔より変異型mtDNAが検出され、全身性に変異型mtDNAを有するモデルマウスの樹立に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は樹立した変異型mtDNAを全身性に有するモデルマウスを用い、生体における病態発揮を詳細に解析する予定である。また、病態発揮が変異型mtDNAの含有率および年齢に依存的であるか否かについてモデルマウス群を用いることで検証が可能である。
具体的な実験内容としては、マウス生体においてミトコンドリア機能低下の指標となり得る体重・血糖値・乳酸値の経時的な測定を行う事で病態発症時期を検討すると共に、ミトコンドリア病患者の主な臨床症状であるてんかん、筋虚弱といった症状がモデルマウスにおいて再現され得るか行動解析により検証する。加えて、ミトコンドリア病のマーカーとして知られているFGF21およびGDF15の血中における発現量を測定する。また、モデルマウスの各組織において、ミトコンドリア呼吸機能解析を行うことで変異型mtDNAによって誘導される病原性を検証する。本モデルマウスはmtDNAがコードするtRNALeu(UUR)遺伝子に点突然変異を有しており、tRNAの翻訳活性が低下することによりミトコンドリア呼吸機能不全が誘導され、ミトコンドリア関連疾患の発症へと繋がる可能性が高いと考えている。従って、本年度はミトコンドリアtRNAの発現量、アミノアシル化、修飾の有無についても解析を行うことで病態発症メカニズムの解明へ発展させていきたい。
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Research Products
(6 results)
