ミトコンドリヤ筋症並びにミトコンドリヤ脳筋症の病因・病態の解明

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02304043
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 多田 啓也 東北大学, 医学部, 教授 (20046907)
• 研究分担者: 宮林 重明 東北大学, 医学部, 講師 (20174203) ; 宝来 聰 国立遺伝学研究所, 助教授 (40126157) ; 和田 義郎 名古屋市立大学, 医学部, 教授 (30004849) ; 小澤 高将 名古屋大学, 医学部, 教授 (80022771) ; 香川 靖雄 自治医科大学, 教授 (30048962)
• キーワード: ミトコンドリア脳筋症 / ミトコンドリアDNA欠失 / ミトコンドリア点変異 / MELAS / CPEO / 電子伝達系酵素 / 遺伝子ファミリ- / 相補作用

研究概要

ミトコンドリア(mt)脳筋症の病因の多くはmtDNAの変異によることが判明してきた。大きなmtDNA欠失がKSS、CPEO、Pearson症候群患者に、そして我々はHELAS患者の80%にLeucine tRNAの3243にA→G点変異を見いだし、今回さらに約10%に新たな3271のT→C変異を見いだした。しかしそれらの変異とmt脳筋症との病因病態機構は不明であった。そこでMELAS患者の培養線維芽細胞でも同変異が存在することに注目し、ori(ー)SV40でクロ-ン化することにより得られた細胞を用いて、mtDNAの変異割合の推移及びmtの生化学的機能障害の発症機序について検討した。一人の患者の培養線維芽細胞よりクロ-ン化した細胞で、変異の割合が38%から68%と種々の割合の細胞が得られたことにより、線雑芽細胞の段階で変異の割合にheteroplasmyを認めること、さらにこれらを生み出す細胞内でのmtDNAのheteroplasmyが示唆された。これらの細胞の電子伝達系酵素活性を測定したところ、Complex I活性が変異60%前後で急激な低下を認め、他の電子伝達系酵素活性も変異の割合が増すにつれて低下傾向をとった。これらの事実は、欠失のある細胞のmtをmtDNAを完全に除去したHeLa細胞に導入し、その病因がmtにあることを証明し、さらに欠失mtDNAが60%を越えると正常mtDNAの相補作用を失い、転写障害をおこしCCO欠損という生化学的異常を見いだした(林らと共同実験)。またPearson症候群において、欠失を持つmtDNAの比率は組織間で著しく異なり、それらの比率はmt機能障害を示すcomplex Iのサブユニット量減少と相関することを示した。またマウスにAZTを投与する動物実験で、ミオパチ-症状、組織所見を再現です、mtDNA変異の蓄積を示す総dGの25%が8ーOHーdGに変化するを見いだし、病因の3原則を証明した。さらに症候群毎の患者の全mtDNAの塩基配列を調べ、点変異の一部が疾患毎の遺伝子ファミリ-を形成すること、さらに母系遺伝された点変異と加齢による要因が加わることを見いだした。

研究成果

• [文献書誌] Miyabayashi,S.et al.: "Mitochondrial DNA deletion in patients with myopathy." Mitochondrial Encephalomyopathy. 7. 153-159 (1991)
• [文献書誌] Miyabayashi,S.et al.: "A new type of mitochondrial DNA deletion in patients with encephalomyopathy." J.Inherit.Meteb.Dis.14. 805-812 (1991)
• [文献書誌] Hayashi,J.I.et al.: "Introduction of diseaseーrelated mitochondrial DNA deletions into Hela cells lacking mitochondrial DNA results in mitochondrial dysfunction." Proc.Nati.Acad.Sci.USA. 88. 10614-10618 (1991)
• [文献書誌] Goto,Y.et al.: "A new mtDNA mutation associated with mitochondrial myopathy,encephalopathy,lactic acidosis and strokeーlike episodes(MELAS)." Biochim.Biophys.Acta. 1097. 238-240 (1991)
• [文献書誌] Ozawa,T.et al.: "Patients with idiopathic cardiomyopathy belong to the same mitochondrial DNA gene family of Parkinson's disease and mitochondrial encephalomyopathy." Biochem.Biophys.Res.Commun.177. 518-525 (1991)
• [文献書誌] Ozawa,T.et al.: "Distinet clustering of point mutations in mitochondrial DNA among patients with mitochondrial encephalomyopathies and with Parkinson's disease." Biochem.Biophys.Res.Commun.176. 938-946 (1991)