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DMD遺伝子研究の概要

デュシェンヌ型筋ジストロフィー（Duchenne muscular dystrophy, DMD）は、最も一般的な単一遺伝子疾患の1つであり、19世紀に発見され、現在人気のある遺伝子治療の分野で最も注目されている疾患の1つでもある。これは、病気の原因となる遺伝子が非常に明確で、1つしかないためである。その遺伝子はジストロフィンである。骨格筋や心筋の細胞膜を内部より裏打ちするように分布する細胞骨格蛋白質である。この遺伝子は、正常な人間の筋肉の構造と機能を確保するために不可欠である。

DMD遺伝子はX染色体上にあり、引き起こす病気はX連鎖劣性遺伝疾患である。デュシェンヌ型筋ジストロフィーは、骨格筋の衰弱、最終的には心筋の衰弱を引き起こし、死に至る可能性がある。患者は、人工呼吸器と集中治療の助けを求め、長くとも30歳まで生きることができる。一部の患者はまた、認知障害や腸の問題を抱えている。さらに、ベッカー筋ジストロフィー（Becker muscular dystrophy, BMD）と呼ばれるDMDの弱体化バージョンがある。これは、DMD遺伝子の突然変異でもあるが、突然変異部位の違いにより、少量の機能性タンパク質を生成する可能性がある。 DMDは、長さが2.2Mbpを超える非常に大きな遺伝子である。巨大な長さはまた、この遺伝子の潜在的な突然変異部位の数の大幅な増加につながる。

図1. DMDタンパク質の構造と位置。この図は、ヒトDMDタンパク質の基本構造とヒトDMDタンパク質が細胞膜の近くにある位置を示している。NTはN末端、CTはC末端、CRはロイシンリッチリピート、縦オリーブ状の24のスペクトリンリピート（spectrin-like repeats、SLR）に加え、H1〜H4とマークされた4つのヒンジのような構造がある。ジストロフィーは、N末端と中央領域にアクチン結合ドメインを持っている。SLR1〜3は細胞膜に結合でき、SLR 16〜17はnNOSに結合でき、SLR 20〜23は微小管と相互作用できる。H4とCRはβサブユニットジストロフィーグリカン（β-subunit of dystroglycan, βDG）に結合できる。CTは、シントロフィンとジストロブレビンに同時に結合できる。Source：10.1242 /dmm.018424。

完全なジストロフィータンパク質は、動物モデルでDMDを治療する効果があることが長い間証明されているが、DMD自体の完全長cDNAは14 kbに近く、一般的に使用されるウイルスベクターにロードできないため、臨床応用が困難である。臨床所見では、BMDの短縮型ジストロフィーは依然として完全長ジストロフィーの機能のほとんどを持っているため、DMDを軽減するためには完全長タンパク質にだけ注目する必要がない可能性があることが分かる。そのため、DMDの治療のために6kbのミニジストロフィーと3.6kbのマイクロジストロフィーが次々と開発されてきた。機能は確かに完全なタンパク質ほど良くはないが、効果はまだ満足できるものである。

図2. 治療的DMDの探索。

Source：10.1016/j.ymthe.2017.02.019.

DMDタンパク質に関する説明は上記のとおりである。図3Aは、DMDのmRNA構造を示している。ここで、ABDはアクチン結合ドメインのコード領域を示している。この遺伝子では、欠失、重複、挿入、およびさまざまな点突然変異が発生する可能性がある。コード変更突然変異またはナンセンス突然変異が発生した場合、DMDに発展する。コード変更突然変異が発生しない場合、症状が軽度のBMDに発症する可能性が高い。アンチセンスオリゴヌクレオチド（antisense oligonucleotide, ASO）を使用して、タンパク質を発現するときに変異したエクソンの一部をスキップできる（構造の一部を失うことよりも、コード変更突然変異が発生する可能性は必ず排除する）。あるいは、ウイルスベクターにMicro-またはMini-DMDを直接ロードして治療を施す。

図3Bは、DMD関連モデルの突然変異部位を示している。mdxマウスは1980年代に開発され、マウスのエクソン23のCがTに変異したため、ナンセンス突然変異が生じ、タンパク質の半分以上が失われたが、このマウスの症状は期待に応えられず、寿命は野生型マウスよりもわずか1/4短かった。したがって、人々はまた、他の多くの部位を突然変異モデル化しようとして、いくつかはエクソンに、いくつかはイントロンに、それらはすべてある程度の特定の表現型を獲得した。しかし、全体として、マウスはヒトよりもDMD変異の影響を受けにくい。

図3. DMDの遺伝子治療とDystrophy関連モデル

Source：10.1242/dmm.018424。

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推薦文献：

1. McGreevy JW, Hakim CH, McIntosh MA, Duan D. Animal models of Duchenne muscular dystrophy: from basic mechanisms to gene therapy. Dis Model Mech. 2015 Mar;8(3):195-213. doi: 10.1242/dmm.018424.

PMID: 25740330; PMCID: PMC4348559.

2. Chamberlain JR, Chamberlain JS. Progress toward Gene Therapy for Duchenne Muscular Dystrophy. Mol Ther. 2017 May 3;25(5):1125-1131. doi: 10.1016/j.ymthe.2017.02.019. Epub 2017 Apr 15.

PMID: 28416280; PMCID: PMC5417844.

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