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「Gene of the Week」デュシェンヌ型筋ジストロフィーの原因遺伝子DMD

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2021年8月25日

遺伝子は多くの人類疾患の内因性要素であり、病気に関する遺伝子研究は生命医学研究分野の主流である。病気に関する遺伝子及びこれらの遺伝子の概況をどのように迅速に把握するか?大量の文章を読み情報を収集し、スクリーニングするのは時間が必要である。そのため、サイヤジェン株式会社の新たなコラム「Gene of the Week」が毎週オンラインで情報を紹介することになりました。少しでもお役に立てたのであれば幸いです。

 

本日ご紹介するのはデュシェンヌ型筋ジストロフィー(Duchenne muscular dystrophy)の原因遺伝子DMDです。

 

 

遺伝子の基本情報

 

人類

マウス

ラット

染色体

X

X

X

遺伝子全長(bp)

2220242

2390413

2231896

mRNA(nt)

13854

13852

13189

エクソン数量

89

85

81

アミノ酸数量

3685

3678

3699

ホメオティック遺伝子:BMD、CMD3B、DXS164、el al.

 

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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。

 

過去数十年で、遺伝子治療は遺伝病の治療において大きな進歩を遂げました。ゲノム学またはプロテオミクスを使用して疾患の原因遺伝子を見つけ、細胞レベルまたは動物レベルの検証と組み合わせて、このようなモードで作られた高品質な文章が続々と出てきました。

 

 

過去10年間で、サイヤジェン株式会社は、何百もの研究グループに何百もの遺伝子治療療法を検証するための遺伝子編集モデル動物とウイルスパッケージングサービスを提供してきました。 2020年の年末までに、サイヤジェン株式会社の製品・サービスの引用文献総数は4750編に達し、IF合計は20854件に達しました。文献が引用される回数は累計25043回であり、その中にNature、Cell、Scienceなどのトップジャーナルも含められています。

 

 

サイヤジェン株式会社は、遺伝子治療の臨床転化に助力することを目標として、遺伝子治療研究分野に専念し、研究者様のために実験検証のための遺伝子編集動物モデルとウイルスパッケージングサービスを提供いたします。建設的な高得点文章の発表に助力し、遺伝子治療研究及び臨床転化のために微力を加えます。ご要望がありましたら、ご連絡ください。

 

 

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.

 

 

サイヤジェン株式会社について

サイヤジェン株式会社は15年間の発展を経て、全世界の数万人の科学研究者にサービスを提供しており、製品と技術は直接にCNS (Cell、Nature、Science)の定期刊を含む5,200余りの学術論文に応用されています。弊社の「ノックアウトマウスライブラリ」は低価格だけでなく、遺伝子名称を入力すれば、ワンクリックで注文まで操作できます。ノックアウトマウスノックインマウスコンディショナルノックアウトマウストランスジェニックマウスGFPマウス免疫不全マウス無菌マウスなどのカスタマイズサービスを提供する以外、専門的な手術疾患モデルチームがあり、多種の複雑な小動物手術疾患モデルも提供できます。

 

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