ここ数年、遺伝子治療が臨床試験に入った色々なニュースが次々と現れ、関連スタートアップ企業または研究型企業も高額な投資と注目を集め、継続的に発展しています。特に米国が希少疾患に対する医薬品の研究開発を奨励する政策において、最も遺伝子治療技術に突破されやすい疾患分野の一つとして、大量の単一遺伝子希少疾患の遺伝子治療薬剤の研究開発も重要な進展がありました。

世界保健機関は、希少疾患について患者人数が総人口の0.65‰～1‰を占める疾患と定義しています。発症率が低いため、希少疾患は「孤児病」と、関連の薬剤は「孤児薬」と呼ばれています。疾患ごとの患者人数は少ないですが、疾患の種類が多くあるため、希少疾患の患者総人数が極めて多いです。世界中の希少疾患患者が3億人ほど、中国でも2000万人いるため、これら患者の治療問題を解決するには大きな意義があります。

約80％の希少疾患が遺伝子突然変異によるものであるため、遺伝子治療は最大程度で病因に適用できます。したがって、本文では主に希少疾患の遺伝子治療現状および事例分析を紹介します。

1. AVV遺伝子治療の発展現状

遺伝子治療は、まず治療の標的を確定してから、遺伝子を体内に注射する必要があるため、遺伝子のベクターが必要となります。現在最も多く使用されているのはウィルスベクターであり、早期の臨床試験ではレトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス等が多く使用されていましたが、これら従来のウィルスは各自の限定性と安全リスク問題で、現在アデノ随伴ウイルス（Adeno-associated virus，AAV）に入れ替えられています。

下記の希少疾患遺伝子治療の事例はすべてアデノ随伴ウイルスにより研究開発された遺伝子治療方法となります：

事例1：デュシェンヌ型筋ジストロフィー症 (Duchenne muscular dystrophy, DMD) 遺伝子治療方法

デュシェンヌ型筋ジストロフィー症 (Duchenne muscular dystrophy, DMD) は、希少で致命的な神経筋遺伝病であり、世界中の約3500～5000名の男の児に一人の患者がいます。患者の症状は一般的に乳幼児時期から現れ、4歳から筋無力症状が現れ、迅速に悪化します。多数の患者は12歳前に歩行能力を失い、車椅子が必要となります。最終的には、呼吸筋機能障害により呼吸困難が進行し、​人工呼吸が必要となり、心機能障害が心臓衰弱を引き起こすことがあります。この疾患が一般的に致命的であり、患者が20代の際になくなります。現在、DMDには治癒方法がなく、物理的治療と矯正手術が一部症状の改善にのみ役立ちます。

この疾患の主な病原は、ジストロフィン（dystrophin）をエンコードする遺伝子の突然変異によるものであり、この遺伝子は筋肉繊維の細胞膜を維持するために極めて重要です。そのため、遺伝子治療方法は患者を治癒する潜在的な治療選択と考えられます。ファイザー製薬（Sarepta Therapeutics）が最新に開発したPF-06939926は、研究中の遺伝子治療方法^【1】です-ヒト筋肉特異性プロモーター遺伝子により制御される「ミニ」ジストロフィン（mini-dystrophin）トランスジェニックをアデノ随伴ウイルス9（AAV9）ベクターに入れてから、これらウィルスを患者の体内に注射します。患者の筋肉細胞を感染することにより、筋肉に一部ジストロフィン機能を有する再構成タンパク質を発生させ、DMD患者の疾患進行を緩和します。

この遺伝子治療方法の利点は、任意種類のDMD遺伝子変異を有する患者に有効になれることにあります。AAV9ウィルスベクターは、筋肉組織標的にトランスジェニックを転送する能力を有し、AAVウィルスをベクターとする遺伝子治療方法の効率的な筋肉組織感染能力も証明されています。

事例2：脊髄性筋萎縮症 (Spinal Muscular Atrophy, SMA)遺伝子治療方法

脊髄性筋萎縮症 (Spinal Muscular Atrophy, SMA)は、希少な遺伝性神経筋疾患です。SMAは、運動ニューロンの迅速かつ不可逆になくし、呼吸、嚥下と基本運動を含む筋力機能に影響を与えます。発病率は約万分の一ですが、この疾患の致命性が高く、治療しても大半数の子供患者の寿命が20ヶ月しかありません。

この疾患の主な病原は、遺伝子SMN-1をエンコードする機能の欠失により、患者体内にあるSMNのタンパク質が異常となり、SMNタンパク質が運動ニューロンの生着に極めて重要となっています。このタンパク質の欠失により、ニューロンが正常に動けないため、筋無力となり、筋肉が緩慢となります。この疾患は主に三種類に分けられます：遅延型SMA-2とSMA-3、および最もよくあるSMA-1型、約全症例の60％を占めています。

遺伝子治療方法Zolgensma（onasemnogene abeparvovec）が承認され、世界中にSMAを治療する初めての遺伝子治療方法となりました。この薬剤のベクターは、AAV9型ウィルスが血液脳関門を通過できるため、アデノ随伴ウイルスベクター（AAV）9型ウィルスを利用しています。この薬剤は、単回、一括静脈内投与の後にSMNタンパク質を継続して発見することにより疾患の進行を阻止し、SMAの根本的な病原を解決することができ、患者の生存品質を長期的に改善することが望ましいです。^【2】

事例3：レーバー先天性黒内障 (Leber congenital amaurosis，LCA) 遺伝子治療方法

レーバー先天性黒内障 (Leber congenital amaurosis，LCA) は、発病の早い遺伝性の重度網膜変性疾患であり、世界中における罹患率が1／81 000—1／31 000であり、遺伝性網膜変性疾患の5％を、児童の先天性眼振の10％～20％を占めています。

現在確定された27種LCAの病原遺伝子の中、これら遺伝子突然変異患者が総数の70％以上を占めています。そのうち、レーバー先天性黒内障1型（LCA1）は、GUCY2D遺伝子突然変異によります。GUCY2D遺伝子突然変異は、早期と重度の視力損害または失明の原因となります。LGUCY2D遺伝子はヒト染色体17p13.1にあり、そのエンコード生成物がグアニル酸シクラーゼ1(retGCl)です。GC1は膜貫通型タンパク質であり、このタンパク質は、網膜錐体、錐体細胞の細胞核および節内に発見します。GUCY2D遺伝子の突然変異は、感光細胞が発育段階で継続的な光刺激を与えられ、継続的な光照射に類似な状況で、視細胞がアポトーシスとなります。

最新の眼遺伝病に対する研究において、Boyce氏等はグアニル酸シクラーゼ-1（GC1）でマウスモデルの遺伝子をノックアウトすることにより試験を実施した結果、GC1遺伝子とレーバー先天性黒内障の発病に緊密に関わっています。GC1遺伝子が欠失した場合、マウスにはレーバー先天性黒内障と類似する錐体細胞の厳重損害が現れました；AAVウィルスベクターによりGC1遺伝子を継続して発見させた場合、損害された錐体細胞の機能を一部回復することができました。これは、遺伝性疾患の治療に新しい考え方を提供しています。^【3】

サイヤジェンワンステーション希少疾患薬剤研究開発プラットフォーム

80％以上の希少疾患は、特定位置の遺伝子突然変異によるものであり、一般的には、各疾患に関連する遺伝子突然変異数が数百種類以上にあります。遺伝子編集により研究に必要な動物モデルを構築するのであれば、大量の鑑定および表現型分析が欠かせませんが、希少疾患はマウスモデルでヒトの表現型を正しく再現できる確率が15％以下にあるため、世界中の希少疾患薬剤研究開発において重要な挑戦となっています。

サイヤジェン研究開発チームは、ワンステーション希少疾患薬剤研究開発プラットフォームの完備と構築に取り込んでおり、既存のCRISPR Pro技術に基づき、各種類遺伝子修飾マウスモデルの構築-遺伝子ノックアウト、条件付きノックアウト、ヒト化、点突然変異を迅速に実現しています。また、当社は、自己研究と導入を兼ね備えることにより、ガン、免疫、内分泌、心血管、神経および感染症等に向ける薬剤研究開発とスクリーニング動物プラットフォームを構築しており、国内外CRO機構および新薬研究開発機構に品質の高い、安定した動物モデル、および付帯の薬力評価サービスを提供し、疾患薬剤の研究開発進捗を加速します。マウスモデルの構築以外にも、長年にわたる希少疾患の研究経験、および成熟したラットモデルの構築経験を有します。現時点では、当社は、世界中の研究者に78,000以上の各種類の動物モデルを構築し、様々な研究需要を満足しています。

サイヤジェンは、お客様にモデル構築からウィルスベクター包装・構築まで遺伝子治療研究に関するワンステーションソリューションをご提供いたしますので、お問い合わせとご注文をお待ちしております。

References:

1. Johnson, V. PF-06939926 Continues to Show Safety and Efficacy in Duchenne Muscular Dystrophy.June 22, 2021. Retrieved from:  https://www.neurologylive.com/view/pf-06939926-safe-efficacious-dmd
2. Finkel RS, Mercuri E, Darras BT, Connolly AM, Kuntz NL, Kirschner J, Chiriboga CA, Saito K, Servais L, Tizzano E, Topaloglu H, Tulinius M, Montes J, Glanzman AM, Bishop K, Zhong ZJ, Gheuens S, Bennett CF, Schneider E, Farwell W, De Vivo DC; ENDEAR Study Group. Nusinersen versus Sham Control in Infantile-Onset Spinal Muscular Atrophy. N Engl J Med. 2017 Nov 2;377(18):1723-1732.
3. Boye SE, Boye SL, Pang J, Ryals R, Everhart D, Umino Y, Neeley AW, Besharse J, Barlow R, Hauswirth WW. Functional and behavioral restoration of vision by gene therapy in the guanylate cyclase-1 (GC1) knockout mouse. PLoS One. 2010;5(6):e11306. DOI: 10.1371/journal.pone.0011306. PMID: 20593011; PMCID: PMC2892468.

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。