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神経科学

自閉症スペクトラム障害(ASD)とは何か、および自閉症に特化した遺伝子編集マウスモデルについて

Cyagen Technical Content Team | June 02, 2025
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目次
01. ASDの概要 02. ASDの発症メカニズム 03. ASDの症状 04. ASDの疾患モデル 05. Cyagenの自閉症研究用マウスモデル

自閉症スペクトラム障害(ASD)は、脳の発達の違いに起因する広範な神経発達障害であり、病因に関する理論は多岐にわたりますが、ASDの感受性に関連する多くの遺伝子変異およびASDと関連する脳構造の変化が報告されています。

他者との人間関係や相互作用のスキルに欠如があり、限定的または反復的な興味や行動パターンを示すため、自閉症患者は他者の感情を理解したり、自分の感情を表現したりすることが困難です。近年、自閉症の新規患者数は年々増加しており、現時点では治療法が限られているため、ASDは子供の発達障害研究において重要なテーマとなっています。ASDの治療は、各個人の強みと課題に応じて異なり、日常生活における機能に支障をきたす症状を軽減し、生活の質を向上させることを目的としています。

ここでは、ターゲット遺伝子編集されたマウスモデルによる自閉症研究についてご紹介します。

01 ASDの概要

ASD(自閉症スペクトラム障害)は、自閉症スペクトラム症候群(ASC)とも呼ばれます。 脳の発達の違いが原因で生じる広範な発達障害であり、言語・コミュニケーション能力の異常、狭い興味、反復的行動パターンなどの症状を示します。[1] また、ASDを有する人々は、学習や運動、注意の仕方においても個性があることが知られています。2013年にアメリカ精神医学会が発行した『精神疾患の診断および統計マニュアル(DSM-5)』では、自閉症および関連障害の診断基準が見直され、「自閉症」という分類は廃止され、統合的に「自閉症スペクトラム障害(ASD)」として分類されました。ASDは、古典的自閉症(自閉症)、アスペルガー症候群(AS)、広汎性発達障害(PDD-NOS)、児童期回帰性障害(CDD)などを含む総称です。[2] 一般に「自閉症」と呼ばれるものは、広義の意味でのASDを指すのが正確です。

02 ASDの発症メカニズム

ASDの明確な発症メカニズムは未解明ですが、主流の見解では、遺伝的要因と環境要因が主な関与因子であると考えられています。データによれば、ASDは非常に遺伝性の高い疾患であり、同卵双生児の一致率は90%に達するとされています。2016年に発表されたメタアナリシスでは、ASDリスクの74〜93%が遺伝的要因によるものと報告されており、家族内での兄弟姉妹調査では、 elder child にASDが診断された場合、その後の子にASDが発症する確率は7〜20%とされています。[3] 現在までに1,000以上もの遺伝子がASDの遺伝的リスクに関連することが同定されており、その多くは正常な神経発達や脳内の機能領域間の結合に密接に関与しています。これはASDリスクに至る共通の経路が存在する可能性を示唆しています。[4] ASDと関連する遺伝的異常は、以下の3つのカテゴリーに分類されます。

1. 単一遺伝子変異:例えば、SHANK3、FMR1、MECP2などの遺伝子に見られる変異。

2. コピー数変異(CNV):染色体の重複、大規模な欠失、逆位、転座などを含む。

3. 多因子リスク要因:複数の変異が蓄積することで引き起こされる。しかし、主な病因遺伝子および具体的な変異タイプは、まださらなる研究が必要です。

03 ASDの症状

現在、世界的なASDの有病率は約0.6〜1%です。アメリカでは、68人に1人がASDを有しており、男性の発症頻度は女性の4.5倍です。ASDは通常、3歳以前に発症し、生涯にわたって持続します。ASDを有する児童が思春期や成人期に至ると、友人関係の構築や維持が極めて困難となり、不安、抑うつ、注意欠陥・多動性障害(ADHD)などの症状を伴うことが多くあります。[5] 現在のASD治療は、日常生活に支障をきたす症状に対しての対症療法が中心であり、生活の質を向上させることを目的としています。ASDは個々の人に応じて症状が異なるため、治療ニーズも個別であり、多職種による包括的アプローチが求められます。発症メカニズムが未解明であるため、ASDに対して病因療法や予防法は現時点では存在せず、ASDの病態解明に関するさらなる研究が急務です。

04 ASDの疾患モデル

ASD患者から得られたデータによれば、以下の遺伝子に変異が見られ、ASDリスクと関連していることが明らかになっています:ニューロリギン(NLGN3/4)、神経細胞表面タンパク質(NRXN1およびCNTNAP2)、SH3および多数のアンキリン反復ドメイン含有タンパク質3(SHANK3)、メチル-CpG結合タンパク質2(MECP2)、フレイル・エックスメッセンジャー核糖核酸タンパク質1(FMR1)、てんかん様腫瘍症候群(TSC1/2)、CHD8、SCN2A、SYNGAP1、TBX1、ARID1B、GRIN2B、およびTBR1。[5] ただし、すべての遺伝子変異がASDを引き起こすわけではなく、各変異の病原性は十分な実験データによって検証される必要があります。過去数十年にわたり、ASD関連遺伝子のノックアウトにより誘導された自閉症様マウスが多数作成されており、ASDの病態メカニズム研究、ドラッグターゲットの同定、新規治療法の開発に向けた動物モデルの提供が可能になりました。以下に、代表的なターゲット遺伝子編集自閉症マウスモデルを紹介します。これらのモデルはすべて、C57BL/6J(別名:B6、B6J)マウス系統をバックグラウンドとしています(B/6N系統とは異なる)。

Tbx1マウス(E1-E2ノックアウト)

ヒト染色体22q11.2領域の大きな欠失は、ASD様表型を引き起こすことが知られていますが、欠失領域には少なくとも30の遺伝子が含まれており、ASD様表型を引き起こす特定の遺伝子はまだ同定されていません。2011年にTakeshi Hiramotoらが行った研究では、22q11.2領域に含まれる30以上の遺伝子の中で、Tbx1がASD発症と高い相関を示すことが示され、Tbx1単一遺伝子欠失のヘテロ接合マウス(HT)は、社会的相互作用の障害、記憶に基づく行動、作業記憶、発達の差異などのASD様表型を示しました。[6]
図1. Tbx1ヘテロ接合マウス(HT)はASD関連行動表型を示す
左:発声の頻度および持続時間
右:Tマズ spontaneous alternation behavior(SAB)[6]

Shank3Bマウス(E13-E16ノックアウト)

SHANK遺伝子群の変異は、症候性および特発性のASDをはじめ、その他の神経精神疾患(例:統合失調症)および神経発達障害(例:知的障害)とも関連しています。SHANK3はシナプス後タンパク質であり、遺伝子レベルでの機能不全は22q13欠失症候群およびその他の非症候性ASDの発症に関与しています。『Nature』誌に掲載されたJoão Peçaらの研究では、Shank3ノルマウスはストリアタルシナプスおよび皮質-尾状核回路に障害を示し、自己傷害性の反復的グルーミングおよび社会的相互作用の障害を呈しました。この研究により、SHANK3が神経接続の正常発達において重要な役割を果たしていることが明らかになり、SHANK3欠損とマウスにおける自閉症様行動との因果関係が初めて解明されました。[7]
図2. Shank3B-/-マウスは社会的相互作用の低下および社会的新奇性認識の異常を示す[7]

Cntnap2マウス(E1ノックアウト)

CNTNAP2はニューロリシンスーパーファミリーに属する神経細胞膜タンパク質をコードし、神経細胞とグルーサル細胞の相互作用、および髄鞘化軸索におけるカルシウムチャネルの蓄積に関与しています。CNTNAP2の変異は、初期に皮質形成異常-局所てんかん症候群(CDFE)との関連が報告され、これはてんかん、言語の後退、知的障害、多動性を引き起こす稀な疾患です。同時に、CNTNAP2変異を持つ患者の約2/3に自閉症様表型が認められ、その後の多数の研究でこの遺伝子と自閉症または関連エンドフェノタイプのリスク上昇との関連が示されています。Daniel H. Geschwindらは、『Cell』誌に掲載された論文で、マウスのCntnap2遺伝子ノックアウトがASDおよび関連神経発達障害と強く関連していることを実証しました。Cntnap2-/-マウスはASDの診断基準に該当する3つの症状すべてに障害を示し、多動性およびてんかん様表型を併発しており、CNTNAP2病的変異を持つ患者の症状と極めて一致しています。[8] このモデルは、人間のASD疾患表型を最も包括的に再現するモデルの一つです。
図3. Cntnap2-/-マウスはコミュニケーションおよび社会行動の異常を示すASD表型を呈する[8]

05 Cyagenの自閉症研究用マウスモデル

Cyagenは、自社開発した数千種のターゲット遺伝子編集マウス系統を保有しており、自閉症研究に関連する多様なマウスモデルを提供可能です。 モデル情報は以下の表に詳細に記載されています。また、研究プロジェクトのニーズに応じたカスタムサービスも提供可能で、研究の加速をサポートいたします。
ASD用マウスモデル
遺伝子 ノックアウト領域 製品番号 系統名
TBX1 エクソン3 S-CKO-17545 C57BL/6J-Tbx1em1(flox)Cya
SHANK3 エクソン4-9 S-KO-11106 C57BL/6J-Shank3em1Cya
エクソン13-16 S-KO-16224 C57BL/6J-Shank3em1Cya
エクソン4-9 S-CKO-12419 C57BL/6J-Shank3em1(flox)Cya
Cntnap2 エクソン3 S-KO-15901 C57BL/6J-Cntnap2em1Cya
エクソン3 S-CKO-17468 C57BL/6J-Cntnap2em1(flox)Cya
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