細胞・遺伝子治療
ドゥシェンヌ筋ジストロフィー遺伝子治療における前臨床モデルの比較
Cyagen Technical Content Team | July 18, 2025
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目次
ドゥシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD）は、X連鎖性劣性遺伝疾患であり、DMD遺伝子に変異が生じることでジストロフィン蛋白の機能異常が引き起こされる。その結果、進行性の筋肉変性が進行する。DMDは稀な筋疾患ではあるが、世界で約3,500人の男性出生に1人の頻度で発症し、最も一般的な遺伝疾患の一つである。通常、3〜6歳の間に発症が認められる。
DMDに対する遺伝子療法の種類
DMDに対する遺伝子療法は、主に3つのタイプに分類される。第一は、AAVを用いたミニジストロフィンまたはマイクロジストロフィンの導入；第二は、ASOを用いたエクソンスキッピング療法；第三は、ターゲット遺伝子編集技術を用いた遺伝子編集療法である。
AAVを用いたミニジストロフィンまたはマイクロジストロフィンの導入
AAVを用いたミニジストロフィンまたはマイクロジストロフィンの導入は、多様な遺伝子変異を持つ患者に適用可能な補完療法として、広範な臨床応用が期待される。Sarepta、Roche、Solidなどの企業が、ミニジストロフィンまたはマイクロジストロフィンを標的としたAAVベースの療法を開発している。その中でもSRP-9001が最も進展が著しい。最近、FDA諮問委員会の専門家がSRP-9001の加速承認を推奨したことで注目を集めている。このパイプラインの前臨床試験では、従来のmdxモデルが用いられている。mdxマウスモデルは、エクソン23のCAAコドンに変異を有しており、遺伝子発現が異常となる。mdxマウスはDMD患者と類似した疾患表現型を示すが、臨床的特徴にいくつかの差異が存在する。第一に、mdxマウスの表現型はDMD患者に比べて軽症であり、特に線維化や筋萎縮の程度が低い。第二に、mdxマウスの寿命は正常マウスの約80％であるのに対し、DMD患者の平均寿命は健常者に比べて約1/3に過ぎない。第三に、mdxマウスの変異部位であるエクソン23は、患者における変異の「ホットスポット」ではないため、疾患の均一性が制限される。さらに、マウスの背景由来の表現型のばらつきが生じ、mdxマウスを用いた研究の複雑さを増している。
ASOを用いたエクソンスキッピング療法
ASOを用いたエクソンスキッピング療法は、DMDのパイプラインにおいて最も顕著な遺伝子療法アプローチの一つである。これは、ASOの高い標的特異性と合成の容易さに起因する。Sarepta、ニッポン、DYNEなどの企業がこの分野に多額の投資を行っている。エクソンスキッピングは、エクソン44、45、50、51、53を標的とし、複数のエクソン同時スキッピング戦略が報告されている。ニッポンのパイプラインNS-065/NCNP-01は、エクソン53のASOを用いたスキッピングを採用しており、前臨床試験ではmdx52マウスが用いられている。mdx52マウスは、Dmd遺伝子にエクソン52の欠失を有し、エクソン53で翻訳の終止が生じる。mdx52マウスは、患者におけるホットスポット変異に近いため、ASOベースの遺伝子療法に適しているが、ヒトDMD遺伝子とマウスDmd遺伝子間の配列差異により、ヒト特異的なASOの選定にリスクが伴う。一方、mdxマウスはエクソン23に既に終止コドンが存在するため、エクソン23以降のエクソンをスキップするASO療法には不適であり、行動学的効果の評価が困難である。文献では、ASOを用いたエクソンスキッピングの有効性評価にhDMDΔ52/mdxモデルが用いられている。このモデルは、エクソン52欠失を有する全長ヒトDMD遺伝子を導入し、mdxマウスと交配してDMD疾患モデルを構築したものである。hDMDΔ52/mdxモデルは全長ヒトDMD蛋白を発現するが、DMD遺伝子の挿入部位が不明であり、X染色体上に配置されていない上、mdxマウスとの交配が必要なため、モデル構築が複雑である。
ターゲット遺伝子編集技術
DMDに対するターゲット遺伝子編集療法の進展は比較的遅れている。その理由の一つとして、特定の薬剤標的のスクリーニングや薬剤予測性を可能にするDMD疾患モデルの不足が挙げられる。CRD-TMH-001は、DMD治療を目的とした最初のターゲット遺伝子編集ベースのパイプラインであり、臨床試験承認（IND）を取得している。文献には、DMDに対するターゲット遺伝子編集療法の成功例が複数報告されている。たとえば、シトシン塩基編集酵素（CBE）を用いて、早期終止コドンを除去し、Dmd遺伝子の翻訳を継続可能にする手法がΔ50;h51KIモデルで実証された。このモデルは、マウスDmd遺伝子のE51領域をヒト化し、E50の削除を伴い、E51に早期終止コドンを導入したものである。mdx52モデルと比較して、ターゲット遺伝子編集療法に用いられるΔ50;h51KIモデルは、薬剤標的配列のヒト化度がより高いことが要求される。これは、オフターゲット効果が患者に深刻な悪影響を及ぼす可能性があるため、重要な考慮事項である。ただし、Δ50;h51KIモデルは、hDMDΔ52/mdxモデルと比較してヒト化度に制限がある点に留意すべきである。
既存モデルの利点と課題
従来のmdxマウスモデル：
- エクソン23のCAAコドンに変異を有し、遺伝子発現が異常となる
- DMD患者に比べて表現型が軽症
- 寿命は正常マウスの約80％
- エクソン23以降のエクソンを標的とするASOを用いたエクソンスキッピングには不適。エクソン23に既に終止信号が存在するため、その後のエクソンスキッピングは行動学的効果を示さない
- エクソン23の変異部位はホットスポットではないため、疾患の均一性が制限される
- マウス背景による表現型のばらつきが存在
mdx52マウスモデル：
- Dmd遺伝子にエクソン52の欠失を有し、エクソン53で翻訳が終了する
- 患者におけるホットスポット変異に近いため、ASOベースの遺伝子療法に適しているが、ASO選定にリスクが伴う
hDMDΔ52/mdxモデル：
- エクソン52欠失を有するヒトDMD遺伝子をヒューマナイズ化
全長ヒトDMD蛋白を発現するが、ヒト化の観点から以下の制限がある：
- DMD遺伝子の挿入部位が不明、X染色体上に配置されていない
- mdxマウスとの交配が必要であり、モデル構築が複雑
Δ50;h51KIモデル：
- マウスDmd遺伝子のE51領域をヒト化し、E50を削除し、E51に早期終止コドンを導入
- mdx52モデルと比較して、ターゲット遺伝子編集療法においてより高度なヒト化が要求される
- hDMDΔ52/mdxモデルと比較して、ヒト化度に制限がある
Cyagenが開発したヒューマナイズDMD（hDMD）モデル
DMD遺伝子の変異特性と、既存モデルの課題（モデル構築の複雑さ、トランスジェニック（Tg）由来の遺伝子挿入部位の不確実性、ヒト化領域の不足、ホットスポット以外の変異など）を踏まえ、Cyagenは独自にヒューマナイズDMD（hDMD）研究モデルを開発した。従来のmdxマウスモデルに加え、DMDのホットスポット変異を有するヒューマナイズマウス、すなわちDMD（hE8-30）、DMD（hE44-45）、DMD（hE49-53）も独自開発した。さらに、野生型ヒューマナイズマウスを改変し、ホットスポット変異を導入した疾患モデルを構築しており、良好な対照群と疾患モデルを同時に得ることが可能である。
CyagenのhDMDモデルの利点：
- ホットスポット変異領域における野生型および点変異を有するヒューマナイズ疾患モデルの構築
- 既存の野生型モデルに異なる点変異をカスタマイズ可能。効率性および成功確率の向上
- 薬剤標的領域の大部分をヒト化。遺伝子療法関連薬（ASO、ターゲット遺伝子編集、siRNAなど）のスクリーニングおよび薬理研究に適している
- ヒトDMD遺伝子を正確な位置に挿入。安定したコピー数を確保し、安定な遺伝的継承を実現
- 患者に関連する複数のDMD「ホットスポット」変異（DMD（hE8-30）、DMD（hE44-45）、DMD（hE49-53））を含む
| CyagenのDMD疾患モデル | mdx(E23,C-T) |
| DMD(hE8-30) | |
| DMD(hE44-45), MT | |
| DMD(hE49-53), MT |
参考文献：
- Ryder-Cook AS, Sicinski P, Thomas K, et al. Localization of the mdx mutation within the mouse dystrophin gene. [J]. EMBO, 1988.
- Mizobe Y, Miyatake S, Takizawa H, et al. In Vivo Evaluation of Single-Exon and Multiexon Skipping in mdx52 Mice[J]. Methods Mol Biol, 2018.
- Hoen P A C', Meijer E J D, Boer J M, et al. Generation and Characterization of Transgenic Mice with the Full-length Human DMD Gene[J]. Journal of Biological Chemistry, 2008, 283.
- Zhang Y, Li H, Nishiyama T, McAnally JR, et al. A humanized knockin mouse model of Duchenne muscular dystrophy and its correction by Targeted Gene Editing-Cas9 therapeutic gene editing[J]. Mol Ther Nucleic Acids. 2022.
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