色覚不全（Achromatopsia）に対する遺伝子治療アプローチ：Cyagenマウスモデルによる最新の知見
色覚異常症（ACHM）の詳細な概要
色覚異常症（ACHM）を有する患者は、赤・緑・青の3種類のコーン細胞に対応する色覚軸における色識別能が異常である。患者の3つのコーン細胞（赤・緑・青を感知する細胞）は完全に機能不全に陥り、異なる色を識別できない。これに加えて、視力障害を呈し、平均視力は20/200程度であり、主に遠視などの屈折異常を伴うことが多い。
光過敏性が高いため、色覚異常症患者は光に対する過敏症状を示す。これは乳児期から顕著に見られる。また、年齢とともに安定する振り子様眼振（pendulum nystagmus）も特徴的である。大部分の患者の眼底所見は通常であるが、視網膜電図（ERG）検査ではコーン細胞の反応が消失している一方、ロッド細胞の反応は基本的には正常である。OCT検査では、中心性暗点および網膜中心部の体積減少が認められる。
臨床上、色覚異常症の診断には、ブルーコーンモノクロマシー、進行性コーンジストロフィー、赤緑色覚異常、および皮質盲など、他の網膜疾患との鑑別が必要である。色覚異常症は複数の遺伝子に起因する。代表的なものとして、環状核苷酸ゲート型チャネルα3（CNGA3）、環状核苷酸ゲート型チャネルβ3（CNGB3）、およびグアニル酸結合タンパク質αトランスデューサ活性ペプチド2（GNAT2）がある。これらの遺伝子がコードするタンパク質は、コーン細胞による光伝達経路において重要な役割を果たす。CNGチャネルは、光受容体の細胞外側セグメントの細胞膜上に存在し、光伝達シグナルの最終段階に位置し、光刺激によってイオン電流を生成する。GNAT2タンパク質はロドプシンによって活性化される。さらに、ホスホジエステラーゼ6C（PDE6C）およびホスホジエステラーゼ6H（PDE6H）の変異も色覚異常症を引き起こすことがある。これらのタンパク質はcGMPを5'-GMPに変換し、コーン細胞における視覚伝達において重要な役割を担う。光伝達シグナルは、まず視覚色素分子が活性化され、その後、活性化された視覚色素はGタンパク質と結合する。GNAT2の結合によりGDPがGTPに変換され、抑制性β/γサブユニットが複合体から解離する。活性化されたGTP結合タンパク質はコーン型ホスホジエステラーゼ（PDE6CおよびPDE6H）を活性化し、活性化されたホスホジエステラーゼはcGMPを効率的に加水分解することで、細胞内cGMP濃度を低下させる。cGMPが各ヘテロテトラマー亜単位の結合部位に占有されている状態が、細胞体部のcGMP依存性カチオンチャネル（CNGA3/CNGB3亜単位）の開口を制御するため、この結果としてチャネルが閉鎖され、細胞膜の過分極が引き起こされる。
疾患を引き起こす遺伝子および変異
色覚異常症を引き起こす変異の多くは、Gタンパク質シグナル伝達（GNAT2）を阻害するか、cGMP依存性カチオンチャネル機能（CNGB3およびCNGA3）を損なうものである。一方、コーン型ホスホジエステラーゼ（PDE6CおよびPDE6H）の変異は、相対的に少ない頻度で関与している。
1. CNGB3遺伝子
この遺伝子はヒト染色体8に位置し、18個のエクソンから構成され、809アミノ酸をコードする。CNGB3の多くは、タンパク質の切断を引き起こす。ヌクレオチド置換によるヌクレオチド変異や、一部のフレームシフト変異は、翻訳の早期終了を引き起こし、イオンチャネル機能の喪失につながる。研究によれば、約50％の色覚異常症患者はこのヌクレオチド変異によって引き起こされており、特にc.1148delCという変異が中国男性患者の約70％を占める。一方、T383fsX変異を有する患者は、比較的良い視力を持つ傾向がある。CNGB3遺伝子の変異の多くはヌクレオチド変異であり、CNGB3およびCNGA3遺伝子の変異は、色覚異常症患者の全変異の約70％を占める。
2. CNGA3遺伝子
この遺伝子はヒト染色体2に位置し、8個のエクソンから構成され、694アミノ酸をコードする。光伝達経路の決定因子として機能し、複数の機能的に保存されたドメインを有している。この遺伝子は嗅覚神経細胞、大脳皮質、松果体、および腎臓、肺、大腸、心臓などの非神経組織でも発現している。
CNGA3遺伝子は現在、4つの重点的に研究されている変異部位（p.R277C、p.R283W、p.R435W、p.F547L）を有しており、これらは全変異の約40％を占めている。研究では、CNGA3遺伝子の変異は色覚異常症を引き起こすだけでなく、不完全型色覚異常症および重度の進行性コーンジストロフィーの発症にも関与することが示されている。このタンパク質の変異により、cGMPがイオンフラックスを活性化できず、完全長タンパク質はエンドプラズミックレチクルムに捕捉され、チャネル機能の喪失を引き起こす。一部の変異はタンパク質の誤折りたたみやcAMPとの結合親和性の変化を引き起こす。CNGA3の機能は、環状核苷酸依存性（CNG）イオンチャネルにおいて特に重要である。CNGA3単独でも機能性チャネルを形成可能だが、そのチャネル機能は若干変化する可能性がある。
3. GNAT2遺伝子
この遺伝子はヒト染色体1に位置し、8個のエクソンから構成され、354アミノ酸をコードする。大部分の変異は翻訳の早期終了を引き起こし、タンパク質の切断をもたらす。カルボキシル末端にはロッド光色素と相互作用する複数の部位が存在する。しかし、この遺伝子の変異は色覚異常症患者の2％未満にしか見られない。代表的な変異部位としてc.461+24G>Aがあり、これは正しくスプライシングされたmRNAの割合を低下させる。
4. PDE6C遺伝子
5. PDE6H遺伝子
この遺伝子はヒト染色体12に位置し、4個のエクソンから構成され、83アミノ酸をコードする。この遺伝子の変異（例：S12X）は不完全型色覚異常症を引き起こすことがある。
マウスモデル（構築方法）
Cpfl5マウスは、ジャクソン研究所によって発見された色覚異常症のマウスモデルであり、ヒトの常染色体劣性遺伝性色覚異常症2型（ACHM2）に類似している。これはCNGA3遺伝子のエクソン5におけるThr164Ala変異によって引き起こされる。
Cnga3ホモ接合ノックアウトマウスでは、コーン細胞の機能が完全に喪失し、コーン細胞数が減少し、残存するコーン細胞の形態も不整である。
Cngb3ノックアウトマウスはCNG機能の喪失およびコーン依存性光反応の選択的喪失を示し、コーン細胞の進行性変性および死滅を伴う。また、GNAT2およびPDE6C遺伝子のノックアウトマウスモデルも、これらの遺伝子の変異を対象とした色覚異常症研究に用いられている。
遺伝子治療法
現在、AGTCは色覚異常症治療のための2種類の薬剤を開発している。初期結果によれば、これらの薬剤（AGTC-401およびAGTC-402）は色覚異常症患者において安全性が高く、耐容性良好である。これらの薬剤は、再組換えアデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターを用いて人由来CNGB3およびCNGA3遺伝子を包み込み、網膜下に投与される。一部の患者では副反応が報告されているが、高用量群では光過敏性および暗順応能の改善が一部の患者で観察された。
MeiraGTxも、CNGB3およびCNGA3遺伝子の変異に起因する色覚異常症に対する遺伝子治療法を開発しており、いずれも第1/2相臨床試験中である。AAVを用いたCNGB3標的治療は、FDAおよびEMAから希少疾患薬および希少小児疾患薬指定を受けており、承認の可能性が高い。
一部の研究では、3週齢のCpfl5マウスに網膜下腔にウイルスを投与した後に、電気視網膜図（ERG）検査で電流反応が観察された。遺伝子が比較的小さいため、ウイルスに直接包み込まれた。
一部の研究者は、Easi-Targeted Gene EditingシステムまたはESターゲティングを用いて、エクソン5とエクソン6の間にミニ-STOP配列を挿入し、一部の切断タンパク質でもマウス表現型の救済が可能であることを示した。
2020年、ドイツの研究チームは、JAMA Ophthalmologyに、色覚異常症2型に対する遺伝子治療の臨床試験結果（NCT02610582）を報告し、肯定的な実験データを得た。研究者はAAV8を用いてヒト由来の機能性CNGA3遺伝子を包み込み、網膜下注射することで、コーン細胞が機能性CNGA3遺伝子を発現させ、CNGA3タンパク質の欠損によるコーン細胞機能障害を補償した。実験結果では、遺伝子治療において重大な安全性問題はほとんど観察されず、9眼の治療例で視力の改善が認められ、平均して2.9文字の視力向上が得られた。
Cyagen網膜遺伝子治療ソリューション
網膜遺伝子治療における長期的な課題を解決するため、Cyagenは高精度な小動物網膜検査機器と熟練の専門家を備えた網膜遺伝子治療プラットフォームを構築した。本プラットフォームは、動物網膜遺伝子編集モデルの作成、眼内投与、サンプル採取、検出および解析を含む、網膜遺伝子治療研究における一連の前臨床標準化サービスを提供することで、研究プロセスにおける多くの課題を解決する。
すべての関係者の努力により、より多くの遺伝子治療法が臨床試験に進展し、先天性眼疾患および失明を抱える患者が早期に希望の光を見出すことを心より願っている。お問い合わせは、800-921-8930 まで、またはメールにて [email protected] まで、オンライン相談も受け付けております。Cyagenの網膜遺伝子治療ソリューションの詳細は、ワンストップ前臨床網膜研究ソリューション をご参照ください。
参考文献および図版出典：
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