ヒトSMN2遺伝子コピー数に応じたSMAモデルマウス：疾患表現型と病態進行の新たな洞察

脊髄性筋萎縮症（SMA）は、SMN1遺伝子の変異によって引き起こされる常染色体劣性の神経筋疾患であり、SMN（Survival Motor Neuron）タンパク質の欠損により、脊髄前角の運動ニューロンが進行性に変性し、筋力低下や筋萎縮を引き起こします。SMAは乳幼児期における最も致死率の高い遺伝疾患の一つであり、特に発症年齢が早いほど重症度が高く、2歳未満での中央値生存期間は約10ヶ月と報告されています^[1]。

一方で、ヒトにはSMN1と高い相同性を有するSMN2遺伝子も存在し、この遺伝子からも一部の機能性SMNタンパク質が産生されます。SMN2のコピー数が多いほど、患者の症状が軽度である傾向があることが知られています。このため、SMN2の発現を調節し、機能的SMNタンパク質の産生を増加させることは、SMA治療の重要な戦略の一つとされています ^[2]。

図1. SMAの自然経過と治療アプローチ^［2］

SMN1二アレルの欠失：SMA発症の根本的原因

運動神経細胞生存遺伝子1（SMN1）は、ヒト全身で広く発現しており、特に脊髄において高い発現レベルを示します。SMN1がコードするSMNタンパク質は、「細胞のハウスキーピング因子」とも称され、スプライセオソーム構成因子のアセンブリにおいて中心的な役割を果たし、運動ニューロンの生存、機能、軸索の発達に不可欠です^［3–4］。

SMN1の両アレルが欠失すると、SMNタンパク質が著しく欠乏し、脊髄運動ニューロンにおけるRNAスプライシング異常や機能不全を引き起こします。その結果、運動ニューロンの変性と筋肉への神経支配の喪失を招き、筋力低下や筋萎縮をもたらし、患者の運動能力と生命に深刻な影響を及ぼします^［3–4］。

このため、不可逆的なニューロンの喪失が進行する前に、早期に治療介入を行うことが極めて重要です。早期介入により、生命の救済と運動機能の回復が期待できます。

図2. SMNタンパク質はスプライセオソームsnRNPsのアセンブリに不可欠であり、その欠損はmRNAスプライシングおよび発現に影響を与える^［5］

SMN2遺伝子コピー数：疾患の「調節因子」および治療の「鍵」

SMN1に加えて、ヒトゲノムには高い相同性を持つSMN2遺伝子も存在します。両者はわずかなヌクレオチド配列の違いしかありません^［6］。しかし、SMN2では第7エクソンのスプライシングエンハンサーにc.840C＞T点変異があり、これによりスプライシングエンハンサーが破壊されるか、スプライシングサプレッサーが形成されます。その結果、大部分のSMN2前駆体mRNAは第7エクソンを欠失し、短縮型で機能不全のSMNタンパク質を産生し、迅速に分解されてしまいます^［7］。全長で機能的なSMNタンパク質を生成できるのは、SMN2由来のmRNAの約10%にすぎません^［8］。
約95%のSMA患者では、SMN1がホモ接合性で欠失しており、SMN2が機能的なSMNタンパク質の唯一の供給源となりますが、その産生量はSMN1の欠失を補うには不十分であり、これが疾患の発症につながっています^［6–8］。

図3．第7エクソンのスプライシングエンハンサーにおける差異により、SMN2から産生される機能的SMNタンパク質はSMN1よりも著しく少なくなる^［9］

研究により、SMN2コピー数がSMA（脊髄性筋萎縮症）の重症度を左右する重要な「調節因子」であることが明らかになっています。患者の体内におけるSMN2のコピー数は通常1〜6コピーの範囲であり、コピー数が多いほど全長の機能性SMNタンパク質の産生量が増加し、臨床症状は比較的軽度になる傾向があります^{［10–11］}。

図4. SMN2コピー数とSMAの重症度（Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型）との負の相関関係^［2］

SMN2の可能性に基づき、そのスプライシングや発現を調節して機能的なSMNタンパク質を増加させることは、SMA治療の主要なアプローチとして注目されています。現在承認されている3種類のSMA治療薬のうち、2種類がSMN2を標的としています。バイオジェン（Biogen）のアンチセンスオリゴヌクレオチド製剤「ヌシネセン（Nusinersen）」と、Roche（F. Hoffmann-La Roche Ltd.）の経口スプライシング修飾薬「リスジプラム（Risdiplam）」は、いずれもSMN2のスプライシングを調節することで機能性タンパク質の産生を促進します^［12］。2024年には、これら2製品の売上がそれぞれ15.7億ドルおよび約18億ドルに達し、その臨床的価値と市場性の高さが浮き彫りとなりました^［12］。

図5. SMN2 mRNAのスプライシングパターンを標的とする調節は、SMN依存型治療の主要なアプローチである^［9］

CyagenのSMAモデルマウス：ヒト疾患を再現する強力なツール

ヒトとは異なり、マウスは単一のSMN遺伝子（Smn1）しか有しておらず、そのノックアウトは胚性致死を引き起こすため、SMAの病因機構やSMN2による補償効果を直接的に模倣することは困難です^［13］。SMAの発症メカニズム（特にSMN2コピー数の影響）を反映し、かつヒトの病態進行に近いヒト化マウスモデルの構築は、SMN2標的治療の開発および検証において極めて重要です。

Cyagenでは、2つの異なる�略を用いてSMN2ヒト化マウスの基盤系統を構築し、さらに交配により異なるSMN2コピー数を有するSMAモデルマウスを開発しました。

• Smn1 ^hSMN2/hSMN2マウス：マウスのSmn1ホモ接合遺伝子座をヒトSMN2の2コピーでノックインします。2コピーSMN2を有するSMA患者の状態を模倣します。
• ROSA26 ^hSMN2/hSMN2マウス：マウスROSA26セーフハーバー座位にヒトSMN2の2コピーを挿入します。

これらの系統を複数世代にわたり交配することで、Smn1欠失背景下で2、3、4コピーのSMN2を有するSMAモデルマウスが得られました。

これらのモデルは、SMN2コピー数とSMA重症度の相関性を明確に検証するための有用な前臨床研究ツールとして、疾患メカニズムの解明および新薬開発に広く活用されています。

検証データー

ヒト由来SMN2遺伝子およびマウス由来Smn1遺伝子の発現

B6-2^*hSMN2、B6-3^*hSMN2、B6-4^*hSMN2マウスにおいては、いずれも全長ヒトSMN2転写産物の発現が確認されました。一方で、マウス由来のSmn1遺伝子発現は完全に消失していました。
SMN2コピー数の増加に伴い、全長SMN2転写産物（Exon 7陽性）の発現レベルも段階的に上昇する傾向が認められました。

図6．野生型（WT）、B6-2^*hSMN2、B6-3^*hSMN2、B6-4^*hSMN2マウスにおける各組織での遺伝子発現比較

SMNタンパク質の発現

SMNタンパク質の発現レベルは、全長SMN2転写産物の発現傾向と一致しており、SMN2コピー数の増加に伴って段階的に上昇しました。

図7. 野生型（WT）、B6-2^*hSMN2、B6-3^*hSMN2、B6-4^*hSMN2マウスにおけるヒト由来SMNタンパク質の体内発現

成長曲線

図8. 野生型マウス（Control）、B6-3^*hSMN2マウスおよびB6-4*hSMN2マウスの成長曲線の比較

尾の長さ

B6-3^*hSMN2マウスの大部分は、生後約10週で尾が完全に消失しました。B6-4^*hSMN2マウスでも尾の欠損が見られましたが、生後約8週以降は尾の長さがほぼ一定に保たれました。

図9. 野生型対照マウス（Control）、B6-3^*hSMN2マウスおよびB6-4^*hSMN2マウスにおける尾の長さの比較

一般的な疾患症状の発現状況

B6-3^*hSMN2マウスは、B6-4^*hSMN2マウスと比較してより重篤な疾患症状を示しました。これは、SMN2コピー数の増加が疾患の進行を緩和する可能性があることを示唆しています。

図10. 野生型（Control）、B6-3^*hSMN2およびB6-4^*hSMN2マウスにおける外観上の疾患症状の比較

各種SMAモデルマウスにおける疾患表現型進展の総括

総じて、B6-2^*hSMN2（製品番号：C001504）、B6-3^*hSMN2（製品番号：C001681）、および B6-4^*hSMN2（製品番号：C001682）マウスは、内在性マウスSmn1遺伝子の発現が完全に欠失した状態で、それぞれ2コピー、3コピー、4コピーのヒトSMN2遺伝子を保持しており、ヒトのⅠ型、Ⅱ型、Ⅲ型SMAに相当する遺伝的特徴を再現しています。

得られたデータから、これらのマウスは全長SMN2転写産物および機能性SMNタンパク質の発現、成長発達、生存曲線といった点において、対応するSMN2コピー数を持つヒトSMA患者の病態進行と概ね一致していることが示されました。

したがって、本ヒト化モデルマウスは、SMAの病因、特にSMN2コピー数が疾患進行に与える影響を忠実に再現できるだけでなく、ヒトSMN2を標的とした新たな治療戦略の研究開発に向けた有用な前臨床ツールとしての価値を有しています。