前臨床研究にてAAV9がMPS IVAの病態を逆転することを確認
ムコ多糖症IVA型（MPS IVA）は、常染色体劣性遺伝により発症し、GALNS遺伝子の変異によってN-アセチルガラクトサミン-6-硫酸硫酸エステラーゼ（GALNS）の欠損が生じ、キレイタン硫酸（KS）およびコンドロイチン-6-硫酸（C6S）の蓄積を引き起こす。主な臨床所見には、尿および血液中のKS上昇、著明な身長の低さ、歯状突起の形成不全、鶏胸、脊柱側弯・後弯、膝反張、関節の緩み、角膜混濁が含まれるが、中枢神経系の障害は認められない。[1] 現時点では根本治療は存在せず、治療は患者の臨床症状に応じて対症療法が中心である。
近年、遺伝子治療のツールとしてアデノ随伴ウイルス（AAV）を含む各種送達系の応用が、多数の希少疾患治療において大きな可能性を示している。Bertolinらは、MPS IVAラットにAAV9-Galns（AAV9にGalnsをコードする遺伝子を導入したベクター）を投与し、GALNS活性が1年間にわたり持続的に回復し、KSの発現レベルが正常値に戻ることを確認した。この研究は、AAV9-Galnsを用いた遺伝子治療がMPS IVAの治療において有効である可能性を示しており、今後の臨床治療における理論的根拠を強固に提供している。
次に、本研究を詳細に解説することで、実践的な遺伝子治療研究における従来の戦略を理解する。
研究戦略
MPS IVA型疾患ラットモデルの構築
研究者らは、ターゲット遺伝子編集-Pro技術を用いて、GALNSタンパク質にp.Arg386Cys変異を誘導する最も頻度が高く、重症なヒトミスセンス変異c.1156C>Tを有するMPS IVAラットモデルを構築した（図1a）。シーケンス解析により点突然変異の確認を行い、Galns+/−ラットとWTラットとの間に3回のバッククロスを実施することで、ターゲット遺伝子編集-Pro技術に伴うオフターゲット効果を排除した（図1b, c）。これらのラットは、解析したすべての組織でGALNS活性が検出不能であり、生後1か月でモルキオA型疾患の主要な特徴を示した。具体的には、肝臓および血清中のKS濃度が持続的に上昇し、脛骨長の短縮が認められた。
AAV9を用いた遺伝子送達による骨格系への広範なトランスデュクション
MPS IVAの遺伝子治療における主要な課題は、骨格系に広範な遺伝子トランスデュクションを実現し、GALNSの局所濃度を高めることである。なぜなら、骨格異常がMPS IVA患者に最も深刻な影響を与えるからである。研究者らは、4週齢の雄ラットにAAV9-GFPベクターを投与し、AAV9による遺伝子送達効率を蛍光強度の観察によって評価した。その結果、大腿骨および脛骨の成長板（GP）および内骨膜周辺のオステオブラスト豊富領域、皮質骨の内層細胞、関節軟骨にGFP陽性信号が検出された（図2a）。
また、すべての骨（大腿骨、脛骨、前肢骨、胸骨、肋骨、椎骨）およびモルキオA型疾患の関与する主要な末梢臓器においても、高いGFP発現が確認された（図2a, b）。
同様に、MPS IVAラットに最適化されたラットGalnsをコードするAAV9ベクターを投与したところ、ベクターゲノムコピー数解析の結果、AAV9-Galnsは骨（図2d）および末梢臓器（図2e）においてより優れたトランスデュクション効率を示した。解析されたすべての骨（長骨：大腿骨、脛骨、腓骨、上腕骨；扁骨：肩甲骨；不規則骨：椎骨；副骨：膝蓋骨）および肝臓、心臓、白色脂肪組織（WAT）、肺が効果的にトランスデュースされた（図2d, e）。この結果は、AAV9ベクターがMPS IVA病態の治療に有効である可能性を示している。
図2. AAV9-Galns治療によるMPS IVA病態の是正。a) 4週齢WTラットに6.67 × 1013 vg/kgのAAV9-GFPベクターを血管内投与した後の広範なトランスデュクション。b-c) 2週間後、皮質骨（CB）（I）、成長板（GP）周辺領域（II）、関節（III）、海綿骨（IV）、内骨膜（V）にGFP信号が検出された。n = 3動物/群。スケールバー：2000 µm；インセット：300 µm。BM：骨髄、SM：骨格筋。d-e) その後、4週齢のMPS IVA雄ラットに6.67 × 1013 vg/kgのAAV9-Galnsベクターを投与。F：大腿骨；Ti：脛骨；R：肋骨；S：胸骨；V：椎骨；FL：前肢骨；K：膝蓋骨；Fi：腓骨；Sc：肩甲骨；Hu：上腕骨；T：気管；H：心臓；L：肝臓；A：eWAT；Lu：肺；Q：大腿四頭筋。
AAV9-Galns投与によるMPS IVAの有効な治療効果
身長の低さはMPS IVA患者の特徴的な所見であり、MPS IVA研究モデルにおいて観察される重要な表型である。MPS IVA雄ラットは生後1か月間はWTラットと同程度の体重を示したが、その後体重および体サイズの著しい低下が認められた（図3a, b）。また、MPS IVAラットは有意に短い寿命を示し、約30％のラットが生後2か月頃に死亡した（図3c）。
AAV9-Galns遺伝子治療後、MPS IVAラットは体重の増加を示し、生存率はWTラットとほぼ同等まで回復した（図3a–c）。GALNS活性およびKSレベルも正常値に回復した（図3d–f）。また、肝臓および白色脂肪組織（WAT）においてもGALNS活性が有意に上昇した（図3g, h）。GALNS活性の回復により、肝臓におけるKS蓄積が正常化され、KSはキッパー細胞およびWATにのみ蓄積していた（図3i–l）。さらに、リソソームの恒常性バイオマーカーである肝臓β-ヘキソサミナダーゼ活性も回復した（図3m）。
AAV9を用いた送達系は、MPS IVAの治療において有望な可能性を示している。科学者および研究者たちは、希少疾患の治療に向け、病態の遺伝的メカニズムの解明から遺伝子治療アプローチの開発まで、多大な努力を重ねてきた。しかし、希少疾患の種類が多岐にわたるため、個々の研究者や組織が短期間で全てを克服することは困難である。Cyagenは、世界中の研究者に対して、希少疾患の遺伝子治療開発を加速するためのワンストップソリューションを提供することに尽力しており、より多くの患者が早期に治療の希望を得られるよう支援することを目指している。
Cyagenは、遺伝子治療開発の多層的なニーズに対応するワンストップソリューションを提供している。サービス内容には、ターゲット遺伝子編集-Proスクリーニングおよびターゲット検証、カスタムマウスモデル生成、腺関連ウイルス（AAV）、レントウイルス（LV）、アデノウイルス（ADV）の効率的包装、薬理学および薬物動態（PD）研究などがある。これらのサービスを通じて、遺伝子治療研究の効率を向上させ、臨床発見を推進することを期待している。
参考文献
[1] Tomatsu S, Montaño AM, Oikawa H, Smith M, Barrera L, Chinen Y, Thacker MM, Mackenzie WG, Suzuki Y, Orii T. Mucopolysaccharidosis type IVA (Morquio A disease): clinical review and current treatment. Curr Pharm Biotechnol. 2011 Jun;12(6):931-45. doi: 10.2174/138920111795542615. PMID: 21506915.
[2] Bertolin J, Sánchez V, Ribera A, Jaén ML, Garcia M, Pujol A, Sánchez X, Muñoz S, Marcó S, Pérez J, Elias G, León X, Roca C, Jimenez V, Otaegui P, Mulero F, Navarro M, Ruberte J, Bosch F. Treatment of skeletal and non-skeletal alterations of Mucopolysaccharidosis type IVA by AAV-mediated gene therapy. Nat Commun. 2021 Sep 9;12(1):5343. doi: 10.1038/s41467-021-25697-y. PMID: 34504088; PMCID: PMC8429698.
