DHDDS 変異によるてんかんと認知障害のメカニズム解明と治療可能性の提示

先天性糖鎖異常症（CDG）の一種である DHDDS-CDG は、発育遅延、てんかん、運動障害を特徴とする希少で進行性の脳症です。DHDDS 遺伝子はメバロン酸経路の分岐点酵素である cis-プレニル転移酵素のサブユニットをコードし、N-結合型糖鎖合成に不可欠な dolichol の生合成に関与しています。これまで、ヒト患者の臨床像は詳細に記述されていましたが、中枢神経系（CNS）における具体的な分子メカニズムを解明するための適切な動物モデルが存在しませんでした。特に、血清糖タンパク質の低糖鎖化が検出されないという特異な臨床所見の背景にある、脳特異的な代謝異常の理解が不十分でした。

本研究は、ヒトで再発的に見つかった DHDDS 遺伝子の変異（c.110G>A:p.R37H）をホモ接合で致死、ヘテロ接合で生存するマウスモデル（DhddsR37H+/−）を世界に先駆けて作成しました。このマウスは、ヒト患者と同様に自発的な発作、ミオクローヌス、記憶障害を示しました。多オミクス解析により、この変異が酵素活性を失わせ、脳内の dolichol 量を約 40% 減少させることが確認されました。その結果、脳タンパク質の N-結合型糖鎖に異常が生じ、特にシナプス伝達や神経発達に関与するタンパク質の糖鎖化が阻害されました。さらに、抑制性介在ニューロン（特に PV+ 細胞）の密度低下と成熟不全が観察され、これが興奮・抑制バランスの崩壊とてんかん発作の主要原因であることが示唆されました。

研究では、CRISPR-Cas9 技術を用いて DHDDS 遺伝子の R37H 変異を挿入したノックインマウスを作成しました。このモデルの表現型評価として、14 日間にわたる連続ビデオ EEG 記録、PTZ 誘発発作閾値の測定、Y マズおよび新規物体認識テストによる認知機能評価、加速ローターロッドによる運動協調性の評価を行いました。また、脳組織の多オミクス解析（プロテオミクス、糖プロテオミクス、リポミクス、トランスクリプトミクス）を組み合わせ、分子レベルでの変化を網羅的に解析しました。さらに、炭酸脱水酵素阻害剤であるアセタゾラミド（AZM）の投与実験により、発作感受性への治療効果を評価しました。

• CRISPR-Cas9 による DHDDS R37H ノックインマウスモデルの作成
• 長期ビデオ EEG 記録による自発発作と発作閾値の定量評価
• 脳組織の多オミクス解析による糖鎖・脂質・タンパク質プロファイルの網羅的解析
• アセタゾラミド（AZM）投与による抗てんかん効果の実証

本研究は、DHDDS 変異が dolichol 合成の阻害を通じて、脳特異的な糖鎖異常と脂質組成の変化を引き起こし、神経回路の機能不全を招くメカニズムを初めて解明しました。特に、抑制性介在ニューロンの減少と成熟不全がてんかん発作の基盤となっている点は、抗てんかん薬の開発や既存薬の転用に重要な示唆を与えます。アセタゾラミドが PTZ 誘発発作閾値を有意に上昇させたことは、DHDDS-CDG 患者に対して、既存の炭酸脱水酵素阻害剤が発作制御に有効である可能性を示しており、迅速な治療戦略の確立に寄与します。また、CACNA1A などのカルシウムチャネルタンパク質の糖鎖化異常が関与している可能性も示されており、これらの分子を標的とした治療法の開発が期待されます。

本研究で確立された DhddsR37H+/− マウスモデルは、DHDDS-CDG の病態を忠実に再現する唯一の哺乳類モデルとして、将来の治療法開発に不可欠なツールとなります。このモデルを用いることで、新規抗てんかん薬や糖鎖代謝を修正する化合物の in vivo 評価が可能になります。また、Cyagen などの遺伝子改変マウス作成サービスを利用することで、同様の点変異モデルや条件性ノックアウトモデルの作成、あるいは特定の遺伝子変異を有する humanized mouse モデルの構築が検討できます。さらに、脳内での特定の細胞集団（例：PV+ 介在ニューロン）への遺伝子導入や機能回復を目的とした AAV ベクターを用いた遺伝子治療の評価にも、このモデルは理想的なプラットフォームとなります。

DHDDS 遺伝子のヘテロ接合変異が、dolichol 欠乏と糖鎖異常を介して中枢神経系の発達と機能に深刻な影響を与えることを、世界初のマウスモデルで実証しました。この研究は、DHDDS-CDG の病態理解を飛躍的に進めるとともに、アセタゾラミドによる発作抑制という具体的な治療可能性を示しました。今後、この マウスモデル を活用した創薬研究や、糖鎖代謝を標的とした新規治療戦略の開発が期待されます。