レット症候群の原因に関する理解が進む新たな証拠

レット症候群は、現在治療法や良い治療法がないまれな神経発達障害です。この病気は重度の身体症状と認知症状を引き起こし、その多くは自閉症スペクトラム障害と重なります。

レット症候群は MECP2 遺伝子の変異によって引き起こされます。この遺伝子は脳内で高度に発現しており、ニューロンの健康維持に重要な役割を果たしているようです。この遺伝子は X 染色体上にあり、この症候群は主に女児に影響を及ぼします。レット症候群の治療法を開発するために、研究者は MECP2 と脳内でのその機能についてより深く理解したいと考えています。

ホワイトヘッド研究所の共同設立者であるルドルフ・イェーニッシュを含む研究者は数十年にわたって MECP2 を研究してきましたが、この遺伝子に関する多くの基本的な事実は未解明のままでした。この遺伝子によってコード化される MECP2 タンパク質は遺伝子調節に関与しています。それは DNA に結合し、さまざまな他の遺伝子の発現レベル、つまりそれらの遺伝子が作るタンパク質の量に影響を与えます。

しかし、研究者は MECP2 が影響を与える遺伝子の完全なリストを持っておらず、MECP2 がこれらの遺伝子にどのように影響を与えるかについてのコンセンサスはありませんでした。

MECP2 に関する初期の研究では、MECP2 はリプレッサーであり、その標的遺伝子の発現を低下させると示唆されていましたが、Jaenisch らによる研究では、MECP2 はアクティベーターとしても機能し、その標的の発現を増加させること、そしてそもそもアクティベーターである可能性があることが以前に示されていました。また、MECP2 の作用メカニズム、つまり遺伝子発現の変化につながるタンパク質の正確な働きも不明でした。

技術の制限により、研究者はこれらの疑問を明確に理解することができませんでした。しかし、ヤニッシュ氏、彼の研究室のポスドクであるイー・リウ氏、そしてヤニッシュ氏の研究室の元メンバーで、現在はモントリオール大学のCHUサントジュスティーヌ研究センターの助教授であるアンソニー・フラミエ氏は、最先端の方法を使用して、MECP2に関するこれらの未解決の疑問に答え、脳の健康と病気におけるその役割について新たな洞察を得ました。

彼らの研究結果は、ジャーナルニューロンに掲載され、研究者らは、他の研究者のためのリソースとして、MECP2データのオンラインリポジトリであるMECP2-NeuroAtlasポータルも作成しました。

「この論文は、MECP2がレット症候群を引き起こす仕組みについての人々の考え方を根本的に変えると思います。私たちはそのメカニズムについてまったく新しい理解を得ており、これがこの病気の治療法開発への新たな道を開くかもしれません」と、マサチューセッツ工科大学の生物学教授でもあるイェーニッシュ氏は言います。テクノロジー。

脳内の MECP2 に関する高度な理解

研究者らはまず、ヒトニューロンの遺伝子配列のどこに MECP2 が結合するか、遺伝子内か遺伝子付近の DNA の調節領域かを示す詳細な地図を作成しました。研究者らは、タンパク質と DNA の相互作用を高精度で検出できる CUT&Tag と呼ばれる手法を使用しました。

研究者らは、MECP2 に関連する 4,000 を超える遺伝子を発見しました。研究者らは、レット症候群に関連する一般的な MECP2 変異を持つニューロンでマッピングを繰り返し、病状において MECP2 が枯渇する場所を特定しました。

MECP2 がどの遺伝子に結合するかがわかったことで、Liu 氏と Flamier 氏は MECP2 の標的と脳の健康との関係を解明し始めることができました。彼らは、その標的の多くが神経軸索とシナプスの発達と機能に関与していることを発見しました。

彼らはまた、MECP2 標的のリストを自閉症関連遺伝子の Simons Foundation Autism Research Initiative (SFARI) データベースと比較し、そのデータベース内の 381 個の遺伝子が MECP2 標的であることを発見しました。

出典: Neuron (2024)。DOI: 10.1016/j.neuron.2024.04.007

これらの発見は、レット症候群における自閉症症状の根底にあるメカニズムの解明に役立ち、自閉症における MECP2 の可能性のある役割を調査するための良い出発点となる可能性があります。

「私たちは健康と病気における MECP2 のエピゲノムの統合マップを初めて作成しました。このマップは将来の研究の指針となる可能性があります」と Liu 氏は言います。 「どの遺伝子が MECP2 の標的となり、どの遺伝子が直接この疾患で破壊されるかを知ることは、レット症候群を理解し、ニューロンにおける遺伝子調節について疑問を抱くための強力な基盤となります。」

研究者らはまた、MECP2 が標的遺伝子の発現を増加させるか減少させるかを調べました。MECP2 が活性化因子と特定される人もいれば抑制因子と特定される人もいるという歴史と一致して、Liu 氏と Flamier 氏は MECP2 が両方の役割を果たす例を発見しました。

しかし、MECP2 は抑制因子とみなされることの方が多いものの、Liu 氏と Flamier 氏は MECP2 が主に活性化因子であることを発見しました。これは、Jaenisch 氏と Liu 氏の以前の研究結果を裏付けるものです。ある新しい実験では、MECP2 が少なくとも 80% のターゲットを活性化し、別の実験では最大 88% のターゲットを活性化することが示されました。

研究者らが作成したターゲット遺伝子マップは、MECP2 の活性化因子としての役割に関するさらなる洞察を提供しました。研究者らは、MECP2 が活性化する遺伝子の場合、通常、遺伝子の上流にある転写開始部位と呼ばれる DNA 領域に結合することを発見しました。

これは、細胞機構が遺伝子を RNA に読み込むプロセスを開始する場所です。その後、RNA は機能的なタンパク質に翻訳され、これが遺伝子発現の産物となります。遺伝子発現が始まる転写開始部位に MECP2 が存在することは、遺伝子活性化因子としての役割と一致しています。

研究者らは次に、MECP2 が遺伝子の活性化にどのような役割を果たしているかを突き止めようとしました。研究者らは、DNA に加えてこの部位で MECP2 がどの分子に結合するかを研究し、MECP2 が RNA ポリメラーゼ II (RNA Pol II) と呼ばれるタンパク質複合体と直接相互作用することを発見しました。 RNA Pol II は、DNA を RNA に転写する重要な細胞マシンです。RNA Pol II は単独では遺伝子を見つけることができないため、その役割を果たすために多くの補因子、つまり協力するタンパク質が必要です。

研究者らは、MECP2 がそのような補因子の 1 つとして機能し、RNA Pol II が結合する遺伝子で転写を開始するのを助けていると仮定しています。MECP2 の構造解析により、RNA Pol II に結合する分子の部分が特定され、他の実験では、MECP2 が失われると、関連する転写開始部位での RNA Pol II の存在と標的遺伝子の発現レベルが低下することが確認されています。

これは、MECP2 の変異により RNA Pol II または DNA への結合が妨げられ、MECP2 が標的とする遺伝子の転写が減少することでレット症候群が引き起こされる可能性があることを示唆しています。この考えと一致して、病気に関連する最も一般的な MECP2 変異は切断型です。つまり、タンパク質の一部が欠落している変異で、MECP2 と RNA Pol II の相互作用が変化する可能性があります。

研究者たちは、この発見によって MECP2 に対する理解が変わるだけでなく、MECP2 が脳の発達と機能にどのように影響するかについてのより深く幅広い理解が、レット症候群や自閉症などの関連疾患を持つ人々を助ける新しい洞察につながることを期待しています。

「このプロジェクトは、Jaenisch 研究室の研究の共同作業の性質を示す優れた例です」と Flamier 氏は言います。 「ルドルフとイーはレット症候群という特有の問題を抱えていましたが、私はこの問題を解決できる CUT&Tag テクノロジーの経験がありました。話し合いを通じて、私たちは力を合わせることができると気づき、今では MECP2 とこの疾患との関連に関する優れた情報リポジトリを持っています。」