(CTG)nリピートを介したMBNL1およびMBNL2発現の調節障害は、DM1の筋形成期にすでに発生している

(CTG)n repeat-mediated dysregulation of MBNL1 and MBNL2 expression during myogenesis in DM1 occurs already at the myoblast stage.

• Laurène M André
• Remco T P van Cruchten
• Marieke Willemse
• Derick G Wansink

抄録

筋緊張性ジストロフィー1型（DM1）は、トリヌクレオチドリピート含有DMPK転写産物の発現によって引き起こされる重度の神経筋疾患である。これらの転写産物中の異常に拡張した（CUG）nリピートはヘアピン状の構造を形成し、RNA代謝における発生的にプログラムされた転写後のプロセスの組織特異的な調節因子であるMuscleblind（MBNL）ファミリーのアイソフォームを封鎖することにより、RNAを細胞核内に蓄積させる。このメカニズムを介して、RNA処理におけるMBNLの機能が支配的に摂動になり、最終的には異常な代替スプライシングとMBNLのアイソフォーム自体を含むタンパク質の多種多様なの胎児スプライスバリアントの発現につながる。ここでは、患者由来の筋細胞モデルを用いて、筋原性分化期におけるMBNL RNAおよびタンパク質バリアントの発現を詳細に調べた。このDM1モデルは、2600個の三重項の先天的変異を持つ病原性DMPK対立遺伝子を含むか、CRISPR/Cas9を介した遺伝子編集によりこの拡張リピートを欠失した等原性筋芽細胞株のパネルで構成されています。我々は、MBNL1、MBNL2およびMBNL3 RNAの時間的な発現レベルは、in vitroでの筋形成中に(CTG)2600リピートの存在によって影響を受けないことを発見した。しかしながら、筋芽細胞の増殖と筋管への分化の過程で、(CTG)2600リピートを持つ細胞では、MBNL1エクソン5とMBNL2エクソン5と8の不均衡な包接が起こる。その結果、MBNL1とMBNL2のスプライスバリアントの量が減少し、不均衡なコレクションがDM1筋芽細胞と筋チューブの細胞質と核の両方に蓄積される。このように、MBNLタンパク質の細胞内分割における定量的および定性的な変化が、DM1における骨格筋の問題の重要な原因であり、筋前駆細胞からすでに始まっていることを示唆している。

Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is a severe neuromuscular disorder caused by the expression of trinucleotide repeat-containing DMPK transcripts. Abnormally expanded (CUG)n repeats in these transcripts form hairpin-like structures that cause the RNA to accumulate in the cell nucleus by sequestering isoforms of the Muscleblind (MBNL) family, tissue-specific regulators of developmentally programmed, post-transcriptional processes in RNA metabolism. Through this mechanism, the function of MBNL in RNA processing becomes dominantly perturbed, which eventually leads to aberrant alternative splicing and the expression of foetal splice variants of a wide variety of proteins, including the MBNL isoforms themselves. Here, we employ a patient-derived muscle cell model for DM1 to examine in detail the expression of MBNL RNA and protein variants during myogenic differentiation. This DM1 model consists of a panel of isogenic myoblast cell lines that either contain a pathogenic DMPK allele with a congenital mutation of 2600 triplets, or lack this expanded repeat through CRISPR/Cas9-mediated gene editing. We found that the temporal expression levels of MBNL1, MBNL2 and MBNL3 RNAs are not influenced by presence of the (CTG)2600 repeat during myogenesis in vitro. However, throughout myoblast proliferation and differentiation to myotubes a disproportionate inclusion of MBNL1 exon 5 and MBNL2 exons 5 and 8 occurs in cells with the (CTG)2600 repeat. As a consequence, a reduced quantity and imbalanced collection of splice variants of MBNL1 and MBNL2 accumulates in both the cytoplasm and the nucleus of DM1 myoblasts and myotubes. We thus propose that both the quantitative and qualitative changes in the intracellular partitioning of MBNL proteins are a pivotal cause of skeletal muscle problems in DM1, starting already in muscle progenitor cells.