シャルコー・マリー・トゥース病型2Dマウスモデルで神経障害を予防するアレル特異的RNA干渉

Allele-specific RNA interference prevents neuropathy in Charcot-Marie-Tooth disease type 2D mouse models.

• Kathryn H Morelli
• Laurie B Griffin
• Nettie K Pyne
• Lindsay M Wallace
• Allison M Fowler
• Stephanie N Oprescu
• Ryuichi Takase
• Na Wei
• Rebecca Meyer-Schuman
• Dattatreya Mellacheruvu
• Jacob O Kitzman
• Samuel G Kocen
• Timothy J Hines
• Emily L Spaulding
• James R Lupski
• Alexey Nesvizhskii
• Pedro Mancias
• Ian J Butler
• Xiang-Lei Yang
• Ya-Ming Hou
• Anthony Antonellis
• Scott Q Harper
• Robert W Burgess

抄録

遺伝子治療アプローチは、突然変異遺伝子の発現を回復させることによって劣性遺伝性疾患を治療するために展開されている。しかし、優性遺伝性疾患（機能を獲得した対立遺伝子に起因する毒性のある突然変異タンパク質の発現を減少させることが治療に必要とされる場合がある）に対するこれらのアプローチの実行可能性は不明である。ここでは、グリシルtRNA合成酵素（GARS）の優性変異によって引き起こされるシャルコー・マリー・トゥース病2D型（CMT2D）の治療法として、対立遺伝子特異的RNAiの有効性を示している。重度の末梢神経障害を有する患者において、GARSのde novo変異が同定され、その変異を正確に再現したマウスモデルが作製された。これらのマウスは生後3～4週齢までに神経障害を発症し、変異の病原性が検証された。野生型ではなく変異型GARS mRNAを標的としたRNAi配列を最適化し、AAV9にパッケージングしてin vivoでの送達を行った。これにより、出生時に治療したマウスの神経障害はほぼ完全に予防された。疾患発症後まで治療を遅らせると、中程度の効果が得られたが、この効果は治療を遅らせるほど減少した。これらの結果は、この対立遺伝子を特異的に標的とするベクターを用いたCMT2Dの2番目のマウスモデルで再現された。効果は用量依存的であり、少なくとも1年間は持続した。これらの知見は、AAV9を介した対立遺伝子特異的ノックダウンの実現可能性を示し、優性神経筋疾患に対する遺伝子治療アプローチの概念を証明するものである。

Gene therapy approaches are being deployed to treat recessive genetic disorders by restoring the expression of mutated genes. However, the feasibility of these approaches for dominantly inherited diseases - where treatment may require reduction in the expression of a toxic mutant protein resulting from a gain-of-function allele - is unclear. Here we show the efficacy of allele-specific RNAi as a potential therapy for Charcot-Marie-Tooth disease type 2D (CMT2D), caused by dominant mutations in glycyl-tRNA synthetase (GARS). A de novo mutation in GARS was identified in a patient with a severe peripheral neuropathy, and a mouse model precisely recreating the mutation was produced. These mice developed a neuropathy by 3-4 weeks of age, validating the pathogenicity of the mutation. RNAi sequences targeting mutant GARS mRNA, but not wild-type, were optimized and then packaged into AAV9 for in vivo delivery. This almost completely prevented the neuropathy in mice treated at birth. Delaying treatment until after disease onset showed modest benefit, though this effect decreased the longer treatment was delayed. These outcomes were reproduced in a second mouse model of CMT2D using a vector specifically targeting that allele. The effects were dose dependent, and persisted for at least 1 year. Our findings demonstrate the feasibility of AAV9-mediated allele-specific knockdown and provide proof of concept for gene therapy approaches for dominant neuromuscular diseases.