ミトコンドリアDNA量が臓器で減少する「ミトコンドリアDNA枯渇症」

順天堂大学は11月8日、遺伝子診断で未確定となっていた神経-肝型ミトコンドリアDNA枯渇症の症例に対して、遺伝学的解析および検証実験を行い、MICOS10遺伝子の変異を世界で初めて発見し、原因の特定に至ったと発表した。この研究は、同大難病の診断と治療研究センターの木下善仁非常勤講師（近畿大学理工学部生命科学科講師）、岡﨑康司教授、村山圭教授、埼玉医科大学の大竹明名誉教授らの研究グループによるもの。研究成果は、「Liver International」にオンライン掲載されている。

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ミトコンドリアの機能異常が原因となる病気を総称してミトコンドリア病と呼んでいる。この疾患の発症年齢や症状、遺伝形式は多岐に渡っており、臨床的また遺伝的に診断が非常に難しい疾患である。

研究グループは十数年にわたり、ミトコンドリア病の生化学診断や遺伝子診断に取り組んできた。ミトコンドリアDNA枯渇症はミトコンドリア病の一つであり、ミトコンドリアDNA量が臓器で減少することを特徴とする。また、肝臓型や神経型、筋型、心筋型のミトコンドリアDNA枯渇症が報告されている。多くのミトコンドリアDNA枯渇症はミトコンドリアDNAの複製やミトコンドリアDNAの材料となるヌクレオチドの合成に関わるものだったが、今回の報告では、MICOS複合体というミトコンドリアの内膜構造の形成に関わるMICOS10遺伝子に異常があることを新たに見出した。

未解決症例の全ゲノム解析とRNAシークエンスによりMICOS10遺伝子の異常を発見

今回、ミトコンドリア病の未解決症例を対象として、全ゲノム解析およびRNAシークエンスを行った。対象となる症例は肝臓と神経に主な症状を呈し、肝臓においてミトコンドリアDNA量の低下が観察され、ミトコンドリアDNA枯渇症と診断されていた。従来のゲノム解析方法である全エクソーム解析を用いて原因探索を行ったが、原因となる遺伝子異常を見つけることができなかった。全ゲノム解析を行うことで、MICOS10遺伝子にヘテロ接合のc.173G>C（p.Cys58Ser）の遺伝子異常を見出した。

AlphaFold2の予測によって、このアミノ酸残基は立体構造形成に重要であるジスルフィド結合を担うものであることがわかった。また、エクソン1を巻き込む4.6k塩基対ほどの欠失を有することも明らかにした。RNAシークエンスのデータから、エクソン1を欠失している染色体からはMICOS10遺伝子のmRNAが発現していないことを明らかにした。つまり、c.173G>Cが存在する染色体からしか、MICOS10遺伝子のmRNAが発現しておらず、そのmRNAの翻訳産物はp.Cys58Serの変化により、タンパク質機能が損なわれていると考えられた。

患者由来線維芽細胞、ミトコンドリア内膜のクリステ構造消失を確認

次に、患者由来線維芽細胞において、MICOS10遺伝子から発現するタンパク質であるMIC10の量が著しく減少していることも明らかにした。MIC10はMICOS複合体の一つのコンポーネントであり、この消失はミトコンドリア内膜に存在するクリステ構造に大きな影響を与えると考えられた。

そこで、電子顕微鏡により、ミトコンドリアクリステの形態変化を観察した。その結果、患者由来線維芽細胞において、クリステが消失しているミトコンドリアが多数観察された。さらに、正常型のMICOS10を患者由来線維芽細胞に発現させることによって、クリステ形態の異常を回復できることも明らかにした。また、それに伴ってミトコンドリアにおける酸素消費量も回復したことが確認された。以上より、神経-肝型ミトコンドリアDNA枯渇症の新規の原因遺伝子としてMICOS10遺伝子異常を特定することができた。

ミトコンドリアクリステ形成促進薬、ミトコンドリアDNA枯渇症にも有効な可能性

今回の成果において、神経-肝型ミトコンドリアDNA枯渇症の原因として、MICOS10遺伝子の異常を世界で初めて報告した。また、先行研究では、MICOS13遺伝子を神経-肝型ミトコンドリアDNA枯渇症の原因として報告していた。MICOS13遺伝子はMIC13タンパク質をコードしており、MICOS複合体とミトコンドリアDNA枯渇症の関連が示唆されていた。今回の発見においても、MICOS複合体のコンポーネントであるMIC10との関連が示され、MICOS複合体とミトコンドリアDNA枯渇症の関連が深いことが明らかになった。これらは、ミトコンドリアクリステ形成が、ミトコンドリアDNAの維持に重要であることを示している。「現在、新規治療薬として期待されているMA-5は、ミトコンドリアクリステ形成を促進するものであり、これがミトコンドリアDNA枯渇に対しても効果を発揮する可能性を今回の研究が示唆している」と、研究グループは述べている。（QLifePro編集部）