マカクザルの有機型網膜外植片培養

遺伝性網膜変性症(RD)は、進行性の視細胞死を特徴とし、多種多様な病原性遺伝子の変異によって引き起こされます¹。RDの最終結果は視力喪失であり、ほとんどの場合、この病気は今日まで治療できないままです。したがって、光受容体死に至る細胞機構を、ヒトの病態を忠実に表現したモデルを用いて研究することが重要です。ここでは、霊長類ベースのモデルは、人間に近いため、特に興味深いものです。特に、このようなモデルは、視細胞死を停止または遅延させることができる適切な治療的介入の開発を進める可能性がある。

RDの細胞死メカニズムに関するこれまでの研究では、RDを誘発する遺伝子変異によって引き起こされるホスホジエステラーゼ6(PDE6)活性の低下または喪失が、環状グアノシン一リン酸(cGMP)の加水分解の減少につながることが示されています^2,3。cGMPは、桿体外側セグメント(ROS)の環状ヌクレオチド依存性イオンチャネル(CNGC)の特異的アゴニストであり、脊椎動物の視細胞における光信号の電気信号への変換に関与する重要な分子でもあります⁴。cGMP加水分解の減少は、ROS中のcGMPの蓄積を引き起こし、CNGC^の開放をもたらす5。その結果、光伝達経路が活性化され、その結果、光受容体細胞における陽イオン濃度が増加する。このプロセスは光受容体に代謝負荷を課し、例えばPDE6の突然変異によって過剰に活性化されると、細胞死を引き起こす可能性があります。

多くの研究により、RD遺伝子変異の異なるマウスモデルの光受容体におけるcGMPの有意な過剰蓄積が、cGMP依存性プロテインキナーゼ(PKG)の活性化を引き起こす可能性があることが示されています^3,6。これは、死にかけているTUNEL陽性細胞の大幅な増加および視細胞層の漸進的な薄化をもたらす。以前の研究では、cGMPレベルの上昇によって引き起こされるPKGの過剰活性化が、視細胞死の誘導に必要かつ十分な条件であることが示唆されています^2,5。RDのさまざまなマウスモデルに関する研究では、光受容体のcGMPレベルの上昇によって誘導されるPKG活性化が、ポリ-ADP-リボースポリメラーゼ1(PARP1)、ヒストンデアセチラーゼ(HDAC)、およびカルパイン2,7,8,9などの下流エフェクターの過剰活性化につながることも示されています。これは、これらの異なる標的タンパク質と視細胞死との因果関係を示唆しています。

しかし、RDの病理学、毒物薬理学、および治療に関する以前の研究は、主にRD 10^、11、12のマウスモデルに基づいていました。それにもかかわらず、これらの結果の臨床翻訳には計り知れない困難が残っています。これは、特に網膜構造に関して、マウスとヒトの間にかなりの遺伝的および生理学的違いがあるためです。対照的に、非ヒト霊長類(NHP)は、遺伝的特徴、生理学的パターン、および環境要因調節に関してもヒトと高度な類似性を共有しています。例えば、NHPモデル¹³における網膜活性を回復させる手段として、光遺伝学的治療が検討された。今回、Lingamたちの研究グループは、優れた製造基準級のヒト誘導多能性幹細胞由来網膜視細胞前駆細胞が、NHP¹⁴の錐体光受容体損傷を救済できることを実証した。したがって、NHPモデルは、RDの病因の探索と効果的な治療法の開発に重要です。特に、ヒトと同様の病原性メカニズムを示すRDのNHPモデルは、新薬の開発やin vivo毒性薬理学的解析の研究に重要な役割を果たす可能性があります。

in vivo 霊長類モデルの確立には、ライフサイクルの長期化、技術的困難度の高さ、コストの高さを考慮すると、外植したマカク網膜の培養を用いた in vitro 非ヒト霊長類(NHP)モデルを確立しました。まず、1〜3歳の野生型マカクを、網膜-RPE-脈絡膜複合体を含む網膜外植片の in vitro 培養用に選択した。次に、外植片を異なる濃度のPDE6阻害剤ザプリナスト(100 μM、200 μM、および400 μM)で処理して、cGMP-PKGシグナル伝達経路を誘導しました。TUNELアッセイを用いて視細胞死を定量・解析し、外植体におけるcGMP蓄積を免疫蛍光法 で 検証した。サルとヒトの網膜の細胞分布や形態、網膜層厚などの生理的特徴の類似性が高いことから、 in vitro 網膜モデルにおけるcGMP-PKGシグナル伝達経路の確立は、RDの病態解明やRD治療薬の開発・毒性薬理学の研究の進展につながることが期待されます。