PRPF31 관련 RP11 연구를 위한 Prpf31-KO 마우스 모델

RPの遺伝的多様性と精密治療開発の課題

網膜色素変性（Retinitis pigmentosa, RP）は、高度な遺伝的異質性を示す遺伝性網膜変性疾患であり、世界で最もよくみられる遺伝性失明原因の一つです。原文では、世界での有病率は約1/3,500〜1/5,000、患者数は150万人を超えるとされています。これまでに90以上のRP関連原因遺伝子が同定されており、光伝達、RNA剪接、線毛輸送、網膜代謝、組織構造維持など複数の生物学的経路が関与します。

次世代シーケンシング（NGS）の普及により、RPの分子診断率は大きく向上しています。中国人集団の76家系を対象とした研究では、15の原因遺伝子と67の潜在的病的バリアントが検出され、そのうち24バリアントは新規に報告されたものとされています。こうしたデータは、RPの遺伝背景が複雑であり、集団特異的な変異スペクトラムを持つことを示しています。

図1. 中国RPコホートで同定された原因遺伝子の分布割合。

RPでは、原因遺伝子が異なっても、共通して視杆細胞の進行性変性が先行し、その後に視錐細胞障害が続きます。臨床的には夜盲、管状視野、最終的な不可逆性視力低下が問題となります。近年は、AAV遺伝子治療、ASO療法、RNA編集などの技術が進展し、特定遺伝子を標的とする精密治療の開発が重要な方向性となっています。

RPは遺伝形式から、常染色体顕性遺伝（adRP）、常染色体潜性遺伝（arRP）、X連鎖遺伝（xlRP）に大別されます。adRPは全体の約20〜25%を占め、患者は一つの病的アレルのみで発症し得ます。PRPF31はadRPの主要原因遺伝子の一つで、RP11サブタイプと密接に関連します。原文では、PRPF31変異によるRP11はadRP症例の約6〜11.1%を占め、世界で約5万人の患者に影響するとされています。

• 常染色体顕性遺伝（adRP）：RP症例の約20〜25%を占め、連続する世代で発症がみられることがあります。
• 常染色体潜性遺伝（arRP）：約15〜20%を占め、患者は通常、両アレルに変異を有します。
• X連鎖遺伝（xlRP）：約10〜15%を占め、男性で発症しやすく、症状が重い傾向があります。

図2. RPの主な遺伝形式。A：常染色体顕性遺伝、B：常染色体潜性遺伝、C：X連鎖遺伝。

PRPF31：RNA剪接異常が関与するRP11の中心遺伝子

PRPF31は、現在知られているadRP原因遺伝子の中でも重要な遺伝子の一つであり、主にRP11と関連します。この遺伝子は剪接体（spliceosome）の中核構成因子の一つをコードし、pre-mRNA剪接に関与します。PRPF31は多くの組織で広く発現していますが、機能異常による病変は主に網膜の光受容細胞に現れます。これは、長期にわたって高い転写・代謝負荷にさらされる視細胞が、RNA剪接恒常性の乱れに特に脆弱であることを示唆します。

剪接機能と病態形成

mRNA剪接過程において、PRPF31タンパク質はU4/U6-U5 tri-snRNP複合体の形成と安定化に関与します。PRPF31変異は剪接体複合体の組み立てと機能を阻害し、細胞内mRNA剪接異常を引き起こします。この影響は、光受容細胞や網膜色素上皮（RPE）細胞で特に重要と考えられています。

ハプロ不全と不完全浸透率

PRPF31関連RP11の中心的な発症機序として、現在はハプロ不全が広く支持されています。一方のアレルが機能を失うと、残る野生型アレルから産生されるPRPF31タンパク質量だけでは、網膜の高いRNA剪接需要を維持できず、視細胞の進行性退行につながります。

さらに、PRPF31は不完全浸透率という特徴を示します。すなわち、病的変異を保有していても、明らかな症状を示さない個体が存在します。原文では、この現象が野生型PRPF31アレルの発現量差や調節修飾因子の影響と密接に関連するとされています。

Prpf31-KOマウスによるRP11研究モデル

PRPF31関連RP11は、RNA剪接異常、網膜特異的変性、複雑な発現制御を含むため、従来のin vitroモデルだけでは疾患進行を十分に再現することが難しい領域です。そのため、安定性、再現性、臨床関連性を備えた遺伝子改変マウスモデルは、疾患機序解析、RNA療法評価、遺伝子治療の橋渡し研究に重要です。

サイヤジェン（Cyagen）は、Prpf31-KOマウスモデル（製品番号：C001885）を開発しました。このモデルでは、マウスPrpf31遺伝子（ヒトPRPF31の相同遺伝子）の第4〜5エクソン領域をノックアウトし、Prpf31機能低下に関連する網膜病理状態の再現を目指しています。なお、同遺伝子のホモ接合ノックアウトは致死であるため、原文では3カ月齢のPrpf31-KOヘテロ接合マウスを用いた初期表現型観察が示されています。

眼底形態と視網膜構造（Fundus & OCT）

3カ月齢のヘテロ接合Prpf31-KOマウスでは、眼底像および光干渉断層計（OCT）の結果がWTマウスと一致していました。現在、大月齢での表現型解析も継続されています。

図3. 3カ月齢WTマウスとPrpf31-KOヘテロ接合マウスの眼底およびOCT検査結果。

網膜電気生理機能（ERG）

網膜電図（ERG）解析でも、3カ月齢のヘテロ接合Prpf31-KOマウスは、暗順応（Scotopic）および明順応（Photopic）条件下のa波・b波振幅がWTマウスとほぼ同等でした。構造評価であるOCTと機能評価であるERGを組み合わせることで、RP11関連モデルの表現型変化をより包括的に評価できます。

図4. 3カ月齢Prpf31-KOマウスの網膜電図（ERG）検査結果。

RNA剪接体関連遺伝子を標的とした疾患研究は、AAV送達、ASO修復、RNA編集、転写制御などの戦略と密接に関係しています。信頼性の高い動物モデルは、基礎研究と眼科領域の前臨床研究をつなぐ重要な基盤です。

眼科疾患研究を支えるサイヤジェンのモデルラインアップ

Prpf31-KOモデルに加えて、サイヤジェン（Cyagen）は高度な遺伝子編集プラットフォームに基づき、網膜色素変性（RP）、スターガルト病／黄斑変性、Usher症候群など、複数の眼科疾患を対象としたモデルを提供しています。下表は、原文で紹介された主な眼科モデルの抜粋です。製品名にはMouseAtlasへのリンクを設定しており、製品番号列にはリンクを付与していません。

参考文献

1. Hartong D T, Berson E L, Dryja T P. Retinitis pigmentosa. Lancet. 2006;368(9549):1795-1809.
2. Verbakel S K, van Huet R A C, Boon C J F, et al. Non-syndromic retinitis pigmentosa. Progress in Retinal and Eye Research. 2018;66:157-186.
3. Dan H, Huang X, Xing Y, et al. Application of targeted panel sequencing and whole exome sequencing for 76 Chinese families with retinitis pigmentosa. Molecular Genetics & Genomic Medicine. 2020;8(3):e1131.
4. Xu Chunlong, Zhang Guowei, Du Jun, et al. Effects of gene variants on microglial function and underlying mechanisms in Retinitis Pigmentosa: a review. Chinese Journal of Experimental Ophthalmology. 2024;42(10):898-908.
5. Wheway G, Douglas A, Baralle D, et al. Mutation spectrum of PRPF31, genotype-phenotype correlation in retinitis pigmentosa, and opportunities for therapy. Experimental Eye Research. 2020;192:107950.
6. Aweidah H, Xi Z, Sahel J A, et al. PRPF31-retinitis pigmentosa: challenges and opportunities for clinical translation. Vision Research. 2023;213:108315.
7. Ferrari S, Di Iorio E, Barbaro V, et al. Retinitis pigmentosa: genes and disease mechanisms. Current Genomics. 2011;12(4):238-249.
8. Li J, Liu F, Lv Y, et al. Prpf31 is essential for the survival and differentiation of retinal progenitor cells by modulating alternative splicing. Nucleic Acids Research. 2021;49(4):2027-2043.
9. Daiger S P, Sullivan L S, Bowne S J. Genes and mutations causing retinitis pigmentosa. Clinical Genetics. 2013;84(2):132-141.

Cyagen Biosciences Inc.（「サイヤジェン（Cyagen）」）は2006年、医薬品開発業務受託機関及び細胞関連製品メーカーとして創業しました。現在、世界に1000名以上の社員が勤務しています。本社をアメリカ・カリフォルニア州シリコンバレーに置き、中国の蘇州と広州を製造拠点にしています。2016年に日本支店（サイヤジェン株式会社）を開設しました。遺伝子改変アニマルモデル作製のリーディングカンパニーとして、リーズナブルな価格帯で、高品質の試薬・ツールを提供しています。Cyagenはマウスモデルの提供だけでなく、眼科、神経科学、腫瘍免疫など様々な分野で契約研究機関（CRO）サービスも提供しています。私たちは遺伝性疾患の研究を支援し、遺伝子治療薬の開発を促進することを目指しています。

FAQ

PRPF31関連RP11とはどのような疾患ですか？

PRPF31関連RP11は、常染色体顕性網膜色素変性（adRP）の代表的な分子サブタイプの一つです。PRPF31の機能低下によりRNA剪接の恒常性が乱れ、視細胞の進行性変性につながると考えられています。

PRPF31変異によるRP11の主な発症機序は何ですか？

現在はハプロ不全が中心的な機序と考えられています。一方のアレルが機能を失うと、残る野生型アレルから産生されるPRPF31量では視網膜の高いRNA剪接需要を十分に支えられず、病態が進行します。

Prpf31-KOマウスはどのような研究に利用できますか？

Prpf31-KOマウスは、PRPF31機能低下による視網膜病理、RNA剪接異常、RP11関連治療法の前臨床評価、AAV・ASO・RNA編集などの候補療法検証に活用できます。

3カ月齢Prpf31-KOヘテロ接合マウスではどのような表現型が観察されていますか？

原文の初期データでは、3カ月齢のヘテロ接合Prpf31-KOマウスは、眼底、OCT、暗順応・明順応ERGのいずれもWTマウスとおおむね一致していました。大月齢での表現型観察は継続中です。

RP研究でOCTとERGを組み合わせる理由は何ですか？

OCTは視網膜層構造を非侵襲的に評価でき、ERGは視杆細胞・視錐細胞を含む網膜機能を電気生理学的に評価できます。構造と機能を併せて解析することで、疾患進行や治療効果をより包括的に把握できます。