12/4, 私はペンシルバニア・ダッチカントリー中心部に、小さなスタッフがさまざまな遺伝病を持つ2000人を超える患者を治療するクリニック フォー スペシャル チルドレンズを訪ねました。 先週の記事で、6人の子供のうち5人が自閉症の特徴を含む発作性疾患を持つ家庭を紹介しました。 過去15年にわたるこの症候群の研究は、シークエンスによって新しい技術時代に突入する前の遺伝子発見法の進化を見事に物語っている。 (警告：専門用語があります。)
CONNECTING PHENOTYPE TO GENOTYPE
今日、子供の診断されていない症状の背後にある遺伝子を特定するために、研究者は両親と、おそらく兄弟のexome（ゲノムのタンパク質エンコード部分）配列を比較して、原因となる遺伝子変異（アレルス）を特定します。
ゲノム以前の時代には、研究者は表現型から遺伝子型に至るまで、間接的な軌跡をたどっていました。
– ゲノムワイド関連研究（GWAS）を用いて、疾患の原因となる変異を示す可能性のある遺伝子変異のパターン（一塩基多型と呼ばれる一塩基の部位における）を特定する。
1700年代初頭に宗教迫害から逃れるためにスイスからペンシルベニアに移住したアーミッシュは、ヨーロッパの遺伝子プールを採取して持ち帰りました。 アーミッシュは1700年初頭に宗教的迫害から逃れてスイスを離れ、ペンシルベニアに定住しました。 例えば、曽祖父母から二番目のいとこというように、二人の親族が共通の祖先から一連の遺伝子変異を受け継いでいることを示す。
THE AMISH CONNECTION
私がクリニックで会った少年と彼の5人の兄弟のうち4人は、皮質異形成-焦点型てんかん症候群（CDFE）です。
多くの遺伝子発見の物語と同様に、CNTNAP2の変異が、自閉症、発作、統合失調症、トゥレット症候群、言語障害など、さまざまな脳の状態の背後にあるという発見は、異なる糸で始まりました。
最も古い遺伝学的手法でさえ、自閉症に遺伝的要素があることを実証しています。 一卵性双生児は、二卵性双生児よりもはるかに高い確率で、自閉症の子供の兄弟は、一般集団の75倍のリスクを持っています。
1998年、International Molecular Genetic Study of Autism Consortiumは、GWASを用いて、自閉症を持つ人々と追跡するゲノムの6つの領域を特定しました-最有力候補は、7番目に大きい染色体の長腕、すなわち「7q」上にありました。 (Rachelbash1 from Wikimedia Commons)
1999年に、研究者はCASPR2という、異常があると神経インパルスの送信を妨害する、ニューレキシンと呼ばれるタンパク質の一種が関係していることを明らかにした。
2003年には、トゥレット症候群の人々でCASPR2をコードする遺伝子、CNTNAP2を破壊する染色体の再配列が、2007年には、トゥレット症候群ではないが知的障害、発達遅延、言語障害、多動を持つ人々で、それぞれ報告されました。
2006年、Clinic For Special ChildrenとTranslational Genomics Research Instituteの研究者は、CNTNAP2の変異を、近縁のアーミッシュの子供たちのCDFE症候群と照らし合わせました。
発作が始まる前、CDFEの症状は、小さな運動の遅れ、深部腱反射の低下、少し大きめの頭といった微妙なものです。 子どもは集中することが難しく、人のまねをしたり、ハイハイ、つたい歩きなどの動作計画を立てたりすることが困難です。 発作は頻繁かつ重篤で、その発症は言語、認知、社会的スキルの低下の前兆である。
クリニックのKevin Strauss, MD, Erik Puffenberger, PhD, and Holmes Morton, MDらは、10万SNPマイクロアレイ装置を使って、アーミッシュの3家族からCDFE症候群の子ども4人のDNAを分析しました。 彼らは、7q上の疑われる領域に710万塩基の長さの常染色体領域を発見した。 (この710万塩基には83の遺伝子が含まれていますが、意味のあるものはごくわずかでした。 研究チームはまず、他の脳障害の原因となることが知られているCENTG3という遺伝子の塩基配列を決定しました。 彼は、CENTG3の真ん中にある1つのSNPが、2人の子供でホモ接合（両方の染色体コピーに同じ変異）ではなくヘテロ接合（2つの異なる変異）であることに気づき、同一の子孫の領域に終わりを告げたのです。 “遺伝子の途中の組換え事象によって、エリックは変異を見つけるために多くの遺伝子を取り除くことができたのです。 まさに『偶然は準備した者に味方する』の好例です」とモートン博士は教えてくれた。 この発見により、7qの関心領域は380万塩基に減りました。
2番目の候補遺伝子であるCNTNAP2は、関心領域をまたいでいます。 それぞれの子供は7番染色体の両方のコピーから1塩基が欠落しており、それぞれの親は同じ突然変異を持っていましたが、片方のコピーにだけありました。 彼らは保因者なのです。 これはメンデルの第一法則が働いているのです。 そしてさらに地域社会を調べると、105人の健康なアーミッシュのうち、4人が保因者であったのです。 7家族からなる、部分発作を起こすが特定の診断を受けていない18人の患者のうち9人がCDFE症候群であった。 「1つの突然変異が異なるタイプの発作を引き起こすことがあるのです。 1家族で4人の子供が異なる反応を示すのです。 ある者は非常に障害を受け、ある者はあまり影響を受けません」とモートン博士は言いました。 3人の子供が発作を和らげるために手術を受けたが、緩和は続かなかった。 しかし、この手術によって脳組織のサンプルが得られ、何が問題になっているのかをよりよく説明できるようになりました。 灰白質と白質の境界は不鮮明で、大脳皮質の一部は肥厚しています。 神経細胞そのものも、まったく正常ではありません。 丸すぎ、密すぎ、樹状突起が狂っている。 神経細胞上の点々は、神経系の大部分を構成する支持細胞であるグリアの核が多すぎることを示唆している。 2006年の研究報告では、てんかん患者の脳にある感情の中枢である扁桃体を、グリアの暴走に覆われた「部分的に成熟したニューロン前駆体の偏った顕微鏡的島々」と表現して、詩的な表現をしていました。 ネウレキシンはランビエの節で足場を形成しています。 ミエリンは、グリアの細胞膜が指に巻くばんそうこうのように神経細胞を包んでいる絶縁物質である。 神経インパルスは、生命を維持するのに十分な速さでメッセージを送りながら、このノードを乗り越えます。 このため、神経細胞膜を通過して細胞質に入り込むことができず、その結果、近くのカリウムチャネルが崩壊してしまうのです。 このチャネルは通常、インパルスが通過する際にカリウムイオンを神経細胞から放出させ、リセットさせる。 つまり、ニューレキシンの足場がなければ、神経細胞はリセットすることができないのだ。 伝送が停止する。 そして、どういうわけか、発作が始まる。
A MOUSE MODEL
Daniel Geschwind医学博士、UCLA David Geffen School of Medicineの神経学教授は、自閉症の遺伝子の研究をしていて、New England Journal of Medicineに掲載された2006年の論文を読みました。 “彼は電話をかけてきて、『私の遺伝子を見つけたね！』と言ったんです。 素敵な共同研究が始まり、彼はアーミッシュの突然変異を持つマウスを作りました」とモートン博士は言う。 そのマウスはCNTNAP2遺伝子がノックアウトされており、人と同じように、発作や自閉症の特徴があります。
「マウスは通常、ケージの周りを走り回り、通常は社会的でおしゃべりをします。 このマウスはそのどちらでもありませんでした」とモートン博士は説明しました。
変異マウスの脳は、以前の組織学的研究を思わせる異常な接続パターンを示しました。 「脳の前部はほとんど自分自身と会話しています。 脳の前部はほとんど自分自身と会話しており、脳の他の部分とはあまりコミュニケーションをとらず、脳の後部との長距離接続を欠いています」とGeschwind博士は述べた。 同グループは、自閉症の子どもの脳にも同様の異常があることを示していました。
アーミッシュの子供とマウスの著しい類似性は、薬の実験場となります。 子供の反復行動の治療に処方されるリスペリドンは、マウスにも同じ効果をもたらし、同時に巣作りの能力も向上させました。
社会性を向上させる薬の候補として明らかなのは、「愛のホルモン」オキシトシンである。 これは、CASPR2タンパク質が豊富なのと同じ脳神経細胞に多く存在する。 オキシトシンが少なすぎると自閉的特徴を引き起こすのだろうか？
Geschwind博士と共同研究者は、オキシトシンの鼻腔スプレーがマウスの「社会的障害を劇的に改善する」ことを発見した。
アーミッシュの農家では、すでに牛にオキシトシンを与えて子宮筋を収縮させており、私は、停滞している労働を活性化するためにオキシトシンを得たことを思い出します。 しかし、家庭で試すのはやめましょう。
Autism Speaksは2010年にオキシトシンの最初の臨床試験に資金を提供し、NIHはオキシトシンの鼻腔スプレーの進行中の大規模な臨床試験を後援しています。
自閉症の社会的症状を改善するためにオキシトシンを試すというアイデアは、基礎となる変異を知る必要はありませんでしたが、そのような情報は、メカニズムを考えることによって、あらゆる結論に正確さを加えることができ、それは他の治療法の開発につながる可能性があります。 別の記事で、モートン博士が遺伝子の正確さによって、アーミッシュの間でより一般的でありながら、すべての人の新生児スクリーニングに現れる特定の先天性代謝異常の治療法を開発できたことを見てみたいと思います
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