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VMO23 투여 용량에 따른 Ducheen형 근이영양증 생쥐의 Dystrophin 발현과 근기능에 미치는 영향

Dose-Dependent Effects of Exon Skipping by Vivo-Morpholinos 23 on Dystrophin Protein Production and Muscle Function in Dystrophic mdx Mice

최승준
한국운동생리학회|2013.11|운동과학 (Exercise Science)|제22권 제4호|pp. 363-371|DOI 10.15857/ksep.2013.22.4.363

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근이영양증Dystrophin모폴리노 올리고머디스트로핀근수축력Duchenne muscular dystrophy(DMD)Vivo Morpholino oligomuscle force production

초록

근이영양증은 유전자 결함에 의해 디스트로핀 단백질의 부재로 발생하는 심각한 근육퇴행성 질병이다. 근이영양증의 잠재적 치료법은 모르폴린 올리고머(steric-block Morpholine oligomers)를 이용하여, 결함이 나타난 엑손(Exon)을 건너뛰게 하여 전사해독틀을 회복시키고, 디스트로핀 단백질을 재합성하게 하는 방법이다. 하지만 Morpholinos는 세포막을 뚫고 세포내로 들어가기 매우 어려워, Morpholinos가 세포 내로의 진입을 가능하게 하는 합성폴리머(dendrimer scaffold)와 결합한 새로운 합성폴리머를 개발하였고, 이것을 Vivo-morpholinos라 한다. 따라서 본 연구에서는 VMO23(Vivo-Morpholino targeting dystrophin exon 23)의 투여 용량을 최적화하기 위하여 다양한 투여 프로토콜(5, 10, 15, 20, 30 mg/kg)에 따른 디스트로핀 단백질의 발현과 근육의 수축력, 그리고 유독성 여부를 검증하였다. 15 mg/kg의 VMO23를 처치했을 때, 장지신근에서 약 50 %의 exon 23 삭제 효과가 나타났고, 횡격막과 심장 근에서는 약 50 %의 exon skipping을 달성하기 위해 각각 20 mg/kg과 30 mg/kg이 요구되는 것으로 나타났다. 장기적인 exon skipping의 효과를 위해서는 1주일에 1회의 30 mg/kg의 Vivo-Morpholinos 투여가 골격 및 심장 근육에서 지속적인 효과를 유지하였으며, VMO23 처치된 mdx 생쥐의 장지신근, 횡경막, 심장 근에서 증가된 디스트로핀 단백질 발현이 나타났다. 또한 VMO23 올리고머를 처치한 mdx 생쥐의 장지신근의 최대수축력(kN/㎡)의 유의한 증가를 발견하였으며(p<0.05), 이는 정상 생쥐(C57BL)와 유사한 수준으로 근기능이 정상적인 수준으로 회복되었음을 보여주었다. 횡격막 근육의 최대수축력은 VMO23 처치군에서 대조군(STD)에 비하여 유의하게 높게 나타났지만(p<0.05), 정상 수준으로 완전히 회복되지는 않았다. 결론적으로, mdx 생쥐에게 VMO23의 반복처치를 한 결과, 독성 없이 디스트로핀의 발현과 근육의 수축력을 유의하게 개선시켰다.

Abstract

Duchenne muscular dystrophy(DMD) is a severe degenerative muscle disease caused by defects in the dystrophin gene. Steric-block Morpholino antisense oligomers have been shown to induce exon skipping and partially restored Dystrophin function in the skeletal muscles of DMD animal models, particularly in mdx mice. However, Morpholinos-mediated exon skipping in the heart has been only marginal due to inadequate delivery of Morpholinos into the cardiac muscles. In this paper we demonstrated that a Vivo Morpholino oligo(VMO23), a new type of delivery-enhanced Morpholino antisense oligomer, effectively induced exon-skipping in the cardiac and skeletal muscles and rejuvenated the muscle function as supported by demonstration of restored Dystrophin protein production in the heart, diaphragm and limb muscles in mdx mice. The exon skipping effect is dose-dependent and persists for more than 13 weeks after a single injection. Repeated VMO23 treatment in mdx mice restored muscle function to near normal levels as measured by increased force production of limb and respiratory muscles and reduced serum creatine kinase level, indicative of leakiness of cell membrane. No detectable toxicity at the effective dose regime was observed. Thus, delivery-enhanced Vivo-Morpholinos represent a possible treatment for DMD patients

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