Elucidation of etiology and phenotypic control in a porcine autosomal dominant genetic disease model

• Project/Area Number: 15H02480
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Integrative animal science
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: Nagashima Hiroshi 明治大学, 農学部, 専任教授 (50318664)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大鐘 潤 明治大学, 農学部, 専任准教授 (50313078)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥41,730,000 (Direct Cost: ¥32,100,000、Indirect Cost: ¥9,630,000); Fiscal Year 2018: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000); Fiscal Year 2017: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000); Fiscal Year 2016: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000); Fiscal Year 2015: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
• Keywords: ブタ / 遺伝子改変動物 / 常染色体優性遺伝病 / ハプロ不全 / マルファン症候群モデル / エピジェネティクス / CpG shore / メチル化修飾 / 発生工学 / 遺伝学 / 応用動物 / ゲノム

Outline of Final Research Achievements

Marfan syndrome (MFS) is an autosomal dominant genetic disease. We established a porcine model for MFS by introducing a mutation (Glu433AsnfsX98) in the Fibrillin1 (FBN1) gene. We also identified a single nucleotide polymorphism (SNP) in FBN1 promotor CpG shore in a pig. Using the offspring (F1) obtained by mating of MFS females and a SNP-identified male, relationship between the methylation status of FBN1 CpG shore and the expression level of FBN1 was identified. Our results suggested that epigenetic modification of the responsible gene expression is involved in the etiology of MFS exhibiting haploinsufficiency.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

常染色体優性遺伝病において、正常アリルのみからの発現量では遺伝子産物量が不足するために発症するものはハプロ不全と呼ばれる。ハプロ不全では原因遺伝子の塩基配列のみからは十分説明できないため、発症の有無に浸透度、発症組織の違いなどに表現度といった遺伝学用語を当てはめて、統計的な確率論として議論してきた。本研究では、ハプロ不全性の優性遺伝病の発症機序にエピジェネティクスからアプローチしている。エピジェネティクス研究によってハプロ不全性優性遺伝病の病態発現の制御が解明できれば、疾患モデルブタを用いた前臨床的研究や創薬研究が飛躍的に発展することが期待できる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Cincinnati Children’s Medical Center/Vanderbilt University(米国)
• [Int'l Joint Research] Cincinnati Children’s Medical Center(米国)
• [Journal Article] ゲノム編集と実験動物(IV)－ブタのゲノム編集 (2017)
  • Author(s): 1.渡邊將人
  • Journal Title: LABIO21 Volume: 70 Pages: 5-8
• [Journal Article] Evidence of exposure to chemicals and heavy metals during pregnancy in Japanese women (2017)
  • Author(s): Maekawa Ryo、Ito Rie、Iwasaki Yusuke、Saito Koichi、Akutsu Kazuhiko、Takatori Satoshi、Ishii Rie、Kondo Fumio、Arai Yoshikazu、Ohgane Jun、Shiota Kunio、Makino Tsunehisa、Sugino Norihiro
  • Journal Title: Reproductive Medicine and Biology Volume: 16 Issue: 4 Pages: 337-348
  • DOI: 10.1002/rmb2.12049
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Establishment of DNA methylation patterns of the <i>Fibrillin1</i> (<i>FBN1</i>) gene in porcine embryos and tissues (2017)
  • Author(s): Arai Y, Umeyama K, Takeuchi K, Okazaki N, Hichiwa N, Yashima S, Nakano K, Nagashima H, Ohgane J
  • Journal Title: Journal of Reproduction and Development Volume: 63 Issue: 2 Pages: 157-165
  • DOI: 10.1262/jrd.2016-158
  • NAID: 130007314629
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Involvement of DNA methylation in regulating rat <i>Prop1</i> gene expression during pituitary organogenesis (2017)
  • Author(s): Nishihara H, Yoshida S, Kanno N, Nishimura N, Ueharu H, Ohgane J, Kato T, Kato Y
  • Journal Title: Journal of Reproduction and Development Volume: 63 Issue: 1 Pages: 37-44
  • DOI: 10.1262/jrd.2016-102
  • NAID: 130005332293
  • ISSN: 0916-8818, 1348-4400
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Generation of heterozygous fibrillin-1 mutant cloned pigs from genome-edited foetal fibroblasts (2016)
  • Author(s): Umeyama K, Watanabe K, Watanabe M, Horiuchi K, Nakano K, Kitashiro M, Matsunari H, Kimura T, Arima Y, Sampetrean O, Nagaya M, Saito M, Saya H, Kosaki K, Nagashima H & Matsumoto M
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 6:24413 Issue: 1 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1038/srep24413
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ultra-Deep Bisulfite Sequencing to Detect Specific DNA Methylation Patterns of Minor Cell Types in Heterogeneous Cell Populations: An Example of the Pituitary Tissue (2016)
  • Author(s): Arai Y, Fukukawa H, Atozi T, Matsumoto S, Hanazono Y, Nagashima H, and Ohgane J.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 11 Issue: 1 Pages: e0146498-e0146498
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0146498
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ハプロ不全優性遺伝病発症の新たな視点：分子メカニズムとしてエピジェネティクスが関与する可能性 (2016)
  • Author(s): 竹内健太、牧野智宏、新井良和、大鐘潤
  • Journal Title: 明治大学農学部研究報告 Volume: 65 Pages: 96-103
  • NAID: 120005941792
• [Presentation] 変異FBN1遺伝子ブタにおける肢指間節および心臓血管異常 (2019)
  • Author(s): 梅山一大、飛田公理、中野和明、武藤智之、山田猛、戎谷力也、松成ひとみ、渡邊將人、 長嶋比呂志
  • Organizer: 第66回日本実験動物学会総会
• [Presentation] 変異FBN1遺伝子ブタの表現型 ―Marfan症候群病態との比較― (2018)
  • Author(s): 梅山一大
  • Organizer: 第6回日本先進医工学ブタ研究会
  • Invited
• [Presentation] ゲノム編集による単一遺伝子疾患モデルブタの開発と現状 (2018)
  • Author(s): 渡邊將人
  • Organizer: 第6回日本先進医工学ブタ研究会
  • Invited
• [Presentation] ゲノム編集による遺伝子改変ブタの作出とその利用 (2018)
  • Author(s): 渡邊將人
  • Organizer: 日本生薬学会第65回年会
  • Invited
• [Presentation] Comparative analysis of mouse and pig models of Marfan syndrome unveils an inflammatory micro-environment and macrophages as novel features of myxomatous valve disease (2018)
  • Author(s): A. J. Kim, K. Umeyama, A. Hulin, R. J. Vagnozzi, E. A. Green, H. Nagashima, K. E. Yutzey
  • Organizer: 5th Mid-America Valve Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マルファン症候群モデルブタの病態発現制御 (2018)
  • Author(s): 武藤智之，梅山一大，内倉鮎子，岡本一駿，徳山雄紀，中野和明，松成ひとみ，渡邊將人， 長屋昌樹，長嶋比呂志
  • Organizer: 第111回日本繁殖生物学会大会
• [Presentation] アリルごとのDNAメチル化に着目したハプロ不全優性遺伝病の発症機序解明に向けた新たな試み：ブタフィブリリン1（FBN1）を例として (2018)
  • Author(s): 新井良和, 梅山一大, 岡崎なつみ, 隠地健斗, 福川斐昭, 高澤建, 西野光一郎, 長嶋比呂志, 大鐘潤
  • Organizer: 第111回日本繁殖生物学会大会
• [Presentation] Immunogenic extracellular matrix remodeling and macrophage contributions to heart valve disease in genetic mouse and pig models of Marfan syndrome (2018)
  • Author(s): A. J. Kim, A. Hulin, K. Umeyama, R. J. Vagnozzi1, H. Nagashima, K. E. Yutzey
  • Organizer: 33rd National MD/PhD Student Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DNA methylation as an epigenetic modifier of the FBN1 transcription (2018)
  • Author(s): Ohgane J., Arai Y., Takeuchi K., Okazaki N., Nakano K., Matsunari H., Watanabe M., Umeyama K., Nagashima H
  • Organizer: 10th International Research Symposium on Marfan Syndrome and Related Disorders
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phenotype of homozygouse fibrillin-1 (FBN1) mutant pigs (2018)
  • Author(s): Umeyama K., Arai Y., Nakano K., Uchikura A., Watanabe M., Matsunari H., Saito M., Saya H., Matsumoto M., Nagaya M., Ohgane J., Nagashima H
  • Organizer: 10th International Research Symposium on Marfan Syndrome and Related Disorders
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A nobel large animal disease model of marfan syndrome: FBN1 edited pigs (2018)
  • Author(s): Roberts A., Umeyama K., Watanabe M., Matsunari H., Nakano K., Morooka A., Nagashima H
  • Organizer: 10th International Research Symposium on Marfan Syndrome and Related Disorders
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 遺伝子改変ブタの作出とその利用 (2018)
  • Author(s): 渡邊將人
  • Organizer: 第124回日本畜産学会
  • Invited
• [Presentation] DNAメチル化によるブタMSTN遺伝子の組織特異的発現調節機構の解 (2018)
  • Author(s): 隠地健斗、新井良和、長嶋比呂志、大鐘潤
  • Organizer: 第124回 日本畜産学会
• [Presentation] ブタにおけるOTC欠損症原因遺伝子のエピジェネティック解析 (2018)
  • Author(s): 茂田遼平、新井良和、松成ひとみ、長嶋比呂志、大鐘潤
  • Organizer: 第124回 日本畜産学会
• [Presentation] アリルごとのDNAメチル化状態に注目したエピジェネティクス解析の新たな試み (2017)
  • Author(s): 大鐘潤、新井良和
  • Organizer: 2017年日本農芸化学会年会シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2017-03-17
  • Invited
• [Presentation] Phenotypic variation in the cloned pigs with heterozygous fibrillin-1 mutation (2017)
  • Author(s): Umeyama K, Arai Y, Nakano K, Fukuda T, Umeki I, Uchikura A, Kasai Y, Matsunari H, Nagaya M, Watanabe M, Ohgane J and Nagashima H
  • Organizer: 4th World Congress of Reproductive Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マルファン症候群モデルブタの開発 (2017)
  • Author(s): 長嶋比呂志
  • Organizer: 第64回日本実験動物学会総会
  • Invited
• [Presentation] 変異型fibrillin-1遺伝子を有するブタの上行大動脈の病理解析 (2016)
  • Author(s): 梅山一大, 新井良和, 中野和明, 内倉鮎子, 渡邊将人, 松成ひとみ, 齋藤正寛, 木村徳宏, 渡邊航太, 堀内圭輔, 北城雅照, 有馬好美, サンペトラオルテア, 小崎健次郎, 佐谷秀行, 松本守雄, 長屋昌樹, 大鐘潤, 長嶋比呂志
  • Organizer: 第57回日本脈管学会総会
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 2016-10-13
• [Presentation] 疾患モデルブタ・ミニブタ開発の現状と展望 (2016)
  • Author(s): 長嶋比呂志
  • Organizer: 第4回日本先進医工学ブタ研究会
  • Place of Presentation: 三島
  • Year and Date: 2016-10-06
  • Invited
• [Presentation] FBN1遺伝子変異を有するマルファン症候群モデルブタ由来の脱分化脂肪細胞株（DFAT)樹立と特性解析 (2016)
  • Author(s): 酒井成貴, 信末博行, 有馬好美, 梅山一大, 長嶋比呂志, 佐谷秀行, 貴志和生
  • Organizer: 第25回日本形成外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2016-09-15
• [Presentation] ハプロ不全優成遺伝病の発生機序解明に向けた新たなアプローチ：ブタフィブリリン1（FBN1) (2016)
  • Author(s): 新井良和, 梅山一大, 竹内健太, 八島紗耶香, 中野和明, 長嶋比呂志, 大鐘潤
  • Organizer: 第109回日本繁殖生物学会
  • Place of Presentation: 相模原
  • Year and Date: 2016-09-12
• [Presentation] ブタにおけるゲノム編集技術を用いた遺伝子ノックアウト (2016)
  • Author(s): 渡邊将人, 松成ひとみ, 中野和明, 梅山一大, 高柳就子, 長屋昌樹, 宮川周士, 花園豊, 中内啓光, 長嶋比呂志
  • Organizer: 日本ゲノム編集学会第1回大会
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 2016-09-07
• [Presentation] ホモ変異型fibrillin-1遺伝子を有するブタの表現型 (2016)
  • Author(s): 梅山一大, 新井良和, 中野和明, 内倉鮎子, 渡邊將人, 松成ひとみ, 齋藤正寛, 佐谷秀行, 松本守雄, 長屋昌樹, 大鐘潤, 長嶋比呂志
  • Organizer: 第48回日本結合組織学会学術大会
  • Place of Presentation: 長崎
  • Year and Date: 2016-06-24
• [Presentation] 動物のゲノム編集とその医学応用 (2016)
  • Author(s): 長嶋比呂志
  • Organizer: 日本ビタミン学会第68回大会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 2016-06-17
  • Invited
• [Presentation] Combining breeding and advanced reproduction techniques for regenerative medicine (2016)
  • Author(s): Nagashima H
  • Organizer: Plant and Animal Genome Asia 2016
  • Place of Presentation: Singapore, Singapore
  • Year and Date: 2016-06-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 体細胞核移植で継代されたクローンブタでのゲノムワイドDNAメチル化解析 (2016)
  • Author(s): 新井良和、福川斐昭、飛知和尚美、松成ひとみ、長嶋比呂志、大鐘潤
  • Organizer: 第10回日本エピジェネティクス研究会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2016-05-19
• [Presentation] ゲノム編集ブタにおけるヘテロ変異fibrillin-1遺伝子の後代への伝達と発現 (2016)
  • Author(s): 梅山一大, 渡辺航太, 渡邊将人, 堀内圭輔, 中野和明, 北城雅照, 松成ひとみ, 長屋昌樹, 松本守雄, 長嶋比呂志
  • Organizer: 第63回日本実験動物学会総会
  • Place of Presentation: 川崎
  • Year and Date: 2016-05-18
• [Presentation] クローン動物と遺伝子改変 (2016)
  • Author(s): 長嶋比呂志
  • Organizer: 染色体学会第67回年会（市民講座）
  • Place of Presentation: 東京
  • Invited
• [Presentation] Pig model of rare monogenic diseases (2016)
  • Author(s): Nagashima H
  • Organizer: 18th International Congress of Animal Reproduction, SALAAM-Workshop
  • Place of Presentation: Tours, France
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 人工ヌクレアーゼを用いた遺伝子ノックアウト細胞の樹立およびブタの作出効率 (2015)
  • Author(s): 渡邊將人、松成ひとみ、中野和明、梅山一大、長屋昌樹、宮川周士、花園 豊、中内啓光、長嶋比呂志
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県神戸市
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] Zinc finger nucleaseによるfibrillin 1遺伝子ノックアウトブタの作出 -側弯症モデルの開発をめざして (2015)
  • Author(s): 渡辺航太、堀内圭輔、梅山一大、長嶋比呂志、中村雅也、松本守雄
  • Organizer: 第30回日本整形外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 富山県富山市
  • Year and Date: 2015-10-22
• [Presentation] ゲノム編集によるブタ遺伝子改変 (2015)
  • Author(s): 渡邊將人
  • Organizer: 第3回日本先進医工学ブタ研究会
  • Place of Presentation: 東京都千代田区
  • Year and Date: 2015-10-16
• [Presentation] Generation of FBN1 gene knockout pig model for Marfan syndrome (2015)
  • Author(s): Morio Matsumoto, Kota Watanabe, Keisuke Horiuchi, Kazuhiro Umeyama, Hiroshi Nagashima
  • Organizer: Scoliosis Research Society presents 50th Annual Meeting & Course
  • Place of Presentation: Minneapolis, Minnesota, USA
  • Year and Date: 2015-09-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fibrillin-1遺伝子ノックアウトによるMarfan症候群モデルブタの開発 (2015)
  • Author(s): 笠井悠里，梅山一大，渡邊將人，中野和明，松成ひとみ，内倉鮎子, 武石透輝，畑江将太，浅野吉則，長屋昌樹，渡辺航太, 堀内圭輔, 松本守雄，長嶋比呂志
  • Organizer: 第108回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 宮崎県宮崎市
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] 体細胞連続核移植で作出されたクローンブタでのエピジェネティック解析：Human BeadChipを用いたゲノムワイドDNAメチル化解析の試み (2015)
  • Author(s): 新井良和、阿閉貴紀、福川斐昭、齊藤経、竹内健太、松成ひとみ、長嶋比呂志、大鐘潤
  • Organizer: 第108回日本繁殖生物学会大会
  • Place of Presentation: 宮崎県宮崎市
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] ブタにおけるゲノム編集技術の利用 (2015)
  • Author(s): 渡邊將人
  • Organizer: 第28回日本動物細胞工学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市
  • Year and Date: 2015-07-09
  • Invited
• [Presentation] ゲノム編集を用いた遺伝子ノックアウトクローンブタの作出効率 (2015)
  • Author(s): 渡邊將人, 松成ひとみ, 中野和明, 梅山一大, 長屋昌樹, 宮川周士、花園 豊、中内啓光、長嶋比呂志
  • Organizer: 第28回日本動物細胞工学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市
  • Year and Date: 2015-07-09
• [Presentation] Generation of FBN1 Gene Knockout Pig Model for Marfan Syndrome (2015)
  • Author(s): Morio Matsumoto, Kota Watanabe, Keisuke Horiuchi, Kazuhiro Umeyama, Hiroshi Nagashima
  • Organizer: 22nd International Meeting on Advanced Spine Techniques
  • Place of Presentation: Kuala Lumpur, Malaysia
  • Year and Date: 2015-07-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Zinc finger nucleaseによるfibrillin 1遺伝子ヘテロノックアウトクローンブタの作出 (2015)
  • Author(s): 梅山一大、渡辺航太、渡邊將人、堀内圭輔、中野和明、松成ひとみ、長屋昌樹、松本守雄、長嶋比呂志
  • Organizer: 第47回日本結合組織学会学術大会
  • Place of Presentation: 東京都港区
  • Year and Date: 2015-05-15
• [Book] Genome editing of pig. In: Genome Editing in Animals: Methods and Protocols (Methods in Molecular Biology) Vol.1630 p121-139 (2017)
  • Author(s): Watanabe M, Nagashima H
  • Total Pages: 256
  • Publisher: Humana Press
  • ISBN: 9781493971275
• [Book] 実験医学増刊Vol.34 No.20 All Aboutゲノム編集“革命的技術"はいかにして私たちの研究・医療・産業を変えるのか? (2016)
  • Author(s): 渡邊將人, 長嶋比呂志
  • Total Pages: 234
  • Publisher: 羊土社