候補遺伝子アプローチによる筋萎縮性側索硬化症病態関連遺伝子の探索

• Project/Area Number: 19K07973
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Aichi Medical University (2022); Nagoya University (2019-2020)
• Principal Investigator: 中村 亮一 愛知医科大学, 医学部, 講師 (80723030)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤内 玄規 愛知医科大学, ALS治療研究開発部門, 助教 (00748353) ; 勝野 雅央 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (50402566) ; 熱田 直樹 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (90547457)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 筋萎縮性側索硬化症 / 遺伝子変異 / 次世代シークエンサー / VCP / KIF5A / SOD1 / FGF1 / THSD7A / ALS / ACSL5 / ATXN3 / 網羅的遺伝子解析 / ターゲットリシークエンス

Outline of Research at the Start

筋萎縮性側索硬化症（ALS）は代表的な神経難病である。近年、家族性ALS原因遺伝子が数多く同定され、ALSの病態解明と根治的治療法開発の重要な手がかりになりつつある。しかし、大部分を占める孤発性ALSの関連遺伝子は十分に解明されていない。パーキンソン病とゴーシェ病との関連のように、異なる疾患との関連が遺伝子解析により示される場合がある。本研究では、多数のALS患者のDNA検体を用いて、ALS以外の神経変性疾患、筋疾患、末梢神経疾患の関連遺伝子の網羅的解析を行い、それらの変異とALSとの関連を明らかにする。新たなALS関連遺伝子の同定により病態解明、治療法開発の重要な手がかりを提供できる。

Outline of Annual Research Achievements

筋萎縮性側索硬化症（ALS）は代表的な神経難病であるが、近年病態関連遺伝子が数多く同定されている。30種類以上判明しているALS関連遺伝子はRNA代謝やタンパク質品質管理などの機能に分類でき、依然謎であるALSの病態解明と根治的治療法開発の重要な手がかりになりつつある。しかし判明したALS関連遺伝子の多くは家族性ALSの解析から同定されており、大部分を占める孤発性ALSの関連遺伝子は十分に分かっていない。より多くのALS関連遺伝子を探索同定する必要があるが、通常そのためには数千例以上の規模でのゲノムワイド関連解析が必要であり、容易ではない。しかしパーキンソン病とゴーシェ病との関連のように、異なる疾患の関連が遺伝子により示される場合があり、その発想を用いた候補遺伝子アプローチにより、効率よくALS関連遺伝子を探索同定できる可能性がある。
本研究では、多数のALS患者のDNA検体及び縦断的臨床像を用いて、ALS以外の神経変性疾患、筋疾患、末梢神経疾患の関連遺伝子の網羅的解析を行い、それらの変異とALSとの関連を明らかにする。
令和4年度においては、孤発性ALS 1076例の網羅的遺伝子解析データを用いて、ALSの生存期間に影響する遺伝子を複数同定し、患者由来のiPS細胞を用いて病態を再現した。それらの成果をまとめ、令和4年3月の時点で論文投稿中である。また、既知の神経疾患に関連する遺伝子とALSとの関連がないか解析を進めている。
また、ALS患者1,077例の全ゲノム解析データを解析し、5つの遺伝子に病原性が疑われるリピート伸長変異を認めた。また、既知の脊髄小脳変性症原因遺伝子のリピート伸長変異を複数の症例に認めている。また、他にも複数の疾患関連遺伝子の候補を見いだしており、それらの機能解析をすすめている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

既に当初予定していた症例を上回る例数の孤発性ALS患者に対して網羅的な遺伝子解析を施行したが、令和4年度は研究室内でのCOVID-19の流行及び研究代表者のCOVID-19感染により、実験や研究が行えない期間が計2ヶ月程あり、想定よりも研究が進まなかった。
抽出されたvariantを今日までにALSやFTLD、認知症、遺伝性痙性対麻痺、末梢神経障害、筋疾患の発症の原因として同定されているもの、ALSや上記疾患の発症には無関係であると同定されているもの、またそのどちらでもないものに分類し、それぞれサンガー法で変異の有無を確認している。いくつか疾患関連遺伝子の候補を見いだしており、それらの機能解析も進めている。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度も引き続き、遺伝子解析未施行の残りの孤発性ALS検体に対して網羅的なシーケンスを行った上で抽出されたvariantについての解析を施行する。また、現在見いだしている疾患関連遺伝子の候補に関して分子生物学的検討を行ったり、variantを持つ症例と臨床像との関連も検討する。臨床像との関連が判明したvariantを持つALS患者に対して剖検が施行されていれば、病理学的検索を行い、患者由来のiPS細胞を用いて病態解明につながる検索を行っていく予定である。

Research Products

• [Journal Article] The SYNGAP1 3'UTR variant in ALS patients causes aberrant SYNGAP1 splicing and dendritic spine loss by recruiting HNRNPK (2022)
  • Author(s): Yokoi S, Ito T, Sahashi K, Nakatochi M, Tohnai G, Nakamura R, Fujioka Y, Ishigaki S, Udagawa T, Izumi Y, Morita M, Kano O, Oda M, Sone T, Okano H, Atsuta N, Katsuno M, Okada Y*, Sobue G*
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 42 Issue: 47 Pages: 8881-8896
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0455-22.2022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Convenient Auditory-Based Language and Executive Function Test for Patients With Amyotrophic Lateral Sclerosis: A Pilot Study (2022)
  • Author(s): Ohdake Reiko、Watanabe Hirohisa、Kawabata Kazuya、Ogura Aya、Sato Maki、Tanaka Yasuhiro、Imai Kazunori、Masuda Michihito、Kato Toshiyasu、Yokoi Takamasa、Hara Kazuhiro、Nakamura Ryoichi、Atsuta Naoki、Nakagawa Masafumi、Katsuno Masahisa、Sobue Gen
  • Journal Title: Archives of Clinical Neuropsychology Volume: 38 Issue: 1 Pages: 57-71
  • DOI: 10.1093/arclin/acac069
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 【神経疾患とゲノム医療】個別病態・疾患のゲノム医療 筋萎縮性側索硬化症 (2022)
  • Author(s): 中村 亮一, 熱田 直樹, 祖父江 元
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: 40 Pages: 1138-1142
• [Journal Article] Clinical Features of Female Carriers and Prodromal Male Patients With Spinal and Bulbar Muscular Atrophy (2022)
  • Author(s): Torii Ryota、Hashizume Atsushi、Yamada Shinichiro、Ito Daisuke、Kishimoto Yoshiyuki、Moriyoshi Hideyuki、Inagaki Tomonori、Nakamura Ryoichi、Nakamura Tomohiko、Naoi Tameto、Morita Mitsuya、Katsuno Masahisa
  • Journal Title: Neurology Volume: 100 Issue: 1
  • DOI: 10.1212/wnl.0000000000201342
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinicoradiological features in amyotrophic lateral sclerosis patients with olfactory dysfunction (2021)
  • Author(s): Masuda Michihito、Watanabe Hirohisa、Ogura Aya、Ohdake Reiko、Kato Toshiyasu、Kawabata Kazuya、Hara Kazuhiro、Nakamura Ryoichi、Atsuta Naoki、Epifanio Bagarinao、Katsuno Masahisa、Sobue Gen
  • Journal Title: Amyotrophic Lateral Sclerosis and Frontotemporal Degeneration Volume: 22 Issue: 3-4 Pages: 260-266
  • DOI: 10.1080/21678421.2020.1859544
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The wide-ranging clinical and genetic features in Japanese families with valosin-containing protein proteinopathy (2021)
  • Author(s): Ando T, Nakamura R, Kuru S, Yokoi D, Atsuta N, Koike H, Suzuki M, Hara K, Iguchi Y, Harada Y, Yoshida Y, Hattori M, Murakami A, Noda S, Kimura S, Sone J, Nakamura T, Goto Y, Mano K, Okada H, Okuda S, Nishino I, Ogi T, Sobue G, Katsuno M
  • Journal Title: Neurobiology of Aging Volume: 100 Pages: 120.e1-120.e6
  • DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2020.10.028
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic and functional analysis of KIF5A variants in Japanese patients with sporadic amyotrophic lateral sclerosis (2021)
  • Author(s): Nakamura R, Tohnai G, Atsuta N, Nakatochi M, Hayashi N, Watanabe H, Yokoi D, Watanabe H, Katsuno M, Izumi Y, Taniguchi A, Kanai K, Morita M, Kano O, Kuwabara S, Oda M, Abe K, Aoki M, Aiba I, Okamoto K, Mizoguchi K, Hattori N, Nakashima K, Kaji R, Sobue G
  • Journal Title: Neurobiology of Aging Volume: 97 Pages: 147.e11-147.e17
  • DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2020.07.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A multi-ethnic meta-analysis identifies novel genes, including ACSL5, associated with amyotrophic lateral sclerosis. (2020)
  • Author(s): Nakamura R, Misawa K, Tohnai G, Nakatochi M, Furuhashi S, Atsuta N, Hayashi N, Yokoi D, Watanabe H, Watanabe H, Katsuno M, Izumi Y, Kanai K, Hattori N, Morita M, Taniguchi A, Kano O, Oda M, Shibuya K, Kuwabara S, Suzuki N, Aoki M, Ohta Y, Yamashita T, Abe K, Hashimoto R, Aiba I, Okada Y, Nagasaki M, Sobue G. et al.,
  • Journal Title: Commun Biol. Volume: 23 Issue: 1 Pages: 526-526
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01251-2
  • NAID: 120007178464
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The neural network basis of altered decision‐making in patients with amyotrophic lateral sclerosis (2020)
  • Author(s): Imai Kazunori、Masuda Michihito、Watanabe Hirohisa、Ogura Aya、Ohdake Reiko、Tanaka Yasuhiro、Kato Toshiyasu、Kawabata Kazuya、Riku Yuichi、Hara Kazuhiro、Nakamura Ryoichi、Atsuta Naoki、Bagarinao Epifanio、Katahira Kentaro、Ohira Hideki、Katsuno Masahisa、Sobue Gen
  • Journal Title: Annals of Clinical and Translational Neurology Volume: 7 Issue: 11 Pages: 2115-2126
  • DOI: 10.1002/acn3.51185
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A nerve conduction study predicts the prognosis of sporadic amyotrophic lateral sclerosis (2020)
  • Author(s): Imai Eriko、Nakamura Tomohiko、Atsuta Naoki、Nakatochi Masahiro、Suzuki Masashi、Harada Yumiko、Nakamura Ryoichi、Hayashi Naoki、Sobue Gen、Katsuno Masahisa
  • Journal Title: Journal of Neurology Volume: 267 Issue: 9 Pages: 2524-2532
  • DOI: 10.1007/s00415-020-09858-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prognosis of amyotrophic lateral sclerosis patients undergoing tracheostomy invasive ventilation therapy in Japan (2020)
  • Author(s): Hayashi Naoki、Atsuta Naoki、Yokoi Daichi、Nakamura Ryoichi、Nakatochi Masahiro、Katsuno Masahisa、Izumi Yuishin、Kanai Kazuaki、Hattori Nobutaka、Taniguchi Akira、Morita Mitsuya、Kano Osamu、Shibuya Kazumoto、Kuwabara Satoshi、Suzuki Naoki、Aoki Masashi、Aiba Ikuko、Mizoguchi Kouichi、Oda Masaya、Kaji Ryuji、Sobue Gen
  • Journal Title: Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry Volume: 91 Issue: 3 Pages: 285-290
  • DOI: 10.1136/jnnp-2019-322213
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 増大特集 ALS2019 ALSにおける患者レジストリの役割-JaCALSなど (2019)
  • Author(s): 熱田 直樹、中村 亮一、林 直毅、藤内 玄規、勝野 雅央、祖父江 元
  • Journal Title: BRAIN and NERVE Volume: 71 Issue: 11 Pages: 1215-1225
  • DOI: 10.11477/mf.1416201431
  • ISSN: 1344-8129, 1881-6096
  • Year and Date: 2019-11-01
• [Journal Article] Semantic deficits in ALS related to right lingual/fusiform gyrus network involvement (2019)
  • Author(s): Ogura Aya、Watanabe Hirohisa、Kawabata Kazuya、Ohdake Reiko、Tanaka Yasuhiro、Masuda Michihito、Kato Toshiyasu、Imai Kazunori、Yokoi Takamasa、Hara Kazuhiro、Bagarinao Epifanio、Riku Yuichi、Nakamura Ryoichi、Kawai Yoshinari、Nakatochi Masahiro、Atsuta Naoki、Katsuno Masahisa、Sobue Gen
  • Journal Title: EBioMedicine Volume: 47 Pages: 506-517
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2019.08.022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Increase of arginine dimethylation correlates with the progression and prognosis of ALS. (2019)
  • Author(s): Ikenaka K, Atsuta N, Maeda Y, Hotta Y, Nakamura R, Kawai K, Yokoi D, Hirakawa A, Taniguchi A, Morita M, Mizoguchi K, Mochizuki H, Kimura K, Katsuno M, Sobue G.
  • Journal Title: Neurology. Volume: 92 Issue: 16
  • DOI: 10.1212/wnl.0000000000007311
  • Peer Reviewed
• [Presentation] SOD1-G93S変異陽性筋萎縮性側索硬化症患者の臨床遺伝学的特徴 (2022)
  • Author(s): 中村 亮一, 中杤 昌弘, 熱田 直樹, 藤内 玄規, 伊藤 大輔, 和泉 唯信, 橋本 里奈, 饗場 郁子, 溝口 功一, 金井 数明, 青木 正志, 柴田 俊, 伊藤 千弘, 湯淺 知子, 徳井 啓介, 川頭 祐一, 丹羽 淳一, 道勇 学, 勝野 雅央, 祖父江 元
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術大会
• [Presentation] ALSに対するprecision medicineに向けて (2022)
  • Author(s): 熱田 直樹, 中村 亮一, 藤内 玄規, 祖父江 元
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Two novel variants in CHCHD2 associate with TDP-43 pathology among amyotrophic lateral sclerosis (2022)
  • Author(s): Aya Ikeda, Manabu Funayama, Mari Yoshida, Yuanzhe Li, Tsuyoshi Inoshita , Kahori Shiba-fukushima, Hongrui Meng, Taku Amo, Ikuko Aiba, Yufuko Saito, Naoki Atsuta, Ryoichi Nakamura, Genki Tohnai, et al.
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術大会
• [Presentation] SOD1-G93S変異陽性筋萎縮性側索硬化症患者の臨床遺伝学的及び病理学的特徴 (2022)
  • Author(s): 中村 亮一、中杤 昌弘、陸 雄一、 熱田 直樹、藤内 玄規、伊藤 大輔、和泉 唯信、橋本 里奈、饗場 郁子、溝口 功一、金井 数明、青木 正志、徳井 啓介、川頭 祐一、丹羽 淳一、 道勇 学、 岩崎 靖、 吉田 眞理、 勝野 雅央、祖父江 元
  • Organizer: 日本人類遺伝学会第67回大会
• [Presentation] 日本におけるSOD1遺伝子変異陽性筋萎縮性側索硬化症患者の臨床的特徴 (2020)
  • Author(s): 中村 亮一，熱田 直樹，林 直毅，藤内 玄規，勝野 雅央，和泉 唯信， 金井 数明， 服部 信孝，谷口 彰, 森田 光哉, 狩野 修, 澁谷 和幹, 桑原 聡, 鈴木 直輝, 青木 正志，阿部 康二, 石原 智彦, 小野寺 理, 梶 龍兒，祖父江 元
  • Organizer: 第61回日本神経学会学術大会
• [Presentation] 日本人孤発性筋萎縮性側索硬化症患者における KIF5A 遺伝子変異の頻度と特徴 (2020)
  • Author(s): 中村亮一、藤内玄規、熱田直樹、中杤昌弘、林直毅、渡辺宏久、勝野雅央、和泉唯信、谷口彰、 森田光哉、狩野修、桑原聡、織田雅也、阿部康二、青木正志、溝口功一、服部信孝、梶龍兒、祖父江元
  • Organizer: 日本人類遺伝学会第65回大会
• [Presentation] ビッグデータからみるALSの臨床像、遺伝子と治療開発の展望 (2020)
  • Author(s): 熱田 直樹, 中村 亮一, 藤内 玄規, 勝野 雅央, 祖父江 元
  • Organizer: 第61回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Mutation analysis of KIF5A in Japanese patients with amyotrophic lateral sclerosis (2019)
  • Author(s): 中村亮一、熱田直樹、藤内玄規、中杤昌弘、林直毅、渡辺宏久、勝野雅央、和泉唯信、谷口彰、服部信孝、森田光哉、狩野修、桑原聡、織田雅也、阿部康二、溝口功一、梶龍兒、祖父江元、JaCALS
  • Organizer: 第60回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Clinical and histopathological characteristics of MSP1 patients with the VCP mutation (2019)
  • Author(s): 中村亮一
  • Organizer: 第60回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Genetic and functional analysis of the KIF5A variants in Japanese patients with sporadic amyotrophic lateral sclerosis. (2019)
  • Author(s): Ryoichi Nakamura, Naoki Atsuta, Genki Tohnai, Masahiro Nakatochi, Naoki Hayashi, Masahisa Katsuno, Yuishin Izumi, Akira Taniguchi, Nobutaka Hattori, Mitsuya Morita, Osamu Kano, Satoshi Kuwabara, Masaya Oda, Koji Abe, Kouichi Mizoguchi, Ryuji Kaji, Gen Sobue, JaCALS
  • Organizer: 30th international symposium on ALS/MND
  • Int'l Joint Research