Elucidation of molecular pathogenesis for inherited lethal arrhythmia associated with transporter abnormalities

• Project/Area Number: 20K08416
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 53020:Cardiology-related
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute
• Principal Investigator: 石川 泰輔 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, オープンイノベーションセンター, 客員研究員 (60708692)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 蒔田 直昌 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 副所長 (00312356) ; 牧山 武 京都大学, 医学研究科, 特定講師 (30528302)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 遺伝子変異 / トランスポータ / 特発性心室細動 / 心臓突然死 / 膜タンパク / ノックインマウス / 突然死 / 変異 / 遺伝性不整脈

Outline of Research at the Start

本邦で年間8万人に起こる心臓突然死の原因として遺伝性不整脈が大きな割合を占めるが、病因病態の究明により予防法を確立することが出来る。本研究では未だ解決されていない心臓突然死家系の心筋トランスポータ遺伝子の変異に着目する。遺伝子解析によりトランスポータの重要度を推し量ることで遺伝子解析によるリスク予測に反映させるとともに、不整脈発生機序を明らかにして致死的な不整脈を抑制することに役立てる。

Outline of Annual Research Achievements

QT短縮症候群や早期再分極症候群は、比較的歴史の浅い遺伝性致死性不整脈で、原因遺伝子が数個報告されているものの分子病態は十分に解明されていない。我々は心電図QT時間のゲノムワイド関連解析を参考に、この2つの致死性不整脈の新たな候補遺伝子として4つの心筋トランスポータ遺伝子に着目した。心筋トランスポータは興奮・代謝活動の盛んな心筋におけるCa動態やpHの恒常性維持に必須の膜タンパクであり、その遺伝子異常は活動電位形成に関わるイオンの移動や酸塩基平衡を阻害して不整脈をもたらす可能性がある。本研究ではまず遺伝学的な証明として、約1900名の当研究室患者コホートと、特発性心室細動例183名のエクソームデータなどから、14名のトランスポータ遺伝子に計8変異を見出した。これら患者の中には心電図QT時間の短縮を認めた。続いてプラスミドを作成し、培養細胞株に強制発現を行って生化学的検討を行ったところ、タンパクの局在に大きな変化はなかったが、ホールセルパッチクランプ法により変異体はトランスポータ機能を喪失していることが分かった。CRISPR/cas9ゲノム編集技術を用いてノックインマウスを作成したところ、突然死や心機能の低下は見られなかったが、ホモ個体は出生しないことが分かり、生体にとって重要な分子であることが改めて示唆された。続いてこのマウスを使い、吸入麻酔下で右室高頻度ペーシング刺激を行ったところヘテロノックインマウスでのみ多型性心室頻拍が誘導された。現在マウスの単離心筋細胞レベルの研究を行い、電気的特性を明らかにしようとしている。

Research Products

• [Journal Article] Functionally validated SCN5A variants allow interpretation of pathogenicity and prediction of lethal events in Brugada syndrome. (2021)
  • Author(s): Ishikawa T, Kimoto H, Mishima H, Yamagata K, Ogata S, Aizawa Y, Hayashi K, Morita H, Nakajima T, Nakano Y, Nagase S, Murakoshi N, Kowase S, Ohkubo K, Aiba T, Morimoto S, Ohno S, Kamakura S, Nogami A, Takagi M, Karakachoff M, Dina C, Schott JJ, Yoshiura KI, Horie M, Shimizu W, Nishimura K, Kusano K, Makita N.
  • Journal Title: Eur Heart J. Volume: 42(29) Issue: 29 Pages: 2854-2863
  • DOI: 10.1093/eurheartj/ehab254
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Estimating the Posttest Probability of Long QT Syndrome Diagnosis for Rare <i>KCNH2</i> Variants (2021)
  • Author(s): Kozek K, Wada Y, Makita N, Ishikawa T, Crotti L, Kroncke BM, et al.
  • Journal Title: Circulation: Genomic and Precision Medicine Volume: 14 Issue: 4
  • DOI: 10.1161/circgen.120.003289
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Novel electrocardiographic criteria for short QT syndrome in children and adolescents (2021)
  • Author(s): Suzuki H, Horie M, Ishikawa T, Makita N, Nagashima M, et al.
  • Journal Title: EP Europace Volume: 23 Issue: 12 Pages: 2029-2038
  • DOI: 10.1093/europace/euab097
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pathological Features of Lamin Cardiomyopathy (2020)
  • Author(s): Kawano H, Ishimatsu T, Kawamura K, Ishijima M, Hayashi T, Ishikawa T, Makita N, Maemura K.
  • Journal Title: Circulation Journal Volume: 84 Issue: 7 Pages: 1193
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-20-0187
  • NAID: 130007864268
  • ISSN: 1346-9843, 1347-4820
  • Year and Date: 2020-06-25
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enhancing rare variant interpretation in inherited arrhythmias through quantitative analysis of consortium disease cohorts and population controls (2020)
  • Author(s): 2.Walsh R, Lahrouchi N, Tadros R, Kyndt F, Glinge C, Postema PG, et al.
  • Journal Title: Genetics in Medicine Volume: 23 Issue: 1 Pages: 47-58
  • DOI: 10.1038/s41436-020-00946-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SCN5A Mutation Type and a Genetic Risk Score Associate Variably With Brugada Syndrome Phenotype in SCN5A Families (2020)
  • Author(s): 3.Wijeyeratne YD, Tanck MW, Mizusawa Y, Batchvarov V, Barc J, Crotti L, et al.
  • Journal Title: Circulation: Genomic and Precision Medicine Volume: 13 Issue: 6
  • DOI: 10.1161/circgen.120.002911
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transethnic Genome-Wide Association Study Provides Insights in the Genetic Architecture and Heritability of Long QT Syndrome (2020)
  • Author(s): Lahrouchi N, Tadros R, Crotti L, Makiyama T et al.
  • Journal Title: Circulation Volume: 142 Issue: 4 Pages: 324-338
  • DOI: 10.1161/circulationaha.120.045956
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cardiac Emerinopathy (2020)
  • Author(s): Ishikawa Taisuke、Ichida Fukiko、Makita Naomasa et al
  • Journal Title: Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology Volume: 13 Issue: 10 Pages: 1165-1174
  • DOI: 10.1161/circep.120.008712
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Telethonin variants found in Brugada syndrome, J-wave pattern ECG, and ARVC reduce peak Nav 1.5 currents in HEK-293 cells (2020)
  • Author(s): Turker I, Makiyama T, Ueyama T, Shimizu A, Yamakawa M, Chen PS, Vatta M, Horie M, Ai T
  • Journal Title: Pacing Clin Electrophysiol Volume: 43 Issue: 8 Pages: 838-846
  • DOI: 10.1111/pace.13996
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Erratum to “Optical Recording of Action Potentials in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiac Single Cells and Monolayers Generated from Long QT Syndrome Type 1 Patients” (2020)
  • Author(s): Takaki T, Inagaki A, Chonabayashi K, Inoue K, Miki K, Ohno S, Makiyama T, Horie M, Yoshida Y.
  • Journal Title: Stem Cells International Volume: 2020 Pages: 1-2
  • DOI: 10.1155/2020/8765895
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ブルガダ症候群における致死性不整脈発症に関連するゲノム領域の特定と個別化リスク予測法の樹立 (2021)
  • Author(s): 石川泰輔
  • Organizer: バイエル循環器病研究助成第27回・第28回研究発表会
  • Invited
• [Presentation] Modeling Inherited Arrhythmias Associated with Ryanodine Receptor Dysfunction using iPS Cells (2021)
  • Author(s): Makiyama T, Gao J, Yamamoto Y, Ishikawa T, Makita N, Kimura T et al.
  • Organizer: 第85回日本循環器学会学術集会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of an Oligonucleotide-Based Therapeutic Approach for Calmodulinopathy (2021)
  • Author(s): Makiyama T, Yamamoto Y, Kondoh Y, Gao J, Kashiwa A, Aizawa T, Imamura T, Huang H, Kohjitani H, Ishikawa T, Yoshida Y, Ohno S, Makita N, Horie M, Kimura T.
  • Organizer: 第85回日本循環器学会学術集会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genetic Analysis of Young-onset Atrial Fibrillation with Family History (2021)
  • Author(s): 熊埜御堂淳, 大江征嗣, 服部悠一, 伊藤章吾, 堀賢介, 石川泰輔, 蒔田直昌, 福本義弘
  • Organizer: 第85回日本循環器学会学術集会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rare Variant of the Glycerol-3-Phosphate Dehydrogenase-1 Like (GPD1-L) Gene in Japanese Patients with Brugada Syndrome (2021)
  • Author(s): Usuda K, Hayashi K, Ishikawa T, Aizawa Y, Kato T, Tsuda T, Kusayama T, Niwa S, Usui S, Sakata K, Kawashiri M, Mishima H, Yoshiura K, Makita N, Takamura M.
  • Organizer: 第85回日本循環器学会学術集会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cardiac Emerinopathy, Novel Non-syndromic X-linked Left Ventricular Noncompaction Associated with Progressive Atrial Conduction Disturbance (2020)
  • Author(s): Ishikawa T, Mishima H, Barc J, Hirono K, Terada S, Kowase S, Sato T, Yui Y, Mukai Y, Ohkubo K, Kimoto H, Watanabe H, Hata Y, Aiba T, Ohno S, Chishaki A, Shimizu W, Horie M, Ichida F, Nogami A, Yoshiura K, Makita N.
  • Organizer: 第84回日本循環器学会学術集会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] iPS Cell-Based Inherited Arrhythmia Disease Modeling. iPSCs: Limitations and Future challenges. Cardiac Arrhythmias (2020)
  • Author(s): Makiyama T.
  • Organizer: 第84回日本循環器学会学術集会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Preclinical Proof-of-Concept Study: Antisense-mediated Knockdown of CALM as a Therapeutic Strategy for Calmodulinopathy (2020)
  • Author(s): Yamamoto Y, Makiyama T, Kondo Y, Iriyama Y, Ishikawa R, Kimura T et al.
  • Organizer: European Society of Cardiology Congress 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Clinical and genetic aspects of pediatric Brugada syndrome (2020)
  • Author(s): Imamura T, Makiyama T, Sumitomo N, Horie M et al.
  • Organizer: European Society of Cardiology Congress 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Inhibition of Late Sodium Current Attenuates Prolonged Action Potential Durations in CACNA1C-E1115K iPS Cell Model with Disrupted Cav1.2 ion Selectivity (2020)
  • Author(s): Yamamoto Y, Makiyama T, Kondo Y, Iriyama Y, Ishikawa R, Kimura T et al.
  • Organizer: The Heart Rhythm Society's Annual Scientific Sessions 2020
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 国立循環器病研究センター 創薬オミックス解析センター 研究業績
  • URL: https://www.ncvc.go.jp/oic/divisions/omix/research/archive/
• [Remarks] 国立循環器病研究センター 創薬オミックス解析センター 研究プロジェクト
  • URL: http://www.ncvc.go.jp/omics/research/project02.html