Research for causative gene of congenital scoliosis

• Project/Area Number: 20K09416
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56020:Orthopedics-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Watanabe Kota 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 准教授 (60317170)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 米澤 嘉朗 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (40865763) ; 武田 和樹 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (50594735) ; 寺尾 知可史 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (60610459)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 脊椎 / 側弯症 / 先天性側弯症 / 遺伝子 / TBX6 / LFNG / エクソーム解析 / トリオ解析

Outline of Research at the Start

背骨が曲がる疾患である側弯症のうち、先天的な脊椎の奇形が原因で起きるものを先天性側弯症（以下、CS）と呼ぶ。CSは低年齢で発症し、重症例では高度な胸郭変形により呼吸機能が著しく低下し生命予後を低下させるため、より早期に診断し、早期に治療が必要な疾患である。近年、CSの発症には遺伝的要素の関与が疑われるようになった。そこで本研究の目的は、CSに対しエクソーム解析という網羅的に遺伝子を解析する手法によって原因遺伝子を同定し、その機能解析研究を行なうことである。これにより、CSの発症メカニズムを解明され、早期診断技術や治療技術の開発につながる可能性がある。

Outline of Final Research Achievements

To identify novel causative genes for Congenital Scoliosis (CS) and Spondylocostal Dysostosis (SCD), we analyzed 143 samples from CS patients, 18 samples from SCD patients, and performed trio analysis on 66 pedigrees. As a result, we identified a total of 20 candidate genes, with 6 showing an autosomal dominant inheritance model and 14 showing an autosomal recessive inheritance model. Among these candidates, there were promising genes such as DNAH3 and DNAH12, which are involved in ciliary motility, IRX6, which is involved in neurogenesis, and PLXNA3, which potentially plays a role in spinal morphology. Moving forward, we plan to collaborate with a research group to evaluate the genes involved in somite formation using organoids.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

CS、SCDは 低年齢で発症し、重症例は胸郭容量の減少により肺成長が阻害されてQOLや生命予後を低下させる可能性がある疾患である。我々は日本人CSの約10%がTBX6遺伝子の変異によって起こること、さらにCSとSCDは、TBX6遺伝子においては一連の疾患群であり、表現型は変異の重症度に依存していること、TBX6に加えてLFNG 遺伝子が、CSの新規原因遺伝子であることを明らかにした。しかしこれらの変異はCS全体の約10-15%程度であり、未だ病因に関しては不明な点が多い。本病態を明らかにすることは、CSやSCDの生命予後を改善する可能性がある。

Research Products

• [Journal Article] 増大号特集 もう悩まない こどもと思春期の整形外科診療 3章 学校運動器検診からの二次検診 脊柱側弯症 (2022)
  • Author(s): 渡辺 航太
  • Journal Title: 臨床整形外科 Volume: 57 Issue: 5 Pages: 547-552
  • DOI: 10.11477/mf.1408202332
  • ISSN: 0557-0433, 1882-1286
  • Year and Date: 2022-05-25
• [Journal Article] 特集 脊柱変形矯正の進歩 早期発症側弯症手術の進歩 (2022)
  • Author(s): 渡辺 航太
  • Journal Title: 整形･災害外科 Volume: 65 Issue: 2 Pages: 135-141
  • DOI: 10.18888/se.0000002028
  • ISSN: 0387-4095
  • Year and Date: 2022-02-01
• [Journal Article] Identification of a Functional Susceptibility Variant for Adolescent Idiopathic Scoliosis that Upregulates Early Growth Response 1 (EGR1)‐Mediated <scp> <i>UNCX</i> </scp> Expression (2022)
  • Author(s): Yonezawa Yoshiro、Guo Long、Kakinuma Hisaya、Otomo Nao、Yoshino Soichiro、Takeda Kazuki、Nakajima Masahiro、他42名
  • Journal Title: Journal of Bone and Mineral Research Volume: 38 Issue: 1 Pages: 144-153
  • DOI: 10.1002/jbmr.4738
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 【小児疾患診療のための病態生理 3 改訂第6版】骨・運動器疾患 脊柱側彎症 (2022)
  • Author(s): 渡辺 航太
  • Journal Title: 小児内科 Volume: 54 Pages: 524-629
• [Journal Article] 革新的技術がもたらす小児運動器難病の新展開 基礎から臨床へ 先天性側彎症 基礎(TBX6遺伝子) (2022)
  • Author(s): 武田和樹, 大伴直央, 川井俊介, 中村雅也, 松本守雄, 戸口田 淳也, 池川志郎, 渡辺航太
  • Journal Title: 整形外科 Volume: 72 Pages: 259-262
• [Journal Article] 肋骨異常を伴う先天性側弯症 (2021)
  • Author(s): 渡辺航太
  • Journal Title: 整形・災害外科 Volume: 64 Pages: 1099-1106
• [Journal Article] (I章)脊椎 脊柱変形 思春期特発性側彎症の原因・診断・治療 (2021)
  • Author(s): 渡辺航太
  • Journal Title: 整形外科学レビュー Volume: 22 Pages: 67-71
• [Journal Article] 整形外科領域におけるゲノム医療:現状と臨床への展開 先天性側彎症に対する遺伝子解析の現状. (2020)
  • Author(s): 武田和樹, 黄 郁代, 小倉洋二, 川上紀明, 小谷俊明, 須藤英毅, 米澤郁穂, 宇野耕吉, 種市 洋, 渡辺 慶, 三宅紀子, 重松英樹, 菅原 亮, 谷口優樹, 中村雅也, 松本守雄, 渡辺航太, 千葉一裕, 池川志郎
  • Journal Title: 日本整形外科学会雑誌 Volume: 94 Pages: 24-26
• [Journal Article] 整形外科領域におけるゲノム医療:現状と臨床への展開 思春期特発性側彎症の遺伝子研究 臨床応用をめざして. (2020)
  • Author(s): 松本守雄, 渡邉航太, 池川志郎
  • Journal Title: 日本整形外科学会雑誌 Volume: 94 Pages: 19-23
• [Presentation] GWAS のリスク SNP によって示唆された UNCX 遺伝子と思春期特発性 側弯症の疾患感受性の関連 (2022)
  • Author(s): 米澤嘉朗，大伴直央，武田和樹，郭 竜， 中島正宏，中村雅也，松本守雄，渡辺航太， 池川志郎
  • Organizer: 第51回日本脊椎脊髄病学会学術集会
• [Presentation] GWAS のリスク遺伝子多型により同定された UNCX と EGR1 の思春期特発性側弯症疾患感受性について (2022)
  • Author(s): 米澤嘉朗, 大伴直央, 武田和樹, 郭 竜, 中島正宏, 中村雅也, 松本守雄, 池川志郎, 渡邉航太
  • Organizer: 第 37 回日本整形外科学会基礎学術集会
• [Presentation] 思春期特発性側弯症の GWAS より同定したリスクバリアントが与える UNCX 遺伝子の発現上昇について. (2021)
  • Author(s): 米澤嘉朗, 大伴直央, 武田和樹, 中村雅也, 松本守雄, 池川志郎, 渡辺航太
  • Organizer: 第55回日本側彎症学会学術集会
• [Presentation] Mendelian randomizationによるBMIと思春期特発性側彎症の遺伝的因果関係の検討 (2021)
  • Author(s): 大伴 直央, 米澤 嘉朗, 武田 和樹, 小倉 洋二, 高橋 洋平, 八木 満, 中村 雅也, 池川 志郎, 松本 守雄, 寺尾 知可史, 渡辺 航太, 日本側弯症臨床研究グループ
  • Organizer: 第94回日本整形外科学会
• [Presentation] 特発性側弯症の発症に関連する遺伝子と環境因子 (2020)
  • Author(s): 渡辺航太
  • Organizer: 第93回日本整形外科学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 世界最大規模のゲノムワイド関連解析による思春期特発性側弯症の疾患感受性遺伝子の同定. (2020)
  • Author(s): 大伴直央, 武田和樹, 小倉洋二, 高橋洋平, 重松英樹, 飯田尚裕, 出村 論, 菅原 亮, 藤田順之, 八木 満, 岡田 英次朗, 細金直文, 河野克己, 千葉一裕, 小谷俊明, 佐久間 毅, 赤澤 努, 鈴木哲平, 西田 康太郎, 角谷 賢一朗, 辻 太一, 須藤英毅, 岩田 玲, 佐藤達哉, 稲見 聡, 寺尾 知可史, 中村雅也, 松本守雄, 池川志郎, 渡辺航太
  • Organizer: 第49回日本脊椎脊髄病学会学術集会
• [Presentation] Polygenic risk scoreを用いた遺伝情報を用いた思春期特発性側弯症の発症 予測モデル (2020)
  • Author(s): 大伴直央, 武田和樹, 小倉洋二, 高橋洋平, 重松英樹, 飯田尚裕, 出村 論, 菅原 亮, 藤田順之, 八木 満, 岡田 英次朗, 細金直文, 河野克己, 千葉一裕, 小谷俊明, 佐久間 毅, 赤澤 努, 鈴木哲平, 西田 康太郎, 角谷 賢一朗, 辻 太一, 須藤英毅, 岩田 玲, 佐藤達哉, 稲見 聡, 寺尾 知可史, 中村雅也, 松本守雄, 池川志郎, 渡辺航太
  • Organizer: 第49回日本脊椎脊髄病学会学術集会
• [Presentation] Genetic Prediction of Onset and Progression of Adolescent Idiopathic Scoliosis. (2020)
  • Author(s): Otomo N, Takeda K, Ogura Y, Takahashi Y, Shigematsu H, Iida T, Demura S, Sugawara R, Fujita N, Yagi M, Okada E, Hosogane N, Chiba K, Kotani T, Sakuma T, Akazawa T, Suzuki T, Nishida K, Kakutani K, Tsuji T, Sato T, Inami S, Nakamura M, Matsumoto M, Ikegawa S, Terao C, Watanabe K
  • Organizer: Scoliosis Research Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Multi-ethnic Meta-analysis Defined the Association of rs12946942 with Progression of Adolescent Idiopathic Scoliosis. (2020)
  • Author(s): Takeda K, Otomo N, Anna Grauers, Yan-Hui Fan; Ogura Y, Takahashi Y, Elisabet Einarsdottir; Juha Kere; Matsumoto M, Yong Qiu, You-Qiang Song, Paul Gerdhem, Ikegawa S, Watanabe K
  • Organizer: Scoliosis Research Society
  • Int'l Joint Research