Establishing a Risk Prediction Method for Primary Open Angle Glaucoma Using Next Generation Sequencer and Analysis on Non-synonymous Valiant

• Project/Area Number: 21H02687
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 48040:Medical biochemistry-related
• Research Institution: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: 田代 啓 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (10263097)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池田 陽子 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 客員講師 (00433243) ; 木下 茂 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (30116024) ; 外園 千恵 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (30216585) ; 森 和彦 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 客員教授 (40252001) ; 上野 盛夫 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (40426531) ; 中野 正和 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (70381944) ; 吉井 健悟 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (90388471)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 緑内障 / 発症リスク / GWAS / NGS / 分子標的

Outline of Research at the Start

緑内障は点眼薬治療により視野欠損進行を抑制する介入が可能なため、介入を決断するための低侵襲な血液検査による発症リスク予測法開発が切望されているが、その実用化に最適なプラットフォームは不明である。また、既存薬と分子標的が異なる点眼薬の開発も切望されている。本研究では、成功した全ゲノム解析(GWAS)で同定した緑内障発症ゲノム予測マーカーバリアント候補群から実際に使用するバリアント群を確定するとともに、緑内障発症ゲノム予測のプラットフォームとして次世代シーケンサー(NGS)の利用に必要なステップの構築とその優位性と欠点の評価を行い、緑内障発症における分子機序を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

緑内障は点眼薬治療により視野欠損進行を抑制する介入が可能なため、介入を決断するための低侵襲な血液検査による発症リスク予測法開発が切望されているが、その実用化に最適なプラットフォームは不明である。また、既存薬と分子標的が異なる点眼薬の開発も切望されている。本研究では、以下のように倫理面に配慮して研究を実行した。研究期間全体にわたり緑内障症例群および対照群由来の臨床情報とゲノム情報を取り扱うので、関連する倫理と法令を遵守しながら研究を実行した。また、国際大型共同研究においては、各国各施設での倫理委員会の承認とインフォームドコンセントの下の検体収集と、ジェノタイプデータの取得とその解析が順調に進行中である。
全ゲノム解析(GWAS)で同定した緑内障発症ゲノム予測マーカーバリアント候補群から実際に使用するバリアント群を確定するための研究を実施した。広義POAGの検出力向上のために、9p21.3のrs7865618、1p22.1のrs1192415、XFS/XFGの検出力向上のために、15q24.1のrs3825942、15q24.1のrs3825941、15q24.1のrs16958445、3p24.1のrs12490863の寄与を詳細に検討した。
国際大型共同研究の下、XFS/XFG症例群について次世代シーケンサーによりゲノム上の全エキソン（エキソーム）データを取得し、相関解析（エキソーム解析）を実施した。その結果、コンピュータ予測プログラム（Polyphen-2）でタンパク質の立体構造に重篤な影響を与えると推定された稀なバリアント（“有害バリアント”）のうち、XFS/XFG症例群に特有なバリアントが既報のLOXL1からだけでなくシトクロムP450に属するCYP39A1からも新規に同定された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

プラットフォーム検討のための次世代シーケンサによる使用するマーカーSNPのジェノタイプ決定のために、国際共同で、すでに1000例の次世代シーケンサを用いたエキソーム解析データ取得を完了している。今後さらに150例の次世代シーケンサデータ取得を行ったあと、既存のDNAアレイデータとの精度の比較を実施する目処が立っている。
既存の緑内障点眼薬と異なる作用機序の点眼薬開発に向けて、既存薬と異なる分子標的であるCYP39A1領域を同定して、その生化学的な解析を実施して既存薬と異なる生化学的なジェノタイプによる差異を見出しているところから、順調に進展していると判断している。

Strategy for Future Research Activity

プラットフォーム検討のための次世代シーケンサによる使用するマーカーSNPのジェノタイプ決定のために、国際共同で、すでに1000例の次世代シーケンサを用いたエキソーム解析データ取得を完了している。今後さらに150例の次世代シーケンサデータ取得を行うためのDNA取得を終えている。それと統合して、今後、既存のDNAアレイデータとの精度の比較を実施する。
既存の緑内障点眼薬と異なる作用機序の点眼薬開発に向けて、既存薬と異なる分子標的であるCYP39A1領域を同定して、その生化学的な解析を実施して既存薬と異なる生化学的なジェノタイプによる差異を見出しているので、ジェノタイプ間での生化学的酵素活性の差異を精査していく。

Research Products

• [Journal Article] 7,8-Dihydroxy-3-(4′-hydroxyphenyl)coumarin inhibits invasion and migration of osteosarcoma cells (2023)
  • Author(s): Sugiyama Yuki、Nakamura Seikou、Tokuda Yuichi、Nakano Masakazu、Hattori Yasunao、Nishiguchi Hiroki、Toda Yuki、Hosogi Shigekuni、Yamashita Masayuki、Tashiro Kei、Ashihara Eishi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 638 Pages: 200-209
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.11.056
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficient DNA/RNA extraction from tarsal plates by SK mill, a freeze-crush apparatus (2022)
  • Author(s): Oku Hiroaki、Watanabe Akihide、Tokuda Yuichi、Nakayama Tomomichi、Tashiro Kei、Sotozono Chie、Nakano Masakazu
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: 172 Issue: 6 Pages: 385-394
  • DOI: 10.1093/jb/mvac078
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel Vertical Cup-to-Disc Classification to Identify Normal Eyes That Maintain Non-Glaucoma Status: A 10-Year Longitudinal Study (2022)
  • Author(s): Ikeda Yoko、Mori Kazuhiko、Maruyama Yuko、Ueno Morio、Yoshii Kengo、Yamamoto Yuji、Imai Kojiro、Omi Natsue、Sato Ryuichi、Sato Fumiko、Nakano Masakazu、Hamuro Junji、Tashiro Kei、Sotozono Chie、Kinoshita Shigeru
  • Journal Title: Journal of Glaucoma Volume: 32 Issue: 2 Pages: 127-132
  • DOI: 10.1097/ijg.0000000000002109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Novel CD135+ Subset of Mouse Monocytes with a Distinct Differentiation Pathway and Antigen-Presenting Properties (2022)
  • Author(s): Kamio Naoka、Yokota Asumi、Tokuda Yuichi、Ogasawara Chie、Nakano Masakazu、Nagao Miki、Tashiro Kei、Maekawa Taira、Onai Nobuyuki、Hirai Hideyo
  • Journal Title: The Journal of Immunology Volume: 209 Issue: 3 Pages: 498-509
  • DOI: 10.4049/jimmunol.2100024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression of activated B cell gene signature is predictive of the outcome of follicular lymphoma. (2022)
  • Author(s): Tsukamoto T, Tokuda Y, Nakano M, Tashiro K, Kuroda J.
  • Journal Title: Blood Adv Volume: 6 Issue: 6 Pages: 1932-1936
  • DOI: 10.1182/bloodadvances.2021005876
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Association of the CYP39A1 G204E Genetic Variant with Increased Risk of Glaucoma and Blindness in Patients with Exfoliation Syndrome (2022)
  • Author(s): Bell Katharina、Mori Kazuhiko、lkeda Yoko、Nakano Masakazu、Ueno Morio、Kinoshita Shigeru、Tashiro Kei、Sotozono Chie、Aung Tin et al.
  • Journal Title: Ophthalmology Volume: 129 Issue: 4 Pages: 406-413
  • DOI: 10.1016/j.ophtha.2021.11.001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Seasonal Variation and Trend of Intraocular Pressure Decrease Over a 20-Year Period in Normal-Tension Glaucoma Patients (2022)
  • Author(s): IKEDA YOKO、MORI KAZUHIKO、UENO MORIO、YOSHII KENGO、NAKANO MASAKAZU、SATO RYUICHI、SATO FUMIKO、MARUYAMA YUKO、IMAI KOJIRO、OMI NATSUE、YAMAMOTO YUJI、YAMASAKI TOSHIHIDE、TASHIRO KEI、SOTOZONO CHIE、KINOSHITA SHIGERU
  • Journal Title: American Journal of Ophthalmology Volume: 234 Pages: 235-240
  • DOI: 10.1016/j.ajo.2021.10.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of novel and recurrent conjoined genes in non-Hodgkin B-cell lymphoma (2021)
  • Author(s): Matsumoto Y, Tsukamoto T, Chinen Y, Shimura Y, Sasaki N, Nagoshi H, Sato R, Adachi H, Nakano M, Horiike S, Kuroda J, Taki T, Tashiro K, Taniwaki M.
  • Journal Title: Journal of Clinical and Experimental Hematopathology Volume: 61 Issue: 2 Pages: 71-77
  • DOI: 10.3960/jslrt.20033
  • NAID: 130008049325
  • ISSN: 1346-4280, 1880-9952
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Age-related changes in optic disc morphology over a 10-year period in normal subjects. (2022)
  • Author(s): Ikeda Y, Mori K, Yoshii K, Ueno M, Maruyama Y, Nakano M, Sato R, Omi N, Imai K, Yamamoto Y, Mieno H, Tokuda Y, Tashiro K, Sotozono C, Kinoshita S.
  • Organizer: American Academy of Ophthalmology
• [Presentation] Seasonal variation of intraocular pressure in non-glaucomatous subjects. (2022)
  • Author(s): Ikeda Y, Mori K, Ueno M, Yoshii K, Nakano M, Maruyama Y, Imai K, Omi N, Mieno Y, Sato R, Tashiro K, Kinoshita S, Sotozono C.
  • Organizer: Annual Meeting of the Association for Research in Vision and Ophthalmology