トランスポゾンと核内高次構造から解き明かす複雑な染色体構造異常の発生メカニズム

• Project/Area Number: 21K07873
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52050:Embryonic medicine and pediatrics-related
• Research Institution: Tokyo Women's Medical University
• Principal Investigator: 山本 俊至 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (20252851)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 染色体異常 / マイクロアレイ染色体検査 / long-read sequencer / ゲノムコピー数 / バリアント / リピート / ロングリードシーケンス / マイクロアレイ

Outline of Research at the Start

これまでに知られているメカニズムだけでは説明しきれない複雑な染色体構造異常が存在する。本研究においては、そのような複雑な染色体構造異常のメカニズムを解明することを目的とする。この目的のために新たな技術として、nanoporeシーケンスによる超long sequenceを行う。さらに、切断・融合点周辺に位置するレトロランスポゾンなどの反復配列の相同性にも注目して染色体の高次構造をsimulationするとともに、細胞核内におけるDUPあるいはTRP領域の空間的な位置関係を3次元FISH(3D-FISH)によって検証し、構造異常の必然性について検証する。

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者は、原因不明の神経発達障害の成因を明らかにするため、これまで数千例の患者のゲノムコピー数解析を行ってきた。その結果、疾患の原因遺伝子の同定に繋がるような貴重な染色体微細異常を数多く報告してきた。染色体微細異常の多くは単純な欠失や重複であり、non-allelic homologous recombination (NAHR)によって引き起こされる場合が多いことも明らかになっている。一方、染色体微細異常の中には一部がさらに３重複しているなど、一見して複雑な構造異常を示す例もあり、duplication-inverted/triplication-duplication (DUP-INV/TRP-DUP)によるものであることを明らかにできた例もある。このように、染色体微細構造異常の中には複雑な構造異常を示し、発生メカニズムも明らかでないものもある。
今年度は同じ染色体腕内に２つの欠失が連続するもの、同じ染色体腕内に欠失と重複が連続するものそれぞれ２例について構造解析を行い、メカニズムを明らかにした。その結果、近傍の２つの異常はそれぞれ独立して形成されているのではなく、お互いに複雑な構造異常を形成していることが明らかになった。
連続する２つの欠失はchromothripsis によって説明することができたが、欠失と重複が連続するタイプでは切断点に由来不明の塩基配列が挿入されており、alternative nonhomologous end-joiningが関わっていると考えられた。この結果から、複数の染色体欠失や重複が連続する場合、より複雑な構造異常が生じていることが示唆された。複雑な構造異常が疑われる場合は、全ゲノム検査によるより詳細な分析が推奨される。
さらにサンプルを増やして解析し、構造異常のメカニズムを明らかにしていく予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度は、初年度に解析した同じ染色体腕上に２つ以上の欠失ないし重複を示す４例について、long-read sequencerによる全ゲノム解析の結果をまとめて投稿した。その結果はAm J Med Genet Aに掲載された。この解析では、全ゲノム解析結果で得られたBAMファイルを用いてIGVで視覚化し、soft-clipする断端に注目してプライマーを設定し、PCRを行い、増幅産物が得られたものについては引き続きサンガー法で塩基配列を決定した。その結果、4サンプルにおいて全ての切断融合点を同定することができた。現在染色体サブテロメア領域のinverted-duplication-deletion (INV-DUP-DEL)も含めた複雑な構造異常の解析を行っており、切断点における反復配列などの特徴や、レトロトランスポゾンとの関りについて検証する予定である。

Strategy for Future Research Activity

今年度、複雑な染色体構造異常の１つである染色体サブテロメア領域のinverted-duplication-deletionの解析を行ってきた。現在その成果を論文として投稿中である。さらにDUP-TRP/INV-DUPの解析も進めていく。最終的には切断融合点の配列の特徴や、レトロトランスポゾンとの関りについて検証する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Variant spectrum of PIEZO1 and KCNN4 in Japanese patients with dehydrated hereditary stomatocytosis (2023)
  • Author(s): Nakahara E, Shimojima Yamamoto K*, OguraH, Aoki T, Utsugisawa T, Azuma K, Akagawa H, Watanabe K, Muraoka M, Nakamura F, Kamei M, Tatebayashi K, Shinozuka J, Yamane T, Hibino M, Katsura Y, Nakano-Akamatsu S, Kadowaki N, Maru Y, Ito E, Ohga S, Yagasaki H, Morioka I, Yamamoto T, Kanno H
  • Journal Title: Human Genome Variation Volume: 10 Issue: 1 Pages: 8-8
  • DOI: 10.1038/s41439-023-00235-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Preimplantation Genetic Testing for Aneuploidy for Recurrent Pregnancy Loss and Recurrent Implantation Failure in Minimal Ovarian Stimulation Cycle for Women Aged 35-42 Years: Live Birth Rate, Developmental Follow-up of Children, and Embryo Ranking (2023)
  • Author(s): Kato K, Kuroda T, Yamadera-Egawa R, Ezoe K, Aoyama N, Usami A, Miki T, Yamamoto T, Takeshita T
  • Journal Title: Reproductive Sciences Volume: 30 Issue: 3 Pages: 974-983
  • DOI: 10.1007/s43032-022-01073-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interstitial microdeletions of 3q26.2q26.31 in two patients with neurodevelopmental delay and distinctive features (2023)
  • Author(s): Tamura T, Yamamoto Shimojima K, Shiihara T, Sakazume S, Okamoto N, Yagasaki H, Morioka I, Kanno H, Yamamoto T
  • Journal Title: American Journal of Medical Genetics Part A Volume: 191 Issue: 2 Pages: 400-407
  • DOI: 10.1002/ajmg.a.63034
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long-read sequence analysis for clustered genomic copy number aberrations revealed architectures of intricately intertwined rearrangements (2023)
  • Author(s): Tamura T, Shimojima Yamamoto K, Okamoto N, Yagasak H, Morioka I, Kanno H, Minakuchi Y, Toyoda A, Yamamoto T
  • Journal Title: American Journal of Medical Genetics Part A Volume: 191 Issue: 1 Pages: 112-119
  • DOI: 10.1002/ajmg.a.62997
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Need for revision of the ACMG/AMP guidelines for interpretation of X-linked variants (2022)
  • Author(s): Inoue Yoko、Machida Osamu、Kita Yosuke、Yamamoto Toshiyuki
  • Journal Title: Intractable & Rare Diseases Research Volume: 11 Issue: 3 Pages: 120-124
  • DOI: 10.5582/irdr.2022.01067
  • ISSN: 2186-361X, 2186-3644
  • Year and Date: 2022-08-31
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interstitial deletions in the proximal regions of 6q: 12 original cases and a literature review (2022)
  • Author(s): Machida O, Yamamoto Shimojima K, Shiihara T, Akamine S, Kira R, Hasegawa Y, Nishi E, Okamoto N, Nagata S, Yamamoto T
  • Journal Title: Intractable & Rare Diseases Research Volume: 11 Issue: 3 Pages: 143-148
  • DOI: 10.5582/irdr.2022.01065
  • ISSN: 2186-361X, 2186-3644
  • Year and Date: 2022-08-31
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genotype-phenotype correlation in six patients with interstitial deletions spanning 13q31 (2022)
  • Author(s): Muramatsu M, Shimojima Yamamoto K, Pin Fee Chong P-F, Ryutaro Kira R, Nobuhiko Okamoto N, Yamamoto T
  • Journal Title: NO TO HATTATSU Volume: 54 Issue: 5 Pages: 317-322
  • DOI: 10.11251/ojjscn.54.317
  • ISSN: 0029-0831, 1884-7668
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Novel BCL11B truncation variant in a patient with developmental delay, distinctive features, epilepsy, and early craniosynostosis (2022)
  • Author(s): Eto K, Machida O, Yanagishita T, Yamamoto Shimojima K, Chiba K, Aihara Y, Nagata M, Isihara Y, Miyashita Y, Asano Y, Nagata S, Toshiyuki Yamamoto T
  • Journal Title: Human Genome Variation Volume: 9 Issue: 1 Pages: 43-43
  • DOI: 10.1038/s41439-022-00220-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Inverted-duplication-deletion of chromosome 10q identified in a patient with systemic lupus erythematosus (2022)
  • Author(s): Kaneko S, Shimbo A, Irabu H, Yamamoto T, Shimizu M
  • Journal Title: Pediatrics International Volume: 65 Issue: 1
  • DOI: 10.1111/ped.15396
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Non-invasive prenatal testing suggesting an abnormality in chromosome 15 confirmed to be a case of Prader-Willi syndrome caused by trisomy rescue in the neonatal period (2022)
  • Author(s): Okuda T, Moroto M, Yamamoto T
  • Journal Title: Journal of Obsterics and Gynecology Research Volume: 48 Issue: 8 Pages: 2214-2218
  • DOI: 10.1111/jog.15236
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Association of autosomal-recessive-type distal renal tubular acidosis and Glanzmann thrombasthenia as a consequence of runs of homozygosity (2022)
  • Author(s): Aso K, Soutome T, Satoh M, Aoki T, Ogura H, Yamamoto T, Kanno H, Takahashi H
  • Journal Title: Clinical Case Reports Volume: 10 Issue: 7
  • DOI: 10.1002/ccr3.6070
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Clinical and genetic diagnosis of thirteen Japanese patients with hereditary spherocytosis (2022)
  • Author(s): Yamamoto Keiko Shimojima、Utshigisawa Taiju、Ogura Hiromi、Aoki Takako、Kawakami Takahiro、Ohga Shoichi、Ohara Akira、Ito Etsuro、Yamamoto Toshiyuki、Kanno Hitoshi
  • Journal Title: Human Genome Variation Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1038/s41439-021-00179-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Leigh syndrome-like MRI changes in a patient with biallelic HPDL variants treated with ketogenic diet (2021)
  • Author(s): Numata-Uematsu Yurika、Uematsu Mitsugu、Yamamoto Toshiyuki、Saitsu Hirotomo、Katata Yu、Oikawa Yoshitsugu、Saijyo Naoya、Inui Takehiko、Murayama Kei、Ohtake Akira、Osaka Hitoshi、Takanashi Jun-ichi、Kure Shigeo、Inoue Ken
  • Journal Title: Molecular Genetics and Metabolism Reports Volume: 29 Pages: 100800-100800
  • DOI: 10.1016/j.ymgmr.2021.100800
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] HECW2-related disorder in four Japanese patients (2021)
  • Author(s): Yanagishita T, Hirade T, Shimojima Yamamoto K, Funatsuka M, Miyamoto Y, Maeda M, Yanagi K, Kaname T, Nagata S, Nagata M, Ishihara Y, Miyashita Y, Asano Y, Sakata Y, Kosaki K, Yamamoto T
  • Journal Title: Am Med Genet A Volume: 185 Issue: 10 Pages: 2895-2902
  • DOI: 10.1002/ajmg.a.62363
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical spectrum of individuals with de novo EBF3 variants or deletions (2021)
  • Author(s): Nishi Eriko、Uehara Tomoko、Yanagi Kumiko、Hasegawa Yuiko、Ueda Kimiko、Kaname Tadashi、Yamamoto Toshiyuki、Kosaki Kenjiro、Okamoto Nobuhiko
  • Journal Title: American Journal of Medical Genetics Part A Volume: 185 Issue: 10 Pages: 2913-2921
  • DOI: 10.1002/ajmg.a.62369
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impaired neuronal activity and differential gene expression in STXBP1 encephalopathy patient iPSC-derived GABAergic neurons (2021)
  • Author(s): Ichise Eisuke、Chiyonobu Tomohiro、Ishikawa Mitsuru、Tanaka Yasuyoshi、Shibata Mami、Tozawa Takenori、Taura Yoshihiro、Yamashita Satoshi、Yoshida Michiko、Morimoto Masafumi、Higurashi Norimichi、Yamamoto Toshiyuki、Okano Hideyuki、Hirose Shinichi
  • Journal Title: Human Molecular Genetics Volume: - Issue: 14 Pages: 1337-1348
  • DOI: 10.1093/hmg/ddab113
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Recurrent de novo pathogenic variant of WASF1 in a Japanese patient with neurodevelopmental disorder with absent language and variable seizures (2021)
  • Author(s): Shimojima Yamamoto Keiko、Yanagishita Tomoe、Yamamoto Hisako、Miyamoto Yusaku、Nagata Miho、Ishihara Yasuki、Miyashita Yohei、Asano Yoshihiro、Sakata Yasushi、Yamamoto Toshiyuki
  • Journal Title: Human Genome Variation Volume: 8 Issue: 1 Pages: 43-43
  • DOI: 10.1038/s41439-021-00176-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Blended phenotype of combination of HERC2 and AP3B2 deficiency and Angelman syndrome caused by paternal isodisomy of chromosome 15 (2021)
  • Author(s): Ueda K, Ogawa S, Matsuda K, Hasegawa Y, Nishi E, Yanagi K, Kaname T, Yamamoto T, Okamoto N.
  • Journal Title: Am J Med Genet A Volume: 185 Issue: 10 Pages: 3092-3098
  • DOI: 10.1002/ajmg.a.62371
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deep intronic deletion in intron 3 of PLP1 is associated with a severe phenotype of Pelizaeus-Merzbacher disease (2021)
  • Author(s): Yamamoto-Shimojima Keiko、Akagawa Hiroyuki、Yanagi Kumiko、Kaname Tadashi、Okamoto Nobuhiko、Yamamoto Toshiyuki
  • Journal Title: Human Genome Variation Volume: 8 Issue: 1 Pages: 14-14
  • DOI: 10.1038/s41439-021-00144-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Japanese patient with a 2p25.3 terminal deletion presented with early‐onset obesity, intellectual disability and diabetes mellitus: A case report (2021)
  • Author(s): Sakaue Taka‐aki、Obata Yoshinari、Fujishima Yuya、Kozawa Junji、Otsuki Michio、Yamamoto Toshiyuki、Maeda Norikazu、Nishizawa Hitoshi、Shimomura Iichiro
  • Journal Title: Journal of Diabetes Investigation Volume: 13 Issue: 2 Pages: 391-396
  • DOI: 10.1111/jdi.13645
  • Peer Reviewed
• [Presentation] マイクロアレイ染色体検査結果の解釈について (2023)
  • Author(s): 山本俊至
  • Organizer: 第７回認定遺伝カウンセラーアドバンスド研修会
  • Invited
• [Presentation] 【シンポジウム８】「NIPT(Non-Invasive Prenatal Genetic Testing)の現状と今後」 (2022)
  • Author(s): 山本俊至
  • Organizer: 第58回 日本周産期・新生児医学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] マイクロアレイ検査とてんかんについて (2022)
  • Author(s): 山本俊至
  • Organizer: 第13回 北海道小児神経研究会
  • Invited
• [Presentation] 【教育講演】出生前診断・着床前診断の現状と課題 (2022)
  • Author(s): 山本俊至
  • Organizer: 第125回日本小児科学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] アレイCGHの臨床現場での活用 (2022)
  • Author(s): 山本俊至
  • Organizer: New Insights of Molecular Genetics on Growth Disorders 2022
  • Invited
• [Presentation] 染色体微細構造異常とてんかん症候群 (2021)
  • Author(s): 山本俊至
  • Organizer: 第54回日本てんかん学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 保険診療となるマイクロアレイ染色体検査の小児神経疾患領域での運用 (2021)
  • Author(s): 山本俊至
  • Organizer: 第63回日本小児神経学会学術集会
  • Invited
• [Book] Prof.山本のマイクロアレイ染色体検査入門 (2021)
  • Author(s): 山本 俊至
  • Total Pages: 136
  • Publisher: 診断と治療社
  • ISBN: 9784787824769