Investigating the pathogenesis of bone marrow failure in children using single-cell gene expression analysis.

• Project/Area Number: 22K07819
• 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: Nagoya University
• Principal Investigator: 成田 敦 名古屋大学, 医学部附属病院, 助教 (20625149)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村松 秀城 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (00572570) ; 奥野 友介 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (00725533) ; 高橋 義行 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (40432273)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 骨髄不全症 / 再生不良性貧血 / 低形成骨髄異形成症候群 / 次世代シーケンサー / シングルセル遺伝子発現解析 / 低形成骨髄不全症

Outline of Research at the Start

後天性の小児骨髄不全の診断においては、再生不良性貧血とRefractory cytopenia of　childhood (RCC) の鑑別が問題となる。RCCは骨髄異形成症候群の一病型とされ、再生不良性貧血とは形態学的に区別されるが、汎血球減少をきたし、免疫抑制療法が奏功する点については差異がなく，病態機構の異同については明らかになっていない。本研究の目的はRCCを含む小児骨髄不全の病態機構を解明することである。患者臨床検体を用いて、形態学的診断、次世代シーケンサーによる網羅的遺伝子解析、シングルセル遺伝子発現解析を実施し、造血の初期プロセスや疾患発症に関与する免疫学的機構を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

小児骨髄不全症は骨髄低形成および汎血球減少を特徴とする稀な血液疾患であり、先天性と後天性に大別される。先天性にはFanconi貧血や先天性角化不全症などの遺伝性骨髄不全症が含まれる。後天性の小児骨髄不全の診断においては、再生不良性貧血とRefractory cytopenia of childhood (RCC) の鑑別が問題となる。RCCは骨髄異形成症候群の一病型とされ、再生不良性貧血とは形態学的に区別されるが、汎血球減少をきたし、免疫抑制療法が奏功する点については差異がなく，病態機構の異同については明らかになっていない。本研究の目的はRCCを含む小児骨髄不全の病態機構を解明することである。小児骨髄不全症252症例に対して形態学的診断を前方視的に検討した。AA、RCCおよびRCC-MLDの内訳はそれぞれ63例（25%）、131例（52％）、58例（23%）であり、AAとRCCでは治療成績に差はみられなかったが、RCC-MLDは診断時の染色体異常の出現率が高く、造血細胞移植における生着不全の発症率も高いことが示された。さらに、小児骨髄不全症患者160症例に対してターゲットシーケンスを実施し、21％に体細胞遺伝子変異を伴うクローン性造血の存在を確認した（未発表 データ）。複数例に観察された変異遺伝子はBCOR（12例）、PIGA（4例）であり、これらの遺伝子変異はAAおよびRCC症例においても検出されたが、造血器腫瘍の関連遺伝子であるTP53、CSF3R、U2AF1、SETBP1変異は、いずれもRCC-MLD患者においてのみ同定された。本研究の結果からはAAとRCCの病態には差異はないが、RCC-MLDは進行期MDSにより近い疾患概念であることが推測された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

検体の細胞数が少なく、シングルセル遺伝子発現の解析については条件検討中である。

Strategy for Future Research Activity

小児骨髄不全症における病態解明を目的として、AA、RCC、RCC-MLD患者、正常コントロールの造血前駆細胞（Lin-CD34+）とT細胞（CD3+）を用いたシングルセル遺伝子発現解析を実施する。小児骨髄不全症におけるTリンパ球と造血前駆細胞とのリガンド-レセプター関係を解析するため、CD 3陽性細胞をFACS sortingにより分取し、造血前駆細胞と1:1で混合したものをサンプルとして、Chromium Next GEM シングルセル3’キットv3.1を使用した GEM形成からライブラリを作成する。シーケンスはマクロジェン・ジャパンに外注し、Hiseq Xを用いて1サンプルあたり27万リードで読み取る。解析はSeurat, clusterProfiler, singleR, monocle3, STREAM, CellPhoneDBを使用する。

Research Products

• [Journal Article] Scoring system for diagnosis and pretreatment risk assessment of neuroblastoma using urinary biomarker combinations (2024)
  • Author(s): Amano Hizuru, Uchida Hiroo, Harada Kazuharu, Narita Atsushi, Fumino Shigehisa, et al.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: - Issue: 5 Pages: 1634-1645
  • DOI: 10.1111/cas.16116
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A retrospective analysis of gene fusions and treatment outcomes in pediatric acute megakaryoblastic leukemia without Down syndrome (2024)
  • Author(s): Suzuki Kyogo、Hama Asahito、Okuno Yusuke、Xu Yinyan、Narita Atsushi、Yoshida Nao、Muramatsu Hideki、Nishio Nobuhiro、Kato Koji、Kojima Seiji、Yoo Keon Hee、Takahashi Yoshiyuki
  • Journal Title: Haematologica Volume: -
  • DOI: 10.3324/haematol.2023.283760
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 特集 子どもの検査値の判断に迷ったら 4章 血液一般検査 ５.骨髄検査 (2023)
  • Author(s): 成田 敦
  • Journal Title: 小児科 Volume: 64 Issue: 13 Pages: 1432-1436
  • DOI: 10.18888/sh.0000002833
  • ISSN: 0037-4121
  • Year and Date: 2023-12-20
• [Journal Article] A Japanese retrospective study of non-tuberculous mycobacterial infection in children, adolescents, and young adult patients with hematologic-oncologic diseases (2023)
  • Author(s): Tsumura Y, Muramatsu H, Tetsuka N, Imaizumi T, Sato K, Inoue K, Motomura Y, Cho Y, Yamashita D, Sajiki D, Maemura R, Yamamori A, Imaya M, Wakamatsu M, Narita K, Kataoka S, Hamada M, Taniguchi R, Nishikawa E, Narita A, Nishio N, Kojima S, Hoshino Y, Takahashi Y.
  • Journal Title: Haematologica Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hematological abnormalities in Jacobsen syndrome: cytopenia of varying severities and morphological abnormalities in peripheral blood and bone marrow. (2023)
  • Author(s): Yamashita D, Muramatsu H, Narita A, Wakamatsu M, Tsumura Y, Sajiki D, Maemura R, Yamamori A, Imaya M, Narita K, Kataoka S, Taniguchi R, Nishio N, Okuno Y, Fujita N, Koh K, Umeda K, Morihana E, Iwafuchi H, Ito M, Kojima S, Hama A, Takahashi Y.
  • Journal Title: Haematologica Volume: 108 Pages: 3438-3443
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical and molecular features of CBL-mutated juvenile myelomonocytic leukemia (2023)
  • Author(s): Yoshida T, Muramatsu H, Wakamatsu M, Sajiki D, Murakami N, Kitazawa H, Okamoto Y, Taniguchi R, Kataoka S, Narita A, Hama A, Okuno Y, Takahashi Y.
  • Journal Title: Haematologica Volume: 108 Pages: 3115-3119
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human leukocyte antigen 7/8-matched unrelated bone marrow transplantation using anti-thymocyte globulin in children (2023)
  • Author(s): Hamada Motoharu、Muramatsu Hideki、Torii Yuka、Suzuki Kyogo、Narita Atsushi、Yoshida Taro、Imaya Masayuki、Yamamori Ayako、Wakamatsu Manabu、Miwata Shunsuke、Narita Kotaro、Kataoka Shinsuke、Kawashima Nozomu、Taniguchi Rieko、Nishikawa Eri、Nishio Nobuhiro、Ito Yoshinori、Kojima Seiji、Takahashi Yoshiyuki
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: - Issue: 1 Pages: 125-130
  • DOI: 10.1007/s12185-023-03571-5
• [Journal Article] Germline and somatic RUNX1 variants in a pediatric bone marrow failure cohort (2023)
  • Author(s): Yamamori Ayako, Hamada Motoharu, Muramatsu Hideki, Wakamatsu Manabu, Hama Asahito, Narita Atsushi, Tsumura Yusuke, Yoshida Taro, Doi Takehiko, Terada Kazuki, Higa Takeshi, Yamamoto Nobuyuki, Miura Hiroki, Shiota Mitsutaka, et al.
  • Journal Title: American Journal of Hematology Volume: - Issue: 5
  • DOI: 10.1002/ajh.26874
• [Journal Article] Efficacy and safety of equine anti-thymocyte immunoglobulin (eATG) in three Japanese patients with moderate to very severe aplastic anemia: a case series (2022)
  • Author(s): Kanda Yoshinobu、Mori Takehiko、Narita Atsushi、Wolter Kevin D.、Yoshimatsu Hiroki、Nishimura Kazuma
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 117 Issue: 1 Pages: 37-43
  • DOI: 10.1007/s12185-022-03496-5
• [Journal Article] Minor PNH clones do not distinguish inherited bone marrow failure syndromes from immune-mediated aplastic anemia (2022)
  • Author(s): Narita Atsushi、Miwata Shunsuke、Imaya Masayuki、Tsumura Yusuke、Yamamori Ayako、Wakamatsu Manabu、Hamada Motoharu、Taniguchi Rieko、Okuno Yusuke、Muramatsu Hideki、Takahashi Yoshiyuki
  • Journal Title: Blood Advances Volume: 6 Issue: 8 Pages: 2517-2519
  • DOI: 10.1182/bloodadvances.2021006044
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 小児SOS/VODに対する体外式超音波検査のスコア（HokuUS-10）の有用性 (2024)
  • Author(s): 成田 敦、前村 遼、山下大紀、佐治木大知、津村悠介、山森彩子、若松学、成田幸太郎、片岡伸介、島崎紀子、村松秀城、高橋義行
  • Organizer: 第46回日本造血・免疫細胞療法学会
• [Presentation] Hematopoietic cell transplantation for inherited bone marrow failure syndromes (2023)
  • Author(s): Atsushi Narita
  • Organizer: 第65回日本造血細胞移植学会総会
  • Invited
• [Presentation] Genetic characterization of idiopathic bone marrow failures in children (2023)
  • Author(s): Atsushi Narita, Hideki Muramatsu, Manabu Wakamatsu, Yusuke Okuno, Daiki Yamashita, Daichi Sajiki, Ryo Maemura, Yusuke Tsumura, Ayako Yamamori, Kotaro Narita, Shinsuke Kataoka, Noriko Shimazaki, Nobuhiro Nishio, Motoharu Hamada, Hideto Iwafuchi, Masafumi Ito, Asahito Hama, Seiji Kojima, Yoshiyuki Takahashi
  • Organizer: 第85回 日本血液学会学術集会
• [Presentation] Short telomeres before transplant are associated with graft failure following hematopoietic cell transplant for children with aplastic anemia (2023)
  • Author(s): Atsushi Narita, Hideki Muramatsu, Masayuki Imaya, Daiki Yamashita, Daichi Sajiki, Ryo Maemura, Yusuke Tsumura, Ayako Yamamori, Manabu Wakamatsu, Kotaro Narita, Shinsuke Kataoka, Rieko Taniguchi, Nobuhiro Nishio, Yoshiyuki Takahashi
  • Organizer: 49th Annual Meeting of the EBMT
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pre-transplant short telomeres are associated with graft failure following HSCT for aplastic anemia (2023)
  • Author(s): Atsushi Narita, Masayuki Imaya, Daiki Yamashita, Daichi Sajiki, Ryo Maemura, Yusuke Tsumura, Ayako Yamamori, Manabu Wakamatsu, Kotaro Narita, Shinsuke Kataoka, Rieko Taniguchi, Hideki Muramatsu, Nobuhiro Nishio, Yoshiyuki Takahashi
  • Organizer: 第45回日本造血・免疫細胞療法学会
• [Presentation] Investigation of telomere length shortening in pediatric aplastic anemia and congenital bone marrow failure (2022)
  • Author(s): Atsushi Narita
  • Organizer: The 6th Annual International Congress of Blood and Marrow Transplantation
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Danazol added to immunosuppressive therapy in children with aplastic anemia: A propensity score-matched cohort study (2022)
  • Author(s): Atsushi Narita, Kazuko Kudo, Hideki Muramatsu, Hiroshi Yagasaki, Ryoji Kobayashi, Hiromasa Yabe, Akira Ohara, Shouichi Ohga, Seiji Kojima, Yoshiyuki Takahashi
  • Organizer: 第64回日本小児血液・がん学会
• [Presentation] Predictive value of PNH clones for inherited bone marrow failure syndromes diagnosis (2022)
  • Author(s): Atsushi Narita, Hideki Muramatsu, Masayuki Imaya, Daichi Sajiki, Yusuke Tsumura, Ryo Maemura, Ayako Yamamori, Manabu Wakamatsu, Motoharu Hamada, Shinsuke Kataoka, Rieko Taniguchi, Nobuhiro Nishio, Yusuke Okuno, Yoshiyuki Takahashi
  • Organizer: 第84回日本血液学会学術集会