Elucidation of the pathogenesis common to neutropenia and B-cell deficiency

• Project/Area Number: 22K07887
• 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 Medical and Dental University
• Principal Investigator: 金兼 弘和 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 寄附講座教授 (00293324)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 先天性免疫異常症 / 好中球減少症 / B細胞欠損症 / iPS細胞 / ノックインマウス / 原発性免疫不全症

Outline of Research at the Start

本研究の概要は、好中球減少症とB細胞欠損を有する患者で同定された新奇HYOU1遺伝子の機能解析を行うことである。HYOU1欠損症はこれまで1例のみ報告されており、既報告では折り畳み不全蛋白の障害と酸化還元反応の異常によって好中球減少症が生じると結論づけているが、B細胞欠損の病態については未解決である。健常人および患者由来iPS細胞を作成し、好中球に分化させて、好中球減少の発症機序を明らかにする。また変異を導入したノックインマウスを作製する。好中球減少症とB細胞欠損に共通する分子病態を明らかにするめにHYOU1遺伝子の機能解析を行う研究である。

Outline of Annual Research Achievements

好中球減少症とB細胞欠損症はそれぞれ先天性免疫異常症でしばしばみられる免疫学的異常である。好中球とB細胞はそれぞれ骨髄系幹細胞ならびにリンパ球幹細胞から分化するため、好中球減少症とB細胞欠損症が同時にみられることはほとんどないと考えられる。しかし先天性免疫異常症ではまれに好中球減少症とB細胞欠損症がみられることがある。好中球減少症とB細胞欠損症に共通する分子病態を明らかにすることを本研究の目的とする。HYOU1欠損症は重症先天性好中球減少症の一型であるが、B細胞欠損症を伴う。そこでHYOU1欠損症の分子病態を明らかにすることによって本研究の目的が達せられると予想される。HYOU1欠損症はこれまでフィンランド人の1例でのみの報告がある（Haapaneimi EM. J Allergy Clin Immunol 2017）。今回は新奇HYOU1遺伝子を有する日本人患者を同定した。既報告では折り畳み不全蛋白と酸化還元反応の異常によって好中球減少症が生じると結論づけているが、B細胞欠損症の病態については未解決のままである。そこで正常iPS細胞にフィンランド人ならびに日本人患者由来のHYOU1遺伝子変異を導入し、好中球に分化させることによって、好中球減少のメカニズムを明らかにする。また患者由来iPS細胞を作成し、遺伝子修復も行い、比較検討しながら、同様の検討を行う。さらにiPS細胞からB細胞へ分化させることは困難であるため、HYOU1遺伝子変異を有するノックインマウスの作製も行う。

Current Status of Research Progress

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

Reason

日本人とフィンランド人のHYOU1遺伝子変異（L469PとY231H）をそれぞれ正常iPS細胞にCRISP/Cas9システムを用いて遺伝子導入したところ、それぞれの患者由来iPSを作成することができた。これらのiPS細胞をさまざまなサイトカインを加えた特殊培地内で培養することによって好中球に分化させたところ、患者iPS由来好中球は健常者iPS由来好中球に比べて好中球に分化する細胞数が少なかった。形態的にアポトーシス様にみえたため、Caspase 3/7活性を調べたところ、アポトーシスが亢進していることが示された。
次に日本人患者から得られた末梢血からiPS細胞を作成した。この患者由来iPS細胞に対してCRISP/Cas9システムを用いて遺伝子修復を行った。患者由来ならびに遺伝子修復を行ったiPS細胞を前項と同様に培養し、好中球に分化させたところ、遺伝子修復したiPS細胞は健常者由来iPS細胞と同程度に好中球に分化させることができた。遺伝子修復したiPS細胞由来好中球は健常者と同様にアポトーシスがほとんど認めめられなかった。
マウスES細胞にCRISP/Cas9システムでHYOU1遺伝子変異をノックさせて、ノックインマウスの作製に行っている。

Strategy for Future Research Activity

これまでのiPS細胞を用いた研究からHYOU1欠損症における好中球減少症の病態としてアポトーシスの亢進を見出した。今後はHYOU1欠損症以外の重症先天性好中球減少症（ELANE、HAX1, SRP54など）の患者由来iPS細胞と比較検討することで、詳細な病態を明らかにする。
ノックインマウスを作製して、好中球ならびにB細胞の数や機能を正常マウスと比較することで、ヒトHYOU1欠損症のモデルマウスとしての妥当性を検討し、特にB細胞欠損症の分子病態をトランスクリプトームならびにプロテオーム解析も加えて詳細に解明する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Oulu University Hospital/Helsinki University(フィンランド)
• [Journal Article] A complementary approach for genetic diagnosis of inborn errors of immunity using proteogenomic analysis (2023)
  • Author(s): Sakura F, Noma K, Asano T, Tanita K, Toyofuku E, Kato K, Tsumura M, Nihira H, Izawa K, Mitsui-Sekinaka K, Konno R, Kawashima Y, Mizoguchi Y, Karakawa S, Hayakawa S, Kawaguchi H, Imai K, Nonoyama S, Yasumi T, Ohnishi H, Kanegane H, Ohara O, Okada S
  • Journal Title: PNAS Nexus Volume: 2 Issue: 4 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad104
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hematologically important mutations: Leukocyte adhesion deficiency (second update) (2023)
  • Author(s): Roos D, van Leeuwen K, Madkaikar M, Kambli PM, Gupta M, Mathews V, Rawat A, Kuhns DB, Holland SM, de Boer M, Kanegane H, Parvaneh N, Lorenz M, Schwarz K, Klein C, Sherkat R, Jafari M, Wolach B, den Dunnen JT, Kuijpers TW, Koker MY
  • Journal Title: Blood Cells Mol Dis Volume: 99 Pages: 102726-102726
  • DOI: 10.1016/j.bcmd.2023.102726
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Clinical and Genetic Characterization of Patients with Artemis Deficiency in Japan (2022)
  • Author(s): Inoue Kento、Miyamoto Satoshi、Tomomasa Dan、Adachi Eriko、Azumi Shohei、Horikoshi Yasuo、Ishihara Takashi、Osone Shinya、Kawahara Yuta、Kudo Ko、Kato Zenichiro、Ohnishi Hidenori、Kashimada Kenichi、Imai Kohsuke、Ohara Osamu、van Zelm Menno C.、Cowan Morton J.、Morio Tomohiro、Kanegane Hirokazu
  • Journal Title: Journal of Clinical Immunology Volume: 43 Issue: 3 Pages: 585-594
  • DOI: 10.1007/s10875-022-01405-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Novel STAT1 Variants in Japanese Patients with Isolated Mendelian Susceptibility to Mycobacterial Diseases (2022)
  • Author(s): Ono R, Tsumura M, Shima S, Matsuda Y, Gotoh K, Miyata Y, Yoto Y, Tomomasa D, Utsumi T, Ohnishi H, Kato Z, Ishiwada N, Ishikawa A, Wada T, Uhara H, Nishikomori R, Hasegawa D, Okada S, Kanegane H.
  • Journal Title: Journal of Clinical Immunology Volume: 43 Issue: 2 Pages: 466-478
  • DOI: 10.1007/s10875-022-01396-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Recurrent tandem duplication of UNC13D in familial hemophagocytic lymphohistiocytosis type 3 (2022)
  • Author(s): Tomomasa D, Hiejima E, Miyamoto T, Tanita K, Matsuoka M, Niizato D, Mitsuiki N, Isoda T, Yasumi T, van Zelm MC, Morio T, Kanegane H
  • Journal Title: Clin Immunol Volume: 242 Pages: 109104-109104
  • DOI: 10.1016/j.clim.2022.109104
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Disease Progression of WHIM Syndrome in an International Cohort of 66 Pediatric and Adult Patients (2022)
  • Author(s): Geier CB, Ellison M, Cruz R, Pawar S, Leiss-Piller A, Zmajkovicova K, et al
  • Journal Title: J Clin Immunol Volume: 42 Issue: 8 Pages: 1748-1765
  • DOI: 10.1007/s10875-022-01312-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Neutralizing Type I Interferon Autoantibodies in Japanese Patients with Severe COVID-19 (2022)
  • Author(s): Eto S, Nukui Y, Tsumura M, Nakagama Y, Kashimada K, Mizoguchi Y, Utsumi T, Taniguchi M, Sakura F, Noma K, Yoshida Y, Ohshimo S, Nagashima S, Okamoto K, Endo A, Imai K, Kanegane H, Ohnishi H, Hirata S, Sugiyama E, Shime N, Ito M, Ohge H, Kido Y, Bastard P, Casanova JL, Ohara O, Tanaka J, Morio T, Okada S
  • Journal Title: Journal of Clinical Immunology Volume: 42 Issue: 7 Pages: 1360-1370
  • DOI: 10.1007/s10875-022-01308-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Novel CEBPE Variant Causes Severe Infections and Profound Neutropenia (2022)
  • Author(s): Banday Aaqib Zaffar、Kaur Anit、Akagi Tadayuki et al
  • Journal Title: Journal of Clinical Immunology Volume: 42 Issue: 7 Pages: 1434-1450
  • DOI: 10.1007/s10875-022-01304-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Preemptive hematopoietic cell transplantation for asymptomatic patients with X-linked lymphoproliferative syndrome type 1 (2022)
  • Author(s): Tomomasa D, Booth C, Bleesing JJ, Isoda T, Kobayashi C, Koike K, Taketani T, Sawada A, Tamura A, Marsh RA, Morio T, Gennery AR, Kanegane H
  • Journal Title: Clin Immunol Volume: 237 Pages: 108993-108993
  • DOI: 10.1016/j.clim.2022.108993
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dysregulation of the Intestinal Microbiome in Patients With Haploinsufficiency of A20 (2022)
  • Author(s): Toyofuku Etsushi、Takeshita Kozue、Ohnishi Hidenori、Kiridoshi Yuko、Masuoka Hiroaki、Kadowaki Tomonori、Nishikomori Ryuta、Nishimura Kenichi、Kobayashi Chie、Ebato Takasuke、Shigemura Tomonari、Inoue Yuzaburo、Suda Wataru、Hattori Masahira、Morio Tomohiro、Honda Kenya、Kanegane Hirokazu
  • Journal Title: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology Volume: 11 Pages: 787667-787667
  • DOI: 10.3389/fcimb.2021.787667
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Early diagnosis of partial interferon-γ receptor 1 deficiency prevents the development of Bacille de Calmette et Guerin osteomyelitis (2022)
  • Author(s): Tomomasa Dan、Tanita Kay、Higashi Seishi、Tasaka Yuri、Shimamura Takashi、Sakurai Urara、Matsubara Tomoyo、Okada Satoshi、Morio Tomohiro、Kanegane Hirokazu
  • Journal Title: Clinical Immunology Volume: 235 Pages: 108933-108933
  • DOI: 10.1016/j.clim.2022.108933
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of Germline Non-coding Deletions in XIAP Gene Causing XIAP Deficiency Reveals a Key Promoter Sequence (2022)
  • Author(s): Sbihi Zineb、Tanita Kay、Bachelet Camille、Bole Christine、Jabot-Hanin Fabienne、…Isoda Takeshi（24人中20番目）、…、Kanegane Hirokazu、Latour Sylvain
  • Journal Title: Journal of Clinical Immunology Volume: 42 Issue: 3 Pages: 559-571
  • DOI: 10.1007/s10875-021-01188-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] The future of BMT in Asia (2022)
  • Author(s): Hirokazu Kanegane
  • Organizer: IPOPI 4th Regional Asian PID Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Finding NEMO (2022)
  • Author(s): Hirokazu Kanegane
  • Organizer: The 1st National IEI Congress of China 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hematopoietic stem cell transplantation for PID (2022)
  • Author(s): Hirokazu Kanegane
  • Organizer: 17th Congress of Asian Society for Pediatric Research (ASPR 2022)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A B-Cell Deficient Japanese Girl with ZIP7 Deficiency Caused by Novel Compound Heterozygous Variants in SLC39A7 (2022)
  • Author(s): Hirokazu Kanegane
  • Organizer: 13th International Congress of Immunodeficiency Diseases
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] An Approach to Antibody Deficiencies (2022)
  • Author(s): Hirokazu Kanegane
  • Organizer: 4th Asia-Pacific Society for Immunodeficiencies Congress
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ALPS & ALPS-like and IPEX & IPEX-like (2022)
  • Author(s): Hirokazu Kanegane
  • Organizer: 4th Asia-Pacific Society for Immunodeficiencies Congress
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 原発性免疫不全症の最新知見 (2022)
  • Author(s): 金兼弘和
  • Organizer: 第54回日本小児感染症学会総会・学術集会
  • Invited
• [Book] 小児科学 (2023)
  • Author(s): 金兼弘和、谷田けい
  • Total Pages: 36
  • Publisher: 文光堂
  • ISBN: 9784830630460
• [Book] 小児血液・腫瘍学 (2022)
  • Author(s): 金兼弘和
  • Total Pages: 3
  • Publisher: 診断と治療社
  • ISBN: 9784787824899