Metagenomic analysis of tissues and body fluids in neonatal hepatitis and encephalitis

• Project/Area Number: 22K19494
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 52:General internal medicine and related fields
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 武内 俊樹 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (60383741)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 新生児 / 遺伝子解析 / 肝炎 / 脳炎

Outline of Research at the Start

末梢血の網羅的遺伝子解析で病的遺伝子変異が同定されない新生児期発症の肝炎や脳炎脳症等を持つ重症新生児において、炎症を有する組織（病巣）の生検残余検体や体液に含まれる微量なDNAおよびRNAを抽出し、メタゲノム解析により検体に含まれる病原体（ウイルス、細菌、寄生虫、真菌など）を特定する。

Outline of Annual Research Achievements

我々が構築した重症新生児の遺伝子解析のための次世代シーケンスデータ専用集積回路および人工知能を用いた超高速解析系の解析パイプラインについて、実際の症例を用いて実行可能性の検証を行った。対象は原因不明の肝炎により肝不全に陥り、肝臓移植が予定されていた新生児期発症の患者とした。通常診療で行われる検査の結果から、肝炎・肝不全の原因の特定が困難であった症例に対し、更なる原因検索のための精査を行うことを目的とした。研究参加の方法は、患児が入院する医療機関主治医同席のもと、遠隔カウンセリングの方法を用いて親権者からの同意を取得、その後、本人および両親の末梢血を採取し、DNAを抽出した。診断手順として、まず肝不全をきたす既知の生殖細胞系列の遺伝性疾患でないかを確認するために、検体を用いた短鎖型次世代シーケンサーによる網羅的遺伝子解析を行った。さらに、肝移植の際に肝臓組織の残余検体の提供を受けることができたことから、肝臓組織からDNAおよびRNAを抽出し、末梢血から得られた配列との比較により病的バリアントの検出を試みた。我々の独自のパイプラインを使用し、胚細胞系列だけでなく体細胞の病的なバリアントについて検索をおこなった。既知のドライバー遺伝子のバリアントのみならず、CNVや既知のリピート、更にウイルス等の既知の病原体に関しても、我々独自のパイプラインを使用することにより解析を行ったが、肝不全を説明し得る原因と考えられる病的変化は指摘できなかった。今回は最終原因診断には至らなかったものの、末梢血、体細胞を使用し、DNA、RNAを使用し、点変異のみならず、CNV、既知のリピートなど網羅的に解析を行うことが可能なパイプラインの実行の可能性については確認することができた。また、人工知能を用いた超高速解析系の解析パイプラインにより、見落としの少ない解析を行うことが可能となったことが確認された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

実際の患者検体を用いて実行可能性を検証できているため。

Strategy for Future Research Activity

患者数を増やし重症新生児の原因診断の仕組みに向けて研究を推進する。

Research Products

• [Journal Article] Ketogenic diet in action: Metabolic profiling of pyruvate dehydrogenase deficiency (2023)
  • Author(s): Ogawa Eri、Hishiki Takako、Hayakawa Noriyo、Suzuki Hisato、Kosaki Kenjiro、Suematsu Makoto、Takenouchi Toshiki
  • Journal Title: Molecular Genetics and Metabolism Reports Volume: 35 Pages: 100968-100968
  • DOI: 10.1016/j.ymgmr.2023.100968
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Diagnosis of Prader-Willi syndrome and Angelman syndrome by targeted nanopore long-read sequencing (2023)
  • Author(s): Yamada Mamiko、Okuno Hironobu、Okamoto Nobuhiko、Suzuki Hisato、Miya Fuyuki、Takenouchi Toshiki、Kosaki Kenjiro
  • Journal Title: European Journal of Medical Genetics Volume: 66 Issue: 2 Pages: 104690-104690
  • DOI: 10.1016/j.ejmg.2022.104690
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 重症新生児に対する迅速なゲノム診断の現状と展望 (2023)
  • Author(s): 武内俊樹
  • Organizer: 第59回日本周産期・新生児医学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 遺伝性小児神経疾患の診断と治療：新規ヒト疾患の確立、迅速な遺伝子診断と治療可能疾患へのアプローチ (2023)
  • Author(s): 武内俊樹
  • Organizer: 第79回日本小児神経学会関東地方会
  • Invited
• [Presentation] 原因不明の重症新生児に対する迅速な網羅的遺伝子解析 (2023)
  • Author(s): 武内俊樹
  • Organizer: 第13回日本遺伝子診療学会遺伝子診断・検査技術推進フォーラム公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 新生児集中治療室における精緻・迅速な遺伝子診断の現状と展望 (2022)
  • Author(s): 武内俊樹
  • Organizer: 第45回日本小児遺伝学会学術集会
  • Invited