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シングルセル解析を用いたミトコンドリア心筋症の病態解明および治療法の開発

Research Project

Project/Area Number 23K07488
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 53020:Cardiology-related
Research InstitutionJuntendo University

Principal Investigator

岡崎 敦子 (今井敦子)  順天堂大学, 大学院医学研究科, 准教授 (70761691)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywordsミトコンドリア病 / 心筋症 / ミトコンドリアDNA / ヘテロプラスミー率 / ミトコンドリア心筋症 / シングルセル解析 / シングルセル / ヘテロプラスミー
Outline of Research at the Start

ミトコンドリア心筋症は、若年では約80%が心不全で死亡する致死的疾患であり、小児期に死亡する重症例と、心肥大のみで成人まで経過する軽症例は、心臓全体のミトコンドリアDNA変異率は同程度である。申請者はシングルセルレベルでのミトコンドリアDNA変異率の不均一性を明らかにした。
本研究では、シングルセルレベルの観点で見えてきた不均一性が重症例と軽症例で異なるか、さらに、ミトコンドリアDNA塩基配列特異的に結合するポリアミド化合物の投与によって不均一性に改善が見られるか、m.3243A>Gを有するミトコンドリア心筋症の皮膚繊維芽細胞を用いて評価し、ミトコンドリア心筋症の治療法の開発を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ミトコンドリアDNAに既知の病的バリアントを有するミトコンドリア心筋症例5症例の皮膚繊維芽細胞を用いて、既存のシングルセルATAC-seqのプロトコールを改良し、ミトコンドリアシングルセルATAC-seqの施行を行った。
代表的なミトコンドリア心筋症であるm.3243A>Gを有するMELAS心筋症患者3名、さらに別のmtDNAの既知病的バリアント(m.8528T>Cおよびm.5537A>G)を有する心筋症患者2名、合計5名から採取した皮膚線維芽細胞を用いてミトコンドリアシングルセルATAC-seqを行った。データ解析に必要なバイオインフォマティクス解析パイプラインを構築し、同パイプラインを用いてシングルセルレベルでの核遺伝子の発現およびミトコンドリアDNAヘテロプラスミー率を定量化した。さらに同一患者から得られた皮膚繊維芽細胞の一部を用いて、ミトコンドリア呼吸鎖酵素活性/酸素消費速度およびdroplet digital PCRを用いた全体でのヘテロプラスミー率も同時に測定した。また新規治療に対する効果判定としての有用性を評価するために、m.3243A>Gを有する心筋症患者1名の患者の皮膚繊維芽細胞を用いて、m.3243A>Gに特異的に結合するポリアミド化合物の投与前後での不均一性の変化を、ミトコンドリアシングルセルATAC-seqを用いて評価を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

令和5年度-6年度の研究計画としていて当初予定していたミトコンドリア心筋症例における、ミトコンドリアシングルセルATAC-seqの施行およびバイオインフォマティクス解析パイプラインの構築は、予定通りに実行することができた。さらに、次年度に予定していた、m.3243A>Gに特異的に結合するポリアミド化合物の投与前後での不均一性の変化を、ミトコンドリアシングルセルATAC-seqを用いて比較する計画に関しては、1検体を予備実験として今年度に実行することができた。

Strategy for Future Research Activity

ミトコンドリア心筋症例における、ミトコンドリアシングルセルATAC-seqの施行は、症例数を増やして次年度も行う計画である。代表的なミトコンドリア心筋症であるm.3243A>Gを有するMELAS心筋症患者に関しては、重症例と軽症例それぞれの皮膚線維芽細胞を用いてミトコンドリアシングルセルATAC-seqを行い、疾患重症度と不均一性の関係を評価する。さらに同一患者から得られた皮膚繊維芽細胞の一部を用いて、ミトコンドリア呼吸鎖酵素活性/酸素消費速度およびdroplet digital PCRを用いた全体でのヘテロプラスミー率も同時に測定を行い、全体でのヘテロプラスミー率とシングルセルレベルでの不均一性の乖離を評価する。
m.3243A>G特異的に結合するポリアミド化合物の投与前後での不均一性の変化を比較する計画については、ミトコンドリアシングルセルATAC-seqが完了したm.3243A>Gを保有する心筋症患者から採取した皮膚繊維芽細胞を培養し、化合物投与後に、ミトコンドリアシングルセルATAC-seqを行い、投与前と比較しシングルセルレベルでのヘテロプラスミー率の不均一性の改善度を評価する。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Strategic validation of variants of uncertain significance in ECHS1 genetic testing2023

    • Author(s)
      Yoshihito Kishita, Ayumu Sugiura, Takanori Onuki, Tomohiro Ebihara, Tetsuro Matsuhashi, Masaru Shimura, Takuya Fushimi, Noriko Ichino, Yoshie Nagatakidani, Hitomi Nishihata, Kazuhiro R Nitta, Yukiko Yatsuka, Atsuko Imai-Okazaki, Yibo Wu, Hitoshi Osaka, Akira Ohtake, Kei Murayama, Yasushi Okazaki
    • Journal Title

      Journal of Medical Genetics

      Volume: Online ahead of print Issue: 10 Pages: 1006-1015

    • DOI

      10.1136/jmg-2022-109027

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Association between maternally inherited deafness, epilepsy, and intellectual disability and the m.12207G > A MT-TS2 pathogenic variant in a Japanese family2023

    • Author(s)
      Sayaka Suzuki-Ajihara, Megumi Saito-Tsuruoka, Hiroko Harashima, Katsumi Arai, Hiroyoshi Koide, Yukiko Yatsuka, Atsuko Imai-Okazaki, Yasushi Okazaki, Kei Murayama, Chikahiko Numakura, Yuko Akioka, Akira Ohtake, Hitoshi Osaka, Akira Ohtake, Kei Murayama, Yasushi Okazaki
    • Journal Title

      Mol Genet Metab Rep

      Volume: 35 Pages: 100966-100966

    • DOI

      10.1016/j.ymgmr.2023.100966

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ミトコンドリア病モデルマウスを用いたミトコンドリアDNAヘテロプラスミー率の分布に関する検討2023

    • Author(s)
      岡﨑 敦子、美野輪 治、谷 春菜、八塚 由紀子、野間 将平、平田 智子、田上 道平、尾崎 心、杉浦 歩、松永 綾子、杉山 洋平、大竹 明、村山 圭、中田 和人、岡﨑 康司
    • Organizer
      第22回日本ミトコンドリア学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] enetic Background and long-term prognosis of cardiomyopathy in 313 Mitochondrial Disease Patients2023

    • Author(s)
      Atsuko Okazaki, Ayako Matsunaga, Yukiko Yatsuka, Yoshihito Kishita, Ayumu Sugiura, Yohei Sugiyama, Takuya Fushimi, Masaru Shimura, Keiko Ichimoto, Makiko Tajika, Tomohiro Ebihara, Tetsuro Matsuhashi, Tomoko Tsuruoka, Tomoko Hirata, Atsuhito Takeda, Akira Ohtake, Kei Murayama,, Yasushi Okazaki
    • Organizer
      日本人類遺伝学会第68回大会(HGA2023合同開催)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact of measuring heteroplasmy of causative mitochondrial DNA variants at the single-cell level in patients with mitochondrial disease2023

    • Author(s)
      Atsuko Imai-Okazaki, Yukiko Yatsuka, Ayumu Sugiura,Masato Arao, Masaru Shimura, Tomohiro Ebihara, Takanori Onuki, Keiko Ichimoto, Akira Ohtake, Kei Murayama, Yasushi Okazaki
    • Organizer
      The 23th Annual Meeting of KSIMD
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ミトコンドリア心筋症の長期予後および遺伝的背景2023

    • Author(s)
      岡﨑 敦子, 松永 綾子, 八塚 由紀子, 杉浦 歩, 武田 充人, 大竹 明, 村山 圭, 岡﨑 康司
    • Organizer
      第32回日本心筋疾患学会/第42回日本小児循環動態研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 分節重複領域に存在する染色体部分欠失に対する遺伝統計学的アプローチ2023

    • Author(s)
      Kohta Nakamura, Atsuko Imai-Okazakia, Akira Hasegawa, Takeya Kasukawa, Atsushi Kondo, Yukiko Yatsuka, Masaru Shimura, Tomohiro Ebihara, Takanori Onuki, Keiko Ichimoto, Akira Ohtake, Kei Murayama, Yasushi Okazaki
    • Organizer
      2023年日本バイオインフォマティクス学会年会・第12回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Book] 臨床基礎研究につながる分子生物学 10章バイオインフォテックスによるゲノム医学研究2024

    • Author(s)
      岡﨑 敦子、岡﨑 康司
    • Total Pages
      368
    • Publisher
      クリニコ出版
    • ISBN
      9784910396408
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 肥大型心筋症治療剤2023

    • Inventor(s)
      順天堂大学
    • Industrial Property Rights Holder
      順天堂大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Overseas

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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