Creation of treatment strategies for imprinting disorders through hydroxymethylation profiling

• Project/Area Number: 23K24309
• Project/Area Number (Other): 22H03048 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52050:Embryonic medicine and pediatrics-related
• Research Institution: 独立行政法人国立病院機構(東京医療センター臨床研究センター)
• Principal Investigator: 山澤 一樹 独立行政法人国立病院機構(東京医療センター臨床研究センター), その他部局等, 医長 (10338113)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鏡 雅代 国立研究開発法人国立成育医療研究センター, 分子内分泌研究部, 室長 (70399484) ; 松原 圭子 国立研究開発法人国立成育医療研究センター, ダイバーシティ研究室, 室長 (90542952)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2023: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
• Keywords: ゲノムインプリンティング / メチル化 / ヒドロキシメチル化

Outline of Research at the Start

本研究は、メチル化(5mC)の異常に起因するインプリンティング異常症において、ヒドロキシメチル化(5hmC)が病態にどのように関与しているかを解明することが目的である。5mCと5hmCを区別するための酸化バイサルファイト処理に続いてゲノムワイドプロファイリングを行い、“hydroxymethylome”を明らかにする。さらに脳サンプルの解析や、疾患特異的iPS細胞を用いたin vitroモデルに対して5mC→5hmC変換酵素TET1－3のゲノム編集ノックアウトと神経分化誘導を行い、インプリンティング異常症における神経症状の病態解明と、化合物スクリーニングによる治療薬の発見を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、DNAメチル化(5mC)の異常に起因するインプリンティング異常症において、ヒドロキシメチル化(5hmC)が病態にどのように関与しているかを解明することが目的である。不可逆的なゲノム配列の異常とは対照的に、メチル化をはじめとするエピゲノムは可塑性を持ち、治療の標的となる可能性がある。この観点から、5hmCが脱メチル化の中間代謝物であることに注目し、5mC/5hmCのダイナミックな挙動とその制御機構を解明することで、新しい診断方法の開発、メチル化・脱メチル化を制御するターゲット分子の同定、ドラッグスクリーニングによるエピゲノム治療薬の開発を目指す。
具体的には、5mCと5hmCを区別するための酸化バイサルファイト処理に続いて、パイロシークエンサー、メチル化ビーズアレイ（Illumina Infinium HumanMethylationEPIC BeadChip）による解析を行う。また長鎖シークエンサー（Oxford Nanopore Technologies)による5mC/5hmCの解析を行う。これらの手法により、一塩基レベルのヒドロキシメチル化プロファイル、すなわち“hydroxymethylome”および“methylome”を明らかにする。さらに脳サンプルの解析や、疾患特異的iPS細胞を用いたin vitroモデルに対して5mC→5hmC変換酵素TET1-3のゲノム編集によるノックアウトと神経分化誘導を予定している。本手法により、インプリンティング異常疾患において神経症状発症にいたる分子機構の解明およびターゲット分子の同定が可能となる。この知見を元にハイスループットスクリーニング系を構築し、ドラッグリポジショニングによる神経症状改善薬（化合物）の探索を行う。

Current Status of Research Progress

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

Reason

インプリンティング異常症例の酸化バイサルファイト処理、パイロシークエンス解析は順調に進行している。一部のサンプルに関してはメチル化ビーズアレイを実施し、現在データを解析中である。また、バイサルファイト処理なしで5mC/5hmCの解析が可能とされる長鎖シークエンサー(Oxford Nanopore P2Solo)を導入した。解析の過程で新規のインプリンティング疾患や片親性ダイソミーを複数同定し、論文執筆中である。

Strategy for Future Research Activity

引き続きインプリンティング異常症例の酸化バイサルファイト処理およびメチル化ビーズアレイ解析を行う。また長鎖シークエンサー(Oxford Nanopore P2Solo)による5mC/5hmCの解析を行い、その精度評価と臨床応用について検討する。さらに症例の脳サンプルの解析、および疾患特異的iPS細胞を用いたin vitroモデルに対して5mC→5hmC変換酵素TET1-3のゲノム編集によ るノックアウトと神経分化誘導を行い、インプリンティング異常症の神経症状発症機構を解明し、症状を改善するエピゲノム治療薬の開発・発見を目指す。

Research Products

• [Journal Article] C-terminal truncations in IQSEC2: implications for synaptic localization, guanine nucleotide exchange factor activity, and neurological manifestations (2024)
  • Author(s): Nakashima Moeko、Shiroshima Tomoko、Fukaya Masahiro、Sugawara Takeyuki、Sakagami Hiroyuki、Yamazawa Kazuki
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: 69 Issue: 3-4 Pages: 119-123
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01210-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acute, Severe Hepatitis Caused by Coronavirus Disease 2019: A Case Report (2023)
  • Author(s): MAEDA Naonori、MORI Nobuaki、YAMAZAWA Kazuki、ABE Natsuno、KIJIMA Toshihide、KISHIDA Sanae、SATO Rieko、SUZUKI Eri、FUJITA Hisayo、MIHARU Masashi
  • Journal Title: Kansenshogaku Zasshi Volume: 97 Issue: 1 Pages: 38-41
  • DOI: 10.11150/kansenshogakuzasshi.e22026
  • ISSN: 0387-5911, 1884-569X
  • Year and Date: 2023-01-20
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Risk assessment of assisted reproductive technology and parental age at childbirth for the development of uniparental disomy-mediated imprinting disorders caused by aneuploid gametes (2023)
  • Author(s): Hara-Isono Kaori、Matsubara Keiko、Nakamura Akie、Sano Shinichiro、Inoue Takanobu、Kawashima Sayaka、Fuke Tomoko、Yamazawa Kazuki、Fukami Maki、Ogata Tsutomu、Kagami Masayo
  • Journal Title: Clinical Epigenetics Volume: 15 Issue: 1 Pages: 78-78
  • DOI: 10.1186/s13148-023-01494-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The pathogenic role of the BRCA2 c.7847C>T (p.Ser2616Phe) variant in breast and ovarian cancer predisposition (2023)
  • Author(s): Yamazawa Kazuki、Sugano Kokichi、Tanakaya Kohji、Inoue Satomi、Murakami Haruka、Nakashima Moeko、Adachi Masataka、Oki Shinya、Makabe Takeshi、Yamashita Hiroshi、Ueki Arisa、Sasaoka Ayako、Nakashoji Ayako、Kinoshita Takayuki、Matsunaga Tatsuo、Arai Masami、Nakamura Seigo、Miyata Hiroaki、Ikegami Masachika, et al.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: - Issue: 7 Pages: 2993-3002
  • DOI: 10.1111/cas.15799
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] <i>CDKN1C</i>hyperexpression in two patients with severe growth failure and microdeletions affecting the paternally inherited<i>KCNQ1OT1</i>:TSS-DMR (2022)
  • Author(s): Hara-Isono Kaori、Yamazawa Kazuki、Tanaka Satsuki、Nishi Eriko、Fukami Maki、Kagami Masayo
  • Journal Title: Journal of Medical Genetics Volume: 59 Issue: 12 Pages: 1241-1246
  • DOI: 10.1136/jmg-2022-108700
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy in a Japanese patient with a homozygous founder variant of DSG2 in the East Asian population (2022)
  • Author(s): Murakami Haruka、Tanimoto Yoko、Tanimoto Kojiro、Inoue Satomi、Ishikawa Taisuke、Makita Naomasa、Yamazawa Kazuki
  • Journal Title: Human Genome Variation Volume: 9 Issue: 1 Pages: 28-28
  • DOI: 10.1038/s41439-022-00206-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Frequency and clinical characteristics of distinct etiologies in patients with Silver-Russell syndrome diagnosed based on the Netchine-Harbison clinical scoring system (2022)
  • Author(s): Fuke Tomoko、Nakamura Akie、Inoue Takanobu、Kawashima Sayaka、Hara-Isono Kaori、Matsubara Keiko、Sano Shinichiro、Yamazawa Kazuki、Fukami Maki、Ogata Tsutomu、Kagami Masayo
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: 67 Issue: 10 Pages: 607-611
  • DOI: 10.1038/s10038-022-01048-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pathogenic Copy Number and Sequence Variants in Children Born SGA With Short Stature Without Imprinting Disorders (2022)
  • Author(s): Hara-Isono Kaori、Nakamura Akie、Fuke Tomoko、Inoue Takanobu、Kawashima Sayaka、Matsubara Keiko、Sano Shinichiro、Yamazawa Kazuki、Fukami Maki、Ogata Tsutomu、Kagami Masayo
  • Journal Title: The Journal of Clinical Endocrinology &amp; Metabolism Volume: 107 Issue: 8 Pages: e3121-e3133
  • DOI: 10.1210/clinem/dgac319
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 重度発達遅滞および難治性てんかんを呈する症例で同定されたIQSEC2遺伝子ナンセンスバリアントの機能解析 (2023)
  • Author(s): 山澤一樹, 中嶋萌子, 深谷昌浩, 菅原健之, 城島知子, 阪上洋行
  • Organizer: 第46回日本小児遺伝学会学術集会
• [Presentation] 希少未診断疾患エピバリアント解析のための参照データベースとツールキットの開発 (2023)
  • Author(s): 青砥早希, 松原圭子, 山澤一樹, 秦健一郎, 鏡雅代, 中林一彦
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Comprehensive methylation analysis of 309 children born SGA targeting imprinting disorders (2023)
  • Author(s): Kazuki Yamazawa, Moeko Nakashima, Takanobu Inoue, Akiko Nakamura, Keiko Matsubara, Masayo Kagami
  • Organizer: American Society of Human Genetics 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Occult Macular Dysfunction Syndrome: Identification of multiple causative genes of macular dysfunction with normal fundus (2023)
  • Author(s): Kaoru Fujinami, Yu Fujinami-Yokokawa, Lizhu Yang, Kwangsic Joo, Kazushige Tsunoda, Xiao Liu, Mineo Kondo, Izumi Naka, Jun Ohashi, Satomi Inoue, Kazuki Yamazawa, Tatsuo Matsunaga, Hisateru Tachimori, Hiroaki Miyata, Se Joon Woo, Ruifang Sui
  • Organizer: Human Genetics Asia 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Distinct clinical effect of two RP1L1 hotspots of Occult Macular Dystrophy (Miyake disease); Identification of variant-based genotype by deep learning (2023)
  • Author(s): Yu Fujinami-Yokokawa, Kwangsic Joo, Xiao Liu, Lizhu Yang, Kazushige Tsunoda, Mineo Kondo, Seong Joon Ahn, Satomi Inoue, Kazuki Yamazawa, Tatsuo Matsunaga, Izumi Naka, Jun Ohashi, Hisateru Tachimori, Hiroaki Miyata, Ruifang Sui, Se Joon Woo, Kaoru Fujinami
  • Organizer: Human Genetics Asia 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A retrospective analysis of presumed germline pathogenic variants in the comprehensive genomic profiling test for cancer (2023)
  • Author(s): Haruka Murakami, Satomi Inoue, Tatsuo Matsunaga, Kohei Nakamura, Hiroshi Nishihara, Yasutaka Sukawa, Yoshitaka Oyamada, Takayuki Kinoshita, Kazuki Yamazawa
  • Organizer: Human Genetics Asia 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genetic approach to improve clinical practice for deafblindness in Japan (2023)
  • Author(s): Tatsuo Matsunaga, Kiyomitsu Nara, Hideki Mutai, Haruka Murakami, Satomi Inoue, Reiko Muramatsu, Kazuki Yamazawa, Shujiro Minami, Kaoru Fujinami, Fujioka Masato, Nobuko Yamamoto, Noriko Morimoto, Nana Tsuchihashi, Masatsugu Masuda, Yukiko Arimoto, Atsuko Nakano, Hirokazu Sakamoto, Toshiyuki Seto, et al.
  • Organizer: Human Genetics Asia 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient identification of causative genes of hearing loss by phenotype similarity analysis (2023)
  • Author(s): Hideki Mutai, Fuyuki Miya, Kiyomitsu Nara, Reiko Muramatsu, Satomi Inoue, Haruka Murakami, Shujiro Minami, Atsuko Nakano, Yukiko Arimoto, Noriko Morimoto, Taiji Kawasaki, Koichiro Wasano, Hirokazu Sakamoto, Sayaka Katsunuma, Sawako Masuda, Kazuki Yamazawa, Kenjiro Kosaki, Tatsuhiko Tsunoda, Tatsuo Matsunaga
  • Organizer: Human Genetics Asia 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The pathogenic role of the BRCA2 c.7847C>T (p.Ser2616Phe) variant in breast and ovarian cancer predisposition (2023)
  • Author(s): Kazuki Yamazawa, Kokichi Sugano, Kohji Tanakaya, Satomi Inoue, Haruka Murakami, Moeko Nakashima, Masataka Adachi, Shinya Oki, Takeshi Makabe, Hiroshi Yamashita, Arisa Ueki, Ayako Sasaoka, Ayako Nakashoji, Takayuki Kinoshita, Tatsuo Matsunaga, Masami Arai, Seigo Nakamura, Hiroaki Miyata, Masachika Ikegami, et al.
  • Organizer: Human Genetics Asia 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Generating evidence to improve clinical practice for patients with hearing loss associated with eye disorders (2023)
  • Author(s): Tatsuo Matsunaga, Kiyomitsu Nara, Hideki Mutai, Haruka Murakami, Satomi Inoue, Reiko Muramatsu, Kazuki Yamazawa, Shujiro Minami, Kimitaka Kaga
  • Organizer: CORLAS 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 遺伝医療のunmet needsを解決するための遠隔遺伝カウンセリングの実践 (2023)
  • Author(s): 村上遥香, 井上沙聡, 松永達雄, 藤波芳, 山澤一樹
  • Organizer: 第47回日本遺伝カウンセリング学会学術集会
• [Presentation] 遺伝性網膜疾患パネル検査に伴う遺伝カウンセリングのニーズおよび有用性の質問紙調査 (2023)
  • Author(s): 吉田晶子, 稲葉慧, 浦川優作, 河合加奈子, 角田和繁, 藤波芳, 村上遥香, 井上沙聡, 山澤一樹, 横田聡, 平見恭彦, 高橋政代, 栗本康夫, 前田亜希子
  • Organizer: 第47回日本遺伝カウンセリング学会学術集会
• [Presentation] 伝性網膜ジストロフィにおける遺伝子パネル検査を用いた遺伝子診断の先進医療 (2023)
  • Author(s): 前田亜希子, 横田聡, 浦川優作, 吉田晶子, 稲葉慧, 河合加奈子, 松崎光博, 酒井大輝, 田保和也, 木場みゆき, 山本翠, 許沢尚弘, 北畑将平, 前田忠郎, 万代道子, 村上遥香, 井上沙聡, 中村奈津子, 藤波芳, 山澤一樹, 角田和繁, 森貞直哉, 平見恭彦, 栗本康夫, 高橋政代
  • Organizer: 第127回日本眼科学会総会
• [Presentation] SGA児309例の包括的メチル化解析によるインプリンティング疾患の探索 (2022)
  • Author(s): 山澤一樹, 中嶋萌子, 久保井徹, 横田一郎, 杉野典子, 小川昌宏, 盆野元紀, 曳野俊治, 佐藤和夫, 中嶋敏紀, 酒見好弘, 井上毅信, 中村明枝, 松原圭子, 鏡雅代
  • Organizer: 日本人類遺伝学会第67回大会
• [Presentation] 原因不明のSGA性低身長症140名における(epi)geneticな要因の解明 (2022)
  • Author(s): 原香織, 中村明枝, 福家智子, 井上毅信, 川嶋明香, 松原圭子, 佐野伸一朗, 山澤一樹, 深見真紀, 緒方勤, 鏡雅代
  • Organizer: 日本人類遺伝学会第67回大会
• [Presentation] Silver-Russell症候群の臨床診断基準を満たした173名における遺伝学的原因および遺伝学的原因別臨床像の検討 (2022)
  • Author(s): 鏡雅代, 福家智子, 中村明枝, 井上毅信, 川嶋明香, 原香織, 松原圭子, 佐野伸一朗, 山澤一樹, 深見真紀, 緒方勤
  • Organizer: 日本人類遺伝学会第67回大会
• [Presentation] 当院で経験したBirt-Hogg-Dube症候群の3家系 (2022)
  • Author(s): 村上遥香, 井上沙聡, 安齋純子, 松永達雄, 小山孝彦, 古屋充子, 山澤一樹. 当院で経験したBirt-Hogg-Dube症候群の3家系
  • Organizer: 日本人類遺伝学会第67回大会
• [Presentation] 症候群性または非症候群性難聴を呈したMTTS1遺伝子バリアント7家系の報告 (2022)
  • Author(s): 南修司郎, 喜田有未来, 井上沙聡, 奈良清光, 務台秀樹, 山澤一樹, 松永達雄
  • Organizer: 日本人類遺伝学会第67回大会
• [Presentation] SGA児309例の包括的メチル化解析によるインプリンティング疾患の探索 (2022)
  • Author(s): 山澤一樹, 中嶋萌子, 久保井徹, 横田一郎, 杉野典子, 小川昌宏, 盆野元紀, 曳野俊治, 佐藤和夫, 中嶋敏紀, 酒見好弘, 井上毅信, 中村明枝, 松原圭子, 鏡雅代
  • Organizer: 第55回日本小児内分泌学会学術集会
• [Presentation] COL2A1遺伝子にバリアントを同定した骨 X 線異常所見を伴わない SGA 性低身長症母児例 (2022)
  • Author(s): 有安大典, 古川律子, 山澤一樹, 西村玄, 室谷浩二, 土橋隆俊
  • Organizer: 第55回日本小児内分泌学会学術集会
• [Presentation] 原因不明のSGA性低身長症140名における(epi)geneticな要因の解明 (2022)
  • Author(s): 原香織, 中村明枝, 福家智子, 井上毅信, 川嶋明香, 松原圭子, 佐野伸一朗, 山澤一樹, 深見真紀, 緒方勤, 鏡雅代
  • Organizer: 第55回日本小児内分泌学会学術集会
• [Presentation] Silver-Russell症候群の臨床診断基準を満たした173名における遺伝学的原因および遺伝学的原因別臨床像の検討 (2022)
  • Author(s): 鏡雅代, 福家智子, 中村明枝, 井上毅信, 川嶋明香, 原香織, 松原圭子, 佐野伸一朗, 山澤一樹, 深見真紀, 緒方勤
  • Organizer: 第55回日本小児内分泌学会学術集会
• [Presentation] がんゲノム医療でATM 遺伝子に病的バリアントを認め家族への介入につながった遺伝性膵臓がんの一家系 (2022)
  • Author(s): 村上遥香, 井上沙聡, 川口義樹, 須河恭敬, 吉田康祐, 松井哲, 松永達雄, 山澤一樹
  • Organizer: 第46回日本遺伝カウンセリング学会学術集会
• [Presentation] PURA症候群は先天性中枢性低換気症候群の鑑別診断である (2022)
  • Author(s): 桂美遥, 坂野沙里, 大江俊太郎, 髙田啓志, 影山智佳, 前田直則, 籏生なおみ, 佐藤利永子, 鈴木絵理, 藤田尚代, 増田怜史, 和田友香, 丸山秀彦, 鈴木俊彦, 山田洋輔, 長谷川久弥, 三春晶嗣, 山澤一樹
  • Organizer: 第125回日本小児科学会学術集会