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による解析を行う。また長鎖シークエンサーによる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による5mC/5hmCの解析を目指し、条件検討を行う。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] 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] 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