ロングリードシーケンサーを駆使した神経筋疾患の統合的ゲノム解析と病態解明

• Project/Area Number: 23K27520
• Project/Area Number (Other): 23H02829 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 宮武 聡子 横浜市立大学, 附属病院, 准教授 (50637890)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000); Fiscal Year 2025: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2024: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2023: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
• Keywords: ロングリードシーケンサ / 神経筋疾患 / 脊髄小脳変性症 / リピート伸長病 / 筋萎縮性側索硬化症 / ロングリードシーケンサー / CANVAS / SCA27B / ナノポアシーケンス / ターゲットロングリードシーケンス法

Outline of Research at the Start

近年、ショートリード型次世代シーケンサを用いた全エクソーム解析（WES）のヒト疾患ゲノム研究への応用により原因遺伝子の同定が飛躍的に進んだが、最近では、本解析法による原因同定率は概ね40%前後で頭打ちとなっており、WESでは特定できないゲノム異常の解明が急務となっている。本研究ではWESを行っても原因が特定できていない神経筋疾患症例を対象に、ショートリード型次世代シーケンサの弱点を補完するロングリード型次世代シーケンサによる統合ゲノム解析を行って新規遺伝学的要因を同定し、それを起点に分子病態を明らかにして、治療への道筋をつけることを目指すものである。

Outline of Annual Research Achievements

本課題は全エクソーム解析を行っても原因が特定できていない神経筋疾患症例を対象に、ショートリード型次世代シーケンサの弱点を補完するロングリード型次世代シーケンサによる統合ゲノム解析を行って遺伝学的要因を同定し、それを起点に分子病態を明らかにして、治療への道筋をつけることを目指すものである。
これまでに、ナノポア全ゲノムロングリードシーケンスを行い、遺伝学的原因未同定の筋萎縮性側索硬化症186例、脊髄小脳変性症75例、眼咽頭遠位型ミオパチー11例のデータを集積した。同疾患症例のデータを統合させて、リピート伸長、構造異常、難読領域の塩基置換バリアント、メチル化の異常等を検索する。また教室に集積している日本人の多数のコントロールデータとの比較を行い、新規遺伝要因の探索を行う。これまでに特に新規のリピート伸長変異の同定に注力し、統計学的手法を取り入れてゲノムワイドな探索を行う解析系を独自に構築した。本解析系を用いて、現在までに筋萎縮性側索硬化症、脊髄小脳変性症、それぞれについて、複数の症例で統計学的に有意なリピート伸長が見られるローカスを新規疾患責任候補領域として抽出している。
また、2023年度に、SCA27B(FGF14-ataxia)について、460例の遺伝学的原因が不明の小脳失調症の日本人症例と1022例の非罹患日本人を対象に、従来のPCRベースの検査法とロングリードシーケンスを併用して詳細に検討し、日本人におけるSCA27Bのゲノム的特徴、およびSCA27Bの発症閾値について新たな知見を見出し、結果はJournal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry誌で出版予定となっている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2023年度は、69検体（筋萎縮性側索硬化症59例、眼咽頭遠位型ミオパチー10例）についてナノポアロングリードシーケンスを行った。筋萎縮性側索硬化症2例、眼咽頭遠位型ミオパチー1例で別疾患と関連があるリピート領域の伸長が検出され、未知の表現型―遺伝型連関である可能性があり検討中である。眼咽頭遠位型ミオパチー2例は、既知のリピートローカスに伸長が検出された。
また、2023年度は、2022年末に欧米から報告された、新たな脊髄小脳変性症であるSCA27B(FGF14-ataxia)について、460例の遺伝学的原因が不明の小脳失調症の日本人症例と1022例の日本人コントロールを対象に従来のPCRベースの検査法とロングリードシーケンスを併用して詳細に検討した。その結果、FGF14リピートモチーフの多様性と疾患との関連、またそれぞれのリピートモチーフは進化的に別々の由来であることが明らかになった。さらに欧米人と日本人における病的FGF14リピート伸長はそれぞれ別の創始者から由来することが示唆される結果を得て本ローカスが民族多様性を持つこともわかった。これまでSCA27Bについては、疾患を発症するリピート回数の閾値は250回と考えられていたが、民族多様性の影響を受けない、日本人に限定した精密な解析により疾患を発症する閾値が、従来の想定よりさらに短い200回程度と考えられることを見出した。このクライテリアに従うと460 人中14人がSCA27Bと診断された。以上の成果はJournal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry誌で出版予定である。

Strategy for Future Research Activity

現在までに筋萎縮性側索硬化症、脊髄小脳変性症、それぞれについて、複数の症例で統計学的に有意なリピート伸長が見られるローカスを新規疾患責任候補領域として抽出している。今後は、候補変異を別のシーケンス手法を用いて確認、確定させ、次にPCRベースで変異スクリーニングする簡便な系を確立させたのち、これまでに集積している同疾患の検体について変異スクリーニングを行い、同じローカスの変異を持つ症例を検索する。必要に応じてGeneMatcher (https://genematcher.org/) 等を適宜利用し国内外で同じ所見もつ類似症例を検索する。
さらに、リピート伸長が発現に与える影響について種々のゲノム手法を用いて調べ、変異の病原性を明らかにし、さらにはin vitro, in vivo の様々な系での検証へつなげて、病態解明を目指す。
また、構造異常、難読領域の塩基置換バリアント、メチル化の異常等についても、日本人コントロールと比較しながら患者で有意に同定される変化を検出できる解析系を整備し順次探索する。

Research Products

• [Journal Article] A Novel Mutation of VPS13D-related Disorders with Parkinsonism (2024)
  • Author(s): Harada S, Azuma Y, Misumi Y, Hayashi H, Matsubara S, Nakahara K, Miyatake S, Matsumoto N, Ueda M.
  • Journal Title: Internal Medicine Volume: 63 Issue: 18 Pages: 2551-2553
  • DOI: 10.2169/internalmedicine.3101-23
  • ISSN: 0918-2918, 1349-7235
  • Year and Date: 2024-09-15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel missense variants cause intermediate phenotypes in the phenotypic spectrum of SLC5A6-related disorders (2024)
  • Author(s): Utsuno Y., Hamada K., Hamanaka K., Miyoshi K., Tsuchimoto K., Sunada S., Itai T., Sakamoto M., Tsuchida N., Uchiyama Y., Koshimizu E., Fujita A., Miyatake S., Misawa K., Mizuguchi T., Kato Y., Saito K., Ogata K. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 69 Issue: 2 Pages: 69-77
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01206-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A heterozygous germline deletion within USP8 causes severe neurodevelopmental delay with multiorgan abnormalities (2024)
  • Author(s): Sakamoto M., Kurosawa K., Tanoue K., Iwama K., Ishida F., Watanabe Y., Okamoto N., Tsuchida N., Uchiyama Y., Koshimizu E., Fujita A., Misawa K., Miyatake S., Mizuguchi T. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 69 Issue: 2 Pages: 85-90
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01209-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of hidden intronic DDC variant in aromatic L-amino acid decarboxylase deficiency by adaptive sampling (2024)
  • Author(s): Koshimizu E., Kato M., Misawa K., Uchiyama Y., Tsuchida N., Hamanaka K., Fujita A., Mizuguchi T., Miyatake S. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 69 Issue: 3-4 Pages: 153-157
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01217-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel compound heterozygous ABCA2 variants cause IDPOGSA, a variable phenotypic syndrome with intellectual disability (2024)
  • Author(s): Inoue Y., Tsuchida N., Kim C. A., de Oliveira Stephan B., Castro M. A. A., Honjo R. S., Bertola D. R., Uchiyama Y., Hamanaka K., Fujita A., Koshimizu E., Misawa K., Miyatake S., Mizuguchi T. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 69 Issue: 3-4 Pages: 163-167
  • DOI: 10.1038/s10038-024-01219-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A case of Bloom syndrome manifesting with therapy-related myelodysplastic syndromes harboring a novel BLM gene variant (2024)
  • Author(s): Ohashi Takuma、Kunimoto Hiroyoshi、Nukui Jun、Teshigawara Haruka、Koyama Satoshi、Miyazaki Takuya、Hagihara Maki、Matsumoto Kenji、Koshimizu Eriko、Tsuchida Naomi、Hamanoue Haruka、Miyatake Satoko、Yachie Akihiro、Matsumoto Naomichi、Nakajima Hideaki
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: - Issue: 5 Pages: 603-607
  • DOI: 10.1007/s12185-024-03751-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] FGF14 GAA repeat expansion and ZFHX3 GGC repeat expansion in clinically diagnosed multiple system atrophy patients (2024)
  • Author(s): Matsushima Masaaki、Yaguchi Hiroaki、Koshimizu Eriko、Kudo Akihiko、Shirai Shinichi、Matsuoka Takeshi、Ura Shigehisa、Kawashima Atsushi、Fukazawa Toshiyuki、Miyatake Satoko、Matsumoto Naomichi、Yabe Ichiro
  • Journal Title: Journal of Neurology Volume: - Issue: 6 Pages: 3643-3647
  • DOI: 10.1007/s00415-024-12308-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Association of biallelic RFC1 expansion with early‐onset Parkinson's disease (2023)
  • Author(s): Ylikotila Pauli、Sipila Jussi、Alapirtti Tiina、Ahmasalo Riitta、Koshimizu Eriko、Miyatake Satoko、Hurme‐Niiranen Anri、Siitonen Ari、Doi Hiroshi、Tanaka Fumiaki、Matsumoto Naomichi、Majamaa Kari、Kytovuori Laura
  • Journal Title: European Journal of Neurology Volume: 30 Issue: 5 Pages: 1256-1261
  • DOI: 10.1111/ene.15717
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Skeletal anomaly and opisthotonus in early-onset epileptic encephalopathy with KCNQ2 abnormality (2023)
  • Author(s): Kawano Osamu、Saito Takashi、Sumitomo Noriko、Takeshita Eri、Shimizu-Motohashi Yuko、Nakagawa Eiji、Mizuma Kanako、Tanifuji Sachiko、Itai Toshiyuki、Miyatake Satoko、Matsumoto Naomichi、Takahashi Yuji、Mizusawa Hidehiro、Sasaki Masayuki
  • Journal Title: Brain and Development Volume: 45 Issue: 4 Pages: 231-236
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2022.12.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distal arthrogryposis in a girl arising from a novel TNNI2 variant inherited from paternal somatic mosaicism (2023)
  • Author(s): R. Seyama, Y. Uchiyama, Y. Kaneshi, K. Hamanaka, A. Fujita, N. Tsuchida, E. Koshimizu, K. Misawa, S. Miyatake, T. Mizuguchi, S. Makino, A. Itakura, N. Okamoto and N. Matsumoto
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 68 Issue: 5 Pages: 363-367
  • DOI: 10.1038/s10038-022-01117-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three KINSSHIP syndrome patients with mosaic and germline AFF3 variants (2023)
  • Author(s): Inoue Yuta、Tsuchida Naomi、Okamoto Nobuhiko、Shuichi Shimakawa、Ohashi Kei、Saitoh Shinji、Ogawa Atsushi、Hamada Keisuke、Sakamoto Masamune、Miyake Noriko、Hamanaka Kohei、Fujita Atsushi、Koshimizu Eriko、Miyatake Satoko、Mizuguchi Takeshi、Ogata Kazuhiro、Uchiyama Yuri、Matsumoto Naomichi
  • Journal Title: Clinical Genetics Volume: 103 Issue: 5 Pages: 590-595
  • DOI: 10.1111/cge.14292
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Associations of severity with biochemical parameters in glucose transporter 1 deficiency syndrome. (2023)
  • Author(s): Nabatame S, Tanigawa J, Tominaga K, Kagitani-Shimono K, Yanagihara K, Imai K, Ando T, Tsuyusaki Y, Araya N, Matsufuji M, Natsume J, Yuge K, Bratkovic D, Arai H, Okinaga T, Matsushige T, Azuma Y, Ishihara N, Miyatake S, Kato M, Matsumoto N, Okamoto N, Takahashi S, Hattori S, Ozono K
  • Journal Title: J Neurol Sci Volume: 447 Pages: 120597-120597
  • DOI: 10.1016/j.jns.2023.120597
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A missense variant at the RAC1-PAK1 binding site of RAC1 inactivates downstream signaling in VACTERL association (2023)
  • Author(s): Seyama Rie、Nishikawa Masashi、Ogata Kazuhiro、Nagata Koh-ichi、Matsumoto Naomichi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 9789-9789
  • DOI: 10.1038/s41598-023-36381-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biallelic structural variations within FGF12 detected by long-read sequencing in epilepsy (2023)
  • Author(s): Ohori S., Miyauchi A., Osaka H., Lourenco C. M., Arakaki N., Sengoku T., Ogata K., Honjo R. S., Kim C. A., Mitsuhashi S., Frith M. C., Seyama R., Tsuchida N., Uchiyama Y., Koshimizu E., Hamanaka K., Misawa K., Miyatake S., Mizuguchi T., Saito K., Fujita A. and Matsumoto N.
  • Journal Title: Life Sci Alliance Volume: 6 Issue: 8 Pages: e202302025-e202302025
  • DOI: 10.26508/lsa.202302025
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Long-read sequencing revealing intragenic deletions in exome-negative spastic paraplegias (2023)
  • Author(s): Fukuda H., Mizuguchi T., Doi H., Kameyama S., Kunii M., Joki H., Takahashi T., Komiya H., Sasaki M., Miyaji Y., Ohori S., Koshimizu E., Uchiyama Y., Tsuchida N., Fujita A., Hamanaka K., Misawa K., Miyatake S., Tanaka F. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 68 Issue: 10 Pages: 689-697
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01170-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Case series: Downbeat nystagmus in SCA27B (2023)
  • Author(s): Shirai Shinichi、Mizushima Keiichi、Fujiwara Keishi、Koshimizu Eriko、Matsushima Masaaki、Miyatake Satoko、Iwata Ikuko、Yaguchi Hiroaki、Matsumoto Naomichi、Yabe Ichiro
  • Journal Title: Journal of the Neurological Sciences Volume: 454 Pages: 120849-120849
  • DOI: 10.1016/j.jns.2023.120849
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of Modified Histones from Oral Mucosa of a Patient with DYT-KMT2B Dystonia (2023)
  • Author(s): Sugeno Naoto、Hasegawa Takafumi、Haginoya Kazuhiro、Kubota Takafumi、Ikeda Kensuke、Nakamura Takaaki、Ishiyama Shun、Sato Kazuki、Yoshida Shun、Koshimizu Eriko、Uematsu Mitsugu、Miyatake Satoko、Matsumoto Naomichi、Aoki Masashi
  • Journal Title: Molecular Syndromology Volume: 14 Issue: 6 Pages: 461-468
  • DOI: 10.1159/000530625
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Complete SAMD12 repeat expansion sequencing in a four-generation BAFME1 family with anticipation (2023)
  • Author(s): Mizuguchi T., Toyota T., Koshimizu E., Kameyama S., Fukuda H., Tsuchida N., Uchiyama Y., Hamanaka K., Fujita A., Misawa K., Miyatake S., Adachi H. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 68 Issue: 12 Pages: 875-878
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01187-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RNA Foci in Two bi‐Allelic RFC1 Expansion Carriers (2023)
  • Author(s): Wada Taishi、Doi Hiroshi, et al.
  • Journal Title: Annals of Neurology Volume: 95 Issue: 3 Pages: 607-613
  • DOI: 10.1002/ana.26848
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prevalence of repeat expansions causing autosomal dominant spinocerebellar ataxias in Hokkaido, the northernmost island of Japan (2023)
  • Author(s): Mizushima Keiichi、Shibata Yuka、Shirai Shinichi、Matsushima Masaaki、Miyatake Satoko、Iwata Ikuko、Yaguchi Hiroaki、Matsumoto Naomichi、Yabe Ichiro
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: 69 Issue: 1 Pages: 27-31
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01200-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Potential risks associated with laparoscopic gastrostomy in patients with the COL4A1 variant: Two case reports (2023)
  • Author(s): Deguchi Koichi、Saka Ryuta、Todo Marie、Toyama Chiyoshi、Watanabe Miho、Masahata Kazunori、Kamiyama Masafumi、Tazuke Yuko、Nabatame Shin、Itai Toshiyuki、Miyatake Satoko、Matsumoto Naomichi、Okuyama Hiroomi
  • Journal Title: Asian Journal of Endoscopic Surgery Volume: 17 Issue: 1
  • DOI: 10.1111/ases.13269
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 運動発達遅滞, 眼球上転発作で発症し, 反復する一過性片麻痺を呈し, CACNA1A遺伝子変異が同定された1例 (2023)
  • Author(s): 齊木健人, 森雅人, 濱中耕平, 宮武聡子, 松本直通, 平本龍吾, 佐々木征行
  • Journal Title: 小児科臨床 Volume: 76(3) Pages: 391-394
• [Journal Article] 特徴的な脳波速波活動を認め臭化カリウムが有効であったGABRB3関連てんかんの1例 (2023)
  • Author(s): 品川 穣, 水野 むつみ, 秋山 麻里, 竹内 章人, 板井 俊幸, 宮武 聡子, 松本 直通, 加藤 光広, 小林 勝弘
  • Journal Title: 脳と発達 Volume: 55(3) Pages: 212-216
• [Journal Article] Genome-wide identification of tandem repeats associated with splicing variation across 49 tissues in humans (2023)
  • Author(s): Hamanaka Kohei、Yamauchi Daisuke、Koshimizu Eriko、Watase Kei、Mogushi Kaoru、Ishikawa Kinya、Mizusawa Hidehiro、Tsuchida Naomi、Uchiyama Yuri、Fujita Atsushi、Misawa Kazuharu、Mizuguchi Takeshi、Miyatake Satoko、Matsumoto Naomichi
  • Journal Title: Genome Research Volume: 33 Issue: 3 Pages: 435-447
  • DOI: 10.1101/gr.277335.122
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical diversity and molecular mechanism of VPS35L-associated Ritscher-Schinzel syndrome (2022)
  • Author(s): Otsuji Shiomi、Nishio Yosuke、Tsujita Maki、Rio Marlene、Huber Celine、Anton-Plagaro Carlos、Mizuno Seiji、Kawano Yoshihiko、Miyatake Satoko、Simon Marleen、van Binsbergen Ellen、van Jaarsveld Richard H、Matsumoto Naomichi、Cormier-Daire Valerie、J.Cullen Peter、Saitoh Shinji、Kato Kohji
  • Journal Title: Journal of Medical Genetics Volume: 60 Issue: 4 Pages: 359-367
  • DOI: 10.1136/jmg-2022-108602
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] CANVASにおけるリピート配列の多様性 (2023)
  • Author(s): 宮武聡子
  • Organizer: 第64回日本神経学会学術大会（シンポジウム26）
• [Presentation] Rapid screening of repeat expansion diseases using nanopore sequencer (2023)
  • Author(s): 宮武聡子
  • Organizer: 第64回日本神経学会学術大会
• [Patent(Industrial Property Rights)] リピート伸長病の検出方法 (2023)
  • Inventor(s): 松本直通、宮武聡子、輿水江里子、藤田京志
  • Industrial Property Rights Holder: 横浜市立大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2023-184169
  • Filing Date: 2023