アレル優位性を有するクロマチン高次構造解析による子宮内膜症の分子機序解明

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H02373
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 井ノ上 逸朗 国立遺伝学研究所, 総合遺伝研究系, 教授 (00192500)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 健人 東海大学, 医学部, 准教授 (50235363) ; 細道 一善 金沢大学, 医学系, 准教授 (50420948)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 子宮内膜症 / クロマチン高次構造 / 疾患関連遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

ゲノムワイド関連解析（GWAS）により複数の子宮内膜症関連一塩基多型（SNP）が報告されている。報告されたSNPは非転写領域に存在しているため近隣の遺伝子発現を調節することで子宮内膜症に関連すると推測される。GWASによって報告されるSNPはマーカーSNPに過ぎず、そのSNPと強い連鎖不平衡にある他のSNPが真の疾患リスクSNPである可能性がある。本研究では真の子宮内膜症リスクSNPの同定を行い、その分子メカニズムを明らかとすることを目的とした。子宮内膜症関連領域としてGWASで報告されているWNT4遺伝子周辺領域に含まれる２つのSNPを基準とし、それらと強い連鎖不平衡にあり、かつオープンクロマチン領域の指標とされるDNase I 高感受性部位に存在している８つのSNPを機能的SNPの候補として選択した。これらのうち、rs3820282はプロゲステロンレセプター（PRGR）とエストロゲンレセプターβ（ESR2）の認識モチーフ配列上に存在していることを明らかにした。
また、バイオインフォマティクス解析の結果、プロテクティブアリルはPRGRに高い結合親和性を示し、リスクアリルはESR2に高い結合親和性を示した。このことから、当該SNPはアレルに応じて、プロゲステロンあるいはエストロゲンに選択的に応答し、WNT4遺伝子の転写制御に寄与する『ホルモン作用スイッチ』として働いていることが推察される。この仮説を細胞内で実証するため、rs3820282をヘテロに持つヒト子宮体癌細胞株（HEC265）を用いて機能解析を行った。rs3820282部位は近傍遺伝子であるWNT4プロモーターに対してクロマチン・インタラクションを形成することを確認した。さらに、ホルモン条件下でクロマチン・インタラクションおよびWNT4遺伝子発現のアレル特異性について検討を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

GWAS hitの9p21領域のSNPについては我々が独自に開発したallele-specific chromosome conformation capture（AS3C）法によりリスクアレルではANRILプロモーターとの相互作用が弱くなり、ANRIL転写に影響を及ぼすことを明らかにし論文発表した（Nakaoka et al. PLOS Genet 2016）。今回はさらにWNT4領域において、エストロゲン、プロゲステロンのホルモン作用スイッチが働きWNT4転写量を変化させることをAS3C法で示すことができた。

Strategy for Future Research Activity

子宮内膜症のGWASによりいくつかの遺伝要因が報告され、集団によっても異なることが示されている。この結果は環境要因の関与が強いことを再確認させる。これまでの手法により関連SNPの機能的関与を明らかにし、遺伝要因としての全貌を明らかにするが、同時に環境要因との相互作用解析も始めたい。疫学的調査により、経口避妊薬を服用している人、経産婦では子宮内膜症の罹患率が低いことが知られている。このような環境要因と遺伝要因との相互作用を明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Rapid and cost-effective high-throughput sequencing for identification of germline mutations of BRCA1 and BRCA2. (2017)
  • Author(s): Ahmadloo S, Nakaoka H, Hayano T, Hosomichi K, You H, Utsuno E, Sangai T, Nishimura M, Matsushita K, Hata A, Nomura F, Inoue I.
  • Journal Title: J. Hum. Genet. Volume: 62 Pages: 561-567
  • DOI: 10.1038/jhg.2017.5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comprehensive genetic exploration of selective tooth agenesis of mandibular incisors by exome sequencing. (2017)
  • Author(s): Yamaguchi T, Hosomichi K, Yano K, Kim Y, Nakaoka H, Kimura R, Otsuka H, Nonaka N, Haga S, Takahashi M, Shirota T, Kikkawa Y, Yamada A, Kikkawa Y, Kamijo R, Park S, Nakamura M, Maki K, Inoue I.
  • Journal Title: Hum Genome Var Volume: 4 Pages: 17005
  • DOI: 10.1038/hgv.2017.5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structure and evolution of the filaggrin gene repeated region in primates. (2017)
  • Author(s): Romero V, Hosomichi K, Nakaoka H, Shibata H, Inoue I.
  • Journal Title: BMC evolutionary biology Volume: 17 Pages: 10
  • DOI: 10.1186/s12862-016-0851-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Germline variants of prostate cancer in Japanese families. (2016)
  • Author(s): Hayano T, Matsui H, Nakaoka H, Ohtake N, Hosomichi K, Suzuki K, Inoue I.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 11 Pages: e0164233
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0164233
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Shared Genetic Risk Factors of Intracranial, Abdominal, and Thoracic Aneurysms. (2016)
  • Author(s): van 't Hof FN, Ruigrok YM, Lee CH, Ripke S, Anderson G, Wang GT; Aneurysm Consortium; Vascular Research Consortium of New Zealand, Han B, Rinkel GJ, de Bakker PI et al.
  • Journal Title: J Am Heart Assoc Volume: 5 Pages: e002603
  • DOI: 10.1161/JAHA.115.002603
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of rs671, a common variant of ALDH2, as a gout susceptibility locus. (2016)
  • Author(s): Sakiyama M, Matsuo H, Nakaoka H, Yamamoto K, Nakayama A, Nakamura T, Ooyama H, Shimizu T, Shinomiya N.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 6 Pages: 25360
  • DOI: 10.1038/srep25360
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Allelic imbalance in ANRIL regulation at 9p21 endometriosis risk locus. (2016)
  • Author(s): Nakaoka H, Gurumurthy A, Hayano T, Ahmadloo A, Omer WH, Yoshihara K, Yamamoto A, Kurose K, Enomoto T, Akira S, Hosomichi K, Inoue I.
  • Journal Title: PLoS Genet. Volume: 12 Pages: e1005893
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1005893
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] HLAアレルからみた東アジア集団～旧人類との遺伝的混合 (2016)
  • Author(s): 中岡博史、井ノ上逸朗
  • Journal Title: 医学の歩み Volume: 258 Pages: 172-174
• [Presentation] Allelic imbalance in regulation of ANRIL through chromatin interaction at 9p21 endometriosis risk locus. (2016)
  • Author(s): Nakaoka H, Gurumurthy A, Hayano T, Ahmadloo S, Omer W, Hata C, Kimura T, Hosomichi K, Inoue I.
  • Organizer: The American Society of Human Genetics 66th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Vancouver, Canada
  • Year and Date: 2016-10-18 – 2016-10-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Systematic identification and characterization of regulatory elements derived from human endogenous retroviruses. (2016)
  • Author(s): Ito J, Yamada S, Sugimoto R, Kimura T, Nakaoka H, Inoue I.
  • Organizer: The American Society of Human Genetics 66th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Vancouver, Canada
  • Year and Date: 2016-10-18 – 2016-10-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evolution of the ‘fused’ gene family across primates. (2016)
  • Author(s): Nakaoka H, Romero V, Inoue I, Hosomichi K.
  • Organizer: The 13th International Congress of Human Genetics.
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-04-03 – 2016-04-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Allelic imbalance in regulation of ANRIL through chromatin interaction at 9p21 endometriosis risk locus. (2016)
  • Author(s): Nakaoka H, Gurumurthy A, Hayano T, Ahmadloo S, Omer W, Hosomichi K, Inoue I.
  • Organizer: The 13th International Congress of Human Genetics.
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-04-03 – 2016-04-07
  • Int'l Joint Research