ダウン症候群における造血異常の病態解明と責任遺伝子の同定

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K10090
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 北畠 康司 大阪大学, 医学部附属病院, 講師 (80506494)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: ダウン症候群 / iPS細胞 / ゲノム編集

Outline of Annual Research Achievements

ダウン症候群では新生児期に一過性骨髄異常増殖症(TAM)と呼ばれる前白血病状態が高率に起こる。われわれのこれまでの研究により21番染色体上で造血異常に強く関与する4Mbの重要領域（Critical Region）を同定することに成功した。本研究ではこれまでの成果をさらに発展させ、4Mb領域内のどの遺伝子が、造血のどのステップに関わるのかについて明らかにすることを目的とする。
昨年度の研究によって、4Mb領域内にコードされる約20個の遺伝子のうちとくに強い発現変化を示すRUNX1, ETS2, ERGを原因遺伝子の候補としてピックアップした。そしてゲノム編集によってRUNX1の1アレル分だけ欠失したiPS細胞を樹立しその造血分化誘導を行うことで、21トリソミーによって引き起こされる造血分化亢進作用は、RUNX1のトリソミー単独で起こりうるということが分かった。
本年度はさらに解析を進め、ETS2およびERGに対するゲノム編集を行うとともに、さらにこれらのiPS細胞においてGATA1変異を導入することによって、造血に重要な21番染色体上の遺伝子と、GATA1変異との解析を可能にする重要な実験モデルを樹立することに成功した。またこれらを分化誘導することにより、造血亢進に深く関わるRUNX1と対照的に、これらふたつの遺伝子が巨核芽球系分化に関与していることが分かりつつある。またRUNX1は造血更新に関与する唯一の遺伝子であったが、ETS2とRUNX1はそれら単独ではなく、RUNX1とともに作用することが明らかとなってきた。
今後、これらを造血分化誘導することでTAMの本態が明らかとなると思われる。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究はダウン症候群に見られるTAMの病態解析モデルを作成し、それらを造血分化誘導することが目的である。昨年度RUNX1のゲノム編集を行ったことに引き続き、今年度はETS2、ERGのゲノム編集を行った。これらにあたっては、SNPおよびSTR解析を行うことで、たしかに1アレル分だけの変異であることを確認した。そしてさらにGATA1 short form変異を導入することによって、これらの遺伝子について網羅的に解析することのできる実験系を手に入れることができた。
まだ予備的実験の段階であるが、RUNX1が造血の初期段階に関与する唯一のファクターであるのに対比して、ETS2とERGは、RUNX1とともに、巨核芽球の産生に強く関わっていることが分かってきた。
今後さらにこの解析を進めることで、GATA1との関与について明確にし、TAMの病態を明らかにしたい。

Strategy for Future Research Activity

疾患特異的iPS細胞とゲノム編集技術を高度に組み合わせることにより、TAMの病態解明を進めるための実験モデルの樹立はほぼ完成することができた。今後はこれらを造血分化誘導し、「造血亢進作用」「巨核芽球への分化誘導作用」のふたつに分けて解析を進めていく。
同時に、これら3つの遺伝子発現が造血分化の過程で大きく変化するメカニズムについて、研究を進める予定である。

Causes of Carryover

本年度で予定していた解析について、実験系の完成が来年度となったため遂行できなかった。来年度に行う予定である。