DNA修復・損傷応答機構の異常により発症するゲノム不安定性疾患の分子病態解明研究

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H00783
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 荻 朋男 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (80508317)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 光武 範吏 長崎大学, 原爆後障害医療研究所, 准教授 (50404215) ; 真下 知士 大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (80397554)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ゲノム不安定性疾患 / DNA修復 / DNA損傷応答 / 次世代オミクス解析

Outline of Annual Research Achievements

DNA修復・損傷応答システムの異常により発症し、ゲノム不安定性を示す様々なヒト疾患症例が知られている。我々はこれまで、国内外よりヒトのゲノム不安定性疾患症例を多数収集し、次世代ゲノム解析・精密質量分析 (次世代プロテオーム解析)・高精度DNA修復活性の測定を組み合わせた次世代マルチオミクス解析システムを立ち上げた。既存症例のうち疾患原因が未同定の検体について本システムを用いた解析を実施することで原因因子の特定を試みた。その結果、いくつかの症例で新規の遺伝子異常を同定した。現在、分子生物学的・細胞生物学的解析により、疾患発症メカニズムの解明を進めている。また、ヌクレオチド除去修復 (NER)機構の開始反応に関与する遺伝子に異常を持つモデル細胞及びモデルマウスの作製に成功しており、細胞の分子生物学的解析及びマウスの詳細な病態解析を実施することで、転写共役NER (TC-NER)機構の開始反応の一端が解明されると期待される。小頭症を示す遺伝性疾患の解析から同定された新規遺伝子Xに関しては、ヒトで同定された病的変異と等価となる矮小変異をもつモデルマウスを樹立した。また、DNA二重鎖切断修復に関わるXRCC4の異常により小頭症を発症するXRCC4症候群のモデルマウス作製にも取り組み、ヒトで同定された病的変異を持つマウスの作製に成功した。これらのモデルマウスの病態解析を進めることで、それぞれが関連するDNA修復・損傷応答システムの詳細な理解につながると期待される。解析と平行して、ゲノム不安定性を示す遺伝性疾患症例の追加収集を行った。本研究期間に新たに115例の検体を入手し、現在これらの症例に関して次世代オミクス解析を実施中である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

既存症例のうち疾患原因が未同定の検体について、次世代マルチオミクス解析を実施し疾患原因因子の特定を進めたところ、いくつかの症例で原因の同定に至った。このことから、次世代ゲノム解析・次世代プロテオーム解析・高精度DNA修復活性の測定を組み合わせた次世代マルチオミクス解析が有用であることが実証された。本解析により同定された新規因子に関しては、現在も順調に分子生物学的・細胞生物学的解析を進めている。同時に、既存のNER因子であるUVSSAとその関連因子、および新規疾患関連遺伝子Xの分子機能解析も実施しており、当初の計画は順調に進んでいると考えられる。また、3つの疾患に関連するモデルマウスの作製に成功し、これら遺伝子改変マウスの病態解析も順調に進むと期待されるほか、本年度新たに同定した新規疾患関連遺伝子に関しても、今後疾患モデルマウスの作製を計画している。これらの病態解析が進むことで、各DNA修復・損傷応答システムや疾患発症メカニズムの理解も深まると考えられる。さらに、ゲノム不安定性を示す遺伝性疾患症例の収集を行い、新たに100例を超える検体のバンキングが完了した。継続して新規症例の解析も実施しており、本研究は順調に進行していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

これまでに同定済みの疾患原因因子の解析を進め、ゲノム不安定性疾患の分子病態を検討するとともに、DNA修復・DNA損傷応答の分子メカニズムの理解を深める。TC-NERに関しては、引き続きUVSSAとRNA pol IIoのユビキチン化修飾機構を中心に詳細な分子機能解析を行う。既に、関連するモデルマウスの作製を進めており、今後は本マウスの詳細な病態解析を計画している。また、新規の小頭症候群 (遺伝子Xの異常)および、XRCC4症候群の疾患モデルマウスも作製済みであり、これらのマウスの病態解析を進める。
本研究計画期間に収集した新たなゲノム不安定性疾患疑い症例については、継続して次世代マルチオミクス解析を実施するほか、Human Phenotype Ontology (HPO)タグによる身体表現系の分析を加えることで、疾患原因因子の同定効率の向上を試みる。合わせて、追加のゲノム不安定性疾患が疑われる症例の収集を精力的に進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Sussex Univ. GDSC(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Sussex Univ. GDSC
• [Int'l Joint Research] LUMC(オランダ)
  • Country Name: NETHERLANDS
  • Counterpart Institution: LUMC
• [Int'l Joint Research] CNR(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: CNR
• [Journal Article] Cerebellar ataxia-dominant phenotype in patients with ERCC4 mutations. (2018)
  • Author(s): Doi H, Koyano S, Miyatake S, Nakajima S, Nakazawa Y, Kunii M, Tomita-Katsumoto A, Oda K, Yamaguchi Y, Fukai R, Ikeda S, Kato R, Ogata K, Kubota S, Hayashi N, Takahashi K, Tada M, Tanaka K, Nakashima M, Tsurusaki Y, Miyake N, Saitsu H, Ogi T, Aihara M, Takeuchi H, Matsumoto N, Tanaka F.
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: 63 Pages: 417-423
  • DOI: 10.1038/s10038-017-0408-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Novel function of HATs and HDACs in homologous recombination through acetylation of human RAD52 at double-strand break sites. (2018)
  • Author(s): Yasuda T, Kagawa W, Ogi T, Kato TA, Suzuki T, Dohmae N, Takizawa K, Nakazawa Y, Genet MD, Saotome M, Hama M, Konishi T, Nakajima NI, Hazawa M, Tomita M, Koike M, Noshiro K, Tomiyama K, Obara C, Gotoh T, Ui A, Fujimori A, Nakayama F, Hanaoka F, Sugasawa K, Okayasu R, Jeggo PA, Tajima K.
  • Journal Title: PLoS Genetics Volume: 14 Pages: e1007277
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1007277
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functional and clinical relevance of novel mutations in a large cohort of patients with Cockayne syndrome. (2017)
  • Author(s): Calmels N, Botta E, Jia N, Fawcett H, Nardo T, Nakazawa Y, Lanzafame M, Moriwaki S, Sugita K, Kubota M, Obringer C, Spitz MA, Stefanini M, Laugel V, Orioli D, Ogi T§, Lehmann A.
  • Journal Title: Journal of Medical Genetics Volume: 55 Pages: 329-343
  • DOI: 10.1136/jmedgenet-2017-104877
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ALC1/CHD1L, a chromatin-remodeling enzyme, is required for efficient base excision repair. (2017)
  • Author(s): Tsuda M, Cho K, Ooka M, Shimizu N, Watanabe R, Yasui A, Nakazawa Y, Ogi T, Harada H, Agama K, Nakamura J, Asada R, Fujiike H, Sakuma T, Yamamoto T, Murai J, Hiraoka M, Koike K, Pommier Y, Takeda S, Hirota K.
  • Journal Title: PLos One Volume: 12 Pages: e0188320
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0188320
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Common TFIIH recruitment mechanism in global genome and transcription-coupled repair subpathways. (2017)
  • Author(s): Okuda M, Nakazawa Y, Guo C, Ogi T, Nishimura Y.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 45 Pages: 13043-13055
  • DOI: 10.1093/nar/gkx970
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transplantation of bioengineered rat lungs recellularized with endothelial and adipose-derived stromal cells. (2017)
  • Author(s): Doi R, Tsuchiya T, Mitsutake N, Nishimura S, Matsuu-Matsuyama M, Nakazawa Y, Ogi T, Akita S, Yukawa H, Baba Y, Yamasaki N, Matsumoto K, Miyazaki T, Kamohara R, Hatachi G, Sengyoku H, Watanabe H, Obata T, Niklason LE, Nagayasu T.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 8447
  • DOI: 10.1038/s41598-017-09115-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Calcification in dermal fibroblasts from a patient with GGCX syndrome accompanied by upregulation of osteogenic molecules. (2017)
  • Author(s): Okubo Y, Masuyama R, Iwanaga A, Koike Y, Kuwatsuka Y, Ogi T, Yamamoto Y, Endo Y, Tamura H, Utani A.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 12 Pages: e0177375
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0177375
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PCNA ubiquitylation ensures timely completion of unperturbed DNA replication in fission yeast. (2017)
  • Author(s): Daigaku Y, Etheridge TJ, Nakazawa Y, Nakayama M, Watson AT, Miyabe I, Ogi T, Osborne MA, Carr AM.
  • Journal Title: PLoS Genetics Volume: 13 Pages: e1006789
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1006789
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Analysis of clinical symptoms and ABCC6 mutations in 76 Japanese patients with pseudoxanthoma elasticum. (2017)
  • Author(s): Iwanaga A, Okubo Y, Yozaki M, Koike Y, Kuwatsuka Y, Tomimura S, Yamamoto Y, Tamura H, Ikeda S, Maemura K, Tsuiki E, Kitaoka T, Endo Y, Mishima H, Yoshiura KI, Ogi T, Tanizaki H, Wataya-Kaneda M, Hattori T, Utani A.
  • Journal Title: Journal of Dermatology Volume: 44 Pages: 644-650
  • DOI: 10.1111/1346-8138.13727
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An XPA gene splicing mutation resulting in trace protein expression in an elderly xeroderma pigmentosum group A patient without neurological abnormalities. (2017)
  • Author(s): Takahashi Y, Endo Y, Kusaka A, Nakamaura S, Nakazawa Y, Ogi T, Uryu M, Tsuji M, Furue M, Moriwaki S.
  • Journal Title: British Journal of Dermatology Volume: 177 Pages: 253-257
  • DOI: 10.1111/bjd.15051
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Very mild Japanese Cockayne syndrome (type-IV) cases with a N-terminal truncation mutation in the ERCC6 / CSB gene. (2018)
  • Author(s): Ogi T.
  • Organizer: 国際シンポジウム「早老症と関連疾患」
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Human genetic disorders associated with TC-NER deficiency. (2017)
  • Author(s): Ogi T.
  • Organizer: 第２回神戸大学バイオシグナル総合研究センター国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Very mild CS type-IV cases with mutation in the CSB gene. (2017)
  • Author(s): Ogi T.
  • Organizer: Cockayne Syndrome Meeting.
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Human genetics disorders associated with DNA repair deficiency. (2017)
  • Author(s): Ogi T.
  • Organizer: 6th US-Japan DNA Repair Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] DNA損傷依存的なRNAポリメラーゼの修飾とヒト疾患. (2017)
  • Author(s): 荻 朋男
  • Organizer: 国立遺伝学研究所・研究集会「染色体構築と安定化を担う分子機構」
  • Invited
• [Presentation] ゲノム不安定性を示す遺伝性疾患の次世代マルチオミクス解析. (2017)
  • Author(s): 荻 朋男
  • Organizer: 第7回名古屋大学医学系研究科・生理学研究所合同シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] ミニレクチャー「ゲノム不安定性疾患群を中心とした希少疾患の次世代マルチオミクス病態解析」 (2017)
  • Author(s): 荻 朋男
  • Organizer: 第12回東海小児遺伝カンファレンス
  • Invited
• [Presentation] Molecular pathogenesis underlying Cockayne syndrome and UV-sensitive syndrome. (2017)
  • Author(s): Jia N, Guo C, Oka Y, Nakazawa Y, Shimada M, Miyazaki H, Ogi T.
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Very mild CS type-IV cases with mutations in the CSB gene. (2017)
  • Author(s): Jia N, Guo C, Oka Y, Nakazawa Y, Shimada M, Miyazaki H, Ogi T.
  • Organizer: 第24回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
• [Presentation] DNA修復機構欠損性疾患の病態解明研究. (2017)
  • Author(s): 中沢由華、賈楠、嶋田繭子、宮崎仁美、千住千佳子、郭朝万、岡泰由、荻朋男.
  • Organizer: 第２回放射線災害・医科学研究拠点カンファランス
• [Presentation] Whole exome sequencing of 14 schizophrenia multiplex families in Japan. (2017)
  • Author(s): Toyama M, Takasaki Y, Aleksic B, Ogi T, Ozaki N.
  • Organizer: Human Genome Meeting 2018
• [Presentation] マルチオミクス解析による希少遺伝性疾患発症責任因子の同定. (2017)
  • Author(s): 岡泰由、中沢由華、荻朋男.
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会
• [Presentation] ゲノム不安定性を示す遺伝性疾患群の疾患責任遺伝子変異の探索. (2017)
  • Author(s): 中沢由華、千住千佳子、岡泰由、嶋田繭子、宮崎仁美、郭朝万、賈楠、荻朋男.
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会
• [Presentation] A Novel Gene Mutation Of Japanese Xeroderma Pigmentosum Complementation Group F Patients. (2017)
  • Author(s): Senju C, Nakazawa Y, Ogi T.
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Identification of pathogenic mutations in patients with rare diseases using multi-omics analysis. (2017)
  • Author(s): Oka Y, Nakazawa Y, Ogi T.
  • Organizer: 日本プロテオーム学会2017年大会