次世代シーケンサーによるparkinの新規modifier 遺伝子同定と機能解明

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K14966
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 大垣 光太郎 順天堂大学, 医学部, 准教授 (20459035)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: パーキンソン病 / parkin / 遺伝子 / 神経内科 / 神経科学 / 次世代シーケンサー

Outline of Annual Research Achievements

【当該年度に実施した研究の成果】
パーキンソン病 (PD) の新規原因遺伝子の同定は同研究領域に飛躍的な進歩をもたらしてきた。当研究グループは劣性遺伝性若年性PDの原因遺伝子として、parkin遺伝子の2アレル変異を単離し、さらにparkin遺伝子の1アレル変異においてはPDを発症する患者群と発症しない群が存在することを世界に先駆けて突き止めた。そこで本研究は、parkin遺伝子の1アレル変異に着目し、その発症メカニズム解明を目指す。申請者は2つの仮説を立てた。; 仮説①: parkinのイントロン領域に、発症に深く関わるvariantが存在している。仮説②: parkin以外の遺伝子 (disease modifier gene) が発症に関わっている。
今年度は仮説①の検証を進めた。parkinは約1.4Mbの巨大遺伝子であり、イントロン領域を多数例のPD患者で解析された報告は現在までない。本来であれば、(a) parkin１アレル変異で発症した患者群と (b) parkin１アレル変異を持つが発症しない群の遺伝子情報を直接比較する方法が一般的だが、(b) のDNA数は極めて少ない。無症状のため、臨床的には遺伝子検査が依頼されることは稀である。そこで、研究を効率よく進めるために、申請者は、(c) 両親が非・発症者だが、PDを発症したparkin-2アレル変異のサンプルに着目した。 (c) 群は遺伝的riskを有していない。何故なら、両親 (b) がいずれも遺伝的riskを有していない可能性が高いと考えられるからである。
申請者は次世代シーケンサーによるターゲットリシーケンスを行うために、parkin遺伝子の前後の領域 (プロモーター領域も含め) にプローブを設計し、parkin１アレル変異患者と44名とparkin2アレル変異患者97名で解析を行った。現在解析中である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

parkin１アレル変異患者44名とparkin2アレル変異患者97名を選出し、parkinのイントロン領域を含めた全領域をターゲットリシーケンス解析するためのプローブをデザインし、その解析を開始している。初年度の進捗状況としては、概ね順調に進展していると考え得る。

Strategy for Future Research Activity

ターゲットリシーケンス解析で得られた、膨大な遺伝子情報の中から、parkin１アレル変異患者群でより多く同定されるvariantを探索する。第3群として約100例の健常コントロール群の追加解析を検討している。有意差のあるvariantが認められた場合には、その変異がparkinタンパクの発現率を低下させるかなど、機能解析を進める。また、仮説①ではparkin遺伝子の1アレル変異の発症メカニズムが説明できない場合は、仮説②の検証に移る。

Causes of Carryover

次世代シーケンサーを用いたターゲットシーケンス解析は初年度に開始されているが、その試薬代の支払いは翌年度のタイミングとなり、次年度使用額が生じた。実際の研究そのものは概ね順調に進んでいる。

Research Products

• [Journal Article] Multiple system atrophy and apolipoprotein E. (2018)
  • Author(s): Ogaki K, Martens YA, Heckman MG, Koga S, Labbe; C, Lorenzo-Betancor O, Wernick AI, Walton RL, Soto AI, Vargas ER, Nielsen HM, Fujioka S, Kanekiyo T, Uitti RJ, van Gerpen JA, Cheshire WP, Wszolek ZK, Low PA, Singer W, Dickson DW, Bu G, Ross OA.
  • Journal Title: Movement Disorder Volume: 33 Pages: 647,650.
  • DOI: doi: 10.1002/mds.27297.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The PINK1 p.I368N mutation affects protein stability and ubiquitin kinase activity. (2017)
  • Author(s): Ando M, Fiesel FC, Hudec R, Caulfield TR, Ogaki K, Gorka-Skoczylas P, Koziorowski D, Friedman A, Chen L, Dawson VL, Dawson TM, Bu G, Ross OA, Wszolek ZK, Springer W.
  • Journal Title: Molecular Neurodegeneration Volume: 24 Pages: 32
  • DOI: doi: 10.1186/s13024-017-0174-z.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reply: Heterozygous PINK1 p.G411S in rapid eye movement sleep behaviour disorder. (2017)
  • Author(s): Puschmann A, Fiesel FC, Caulfield TR, Hudec R, Ando M, Truban D, Hou X, Ogaki K, Heckman MG, James ED, Swanberg M, Jimenez-Ferrer I, Hansson O, Opala G, Siuda J, Boczarska-Jedynak M, Friedman A, Koziorowski D, Rudzinska-Bar M, Aasly JO, Lynch T, Mellick GD, Mohan M, Silburn PA, Sanotsky Y et al.
  • Journal Title: Brain Volume: 140 Pages: e33
  • DOI: doi: 10.1093/brain/awx077.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heterozygous PINK1 p.G411S in rapid eye movement sleep behaviour disorder. (2017)
  • Author(s): Puschmann A, Fiesel FC, Caulfield TR, Hudec R, Ando M, Truban D, Hou X, Ogaki K, Heckman MG, James ED, Swanberg M, Jimenez-Ferrer I, Hansson O, Opala G, Siuda J, Boczarska-Jedynak M, Friedman A, Koziorowski D, Rudzinska-Bar M, Aasly JO, Lynch T, Mellick GD, Mohan M, Silburn PA, Sanotsky Y et al.
  • Journal Title: Brain Volume: 140 Pages: 98-117
  • DOI: doi: 10.1093/brain/aww261.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Multiple system atrophy and apolipoprotein E: genetic, pathological and functional analyses (2017)
  • Author(s): Ogaki K, Martens YA, Heckman MG, Koga S, Labbe C, Lorenzo-Betancor C, Walton RL. , Soto AI, Vargas E, Nielsen HM. , Fujioka S, Kanekiyo T, Uitti RJ, Van Gerpen J, Cheshire WP, Wszolek ZK, Low PA, Singer W, Hattori N, Dickson DW, Bu G, Ross OA
  • Organizer: 12th Annual Meeting of Genetic Epidemiology of Parkinson's Disease
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MULTIPLE SYSTEM ATROPHY AND APOLIPOPROTEIN E: GENETIC ANALYSIS AND FUNCTIONAL STUDY (2017)
  • Author(s): Kotaro Ogaki, Yuka A. Martens, Michael G. Heckman, Shunsuke Koga, Shinsuke Fujioka, Takahisa Kanekiyo, Zbigniew K. Wszolek, Wolfgang Singer, Phillip A. Low, Dennis W. Dickson, Nobutaka Hattori, Guojun Bu, Owen A. Ross
  • Organizer: The XXIII World Congress of Neurology
  • Int'l Joint Research
• [Book] パーキンソン病の遺伝子研究 In: 遺伝子医学MOOK別冊 シリーズ2「最新精神・神経遺伝医学研究と遺伝カウンセリング」 (2017)
  • Author(s): 大垣光太郎、西岡健弥、服部信孝
  • Total Pages: 7
  • Publisher: メディカルドゥ