プロテオーム解析によるDNA損傷応答システムの破綻により生じる疾患発症因子の同定

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H03372
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 岡 泰由 名古屋大学, 環境医学研究所, 講師 (60762383)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荻 朋男 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (80508317)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: DNA損傷応答システム / ゲノム不安定性 / 遺伝性疾患 / プロテオーム解析

Outline of Annual Research Achievements

DNA損傷応答 (DNA damage response, DDR)システムの破綻によって、ヒトでは様々な病態を示す遺伝性疾患を発症することが知られているが、依然として、疾患発症原因が不明なものが多く残されている。昨今の大規模ゲノム解析研究から、健常人のゲノムにも数多くの遺伝子変異が存在することが明らかにされてきた。エクソーム解析を行ったとしても、疾患原因遺伝子変異の絞り込みが困難なため、確定診断に至るのは20-30%程度といわれている。本研究の目的は、ゲノム解析結果とプロテオーム解析データを統合することで、ゲノム解析のみでは候補遺伝子を絞り込むことができなかった、DDRシステムの破綻によって発症した遺伝性疾患の発症因子を特定し、DDRシステムと多様な病態を示す遺伝性疾患との関連性を明らかにすることである。
エクソーム解析のみでは候補遺伝子変異の絞り込みには至らなかった、DDRシステムの破綻によって発症することが知られているゼッケル症候群疑いと診断された患者由来の不死化血球系細胞について、プロテオーム解析を実施した。その結果、核酸代謝関連酵素の蛋白質発現が健常人由来細胞と比較して顕著に低下していること、当該蛋白質が細胞内で相互作用している因子の発現量が低下していることが明らかとなった。エクソーム解析では、当該遺伝子の病的変異の同定には至らなかったため、全ゲノム解析ならびにRNA-seq解析を実施した。その結果、当該遺伝子イントロン深部に疾患発症に関連することが予想される変異を同定し、その領域を含んだ異常スプライシング産物が患者細胞特異的に合成されていることを見出した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

これまでに、エクソーム解析のみでは候補遺伝子変異の絞り込みには至らなかった、DDRシステムの破綻によって発症したことが疑われる症例について、プロテオーム解析により疾患発症の原因となり得る候補因子を絞り込み、疾患発症関連因子の蛋白質発現低下に加えて、細胞内で疾患発症関連因子と複合体を形成することで安定化している蛋白質についても発現量の低下を検出することができている。さらに、全ゲノム解析とRNA-seq解析により、当該遺伝子のイントロン深部に病的変異を見出し、異常スプライシング産物が患者細胞において合成されていることを明らかとしたため。

Strategy for Future Research Activity

プロテオーム解析により絞り込みに成功した症例については、患者細胞において、核酸代謝酵素機能低下の有無を、分子生物学的実験手法を用いて明らかにする。エクソーム解析のみでは候補遺伝子変異の絞り込みには至らなかった、DDRシステムの破綻によって発症したことが疑われる症例について、引き続きプロテオーム解析を実施する。DDRシステムの破綻によって発症したことが疑われる症例の追加収集を行う。

Research Products

• [Journal Article] Ubiquitination of DNA Damage-Stalled RNAPII Promotes Transcription-Coupled Repair (2020)
  • Author(s): Nakazawa Y, Hara Y, Oka Y, Komine O, Heuvel D, Guo C, Daigaku Y, Isono M, He Y, Shimada M, Katoh K, Jia N, Hashimoto S, Kotani Y, Miyoshi Y, Tanaka M, Sobue A, Mitsutake N, Suganami T, Masuda A, Ohno K, Nakada S, Mashimo T, Yamanaka K, Luijsterburg M, Ogi T§.
  • Journal Title: Cell Volume: 180 Pages: 1228～1244.e24
  • DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.010
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Severe achondroplasia due to two de novo variants in the transmembrane domain of FGFR3 on the same allele: A case report (2020)
  • Author(s): Nagata T, Matsushita M, Mishima K, Kamiya Y, Kato K, Toyama M, Ogi T, Ishiguro N, Kitoh H.
  • Journal Title: Molecular Genetics & Genomic Medicine Volume: 8 Pages: e1148
  • DOI: 10.1002/mgg3.1148
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A novel NCSTN missense mutation in the signal peptide domain causes hidradenitis suppurativa, which has features characteristic of an autoinflammatory keratinization disease (2020)
  • Author(s): Takeichi T, Matsumoto T, Nomura T, Takeda M, Niwa H, Kono M, Shimizu H, Ogi T, Akiyama M.
  • Journal Title: British Journal of Dermatology Volume: 182 Pages: 491～493
  • DOI: 10.1111/bjd.18445
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reduced stratum corneum acylceramides in autosomal recessive congenital ichthyosis with a NIPAL4 mutation (2020)
  • Author(s): Murase Y, Takeichi T, Kawamoto A, Tanahashi K, Okuno Y, Takama H, Shimizu E, Ishikawa J, Ogi T, Akiyama M.
  • Journal Title: Journal of Dermatological Science Volume: 97 Pages: 50～56
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2019.12.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hailey-Hailey disease with oesophageal involvement due to a previously unreported ATP2C1 mutation (2019)
  • Author(s): Kono M, Kodera M, Inasaka Y, Hasegawa I, Muro Y, Nakazawa Y, Ogi T, Akiyama M.
  • Journal Title: European Journal of Dermatology Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1684/ejd.2019.3507
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bi-allelic TARS Mutations Are Associated with Brittle Hair Phenotype (2019)
  • Author(s): Theil AF, Botta E, Raams A, Smith DEC, Mendes MI, Caligiuri G, Giachetti S, Bione S, Carriero R, Liberi G, Zardoni L, Swagemakers SMA, Salomons GS, Sarasin A, Lehmann A, van der Spek PJ, Ogi T, Hoeijmakers JHJ, Vermeulen W, Orioli D.
  • Journal Title: The American Journal of Human Genetics Volume: 105 Pages: 434～440
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2019.06.017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] JAK/STAT3 and NF-κB Signaling Pathways Regulate Cancer Stem-Cell Properties in Anaplastic Thyroid Cancer Cells (2019)
  • Author(s): Shiraiwa K, Matsuse M, Nakazawa Y, Ogi T, Suzuki K, Saenko V, Xu S, Umezawa K, Yamashita S, Tsukamoto K, Mitsutake N.
  • Journal Title: Thyroid Volume: 29 Pages: 674～682
  • DOI: 10.1089/thy.2018.0212
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Japanese Case of Galli-Galli Disease due to a Previously Unreported POGLUT1 Mutation (2019)
  • Author(s): Kono M, Sawada M, Nakazawa Y, Ogi T, Muro Y, Akiyama M.
  • Journal Title: Acta Dermato Venereologica Volume: 99 Pages: 458～459
  • DOI: 10.2340/00015555-3119
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] RNA polymerase IIのユビキチン化修飾による転写共役修復開始反応の分子機構とその破綻により発症する哺乳類の神経変性のメカニズム. (2019)
  • Author(s): 荻朋男
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 転写共役ヌクレオチド除去修復機構に重要なRNAポリメラーゼユビキチン化部位の同定 (2019)
  • Author(s): 中沢由華, 原雄一郎, 岡泰由, 小峯起, Diana van den Heuvel, 郭朝万, 大学保一, 磯野真由, 何予希, 嶋田繭子, 加藤香奈, 賈楠, 橋下悟, 小谷祐子, 三好由夏, 田中都, 祖父江顕, 光武範吏, 菅波孝祥, 増田章男, 大野欽司, 中田慎一郎, 真下知士, 山中宏二, Martijn S. Luijsterburg, 荻朋男
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] ChIP-seqを利用したDNA損傷およびヌクレオチド除去修復のモニタリング. (2019)
  • Author(s): 原雄一郎, 中沢由華, 岡泰由, 小峯起, Diana van den Heuvel, 郭朝万, 大学保一, 磯野真由, 何予希, 嶋田繭子, 加藤香奈, 賈楠, 橋下悟, 小谷祐子, 三好由夏, 田中都, 祖父江顕, 光武範吏, 菅波孝祥, 増田章男, 大野欽司, 中田慎一郎, 真下知士, 山中宏二, Martijn S. Luijsterburg, 荻朋男.
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] VPS35Lの両アレルにおける機能喪失型バリアントは 3C/Ritscher-Schinzel 症候群に類似の先天異 常症候群の原因となる (2019)
  • Author(s): 加藤耕治, 岡泰由, 村松秀城, Vasilev F, 大友孝信, 大石久史, 河野好彦, 中沢由華, 荻朋男, 高橋義行, 齋藤伸治.
  • Organizer: 日本人類遺伝学会第64回大会
• [Presentation] 希少未診断疾患におけるゲノム解析およびデータ評価パイプラインの構築 (2019)
  • Author(s): 中沢由華, 原雄一郎, 遠山美穂, 岡泰由, 荻朋男.
  • Organizer: 第4回名大医薬系3部局交流シンポジウム
• [Presentation] Biallelic VPS35L pathogenic variants cause 3C/Ritscher-Schinzel-like syndrome through dysfunction of retriever complex (2019)
  • Author(s): Kato K, Oka Y, Muramatsu H, Vasilev F, Otomo T, Oishi H, Kawano Y, Nakazawa Y, Ogi T, Takahashi Y, Saitoh S.
  • Organizer: ASHG 2019 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 名古屋大学環境医学研究所HP
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/index.html
• [Remarks] 名古屋大学環境医学研究所 発生遺伝分野HP
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/4/genetics/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 老化マウスモデル (2019)
  • Inventor(s): 荻朋男
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2019-203237