2019 Fiscal Year Annual Research Report
Integrated understanding of dermatan sulfate through uncovering pathophysiology of musculocontractural Ehlers-Danlos syndrome
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19H03616
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
古庄 知己 信州大学, 学術研究院医学系, 教授 (90276311)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 健一 島根大学, 学術研究院医学・看護学系, 教授 (30202328)
野村 義宏 東京農工大学, 農学部, 教授 (10228372)
高橋 淳 信州大学, 学術研究院医学系, 教授 (60345741)
岡田 尚巳 日本医科大学, 大学院医学研究科, 大学院教授 (00326828)
山田 修平 名城大学, 薬学部, 教授 (70240017)
角田 佳充 九州大学, 農学研究院, 教授 (00314360)
高野 亨子 信州大学, 学術研究院医学系(医学部附属病院), 講師 (70392420)
渡邉 敬文 酪農学園大学, 獣医学群, 准教授 (50598216)
笠原 優子 日本医科大学, 医学部, 助教 (90391911)
岳 鳳鳴 信州大学, 学術研究院医学系, 助教 (20532865)
三宅 紀子 横浜市立大学, 医学部, 准教授 (40523494)
水本 秀二 名城大学, 薬学部, 准教授 (40443973)
山口 智美 信州大学, 医学部附属病院, 助教(特定雇用) (90802835)
上原 将志 信州大学, 医学部附属病院, 助教(診療) (30748108)
吉沢 隆浩 信州大学, 学術研究院総合人間科学系, 助教 (40713392)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 筋拘縮型エーラス・ダンロス症候群 / デルマタン硫酸 / iPS細胞 / マウスモデル / 包括的病態解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
筋拘縮型（古庄型）エーラス・ダンロス症候群（Musculocontractural Ehlers-Danlos Syndrome；mcEDS）は、CHST14変異（mcEDS-CHST14）またはDSE変異（mcEDS-DSE）による全身性のデルマタン硫酸欠乏に基づき、発生異常（先天性多発関節拘縮、内臓・眼などの先天異常）、進行性の結合組織脆弱性（皮膚過伸展性・脆弱性、全身関節弛緩・脱臼・変形、巨大皮下血腫）を特徴とする疾患で、研究代表者が発見し、疾患概念を確立、世界の研究をリードしてきた。本研究は、ALL JAPANの関連領域研究者による横断的研究体制を基盤に、患者由来組織、iPS細胞、マウスモデルを用いたmcEDSの包括的病態解析を通じて、全身性のデルマタン硫酸欠乏が、細胞・組織・臓器レベルで及ぼす影響を統合的に解明することを目的としている。次世代シークエンスによるカスタムパネル解析を利用した新規患者の一次スクリーニング体制は順調に機能している。国内外の共同研究者の協力を得て、48家族66人の患者の詳細な臨床情報を収集し、自然歴をまとめた（投稿準備中）。患者皮膚の詳細な病理学的検討により、デコリンのグリコサミノグリカン鎖の形態異常がコラーゲン細線維のネットワーク破綻を引き起こすことを明らかにした（Hirose et al., BBAGS, 2019; Kosho et al., Genes, 2019）。ノックアウトマウスの皮膚解析においても同様な所見を見出した（投稿中）。mcEDS-CHST14患者由来iPS細胞から血管構成成分の再構築に成功し、その形態・機能的異常を明らかにした（投稿準備中）。mcEDS-DSE患者よりiPS細胞の樹立に成功した。CRISPR/cas9法によるマウス作出に成功し、包括的な病態検討を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は、mcEDS患者の臨床的・遺伝学的検討、患者由来組織を用いた病態解析、疾患モデルを用いた病態解析から成る。臨床的・遺伝学的検討については、次世代シークエンスによるカスタムパネル解析を利用した新規患者の一次スクリーニング体制は順調に機能していること、国内外から多数の患者の詳細な臨床情報を収集し、自然歴をまとめられたことから、順調に進んでいると考えられる。患者由来組織を用いた病態解析については、皮膚組織を用いた病理学的検討（デコリンの免疫染色、cupromeronic blue染色を含む電顕によるグリコサミノグリカン[GAG]鎖の可視化）から、デコリンのGAG鎖の形態異常がコラーゲン細線維のネットワーク破綻を引き起こすことを明らかにした。GAG鎖の生化学的異常（通常はデルマタン硫酸、患者ではコンドロイチン硫酸に置換）が形態異常を引き起こすことを世界で初めて示した重要な発見であったことから、研究は順調に進んでいると考えた。疾患モデルを用いた病態解析については、mcEDS-CHST14患者由来iPS細胞の未分化能、多能性などに関する検証が終了しており、これから血管構成成分の再構築に成功し、その形態・機能的異常を明らかにしたこと、mcEDS-DSE患者由来iPS細胞を世界で初めて樹立したことから、順調に進んでいると考えた。マウスモデルにおいても、ノックアウトマウスの皮膚解析により、患者と同様の病態が確認され、モデルの妥当性が示されるとともに、CRISPR/cas9法によるマウス作出にも成功し、包括的な病態検討に着手していることから、順調に進んでいると考えた。患者および疾患モデルの解析においてGAG分析を含む糖鎖解析は必須のプロセスであるが、順調に進められており、本研究全体の推進に大きく貢献している。アジアで初めて開催されたEDSに関する国際会議に際して、本研究班会議を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
臨床的・遺伝学的検討としては、信州大学医学部附属病院遺伝子医療研究センターにおける既診断患者の前向き自然歴調査（Electric Data Captureを活用した詳細・包括的・持続可能な患者レジストリ）を進める。次世代シークエンスによるカスタムパネル解析を用いた一次スクリーニングを継続する。陰性例に対して、横浜市立大学にて網羅的遺伝子解析を実施し、新たな遺伝学的機序（新規原因遺伝子単離）を明らかにする。患者由来組織を用いた病態解析としては、信州大学医学部附属病院遺伝子医療研究センターのバイオリポジトリを基盤に、mcEDS-CHST14およびmcEDS-DSE患者における、糖鎖解析（名城大学）、質量分析による病勢関連バイオマーカーの探索（島根大学）、デコリンやその他のプロテオグリカン（バイグリカンなど）を含む細胞外マトリックス解析（東京農工大学）、cupromeronic blue染色を含む電子顕微鏡解析（GAGの観察）（酪農学園大学）、X線回折によるD4ST1の立体構造解析（高頻度変異P281Lが立体構造・酵素活性に与える影響を含む）（九州大学）を継続・発展させ、糖鎖医学的・生化学的・生理学的・病理学的異常を探索、病態を統合的に解明する。疾患モデルを用いた病態解析としては、iPS細胞：mcEDS-CHST14患者由来iPS細胞（3人分樹立済み）、mcEDS-DSE患者由来iPS細胞（樹立中）を用いて、多系統細胞（血管平滑筋細胞、骨・筋・神経系細胞）へ分化させ、巨大皮下血腫・骨病変など多彩な症状の発症機序を解明する（信州大学）。マウスモデル：mcEDS-CHST14のマウスモデル（従来法、CRISPR/cas9法いずれも樹立済み）を用いて、発生異常・結合組織脆弱性関連症状を検索し、その発症機序を解明する（信州大学、日本医科大学）。
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[Presentation] Clinical, biochemical, and pathological investigation of a patient with musculocontractural Ehlers-Danlos syndrome caused by a novel pathogenic variant in DSE2019
Author(s)
Minatogawa M, Mizumoto S, Hirose T, Yamaguchi T, Wakui K, Watanabe T, Yamada S, Kosho T.
Organizer
American Society of Human Genetics, Annual Meeting 2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] CRISPR/Cas9-mediated development and characterization of knockout mice for musculocontractural type Ehlers-Danlos Syndrome caused by mutations in CHST14 (mcEDS-CHST14).2019
Author(s)
Nitahara-Kasahara Y, Tsumita N, Mizumoto S, Inoue Y, Inoue T, Yoshizawa T, Takahashi Y, Guillermo PH, Oda Y, Nakamura-Takahashi A, Hashimoto A, Nomura Y, Takeda S, Watanabe A, Kosho T, Okada T
Organizer
Scientific Meeting on The Rare Types of Ehlers-Danlos Syndromes
Int'l Joint Research
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[Presentation] Skin and Vascular Abnormalities in Chst14 Gene-Deleted Mice, an Animal Model of Musculocontractual Ehlers-Danlos Syndrome2019
Author(s)
Yoshizawa T, Mizumoto S, Takahashi Y, Shimada S, Sugahara K, Nakayama J, Takeda S, Nomura Y, Nitahara-Kasahara Y, Okada T, Matsumoto K, Yamada S, Kosho T
Organizer
Scientific Meeting on The Rare Types of Ehlers-Danlos Syndromes
Int'l Joint Research
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