多因子疾患としての性分化疾患・生殖機能障害発症機序の解明

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H00539
• Research Institution: Hamamatsu University School of Medicine
• Principal Investigator: 緒方 勤 浜松医科大学, 医学部, 教授 (40169173)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 深見 真紀 国立研究開発法人国立成育医療研究センター, 分子内分泌研究部, 部長 (40265872) ; 小野 裕之 浜松医科大学, 医学部附属病院, 助教 (40868866)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 性分化疾患 / 生殖機能障害 / 多因子疾患 / 子宮内発育不全 / 内分泌撹乱環境化学物質感受性

Outline of Annual Research Achievements

(1)子宮内発育不全が性分化疾患を招く機序：われわれは、子宮内低栄養環境が、マウス胎仔精巣におけるテストステロン濃度の低下およびそれに合致するライディッヒ細胞におけるテストステロン産生酵素遺伝子の発現低下を招くことを見出していた。本年度は、詳細な表現型解析を行い、これらのマウスが外性器の雄性化障害の指標であるanogenital distance短縮を呈することを見出した。また、テストステロン産生酵素遺伝子群のエピゲノム解析のために、胎仔ライディッヒ細胞をGFP標識可能としたトランスジェニックマウスを子宮内低栄養環境状態に置き、セルソーターでライディッヒ細胞を取りだし、メチル化解析を開始した。
(2)エストロゲン受容体アルファ遺伝子ESR1の微細欠失（deltaESR1）が内分泌撹乱環境化学物質にたいする遺伝的感受性を招く機序：われわれは、ESR1における尿道下裂・停留精巣発症感受性ハプロタイプと絶対連鎖不平衡を示す2,244 bpの微細欠失を見出していた。本年度は、イタリア人においても、同一の感受性ハプロタイプならびにそれと絶対連鎖不平衡を示す微細欠失が尿道下裂・停留精巣発症感受性因子であることを見出した。さらに、この微細欠失の構造特性と世界中の分布から、本来極めてまれなハプロタイプを有するアジアの創始者においてこの微細欠失が生じ、エストロゲン効果が増強することで子孫を残すうえで有利となり、世界中に広がっていることを明らかとした。そして、この欠失内に存在するCTCF結合部位の欠失がエストロゲン効果の増強を招くという仮説を設定し、CTCF部位を欠失させた細胞と、ほぼ2,244 bpを欠失させた細胞を作成した。
(3)環境因子と遺伝的感受性の協調作用：これを検討するために、性分化遺伝子Mamld1のヘミノックアウトマウスに対して、子宮内栄養制限試験を開始した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

(1)子宮内発育不全が性分化疾患を招く機序：これに関しては、テストステロン産生酵素遺伝子群のエピゲノム解析のために、セルソーターでライディッヒ細胞を取りだし、メチル化解析を開始したことが挙げられる。これにより、栄養制限がテストステロン産生酵素遺伝子のエピゲノム異常を介してテストステロン産生低下を生じるか否かが明らかとなると期待される。
(2)エストロゲン受容体アルファ遺伝子ESR1の微細欠失が内分泌撹乱環境化学物質にたいする遺伝的感受性を招く機序： 2,244 bpの微細欠失が本来極めてまれなハプロタイプを有するアジアの創始者においてこの微細欠失が生じたことを明らかにしたことは、内分泌撹乱環境化学物質の影響が全世界的に認められることを説明するものである。さらに、そして、この欠失内に存在するCTCF部位を欠失させた細胞と、ほぼ2,244 bpを欠失させた細胞を作成したことで、ESR1発現亢進機序を明らかとできる道筋がつけられた。
(3)環境因子と遺伝的感受性の協調作用：性分化遺伝子Mamld1のヘミノックアウトマウスに対して子宮内栄養制限試験を開始したことで、協調作用を検討することが可能となった。

Strategy for Future Research Activity

(1)子宮内発育不全が性分化疾患・精子形成障害を招く機序：セルソーターで取り出したライディッヒ細胞の網羅的メチル化解析を行い、遺伝子発現パターンとの関連を検討する。また、既に集積されている重度の子宮内発育不全と尿道下裂を呈する患者10例の末梢血DNAとリンパ球セルラインならびに手術時に採取した外性器皮膚線維芽細胞を用いて網羅的遺伝子発現・メチル化解析を行う。得られたデータを上記マウス実験のデータと照合し、ヒトとマウスに共通するパターンが認められるか否かを検討する。精子形成障害の検討においては、生後6週齢のマウス精巣組織を用いて、網羅的メチル化解析と発言解析を行う。これにより、エピゲノム異常との関連を評価する。
(2)エストロゲン受容体アルファ遺伝子ESR1の微細欠失が内分泌撹乱環境化学物質にたいする遺伝的感受性を招く機序：作成しえたCTCF部位を欠失させた細胞と、ほぼ2,244 bpを欠失させた細胞をもちいて、エストロゲン・エストロゲン様物質の不在下および負荷後において、ESR1発現が増加するか否かを解析する。これにより、ESR1発現亢進機序を明らかとする研究に挑みたい。
(3)環境因子と遺伝的感受性の協調作用：子宮内栄養制限試験を行った性分化遺伝子Mamld1のヘミノックアウトマウスにおいて、外性器・精巣内テストステロン濃度、遺伝子発現パターン・メール解析を行う。また、同様の実験を、すでに入手すみのNr5a1 (Ad4bp) KOマウスにたいして行う。これにより、様々な遺伝的背景と環境因子の協調作用を検討する。

Research Products

• [Journal Article] Loss of imprinting of the human-specific imprinted gene ZNF597 causes prenatal growth retardation and dysmorphic features: implications for phenotypic overlap with Silver-Russell syndrome (2021)
  • Author(s): Yamazawa K*, Inoue, T Sakemi Y, Nakashima T, Yamashita H, Khono K, Fujita H, Enomoto K, Nakabayashi K, Hata K, Nakashima M, Matsunaga T, Nakamura A, Matsubara K, Ogata T, Kagami M
  • Journal Title: J Med Genet Volume: 58 Pages: 427-432
  • DOI: 10.1136/jmedgenet-2020-107019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Insulin resistant diabetes mellitus in SHORT syndrome: case report and literature review (2021)
  • Author(s): Masunaga Y, Fujisawa Y, Muramatsu M, Ono H, Inoue T, Fukami M, Kagami M, Saitsu H, Ogata T
  • Journal Title: Endocr J Volume: 68 Pages: 111-117
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ20-0291
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Role of imprinting disorders in short children born SGA and Silver-Russell syndrome spectrum (2021)
  • Author(s): Fuke T, Nakamura A, Inoue T, Kawashima S, Hara KI, Matsubara K, Sano S, Yamazawa K, Fukami M, Ogata T, Kagami M
  • Journal Title: J Clin Endocrinol Metab Volume: 106 Pages: 802-813
  • DOI: 10.1210/clinem/dgaa856
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Primary ovarian insufficiency in a female with PMM2 mutations for congenital disorder of glycosylation (2021)
  • Author(s): Masunaga Y, Mochizuki M, Kadoya M, Wada Y, Okamoto N, Fukami M, Kato F, Saitsu H, Ogata T
  • Journal Title: Endocr J Volume: 68 Pages: 605-611
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ20-0706
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] NDNF variants are rare in patients with congenital hypogonadotropic hypogonadism (2021)
  • Author(s): Tamaoka S, Suzuki E, Hattori A, Ogata T, Fukami M*, Katoh-Fukui Y
  • Journal Title: Hum Genome Var Volume: 8 Pages: 5
  • DOI: 10.1038/s41439-021-00137-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Long-term effect of aromatase inhibition in aromatase excess syndrome (2021)
  • Author(s): Binder G*, Nakamura A, Schweizer, Ogata T, Fukami M, Nagasaki K
  • Journal Title: J Clin Endocrinol Metab Volume: 106 Pages: 1491-1500
  • DOI: 10.1210/clinem/dgab054
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biallelic CDK9 variants as a cause of a new multiple-malformation syndrome with retinal dystrophy mimicking the CHARGE syndrome (2021)
  • Author(s): Nishina S*, Hosono K, Kosaki K, Yokoi T, Yoshida T, Tomita K, Fukami M, Saitsu H, Ogata T, Hotta Y, Azuma N
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 66 Pages: 1021-1027
  • DOI: 10.1038/s10038-021-00909-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Parthenogenetic mosaicism: generation via second polar body retention and unmasking of a likely causative PER2 variant for hypersomnia (2021)
  • Author(s): Masunaga Y, Kagami M, Kato F, Usui T, Yonemoto T, Mishima K, Fukami M, Aoto, K, Saitsu H, Ogata T
  • Journal Title: Clin Epigenetics Volume: 13 Pages: 73
  • DOI: 10.1186/s13148-021-01062-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SOX10 Mutation Screening for 117 Patients with Kallmann Syndrome (2021)
  • Author(s): Shima H, Tokuhiro E, Okamoto S, Nagamori M, Ogata T, Narumi S, Nakamura A, Izumi Y, Jinno T, Suzuki E, Fukami M
  • Journal Title: J Endocr Soc Volume: 5 Pages: -
  • DOI: 10.1210/jendso/bvab056
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Random X chromosome inactivation in patients with Klinefelter syndrome (2020)
  • Author(s): Kinjo K, Yoshida T, Kobori Y, Okada H, Suzuki E, Ogata T, Miyado M, Fukami M
  • Journal Title: Mol Cell Pediatr Volume: 7 Pages: 1
  • DOI: 10.1186/s40348-020-0093-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Contribution of gene mutations to Silver-Russell syndrome phenotype: multigene sequencing analysis in 92 etiology-unknown patients (2020)
  • Author(s): Inoue T, Nakamura A, Iwahashi-Odano M, Tanase-Nakao K, Matsubara K, Nishioka J, Maruo Y, Hasegawa Y, Suzumura H, Sato S, Kobayashi Y, Murakami N, Nakabayashi K, Yamazawa K, Fuke T, Narumi S, Oka A, Ogata T, Fukami M, Kagami M
  • Journal Title: Clin Epigenetics Volume: 12 Pages: 86
  • DOI: 10.1186/s13148-020-00865-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rare variant of the epigenetic regulator SMCHD1 in a patient with pituitary hormone deficiency (2020)
  • Author(s): Kinjo K, Nagasaki K, Muroya K, Suzuki E, Ishiwata K, Nakabayashi K, Hattori A, Nagao K, Nozawa RS, Obuse C, Miyado K, Ogata T, Fukami M*, Miyado M
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 10 Pages: 10985
  • DOI: 10.1038/s41598-020-67715-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Assisted reproductive technology represents a possible risk factor for development of epimutation-mediated imprinting disorders for mothers aged > 30 years (2020)
  • Author(s): Hara-Isono K, Matsubara K, Mikami M, Arima T, Ogata T, Fukami M, Kagami M
  • Journal Title: Clin Epigenetics Volume: 12 Pages: 111
  • DOI: 10.1186/s13148-020-00900-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Human Spermatogenesis Tolerates Massive Size Reduction of the Pseudoautosomal Region (2020)
  • Author(s): Fukami M, Fujisawa Y, Ono H, Jinno T, Ogata T
  • Journal Title: Genome Biol Evol Volume: 12 Pages: 1961-1964
  • DOI: 10.1093/gbe/evaa168
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nonsense-associated altered splicing of MAP3K1 in two siblings with 46,XY disorders of sex development (2020)
  • Author(s): Igarashi M. Masunaga Y, Hasegawa Y, Kinjo L, Miyado M, Saitsu H, Kato-Fukui Y, Horikawa R, Okubo Y, Ogata T, Fukami M
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 10 Pages: 17375
  • DOI: 10.1038/s41598-020-74405-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide methylation analysis in Silver-Russell syndrome, Temple syndrome, and Prader-Willi syndrome (2020)
  • Author(s): Hara-Isono K, Matsubara K, Fuke T, Yamazawa K, Satou K, Murakami N, Saitoh S, Nakabayashi K, Hata K, Ogata T, Fukami M, Kagami M
  • Journal Title: Clin Epigenetics Volume: 12 Pages: 159
  • DOI: 10.1186/s13148-020-00949-8
  • Peer Reviewed / Open Access