ロングリードシーケンサーを用いた神経筋疾患の原因探索と病態解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K07907
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 宮武 聡子 横浜市立大学, 附属病院, 講師 (50637890)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ロングリードシーケンサー / 神経筋疾患 / 脊髄小脳変性症 / リピート伸長病 / CANVAS / RFC1

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、ショートリード次世代シーケンサーの“次の世代”と位置付けられるロングリードシーケンサーを用いて、ショートリードシーケンサーの弱点を補完する全ゲノム解析系を構築し、全エクソーム解析で未解決の神経筋疾患症例の遺伝学的原因を同定することを目的とする。
令和3年度までの成果として、脊髄小脳変性症の１つの病型である、小脳性運動失調、ニューロパチー、前庭機能障害を主徴とする小脳性運動失調・ニューロパチー・前庭反射消失症候群(Cerebellar ataxia, neuropathy, vestibular areflexia syndrome; CANVAS）の16名の症例において、RFC1遺伝子のイントロン領域に存在する両アレル性リピート異常伸長の全配列(約2-8kb)を決定し、異常リピート伸長のリピートユニット配列の組み合わせが3種類あることを明らかにした。CANVASでは病的リピートユニット配列が2種類（AAGGG, ACAGG）存在し、それぞれのホモ接合性伸長を持つ症例がこれまで報告されていたが、新たに異なるユニット伸長が複合ヘテロ接合性に認められる症例を同定した。また配列パターンの組み合わせと臨床症状の関連について、ACAGG伸長配列を持つ症例では、運動神経の障害がより目立ち、ACAGG/AAGGG伸長配列を複合ヘテロ接合性で持つ症例では、発症年齢が遅く、進行が緩徐な傾向があることがわかった。
リピート配列は従来法ではシーケンスが非常に困難で、長いリピート伸長の完全配列決定はほとんど行われてこなかったが、今回ロングリードシーケンサーを用いて、リピート配列の全長を解読することができた。この成果はこれまでのゲノム手法では検出できない知見であり、ゲノム医学、あるいは臨床神経内科学観点から有用な所見と考えられたため、Brain誌に報告した。（Miyatake et al., Brain. 2022 Apr 29;145(3):1139-1150. doi: 10.1093/brain/awab363)。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画通り、集積した検体を使ったロングリード解析を行い、順次データ解析を行っている。また本研究の一環としてnanopore GridION (oxford nanopore社)を用いたリピート病の簡便なスクリーニング系を構築したので、本技術論文を投稿中である。

Strategy for Future Research Activity

CANVASの症例を今後も集積し、遺伝型-臨床型連関について明らかにしたい。またその他の遺伝学的原因未同定の脊髄小脳変性症について、ロングリード解析のデータ解析を継続し、原因解明を目指したい。さらに他の神経筋疾患にも解析対象を広げていく予定である。

Causes of Carryover

ロングリード解析を予定していた症例が全例終了していないため、次年度に行う予定である。

Research Products

• [Journal Article] De novo heterozygous variants in KIF5B cause kyphomelic dysplasia (2022)
  • Author(s): Itai T, Wang Z, Nishimura G, Ohashi H, Guo L, Wakano Y, Sugiura T, Hayakawa H, Okada M, Saisu T, Kitta A, Doi H, Kurosawa K, Hotta Y, Hosono K, Sato M, Shimizu K, Takikawa K, Watanabe S, Ikeda N, Suzuki M, Fujita A, Uchiyama Y, Tsuchida N, Miyatake S, Miyake N, Matsumoto N, Ikegawa S.
  • Journal Title: Clin Genet Volume: Jul;102(1) Pages: 3-11
  • DOI: 10.1111/cge.14133
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Repeat conformation heterogeneity in cerebellar ataxia, neuropathy, vestibular areflexia syndrome (2022)
  • Author(s): Miyatake S, Yoshida K, Koshimizu E, Doi H, Tanaka F, Mizuguchi T, Matsumoto N.
  • Journal Title: Brain Volume: Apr 29;145(3) Pages: 1139-1150
  • DOI: 10.1093/brain/awab363
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Monoallelic and bi-allelic variants in NCDN cause neurodevelopmental delay, intellectual disability, and epilepsy (2022)
  • Author(s): Fatima A, Hoeber J, Schuster J, Koshimizu E, Maya-Gonzalez C, Miyatake S, Tanigawa J, Koike T, Kato M, Murakami Y, Matsumoto N, Baig SM, Klar J, Dahl N.
  • Journal Title: The American Journal of Human Genetics Volume: 109 Pages: 542～546
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2022.02.007
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Amelioration of a neurodevelopmental disorder by carbamazepine in a case having a gain-of-function GRIA3 variant (2022)
  • Author(s): Hamanaka Kohei、Miyoshi Keita、Sun Jia-Hui、Hamada Keisuke、Komatsubara Takao、Saida Ken、Tsuchida Naomi、Uchiyama Yuri、Fujita Atsushi、Mizuguchi Takeshi、Gerard Benedicte、Bayat Allan、Rinaldi Berardo、Kato Mitsuhiro、Tohyama Jun、Ogata Kazuhiro、Shi Yun Stone、Saito Kuniaki、Miyatake Satoko、Matsumoto Naomichi
  • Journal Title: Human Genetics Volume: 141 Pages: 283～293
  • DOI: 10.1007/s00439-021-02416-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biallelic expansion in RFC1 as a rare cause of Parkinson’s disease (2022)
  • Author(s): Kytovuori Laura、Sipila Jussi、Doi Hiroshi、Hurme-Niiranen Anri、Siitonen Ari、Koshimizu Eriko、Miyatake Satoko、Matsumoto Naomichi、Tanaka Fumiaki、Majamaa Kari
  • Journal Title: npj Parkinson's Disease Volume: 8 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41531-021-00275-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Polymicrogyria in a child with KCNMA1-related channelopathy (2022)
  • Author(s): Graber Denis、Imagawa Eri、Miyake Noriko、Matsumoto Naomichi、Miyatake Satoko、Graber Marianne、Isidor Bertrand
  • Journal Title: Brain and Development Volume: 44 Pages: 173～177
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2021.09.009
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mutational and clinical spectrum of Japanese patients with hereditary hemorrhagic telangiectasia (2021)
  • Author(s): Kitayama Kana、Ishiguro Tomoya、Komiyama Masaki、Morisaki Takayuki、Morisaki Hiroko、Minase Gaku、Hamanaka Kohei、Miyatake Satoko、Matsumoto Naomichi、Kato Masaru、Takahashi Toru、Yorifuji Tohru
  • Journal Title: BMC Medical Genomics Volume: 14 Pages: -
  • DOI: 10.1186/s12920-021-01139-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Father-to-offspring transmission of extremely long NOTCH2NLC repeat expansions with contractions: genetic and epigenetic profiling with long-read sequencing (2021)
  • Author(s): Fukuda Hiromi、Yamaguchi Daisuke、Nyquist Kristofor、Yabuki Yasushi、Miyatake Satoko、Shioda Norifumi、Tanaka Fumiaki、Matsumoto Naomichi、Mizuguchi Takeshi
  • Journal Title: Clinical Epigenetics Volume: 13 Pages: -
  • DOI: 10.1186/s13148-021-01192-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Two families with TET3-related disorder showing neurodevelopmental delay with craniofacial dysmorphisms (2021)
  • Author(s): Seyama Rie、Tsuchida Naomi、Okada Yasuyuki、Sakata Sonoko、Hamada Keisuke、Azuma Yoshiteru、Hamanaka Kohei、Fujita Atsushi、Koshimizu Eriko、Miyatake Satoko、Mizuguchi Takeshi、Makino Shintaro、Itakura Atsuo、Okada Satoshi、Okamoto Nobuhiko、Ogata Kazuhiro、Uchiyama Yuri、Matsumoto Naomichi
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: 67 Pages: 157～164
  • DOI: 10.1038/s10038-021-00986-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pathogenic variants in the survival of motor neurons complex gene GEMIN5 cause cerebellar atrophy (2021)
  • Author(s): Saida Ken、Tamaoki Junya、Sasaki Masayuki、Haniffa Muzhirah、Koshimizu Eriko、Sengoku Toru、Mizuguchi Takeshi、Ogata Kazuhiro、Miyake Noriko、Miyatake Satoko、Kobayashi Makoto、Matsumoto Naomichi
  • Journal Title: Clinical Genetics Volume: 100 Pages: 722～730
  • DOI: 10.1111/cge.14066
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biallelic null variants in ZNF142 cause global developmental delay with familial epilepsy and dysmorphic features (2021)
  • Author(s): Kameyama Shinichi、Mizuguchi Takeshi、Fukuda Hiromi、Moey Lip Hen、Keng Wee Teik、Okamoto Nobuhiko、Tsuchida Naomi、Uchiyama Yuri、Koshimizu Eriko、Hamanaka Kohei、Fujita Atsushi、Miyatake Satoko、Matsumoto Naomichi
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: 67 Pages: 169～173
  • DOI: 10.1038/s10038-021-00978-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] De novo ARF3 variants cause neurodevelopmental disorder with brain abnormality (2021)
  • Author(s): Sakamoto M, Sasaki K, Sugie A, Nitta Y, Kimura T, Gursoy S, Cinleti T, Iai M, Sengoku T, Ogata K, Miyatake S, Mizuguchi T, Taguri M, Ito S, Takahashi H, Miyake N, Matsumoto N.
  • Journal Title: Human Molecular Genetics Volume: 31 Pages: 69～81
  • DOI: 10.1093/hmg/ddab224
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Expanding the KIF4A‐associated phenotype (2021)
  • Author(s): Kalantari Silvia、Carlston Colleen、Alsaleh Norah、Kato Mitsuhiro、Matsumoto Naomichi、Miyatake Satoko、Yamamoto Tatsuya、Dobyns William B.、Filges Isabel
  • Journal Title: American Journal of Medical Genetics Part A Volume: 185 Pages: 3728～3739
  • DOI: 10.1002/ajmg.a.62443
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Progressive cerebral atrophies in three children with COL4A1 mutations (2021)
  • Author(s): Nakamura Yuko、Okanishi Tohru、Yamada Hiroyuki、Okazaki Tetsuya、Hosoda Chika、Itai Toshiyuki、Miyatake Satoko、Saitsu Hirotomo、Matsumoto Naomichi、Maegaki Yoshihiro
  • Journal Title: Brain and Development Volume: 43 Pages: 1033～1038
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2021.06.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel CLTC variants cause new brain and kidney phenotypes (2021)
  • Author(s): Itai Toshiyuki、Miyatake Satoko、Tsuchida Naomi、Saida Ken、Narahara Sho、Tsuyusaki Yu、Castro Matheus Augusto Araujo、Kim Chong Ae、Okamoto Nobuhiko、Uchiyama Yuri、Koshimizu Eriko、Hamanaka Kohei、Fujita Atsushi、Mizuguchi Takeshi、Matsumoto Naomichi
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: 67 Pages: 1～7
  • DOI: 10.1038/s10038-021-00957-3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A 23-year follow-up report of juvenile-onset Sandhoff disease presenting with a motor neuron disease phenotype and a novel variant (2021)
  • Author(s): Shibuya Moriei、Uneoka Saki、Onuma Akira、Kodama Kaori、Endo Wakaba、Okubo Yukimune、Inui Takehiko、Togashi Noriko、Nakashima Ichiro、Hino-Fukuyo Naomi、Ida Hiroyuki、Miyatake Satoko、Matsumoto Naomichi、Haginoya Kazuhiro
  • Journal Title: Brain and Development Volume: 43 Pages: 1029～1032
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2021.06.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cerebrovascular diseases in two patients with entire NSD1 deletion (2021)
  • Author(s): Itai Toshiyuki、Miyatake Satoko、Hatano Taku、Hattori Nobutaka、Ohno Atsuko、Aoki Yusuke、Itomi Kazuya、Mori Harushi、Saitsu Hirotomo、Matsumoto Naomichi
  • Journal Title: Human Genome Variation Volume: 8 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41439-021-00151-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ATP6V0A1 encoding the a1-subunit of the V0 domain of vacuolar H+-ATPases is essential for brain development in humans and mice (2021)
  • Author(s): Aoto K, Kato M, Akita T, Nakashima M, Mutoh H, Akasaka N, Tohyama J, Nomura Y, Hoshino K, Ago Y, Tanaka R, Epstein O, Ben-Haim R, Heyman E, Mizuguchi T, Miyatake S, Miyake N, Fukuda A, Matsumoto N, Saitsu H.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22389-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Complete sequencing of expanded <i>SAMD12</i> repeats by long-read sequencing and Cas9-mediated enrichment (2021)
  • Author(s): Mizuguchi Takeshi、Toyota Tomoko、Miyatake Satoko、Koshimizu Eriko、Tsuchida Naomi、Uchiyama Yuri、Fujita Atsushi、Takata Atsushi、Miyake Noriko、Kato Mitsuhiro、Tanaka Fumiaki、Adachi Hiroaki、Matsumoto Naomichi
  • Journal Title: Brain Volume: 144 Pages: 1103～1117
  • DOI: 10.1093/brain/awab021
• [Presentation] 希少疾患・ミオパチーなどのゲノム研究(シンポジウム44:孤発性・家族性神経疾患のゲノム研究) (2021)
  • Author(s): 宮武聡子
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] Polymicrogyria as a novel ATP1A3-related phenotype. (2021)
  • Author(s): Miyatake S, Kato M, Koshimizu E, Takeuchi H, Doi H, Nakashima M, Takata A, Hamanaka K, Mizuguchi T, Miyake N, Saitsu H, Tanaka F, and Matsumoto N
  • Organizer: 日本人類遺伝学会第66回大会