2020 Fiscal Year Research-status Report
人工知能(AI)とRNA-Seqの融合による遺伝性小児神経疾患の新たな病因解明
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20K08236
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| Research Institution | Showa University |
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Principal Investigator |
加藤 光広 昭和大学, 医学部, 教授 (10292434)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮 冬樹 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 講師 (50415311)
中村 和幸 山形大学, 医学部, 助教 (20436215)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 人工知能 / スプライス異常 / エクソーム / RT-PCR / RNA-Seq |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小児期発症の希少難治性神経疾患は遺伝性が高い。私たちは1000家系以上でエクソーム解析を行い、多数の原因遺伝子を明らかにしてきたが、全ゲノム解析でも原因同定率は60%程度であり、新たな解析方法の開発が求められている。エクソーム解析では原因が不明であった脳形成異常例に、人工知能(AI)技術を用いたスプライス部位の予測アルゴリズムSpliceAIを用いて解析したところ、劣性遺伝の小頭症3家系6名に共通するスプライス変異を同定した。同定した変異部位はエクソンから40塩基対以上離れたイントロンに存在し、従来のスプライス部位予測アルゴリズムでは検出できていなかった。その後、株化リンパ球を用いた発現実験を行い、RT-PCRで正常とは異なる長さの転写産物を認め、スプライス異常を確認した。スプライス異常検出におけるAI技術の有用性を確認した。SpliceAIのアルゴリズムをエクソームデータの解析プラットフォームに組み込み、新規にエクソーム解析を行った131例についてスプライス異常の検出を試みた。その結果、10例以上で複数の遺伝子にスプライス異常が予測されたが、多くは親由来で、既報告では常染色体優性のde novo変異であり、病原性は否定的であった。1例ではde novo変異であり、株化リンパ球を用いた発現実験を計画したが、RNA-Seq解析では株化リンパ球での発現がなかった。強制発現実験のための実験計画を追加し、細胞培養を進めている。
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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
株化リンパ球を用いた発現実験を行い、RT-PCRで正常とは異なる長さの転写産物を認め、スプライス異常を確認し、スプライス異常検出におけるAI技術の有用性を確認した。SpliceAIのアルゴリズムをエクソームデータの解析プラットフォームに組み込み、新規にエクソーム解析を行った131例についてスプライス異常の検出を試みた。その結果、10例以上で複数の遺伝子にスプライス異常が予測されたが、多くは親由来で、既報告では常染色体優性のde novo変異であり、病原性は否定的であった。遺伝子Xでは両親に変異のないde novo変異であることを確認した。遺伝子Xの株化リンパ球を用いた発現実験を計画したが、遺伝子Xは、RNA-Seq解析では株化リンパ球での発現がなかった。株化リンパ球をゲノム編集し遺伝子Xを強制発現させる実験計画を追加し、倫理審査で承認された。現在、リンパ芽球の細胞培養を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、エクソーム解析データのSpliceAIによるスプライス異常の検出と病原性の確認を進める。検出されたスプライス異常については、株化リンパ球を用いて、RT-PCRを行い転写産物の長さを調べ、スプライス異常が起きているかどうかを確認する。遺伝子Xでは株化リンパ球での発現がなかったため、ゲノム編集による強制発現を行い、スプライス異常を確認する。毛根による発現解析を進める。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの感染拡大で参加を予定していた学会がWeb開催になり、今年度の旅費が不要になった。新型コロナウイルスの流行状況をみて、次年度の旅費もしくは物品費に振り分けて使用する。
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[Journal Article] Monoallelic and bi-allelic variants in NCDN cause neurodevelopmental delay, intellectual disability, and epilepsy2021
Author(s)
Fatima A, Hoeber J, Schuster J, Koshimizu E, Maya-Gonzalez C, Keren B, Mignot C, Akram T, Ali Z, Miyatake S, Tanigawa J, Koike T, Kato M, Murakami Y, Abdullah U, Ali MA, Fadoul R, Laan L, Castillejo-Lopez C, Liik M, Jin Z, Birnir B, Matsumoto N, Baig SM, Klar J, Dahl N
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Journal Title
The American Journal of Human Genetics
Volume: 108
Pages: 739～748
DOI
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[Journal Article] Mutation-specific pathophysiological mechanisms define different neurodevelopmental disorders associated with SATB1 dysfunction2021
Author(s)
den Hoed J, de Boer E, Voisin N, Dingemans AJM, Guex N, Wiel L, Chew HB, Chrast J, Cimbalistiene L, Hachiya Y, Abedi YH, Hanebeck J, Hehir-Kwa JY, Horist B, Itai T, Jackson A, Jewell R, Jones KL, Joss S, Kashii H, Kato M, et al.
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Journal Title
The American Journal of Human Genetics
Volume: 108
Pages: 346～356
DOI
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