Elucidation of crosstalk between epidermal lipid abnormality/barrier defects and inflammation in ichthyosis for innovation of novel treatments

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H02941
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 秋山 真志 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (60222551)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 室 慶直 名古屋大学, 医学系研究科, 准教授 (80270990) ; 武市 拓也 名古屋大学, 医学系研究科, 講師 (30754931) ; 棚橋 華奈 名古屋大学, 医学部附属病院, 助教 (70823467) ; 滝 奉樹 名古屋大学, 医学部附属病院, 助教 (00846727)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 遺伝子 / 脂質 / 角化 / 魚鱗癬 / 表皮

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、「（１）常染色体劣性先天性魚鱗癬(ARCI)患者の網羅的病因解明とデータバンク、バイオバンク作成プロジェクト」、「（２）ARCIの表皮脂質異常・バリア障害の解析プロジェクト」、「（３）ARCI患者・モデルマウスの皮膚・血液での遺伝子・蛋白発現プロファイリングプロジェクト」「（４）ARCIでの表皮脂質異常・バリア障害と炎症の相互作用の解明プロジェクト」、「（５）ARCIの新規治療法の提案プロジェクト」の５つのプロジェクトを施行する。本年度は、上記（１）、（２）を併行して進めたが、（３）にも着手した。具体的な本年度の研究実績は以下である。
１）ARCI患者の網羅的病因解明とデータバンク、バイオバンク作成プロジェクト：全国的なARCI患者の集積と脂質関連病因遺伝子の同定を行い、多数のARCI患者臨床情報と病因の遺伝情報（主に脂質関連遺伝子の病因遺伝子変異）を患者レジストリへ登録、データバンクの作成を開始した。さらに、集積した常染色体劣性先天性魚鱗癬患者からのDNA、RNA、皮膚組織等の生体試料のバイオバンクの作成準備を行った。
２）ARCIの表皮脂質異常・バリア障害の解析プロジェクト：ARCI患者からtape stripping法によって角層を採取し、脂質分析を施行するとともに、患者の皮膚バリア障害を評価した。また、ARCI患者の病因遺伝子変異をCRISPR-Cas9によるゲノム編集技術を用いてノックインした疾患モデルマウスを作成し、患者と同様に、脂質分析と皮膚バリア障害の評価を行った。
３）ARCI患者・モデルマウスの皮膚・血液での遺伝子・蛋白発現プロファイリングプロジェクト：ARCI患者と上記において作成したモデルマウスの皮膚、血液検体を用いて、網羅的にｍRNA発現、タンパク発現を解析し、それらの発現プロファイリングを行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究の計画立案当初の予想に反し、新たな知見により、常染色体劣性先天性魚鱗癬(ARCI)患者の病因遺伝子変異をノックインしたARCIモデルマウスを作成するためには、ノックインしたモデルマウスが示す症状の種類や、症状の重症度を考慮し、どの病因遺伝子における、どのような遺伝子変異がノックインによるモデルマウスの作成に最適であるのか、詳しく検討する必要があることが判明した。研究遂行上、病因遺伝子変異のノックインによるARCIモデルマウスの作成が不可欠なため、ARCIモデルマウスの作成に最適な病因遺伝子の検討と、その最適な病因遺伝子変異をノックインしたARCIモデルマウスの作成を、当初の計画に追加して実施する必要が生じた。そのため、それらの追加実験を施行したため、研究の進捗状況に若干の遅れを生じた。

Strategy for Future Research Activity

本研究では、「(1)常染色体劣性先天性魚鱗癬(ARCI)患者の網羅的病因解明とデータバンク、バイオバンク作成プロジェクト」、「(2)ARCIの表皮脂質異常・バリア障害の解析プロジェクト」、「(3)ARCI患者・モデルマウスの皮膚・血液での遺伝子・蛋白発現プロファイリングプロジェクト」「(4)ARCIでの表皮脂質異常・バリア障害と炎症の相互作用の解明プロジェクト」、「(5)ARCIの新規治療法の提案プロジェクト」の５つのプロジェクトを、順次、施行する計画である。今後は、次年度までに引き続き、(1)-(4)のプロジェクトを併行して進める計画である。具体的な今後の研究の推進方策は以下である。
１）ARCI患者の網羅的病因解明とデータバンク、バイオバンク作成プロジェクト：全国的なARCI患者の集積と脂質関連病因遺伝子の同定を行い、多数のARCI患者臨床情報と病因の遺伝情報（主に脂質関連遺伝子の病因遺伝子変異）を患者レジストリへ登録、データバンクを作る。患者のDNA、RNA、皮膚組織等の生体試料のバイオバンクの作成を開始する。
２）ARCIの表皮脂質異常・バリア障害の解析プロジェクト：ARCI患者から角層を採取し、脂質分析を施行し、患者の皮膚バリア障害も評価する。また、ARCI患者の病因遺伝子変異をノックインした疾患モデルマウスでも、脂質分析と皮膚バリア障害の評価を行う。
３）ARCI患者・モデルマウスの皮膚・血液での遺伝子・蛋白発現プロファイリングプロジェクト：ARCI患者とモデルマウスの皮膚、血液検体を用いて、網羅的にｍRNA発現、タンパク発現を解析し、発現プロファイリングを行う。
４）ARCIでの表皮脂質異常・バリア障害と炎症の相互作用の解明プロジェクト：上記、ARCI患者とモデルマウスにおいて、脂質異常、バリア障害と炎症との相互作用を、蛋白・遺伝子発現プロファイル等から解明する。

Research Products

• [Journal Article] Novel homozygous missense mutation c.1654G>T in the ALOX12B gene causing congenital ichthyosiform erythroderma. (2023)
  • Author(s): Mae K, Kawakami Y, Kajita A, Takeichi T, Noda T, Hirai Y, Akiyama M, Morizane S.
  • Journal Title: J Dermatol Volume: 50 Pages: e37～e38
  • DOI: 10.1111/1346-8138.16601.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ichthyosis. (2023)
  • Author(s): Gutierrez-Cerrajero C, Sprecher E, Paller A, Akiyama M, Mazereeuw-Hautier J, Hernandez-Martin A, Gonzalez-Sarmiento R.
  • Journal Title: Nat Rev Dis Primers Volume: 9 Pages: 3
  • DOI: 10.1038/s41572-023-00419-4.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Case of harlequin ichthyosis in preterm infant with a compound heterozygous ABCA12 missense mutation. (2022)
  • Author(s): Miyazaki M, Ohkawa N, Miyabayashi K, Shoji H, Takeichi T, Kantake M, Akiyama M, Shimizu T
  • Journal Title: J Dermatol Volume: 49 Pages: 137～139
  • DOI: 10.1111/1346-8138.16277.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Case of ichthyosis with confetti caused by KRT10 mutation, complicated with multiple malignant melanomas. (2022)
  • Author(s): Ito Y, Takeichi T, Nakagawa K, Tanahashi K, Muro Y, Ogi T, Akiyama M.
  • Journal Title: J Dermatol Volume: 49 Pages: e228～e229
  • DOI: 10.1111/1346-8138.16348.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deep phenotyping of superficial epidermolytic ichthyosis due to a recurrent mutation in KRT2. (2022)
  • Author(s): Suzuki Y, Takeichi T, Tanahashi K, Muro Y, Suga Y, Ogi T, Akiyama M
  • Journal Title: Int J Mol Sci Volume: 23 Pages: 7791
  • DOI: 10.3390/ijms23147791.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ceramide profiling of stratum corneum in Sjogren－Larsson syndrome. (2022)
  • Author(s): Arai A, Takeichi T, Wakamoto H, Sassa T, Ito Y, Murase Y, Ogi T, Akiyama M, Kihara A.
  • Journal Title: J Dermatol Sci Volume: 107 Pages: 114～122
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2022.08.003.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ceramide analysis in combination with genetic testing may provide a precise diagnosis for self-healing collodion babies. (2022)
  • Author(s): Takeichi T, Ohno Y, Tanahashi K, Ito Y, Shiraishi K, Utsunomiya R, Yoshida S, Ikeda K, Nomura H, Morizane S, Sayama K, Ogi T, Muro Y, Kihara A, Akiyama M.
  • Journal Title: J Lipid Res Volume: 63 Pages: 100308
  • DOI: 10.1016/j.jlr.2022.100308.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Acylceramide is a key player in skin barrier function: insight into the molecular mechanisms of skin barrier formation and ichthyosis pathogenesis. (2021)
  • Author(s): Akiyama M.
  • Journal Title: FEBS J Volume: 288 Pages: 2119-2130
  • DOI: 10.1111/febs.15497.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] MEDNIK-like syndrome due to compound heterozygous mutations in AP1B1. (2021)
  • Author(s): Ito Y, Takeichi T, Igari S, Mori T, Ono A, Suyama K, Takeuchi S, Muro Y, Ogi T, Hosoya M, Yamamoto T, Akiyama M.
  • Journal Title: J Eur Acad Dermatol Venereol Volume: 35 Pages: e345-e347
  • DOI: 10.1111/jdv.17098.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hereditary mucoepithelial dysplasia and autosomal-dominant IFAP syndrome is a clinical spectrum due to SREBF1 variants. (2021)
  • Author(s): Murase C, Takeichi T, Nomura T, Ogi T, Akiyama M.
  • Journal Title: J Invest Dermatol Volume: 141 Pages: 1596-1598
  • DOI: 10.1016/j.jid.2020.09.035.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Successful dupilumab treatment for ichthyotic and atopic features of Netherton syndrome. (2021)
  • Author(s): Murase C, Takeichi T, Taki T, Yoshikawa T, Suzuki A, Ogi T, Suga Y, Akiyama M.
  • Journal Title: J Dermatol Sci Volume: 102 Pages: 126-129
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2021.03.003.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Acylceramide in skin barrier and ichthyosis (2021)
  • Author(s): Masashi Akiyama
  • Organizer: The 47th Annual Meeting of the Taiwanese Dermatological Association
  • Invited
• [Remarks] 名古屋大学大学院医学系研究科皮膚科学分野のホームページ
  • URL: https://www.med.nagoya-u.ac.jp/derma/