非コード領域構造変異に重点をおく稀少遺伝性疾患の遺伝要因と分子病態の解明

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23H02877
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 水口 剛 横浜市立大学, 医学部, 准教授 (90404996)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: ロングリードシーケンス / リピート伸長 / ゲノム構造異常 / 希少疾患 / オミクス

Outline of Annual Research Achievements

ゲノム解析：単一遺伝子疾患が想定されるショートリード解析陰性症例を対象に、ロングリード全ゲノムシークエンスを行い、Structural variant・リピート伸長変異に着目した疾患原因バリアントを探索した。2023年度は98症例の解析を実施した。膨大なタイプ・数のStructural variant (SV: ヒト2倍体ゲノム当たり約25000個) の中から実際に検証が可能なレベルまで候補を絞り込むためには、疾患と関係のないバリアントを除外するための大規模な健常コントロール構造多型データベースを充実させることが重要と考えられる。そこで所属研究室でこれまでに蓄積したロングリード全ゲノムシークエンスデータセットをコントロールとして整備した。実際に20/21症例のSV・リピート伸長変異陽性症例において自前のコントロールデータセットを用いたフィルタリングの有効性を確認できた。また細胞遺伝学的検査所見から、遺伝子発現調節領域に切断点をもつと推定された先天性奇形症候群2症例のロングリードシークエンスを実施した。しかしロングリード解析による塩基レベルの解析ではタンパク質コード領域に位置し直接的な遺伝子構造破壊を引き起こすバリアントであることが判明した。
DNAメチル化解析：トランスポゾン挿入やリピート伸長変異が異常DNAメチル化を介して疾患発症に関与することが知られておりメチル化異常をゲノムワイドに検出し、全ゲノム構造変異プロファイルと突合させてメチル化異常を引き起こすSV・リピート伸長変異を病的変異の候補とすることには妥当性がある。ロングリード全ゲノムシークエンスデータからゲノムワイドにメチル化のプロファイルを行い、健常コントロールとの比較からメチル化の外れ値を示す領域を抽出する系を構築した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

解析系の構築：疾患関連バリアントの抽出にはde novo バリアントに着目すること（トリオ解析）、健常コントロールデータと比較することでシーケンスエラーや疾患と関係のないバリアントを除外すること、バリアントの遺伝子機能へのインパクトによる優先順位づけを行うことが基本的な戦略となる。このうち遺伝子構造への影響、遺伝子と表現型との関連を統合して優先順位づけを行うプログラムの有用性が確認できた（J Hum Genet. 2023. PMID: 37308565）。一方で、この手法は既知遺伝子には有効だが、新規原因遺伝子の探索には向かない。またトリオ解析については、成人発症疾患など両親検体を取得できない場合があること、現状ではコスト面でトリオ解析が実施できる状況は限られることから、自前のコントロールデータセットと比較することで検証が可能なレベルまで候補SVを絞り込む解析系の有効性を確認できたことは今後に期待がもてる。
症例解析：98症例の解析から有力と考えた2個のバリアントについて検証を行ったが、病原性は否定的で、現在までのところ有力な候補は得られていない

Strategy for Future Research Activity

自前のコントロールデータセットを使用したフィルタリングが有効であることがわかったので、今後も症例解析を継続する。有力な候補が得られた場合は、バリアントが位置するゲノム領域に応じた機能解析により病態を明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Whole-exome sequencing reveals causative genetic variants for several overgrowth syndromes in molecularly negative Beckwith-Wiedemann spectrum (2024)
  • Author(s): Higashimoto K., Sun F., Imagawa E., Saida K., Miyake N., Hara S., Yatsuki H., Kubiura-Ichimaru M., Fujita A., Mizuguchi T., Matsumoto N. and Soejima H.
  • Journal Title: J Med Genet Volume: NA Pages: NA
  • DOI: 10.1136/jmg-2023-109621
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel compound heterozygous ABCA2 variants cause IDPOGSA, a variable phenotypic syndrome with intellectual disability (2024)
  • Author(s): Inoue Y., Tsuchida N., Kim C. A., de Oliveira Stephan B., Castro M. A. A., Honjo R. S., Bertola D. R., Uchiyama Y., Hamanaka K., Fujita A., Koshimizu E., Misawa K., Miyatake S., Mizuguchi T. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 69 Pages: 163-167
  • DOI: 10.1038/s10038-024-01219-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of hidden intronic DDC variant in aromatic L-amino acid decarboxylase deficiency by adaptive sampling (2024)
  • Author(s): Koshimizu E., Kato M., Misawa K., Uchiyama Y., Tsuchida N., Hamanaka K., Fujita A., Mizuguchi T., Miyatake S. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 69 Pages: 153-157
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01217-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Case report: Neuronal intranuclear inclusion disease initially mimicking reversible cerebral vasoconstriction syndrome: serial neuroimaging findings during an 11-year follow-up (2024)
  • Author(s): Lee G. H., Jung E., Jung N. Y., Mizuguchi T., Matsumoto N. and Kim E. J.
  • Journal Title: Front Neurol Volume: 15 Pages: 1347646
  • DOI: 10.3389/fneur.2024.1347646
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Abnormal axonal development and severe epileptic phenotype in Dynamin-1 (DNM1) encephalopathy (2024)
  • Author(s): Matsubara K., Kuki I., Ishioka R., Yamada N., Fukuoka M., Inoue T., Nukui M., Okamoto N., Mizuguchi T., Matsumoto N. and Okazaki S.
  • Journal Title: Epileptic Disord Volume: 26 Pages: 139-143
  • DOI: 10.1002/epd2.20181
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A female case of L1 syndrome that may have developed due to skewed X inactivation (2024)
  • Author(s): Mori T., Nakano M., Tayama T., Goji A., Toda Y., Kameyama S., Mizuguchi T., Urushihara M. and Matsumoto N.
  • Journal Title: Brain Dev Volume: NA Pages: NA
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2024.03.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A heterozygous germline deletion within USP8 causes severe neurodevelopmental delay with multiorgan abnormalities (2024)
  • Author(s): Sakamoto M., Kurosawa K., Tanoue K., Iwama K., Ishida F., Watanabe Y., Okamoto N., Tsuchida N., Uchiyama Y., Koshimizu E., Fujita A., Misawa K., Miyatake S., Mizuguchi T. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 69 Pages: 85-90
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01209-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel missense variants cause intermediate phenotypes in the phenotypic spectrum of SLC5A6-related disorders (2024)
  • Author(s): Utsuno Y., Hamada K., Hamanaka K., Miyoshi K., Tsuchimoto K., Sunada S., Itai T., Sakamoto M., Tsuchida N., Uchiyama Y., Koshimizu E., Fujita A., Miyatake S., Misawa K., Mizuguchi T., Kato Y., Saito K., Ogata K. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 69 Pages: 69-77
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01206-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long-read sequencing revealing intragenic deletions in exome-negative spastic paraplegias (2023)
  • Author(s): Fukuda H., Mizuguchi T., Doi H., Kameyama S., Kunii M., Joki H., Takahashi T., Komiya H., Sasaki M., Miyaji Y., Ohori S., Koshimizu E., Uchiyama Y., Tsuchida N., Fujita A., Hamanaka K., Misawa K., Miyatake S., Tanaka F. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 68 Pages: 689-697
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01170-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three KINSSHIP syndrome patients with mosaic and germline AFF3 variants (2023)
  • Author(s): Inoue Y., Tsuchida N., Okamoto N., Shuichi S., Ohashi K., Saitoh S., Ogawa A., Hamada K., Sakamoto M., Miyake N., Hamanaka K., Fujita A., Koshimizu E., Miyatake S., Mizuguchi T., Ogata K., Uchiyama Y. and Matsumoto N.
  • Journal Title: Clin Genet Volume: 103 Pages: 590-595
  • DOI: 10.1111/cge.14292
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NOTCH2NLC GGC Repeat Expansion in Patients With Vascular Leukoencephalopathy (2023)
  • Author(s): Liao Y. C., Wei C. Y., Chang F. P., Chou Y. T., Hsu S. L., Chung C. P., Mizuguchi T., Matsumoto N., Yet S. F. and Lee Y. C.
  • Journal Title: Stroke Volume: 54 Pages: 1236-1245
  • DOI: 10.1161/STROKEAHA.122.041848
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Complete SAMD12 repeat expansion sequencing in a four-generation BAFME1 family with anticipation (2023)
  • Author(s): Mizuguchi T., Toyota T., Koshimizu E., Kameyama S., Fukuda H., Tsuchida N., Uchiyama Y., Hamanaka K., Fujita A., Misawa K., Miyatake S., Adachi H. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 68 Pages: 875-878
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01187-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A case of epilepsy with myoclonic atonic seizures caused by SLC6A1 gene mutation due to balanced chromosomal translocation (2023)
  • Author(s): Mori T., Sakamoto M., Tayama T., Goji A., Toda Y., Fujita A., Mizuguchi T., Urushihara M. and Matsumoto N.
  • Journal Title: Brain Dev Volume: 45 Pages: 395-400
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2023.03.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biallelic structural variations within FGF12 detected by long-read sequencing in epilepsy (2023)
  • Author(s): Ohori S., Miyauchi A., Osaka H., Lourenco C. M., Arakaki N., Sengoku T., Ogata K., Honjo R. S., Kim C. A., Mitsuhashi S., Frith M. C., Seyama R., Tsuchida N., Uchiyama Y., Koshimizu E., Hamanaka K., Misawa K., Miyatake S., Mizuguchi T., Saito K., Fujita A. and Matsumoto N.
  • Journal Title: Life Sci Alliance Volume: 6 Pages: e202302025
  • DOI: 10.26508/lsa.202302025
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel homozygous CHMP1A variant arising from segmental uniparental disomy causes pontocerebellar hypoplasia type 8 (2023)
  • Author(s): Sakamoto M., Shiiki T., Matsui S., Okamoto N., Koshimizu E., Tsuchida N., Uchiyama Y., Hamanaka K., Fujita A., Miyatake S., Misawa K., Mizuguchi T. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 68 Pages: 247-253
  • DOI: 10.1038/s10038-022-01098-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A missense variant at the RAC1-PAK1 binding site of RAC1 inactivates downstream signaling in VACTERL association (2023)
  • Author(s): Seyama R., Nishikawa M., Uchiyama Y., Hamada K., Yamamoto Y., Takeda M., Ochi T., Kishi M., Suzuki T., Hamanaka K., Fujita A., Tsuchida N., Koshimizu E., Misawa K., Miyatake S., Mizuguchi T., Makino S., Yao T., Ito H., Itakura A., Ogata K., Nagata K. I. and Matsumoto N.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 13 Pages: 9789
  • DOI: 10.1038/s41598-023-36381-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distal arthrogryposis in a girl arising from a novel TNNI2 variant inherited from paternal somatic mosaicism (2023)
  • Author(s): Seyama R., Uchiyama Y., Kaneshi Y., Hamanaka K., Fujita A., Tsuchida N., Koshimizu E., Misawa K., Miyatake S., Mizuguchi T., Makino S., Itakura A., Okamoto N. and Matsumoto N.
  • Journal Title: J Hum Genet Volume: 68 Pages: 363-367
  • DOI: 10.1038/s10038-022-01117-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synchronous heart rate reduction with suppression-burst pattern in KCNT1-related developmental and epileptic encephalopathies (2023)
  • Author(s): Yamamoto K., Baba S., Saito T., Nakagawa E., Sugai K., Iwasaki M., Fujita A., Fukuda H., Mizuguchi T., Kato M., Matsumoto N. and Sasaki M.
  • Journal Title: Epilepsia Open Volume: 8 Pages: 651-658
  • DOI: 10.1002/epi4.12705
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Complete SAMD12 repeat expansion sequencing in a four-generation BAFME1 family with anticipation (2023)
  • Author(s): 水口剛
  • Organizer: 日本人類遺伝学会 第68回大会