遺伝子発現異常を生じるミトコンドリア病原因変異の包括的解析

• 研究課題/領域番号: 19H03624
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分52050:胎児医学および小児成育学関連
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 岡崎 康司 順天堂大学, 大学院医学研究科, 教授 (80280733)
• 研究分担者: 木下 善仁 近畿大学, 理工学部, 講師 (20634398) ; Wu Yibo 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 上級研究員 (50811618)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: ミトコンドリア病 / 全エクソーム解析 / 全ゲノム解析 / プロテオーム / RNAシーケンス / マルチオミクス

研究開始時の研究の概要

ミトコンドリア病は先天代謝異常症としては最も頻度が高く、小児期発症の場合は重篤な症状を呈する。原因遺伝子は現在300以上報告されている。従来の全エクソーム解析法による遺伝子解析では、診断率は35%程度にとどまっており、原因特定にあたってはさらなる解析技術の導入が必須である。本研究では、RNAシーケンス、全ゲノム解析、プロテオーム解析を用いることで多角的な解析により真の原因に迫る。

研究成果の概要

ミトコンドリア病はミトコンドリア機能異常を呈する疾患の総称であるが、現在国の定める指定難病あるいは小児慢性特定疾患となっている。我々は、これまでに日本国内で最大規模のミトコンドリア病の臨床診断と疾患ゲノム解析に取り組んできた。従来行ってきた全エクソーム解析では解決できない症例が多く残っていたため、本研究ではRNAシーケンシング、全ゲノム解析、プロテオーム解析の多階層オミクス技術を用い、原因解明に取り組んだ。この結果、これまでの解析では同定することができなかった複数の新規変異を見出すことに成功した。WGSとRNA-seq、プロテオームによる包括的解析は遺伝子診断率の向上に繋がった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年ミトコンドリア病の診断システムが向上し、1500人に一人の割合で発症すると報告されている。希少疾患に分類されてきたが、発症頻度の高い疾患という見方をすべきであると考えられる。一方、遺伝子診断による原因遺伝子の確定率は、我々や海外の研究で約30-60%となっており、遺伝的な診断がつかない症例が残っている。一部の遺伝子異常に関しては、食事療法等が有効となることが示されており、適切な診断が予後を左右する場面が多くなってきた。オミクス技術を駆使した遺伝子診断を行うことで、未解決となっていた症例を正しく診断することができた。本研究における診断率の向上が適切な治療選択へとつながっていくと考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] The Royal Children's Hospital Melbourne/Monash University(オーストラリア)
• [国際共同研究] Helmholtz Zentrum Munchen/Technical University of Munich(ドイツ)
• [国際共同研究] The Royal Children's Hospital Melbourne/Monash University(オーストラリア)
• [国際共同研究] Helmholtz Zentrum Munchen(ドイツ)
• [国際共同研究] Murdoch Children's Research Institute(オーストラリア)
• [国際共同研究] Helmholtz zentrum munchen(ドイツ)
• [雑誌論文] Clinical implementation of RNA sequencing for Mendelian disease diagnostics (2022)
  • 著者名/発表者名: Yepez VA, Gusic M, Kopajtich R, Mertes C, Smith NH, Alston CL, Ban R, Beblo S, Berutti R, Blessing H, Ciara E, Distelmaier F, Freisinger P, Haberle J, Hayflick SJ, Hempel M, Itkis YS, Kishita Y et al.
  • 雑誌名: Genome Medicine 巻: 14 号: 1 ページ: 38-38
  • DOI: 10.1186/s13073-022-01019-9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of Leigh syndrome with a high probability of cardiac manifestations in infantile-onset patients with m.14453G?>?A (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimura M, Onuki T, Sugiyama Y, Matsuhashi T, Ebihara T, Fushimi T, Tajika M, Ichimoto K, Matsunaga A, Tsuruoka T, Nitta KR, Imai-Okazaki A, Yatsuka Y, Kishita Y, Ohtake A, Okazaki Y, Murayama K.
  • 雑誌名: Mitochondrion 巻: 63 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.mito.2021.12.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Valine metabolites analysis in ECHS1 deficiency (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuwajima M, Kojima K, Osaka H, Hamada Y, Jimbo E, Watanabe M, Aoki S, Sato-Shirai I, Ichimoto K, Fushimi T, Murayama K, Ohtake A, Kohda M, Kishita Y, Yatsuka Y, Uchino S, Mimaki M, Miyake N, Matsumoto N, Okazaki Y, Ogata T, Yamagata T, Muramatsu K.
  • 雑誌名: Molecular Genetics and Metabolism Reports 巻: 29 ページ: 100809-100809
  • DOI: 10.1016/j.ymgmr.2021.100809
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neonatal-onset mitochondrial disease: clinical features, molecular diagnosis and prognosis (2021)
  • 著者名/発表者名: Ebihara T, Nagatomo T, Sugiyama Y, Tsuruoka T, Osone Y, Shimura M, Tajika M, Matsuhashi T, Ichimoto K, Matsunaga A, Akiyama N, Ogawa-Tominaga M, Yatsuka Y, Nitta KR, Kishita Y, Fushimi T, Imai-Okazaki A, Ohtake A, Okazaki Y, Murayama K.
  • 雑誌名: Archives of Disease in Childhood - Fetal and Neonatal Edition 巻: 107 号: 3 ページ: 329-334
  • DOI: 10.1136/archdischild-2021-321633
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genome sequencing and RNA-seq analyses of mitochondrial complex I deficiency revealed Alu insertion-mediated deletion in NDUFV2. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kishita Y, Shimura M, Kohda M, Fushimi T, Nitta KR, Yatsuka Y, Hirose S, Ideguchi H, Ohtake A, Murayama K, Okazaki Y.
  • 雑誌名: Human Mutation 巻: 42 号: 11 ページ: 1422-1428
  • DOI: 10.1002/humu.24274
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term prognosis and genetic background of cardiomyopathy in 223 pediatric mitochondrial disease patients. (2021)
  • 著者名/発表者名: Imai-Okazaki A, Matsunaga A, Yatsuka Y, Nitta KR, Kishita Y, Sugiura A, Sugiyama Y, Fushimi T, Shimura M, Ichimoto K, Tajika M, Tominaga M, Ebihara T, Matsuhashi T, Tsuruoka T, Kohda M, Hirata T, Harashima H, Nojiri S, Takeda A, Nakaya A, Kogaki S, Sakata Y, Ohtake A, Murayama K, Okazaki Y.
  • 雑誌名: International Journal of Cardiology 巻: 341 ページ: 48-55
  • DOI: 10.1016/j.ijcard.2021.06.042
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A high mutation load of m.14597A>G in MT-ND6 causes Leigh syndrome (2021)
  • 著者名/発表者名: Kishita Yoshihito、Ishikawa Kaori、Nakada Kazuto、Hayashi Jun-Ichi、Fushimi Takuya、Shimura Masaru、Kohda Masakazu、Ohtake Akira、Murayama Kei、Okazaki Yasushi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 11123-11123
  • DOI: 10.1038/s41598-021-90196-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fatal Perinatal Mitochondrial Cardiac Failure Caused by Recurrent De Novo Duplications in the ATAD3 Locus (2021)
  • 著者名/発表者名: Frazier Ann E.、Compton Alison G.、Kishita Yoshihito、Imai-Okazaki Atsuko、Nitta Kazuhiro R.、Ohtake Akira、Murayama Kei、Ryan Michael T.、Okazaki Yasushi、Stroud David A.、Simons Cas、Christodoulou John、Thorburn David R, et al.
  • 雑誌名: Med 巻: 2 号: 1 ページ: 49-73.e10
  • DOI: 10.1016/j.medj.2020.06.004
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A novel homozygous variant in MICOS13 / QIL1 causes hepato‐encephalopathy with mitochondrial DNA depletion syndrome (2020)
  • 著者名/発表者名: Kishita Yoshihito、Shimura Masaru、Kohda Masakazu、Akita Masumi、Imai‐Okazaki Atsuko、Yatsuka Yukiko、Nakajima Yoko、Ito Tetsuya、Ohtake Akira、Murayama Kei、Okazaki Yasushi
  • 雑誌名: Molecular Genetics & Genomic Medicine 巻: 8 号: 10
  • DOI: 10.1002/mgg3.1427
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A homozygous variant in NDUFA8 is associated with developmental delay, microcephaly, and epilepsy due to mitochondrial complex I deficiency (2020)
  • 著者名/発表者名: Yatsuka Yukiko、Kishita Yoshihito、Formosa Luke E.、Shimura Masaru、Nozaki Fumihito、Fujii Tatsuya、Nitta Kazuhiro R.、Ohtake Akira、Murayama Kei、Ryan Michael T.、Okazaki Yasushi
  • 雑誌名: Clinical Genetics 巻: 98 号: 2 ページ: 155-165
  • DOI: 10.1111/cge.13773
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Early infantile-onset Leigh syndrome complicated with infantile spasms associated with the m.9185?T?>?C variant in the MT-ATP6 gene: Expanding the clinical spectrum (2020)
  • 著者名/発表者名: Takada Rei、Tozawa Takenori、Kondo Hidehito、Kizaki Zenro、Kishita Yoshihito、Okazaki Yasushi、Murayama Kei、Ohtake Akira、Chiyonobu Tomohiro
  • 雑誌名: Brain and Development 巻: 42 号: 1 ページ: 69-72
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2019.08.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mortality of Japanese Patients With Leigh Syndrome: Effects of Age at Onset and Genetic Diagnosis (2020)
  • 著者名/発表者名: Ogawa E, Fushimi T, Ogawa-Tominaga M, Shimura M, Tajika M, Ichimoto K, Matsunaga A, Tsuruoka T, Ishige M, Fuchigami T, Yamazaki T, Kishita Y, Kohda M, Imai-Okazaki A, Okazaki Y, Morioka I, Ohtake A, Murayama K.
  • 雑誌名: J Inherit Metab Dis 巻: - 号: 4 ページ: 819-826
  • DOI: 10.1002/jimd.12218
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transition from Leigh syndrome to MELAS syndrome in a patient with heteroplasmic MT-ND3 m.10158T>C (2019)
  • 著者名/発表者名: Kori Atsuko、Hori Ikumi、Tanaka Tatsushi、Aoyama Kohei、Ito Koichi、Hattori Ayako、Ban Kyoko、Okazaki Yasushi、Murayama Kei、Saitoh Shinji
  • 雑誌名: Brain and Development 巻: 41 号: 9 ページ: 803-807
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2019.05.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of 5-aminolevulinic acid and sodium ferrous citrate on fibroblasts from individuals with mitochondrial diseases (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimura Masaru、Nozawa Naoko、Ogawa-Tominaga Minako、Fushimi Takuya、Tajika Makiko、Ichimoto Keiko、Matsunaga Ayako、Tsuruoka Tomoko、Kishita Yoshihito、Ishii Takuya、Takahashi Kiwamu、Tanaka Tohru、Nakajima Motowo、Okazaki Yasushi、Ohtake Akira、Murayama Kei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 10549-10549
  • DOI: 10.1038/s41598-019-46772-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Successful treatment of infantile-onset ACAD9-related cardiomyopathy with a combination of sodium pyruvate, beta-blocker, and coenzyme Q10 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kadoya T, Sakakibara A, Kitayama K, Yamada Y, Higuchi S, Kawakita R, Kawasaki Y, Fujino M, Murakami Y, Shimura M, Murayama K, Ohtake A, Okazaki Y, Koga Y, Yorifuji T.
  • 雑誌名: J Pediatr Endocrinol Metab 巻: 32 号: 10 ページ: 1181-1185
  • DOI: 10.1515/jpem-2019-0205
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rewiring of the Human Mitochondrial Interactome during Neuronal Reprogramming Reveals Regulators of the Respirasome and Neurogenesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Moutaoufik Mohamed Taha、Malty Ramy、Amin Shahreen、Zhang Qingzhou、Phanse Sadhna、Gagarinova Alla、Zilocchi Mara、Hoell Larissa、Minic Zoran、Gagarinova Maria、Aoki Hiroyuki、、Murayama Kei、Okazaki Yasushi、Foster Leonard J.、Bader Gary D.、Cayabyab Francisco S.、Babu Mohan e
  • 雑誌名: iScience 巻: 19 ページ: 1114-1132
  • DOI: 10.1016/j.isci.2019.08.057
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A simple method for sequencing the whole human mitochondrial genome directly from samples and its application to genetic testing (2019)
  • 著者名/発表者名: Yao Yue、Nishimura Motoi、Murayama Kei、Kuranobu Naomi、Tojo Satomi、Beppu Minako、Ishige Takayuki、Itoga Sakae、Tsuchida Sachio、Mori Masato、Takayanagi Masaki、Yokoyama Masataka、Yamagata Kazuyuki、Kishita Yoshihito、Okazaki Yasushi、Nomura Fumio、Matsushita Kazuyuki、Tanaka Tomoaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 17411-17421
  • DOI: 10.1038/s41598-019-53449-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ミトコンドリア病の網羅的遺伝子解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡﨑康司
  • 学会等名: 138回特別集談会、北海道大学大学院医学研究院 生殖・発達医学分野 小児科学教室
  • 招待講演
• [学会発表] 小児ミトコンドリア病223症例における長期予後および遺伝学的背景に関する検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡崎 敦子、松永 綾子、八塚 由紀子、 新田 和広、木下 善仁、杉浦 歩、 杉山 洋平、 伏見 拓矢、志村 優、 市本 景子、田鹿 牧子、 海老原 知博、 松橋 徹郎、鶴岡 智子、 原嶋 宏子、 野尻 宗子、中谷 明弘、大竹 明、村山 圭、 岡崎 康司
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第66回大会 第28回日本遺伝子診療学会大会 合同開催
• [学会発表] 新規のATAD3A複合ヘテロ接合性欠損による重度の脊髄低形成症 (2021)
  • 著者名/発表者名: 海老原 知博、長友 太郎、鶴岡 智子、 成毛 有紀、 Lim Sze Chern、八塚 由紀子、 木下 善仁、伏見 拓矢、大竹 明、 岡崎 康司、村山 圭
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第66回大会 第28回日本遺伝子診療学会大会 合同開催
• [学会発表] ミトコンドリア呼吸鎖 I欠損患者症のマルチオミクス解析から明らかになったAluを介したNDUFV2遺伝子の欠損 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木下 善仁、志村 優、神田 将和、伏見 拓矢、新田 和広、八塚 由紀子、大竹 明、村 山 圭、岡崎 康司
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第66回大会 第28回日本遺伝子診療学会大会 合同開催
• [学会発表] NDUFA8のホモ接合型バリアントは発達遅滞、小頭症、てんかんを合併するミトコンドリア病を引き起こす (2021)
  • 著者名/発表者名: 八塚 由紀子、木下 善仁、 Luke E. Formosa、志村 優、野崎 章仁、藤井 達哉、 新田 和広、大竹 明、村山 圭 、 Michael T. Ryan、岡 崎 康司
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第66回大会 第28回日本遺伝子診療学会大会 合同開催
• [学会発表] Comprehensive functional annotation of Japanese specific VUS in mitochondrial disease (2021)
  • 著者名/発表者名: Ayumu Sugiura, Yoshihito Kishita, Tetsuro Matsuhashi, Masaru Shimura, Takanori Onuki, Tomohiro Ebihara, Kazuhiro Nitta, Atsuko Imai-Okazaki, Yukiko Yatsuka, Noriko Ichino, Takuya Fushimi, Kokoro Ozaki, Yuma Yamada, Hideyoshi Harashima, Akira Ohtake, Kei Murayama, Yasushi Okazaki
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第66回大会、第28回日本遺伝子診療学会大会 合同開催
• [学会発表] Research and Diagnosis of mitochondrial cardiomyopathy in Japan Mitochondrial Medicine (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡﨑康司
  • 学会等名: Workshop Beijing 2021,Web meeting, Beijing Children’s hospital, Capital Medical University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリア機能関連遺伝子のVUSに対する網羅的な機能的アノテーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 杉浦 歩、木下 善仁、松橋 徹郎、志村 優、小貫 孝則、海老原 知博、新田 和広、岡﨑 敦子、八塚 由紀子、市野 紀子、伏見 拓矢、尾崎 心、山田 勇磨、原島 秀吉、大竹 明、村山 圭、岡﨑康司
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会、パシフィコ横浜
• [学会発表] ミトコンドリア機能関連遺伝子のVUSに対する網羅的な機能的アノテーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 杉浦 歩 、木下 善仁、松橋 徹郎、志村 優、小貫 孝則、海老原 知博、新田 和広、岡﨑 敦子 、八塚 由紀子、市野 紀子、伏見 拓矢、 尾崎 心、山田 勇磨、 原島 秀吉、大竹 明 、村山 圭、岡﨑 康司
  • 学会等名: 日本ミトコンドリア学会年会第20回
• [学会発表] 発現解析を基にしたミトコンドリア疾患原因同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 長滝谷 芳恵 、新田 和広、大竹 明、村山 圭、岡﨑 康司、木下 善仁
  • 学会等名: 第20回日本ミトコンドリア学会年会
• [学会発表] マルチオミクス解析から明らかにしたミトコンドリア病の原因 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木下 善仁、新田 和広、大竹 明、村山 圭、岡﨑 康司
  • 学会等名: 第20回日本ミトコンドリア学会年会
• [学会発表] ミトコンドリア病の遺伝子解析と治療への展開 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡﨑康司
  • 学会等名: 日本ミトコンドリア学会年会第20回
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリア病のゲノム解析と治療への展開 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡﨑康司
  • 学会等名: ゲノム創薬・創発フォーラム 第９回シンポジウム「ミトコンドリアの機能と疾患から創薬を探る」
  • 招待講演
• [学会発表] Genetic diagnosis of mitocohondrial cardiomyopathy and therapeutic approach to mtiochondrial disease (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡﨑康司
  • 学会等名: 第86回日本循環器学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリア病の包括的ゲノム解析からひも解く病態解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡﨑康司
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会総会・全国学術集会・第98回日本生理学会大会 合同大会
• [学会発表] 新生児ミトコンドリア心筋症を引き起こすATAD3遺伝子重複の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木下善仁、岡﨑敦子, 新田和広, 大竹明, 村山圭, 岡﨑康司
  • 学会等名: 日本ミトコンドリア学会主催J-mit 特別 オンラインシンポジウム
• [学会発表] Overcoming The Cheallenges In WGS For Undiagnosed Diseases (2020)
  • 著者名/発表者名: Okazaki Y
  • 学会等名: 12th Annual Next Generation Sequencing & Clinical Diagnostics
  • 国際学会
• [学会発表] De novo duplications in the ATAD3 locus cause neonatal mitochondrial cardiomyopathy (2020)
  • 著者名/発表者名: Kishita Y, Imai-Okazaki A, Nitta KR, Ohtake A, Murayama K, Okazaki Y
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会 第65回大会
• [学会発表] ミトコンドリア関連ゲノム解析と生化学解析から捉える小児代謝性疾患の病態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡崎 康司, 木下 善仁, 村山 圭, 大竹 明
  • 学会等名: 第 92回日本生化学会大会
• [学会発表] Delivering Genomic Based Medicine In Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasushi Okazaki
  • 学会等名: 11th Annual NGS and Clinical Diagnostics Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 次世代シーケンス技術を用いたミトコンドリア呼吸鎖異常症の病態機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡崎 康司
  • 学会等名: Mitochondria symposium
  • 招待講演
• [備考] 小児ミトコンドリア心筋症の遺伝的基盤と長期予後に関する大規模調査報告
  • URL: https://www.juntendo.ac.jp/news/20211005-01.html
• [備考] マルチオミクス解析によりミトコンドリア病未解決症例の原因を特定
  • URL: https://www.juntendo.ac.jp/news/20210903-02.html
• [備考] ミトコンドリア病の新たな原因遺伝子を発見
  • URL: https://www.juntendo.ac.jp/news/20200706-01.html
• [備考] 新生児ミトコンドリア心筋症の原因遺伝子を国際連携による大規模研究で同定
  • URL: https://www.juntendo.ac.jp/news/20200710-03.html