トランスポータ群の遺伝子異常による心筋恒常性の破綻と心臓突然死の関連の解明

• 研究課題/領域番号: 20K08416
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分53020:循環器内科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人国立循環器病研究センター
• 研究代表者: 石川 泰輔 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, オープンイノベーションセンター, 室長 (60708692)
• 研究分担者: 蒔田 直昌 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 副所長 (00312356) ; 牧山 武 京都大学, 医学研究科, 特定講師 (30528302)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 心臓突然死 / 遺伝子変異 / 膜タンパク / ノックインマウス / 突然死 / 変異 / トランスポータ / 遺伝性不整脈

研究開始時の研究の概要

本邦で年間8万人に起こる心臓突然死の原因として遺伝性不整脈が大きな割合を占めるが、病因病態の究明により予防法を確立することが出来る。本研究では未だ解決されていない心臓突然死家系の心筋トランスポータ遺伝子の変異に着目する。遺伝子解析によりトランスポータの重要度を推し量ることで遺伝子解析によるリスク予測に反映させるとともに、不整脈発生機序を明らかにして致死的な不整脈を抑制することに役立てる。

研究実績の概要

QT短縮症候群や早期再分極症候群は、比較的歴史の浅い遺伝性致死性不整脈で、原因遺伝子が数個報告されているものの分子病態は十分に解明されていない。我々は心筋のCa動態やpH恒常性に必須の膜タンパク遺伝子に注目し、これまでQT短縮や早期再分極所見を有する複数の致死性不整脈発症例に変異を見出してきた。現在ある膜タンパクの変異についてはvitro研究のみならず、致死性不整脈発症をvivoで観察するため、CRISPR/Cas9で作成したノックインマウスモデルを使って致死性不整脈誘発性に違いを見出すことができた。今後変異キャリア患者の情報と、vitro研究により解明した膜タンパク変異体の機能異常、vivoでの致死性不整脈誘発性を統合して論文として発信する。一方で別の膜タンパクについても複数症例に変異を見出し、かなり高い浸透率を示すことから強い機能異常をもたらすと推測しているが、現時点では適した機能解析系を構築できておらず、新たな手法の導入が急務である。これら研究を通じて、現在着目している膜タンパクが心臓突然死に関わる新たな機能分子であることを立証する。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

QT短縮症候群や早期再分極症候群は、比較的歴史の浅い遺伝性致死性不整脈で、原因遺伝子が数個報告されているものの分子病態は十分に解明されていない。我々は心筋のCa動態やpH恒常性に必須の膜タンパク遺伝子に注目し、これまでQT短縮や早期再分極所見を有する複数の致死性不整脈発症例に変異を見出してきた。ある膜タンパクの変異はvitro研究を中心に電流低下とCa取込み能の低下を見出し機能喪失型変異であると結論付けているが、これまで致死性不整脈発症を十分に説明できていなかった。今年度は樹立した変異ノックインマウスの心電図記録とペーシングによる致死性不整脈誘発性を検討した。その結果①ホモ変異個体は出生しないこと、②ヘテロ変異個体は多型性心室頻拍が誘発されるが同腹野生型個体では誘発されないことを見出した。しかし安静時心電図では違いが見られず、QT短縮や早期再分極所見は見られなかったため、上記の多型性心室頻拍との関連についてさらに検討を重ねる必要がある。また別の膜タンパク遺伝子については、既報の一過性発現を用いた機能解析系は奏功せず未だ結果を再現できていない。これは着目している膜タンパクの機能を代償する機構が細胞内で働くためだと考えられる。今後は代償する膜タンパクの阻害薬を用いたうえで機能解析系を再構築し、患者で見つけた変異のvitro解析を進める予定である。

今後の研究の推進方策

vitroとvivoで機能異常を解明した膜タンパクの変異については、患者で見つかった変異体の機能異常と分子機構について整理できつつある。一方で別の膜タンパクの変異については既報の解析系を再現することができておらず、代償的に働く別のタンパクの阻害薬を用いるなどして、膜タンパクの変異機構を明らかにする必要があるかも知れないと考えている。またこれら膜タンパクの変異を患者に見出すために、今後も遺伝子解析を継続して行い、新たに患者・変異の同定を行っていく。

研究成果

• [雑誌論文] Pathological Features of Lamin Cardiomyopathy (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawano H, Ishimatsu T, Kawamura K, Ishijima M, Hayashi T, Ishikawa T, Makita N, Maemura K.
  • 雑誌名: Circulation Journal 巻: 84 号: 7 ページ: 1193
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-20-0187
  • NAID: 130007864268
  • ISSN: 1346-9843, 1347-4820
  • 年月日: 2020-06-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhancing rare variant interpretation in inherited arrhythmias through quantitative analysis of consortium disease cohorts and population controls (2020)
  • 著者名/発表者名: 2.Walsh R, Lahrouchi N, Tadros R, Kyndt F, Glinge C, Postema PG, et al.
  • 雑誌名: Genetics in Medicine 巻: 23 号: 1 ページ: 47-58
  • DOI: 10.1038/s41436-020-00946-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SCN5A Mutation Type and a Genetic Risk Score Associate Variably With Brugada Syndrome Phenotype in SCN5A Families (2020)
  • 著者名/発表者名: 3.Wijeyeratne YD, Tanck MW, Mizusawa Y, Batchvarov V, Barc J, Crotti L, et al.
  • 雑誌名: Circulation: Genomic and Precision Medicine 巻: 13 号: 6
  • DOI: 10.1161/circgen.120.002911
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transethnic Genome-Wide Association Study Provides Insights in the Genetic Architecture and Heritability of Long QT Syndrome (2020)
  • 著者名/発表者名: Lahrouchi N, Tadros R, Crotti L, Makiyama T et al.
  • 雑誌名: Circulation 巻: 142 号: 4 ページ: 324-338
  • DOI: 10.1161/circulationaha.120.045956
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cardiac Emerinopathy (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Taisuke、Ichida Fukiko、Makita Naomasa et al
  • 雑誌名: Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology 巻: 13 号: 10 ページ: 1165-1174
  • DOI: 10.1161/circep.120.008712
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Telethonin variants found in Brugada syndrome, J-wave pattern ECG, and ARVC reduce peak Nav 1.5 currents in HEK-293 cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Turker I, Makiyama T, Ueyama T, Shimizu A, Yamakawa M, Chen PS, Vatta M, Horie M, Ai T
  • 雑誌名: Pacing Clin Electrophysiol 巻: 43 号: 8 ページ: 838-846
  • DOI: 10.1111/pace.13996
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Erratum to “Optical Recording of Action Potentials in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiac Single Cells and Monolayers Generated from Long QT Syndrome Type 1 Patients” (2020)
  • 著者名/発表者名: Takaki T, Inagaki A, Chonabayashi K, Inoue K, Miki K, Ohno S, Makiyama T, Horie M, Yoshida Y.
  • 雑誌名: Stem Cells International 巻: 2020 ページ: 1-2
  • DOI: 10.1155/2020/8765895
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Modeling Inherited Arrhythmias Associated with Ryanodine Receptor Dysfunction using iPS Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Makiyama T, Gao J, Yamamoto Y, Ishikawa T, Makita N, Kimura T et al.
  • 学会等名: 第85回日本循環器学会学術集会
  • 国際学会
• [学会発表] Development of an Oligonucleotide-Based Therapeutic Approach for Calmodulinopathy (2021)
  • 著者名/発表者名: Makiyama T, Yamamoto Y, Kondoh Y, Gao J, Kashiwa A, Aizawa T, Imamura T, Huang H, Kohjitani H, Ishikawa T, Yoshida Y, Ohno S, Makita N, Horie M, Kimura T.
  • 学会等名: 第85回日本循環器学会学術集会
  • 国際学会
• [学会発表] Genetic Analysis of Young-onset Atrial Fibrillation with Family History (2021)
  • 著者名/発表者名: 熊埜御堂淳, 大江征嗣, 服部悠一, 伊藤章吾, 堀賢介, 石川泰輔, 蒔田直昌, 福本義弘
  • 学会等名: 第85回日本循環器学会学術集会
  • 国際学会
• [学会発表] Rare Variant of the Glycerol-3-Phosphate Dehydrogenase-1 Like (GPD1-L) Gene in Japanese Patients with Brugada Syndrome (2021)
  • 著者名/発表者名: Usuda K, Hayashi K, Ishikawa T, Aizawa Y, Kato T, Tsuda T, Kusayama T, Niwa S, Usui S, Sakata K, Kawashiri M, Mishima H, Yoshiura K, Makita N, Takamura M.
  • 学会等名: 第85回日本循環器学会学術集会
  • 国際学会
• [学会発表] Cardiac Emerinopathy, Novel Non-syndromic X-linked Left Ventricular Noncompaction Associated with Progressive Atrial Conduction Disturbance (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T, Mishima H, Barc J, Hirono K, Terada S, Kowase S, Sato T, Yui Y, Mukai Y, Ohkubo K, Kimoto H, Watanabe H, Hata Y, Aiba T, Ohno S, Chishaki A, Shimizu W, Horie M, Ichida F, Nogami A, Yoshiura K, Makita N.
  • 学会等名: 第84回日本循環器学会学術集会
  • 国際学会
• [学会発表] iPS Cell-Based Inherited Arrhythmia Disease Modeling. iPSCs: Limitations and Future challenges. Cardiac Arrhythmias (2020)
  • 著者名/発表者名: Makiyama T.
  • 学会等名: 第84回日本循環器学会学術集会
  • 国際学会
• [学会発表] Preclinical Proof-of-Concept Study: Antisense-mediated Knockdown of CALM as a Therapeutic Strategy for Calmodulinopathy (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Y, Makiyama T, Kondo Y, Iriyama Y, Ishikawa R, Kimura T et al.
  • 学会等名: European Society of Cardiology Congress 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Clinical and genetic aspects of pediatric Brugada syndrome (2020)
  • 著者名/発表者名: Imamura T, Makiyama T, Sumitomo N, Horie M et al.
  • 学会等名: European Society of Cardiology Congress 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Inhibition of Late Sodium Current Attenuates Prolonged Action Potential Durations in CACNA1C-E1115K iPS Cell Model with Disrupted Cav1.2 ion Selectivity (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Y, Makiyama T, Kondo Y, Iriyama Y, Ishikawa R, Kimura T et al.
  • 学会等名: The Heart Rhythm Society's Annual Scientific Sessions 2020
  • 国際学会
• [備考] 国立循環器病研究センター 創薬オミックス解析センター 研究プロジェクト
  • URL: http://www.ncvc.go.jp/omics/research/project02.html