ブルガダ症候群の複雑形質と人種特異性の新規分子基盤を解明するマルチオミックス研究

• 研究課題/領域番号: 21H02920
• 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: 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, 客員部長 (00312356)
• 研究分担者: 岡田 随象 大阪大学, 大学院医学系研究科, 教授 (70727411) ; 白井 学 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 (70294121) ; 沖田 孝一 北翔大学, 生涯スポーツ学部, 教授 (80382539) ; 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, 客員研究員 (60708692) ; 塩谷 孝夫 佐賀大学, 医学部, 助教 (20253594)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
• キーワード: ブルガダ症候群 / マルチオミックス解析 / 人種特異性 / 複雑形質 / ゲノムワイド関連解析 / 人種横断的解析 / 選択的スプライシング / ポリジニックリスクスコア / リスク層別化 / GWAS / 突然死 / リスク予測

研究開始時の研究の概要

ブルガダ症候群(BrS)は東アジアに好発する遺伝性致死性不整脈で、多くの疾患関連遺伝子が知られているが、BrSの突然死リスクにはこれらとは別の人種特異的かつ多因子疾患要因の関与が推測される。申請者は致死率の高い日本人BrS 752人のGWASから、既知の3個のSNPに加えて、致死性不整脈の早期発症と関連するSNPと心筋長鎖ノンコーディングRNAの発現を変化させるSNPを見出した。本研究の目的は、①日本人心筋のオミックスデータからSNP量的効果(eQTL)と②SNP周辺の変異・構造異常を解明し、リスクSNPが突然死をもたらす新たな生物学的メカニズムを解明することである。

研究実績の概要

ブルガダ症候群(BrS)は東アジアに好発する遺伝性致死性不整脈で、レアな遺伝子変異とコモンバリアントが分子病態として共存する複雑形質であると考えられている。有病率、致死性不整脈の発生率、遺伝子変異の保有率などには大きな人種差があることが知られているが、その分子基盤は不明である。また、これまで欧州人を中心としてGWASが行われ、20個を超える関連SNPが同定されたが、その研究成果が直ちにアジア人に適応できるかどうかは不明である。
これを明らかにするために申請者は、日本人BrS 940人の人種特異的GWASを行い新規リスクSNPを 1個同定した。さらに、欧州人BrS 2,840人との人種横断GWASメタ解析から、新たなリスクSNPを6個同定した。リスクSNPの頻度・効果量・ポリジェニックスコア(PRS)解析から、コモンバリアントとしての遺伝子基盤は両人種で共通性が高いことが判明した。また6個の新規リスクSNPのうち１つは、心筋のカルモジュリンキナーゼIIδ (CaMKII-δ)の選択的スプライシングを促進することが判明し、BrSの新たな生物学的メカニズムとして注目される。

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

日本人BrS 940人でGWASを完了し、3個の既知SNPに加えて新規リスクSNPを 1個同定した。さらに欧州人BrS 2,840人との人種横断的GWASメタ解析から新たなリスクSNPを6個同定した。これらのSNPの頻度・効果量は両人種間で共通性が高いことが判明した。欧州で確立したポリジェニックスコアを日本人BrSに適応したところ、日本人においても十分なBrSの予測能が確認された。以上から、単一遺伝子疾患としてBrSや臨床像には大きな人種差があるものの、コモンバリアントとしての遺伝子基盤には両人種間で共通性が高いことが判明した。
またヒト臓器発現データベース(GTEx)を用いて、6個の新規リスクSNPの遺伝子発現量に対する効果(eQTL)とスプライシング効果(SQTL)を解析したところ、CaMKII-δ のイントロンにあるSNPが選択的スプライシングを促進することによって、心筋内でCaMKII-δアイソフォームのスイッチングを起こすことを見出した。これまでGWASによって疾患感受性遺伝子の部位が同定されてきたが、それがどのような生物学的機序で疾患感受性をもたらすのかはほとんど解明されていなかった。本研究の結果はBrSの新たな分子病態として注目される。
日本人BrSについて致死性不整脈の層別解析を行ったところ、致死性不整脈と関連するSNP を染色体1, 3, 5に同定し、Kaplan-Meier生存曲線で有意差を確認した。

今後の研究の推進方策

上記の結果をまとめ論文を早急に提出する予定である。本年度の研究実施計画は主として以下の2項目である。
(1) 致死性不整脈の層別化: 日本人BrSについて致死性不整脈の層別解析を行ったところ、致死性不整脈と関連するSNP を染色体1, 3, 5に同定し、Kaplan-Meier生存曲線で有意差を確認した。欧州・台湾・タイとの共同で、SNP以外の臨床要因を組み込んだCOXハザード解析のメタ解析を行い、突然死を予知しうる要因を同定し、定量的なPRSを確立する。
(2) 性差に関わる分子基盤の同定: BrSは患者のおよそ9割は男性で、有病率に大きな性差があることが知られており、男性ホルモンの関与が報告されているが、詳細な病態は不明である。日本・欧州・台湾・タイの共同研究チームで男女のBrSでGWAS層別解析を行い、男性特異的なSNPとそれに関わる病態を明らかにする。

研究成果

• [国際共同研究] University of Amsterdam(オランダ)
• [国際共同研究] University of Nantes(フランス)
• [雑誌論文] Disrupted CaV1.2 selectivity causes overlapping long QT and Brugada syndrome phenotypes in the CACNA1C-E1115K iPS cell model (2023)
  • 著者名/発表者名: Kashiwa A、Makiyama T、Kohjitani H、Maurissen T L、Ishikawa T、Yamamoto Y、Wuriyanghai Y、Gao J、Huang H、Imamura T、Aizawa T、Nishikawa M、Chonabayashi K、Mishima H、Ohno S、Toyoda F、Sato S、Yoshiura K、Takahashi K、Yoshida Y、Woltjen K、Horie M、Makita N、Kimura T
  • 雑誌名: Heart Rhythm 巻: 20 号: 1 ページ: 89-99
  • DOI: 10.1016/j.hrthm.2022.08.021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Novel Calmodulin Variant p.E46K Associated With Severe Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia Produces Robust Arrhythmogenicity in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes. (2023)
  • 著者名/発表者名: Gao J, Makiyama T, Yamamoto Y, Kobayashi T, Aoki H, Maurissen TL, Wuriyanghai Y, Kashiwa A, Imamura T, Aizawa T, Huang H, Kohjitani H, Nishikawa M, Chonabayashi K, Fukuyama M, Manabe H, Nakau K, Wada T, Kato K, Toyoda F, Yoshida Y, Makita N, Woltjen K, Ohno S, Kurebayashi N, Murayama T, Sakurai T, Horie M, Kimura T.
  • 雑誌名: Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology 巻: 16 号: 3 ページ: 9999-9999
  • DOI: 10.1161/circep.122.011387
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rotors anchored by refractory islands drive torsades de pointes in an experimental model of electrical storm (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki M, Makita N, Tsuji Y, et al.
  • 雑誌名: Heart Rhythm 巻: 19 号: 2 ページ: 318-329
  • DOI: 10.1016/j.hrthm.2021.10.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] European Heart Rhythm Association (EHRA)/Heart Rhythm Society (HRS)/Asia Pacific Heart Rhythm Society (APHRS)/Latin American Heart Rhythm Society (LAHRS) Expert Consensus Statement on the state of genetic testing for cardiac diseases (2022)
  • 著者名/発表者名: Wilde Arthur A M、Makita N. et al
  • 雑誌名: Europace 巻: 24 号: 8 ページ: 1307-1367
  • DOI: 10.1093/europace/euac030
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] European Heart Rhythm Association (EHRA)/Heart Rhythm Society (HRS)/Asia Pacific Heart Rhythm Society (APHRS)/Latin American Heart Rhythm Society (LAHRS) Expert Consensus Statement on the State of Genetic Testing for Cardiac Diseases (2022)
  • 著者名/発表者名: Wilde Arthur A.M.、Makita N. et al
  • 雑誌名: Heart Rhythm 巻: 19 号: 7 ページ: e1-e60
  • DOI: 10.1016/j.hrthm.2022.03.1225
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Targeted deep sequencing analyses of long QT syndrome in a Japanese population (2022)
  • 著者名/発表者名: NagataY、WatanabeR、EichhornC、OhnoS、AibaT、IshikawaT、NakanoY、AizawaY、HayashiKi、MurakoshiN、NakajimaT、YagiharaN、MishimaH、SudoT、HiguchiC、TakahashiA、SekineA、MakiyamaT、TanakaY、WatanabeA、TachibanaM、MoritaH、YoshiuraK-i、TsunodaT、WatanabeH、KurabayashiM、NogamiA、KiharaY、HorieM、ShimizuW、MakitaN、TanakaT
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 17 号: 12 ページ: e0277242-e0277242
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0277242
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy in a Japanese patient with a homozygous founder variant of DSG2 in the East Asian population (2022)
  • 著者名/発表者名: Murakami Haruka、Tanimoto Yoko、Tanimoto Kojiro、Inoue Satomi、Ishikawa Taisuke、Makita Naomasa、Yamazawa Kazuki
  • 雑誌名: Human Genome Variation 巻: 9 号: 1 ページ: 28-28
  • DOI: 10.1038/s41439-022-00206-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electrocardiographic Diagnosis of Hypertrophic Cardiomyopathy in the Pre- and Post-Diagnostic Phases in Children and Adolescents (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga M, Horigome H, Yasuda K, Kogaki S, Tateno S, Ohta K, Hirono K, Hosokawa S, Takechi F, Ishikawa Y, Hata T, Ichida F, Ohno S, Makita N, Horie M, Takahashi H, Nagashima M.
  • 雑誌名: Circulation Journal 巻: 86 号: 1 ページ: 118-127
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-21-0376
  • NAID: 130008132672
  • ISSN: 1346-9843, 1347-4820
  • 年月日: 2021-12-24
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel electrocardiographic criteria for short QT syndrome in children and adolescents (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Horie M, Ishikawa T, Makita N, Nagashima M, et al.
  • 雑誌名: EP Europace 巻: 23 号: 12 ページ: 2029-2038
  • DOI: 10.1093/europace/euab097
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimating the Posttest Probability of Long QT Syndrome Diagnosis for Rare <i>KCNH2</i> Variants (2021)
  • 著者名/発表者名: Kozek K, Wada Y, Makita N, Ishikawa T, Crotti L, Kroncke BM, et al.
  • 雑誌名: Circulation: Genomic and Precision Medicine 巻: 14 号: 4
  • DOI: 10.1161/circgen.120.003289
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Functionally validated SCN5A variants allow interpretation of pathogenicity and prediction of lethal events in Brugada syndrome. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T, Kimoto H, Mishima H, Yamagata K, Ogata S, Aizawa Y, Hayashi K, Morita H, Nakajima T, Nakano Y, Nagase S, Murakoshi N, Kowase S, Ohkubo K, Aiba T, Morimoto S, Ohno S, Kamakura S, Nogami A, Takagi M, Karakachoff M, Dina C, Schott JJ, Yoshiura KI, Horie M, Shimizu W, Nishimura K, Kusano K, Makita N.
  • 雑誌名: Eur Heart J. 巻: 42(29) 号: 29 ページ: 2854-2863
  • DOI: 10.1093/eurheartj/ehab254
  • 査読あり / 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
• [学会発表] Non-coding Deletion Induces 3D Chromatin Remodelling And Pitx2 Expression Dysregulation Associated With A Syndromic Cardiac Disorder (2022)
  • 著者名/発表者名: Baudic, M. Makita, N et al
  • 学会等名: Heart Rhythm Society
  • 国際学会
• [学会発表] Brugada Syndrome Risk Prediction (2021)
  • 著者名/発表者名: Makita N.
  • 学会等名: Taiwan Heart Rhythm Society Autumn Forum
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 網羅的遺伝子解析と不整脈研究の進歩 (2021)
  • 著者名/発表者名: 蒔田直昌
  • 学会等名: 第57回日本小児循環器学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Brugada症候群の突然死リスクを遺伝的にどう評価するか (2021)
  • 著者名/発表者名: 蒔田直昌
  • 学会等名: 第67回日本不整脈心電学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Functionally Validated SCN5A Variants Allow Interpretation of Pathogenicity and Prediction of Lethal Events in Brugada Syndrome (2021)
  • 著者名/発表者名: Makita N.
  • 学会等名: 第67回日本不整脈心電学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] ブルガダ症候群の突然死リスクを遺伝的にどう評価するか (2021)
  • 著者名/発表者名: 蒔田直昌
  • 学会等名: 第30回東京循環器小児科治療AGORA
  • 招待講演
• [図書] 週刊 医学の歩み (2022)
  • 著者名/発表者名: 蒔田直昌 石川泰輔
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 医歯薬出版株式会社
• [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 研究ついて
  • URL: https://www.ncvc.go.jp/oic/divisions/omix/research/project02/