末梢血トランスクリプトームの外れ値解析：エクソーム解析の限界を超えるアプローチ

• 研究課題/領域番号: 21K15873
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 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: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 山田 茉未子 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (60835601)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: トランスクリプトーム解析 / スプライシング / 偽エクソン形成 / キメラ遺伝子 / RNAシーケンシング / スプライシング異常

研究開始時の研究の概要

小児遺伝性疾患の解析の主流であるエクソーム解析法は、原理的にゲノム構造異常やスプライシング異常の検出が困難である。申請者は末梢血に発現する全転写産物であるトランスクリプトームに着目し、機械学習法の「外れ値解析法」を活用した網羅的な転写産物の質的・量的異常の検出により、これらを惹起しているゲノム異常を特定する。長鎖シーケンサーを用いた異常転写産物の全長配列や当該遺伝子の全領域のゲノム配列を決定することでスプライシング異常を惹起したゲノム変異を確定する。小児遺伝性疾患の分子遺伝学的診断の向上ともに「リン酸化酵素阻害剤によるスプライシング異常是正療法」の潜在的な治療対象患者の同定も目指す。

研究実績の概要

従来のエクソーム解析ではゲノム構造異常やスプライシング異常の検出は困難で、その克服が課題であった。本研究は末梢血に発現しているトランスクリプトームに着目し、網羅的な転写産物の質的・量的検出により、これらを惹起するゲノム異常を特定することを目的とした研究である。
本年度はWDR45遺伝子の深部イントロン変異により生じている異常スプラシング是正のためのアンチセンス核酸の同定と効果について論文として採択された。
本疾患は脳の鉄沈着を伴う神経変性疾患（Neurodegeneration with brain iron accumulation: NBIA)であり、二相性の臨床経過を呈する。適切な時期の治療介入を行うことで症状の進行を抑えることや、軽減させることができる可能性がある。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

異常スプライシングを起こす具体的な遺伝子変異の同定ができている。
また、偽エクソン形成に対する治療が期待されるアンチセンスオリゴヌクレオチドの同定ができていることなど、スプラシング異常を是正するメカニズムの解明への展望が開けてきているため。

今後の研究の推進方策

初年度の研究により、異常スプライシングを高率に検知可能なSpliceAIカットオフ値が0.7と定まり異常スプライシングを起こすバリアント検出の効率が上昇した。
2022年度はその成果を活かして、deep intron variantによる疾患原因遺伝子を同定した。2023年度は深部イントロンバリアントによる異常スプライシングを是正する、治療に有用な可能性のあるアンチセンス核酸の同定を行った。
2024年度はさらにRNA解析結果に対して得られたカットオフ値を用いて有意なバリアントを抽出し、全ゲノム解析データと突き合わせ、スプライシング異常を引き起こす新たなゲノム異常の同定を継続して行っていく。

研究成果

• [雑誌論文] Successful skipping of abnormal pseudoexon by antisense oligonucleotides in vitro for a patient with beta-propeller protein-associated neurodegeneration (2024)
  • 著者名/発表者名: Mamiko Yamada, Kazuhiro Maeta, Hisato Suzuki, Ryo Kurosawa, Toshiki Takenouchi, Tomonari Awaya , Masahiko Ajiro , Atsuko Takeuchi, Hisahide Nishio , Masatoshi Hagiwara , Fuyuki Miya, Masafumi Matsuo, Kenjiro Kosaki
  • 雑誌名: Sci Rep . 巻: - 号: 1 ページ: 6506-6506
  • DOI: 10.1038/s41598-024-56704-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genome Analysis in Sick Neonates and Infants: High-yield Phenotypes and Contribution of Small Copy Number Variations (2022)
  • 著者名/発表者名: Hisato Suzuki, Masatoshi Nozaki, Hiroshi Yoshihashi, Kazuo Imagawa, Daigo Kajikawa, Mamiko Yamada, Yu Yamaguchi, Naoya Morisada, Mayuko Eguchi, Shoko Ohashi, Shinsuke Ninomiya, Toshiyuki Seto, Tomoharu Tokutomi, Mariko Hida, Katsuaki Toyoshima, Kenjiro Kosaki, Toshiki Takenouchi, et al.
  • 雑誌名: The Journal of Pediatrics 巻: - ページ: 38-48.e1
  • DOI: 10.1016/j.jpeds.2022.01.033
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] アンチセンス核酸薬による異常スプライシング是正：WDR45の偽エクソン形成に対するアプローチ (2024)
  • 著者名/発表者名: 山田茉未子、 前田 和宏、鈴木寿人、武内俊樹、 粟屋智就、萩原正敏、網代 将彦、 竹内 敦子、西尾 久英、 宮冬樹、松尾雅文、小崎健次郎
  • 学会等名: 第127回日本小児科学会
• [学会発表] トランスクリプトームおよび全ゲノム解析を用いた キメラ遺伝子形成による 先天性遺伝性疾患発症機序の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山田茉未子
  • 学会等名: 日本先天異常学会
• [学会発表] RNA解析・全ゲノム解析の医療実装による未診断疾患の解決を目指して (2021)
  • 著者名/発表者名: 山田茉未子
  • 学会等名: 第22回日本RNA学会年会
  • 招待講演