自己免疫疾患のリスク多型機能解析による個別化抗サイトカイン療法の確立

• 研究課題/領域番号: 23K24373
• 補助金の研究課題番号: 22H03114 (2022-2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2022-2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分54020:膠原病およびアレルギー内科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 石垣 和慶 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, チームリーダー (00790338)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2024年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2023年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
• キーワード: リスク多型 / 自己免疫疾患 / ゲノム編集 / 抗サイトカイン療法 / サイトカイン / ゲノム医療

研究開始時の研究の概要

抗サイトカイン療法によって自己免疫疾患の臨床転帰は平均的には改善したが、治療反応性に大きな個人差がある。近年、ゲノムワイド関連解析によって自己免疫疾患の発症に関連する多型（リスク多型）が多数同定されたが、各リスク多型とサイトカインとの具体的な対応関係は確認できていない。本研究の目的は、①ゲノム編集技術を駆使してリスク多型機能を高効率に評価する新しい実験系を確立し、②各リスク多型とサイトカインとの対応を明らかにすることである。本研究によって、個々の患者の遺伝子型情報を基にした個別化抗サイトカイン療法という新しい枠組みの治療方法が確立し、個々の患者レベルでの臨床転帰が改善することが期待される。

研究実績の概要

自己免疫疾患は原因不明の難病であるが、抗サイトカイン療法の登場により臨床転帰は改善した。しかし、治療反応性に大きな個人差があるため、個々の患者レベルでは十分な治療効果が得られていない。より多くの患者が抗サイトカイン療法による恩恵を受けるためには、個々の患者毎に最適化された治療戦略（個別化抗サイトカイン療法）を確立することが求められている。疾患群・健常人群を比較したゲノムワイド関連解析は、十分なサンプル数の確保に成功し、発症リスクに関連する多型（リスク多型）を多数同定し、再現研究によってその頑強性も確認された。申請者らもその同定に貢献してきた。これらのリスク多型は、疾患群・健常人群の比較で同定されたものであり、本来は、疾患群内の層別化を意図して検出されたものではない。しかし、各リスク多型とサイトカインとの対応関係を実験的に紐づけることができれば、個々の患者のリスク多型の遺伝子型情報を基にした個別化抗サイトカイン療法を考案できると期待される。
本研究の目的は、①最新のゲノム編集技術を駆使してリスク多型機能を高効率に評価する新しい実験系を確立し、②リスク多型が機能するサイトカイン刺激条件を網羅的にスクリーニングして、各リスク多型とサイトカインとの対応を明らかにすることである。本研究によって、個々の患者の遺伝子型情報を基にした個別化抗サイトカイン療法という新しい枠組みの治療方法が確立し、個々の患者レベルでの臨床転帰が改善することが期待される。
本研課題では、改良版CRISPR-Cas9システムを用いてCD4陽性T細胞に高精度にリスク多型を導入することに成功した。また、リスク多型のクロマチン構造への影響を高効率に評価する実験システムを開発した。これらの技術の併用によって、種々の刺激条件・複数のタイムポイントでリスク多型機能を評価することに成功した。

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

令和4年度は、ゲノム編集で導入するリスク多型の選定、ゲノム編集条件の最適化を行い、ヒト初代免疫細胞に対するリスク多型のゲノム編集技術を確立した。具体的にはBase editorと、MLH1阻害を併用したPrime editing 4または5である。現在、CD4陽性T細胞、CD8陽性T細胞のゲノム編集実験に成功している。
令和5年度は、多彩な刺激条件におけるリスク多型の機能評価を行った。具体的にはリスク多型が制御するchromatin accessibilityをリスク多型の機能の指標とし、多彩な刺激条件・タイムポイントでCD4陽性T細胞を処理し、リスク多型の機能のダイナミックな変化を評価した。リスク多型のchromatin accessibilityに対する影響を高い効率・精度で評価する新しい実験システム（UNIChro-seq：UNIque molecular identifier counting of regional CHROmatin openness with SEQuencing）を開発し、特許出願を完了した(特願2023-084002:“改良されたＡＴＡＣ－ｓｅｑ法及びキット”)。この実験系では、クロマチンが開いている領域を断片化する際に分子標識を付加することができるため、ライブラリー作成に伴うPCRバイアスを補正することができる。同技術の高度化を進め、複数のリスク多型の機能を同時に評価することに成功した。さらに、ゲノム編集技術によって人工的に導入したリスク多型（人工多型）とUNIChro-seqを併用することで、リスク多型の機能を効率的に評価することにも成功した。
上記、全て当初の計画通り研究を遂行できている。

今後の研究の推進方策

今後、以下の３つの課題を検討している。
１）多彩な刺激条件におけるリスク多型の機能の評価
R6年度は刺激条件のパターンを更に拡大する。多彩な細胞状態のCD4陽性T細胞においてリスク多型の機能を網羅的に評価する。令和5年度に開発したUNIChro-seqを更に高度化し、効率よくリスク多型の機能評価を実施する。
２）複数のタイムポイントにおけるリスク多型機能の評価
遺伝子発現制御は時間変化とともにダイナミックに変化することが知られている。そのため、上述の多彩な細胞条件を複数のタイムポイントで詳細に評価する。
３）公共データベースと上記結果との統合解析を実施することで、リスク多型とサイトカインとの対応関係のリストを作成する。遺伝子多型情報から各種サイトカイン治療への反応を予測するモデルを構築する。そして、患者の遺伝子多型情報に適応し、実臨床における治療反応性の情報との相関を評価する。

研究成果

• [雑誌論文] The genetic basis of autoimmunity seen through the lens of T cell functional traits (2024)
  • 著者名/発表者名: Lagattuta Kaitlyn A.、Park Hannah L.、Rumker Laurie、Ishigaki Kazuyoshi、Nathan Aparna、Raychaudhuri Soumya
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-024-45170-w
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Age-associated CD4+ T cells with B cell-promoting functions are regulated by ZEB2 in autoimmunity. (2024)
  • 著者名/発表者名: Goto M, Takahashi H, Yoshida R, Itamiya T, Nakano M, Nagafuchi Y, Harada H, Shimizu T, Maeda M, Kubota A, Toda T, Hatano H, Sugimori Y, Kawahata K, Yamamoto K, Shoda H, Ishigaki K, Ota M, Okamura T, Fujio K.
  • 雑誌名: Sci Immunol. 巻: 9 号: 93 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1126/sciimmunol.adk1643
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of a regulatory pathway governing TRAF1 via an arthritis-associated non-coding variant (2024)
  • 著者名/発表者名: Wang Qiang、Martnez-Bonet Marta、Kim Taehyeung、Sparks Jeffrey A.、Ishigaki Kazuyoshi. et. al.
  • 雑誌名: Cell Genomics 巻: 4 号: 2 ページ: 100502-100502
  • DOI: 10.1016/j.xgen.2024.100502
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mobile element variation contributes to population-specific genome diversification, gene regulation and disease risk (2023)
  • 著者名/発表者名: 6.Kojima S, Koyama S, Ka M, Saito Y, Parrish EH, Endo M, Takata S, Mizukoshi M, Hikino K, Takeda A, Gelinas AF, HeatonSM, Koide R, Kamada AJ, Noguchi M, Hamada M; Biobank Japan Project Consortium; Kamatani Y, Murakawa Y, Ishigaki K,Nakamura Y, Ito K, Terao C, Momozawa Y, Parrish NF
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 55 号: 6 ページ: 939-951
  • DOI: 10.1038/s41588-023-01390-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Functional Genetics to Understand the Etiology of Autoimmunity (2023)
  • 著者名/発表者名: Hatano Hiroaki、Ishigaki Kazuyoshi
  • 雑誌名: Genes 巻: 14 号: 3 ページ: 572-572
  • DOI: 10.3390/genes14030572
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Immunomics analysis of rheumatoid arthritis identified precursor dendritic cells as a key cell subset of treatment resistance. (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamada S, Nagafuchi Y, Wang M, Ota M, Hatano H, Takeshima Y, Okubo M, Kobayashi S, Sugimori Y, Masahiro N, Yoshida R, Hanata N, Suwa Y, Tsuchida Y, Iwasaki Y, Sumitomo S, Kubo K, Shimane K, Setoguchi K, Azuma T, Kanda H, Shoda H, Zhang X, Yamamoto K, Ishigaki K, Okamura T, Fujio K
  • 雑誌名: Ann Rheum Dis 巻: Epub ahead of print 号: 6 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1136/ard-2022-223645
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genome-wide association study reveals BET1L associated with survival time in the 137,693 Japanese individuals (2023)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Masato、Sakaue Saori、Takahashi Atsushi、Ishigaki Kazuyoshi、Hirata Makoto、Matsuda Koichi、Momozawa Yukihide、Okada Yukinori、Ninomiya Toshiharu、Koido Masaru、Morisaki Takayuki、Nagai Akiko、Sagiya Yoji、Terao Chikashi、Murakami Yoshinori、Kubo Michiaki、Kamatani Yoichiro、The Biobank Japan project
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 6 号: 1 ページ: 143-143
  • DOI: 10.1038/s42003-023-04491-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prediction of the cell-type-specific transcription of non-coding RNAs from genome sequences via machine learning (2022)
  • 著者名/発表者名: Koido Masaru、Hon Chung-Chau、Koyama Satoshi、Kawaji Hideya、Murakawa Yasuhiro、Ishigaki Kazuyoshi、Ito Kaoru、Sese Jun、Parrish Nicholas F.、Kamatani Yoichiro、Carninci Piero、Terao Chikashi
  • 雑誌名: Nature Biomedical Engineering 巻: Online 号: 6 ページ: 830-844
  • DOI: 10.1038/s41551-022-00961-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multi-ancestry genome-wide association analyses identify novel genetic mechanisms in rheumatoid arthritis (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki K, Sakaue S, Terao C, Luo Y, Sonehara KvYamaguchi K, Amariuta T, Too CL, Laufer VA, Scott IC, Viatte S, Takahashi M, Ohmura K, Murasawa A, Hashimoto M, Ito H, ..., Okada Y et al.
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 54 号: 11 ページ: 1640-1651
  • DOI: 10.1038/s41588-022-01213-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Control of naive and effector CD4 T cell receptor repertoires by rheumatoid-arthritis-risk HLA alleles (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagafuchi Yasuo、Ota Mineto、Hatano Hiroaki、Inoue Mariko、Kobayashi Satomi、Okubo Mai、Sugimori Yusuke、Nakano Masahiro、Yamada Saeko、Yoshida Ryochi、Tsuchida Yumi、Iwasaki Yukiko、Shoda Hirofumi、Okada Yukinori、Yamamoto Kazuhiko、Ishigaki Kazuyoshi、Okamura Tomohisa、Fujio Keishi
  • 雑誌名: Journal of Autoimmunity 巻: 133 ページ: 102907-102907
  • DOI: 10.1016/j.jaut.2022.102907
  • 査読あり
• [雑誌論文] Splicing QTL analysis focusing on coding sequences reveals mechanisms for disease susceptibility loci (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Kensuke、Ishigaki Kazuyoshi、Suzuki Akari、Tsuchida Yumi、Tsuchiya Haruka、Sumitomo Shuji、Nagafuchi Yasuo、Miya Fuyuki、Tsunoda Tatsuhiko、Shoda Hirofumi、Fujio Keishi、Yamamoto Kazuhiko、Kochi Yuta
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 4659-4659
  • DOI: 10.1038/s41467-022-32358-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct transcriptome architectures underlying lupus establishment and exacerbation (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakano Masahiro et al.
  • 雑誌名: Cell 巻: 185 号: 18 ページ: 3375-3389.e21
  • DOI: 10.1016/j.cell.2022.07.021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Single-cell eQTL models reveal dynamic T cell state dependence of disease loci (2022)
  • 著者名/発表者名: Nathan Aparna、Asgari Samira、Ishigaki Kazuyoshi、Valencia Cristian、Amariuta Tiffany、Luo Yang、Beynor Jessica I.、Baglaenko Yuriy、Suliman Sara、Price Alkes L.、Lecca Leonid、Murray Megan B.、Moody D. Branch、Raychaudhuri Soumya
  • 雑誌名: Nature 巻: 606 号: 7912 ページ: 120-128
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04713-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] HLA autoimmune risk alleles restrict the hypervariable region of T cell receptors (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki Kazuyoshi、Lagattuta Kaitlyn A.、Luo Yang、James Eddie A.、Buckner Jane H.、Raychaudhuri Soumya
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 54 号: 4 ページ: 393-402
  • DOI: 10.1038/s41588-022-01032-z
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Autoimmunity pathology elucidated by functional genetics studies (2023)
  • 著者名/発表者名: 石垣和慶
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第68回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Autoimmunity risk variants exert dynamic allelic effects on the chromosome accessibility of stimulated CD4+ T cells. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kono M., Hatano H., Suzuki A., Nakano M., Oguchi A., Murakawa Y., Terao C., Yamamoto K., Ishigaki K
  • 学会等名: American Society of Human Genetics Annual Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Chromatin interaction inferences based on the paired transcriptome and chromatin accessibility datasets identify candidate risk genes of autoimmunity. (2023)
  • 著者名/発表者名: Hatano H., Suzuki A., Nakano M., Oguchi A., Murakawa Y., Terao C., Yamamoto K., Ishigaki K
  • 学会等名: American Society of Human Genetics Annual Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] An efficient functional assay platform of autoimmunity risk alleles using CRISPR genome editing. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kono M., Arakawa T., Nakano M., Hatano H., Ishigaki K.
  • 学会等名: Annual Meeting of the Federation of Clinical Immunology Societies 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Actively transcribed regulatory regions explain the genetic risk of rheumatoid arthritis (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Hatano, Akari Suzuki, Matteo Guerrini, Michihiro Kono, Masahiro Nakano, Akiko Oguchi, Chikashi Terao,Yasuhiro Murakawa, Kazuhiko Yamamoto, Kazuyoshi Ishigaki
  • 学会等名: 第51回日本免疫学会学術集会
• [産業財産権] 改良されたＡＴＡＣ－ｓｅｑ法及びキット (2023)
  • 発明者名: 石垣 和慶
  • 権利者名: 石垣 和慶
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2023-084002
  • 出願年月日: 2023