非コード領域構造変異に重点をおく稀少遺伝性疾患の遺伝要因と分子病態の解明

• 研究課題/領域番号: 23K27568
• 補助金の研究課題番号: 23H02877 (2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2023)
• 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: 横浜市立大学
• 研究代表者: 水口 剛 横浜市立大学, 医学部, 准教授 (90404996)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円); 2025年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2024年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
• キーワード: ロングリードシーケンス / リピート伸長 / ゲノム構造異常 / 希少疾患 / オミクス

研究開始時の研究の概要

ロングリードシーケンサーの発展によりゲノム構造変異・リピート伸長変異の検出が全ゲノムレベルで可能となった。このような変異の中でタンパク質コード領域変異は直接的な遺伝子構造破壊により疾患の原因となりうるが、非コードDNA領域に位置した場合、ゲノム配列情報のみで病態への関与を証明することは困難である。本研究ではショートリードシーケンス解析で未解決の遺伝性疾患を対象に、ロングリードを駆使したオミクス解析を行い、全ゲノム構造変異・リピート伸長変異プロファイルと突合させることで疾患原因となる非コードDNA領域構造変異・リピート伸長変異の病態への寄与を検証する。

研究実績の概要

ゲノム解析：単一遺伝子疾患が想定されるショートリード解析陰性症例を対象に、ロングリード全ゲノムシークエンスを行い、Structural variant・リピート伸長変異に着目した疾患原因バリアントを探索した。2023年度は98症例の解析を実施した。膨大なタイプ・数のStructural variant (SV: ヒト2倍体ゲノム当たり約25000個) の中から実際に検証が可能なレベルまで候補を絞り込むためには、疾患と関係のないバリアントを除外するための大規模な健常コントロール構造多型データベースを充実させることが重要と考えられる。そこで所属研究室でこれまでに蓄積したロングリード全ゲノムシークエンスデータセットをコントロールとして整備した。実際に20/21症例のSV・リピート伸長変異陽性症例において自前のコントロールデータセットを用いたフィルタリングの有効性を確認できた。また細胞遺伝学的検査所見から、遺伝子発現調節領域に切断点をもつと推定された先天性奇形症候群2症例のロングリードシークエンスを実施した。しかしロングリード解析による塩基レベルの解析ではタンパク質コード領域に位置し直接的な遺伝子構造破壊を引き起こすバリアントであることが判明した。
DNAメチル化解析：トランスポゾン挿入やリピート伸長変異が異常DNAメチル化を介して疾患発症に関与することが知られておりメチル化異常をゲノムワイドに検出し、全ゲノム構造変異プロファイルと突合させてメチル化異常を引き起こすSV・リピート伸長変異を病的変異の候補とすることには妥当性がある。ロングリード全ゲノムシークエンスデータからゲノムワイドにメチル化のプロファイルを行い、健常コントロールとの比較からメチル化の外れ値を示す領域を抽出する系を構築した。

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

解析系の構築：疾患関連バリアントの抽出にはde novo バリアントに着目すること（トリオ解析）、健常コントロールデータと比較することでシーケンスエラーや疾患と関係のないバリアントを除外すること、バリアントの遺伝子機能へのインパクトによる優先順位づけを行うことが基本的な戦略となる。このうち遺伝子構造への影響、遺伝子と表現型との関連を統合して優先順位づけを行うプログラムの有用性が確認できた（J Hum Genet. 2023. PMID: 37308565）。一方で、この手法は既知遺伝子には有効だが、新規原因遺伝子の探索には向かない。またトリオ解析については、成人発症疾患など両親検体を取得できない場合があること、現状ではコスト面でトリオ解析が実施できる状況は限られることから、自前のコントロールデータセットと比較することで検証が可能なレベルまで候補SVを絞り込む解析系の有効性を確認できたことは今後に期待がもてる。
症例解析：98症例の解析から有力と考えた2個のバリアントについて検証を行ったが、病原性は否定的で、現在までのところ有力な候補は得られていない

今後の研究の推進方策

自前のコントロールデータセットを使用したフィルタリングが有効であることがわかったので、今後も症例解析を継続する。有力な候補が得られた場合は、バリアントが位置するゲノム領域に応じた機能解析により病態を明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Whole-exome sequencing reveals causative genetic variants for several overgrowth syndromes in molecularly negative Beckwith-Wiedemann spectrum (2024)
  • 著者名/発表者名: Higashimoto K., Sun F., Imagawa E., Saida K., Miyake N., Hara S., Yatsuki H., Kubiura-Ichimaru M., Fujita A., Mizuguchi T., Matsumoto N. and Soejima H.
  • 雑誌名: J Med Genet 巻: NA 号: 6 ページ: 590-594
  • DOI: 10.1136/jmg-2023-109621
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel compound heterozygous ABCA2 variants cause IDPOGSA, a variable phenotypic syndrome with intellectual disability (2024)
  • 著者名/発表者名: Inoue Y., Tsuchida N., Kim C. A., de Oliveira Stephan B., Castro M. A. A., Honjo R. S., Bertola D. R., Uchiyama Y., Hamanaka K., Fujita A., Koshimizu E., Misawa K., Miyatake S., Mizuguchi T. and Matsumoto N.
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 69 号: 3-4 ページ: 163-167
  • DOI: 10.1038/s10038-024-01219-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of hidden intronic DDC variant in aromatic L-amino acid decarboxylase deficiency by adaptive sampling (2024)
  • 著者名/発表者名: Koshimizu E., Kato M., Misawa K., Uchiyama Y., Tsuchida N., Hamanaka K., Fujita A., Mizuguchi T., Miyatake S. and Matsumoto N.
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 69 号: 3-4 ページ: 153-157
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01217-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Case report: Neuronal intranuclear inclusion disease initially mimicking reversible cerebral vasoconstriction syndrome: serial neuroimaging findings during an 11-year follow-up (2024)
  • 著者名/発表者名: Lee G. H., Jung E., Jung N. Y., Mizuguchi T., Matsumoto N. and Kim E. J.
  • 雑誌名: Front Neurol 巻: 15 ページ: 1347646-1347646
  • DOI: 10.3389/fneur.2024.1347646
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Abnormal axonal development and severe epileptic phenotype in Dynamin-1 (DNM1) encephalopathy (2024)
  • 著者名/発表者名: Matsubara K., Kuki I., Ishioka R., Yamada N., Fukuoka M., Inoue T., Nukui M., Okamoto N., Mizuguchi T., Matsumoto N. and Okazaki S.
  • 雑誌名: Epileptic Disord 巻: 26 号: 1 ページ: 139-143
  • DOI: 10.1002/epd2.20181
  • 査読あり
• [雑誌論文] A female case of L1 syndrome that may have developed due to skewed X inactivation (2024)
  • 著者名/発表者名: Mori T., Nakano M., Tayama T., Goji A., Toda Y., Kameyama S., Mizuguchi T., Urushihara M. and Matsumoto N.
  • 雑誌名: Brain Dev 巻: NA 号: 6 ページ: 230-233
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2024.03.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] A heterozygous germline deletion within USP8 causes severe neurodevelopmental delay with multiorgan abnormalities (2024)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto M., Kurosawa K., Tanoue K., Iwama K., Ishida F., Watanabe Y., Okamoto N., Tsuchida N., Uchiyama Y., Koshimizu E., Fujita A., Misawa K., Miyatake S., Mizuguchi T. and Matsumoto N.
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 69 号: 2 ページ: 85-90
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01209-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel missense variants cause intermediate phenotypes in the phenotypic spectrum of SLC5A6-related disorders (2024)
  • 著者名/発表者名: Utsuno Y., Hamada K., Hamanaka K., Miyoshi K., Tsuchimoto K., Sunada S., Itai T., Sakamoto M., Tsuchida N., Uchiyama Y., Koshimizu E., Fujita A., Miyatake S., Misawa K., Mizuguchi T., Kato Y., Saito K., Ogata K. and Matsumoto N.
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 69 号: 2 ページ: 69-77
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01206-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-read sequencing revealing intragenic deletions in exome-negative spastic paraplegias (2023)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H., Mizuguchi T., Doi H., Kameyama S., Kunii M., Joki H., Takahashi T., Komiya H., Sasaki M., Miyaji Y., Ohori S., Koshimizu E., Uchiyama Y., Tsuchida N., Fujita A., Hamanaka K., Misawa K., Miyatake S., Tanaka F. and Matsumoto N.
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 68 号: 10 ページ: 689-697
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01170-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three KINSSHIP syndrome patients with mosaic and germline AFF3 variants (2023)
  • 著者名/発表者名: Inoue Yuta、Tsuchida Naomi、Okamoto Nobuhiko、Shuichi Shimakawa、Ohashi Kei、Saitoh Shinji、Ogawa Atsushi、Hamada Keisuke、Sakamoto Masamune、Miyake Noriko、Hamanaka Kohei、Fujita Atsushi、Koshimizu Eriko、Miyatake Satoko、Mizuguchi Takeshi、Ogata Kazuhiro、Uchiyama Yuri、Matsumoto Naomichi
  • 雑誌名: Clinical Genetics 巻: 103 号: 5 ページ: 590-595
  • DOI: 10.1111/cge.14292
  • 査読あり
• [雑誌論文] NOTCH2NLC GGC Repeat Expansion in Patients With Vascular Leukoencephalopathy (2023)
  • 著者名/発表者名: Liao Y. C., Wei C. Y., Chang F. P., Chou Y. T., Hsu S. L., Chung C. P., Mizuguchi T., Matsumoto N., Yet S. F. and Lee Y. C.
  • 雑誌名: Stroke 巻: 54 号: 5 ページ: 1236-1245
  • DOI: 10.1161/strokeaha.122.041848
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Complete SAMD12 repeat expansion sequencing in a four-generation BAFME1 family with anticipation (2023)
  • 著者名/発表者名: Mizuguchi T., Toyota T., Koshimizu E., Kameyama S., Fukuda H., Tsuchida N., Uchiyama Y., Hamanaka K., Fujita A., Misawa K., Miyatake S., Adachi H. and Matsumoto N.
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 68 号: 12 ページ: 875-878
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01187-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] A case of epilepsy with myoclonic atonic seizures caused by SLC6A1 gene mutation due to balanced chromosomal translocation (2023)
  • 著者名/発表者名: Mori Tatsuo、Sakamoto Masamune、Tayama Takahiro、Goji Aya、Toda Yoshihiro、Fujita Atsushi、Mizuguchi Takeshi、Urushihara Maki、Matsumoto Naomichi
  • 雑誌名: Brain and Development 巻: － 号: 7 ページ: 395-400
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2023.03.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biallelic structural variations within FGF12 detected by long-read sequencing in epilepsy (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohori S., Miyauchi A., Osaka H., Lourenco C. M., Arakaki N., Sengoku T., Ogata K., Honjo R. S., Kim C. A., Mitsuhashi S., Frith M. C., Seyama R., Tsuchida N., Uchiyama Y., Koshimizu E., Hamanaka K., Misawa K., Miyatake S., Mizuguchi T., Saito K., Fujita A. and Matsumoto N.
  • 雑誌名: Life Sci Alliance 巻: 6 号: 8 ページ: e202302025-e202302025
  • DOI: 10.26508/lsa.202302025
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A novel homozygous CHMP1A variant arising from segmental uniparental disomy causes pontocerebellar hypoplasia type 8 (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Sakamoto, T. Shiiki, S. Matsui, N. Okamoto, E. Koshimizu, N. Tsuchida, Y. Uchiyama, K. Hamanaka, A. Fujita, S. Miyatake, K. Misawa, T. Mizuguchi and N. Matsumoto
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 68 号: 4 ページ: 247-253
  • DOI: 10.1038/s10038-022-01098-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] A missense variant at the RAC1-PAK1 binding site of RAC1 inactivates downstream signaling in VACTERL association (2023)
  • 著者名/発表者名: Seyama Rie、Nishikawa Masashi、Ogata Kazuhiro、Nagata Koh-ichi、Matsumoto Naomichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 号: 1 ページ: 9789-9789
  • DOI: 10.1038/s41598-023-36381-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distal arthrogryposis in a girl arising from a novel TNNI2 variant inherited from paternal somatic mosaicism (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Seyama, Y. Uchiyama, Y. Kaneshi, K. Hamanaka, A. Fujita, N. Tsuchida, E. Koshimizu, K. Misawa, S. Miyatake, T. Mizuguchi, S. Makino, A. Itakura, N. Okamoto and N. Matsumoto
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 68 号: 5 ページ: 363-367
  • DOI: 10.1038/s10038-022-01117-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronous heart rate reduction with suppression‐burst pattern in <i>KCNT1</i> ‐related developmental and epileptic encephalopathies (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kaoru、Baba Shimpei、Saito Takashi、Nakagawa Eiji、Sugai Kenji、Iwasaki Masaki、Fujita Atsushi、Fukuda Hiromi、Mizuguchi Takeshi、Kato Mitsuhiro、Matsumoto Naomichi、Sasaki Masayuki
  • 雑誌名: Epilepsia Open 巻: － 号: 2 ページ: 651-658
  • DOI: 10.1002/epi4.12705
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Complete SAMD12 repeat expansion sequencing in a four-generation BAFME1 family with anticipation (2023)
  • 著者名/発表者名: 水口剛
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会 第68回大会