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脊柱側弯症の遺伝子学を用いた病態解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K27724
補助金の研究課題番号 23H03033 (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56020:整形外科学関連
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

渡邉 航太  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 准教授 (60317170)

研究分担者 松本 守雄  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 教授 (40209656)
八木 満  国際医療福祉大学, 医学部, 教授 (40338091)
寺尾 知可史  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 (60610459)
鈴木 悟士  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (80573360)
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 *注記
18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
2025年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2023年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
キーワード思春期特発性側弯症 / 発症関連遺伝子 / 進行関連遺伝子 / 脊柱側弯症 / ポリジェニックスコア / 疾患感受性遺伝子 / メタ解析
研究開始時の研究の概要

思春期側弯症の遺伝子学的なアプローチによる病態解明とその結果の臨床応用を目的とする。病態解明のための遺伝子学的なアプローチ:本疾
患に対して全国20の大学・病院の協力で6,000人の遺伝子サンプルからゲノムワイド関連解析を行い、側弯症の発症に関与する疾患感受性遺伝
子を3個、進行に関与する遺伝子を2個、2019年には14個の新規伝子座(SNP)を同定した。本研究ではGWASで高い相関が見られたSNPに対し、in
silico解析、SNP周辺のsgRNAを使用したCRISPR-dCAS9によるエピジェネティックなゲノム編集技術を使用し、疾患の発症に関わる真の感受性
遺伝子多型、感受性遺伝子を同定する。

研究実績の概要

2019年にAIS患者5,327人、非患者73,884人を用いたGWASを行い、新たに14の新規領域を同定した。これにより同定された疾患感受性領域は20となった。既知の疾患感受性遺伝子であったLBX1, BNC2, GPR126の他に、新たに同定された神経系の発達、機能に関わるUNCXでもゼブラフィッシュを用いた実験で容量依存的に側弯症を発症することを示した。
そして、今回はAISの更なる遺伝的背景の解明のため日本人に加えて香港、米国、アイスランドのグループと連携して、合計AIS患者8,098人、非患者433,412人においてGWASの国際メタ解析を行った。結果として更に22の新規領域を同定した。続いてメタ解析結果から遺伝統計学的手法を用いて様々なpost-GWAS解析を行った。結果として、東アジア人種と欧米人種の集団間に強い遺伝的相関(相関係数ρ:0.87)があること、AISの遺伝的要因が横紋筋肉腫、軟骨細胞、筋芽細胞などの転写調節領域において強い関連を示すことなどが示された。強い関連を示した転写調節領域を統合すると全ゲノムの9.4%の領域で72%の遺伝的要因を説明できると推定された。更にポリジェニックリスクスコア(PRS)を用いた予測モデルを作成した。日本人、東アジア人種、全人種と人種を加えるごとにモデルの予測能が向上することを示した。上記の強い関連を示した領域をPRSに優先的に組み込むことで最大予測能を持つモデル(AUC=0.733)を作成した。
また、AIS特異的な細胞種や細胞種ごとの発現変動遺伝子の同定により、解像度の高い病態解明を実現するためにAIS組織を用いたシングルセル/核 RNA-seq解析も並行して行なっている。現在は候補関連組織である筋肉に着目し、AIS患者と非患者の傍脊柱筋を用いたシングル核RNA-seqを実施中である。

現在までの達成度 (区分)
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

研究実績の概要、今後の推進方策でも記載したように、計画は順調に進んでいるため。

今後の研究の推進方策

国際メタ解析においては、予定していた解析の大部分を終了し、2024年度中に解析結果をまとめて論文投稿をすることを予定している。
AIS患者の傍脊柱筋を用いたシングル核RNA-seqに関しては、筋肉組織においてAISと関連する細胞種や組織特異的に起きている遺伝子発現の変化を同定し、AIS GWAS国際メタ解析の結果と照合することでより病態の解明や新たな予防法、治療法の開発に近づくことができると考えている。実際にGWAS国際メタ解析では横紋筋肉腫や筋芽細胞の転写調節領域において、AISの遺伝的要因が集積しているという結果も得られており、筋肉組織を用いた本研究にて興味深い結果が期待される。
傍脊柱筋サンプル収集の基準として、AIS患者は骨成熟の過程で側弯が進行中と考えられる12-16歳、risser sign4未満の手術患者と対照群として12-16歳の非側弯腰椎疾患(腰椎椎間板ヘルニアや骨軟部腫瘍患者)による手術患者を設定し、それぞれから傍脊柱筋組織を手術時に採取して実験を進めている。現在、AIS症例8件、対照群2件を収集している。核抽出は10x genomics 社のNuclei isolation kit を用いて行い、繰り返し検証を行い、多すぎないdebris の量と十分な核数を両立して抽出できる実験系の確立を行った。核抽出後のシークエンスに向けたライブラリー作成には同じく10x genomics 社のChromium 5' GEM シングルセルキットを使用し、現時点で4サンプルのライブラリーを作成した。ライブラリーの品質を浅いシークエンス(Miseq)にて確認済であり、本解析用の深度の深いシークエンス(Novaseq)を今後行う予定である。最終的には8-10 サンプルを用いた解析を予定している。将来的には軟骨、神経など他の組織も用いたシングルセル/核解析も検討している。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Core planar cell polarity genes <i>VANGL1</i> and <i>VANGL2</i> in predisposition to congenital vertebral malformations2024

    • 著者名/発表者名
      Feng Xin、Otomo Nao、Yonezawa Yoshiro、Watanabe Kota、Ikegawa Shiro、Wu Nan、Qiu Guixing、Wu Nan、Zhang Jianguo、Wu Zhihong、Wang Shengru、DISCO (Deciphering disorders Involving Scoliosis and COmorbidities) study group、Japanese Early Onset Scoliosis Research Group
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 121 号: 18

    • DOI

      10.1073/pnas.2310283121

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Evidence of causality of low body mass index on risk of adolescent idiopathic scoliosis: a Mendelian randomization study.2023

    • 著者名/発表者名
      Otomo N, Khanshour AM, Koido M, et al., Ikegawa S, Watanabe K, Terao C.
    • 雑誌名

      Front Endocrinol (Lausanne)

      巻: 14 ページ: 1089414-1089414

    • DOI

      10.3389/fendo.2023.1089414

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Identification of a Functional Susceptibility Variant for Adolescent Idiopathic Scoliosis that Upregulates Early Growth Response 1 (EGR1)‐Mediated <scp> <i>UNCX</i> </scp> Expression2022

    • 著者名/発表者名
      Yonezawa Yoshiro、Guo Long、Kakinuma Hisaya、Otomo Nao、Yoshino Soichiro、Takeda Kazuki、Nakajima Masahiro、他42名
    • 雑誌名

      Journal of Bone and Mineral Research

      巻: 38 号: 1 ページ: 144-153

    • DOI

      10.1002/jbmr.4738

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 肋骨異常を伴った先天性側弯症治療2023

    • 著者名/発表者名
      渡邉航太
    • 学会等名
      第52回 日本脊椎脊髄病学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 早期発症側弯症に対するGrowing rod法の現状と課題.2023

    • 著者名/発表者名
      渡邉航太
    • 学会等名
      第34回日本小児整形外科学会学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脊柱側弯症における腰痛のメカニズム2023

    • 著者名/発表者名
      渡邉航太
    • 学会等名
      第31回 日本腰痛学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 思春期特発性側弯症矯正固定術後の非固定部腰椎椎間板変性の進行に関する術後10年の縦断研究2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木悟士, 八木 満, 高橋洋平, 尾崎正大, 辻 収彦, 名越慈人, 松本守雄, 中村雅也, 渡邉航太
    • 学会等名
      第52回 日本脊椎脊髄病学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 早期発症側弯症に対するGrowing rod 手術が頚椎矢状面アライメントに与える影響2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤修平, 尾崎正大, 鈴木悟士, 高橋洋平, 辻 収彦, 名越慈人, 八木 満, 松本守雄, 中村雅也, 渡邉航太
    • 学会等名
      第52回 日本脊椎脊髄病学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 思春期特発性側弯症における骨密度とCobb角の関係2023

    • 著者名/発表者名
      柴田峻宏, 鈴木悟士, 高橋洋平, 大久保 寿樹, 尾崎正大, 辻 収彦, 名越慈人, 松本守雄, 中村雅也, 渡邉航太
    • 学会等名
      第57回日本側彎症学会学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Uncovering the Role of a Genetic Variant in Adolescent Idiopathic Scoliosis: Enhanced UNCX Expression Leads to Axial Deformations in Zebrafish2023

    • 著者名/発表者名
      Yonezawa Y, Guo Long, Otomo N,Yoshino S, Takeda K, Koike Y, Yagi M, Terao C, Nakamura M, Matsumoto M, Ikegawa S, Watanabe K
    • 学会等名
      58th Scoliosis Research Society Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2023-04-18   更新日: 2024-12-25  

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