ロングリードシーケンサーによる疾患ゲノム解析法の確立

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01539
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 松本 直通 横浜市立大学, 医学研究科, 教授 (80325638)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 次世代シーケンス解析 / ロングリードシーケンス / 全ゲノム解析 / CNV / SNV

研究実績の概要

1. Sequelで得られた全ゲノムシーケンスデータの検討:18XカバレージのSequelシーケンスを1例で行い,7X,13X,18Xカバレージのデータでそれぞれ>50 bpの欠失・重複CNVをPBhoneyを用いて検討した。欠失CNVはそれぞれのカバレージで、4000個,7000個,8000個程度,重複CNVはそれぞれ6000個,10000個,11000個程度検出された。現状のSMRT cell(1枚20万円程度)を5枚程度使用し,コストはおよそ1サンプル当たり100万円で10xカバレージのシーケンス産出が可能であった。初年度予算では少なくても5症例のSequel解析を10Xカバレージで行った。
2. CNV検出に必要なゲノムカバレージ量とCNV検出系の確立：10XレベルのSequel算出ゲノムデータからランダムにCNV検出を進めた。特にUCSC遺伝子をinvolveするCNVに焦点を当てた。異なる疾患の症例間比較で重複しないCNVは1例当たり10個を超えなかった。カバレージが上がると検出CNVの数が上昇するため,コスト面と検出数のバランスから現状10Xカバレージを基準に解析を進めているが,コストが下がればさらにカバレージを挙げることで制度の向上を期待できる。
3. 高精度疾患ゲノム解析系の確立:ショート/ロングリードハイブリッドシーケンス:CNVを好感度に検出できるミニマルカバレージを10X程度としCNV解析を進めたが,これにショートリードシーケンスデータに組合わせて高感度なCNV検出系の確立を次年度より目指す予定である(ハイブリッドシーケンス)。

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

当初想定していたSequelのコストであるが1 SMRT cell(1枚20万円程度)当たりのシーケンス産出量は5~10 Gbに到達し10x カバレージの全ゲノムシーケンスが100万円程度で可能となった。これで コントロール18xと原因未解明症例5サンプルの10xカバレージシーケンスを終了している。このデータ解析から判明したのは、検出するCNVはカバレージが上昇するほど増加する。検出する大量の7000個の欠失CNVと10000個の重複CNVの解釈に多数のコントロールデータが必要であることは明らかとなった。コスト面での低減を期待するが、現状容易でないことも予想されるため、異なるプラットフォームOxford NanoporeのPromethIONシーケンサーの導入も検討することが必要である。PromethIONで1 フローセル当たり50~80 GBものシーケンス産出が期待できる。

今後の研究の推進方策

大量の検出CNVの解釈には多数のコントロールデータが必要であることは明らかとなった。コスト面での低減を期待するが、現状容易でないことも予想されるため、異なるプラットフォームOxford NanoporeのPromethIONシーケンサーの導入も検討することが必要である。PromethIONで1 フローセル（1枚20万円程度）当たり50~80 GBものシーケンス産出が期待できる。次年度はSequelのシーケンス産出量の向上に期待しながらPromethIONをトライアルで検証し、十分なスループットが臨めればこちらに主軸を移すことも検討する。

研究成果

• [雑誌論文] Integrative Analyses of De Novo Mutations Provide Deeper Biological Insights into Autism Spectrum Disorder. (2018)
  • 著者名/発表者名: *Takata A, *Miyake N, *Tsurusaki Y (*: equal contribution), et al., Matsumoto N# (#: corresponding).
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 22(3) ページ: 734-747
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.12.074.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel mutation in SLC1A3 causes episodic ataxia. (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwama K, Iwata A, Shiina M, Mitsuhashi S, Miyatake S, Takata A, Miyake N, Ogata K, Ito S, Mizuguchi T, Matsumoto N*.
  • 雑誌名: J Hum Genet. 巻: 63(2) ページ: 207-211
  • DOI: 10.1038/s10038-017-0365-z.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A familial case of PDE10A-associated childhood-onset chorea with bilateral striatal lesions. (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyatake S, Koshimizu E, Shirai I, Kumada S, Nakata Y, Kamemaru A, Nakashima M, Mizuguchi T, Miyake N, Saitsu H, Matsumoto N*.
  • 雑誌名: Mov Disord 巻: 33(1) ページ: 177-179
  • DOI: 10.1002/mds.27219.
  • 査読あり
• [雑誌論文] De novo variants in SETD1B are associated with intellectual disability, epilepsy and autism. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiraide T, Nakashima M, Yamoto K, Fukuda T, Kato M, Ikeda H, Sugie Y, Aoto K, Kaname T, Nakabayashi K, Ogata T, Matsumoto N*, Saitsu H* (*: co-correspondence).
  • 雑誌名: Hum Genet 巻: 137(1) ページ: :95-104
  • DOI: 10.1007/s00439-017-1863-y.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epileptic apnea in a patient with inherited glycosylphosphatidylinositol anchor deficiency and PIGT mutations. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kohashi K, Ishiyama A*, Yuasa S, Tanaka T, Miya K, Adachi Y, Sato N, Saitsu H, Ohba C, Matsumoto N, Murakami Y, Kinoshita T, Sugai K, Sasaki M.
  • 雑誌名: Brain Dev 巻: 40(1) ページ: 53-57
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2017.06.005.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A patient with early myoclonic encephalopathy (EME) with a de novo KCNQ2 mutation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kojima K, Shirai K, Kobayashi M, Miyauchi A, Saitsu H, Matsumoto N, Osaka H, Yamagata T.
  • 雑誌名: Brain Dev 巻: 40(1) ページ: 69-73
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2017.06.004.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heterozygous Mutations in OAS1 Cause Infantile-Onset Pulmonary Alveolar Proteinosis with Hypogammaglobulinemia. (2018)
  • 著者名/発表者名: Cho K#,*, Yamada M# (# denotes equal contribution) (*: correspondence), Agematsu K, Kanegane H, Miyake N, Ueki M, Akimoto T, Kobayashi N, Ikemoto S, Tanino M, Fujita A, Hayasaka I, Miyamoto S, Tanaka-Kubota M, Nakata K, Shiina M, Ogata K, Minakami H, Matsumoto N, Ariga T.
  • 雑誌名: Am J Hum Genet 巻: 1;102(3) ページ: 480-486
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2018.01.019.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three patients with Schaaf-Yang syndrome exhibiting arthrogryposis and endocrinological abnormalities. (2018)
  • 著者名/発表者名: Enya T*, Okamoto N, Iba Y, Miyazawa T, Okada M, Ida S, Naruto T, Imoto I, Fujita A, Miyake N, Matsumoto N, Sugimoto K, Takemura T.
  • 雑誌名: Am J Med Genet A 巻: 176(3) ページ: :707-711
  • DOI: doi: 10.1002/ajmg.a.38606.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel recessive mutations in MSTO1 cause cerebellar atrophy with pigmentary retinopathy. (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwama K, Takaori T, Fukushima A, Tohyama J, Ishiyama A, Ohba C, Mitsuhashi S, Miyatake S, Takata A, Miyake N, Ito S, Saitsu H, Mizuguchi T, Matsumoto N*.
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 63(3) ページ: 263-270
  • DOI: 10.1038/s10038-017-0405-8.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel PGAP3 mutation in a Croatian boy with brachytelephalangy and a thin corpus callosum. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi T, Zigman T, Petkovic; Ramadza D, Omerza L, Puseljic; S, Eres Hrvacanin Z, Miyake N, Matsumoto N, Bariic I.
  • 雑誌名: Hum Genome Var 巻: 8;5 ページ: 18005
  • DOI: 10.1038/hgv.2018.5.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MTCL1 plays an essential role in maintaining Purkinje neuron axon initial segment. (2017)
  • 著者名/発表者名: Satake T, Yamashita K, Hayashi K, Miyatake S, Tamura-Nakano M, Doi H, Furuta Y, Shioi G, Miura E, Takeo YH, Yoshida K, Yahikozawa H, Matsumoto N, Yuzaki M, Suzuki A*.
  • 雑誌名: EMBO J 巻: 36(9) ページ: 1227-1242
  • DOI: 10.15252/embj.201695630.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mutations in genes encoding polycomb repressive complex 2 subunits cause Weaver syndrome. (2017)
  • 著者名/発表者名: Imagawa E, Higashimoto K, Sakai Y, Numakura C, Okamoto N, Matsunaga S, Ryo A, Sato Y, Sanefuji M, Ihara K, Takada Y, Nishimura G, Saitsu H, Mizuguchi T, Miyatake S, Nakashima M, Miyake N, Soejima H, Matsumoto N*.
  • 雑誌名: Hum Mut 巻: 38(6) ページ: 637-648
  • DOI: 10.1002/humu.23200.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Defects in autophagosome-lysosome fusion underlie Vici syndrome, a neurodevelopmental disorder with multisystem involvement. (2017)
  • 著者名/発表者名: #Hori I, #Otomo T, (# denotes equal contribution) et al., Matsumoto N, et al..
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 7 ページ: 3552
  • DOI: 10.1038/s41598-017-02840-8.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nephron development and extrarenal features in a child with congenital nephrotic syndrome caused by null LAMB2 mutations. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kino J, *Tsukaguchi H, Kimata T, Nguyen HT, Nakano Y, Miyake N, Matsumoto N, Kaneko K.
  • 雑誌名: BMC Nephrol 巻: 6;18(1) ページ: 220
  • DOI: 10.1186/s12882-017-0632-4.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dystonia due to bilateral caudate hemorrhage associated with a COL4A1 mutation. (2017)
  • 著者名/発表者名: *Hatano T, Daida K, Hoshino Y, Li Y, Saitsu H, Matsumoto N, Hattori N.
  • 雑誌名: Parkinsonism Relat Disord 巻: 40 ページ: 80-82
  • DOI: 10.1016/j.parkreldis.2017.04.009.
  • 査読あり
• [雑誌論文] ANKRD11 variants cause variable clinical features associated with KBG syndrome and Coffin-Siris-like syndrome. (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyatake S, Okamoto N, Stark Z, Nabetani M, Tsurusaki Y, Nakashima M, Miyake N, Mizuguchi T, Ohtake A, Saitsu H, Matsumoto N*.
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 62(8) ページ: 741-746
  • DOI: 10.1038/jhg.2017.24.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Delayed myelination is a unique clinical marker for CYP2U1-related spastic paraplegia. (2017)
  • 著者名/発表者名: Minase G, Miyatake S, Nabatame S, Arai H, Koshimizu E, Mizuguchi T, Nakashima M, Miyake N, Saitsu H, Miyamoto T, Sengoku K, Matsumoto N*.
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 62(11) ページ: 997-1000
  • DOI: 10.1038/jhg.2017.77.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A patient with Muenke syndrome manifesting migrating neonatal seizures. (2017)
  • 著者名/発表者名: Okubo Y*, Kitamura T, Anzai M, Endo W, Inui T, Takezawa Y, Suzuki-Muromoto S, Miyabayashi T, Togashi N, Oba H, Saitsu H, Matsumoto N, Haginoya K.
  • 雑誌名: Brain Dev 巻: 39(10) ページ: 873-876
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2017.05.007.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Equivalent missense variant in the FOXP2 and FOXP1 transcription factors causes distinct neurodevelopmental disorders. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sollis E, Deriziotis P, Saitsu H, Miyake N, Matsumoto N, Hoffer MJV, Ruivenkamp CAL, Alders M, Okamoto N, Bijlsma EK, Plomp AS, Fisher SE.
  • 雑誌名: Hum Mutat 巻: 38(11) ページ: 1542-1554
  • DOI: 10.1002/humu.23303.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of biallelic EXTL3 mutations in a novel type of spondylo-epi-metaphyseal dysplasia. (2017)
  • 著者名/発表者名: Guo L#, Elcioglu NH# (# denotes equal contribution), Mizumoto S, Wang Z, Noyan B, Albayrak HM, Yamada S, Matsumoto N, Miyake N, Nishimura G, Ikegawa S*.
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 62(8) ページ: 797-801
  • DOI: 10.1038/jhg.2017.38.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Disturbed chromosome segregation and multipolar spindle formation in a patient with CHAMP1 mutation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Okamoto N*, Tsuchiya Y, Kuki I, Yamamoto T, Saitsu H, Kitagawa D*, Matsumoto N* (*: co-correspondence).
  • 雑誌名: Mol Genet Genomic Med 巻: 12;5(5) ページ: 585-591
  • DOI: 10.1002/mgg3.303.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Succinate dehydrogenase B-deficient renal cell carcinoma: A case report with novel germline mutation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwashita H, Okudela K, Matsumura M, Yamanaka S, Sawazumi T, Enaka M, Udaka N, Miyake A, Hibiya T, Miyake N, Matsumoto N, Makiyama K, Yao M, Nagashima Y, Ohashi K.
  • 雑誌名: Pathol Int 巻: 67(11) ページ: 585-589
  • DOI: 10.1111/pin.12587.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Delineating SPTAN1 associated phenotypes: from isolated epilepsy to encephalopathy with progressive brain atrophy. (2017)
  • 著者名/発表者名: Syrbe S#, Harms FL# (# denotes equal contribution), et al., Matsumoto N, et al..
  • 雑誌名: Brain 巻: 1;140(9) ページ: 2322-2336
  • DOI: 10.1093/brain/awx195.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A novel DARS2 mutation in a Japanese patient with leukoencephalopathy with brainstem and spinal cord involvement but no lactate elevation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimojima K, Higashiguchi T, Kishimoto K, Miyatake S, Miyake N, Takanashi JI, Matsumoto N, Yamamoto T*.
  • 雑誌名: Hum Genome Var 巻: 9;4 ページ: 17051
  • DOI: 10.1038/hgv.2017.51.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel and recurrent COL11A1 and COL2A1 mutations in the Marshall-Stickler syndrome spectrum. (2017)
  • 著者名/発表者名: Guo L, Elcioglu NH, Wang Z, Demirkol YK, Isguven P, Matsumoto N, Nishimura G, Miyake N, Ikegawa S*.
  • 雑誌名: Hum Genome Var 巻: 5;4 ページ: 17040
  • DOI: 10.1038/hgv.2017.40.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Three cases of KCNT1 mutations: malignant migrating partial seizures in infancy with massive systemic to pulmonary collateral arteries. (2017)
  • 著者名/発表者名: *Kawasaki Y, Kuki I, Ehara E, Murakami Y, Okazaki S, Kawawaki H, Hara M, Watanabe Y, Kishimoto S, Suda K, Saitsu H, Matsumoto N.
  • 雑誌名: J Pediatr 巻: 191 ページ: :270-274
  • DOI: 10.1016/j.jpeds.2017.08.057.
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-linked hypomyelination with spondylometaphyseal dysplasia (H-SMD) associated with mutations in AIFM1. (2017)
  • 著者名/発表者名: *Miyake N, *Wolf N# (# correspondence), *Cayami F (*: equal contribution), et al., Matsumoto N, et al..
  • 雑誌名: Neurogenetics 巻: 18(4) ページ: 185-194
  • DOI: 10.1007/s10048-017-0520-x.
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 「タンパク質翻訳後修飾拠点におけるゲノム解析研究」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本直通
  • 学会等名: 第８回国際公開シンポジウム
• [学会発表] “Rare genomic variants in human diseases” (2018)
  • 著者名/発表者名: Naomichi Matsumoto
  • 学会等名: 14.International Symposium on Approaching from model organisms to rare and undiagnosed diseases
• [学会発表] 「次世代シーケンス研究で直面する様々な問題点に対する取り組み」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本直通
  • 学会等名: NGS現場の会・スポンサードセッション
  • 招待講演
• [学会発表] “Biallelic mutations in the myopalladin gene, MYPN, are associated with childhood-onset, slowly progressive nemaline myopathy” (2017)
  • 著者名/発表者名: Naomichi Matsumoto and Satoko Miyatake
  • 学会等名: ESHG 2017
  • 招待講演
• [学会発表] 「周産期異常とゲノム解析」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本直通
  • 学会等名: 九州大学医学部講義（受胎・成長・発達）
  • 招待講演
• [学会発表] 「ヒト疾患とRare Variants」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本直通
  • 学会等名: 第20回山梨神経先端セミナー
• [学会発表] “Rare variants in human diseases” (2017)
  • 著者名/発表者名: Naomichi Matsumoto
  • 学会等名: IX International Congress Cornelia de Lange Syndrome,
• [学会発表] “Rare variants in human diseases” (2017)
  • 著者名/発表者名: Naomichi Matsumoto
  • 学会等名: Lecture for department of Medical Genetics, University of Sao Paulo
• [学会発表] 「最新のNGS 研究の動向と新しい展開」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本直通
  • 学会等名: 第22回日本ライソゾーム病研究会特別講演
• [学会発表] 「体細胞モザイク変異とヒト疾患」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本直通
  • 学会等名: 日本環境変異原学会（JEMS）第46回大会シンポジウム
• [学会発表] “Rare variants in Rare and Intractable diseases” (2017)
  • 著者名/発表者名: Naomichi Matsumoto
  • 学会等名: 9.International Symposium on Genomic Medicine-Genomics of Rare and Intractable Diseases
• [学会発表] 「ロングリードシーケンサーSequelを用いた疾患ゲノム解析の試み」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本直通
  • 学会等名: 第62回日本人類遺伝学会学術集会ランチョンセミナー
• [学会発表] 「次世代シーケンサーがもたらした希少”遺伝性”疾患解析の現状と展望」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本直通
  • 学会等名: 協和発酵キリン㈱富士リサーチパークセミナー
• [学会発表] “How to Detect Ultra-Low-Level Somatic Mutations.” (2017)
  • 著者名/発表者名: Naomichi Matsumoto
  • 学会等名: AES Annual Meeting 2017, Investigator Workshop 2: Somatic mutation: the ‘hidden genetics’ of brain malformations.