心筋Na/Ca交換体の遺伝子異常がもたらす致死性不整脈症候群の新規分子病態

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02808
• 研究機関: 国立研究開発法人国立循環器病研究センター
• 研究代表者: 蒔田 直昌 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 副所長 (00312356)
• 研究分担者: 牧山 武 京都大学, 医学研究科, 特定講師 (30528302)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 致死性不整脈 / Na-Ca交換体 / 早期再分極症候群 / QT短縮症候群 / ゲノム編集 / ノックインマウス / パッチクランプ / コンピュータシミュレーション

研究実績の概要

本研究は、心筋イオン輸送体に焦点を当てて致死性不整脈の新たな病因を探求することである。致死性不整脈の原因究明はQT延長症候群以外では十分に進んでおらず、イオンチャネルを候補遺伝子とする従来の手法で新たな病因を見出すのは困難である。申請者は最近、心電図QT時間の短縮と早期再分極(J波）を特徴とする致死性不整脈の蘇生症例において網羅的遺伝子解析を行い、心筋Na-Ca交換体（NCX）遺伝子の変異を同定した。フランスとの共同研究で、同様の臨床像を有し同一遺伝子上の変異を有する家系をさらに4家系同定した。最大の家系において全ゲノムシークエンスを行い、他の疾患遺伝子の関与が除外された。in vitro機能解析手法でNCXの機能低下を認め、活動電位のコンピュータシミュレーションではQT短縮が再現された。さらに、in vivoで機能異常を解明するために、ゲノム編集で変異導入マウスモデルを作成し、胚を前任地の長崎から国立循環器病研究センター(国循）に移転した。しかし国循の全施設移転に伴い、動物実験は7か月間研究が中断され、R2年2月から個体復元を再開した。これまで得られた研究成果をもとに、NCX変異による細胞内Ca制御異常という新たな疾患概念を確立し、心臓突然死の予知予防に応用する。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

国循の全館移転に伴う7カ月の動物実験中断によって、動物実験が予定よりも遅れている。その他のin vitor実験や遺伝学的研究は順調である。

今後の研究の推進方策

ノックインマウスの繁殖がR2年2月から可能となったので、頭数を増やしてin vivoの電気生理学的解析や心筋細胞の活動電位測定などの解析を集中的に進める。

研究成果

• [雑誌論文] Enhancing rare variant interpretation in inherited arrhythmias through quantitative analysis of consortium disease cohorts and population controls (2020)
  • 著者名/発表者名: Walsh R, Lahrouchi N, Ishikawa T, Makita N, Bezzina C. R et al.
  • 雑誌名: Genetics in Medicine 巻: 23 ページ: 47～58
  • DOI: 10.1038/s41436-020-00946-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SCN5A Mutation Type and a Genetic Risk Score Associate Variably With Brugada Syndrome Phenotype in SCN5A Families (2020)
  • 著者名/発表者名: Wijeyeratne Y. D, Ishikawa T, Makita, N, Aiba, T, Behr ER et al.
  • 雑誌名: Circulation: Genomic and Precision Medicine 巻: 13 ページ: e002911
  • DOI: 10.1161/CIRCGEN.120.002911
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cardiac Emerinopathy: A Nonsyndromic Nuclear Envelopathy With Increased Risk of Thromboembolic Stroke Due to Progressive Atrial Standstill and Left Ventricular Noncompaction (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T, Mishima H, Barc J, Yoshiura KI, Schott JJ, Makita N et al.
  • 雑誌名: Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology 巻: 13 ページ: e008712
  • DOI: 10.1161/CIRCEP.120.008712
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transethnic Genome-Wide Association Study Provides Insights in the Genetic Architecture and Heritability of Long QT Syndrome (2020)
  • 著者名/発表者名: Lahrouchi, N, Ishikawa T, Makita N, Bezzina CR et al.
  • 雑誌名: Circulation 巻: 142 ページ: 324～338
  • DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.120.045956
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TBX5 R264K acts as a modifier to develop dilated cardiomyopathy in mice independently of T-box pathway (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyao N, Hata Y, Izumi H, Nagaoka R, Oku Y, Takasaki I, Ishikawa T, Takarada S, Okabe M, Nakaoka H, Ibuki K, Ozawa S, Yoshida T, Hasegawa H, Makita N, Nishida N, Mori H, Ichida F, Hirono K.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 ページ: 0227393～0227393
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0227393
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Desmin‐related myopathy characterized by non‐compaction cardiomyopathy, cardiac conduction defect, and coronary artery dissection (2020)
  • 著者名/発表者名: Tamiya R, Saito Y, Fukamachi D, Nagashima K, Aizawa Y, Ohkubo K, Hatta T, Sezai A, Tanaka M, Ishikawa T, Makita N, Sumitomo N, Okumura Y.
  • 雑誌名: ESC Heart Failure 巻: 7 ページ: 1338～1343
  • DOI: 10.1002/ehf2.12667
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of transmembrane protein 168 mutation in familial Brugada syndrome (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimizu A, Zankov DP, Sato A, Komeno M, Toyoda F, Yamazaki S, Makita T, Noda T, Ikawa M, Asano Y, Miyashita Y, Takashima S, Morita H, Ishikawa T, Makita N, Hitosugi M, Matsuura H, Ohno S, Horie M, Ogita H.
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: 34 ページ: 6399～6417
  • DOI: 10.1096/fj.201902991R
  • 査読あり
• [雑誌論文] 遺伝性不整脈のPrecision medicine (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川泰輔, 蒔田直昌
  • 雑誌名: 週間 医学のあゆみ 巻: - ページ: 1279～1283
• [雑誌論文] Brugada症候群の遺伝的背景 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川泰輔, 蒔田直昌
  • 雑誌名: 別冊・医学のあゆみ 遺伝性心血管疾患のすべて 巻: - ページ: 87～90
• [雑誌論文] Calmodulin mutations and life-threatening cardiac arrhythmias: insights from the International Calmodulinopathy Registry (2019)
  • 著者名/発表者名: Crotti L, Spazzolini C, Makita N, Schwartz PJ et al.
  • 雑誌名: European Heart Journal 巻: 40 ページ: 2964～2975
  • DOI: 10.1093/eurheartj/ehz311
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 遺伝性不整脈の遺伝子診断：有効性と限界 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石川泰輔, 蒔田直昌
  • 雑誌名: 循環器病研究の進歩 Recent Advances in Cadiovascular Disease 巻: 40 ページ: 58～66
• [雑誌論文] Optical Recording of Action Potentials in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiac Single Cells and Monolayers Generated from Long QT Syndrome Type 1 Patients (2019)
  • 著者名/発表者名: Takaki T, Inagaki A, Chonabayashi K, Inoue K, Miki K, Ohno S, Makiyama T, Horie M, Yoshida Y.
  • 雑誌名: Stem Cells International 巻: 2019 ページ: 1～12
  • DOI: 10.1155/2019/7532657
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mutant KCNJ3 and KCNJ5 Potassium Channels as Novel Molecular Targets in Bradyarrhythmias and Atrial Fibrillation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada N, Asano Y, Fujita M,Yamazaki S, Inanobe A, Matsuura N, Kobayashi H, Makiyama T, Takashima S et al.
  • 雑誌名: Circulation 巻: 139 ページ: 2157～2169
  • DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.118.036761
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phenotype-Based High-Throughput Classification of Long QT Syndrome Subtypes Using Human Induced Pluripotent Stem Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga D, Baba S, Makiyama T, Shibata H, Hirata T, Akagi K, Matsuda K, Kohjitani H, Wuriyanghai Y, Umeda K, Yamamoto Y, Conklin BR, Horie M, Takita J, Heike T.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 13 ページ: 394～404
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2019.06.007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A de novo gain-of-function KCND3 mutation in early repolarization syndrome (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayama K, Ohno S, Ding W-G, Ashihara T, Fukumoto D, Wada Y, Makiyama T, Kise H, Hoshiai M, Matsuura H, Horie M.
  • 雑誌名: Heart Rhythm 巻: 16 ページ: 1698～1706
  • DOI: 10.1016/j.hrthm.2019.05.033
  • 査読あり
• [学会発表] Genetic Risks of Sudden Death in Brugada Syndrome (2020)
  • 著者名/発表者名: Makita N.
  • 学会等名: 第84回日本循環器学会学術集会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cardiac Emerinopathy, Novel Non-syndromic X-linked Left Ventricular Noncompaction Associated with Progressive Atrial Conduction Disturbance (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T, Aiba T, Ohno S, Yoshiura K, Makita N et al.
  • 学会等名: 第84回日本循環器学会学術集会
  • 国際学会
• [学会発表] 患者由来iPS 細胞モデルを用いたCav 1.2イオン選択性を障害するCACNA1C-E1115K変異がQT 延長症候群、Brugada 症候群を発症するメカニズムの解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 柏麻美, 牧山武, 糀谷泰, マウリッセン トーマス, ウリヤンハイ イミン, 山本雄大, ガオ ジンシャン, ファン ハイ, 今村知彦, 相澤卓範, 石川泰輔, 大野聖子, 豊田太, 佐藤誠一, 高橋一浩, ウォルツェン クヌート, 堀江稔, 蒔田直昌, 木村剛
  • 学会等名: 第97回日本生理学会大会
• [学会発表] 進行性心臓伝導障害患者の網羅的遺伝子解析とin vitro 機能解析系を用いて明らかになった心臓コネキシン病の分子病態 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川泰輔, 関明子, 蒔田直昌
  • 学会等名: 第97回日本生理学会大会
• [学会発表] Single Cell Electrophysiological Analysis of iPS Cell-Derived Cardiomyocytes Generated from Long-QT Syndrome Patients Carrying a CALM2 Mutation Using a Membrane Potential Imaging System (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Y, Makiyama T, Wuriyanghai Y, Kohjitani H, Hirose S, Gao J, Kashiwa A, Huang H, Ishikawa T, Ohno S, Chonabayashi K, Suda K, Yoshida Y, Horie M, Makita N, Kimura T.
  • 学会等名: 第66回日本不整脈心電学会
• [学会発表] Genetic of cardiac conduction disturbance (2019)
  • 著者名/発表者名: Makita N.
  • 学会等名: 12th Asia Pacific heart Rhythm Society Scientific Session
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A case report of juvenile onset familial atrial fibrillation due to genetic defect (2019)
  • 著者名/発表者名: Kumanomidou J, Makita N.
  • 学会等名: 12th Asia Pacific Heart Rhythm Society Scientific Session
  • 国際学会
• [学会発表] Modeling Overlap Syndrome of Long QT and Brugada Syndrome Associated with Induced Pluripotent Stem Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Kashiwa A, Makiyama T, Kohjitani H, Wuriyanghai Y, Yamamoto Y, Jungshan G, Huang H, Ishikawa T, Ohno S, Toyoda F, Sato S, Horie M, Makita N, Kimura T.
  • 学会等名: The 40th Heart Rhythm Society Scientific Sessions
  • 国際学会
• [学会発表] Novel common genetic predispositions to sudden death in Brugada syndrome distinct from those to diagnostic Brugada-ECG pattern (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T.
  • 学会等名: 第3回日本循環器病学会基礎研究フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] Modeling Overlapping Phenotypes of Long-QT and Brugada Syndrome with CACNA1C-E1115K that Alters Ion Selectivity of the Cardiac L-Type Calcium Channel Using Induced Pluripotent Stem Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Kashiwa A, Makiyama T, Kohjitani H, Hirose S, Gao J, Kashiwa A, Huang H, Ishikawa T, Ohno S, Chonabayashi K, Suda K, Yoshida Y, Horie M, Makita N, Kimura T.
  • 学会等名: 第66回日本不整脈心電学会
• [学会発表] Automatic Computational Action Potential Analyzing System Enables Accurate Drug Response Interpretation and Prediction in Human Induced Pluripotent Stem Cell-derived Cardiomyocytes (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T, Makita N.
  • 学会等名: 第66回日本不整脈心電学会
• [学会発表] 40th Heart Rhythm Scientific Sessions (2019)
  • 著者名/発表者名: Kohitani H, Kouda S, Himeno Y, Makiyama T, Kashiwa A, Wuriyanghai Y, Ymamaoto Y, Hiroe M, Kimura T, Noma A, Amano A.
  • 学会等名: 40th Heart Rhythm Scientific Sessions
  • 国際学会
• [学会発表] Cardiac Emerinopathy, Novel Nonsyndromic Xlinked Left Ventricular Noncompaction Associated With Progressive Atrial Conduction Disturbance (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T, Barc J, Mishima H, Hirono K, Terada S, Kowase S, Sato T, Mukai Y, Yui Y, Ohkubo K, Kimoto H, Hata Y, Aiba T, Ohno S, Chishaki A, Shimizu W, Horie M, Ichida F, Nogami A, Yoshiura K, Schott JJ, Makita N.
  • 学会等名: The 40th Heart Rhythm Society Scientific Sessions
  • 国際学会
• [学会発表] Brugada症候群の予後予測に対する分子生理学的アプローチ (2019)
  • 著者名/発表者名: 石川泰輔, 蒔田直昌
  • 学会等名: 第67回日本心臓病学会学術集会
• [学会発表] 発症前診断を行ったQT延長症候群の姉妹 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松下悠紀, 永田弾尺, 小川昌宣, 鹿田佐和子, 石川泰輔, 蒔田直昌
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第64回大会
• [学会発表] 次世代シーケンス解析による特発性心室細動の遺伝背景の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 謝颯琴, 高橋篤, 大野聖子, 鎌倉令, 石川泰輔, 植田初江, 斯波真理子, 南野直人, 林研至, 八木原伸江, 中野由紀子, 伊藤英樹, 宮本恵宏, 田中敏博, 蒔田直昌, 堀江稔, 清水渉, 草野研吾, 安田聡, 相庭武司
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第64回大会
• [学会発表] 若年発症の家族性心房細動症例で遺伝子異常を認めた1例 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩橋英明, 熊埜御堂淳, 高橋淳彌, 大渕綾, 本多亮博, 平方佐季, 大塚昌紀, 大江征嗣, 蒔田直昌, 福本義弘
  • 学会等名: 日本内科学会 第326回九州地方会
• [学会発表] Structural Insights into Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia-associated RyR2 Mutant Channels using a Three-dimensional In Silico Model (2019)
  • 著者名/発表者名: Gao J, Makiyama T, Ohno S, Yamamoto Y, Wuriyanghai Y, Kohjitani H, Kashiwa A, Huang H, Katou K, Horie M, Kimura T.
  • 学会等名: European Society of Cardiology Congress 2019
  • 国際学会
• [学会発表] KCNQ1 Channel Dysfunction in human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes carrying a CALM2-N98S mutation associated with long QT syndrome (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Y, Makiyama T, Ishiakawa T, Makita N, Kimura T et al.
  • 学会等名: American Heart Association Scientific Sessions 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Morphological and electrophysiological characterization of homozygous lamin A/C knockout human induced-pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. American Heart Association Scientific Sessions 2019 (2019)
  • 著者名/発表者名: Wuriyanghai Y, Makiyama T, Yamamoto Y, Horie M, Kimura T.
  • 学会等名: American Heart Association Scientific Sessions 2019
  • 国際学会
• [図書] ゼロから学ぶ Burugada症候群 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川泰輔, 蒔田直昌
  • 総ページ数: 133(86-107)
  • 出版者: 大道学館出版部
• [備考] 国立循環器病研究センター 創薬オミックス解析センター 研究プロジェクト
  • URL: http://www.ncvc.go.jp/omics/research/project03.html