遺伝性不整脈の新規原因遺伝子の同定と不整脈発症機序の解明および有効治療薬の決定

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K08100
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 林 研至 金沢大学, 附属病院, 助教 (00422642)
• 研究分担者: 野村 章洋 金沢大学, 附属病院, 特任准教授 (30707542) ; 藤野 陽 金沢大学, 保健学系, 准教授 (40361993)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 遺伝性不整脈 / 網羅的遺伝子解析 / 機能解析

研究実績の概要

遺伝性不整脈である早期発症心臓刺激伝導障害の網羅的遺伝子解析を行い、病的遺伝子変異を見出すことを目的として研究を行った。早期発症心臓刺激伝導障害23症例に対し全エクソーム解析を行い、そのうち不整脈・心筋症に関連する117遺伝子を対象とし、米国臨床遺伝・ゲノム学会より報告されたガイドラインに基づいて見いだされた稀なバリアントの病原性を評価した。イオンチャネル遺伝子バリアントについてはパッチクランプ法を、非イオンチャネル遺伝子バリアントについてはゼブラフィッシュを用いた機能解析を行った。網羅的遺伝子解析の結果、26個の不整脈・心筋症関連遺伝子の極めて稀なバリアントを見出した。このうち、6個のイオンチャネル遺伝子バリアント（KCNH2バリアント1個, SCN5Aバリアント1個, SCN10Aバリアント4個）において発現電流の異常を認め、5つの非イオンチャネル遺伝子バリアント（LMNAバリアント3個, EMDバリアント2個）において、変異を導入したゼブラフィッシュ胚の心拍数低下、心筋伝導速度の低下を認めた。早期発症心臓刺激伝導障害23症例中11人（48％）において病的遺伝子変異を見出した。機能異常を認めた11バリアントのうち7バリアントはもともと重要性不明と判定されており、機能解析結果を考慮した結果、最終的にlikely pathogenicと判定された。機能解析は重要性不明に分類されたバリアントの病的意義を明らかにするため有用と考えられた。

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

研究目標のうち、(1) 遺伝性不整脈家系に対し次世代シーケンサーによる網羅的遺伝子解析およびゲノムインフォマティクスを行い、希少遺伝子変異を検索することについては、早期発症心臓刺激伝導障害23症例に対して解析することができた。 (2) 見いだされた希少遺伝子変異に対し、家族解析および動物培養細胞や遺伝子改変ゼブラフィッシュを用いた機能解析を行った。米国臨床遺伝・ゲノム学会より報告されたガイドラインに基づいてバリアントの病原性を決定し、早期発症心臓刺激伝導障害症例の48％に病的遺伝子変異を有することを明らかにした。これらの研究成果をAHA Scientific sessions （2019年、シカゴ）、日本人類遺伝学会学術集会（2019年、長崎）で発表し、Cardiovasc Res誌に報告することができ、おおむね順調に経過していると考えられる。

今後の研究の推進方策

引き続き遺伝性不整脈家系を集積し、次世代シークエンサーを用いて遺伝子解析を行い、希少遺伝子変異を検索する。また、米国臨床遺伝・ゲノム学会より報告されたガイドラインに基づいて遺伝子変異の病原性を決定する。見出された遺伝子変異のうち、イオンチャネル遺伝子について動物培養細胞を用いて機能評価を行う。全エクソーム解析で見いだされた新規疾患原因遺伝子変異について、モルフォリノあるいはCrispr/Cas9システムを用いてゼブラフィッシュの遺伝子改変を行い、その病的意義を評価する。さらに、動物培養細胞や遺伝子改変ゼブラフィッシュを用いて遺伝子変異による不整脈発症機序を明らかにしたうえで、発症機序に基づいた有効治療薬を探索し、決定する。機能解析のツールとしてiPS細胞を導入し、より正確かつ信頼性のある疾患モデルの構築を目指す。

次年度使用額が生じた理由

必要とする消耗品を購入するには足りない使用額であったため。
次年度の研究費とあわせて消耗品を購入する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Brigham and Women's Hospital/Harvard Medical School(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Brigham and Women's Hospital/Harvard Medical School
• [雑誌論文] Impact of functional studies on exome sequence variant interpretation in early-onset cardiac conduction system diseases. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayashi K, et al.
  • 雑誌名: Cardiovasc Res. 巻: 0 ページ: 0
  • DOI: 10.1093/cvr/cvaa010.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Risk Factors associated with ischemic stroke in Japanese patients with nonvalvular atrial fibrillation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Okumura K, Tomita H, Nakai M, Kodani E, Akao M, Suzuki S, Hayashi K, Sawano S, Goya M, Yamashita T, Fukuda K, Ogawa H, Tsuda T, Isobe M, Toyoda K, Miyamoto Y, Miyata H, Okamura T, Sasahara Y for the J-RISK AF Research Group.
  • 雑誌名: JAMA Network Open. 巻: 3 ページ: e202881
  • DOI: 10.1001/jamanetworkopen.2020.2881.
  • 査読あり
• [雑誌論文] One single nucleotide polymorphism of the TRPM2 channel gene identified as a risk factor in bipolar disorder associates with autism spectrum disorder in a Japanese population. (2020)
  • 著者名/発表者名: Mahmuda N, Yokoyama S, Munesue T, Hayashi K, Yagi K, Tjuji C, Higashida H.
  • 雑誌名: Diseases. 巻: 8 ページ: 0
  • DOI: 10.3390/diseases8010004.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiple Dynamical Mechanisms of Phase-2 Early Afterdepolarizations in a Human Ventricular Myocyte Model: Involvement of Spontaneous SR Ca (2+) Release. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kurata Y, Tsumoto K, Hayashi K, Hisatome I, Kuda Y, Tanida M.
  • 雑誌名: Front Physiol. 巻: 10 ページ: 1545
  • DOI: 10.3389/fphys.2019.01545.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimization of the hot balloon ablation strategy using real-time pulmonary vein potential monitoring. (2020)
  • 著者名/発表者名: Chikata A, Kato T, Usuda K, Fujita S, Takaoka M, Tsuda T, Hayashi K, Furusho H, Takamura M.
  • 雑誌名: J Cardiovasc Electrophysiol. 巻: 31 ページ: 163-173
  • DOI: 10.1111/jce.14313.
  • 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: Hayashi K 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] Impact of cardiac myosin light chain kinase gene mutation on development of dilated cardiomyopathy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hodatsu A, Fujino N, Uyama Y, Tsukamoto O, Imai-Okazaki A, Yamazaki S, Seguchi O, Konno T, Hayashi K, Kawashiri MA, Asano Y, Kitakaze M, Takashima S, Yamagishi M.
  • 雑誌名: ESC Heart Fail. 巻: 6 ページ: 406-415
  • DOI: 10.1002/ehf2.12410.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of hypertrophic cardiomyopathy on the prediction of thromboembolism in patients with nonvalvular atrial fibrillation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuda T, Hayashi K, Fujino N, Konno T, Tada H, Nomura A, Tanaka Y, Sakata K, Furusho H, Takamura M, Kawashiri MA, Yamagishi M; Hokuriku-Plus AF Registry Investigators.
  • 雑誌名: Heart Rhythm. 巻: 16 ページ: 829-837
  • DOI: 10.1016/j.hrthm.2018.11.029.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reply to the Editor- Patients with atrial fibrillation with hypertrophic cardiomyopathy: Do we need new stroke risk stratification? (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuda T, Nomura A, Hayashi K
  • 雑誌名: Heart Rhythm. 巻: 16 ページ: e56-e57
  • DOI: 10.1016/j.hrthm.2019.04.001.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cost-effectiveness for prevention of thromboembolism by anticoagulants in non-valvular atrial fibrillation: additional analysis from the Hokuriku-Plus AF Registry. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamagishi M, Tsuda T, Kato T, Furusho H, Hayashi K; Hokuriku?plus AF Registry Research Group.
  • 雑誌名: Heart Vessels. 巻: 34 ページ: 1024-1030
  • DOI: 10.1007/s00380-018-01333-6.
  • 査読あり
• [雑誌論文] QT間隔の測定法とQT延長症候群の診断の流れ (2019)
  • 著者名/発表者名: 林 研至
  • 雑誌名: 日本医事新報 巻: 4992 ページ: 20-9
• [学会発表] Impact of B-type Natriuretic Peptide Level on Risk Stratification of Thromboembolism and Death in Patients with Nonvalvular Atrial Fibrillation (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenshi Hayashi
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Heart Rhythm Society Scientific Session
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of functional studies on exome sequence variant interpretation in early-onset cardiac conduction system diseases. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenshi Hayashi,et al.
  • 学会等名: American Heart Association Scientific Sessions 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Predictors for Exacerbating Kidney Function in Patients with Nonvalvular Atrial Fibrillation: The Hokuriku-plus AF Registry. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenshi Hayashi, Toyonobu Tsuda, Akihiro Nomura, Noboru Fujino, Atsushi Nohara, Hiroshi Furusho, Kenji Sakata, Takeshi Kato, Chiaki Nakanishi, Hayato Tada, Yoshihiro Tanaka, Masa-aki Kawashiri, Masakazu Yamagishi, Masayuki Takamura.
  • 学会等名: Annual Meeting of the Japanese Heart Rhythm Society 2019
• [学会発表] 非弁膜症性心房細動を合併した肥大型心筋症の血栓塞栓症発症リスク (2019)
  • 著者名/発表者名: 林 研至
  • 学会等名: 第５回日本心筋症研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Impact of functional studies on exome sequence variant interpretation in early-onset cardiac conduction system diseases (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenshi Hayashi, Akihiro Nomura, Ryota Teramoto, Yoshihiro Asano, Noboru Fujino1, Hiroshi Furusho, Kenji Sakata, Takeshi Kato, Hayato Tada, Chiaki Nakanishi1, Toyonobu Tsuda1, Seiji Takashima, Masakazu Yamagishi, Masa-aki Kawashiri, and Masayuki Takamura
  • 学会等名: The 64th Annual Meeting of the Japan Society of Human Genetics