末梢血トランスクリプトームの外れ値解析：エクソーム解析の限界を超えるアプローチ

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K15873
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 山田 茉未子 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (60835601)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: トランスクリプトーム解析 / スプライシング / キメラ遺伝子

研究実績の概要

従来のエクソーム解析ではゲノム構造異常やスプライシング異常の検出は困難で、その克服が課題であった。末梢血に発現しているトランスクリプトームに着目し、網羅的な転写産物の質的・量的検出により、これらを惹起するゲノム異常を特定することを目的とした研究である。本年度は、①原因不明の呼吸障害を伴う乳児において、ATAD3AおよびATAD3B遺伝子の欠失があり、RNA解析では両遺伝子の融合した転写産物(キメラ遺伝子)を検出した。患者は、小脳低形成、筋緊張低下、呼吸不全症候群（OMIM #618810）と診断した。この研究は診断のつかない新生児・乳児に対して適切な診断を付けることで適切な管理に結びつけるためのものであり、本結果も患者の医療管理に有益な情報となった。②WDR45遺伝子の深部イントロン変異によって生じている脳の鉄沈着を伴う神経変性疾患（Neurodegeneration with brain iron accumulation: NBIA)について、RNA解析を行った結果異常なトランスクリプトが生成されていた。この異常トランスクリプトは既存のスプラシング是正薬での反応は得られなかったが、確定診断により患者の医療管理に貢献した。③スプライシングによる影響を予測するスコアとしてSpliceAIが知られているが、WDR45の患者のデータを用いて、その有用性や診断に有用なカットオフ値の設定を目指した。その結果SpliceAIスコア0.7をカットオフ値とすることで診断に有益な候補まで、適切に絞り込めることが示された。

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

異常スプライシングを起こす具体的な遺伝子変異の同定から、スプラシング異常を検出するソフトの有用性まで幅広い展開が進みつつあるため。

今後の研究の推進方策

初年度の研究により、異常スプライシングを高率に検知可能なSpliceAIカットオフ値が0.7と定まった。RNA解析結果に対して得られたカットオフ値を用いて有意なバリアントを抽出し、全ゲノム解析データと突き合わせる。この手法により、スプライシング異常を引き起こす新たなゲノム異常の同定を効率的に進めていく。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルスの拡大により、学会開催がオンライン中心となったため参加費・旅費の支出がなかったため次年度使用額が生じた。
次年度は、本年度得られた成果であるSplice AIのカットオフ値の適正値を用いて異常スプラシングを起こすゲノム変化を効率的に同定し、更に全ゲノム解析のショートリードあるいは構造異常や繰り返し配列でのゲノム変化が想定される場合にはロングリードシーケンシングによる解析を追加して、解析を行う予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Genome Analysis in Sick Neonates and Infants: High-yield Phenotypes and Contribution of Small Copy Number Variations (2022)
  • 著者名/発表者名: Hisato Suzuki, Masatoshi Nozaki, Hiroshi Yoshihashi, Kazuo Imagawa, Daigo Kajikawa, Mamiko Yamada, Yu Yamaguchi, Naoya Morisada, Mayuko Eguchi, Shoko Ohashi, Shinsuke Ninomiya, Toshiyuki Seto, Tomoharu Tokutomi, Mariko Hida, Katsuaki Toyoshima, Kenjiro Kosaki, Toshiki Takenouchi, et al.
  • 雑誌名: The Journal of Pediatrics 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.jpeds.2022.01.033
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] トランスクリプトームおよび全ゲノム解析を用いた キメラ遺伝子形成による 先天性遺伝性疾患発症機序の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山田茉未子
  • 学会等名: 日本先天異常学会
• [学会発表] RNA解析・全ゲノム解析の医療実装による未診断疾患の解決を目指して (2021)
  • 著者名/発表者名: 山田茉未子
  • 学会等名: 第22回日本RNA学会年会
  • 招待講演