自己免疫疾患のリスク多型機能解析による個別化抗サイトカイン療法の確立

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22H03114
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 石垣 和慶 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 (00790338)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: ゲノム編集 / 抗サイトカイン療法 / 自己免疫疾患 / リスク多型

研究実績の概要

自己免疫疾患は原因不明の難病であるが、抗サイトカイン療法の登場により臨床転帰は改善した。しかし、治療反応性に大きな個人差があるため、個々の患者レベルでは十分な治療効果が得られていない。より多くの患者が抗サイトカイン療法による恩恵を受けるためには、個々の患者毎に最適化された治療戦略（個別化抗サイトカイン療法）を確立することが求められている。
疾患群・健常人群を比較したゲノムワイド関連解析は、十分なサンプル数の確保に成功し、発症リスクに関連する多型（リスク多型）を多数同定し、再現研究によってその頑強性も確認された。申請者らもその同定に貢献してきた。これらのリスク多型は、疾患群・健常人群の比較で同定されたものであり、本来は、疾患群内の層別化を意図して検出されたものではない。しかし、各リスク多型とサイトカインとの対応関係を実験的に紐づけることができれば、個々の患者のリスク多型の遺伝子型情報を基にした個別化抗サイトカイン療法を考案できると期待される。
本研究の目的は、①最新のゲノム編集技術を駆使してリスク多型機能を高効率に評価する新しい実験系を確立し、②リスク多型が機能するサイトカイン刺激条件を網羅的にスクリーニングして、各リスク多型とサイトカインとの対応を明らかにすることである。本研究によって、個々の患者の遺伝子型情報を基にした個別化抗サイトカイン療法という新しい枠組みの治療方法が確立し、個々の患者レベルでの臨床転帰が改善することが期待される。

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

令和４年度は、ヒト初代免疫細胞におけるリスク多型のゲノム編集を行うことを計画しており、以下の2つの課題を設定していた。両課題ともに100％達成されている。
１）ゲノム編集で導入するリスク多型の選定
公共データベースから入手可能なデータを利用して、一塩基単位の高解像度で正確な部位が同定された自己免疫疾患のリスク多型を選択した。有効な抗サイトカイン療法が存在し、ゲノムワイド関連解析が成功している関節リウマチを解析対象とした。
２）ゲノム編集条件の最適化
近年報告された正確なゲノム編集を実行できる改良版CRISPR-Cas9システム（prime editor）を用いて、ヒト初代免疫細胞のゲノムを編集する実験システムを確立した。関節リウマチのリスク多型は、CD4陽性T細胞の遺伝子発現調整領域に集積しているため、CD4陽性T細胞を解析対象とした。ゲノム編集効率に影響を与える因子の最適化を行った。具体的には、細胞刺激条件、編集に必要なCRISPR-Cas9の細胞内への運搬条件（ウイルスベクター、mRNA）、ガイドRNAの選択、ガイドRNAの細胞内への運搬条件（ウイルスベクター、RNA）、エレクトロポレーションの電圧・パルス長などの各種実験条件を比較検証した。ゲノム編集結果はサンガー法・次世代シーケンサーで評価し、高い効率でゲノム編集が実施できていることを確認した。

今後の研究の推進方策

今後、以下の３つの課題を検討している。
１）多彩なサイトカイン刺激条件におけるリスク多型の機能の評価
リスク多型が制御するリスク遺伝子の発現量などを、リスク多型の機能の指標とする。さまざまな炎症性サイトカインを異なる濃度で用いて、CD4陽性T細胞を刺激する。リスク遺伝子の発現量などのオミックス情報を次世代シーケンサーで評価し、リスク多型の編集群・非編集群の間で比較する。
２）複数のタイムポイントにおけるリスク多型機能の評価
遺伝子発現制御は時間変化とともにダイナミックに変化することが知られている。そのため、上述の多彩な刺激条件を複数のタイムポイントで詳細に評価する。
３）公共データベースと上記結果との統合解析を実施することで、リスク多型とサイトカインとの対応関係のリストを作成する。遺伝子多型情報から各種サイトカイン治療への反応を予測するモデルを構築する。そして、患者の遺伝子多型情報に適応し、実臨床における治療反応性の情報との相関を評価する。

研究成果

• [雑誌論文] Prediction of the cell-type-specific transcription of non-coding RNAs from genome sequences via machine learning (2023)
  • 著者名/発表者名: Koido Masaru、Hon Chung-Chau、Koyama Satoshi、Kawaji Hideya、Murakawa Yasuhiro、Ishigaki Kazuyoshi、Ito Kaoru、Sese Jun、Parrish Nicholas F.、Kamatani Yoichiro、Carninci Piero、Terao Chikashi
  • 雑誌名: Nature Biomedical Engineering 巻: 7 ページ: 830～844
  • DOI: 10.1038/s41551-022-00961-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Functional Genetics to Understand the Etiology of Autoimmunity (2023)
  • 著者名/発表者名: Hatano Hiroaki、Ishigaki Kazuyoshi
  • 雑誌名: Genes 巻: 14 ページ: 572～572
  • DOI: 10.3390/genes14030572
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Immunomics analysis of rheumatoid arthritis identified precursor dendritic cells as a key cell subset of treatment resistance (2023)
  • 著者名/発表者名: Saeko Yamada, Yasuo Nagafuchi, Min Wang, Mineto Ota, Hiroaki Hatano, Yusuke Takeshima, Kazuyoshi Ishigaki, Tomohisa Okamura, Keishi Fujio
  • 雑誌名: Annals of the Rheumatic Diseases 巻: 82 ページ: 809-819
  • DOI: 10.1136/ard-2022-223645
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genome-wide association study reveals BET1L associated with survival time in the 137,693 Japanese individuals (2023)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Masato、Sakaue Saori、Takahashi Atsushi、Ishigaki Kazuyoshi、Hirata Makoto、Matsuda Koichi、Momozawa Yukihide、Okada Yukinori、Ninomiya Toshiharu、Koido Masaru、Morisaki Takayuki、Nagai Akiko、Sagiya Yoji、Terao Chikashi、Murakami Yoshinori、Kubo Michiaki、Kamatani Yoichiro、The Biobank Japan project
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 6 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s42003-023-04491-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multi-ancestry genome-wide association analyses identify novel genetic mechanisms in rheumatoid arthritis (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazuyoshi Ishigaki, Saori Sakaue, Chikashi Terao, Leonid Padyukov, Javier Martin, Lars Klareskog, Yukinori Okada, Soumya Raychaudhuri
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 54 ページ: 1640～1651
  • DOI: 10.1038/s41588-022-01213-w
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Control of naive and effector CD4 T cell receptor repertoires by rheumatoid-arthritis-risk HLA alleles (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagafuchi Yasuo、Ota Mineto、Hatano Hiroaki、Inoue Mariko、Kobayashi Satomi、Okubo Mai、Sugimori Yusuke、Nakano Masahiro、Yamada Saeko、Yoshida Ryochi、Tsuchida Yumi、Iwasaki Yukiko、Shoda Hirofumi、Okada Yukinori、Yamamoto Kazuhiko、Ishigaki Kazuyoshi、Okamura Tomohisa、Fujio Keishi
  • 雑誌名: Journal of Autoimmunity 巻: 133 ページ: 102907～102907
  • DOI: 10.1016/j.jaut.2022.102907
  • 査読あり
• [雑誌論文] Splicing QTL analysis focusing on coding sequences reveals mechanisms for disease susceptibility loci (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Kensuke、Ishigaki Kazuyoshi、Suzuki Akari、Tsuchida Yumi、Tsuchiya Haruka、Sumitomo Shuji、Nagafuchi Yasuo、Miya Fuyuki、Tsunoda Tatsuhiko、Shoda Hirofumi、Fujio Keishi、Yamamoto Kazuhiko、Kochi Yuta
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41467-022-32358-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct transcriptome architectures underlying lupus establishment and exacerbation (2022)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nakano, Mineto Ota, Yusuke Takeshima, Yukiko Iwasaki, Hiroaki Hatano, Yasuo Nagafuchi, Ryochi Yoshida, Saeko Yamada, Aya Nishiwaki, Haruka Takahashi, Hideyuki Takahashi, Yuko Akutsu, Takeshi Kusuda, Hiroyuki Suetsugu, Kazuhiko Yamamoto, Kazuyoshi Ishigaki , Keishi Fujio
  • 雑誌名: Cell 巻: 185 ページ: 3375～3389.e21
  • DOI: 10.1016/j.cell.2022.07.021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Single-cell eQTL models reveal dynamic T cell state dependence of disease loci (2022)
  • 著者名/発表者名: Nathan Aparna、Asgari Samira、Ishigaki Kazuyoshi、Valencia Cristian、Amariuta Tiffany、Luo Yang、Beynor Jessica I.、Baglaenko Yuriy、Suliman Sara、Price Alkes L.、Lecca Leonid、Murray Megan B.、Moody D. Branch、Raychaudhuri Soumya
  • 雑誌名: Nature 巻: 606 ページ: 120～128
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04713-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] HLA autoimmune risk alleles restrict the hypervariable region of T cell receptors (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki Kazuyoshi、Lagattuta Kaitlyn A.、Luo Yang、James Eddie A.、Buckner Jane H.、Raychaudhuri Soumya
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 54 ページ: 393～402
  • DOI: 10.1038/s41588-022-01032-z
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Actively transcribed regulatory regions explain the genetic risk of rheumatoid arthritis (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Hatano, Akari Suzuki, Matteo Guerrini, Michihiro Kono, Masahiro Nakano, Akiko Oguchi, Chikashi Terao,Yasuhiro Murakawa, Kazuhiko Yamamoto, Kazuyoshi Ishigaki
  • 学会等名: 第51回日本免疫学会学術集会