オミックス解析技術を利用した統合失調症の分子病態の解明

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25860999
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 吉見 陽 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 研究員 (00637671)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 統合失調症 / 網羅的解析 / プロテオーム / トランスクリプトーム / 分子精神医学 / ゲノム医学 / バイオインフォマティクス

研究実績の概要

研究目的：統合失調症患者由来リンパ芽球様細胞株（LCL）を検体として、網羅的解析技術により疾患の分子病態に関わる遺伝子・タンパク質群を同定し、統合失調症と健常者との区別を可能にする統計モデルの考案と分子病態に基づく診断・治療法の開発に繋がる成果取得を目指す。
研究方法：統合失調症患者・健常者各30名より末梢血液を採取してゲノム抽出及びLCLを樹立し、遺伝子・タンパク質の網羅的発現解析（トランスクリプトーム・プロテオーム解析）を実施した。
研究結果および考察：2D-DIGE法によるプロテオーム解析から統合失調症に関与しうる分子スポット20個を見出し、質量分析により22種類のタンパク質を同定した。Western blotting法により8種類の発現変化を確認し、独立サンプル群にて3種類の発現変化が再確認された。4ないし6因子から成る判別モデルを構築し、外部データ検証により有用性が確認された。そのうち、MX1とGARTは特に統合失調症との関連が強いと示唆され、培養細胞における遺伝子の機能を予備的に検討した。統合失調症由来LCLでは、細胞死に対する脆弱性が高く、MX1の発現量増加により細胞死脆弱性が高まる可能性が考えられた。
一方、Exon Arrayによるトランスクリプトーム解析から1,115遺伝子、1,327エクソンの発現量変化が認められ、軸索伸長、イオンチャネル、細胞骨格系など統合失調症の分子病態との関連を示唆する遺伝子群が見出された。統計解析による候補遺伝子の絞り込みを行い、発現量増加遺伝子と減少遺伝子の上下位10遺伝子について定量的PCR法による確認を行っている。
統合失調症の病態像を反映しうる遺伝子・タンパク質群が抽出されつつあり、定量解析の継続と候補遺伝子・タンパク質の分子機能の解明が重要と考えられる。

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

リンパ芽球様細胞株（LCL）の樹立とその網羅的解析のデータ収集を完了し、Western blotting法と定量的PCR法による確認を進め、ほとんどの候補遺伝子・タンパク質について完了している。得られたデータの統計学的解析・生物情報学的解析を実施するとともに、判別モデルの構成因子やその他の候補遺伝子・タンパク質の分子機能の解明について追加検証が必要である。全体として年次計画に基づき疾患を特徴づける遺伝子・タンパク質の発現変化を補足とその確認を行うことができており、おおむね順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

１．トランスクリプトーム解析：統計学的に選別された統合失調症の候補遺伝子群の発現変化の確認、判別モデル構築とその有用性検証を行う。
２．プロテオーム解析：候補タンパク質群について、統合失調症の病態生理に関わる分子機能を生物情報学（in silico）、細胞生物学（in vitro）、動物モデル（in vivo）などの知見から詳細を検討する。優先順位としては
３．全ゲノム関連解析：リンパ芽球様細胞株（LCL）の提供者のSNPアレイによる解析結果から、候補遺伝子・タンパク質群の発現調節に関わる遺伝子座位を探索する。
４．バイオインフォマティクス：統計学的解析による疾患判別モデルの構築を行い、統合失調症と関連の強い構成因子を絞り込むとともに、候補遺伝子・タンパク質群の分子機能の情報と統合して、分子病態への関連性を検証する。また、診断・治療法に有用なバイオマーカーの開発について予備的検討を実施する。
（次年度の計画）網羅的解析より得られたデータの追加検証（統計解析）、全ゲノム関連解析との連結、候補遺伝子・タンパク質群の分子機能の確認を実施して、統合失調症の分子病態解明と診断・治療法の開発に繋がりうる知見をまとめる。

次年度使用額が生じた理由

今年度のトランスクリプトームの計画では、早期に候補遺伝子の絞り込みを行い、定量的PCRで発現変化の再確認を完遂する予定であったが、統計処理や遺伝子の絞り込みと解析候補遺伝子の選別に時間を要したため未使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

26年度に解析が終わらなかった候補遺伝子の定量的PCRを実施する。サンプルサイズを増やして（目標：統合失調症60名、健常者60名）統計解析を行い、発現変化の確認を終える。

研究成果

• [雑誌論文] Novel rare variants in F-box protein 45 (FBXO45) in schizophrenia (2014)
  • 著者名/発表者名: ChenyaoWang, Takayoshi Koide, HirokiKimura, Shohko Kunimoto, Akira Yoshimi, Yukako Nakamura, Itaru Kushima, Masahiro Banno, Naoko Kawano, Yuto Takasaki, Jingrui Xing, Yukihiro Noda, Akihiro Mouri, Branko Aleksic, Masashi Ikeda, Takashi Okada, Tetsuya Iidaka, Toshiya Inada, Nakao Iwata, Norio Ozaki
  • 雑誌名: Schizophrenia Research 巻: 157 ページ: 149-156
  • DOI: doi: 10.1016/j.schres.2014.04.032.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resequencing and Association Analysis of PTPRA, a Possible Susceptibility Gene for Schizophrenia and Autism Spectrum Disorders (2014)
  • 著者名/発表者名: Jingrui Xing, Chenyao Wang, Hiroki Kimura, Yuto Takasaki, Shohko Kunimoto, Akira Yoshimi, Yukako Nakamura, Takayoshi Koide, Masahiro Banno, Itaru Kushima, Yota Uno, Takashi Okada, Branko Aleksic, Masashi Ikeda, Nakao Iwata, Norio Ozaki
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 9 ページ: e112531
  • DOI: doi:10.1371/journal.pone.0112531
  • 査読あり
• [学会発表] Transcriptome analysis of lymphoblastoid cell line from schizophrenia and bipolar disorder. (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira Yoshimi, Branko Aleksic, Shohko Kunimoto, Itaru Kushima, Yukako Nakamura, Hiroki Kimura, Yuto Takasaki, Chenyao Wang, Jingrui Xing, Akihiro Hirakawa, Masashi Ikeda, Nakao Iwata, Norio Ozaki
  • 学会等名: XXIInd World Congress of Psychiatric Genetics
  • 発表場所: Copenhagen, Denmark
  • 年月日: 2014-10-12 – 2014-10-16
• [学会発表] Novel rare disruptive variants in Rho GTPase Activating Protein 10 (ARHGAP10) in schizophrenia and autism spectrum disorder. (2014)
  • 著者名/発表者名: Chenyao Wang, Daisuke Tsuboi, Itaru Kushima, Shohko Kunimoto, Akira Yoshimi, Yukako Nakamura, Takayoshi Koide, Hiroki Kimura, Yuto Takasaki, Jingrui Xing, Yota Uno, Takashi Okada, Tetsuya Iidaka, Branko Aleksic, Daisuke Mori, Masashi Ikeda, Toshiya Inada, Nakao Iwata, Kozo Kaibuchi, Norio Ozaki
  • 学会等名: XXIInd World Congress of Psychiatric Genetics
  • 発表場所: Copenhagen, Denmark
  • 年月日: 2014-10-12 – 2014-10-16
• [学会発表] Mutation screening in GRIN2A and GRIN2B with Schizophrenia and Autistic Spectrum Disorder in Japanese population. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuto Takasaki, Takayoshi Koide, Chenyao Wang, Hiroki Kimura, Shohko Kunimoto, Akira Yoshimi, Yukako Nakamura, Itaru Kushima, Jingrui Xing, Branko Aleksic, Masashi Ikeda, Nakao Iwata, Norio Ozaki
  • 学会等名: XXIInd World Congress of Psychiatric Genetics
  • 発表場所: Copenhagen, Denmark
  • 年月日: 2014-10-12 – 2014-10-16
• [学会発表] Screening, Identification, and Functional Analysis of Novel Missense Mutations in the NDE1 Gene in Japanese patients with Schizophrenia. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Kimura, Daisuke Tsuboi, Chenyao Wang, Itaru Kushima, Takayoshi Koide, Masashi Ikeda, Akira Yoshimi, Yuto Takasaki, Aleksic Branko, Hiroshi Kunugi, Tadafumi Kato, Takeo Yoshikawa, Nakao Iwata, Kozo Kaibuchi, Norio Ozaki
  • 学会等名: XXIInd World Congress of Psychiatric Genetics
  • 発表場所: Copenhagen, Denmark
  • 年月日: 2014-10-12 – 2014-10-16
• [学会発表] PROTEOMIC ANALYSIS OF THE LYMPHOBLASTOID CELL LINE DERIVED FROM JAPANESE SCHIZOPHRENIC PATIENTS. (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira Yoshimi, Shohko Kunimoto, Shinnosuke Yamada, Branko Aleksic, Akihiro Hirakawa, Taku Nagai, Norio Ozaki
  • 学会等名: 29th CINP World Congress of Neuropsychopharmacology
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2014-06-22 – 2014-06-26
• [学会発表] Serotonin transporter ubiquitynation is a potential biomarker for major depressive disorder. (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Nabeshima, Akihiro Mouri, Misato Yokoyama, Naoko Kawano, Akira Yoshimi, Masashi Ikeda, Takayoshi Mamiya, Kiyofumi Yamada, Nakao Iwata, Norio Ozaki, Yukihiro Noda
  • 学会等名: 29th CINP World Congress of Neuropsychopharmacology
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2014-06-22 – 2014-06-26
• [備考] 名古屋大学大学院医学系研究科・医学部医学科 脳神経病態制御学 精神医学／精神生物学HP
  • URL: http://www.med.nagoya-u.ac.jp/medical/6391/6404/seishinigaku_seishinseibutsugaku.html
• [備考] 名古屋大学医学部附属病院精神科・親と子どもの心療科HP
  • URL: http://www.med.nagoya-u.ac.jp/seisin/graduateschool/research.html