次世代遺伝子解析技術を用いた希少難治性疾患の原因究明及び病態解明に関する研究

文献情報

• 文献番号: 201331010A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 次世代遺伝子解析技術を用いた希少難治性疾患の原因究明及び病態解明に関する研究
• 課題番号: H23-実用化（難病）-一般-010
• 研究年度: 平成25(2013)年度
• 研究代表者(所属機関): 高嶋 博(鹿児島大学 大学院医歯学総合研究科)

研究分担者(所属機関)

• 出雲　周二(鹿児島大学　大学院医歯学総合研究科)
• 中川　正法(京都府立医科大学)
• 野元　正弘(愛媛大学大学院医学系研究科)
• 永井　将弘(愛媛大学医学部附属病院)
• 石浦　浩之(東京大学)
• 久保田　龍二(鹿児島大学　大学院医歯学総合研究科)
• 熱田　直樹(名古屋大学医学部附属病院)
• 山野　嘉久(聖マリアンナ医科大学)
• 松浦　英治(鹿児島大学　大学院医歯学総合研究科)
• 齊藤　峰輝(川崎医科大学)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康長寿社会実現のためのライフ・イノベーションプロジェクト 難病・がん等の疾患分野の医療の実用化研究（難病関係研究分野）
• 研究開始年度: 平成23(2011)年度
• 研究終了予定年度: 平成25(2013)年度
• 研究費: 76,000,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

最新のゲノム解析技術を用いて本邦における希少難治性神経・筋疾患の遺伝的原因を決定し、その結果をふまえて原因未同定の疾患について遺伝子診断法を開発し、個々の患者の診断を明確にする。さらに、遺伝性神経難病の本邦の分子疫学および疾患原因別に病態を明らかにし、治療への道筋を立案する。

研究方法

次世代ゲノムシークエンサーLife Technology社Ion Proton、Illumina社 MiSeq他を導入し、大規模シークエンス配列決定をおこなった。さらに解析ソフトウェアを作成し、遺伝性神経疾患(Charcot-Marie-Tooth 病(CMT))、遺伝性脊髄小脳変性症、プリオン病、ミトコンドリア病、周期性四肢麻痺、先天性ミオトニア､Ullrich型筋ジストロフィー、認知症など)の包括的な遺伝子診断法を開発した。一方、既知の遺伝子検査陰性例については、拠点研究機関（東京大学）におけるIllumina社(HiSeq2000/2500)を用いた大規模なエクソーム解析データをもとに、高精度の遺伝子診断、新規の原因遺伝子の同定を行った。他方、多因子遺伝病やHTLV-I関連脊髄症(HAM)などの非遺伝性疾患の感受性遺伝子の同定を行った。

結果と考察

希少性遺伝性疾患については、新しい発作性筋力低下を呈する新しいミトコンドリア病をMIMECK（mitochondrial myopathy with episodic hyper-CKemia）と名付け報告し、その急性期治療法についても見出した。優性遺伝性のHMN(hereditary motor neuropathy)の遺伝的原因としてアラニルtRNA酵素（AARS）の異常を発見し、さらにSCN9A遺伝子異常による遺伝性感覚性自律神経性ニューロパチーを新病型HSAN2Dとして報告した。さらに大規模なエクソーム解析による解析数は500例以上となり、CMTでは高精度の遺伝子診断とともに新規の遺伝的原因検索ではCMTについては複数の原因を同定できた。Neuronal intranuclear inclusion disease (NIID)の家族例のポジショナルクローニングを用いた解析も進めている。

結論

HAMの病態解明および治療法開発のために、HAM患者および未発症HTLV-Iキャリアの臨床検体を用いた解析が必須であり、本事業ではこれらの臨床検体を用いての全エクソーム解析等を行った。HAMは感染者のごく一部（約0.3%）にのみ発症するため、その発症機構に遺伝的要因の関与が示唆されるが、その原因はいまだ不明な部分も多い。我々は家族性のHAMの検体および臨床像を解析した。膨大な遺伝情報から、HAMの疾患感受性因子を抽出する手法を考案し、HAM発症の遺伝的因子候補を検出した。それぞれのHAM感受性因子についてはさらに検討を進めている。

公開日・更新日

• 公開日: 2018-06-10
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201331010B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 次世代遺伝子解析技術を用いた希少難治性疾患の原因究明及び病態解明に関する研究
• 課題番号: H23-実用化（難病）-一般-010
• 研究年度: 平成25(2013)年度
• 研究代表者(所属機関): 高嶋 博(鹿児島大学 大学院医歯学総合研究科)

研究分担者(所属機関)

• 出雲　周二(鹿児島大学　大学院医歯学総合研究科)
• 中川　正法(京都府立医科大学)
• 野元　正弘(愛媛大学　大学院医学系研究科)
• 永井　将弘(愛媛大学　医学部附属病院)
• 石浦　浩之(東京大学　医学部附属病院)
• 久保田　龍二(鹿児島大学　大学院医歯学総合研究科)
• 熱田　直樹(名古屋大学医学部付属病院)
• 山野　嘉久(聖マリアンナ医科大学)
• 松浦　英治(鹿児島大学　大学院医歯学総合研究科)
• 齊藤　峰輝(川崎医科大学)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康長寿社会実現のためのライフ・イノベーションプロジェクト 難病・がん等の疾患分野の医療の実用化研究（難病関係研究分野）
• 研究開始年度: 平成23(2011)年度
• 研究終了予定年度: 平成25(2013)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

医学の発展に伴い疾患の原因も明らかにされてきたが、今なお原因不明のものも多い。特に神経難病においては種類も多く、解決すべき問題が山積している。一方、近年のゲノム解析技術の進歩は著しく、個人のレベルにまで全エクソン解析や全ゲノム解析を行いうる様になってきた。我々は、遺伝性神経疾患(Charcot-Marie-Tooth 病、(CMT)、遺伝性脊髄小脳変性症、プリオン病、ミトコンドリア病、認知症など)およびHTLV-I関連脊髄症(HAM)を含めて、全国的な枠組みで10000例を超える多数のDNA検体を収集してきた。今回、次世代シークエンサーを用いて、本邦における希少難治性疾患の遺伝的原因を決定する。また、疾患発症の素因の同定とその結果をふまえて未同定の疾患について遺伝子診断法を開発し、個々の患者の診断を明確にする。遺伝性神経難病の本邦の分子疫学および疾患原因別に明らかにし、治療への道筋を立案する。

研究方法

今回我々は、次世代ゲノムシークエンサーLife Technology社Ion Proton、Illumina社 MiSeq他を導入し、大規模シークエンス配列決定をおこなった。さらに解析ソフトウェアを作成し、遺伝性神経疾患(Charcot-Marie-Tooth 病(CMT)、遺伝性脊髄小脳変性症、プリオン病、ミトコンドリア病、周期性四肢麻痺、先天性ミオトニア､Ullrich型筋ジストロフィー、認知症など)の包括的な遺伝子診断法を開発した。一方、既知の遺伝子検査陰性例については、拠点研究機関（東京大学）におけるIllumina社(HiSeq2000/2500)を用いた大規模なエクソーム解析データをもとに、高精度の遺伝子診断、新規の原因遺伝子の同定を行った。他方、多因子遺伝病やHTLV-I関連脊髄症(HAM)などの非遺伝性疾患の感受性遺伝子の同定を行った。

結果と考察

希少性遺伝性疾患については、新しい発作性筋力低下を呈する新しいミトコンドリア病をMIMECK（mitochondrial myopathy with episodic hyper-CKemia）と名付け報告し、その急性期治療法についても見出した。優性遺伝性のHMN(hereditary motor neuropathy)の遺伝的原因としてアラニルtRNA酵素（AARS）の異常を発見し、さらにSCN9A遺伝子異常による遺伝性感覚性自律神経性ニューロパチーを新病型HSAN2Dとして報告した。さらに大規模なエクソーム解析による解析数は500例以上となり、CMTでは高精度の遺伝子診断とともに新規の遺伝的原因検索ではCMTについては複数の原因を同定できた。SCA2の遺伝子異常で同一家系内にパーキンソニズム、多系統変性症、運動ニューロン病が起こりうることを示した。ALSにおいては、ゲノムワイド関連解析GWASに取り組みZNF512B遺伝子との関連を示した。Neuronal intranuclear inclusion disease (NIID)の家族例のポジショナルクローニングを用いた解析も進めている。

結論

HAMの病態解明および治療法開発のために、HAM患者および未発症HTLV-Iキャリアの臨床検体を用いた解析が必須であり、本事業ではこれらの臨床検体を用いての全エクソーム解析等を行った。HAMは、感染者のごく一部（約0.3%）にのみ発症するためその発症機構に遺伝的要因の関与が示唆されるがその原因はいまだ不明な部分も多い。我々は家族性のHAMの検体および臨床像を解析した。膨大な遺伝情報から、HAMの疾患感受性因子を抽出する手法を考案し、HAM発症の遺伝的因子候補を検出した。それぞれのHAM感受性因子についてはさらに検討を進めている。

公開日・更新日

• 公開日: 2018-06-10
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201331010C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 世界でもっともすぐれたCharcot-Marie-Tooth 病(CMT)の包括的な遺伝子診断法を開発、実施した。HMNの遺伝的原因としてアラニルtRNA酵素（AARS）の異常を発見し、Neurology誌に、SCN9A遺伝子異常による新病型HSAN2DとしてNeurology誌に報告した。さらに大規模なエクソーム解析は500例以上となリ、CMTの新規の遺伝的原因検索ではCMTを8つ同定でき、特許出願した。HAMのエクソーム解析を用いた発症素因の同定の研究は感受性遺伝子の同定ができた。
• 臨床的観点からの成果: CMT、小脳失調症、Ulrich病、先天性ミオトニアなどについて遺伝子診断システムを構築した。プログラムの開発を行い迅速に結果の判定が可能となった。これまでの解析でCMTに145名の原因遺伝子を同定し、CMTの亜型でHMNの原因AARSを同定、抗がん剤の副作用を増強するEGR2遺伝子異常など多くの研究報告を行った。SCN9A遺伝子異常による遺伝性感覚性自律神経性ニューロパチーをHSAN2Dと新病型として報告した。年間約700例の遺伝子診断を施行し、結果を全国の医師に提供した。
• ガイドライン等の開発: 特になし
• その他行政的観点からの成果: CMT、HAMでは患者会と連携して行っている。他班との連携を密にし、ホームページでの検査受付、市民公開講座など様々な場で広報を行った。年間700例の遺伝子診断を施行し、結果を全国の医師に提供している。主治医および患者に、極力迅速に結果を出し、余分な検査を減らすことに貢献した。現時点では研究継続中であるが、得られたゲノムデータを用いて、同定したHAM発症素因を利用することにより、HAMの治療法開発およびHTLV-保因者の予防対策への指針を示したい。
• その他のインパクト: 優性遺伝性のHMN(hereditary motor neuropathy)の遺伝的原因としてアラニルtRNA酵素（AARS）の異常を発見の研究は、その研究内容が新聞に掲載された。CMT患者会に定期的に参加し、その研究の進歩を報告した。

発表件数

• 原著論文（和文）: 46件
• 原著論文（英文等）: 249件
• その他論文(和文): 72件
• その他論文(英文等): 6件
• 学会発表(国内学会): 336件
• 学会発表(国際学会等): 127件
• その他成果(特許の出願): 4件
• その他成果(特許の取得): 1件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 18件

特許

• 特許の名称: 遺伝性疾患の検出方法
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 特願2014-093044 ; 発明者名: 高嶋博 橋口昭大 樋口雄二郎 吉村明子 ; 権利者名: 国立大学法人 鹿児島大学 ; 出願年月日: 20140428

• 特許の名称: 認知症（新規感染性脳炎）の新規治療薬
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 特願2013-032631 ; 発明者名: 高嶋博 出雲周二 ; 権利者名: 国立大学法人 鹿児島大学 ; 出願年月日: 20130221

• 特許の名称: ALS疾患関連遺伝子配列解析用の補足PCRプライマーセット、ALS疾患関連遺伝子配列の解析方法、及びALS疾患の検査方法
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 特願2013-8722; 23055 ; 発明者名: 祖父江元 熱田直樹 ; 権利者名: 国立大学法人 名古屋大学

• 特許の名称: ＨＴＬＶ－１関連脊髄症を治療または予防するための医薬および前記医薬を用いた抗体療法の治療効果の確認方法
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 特願2011-268019 ; 発明者名: 山野嘉久、安藤仁、佐藤知雄 ; 出願年月日: 20111207

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: Mitsui J, Matsukawa T, Ishiura H et al.; Mutations in COQ2 in familial and sporadic multiple-system atrophy Multiple-System Atrophy Research Collaboration; N Engl J Med , 369 (3) , 233-244 (2013); 10.1056/NEJMoa1212115
• 原著論文2: Yonekawa T, Komaki H, Saito Y, et al.; Congenital hypomyelinating neuropathy attributable to a de novo p.Asp61Asn mutation of the myelin protein zero gene.; Pediatr Neurol , 48 (1) , 59-62 (2013); 10.1016/j.pediatrneurol.2012.09.011.
• 原著論文3: Yuan JH, Sakiyama Y, Higuchi I et al.; Mitochondrial myopathy with autophagic vacuoles in patients with the m.8344A>G mutation.; J Clin Pathol , 66 (8) , 659-664 (2013); 10.1136/jclinpath-2012-201431. Epub 2013 Apr 4.
• 原著論文4: Yuan J, Matsuura E, Higuchi Y et al.; Hereditary Sensory and Autonomic Neuropathy Type IID caused by an SCN9A Mutation.; Neurology , 80 (18) , 1641-1649 (2013); 10.1212/WNL.0b013e3182904fdd. Epub 2013 Apr 17.
• 原著論文5: Yuan J, Higuchi Y, Nagado T,et al; Novel mutation in the replication focus targeting sequence domain of DNMT1 causes hereditary sensory and autonomic neuropathy IE; J Peripher Nerv Syst , 18 (1) , 89-93 (2013); 10.1111/jns5.12012.
• 原著論文6: Arimura A, Deguchi T, Sugimoto K,et al.; Intraepidermal nerve fiber density and nerve conduction study parameters correlate with clinical staging of diabetic polyneuropathy; Diabetes Res Clin Pract. , 99 (1) , 24-29 (2013); 10.1016/j.diabres
• 原著論文7: Miki Y, Tomiyama M, Haga R, et al; A family with IVIg-responsive Charcot-Marie-Tooth disease; J Neurol , 260 (4) , 1147-1151 (2013); 10.1007/s00415-012-6782-1.
• 原著論文8: Zhao Z, Hu J, Sakiyama Y, Okamoto Y, et al.; DYSF mutation analysis in a group of Chinese patients with dysferlinopathy.; Clin Neurol Neurosurg , 115 (8) , 1234-1237 (2012); 10.1016/j.clineuro.2012.11.010. Epub 2012 Dec 14.
• 原著論文9: Iguchi M, Hashiguchi A, Ito E, et al.; One genetic subtype of Charcot-Marie-Tooth disease (CMT), CMT type 4C (CMT4C).; Muscle Nerve , 47 (2) , 283-286 (2013); 10.1002/mus.23540.
• 原著論文10: Tokunaga S, Hashiguchi A, Yoshimura A et al.; Late-onset Charcot-Marie-Tooth disease 4F caused by periaxin gene mutation.; Neurogenetics. , 13 (4) , 359-365 (2012); 10.1007/s10048-012-0338-5. Epub 2012 Aug 1.
• 原著論文11: Kawabata T, Higashimoto I, Takashima H, et al.; Human T-lymphotropic virus type I (HTLV-I)-specific CD8+ cells accumulate in the lungs of patients infected with HTLV-I with pulmonary involvement.; J Med Virol , 84 (7) , 1120-1127 (2012); 10.1002/jmv.23307.
• 原著論文12: Shiga K, Noto Y, Mizuta I et al.; A novel EGR2 mutation within a family with a mild demyelinating form of Charcot-Marie-Tooth disease.; J Peripher Nerv Syst , 17 (2) , 206-209 (2012); 10.1111/j.1529-8027.2012.00403.x.
• 原著論文13: Saiga T, Tateishi T, Torii T,et al.; Inflammatory radiculoneuropathy in an ALS4 patient with a novel SETX mutation. ; J Neurol Neurosurg Psychiatry , 83 (7) , 763-764 (2012); 10.1136/jnnp-2012-302281. Epub 2012 May 10.
• 原著論文14: Zhao Z, Hashiguchi A, Hu J,et al.; Alanyl-tRNA synthetase mutation in a family with dominant distal hereditary motor neuropathy.; Neurology , 78 (21) , 1644-1649 (2012); 10.1212/WNL.0b013e3182574f8f. Epub 2012 May 9.
• 原著論文15: Inamori Y, Higuchi I, Inoue T et al.; Inclusion body myositis coexisting with hypertrophic cardiomyopathy: An autopsy study.; Neuromuscul Disord , 22 (8) , 745-754 (2012); 10.1016/j.nmd.2012.03.011. Epub 2012 May 4.
• 原著論文16: Nakamura T, Hashiguchi A, Suzuki S,et al.; Vincristine exacerbates asymptomatic Charcot-Marie-tooth disease with a novel EGR2 mutation. ; Neurogenetics , 13 (1) , 77-82 (2012); 10.1007/s10048-012-0313-1. Epub 2012 Jan 25.
• 原著論文17: Okamoto Y, Higuchi I, Sakiyama Y, et al.; A new mitochondria-related disease showing myopathy with episodic hyper-CKemia ; Ann Neurol , 70 (3) , 486-492 (2011); 10.1002/ana.22498.
• 原著論文18: SakiyamaY, Okamoto Y, Higuchi I,et al.; A new phenotype of mitochondrial disease characterized by familial late-onset predominant axial myopathy and encephalopathy.; Acta Neuropathol , 121 (6) , 775-783 (2011); 10.1007/s00401-011-0818-y. Epub 2011 Mar 22.
• 原著論文19: Nishikawa N, Nagai M,Tsujii T,et al.; Three SCA2 siblings with Ataxia, Parkinsonism, and Motor Neuronopathy; Intern Med. , 50 (13) , 1429-1432 (2011)
• 原著論文20: Abdelbary NH, Abdullah HM, Matsuzaki T, et ai.; Reduced Tim-3 expression on human T-lymphotropic virus type I (HTLV-I) Tax-specific cytotoxic T lymphocytes in HTLV-I infection.; J Infect Dis. , 203 (7) , 948-959 (2011); 10.1093/infdis/jiq153.

公開日・更新日

• 公開日: 2017-06-21
• 更新日: 2019-05-27

収支報告書

• 文献番号: 201331010Z