現代医学 68 巻 1 号

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令和 3 年 6 月（2021）

特集

未診断の小児希少疾患の網羅的遺伝子診断
齋 藤 伸 治*はじめに

次世代シークエンシング技術は，このような光の当たらない疾患の原因を解明し，科学的な分類小児医療において先天性疾患は重要な対象であと治療の根拠を与えた。そして病態が明らかになる。それらの多くは発達の遅れや知的障害を伴い，ることで，治療法の開発が現実となった。先天性生涯にわたるケアが必要となる。先天性疾患の多疾患はもはや原因不明の一群ではなく，正確な診くは症状の組み合わせで臨床診断され，確定診断断を行い，適切な治療を行わなければならない対に至らない例も多く存在する。1960 年代に染色象なのである。

体検査が実用化され，これらの先天性疾患の中で，ダウン症候群に代表される染色体異常の診断が可

Ⅰ．次世代シークエンシング革命能になった。しかし，染色体検査は原理的に解像

次 世 代 シ ーク エ ン シ ン グ（next generation

度がきわめて粗く，10Mb ほどの増減がなければsequencing：NGS）
は 2000 年代に開発された，同判別されない。そのため必然的に，染色体異常に時並行的に多数の塩基配列を決定する技術である。

より起こる疾患は重症であり，多発外表異常を示

1 回の試行で 1 千万を超える配列の決定が可能とすため，確定診断に至る遺伝性先天性疾患は，となった。2010 年以降になって急速に普及したこても重症であるイメージが定着していたと思われとでコストが低下し，一般の医療の中で使用するる。

ことが可能になった。現在では，エクソーム解析

一方，染色体検査が正常な多くの疾患は，原因は 1 回 5 万円程度，ゲノム解析でも 10 万円ほど不明の発達遅滞，知的障害や発達障害とされ，特になっており，他の検査と比較して，もはや価格徴的な症候を有する場合は特定の症候群として臨的には問題とならない。ただ，解析技術が進化す床的に認識されていたが，それ以外は認識されるることにより与えられるデータ量は膨大となり，こともなかった。そのため自然歴は不明であり，その解析の専門家（バイオインフォーマティシャ

次子の遺伝相談に対応することは困難であった。

ン）が医療における重要な専門職となってきてい特別な治療法が存在しないため，療育が唯一の対る。

応であった。こうした状況は 20 世紀までは当たり前であった。

1990 年に開始されたヒトゲノム計画では，1 人のゲノムを解読するために 10 年を費やし，莫大な予算と国際共同研究を必要とした。現在の

Key words
次世代シークエンシング，エクソーム，未診断疾患イニシアチブ＊Shinji Saitoh：名古屋市立大学大学院医学研究科
新生児小児医学分野

NGS では，1 日で数名のゲノムが解読できることを考えると，技術革新がいかに革命的であったかが実感できる。

特集：ゲノム医療

代謝異常

5%

既存の単一遺伝子病375%

CNV 5〜20%
不明60〜70%de novo
遺伝子変異
5〜20%

図１ 自閉スペクトラム症における遺伝学的原因の頻度
CNV は染色体コピー数多型（copy number variation）
であり，染色体アレイ解析で同定されるものを示す。denovo 遺伝子変異は NGS で同定される一塩基置換および小さな挿入欠失で，de novo のものの割合を示す。全体で 30〜40% は遺伝学的原因が同定される。
（文献 3 より引用改変）

Ⅱ．国際的な未診断疾患エクソームプロジェクト解析を実施した 1）。2015 年からは Undiagnosed
Disease Network（UDN）へ発展し，現在も継続している。DDD は 2010 年に英国で開始され，発NGS を用いた解析の代表がエクソーム解析で達における疾患（知的障害，てんかん，発達障害，ある。エクソーム解析は，すべての遺伝子の蛋白先天性疾患など）を対象とした 2）。DDD は英国保翻訳領域（ゲノム全体の 1%）を選択的に配列決定

健社会福祉省が設立した Genomics England によすることで解析効率を上げる方法である。上述しり実施されている 100,000 ゲノムプロジェクトにた NGS 革命によりエクソーム解析が可能となり，発展的に継続され，ゲノム医療を実際の医療シ遺伝性疾患の解析に用いられるようになった。

ステムに位置づける取り組みとなっている。

最初は遺伝性が明らかな疾患に用いられ，原因これらのプロジェクトにより，従来原因不明で遺伝子が次々と単離された。その中で NGS の有あった先天性疾患の 30〜40% は，遺伝子変異が用性が明らかになり，次に，必ずしも遺伝性が明原因であることが明らかにされた。また，これま確ではない未診断疾患に対するプロジェクトが世でまったく知られていなかった原因遺伝子が数多界中で立ち上がった。

く発見された 1, 2）。図１3）に自閉スペクトラム症を代表的なプロジェクトが米国の Undiagnosed例にして，エクソーム解析で診断できる割合を図Diseases Program（UDP）と 英 国 の Deciphering示した。微細な染色体コピー数異常（エクソーム

Developmental Disorders（DDD）である。UDP は解析で同定可能）と，患者のみに存在する de

米国国立衛生研究所（NIH）が 2008 年に開始した

novo 遺伝子変異が一定の割合を示すことがよくプログラムであり，小児成人を問わず，原因不理解できる。

明の疾患に対してエクソーム解析を中心とした

現代医学 68 巻 1 号

38Ⅲ．IRUD の取り組みと成果

令和 3 年 6 月（2021）

で あ る。 こ の よ う な 問 題 意 識 か ら，NICU やPICU での危急的な小児を対象として，迅速なエ

このような各国での取り組みを受けて，本邦でクソーム解析やゲノム解析を実施することが世も 2015 年から未診断疾患イニシアチブ（Initiative

界 中 で 試 み ら れ て い る 5）。 こ れ ら は rapid

on Rare and Undiagnosed Diseases：IRUD）が開

genome sequencing と呼ばれ，この場合には検査始され，全国に 37 の拠点病院が整備されたこと時間が重要になる。検査を提出してから結果が得により，希少未診断疾患へのエクソーム解析が全られるまでの時間は turn-around time と呼ばれ，4）

国で利用できることになった 。愛知県では，名米国の企業などでは 48 時間以内を謳うものも出

古屋大学病院，名古屋市立大学病院，藤田医科大現してきている。

学病院が拠点として認定されている。2019 年 9

本邦でも日本医療研究開発機構（AMED）の支月の集計では全国で 3,634 家系が解析され，診断援を受けて，「新生児集中治療室における精緻・迅確定率は 44% と高い。また，その中で 35 家系は速な遺伝子診断に関する研究開発」
研究が 2019 年新規疾患であり，国際的にも評価されている。

から開始されている。名古屋市立大学も研究班のこのように本邦においても，これまで未診断でメンバーとして参加している。私たちの施設では，あった疾患の約 4 割の診断が確定することが示さ

危急的新生児 13 例にエクソーム解析を実施し，れた。その多くは小児期発症の希少疾患である。

そのうち 7 例（54%）の診断を確定することができ

IRUD で診断が確定できた 1,593 家系の多くは異た。その中には，拡張型心筋症，重症型高アンモなった希少疾患であり，これまで未診断であったニア血症，先天性ミオパチーなどが含まれ，患者先天疾患は，多数の異なった遺伝子変異により発の管理に直結するだけでなく，遺伝カウンセリン症する疾患の集合であることが明らかにされた。

グからも有用であった（表１）。従来の方法では確

これらの遺伝子変異の多くは de novo の変異であ定診断に数カ月は有すると考えられ，エクソームり，両親は変異をもたない。しかし少数ではある解析の有用性を実感する。

が，劣性遺伝変異も含まれる。また，患者もしくは両親のいずれかがモザイクの例も見つかっておⅤ．ゲノム医療の展望と課題

り，遺伝性はさまざまであることがわかる。このNGS が普及してから約 10 年，本邦で IRUD がように，たとえば同じ重度知的障害とてんかんの始まって約 5 年（IRUD は 2015 年～）しか経って表現型であっても，原因遺伝子はさまざまであり，いない。しかし前述したように，エクソーム解析遺伝性もさまざまであることが明らかにされた。

は未診断先天性疾患の約 40％を診断し，従来法

Ⅳ．NICU におけるエクソーム解析

では数カ月かかる診断を数日に短縮する。小児領域での有用性は明白である。有用性を超えて，小これまで何年も原因不明であり，種々の検査児医療のパラダイムシフトと言うことができる。

が成されてきたが診断がつかなかった症例が，エ適切な診断を早期にできることの意義は論を待たクソーム解析で解明される経験が積み重なったない。本邦でも原因不明の小児難治性てんかんのことで，エクソーム解析を早めに取り組むことで，エクソーム解析で，ビタミン B6 感受性てんかん早期診断早期治療ができるのではとの考えが示の確定診断が散見される。これらの疾患は稀であされた。たとえば，先天代謝異常は未診断疾患

るが，適切なビタミン B6 の投与で治療可能な疾ではないが，酵素検査には時間がかかる。むしろ，患であり，予後を左右する。

遺伝子解析を先んじて行うほうが早期診断に至私たち自身の経験でも，複数の先天代謝異常がるのではとの考えは，特に新生児集中治療室エクソーム解析で診断されている。これらはすべ（NICU）や小児集中治療室（PICU）のように迅速なて希少疾患であり，専門家は少なく，経験が積み治療介入が必要な場面でのニーズに応える考え重なることもない。また未診断疾患の多くは，知特集：ゲノム医療39

表１ 当院 NICU のエクソーム解析にて診断された症例
症例番号

月齢

臨床診断・症状・疑い病名

責任遺伝子

最終診断

10

特発性拡張型心筋症

MYH7

拡張型心筋症20

歌舞伎症候群疑い

KMT2D

歌舞伎症候群30

先天性代謝性疾患疑い

CPS1

カルバミルリン酸合成酵素欠損症

40小頭症，てんかん，髄鞘化不全

AIMP1

hypomyelinating leukodystrophy-350

食道閉鎖，口蓋裂，耳介低形成

CHD7CHARGE 症候群

60

筋緊張低下，幽門狭窄MTM1

ミオチュブラーミオパチー

71大頭症，高身長

NSD1

Sotos 症候群
（筆者作成）

的 障 害， 発 達 障 害， て ん か ん な ど の common

かし，現在の医療システムにどのように組み込む

disease である。これまで脳性麻痺と診断されてのかには多くの課題が存在し，本邦での取り組み

6）いた中に多くの遺伝性疾患が同定されている 。

は遅い。そもそも，ゲノム医療は予防や先行治療

脳性麻痺は診断ではなく，症状に過ぎず，本来のを目指す新しいパラダイムであり，すでに発症し原因がわからなかっただけである。正確な診断にた疾患を治療する現行のパラダイムでは対応できより対応は自ずと異なる。これまでの小児医療でない。

は対応できないのである。パラダイムシフトはす

IRUD はすでに開始から 6 年経過し，第三期にでに現実であり，小児医療はゲノム医療の下で再入る。しかし，エクソーム解析を現行の医療シス編成が必要である。それは正確な診断に基づく先テムで実施するには課題が多く，保険収載はまだ行治療であり，予防医療である。長期にわたるプ見えてこない。莫大なゲノム情報の解釈や管理にログラムされた適切で個別なエビデンスに基づくは，従来の検査にはない問題が多数存在する。対健康管理である。

象とする疾患以外の情報が必然的に存在し，二次エクソーム解析で現在診断されるのは単一遺伝的所見と呼ばれる問題がある。二次的所見の代表子病のみであるが，それでもこれだけの影響があは，気づかれていない不整脈やがん関連遺伝子のる。すでにゲノム解析にシフトした現在の遺伝研情報であり，場合によっては遅発性神経難病の情究は，多因子遺伝をターゲットとして成果を示し報となる。また，薬剤感受性遺伝子情報なども存ている。その最たるものが，polygenic risk score在する。さらに，本質的にゲノム情報は確率を規（PRS）である。全ゲノム解析と多数例の関連解析定するのみで，必ずしも確定診断とはならない。

を組み合わせたことで，従来体質と呼ばれていた単一遺伝子病であっても疾患の表現型には幅があものを実体として示すことが可能になっている。

り，また環境に大きく影響される。このような不2019 年の Khera らの論文では，肥満に関する確実性は，これまでの診断方法とは大きく異なり，

7）

PRS の有用性が示された 。この論文では，肥満対応に困惑する情報である。

や body mass index（BMI）
が出生時のゲノム解析

その中で，前述した英国の取り組みは示唆的でのみで正確に予測できることが報告された。そのある。英国では，DDD の成果からゲノム解析の精度は驚くほどである。こうした取り組みが，肥意義が高いことを知り，現行の保険医療システム満だけでなく，がん発症や，そして発達障害に応（public health service：PHS）の枠組みでどのよう用されることは容易に予想される。に位置づけるかを明らかにする目的で，100,000

このようにゲノム医療はすでに現実である。しゲノムプロジェクトを開始した。多数の方に参加

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していただき，エクソーム解析ではなく，ゲノム解析を実施する。そして，それを医療にどのように位置づけるのかを今後の 10 年で明らかにし，世界をリードするゲノム医療を実現するとの試みである。英国の PHS は保険医療システムそのものであり，現実の医療実装を具体的に目的にしている点で注目される。
最近の COVID-19 の流行の中で，100,000 ゲノ
ムプロジェクトのデータと COVID-19 罹患リスクとの関連の解析が実施されている。英国ではCOVID-19 の患者数が多いが，感染感受性が明らかになれば，ワクチン接種の順番などの施策に反映することが可能となる。本邦の国民皆保険シス
テムは英国との共通性もあり，このような具体的なゴールを設定した取り組みの実施が期待される。

利益相反
本論文に関して，筆者が開示すべき利益相反はない。

令和 3 年 6 月（2021）

文献1）Splinter K, et al：Effect of genetic diagnosis on patientswith previously undiagnosed diseases. N Eng J Med
2018；379：2131-2139.
2）The Deciphering developmental Disorders Study：
Large-scale discovery of novel genetic causes ofdevelopmental disorders. Nature 2015；519：223-228.
3）Schaaf CP, et al：Solving the autism puzzle a few
pieces at a time. Neuron 2011；70：806-808.
4）Adachi T, et al：Japan’s initiative on rare andundiagnosed diseases（IRUD）：towards an end to thediagnostic odyssey. Eur J Hum Genet 2017；25：10251028.
5）Meng L, et al：Use of exome sequencing for infants in
intensive care units：ascertainment of severe singleGene disorders and effect on medical management.
JAMA Pediatr 2017；171：e173438.
6）Takezawa Y, et al：Genomic analysis identifies
masqueraders of full-term cerebral palsy. Ann Clin
Transl Neurol. 2018；5：538-551.
7）Khera AV, et al：Polygenic prediction of weight andobesity trajectories from birth to adulthood. Cell 2019；
177：587-596.e9.