2017-02-25
第2回ミトコンドリア病研究・患者公開フォーラム

遺伝子診断システムの現状
埼玉医科大学
ゲノム医学研究センター所長 岡崎康司

遺伝子とゲノム• ゲノム• “-ome” は “全てのセット”の意味• 遺伝子（gene）の全てのセットがゲノム(genome)

Gene + “-ome” = Genome• タンパク質でいえば，プロテオーム (proteome)セントラルドグマ

DNA (ゲノム)
転写

mRNA
(遺伝子)
翻訳

タンパク質 (酵素)

アルコール感受性
アルデヒド脱水素酵素(ALDH2)
Glu
ALDH2*1 ・－・－・－・－・－・－・－T・A・C・A・C・T・G・A・A・G・T・C・A・A・C－・－・－・－・－・－・(活性型)

ALDH2*2 ・－・－・－・－・－・－・－T・A・C・A・C・T・A・A・A・G・T・G・A・A・C－・－・－・－・－・－・（不活性型）
Lys

エタノール

アルコール脱水素酵素
ADH

アセトアルデヒドアルデヒド脱水素酵素
ALDH2

酢酸

ＲＮＡの正確な定量

DNAの電気泳動

一般的な実験操作

日常の実験操作

マイクロアレイ実験

培養細胞での実験

高速シーケンサーのシステム構成
サンプル抽出断片化・サイズセレクション

ライブラリー作製

DNA定量装置

DNA断片化装置

ライブラリー作製装置

DNA泳動・分取装置

定量・QC

シーケンス

データ解析

DNAサイズ測定装置 高速シーケンサー本体 データ解析用PCクラスタ

データ受取用サーバー
ライブラリー増幅装置 ライブラリ濃度測定装置

ライブラリ濃度測定装置

Diagnostic Odyssey (Patient 0)

診断がつかない患者に対してゲノム解析から解き明かすアプローチが広まっている"We've probably seen over 100 doctors"
Matt Wilsey
http://edition.cnn.com/2014/03/20/health/ngly1-genetic-disorder/

・ NGLY1 encodes N-Glycanase1.
・ NGLY1 deficiency causes
developmental delays,
liver disease.
・Kids with the disorder are usuallyunable to produce tears.

2013年に報告された NGLY1 deficiency は原因不明であった希少疾患患者のゲノム解析により原因遺伝子が判明した。また別の患者がやはりゲノム解析を受けており、結果を父親がブログに書いていたため、その後2人目の患者として出会うことになった。

未診断疾患イニシアチブ (希少疾患)
IRUD: Initiative on Rare and Undiagnosed Diseases
診断の確定や、原因遺伝子を明確にすることは患者さんに治療方法を届ける最初の一歩"かかりつけ医と IRUD拠点病院の医師が連携し、希少疾患に詳しい専門家の知見や最先端の遺伝子解析等を用いた検査結果を総合して診断の確定を目指します"

疾患のゲノム解析から得られる知見を臨床から得られる表現型と重ねあわせた議論をするために、
http://www.irud.jp/system.html
遺伝学・ゲノムインフォマティクス・臨床のエキスパートで構成される

ミトコンドリア病の大部分は核遺伝子の変異が原因
・ミトコンドリア病は先天代謝疾患の中で一番多い(1/5000出生)・mtDNA異常（母系）によるものは15-30%・原因遺伝子のマイルドな変異で、成人期に発症する神経症、ミオパチー、心筋症、肝障害、腎障害などが含まれている
mtDNA

ミトコンドリア遺伝子
37個

核遺伝子
約1,500個/ 20,000個

キャプチャーシーケンスの概要

断片化

アダプタ付与キャプチャ

シーケンシング
http://www.nature.com/nrg/journal/v12/n11/box/nrg3031_BX1.html

新規原因遺伝子の検証実験
正常な遺伝子患者さん由来皮膚線維芽細胞◯

X
候補遺伝子によるレスキュー実験

BN-PAGE /WB

BN-PAGE /WB

候補が正しい場合、レスキュー実験により細胞内のミトコンドリア呼吸鎖複合体が正常レベルに戻る日本のミトコンドリア病研究拠点として世界から認識250症例以上の網羅的ゲノ
ム解析

35% で臨床診断確定（n=142）
40% は、候補遺伝子はあるが未確定

35% MRPS23, QRSL1, PNPLA4

候補あり

40%

GTPBP3

SLC25A26

ECHS1

Ann Clin Transl Neurol.

を含む数多くの新規遺伝子を同定した
微細染色体欠失 がミトコンドリア病の原因となることを明らかにした

PLOS Genet 2016
東北メガバンクのデータが疾患の解析に使われた第一号として共同プレスリリース予定
COQ4
京都大学
東北メディカルメガバンク
東京大学
大阪大学
他全国の病院の主治医
14新規原因遺伝子の確定のためには同一遺伝子異常を持つ患者さんが、同じ症状を示すかを確認することが重要
レジストリーシステムの重要性

研究・診断・治験

SPP-004のミトコンドリア病を対象とした多施設共同試験

ここにAMED「ミトコンドリア病診療の質を高める、レジストリシステムの構築、診断基準・診療ガイドラインの策定および診断システムの整備を行う臨床研究」 #難治性疾患克服研究事業

ミトコンドリア病の既知遺伝子(2015年) これまでに251の遺伝子が原因として報告されているが、半数のケースでは遺伝的な原因が不明のまま
Monogenic mitochondrial disorders
New England Journal of Medicine 366, 1132–1141 (2012)ミトコンドリア病遺伝子パネルの開発（村山班）
既知遺伝子パネル 135 + mtDNA
ABCB7C10orf2DARS2GFM1MFN2NDUFA11NUBPLQRSL1SERAC1SURF1TTC37ACAD9C12orf65

DGUOK

GTPBP3MPV17NDUFA2OPA1RARS2SLC22A5TACO1TUFM

ACADVLCOQ2DNAJC19HADHAMRPS16NDUFAF1PC

RRM2B

SLC25A12TAZ

TYMP

ADCK3COQ4EARS2HCCS

MRPS22NDUFAF2PDHA1SARS2SLC25A19

TIMM8AUQCRB

AFG3L2COQ9ECHS1HSD17B10MRPS23NDUFAF3PDSS1SCO1SLC25A20TK2UQCRQ

AIFM1COX10ETHE1IARS

MTO1NDUFAF4PDSS2SCO2SLC25A26

TMEM70YARS2ATP5E

COX15FASTKD2IARS2MTPAPNDUFAF5( C20orf7 )

POLG

SDHA

SLC25A3TNNI3ATPAF2

COX4I2

FAT4KARS

MYH7

NDUFAF6( C8orf38 )POLG2SDHAF1

SPG7TRMU

BCS1L

COX6B1

FOXRED1

LRPPRCNDUFA1NDUFB11

PRKAG2SDHAF2

SUCLA2

TSFM

BOLA3

CPT2

FRDA

MECP2

NDUFA10NDUFS4PUS1SDHB

SUCLG1

TTC19遺伝子診断パネル1• 現在、135個の核遺伝子とミトコンドリアゲノムを搭載している• これまでは、可能性のある原因遺伝子をひとつずつ検査していたので、多大な労力と時間がかかっていた• 現在、診断のためのコストは、5万円程度（試薬代のみ）• 24人程度の検体が集まってから開始• 検査を始めてから、返却まで2ヶ月程度

遺伝子診断パネル2• ミトコンドリア病の確定診断は難しい場合が多い– 遺伝子診断は非常に大きな助けとなる– シーケンス技術の発達により、沢山の遺伝子が一度に検査できるようになった• 問題点– 現在の遺伝子検査での診断率は40%程度– 出生前診断を行うには、患者さんの原因遺伝子がわかっていることが前提– そのためにも、遺伝子診断パネルで診断がつかない
場合は、全遺伝子解析を行って行く必要がある（現在は臨床研究レベル）21