2018-02-24
第3回ミトコンドリア病研究・患者公開フォーラム

RCGM

遺伝子診断システムの現状
順天堂大学
難病の診断と治療研究センターセンター長 岡﨑康司

RCGM

TOPIC
1 遺伝子とゲノム
2 ミトコンドリア病の遺伝子診断

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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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

TOPIC
1 遺伝子とゲノム
2 ミトコンドリア病の遺伝子診断Copyright PowerPoint Design. All rights reserved.

ミトコンドリア病の大部分は母系遺伝ではない！

・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

ミトコンドリア遺伝子
37個

核遺伝子
約1,500個/ 20,000個

・ミトコンドリア病の大部分（70%以上）は、両親由来の遺伝子異常によっておこる。
・母系遺伝によっておこる
ものは15-30%

迅速な診断システムの構築

千葉県こども病院

遺伝子診断パネル作成
パネルに載せる新規遺伝子の同定
順天堂大学
難病の診断と治療研究センター

国立精神・神経センター

・新規遺伝子の発見（GTPBP3, CoQ4,ECHS1, QRSL1, SAMC・・・・・・・・）

埼玉医大
千葉県こども病院

新しい遺伝子診断システムの導入
順天堂大学
難病の診断と治療研究センター

遺伝子診断• 遺伝子診断パネル– 40-50%の診断率– 既知遺伝子の異常を調べる• 全エキソームシーケンス/全ゲノムシーケンス– 診断率を上げるためには、新規の遺伝子の同定が必要（臨床研究）– 機能解析実験が必要（レスキュー、モデル生物）– 患者データの集積（同じ遺伝子に異常をもち、同じ症状を呈する患者）
13新規病因遺伝子の同定および病態解明のストラテジー
日本全国から寄せられたミトコンドリア病疑い例
約1900例

生化学診断を基盤としたミトコンドリア病の確定診断
約620例

全エクソーム（WES）

遺伝子診断パネル

対象：全遺伝子

対象：核遺伝子x251&ミトコンドリアゲノム

443例(今年度109例)

203例(今年度95例)

検証実験：
核遺伝子に対して・・・レスキュー実験、CRISPR/Cas9によるノックアウト
ミトコンドリア遺伝子に対して・・・mitoTALEN、サイブリッド実験
モデル生物による検証（ショウジョウバエ、ゼブラフィッシュ、マウス）

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（レスキュー）

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
17日本のミトコンドリア病研究拠点として世界から認識•

Toward an Alliance for Genomics and Health in the Asia-Pacific

Kyoto University
東北メガバンクのデータが疾患の解析に使われた第1号として共同プレスリリース

Euro. (Germany, Austria)

Kohda et al.PLOS Genet 2016
Tohoku Medical Megabank

Tokyo Metropolitan University
University of Tokyo
Osaka University

Euro. (Italy)

Euro. (Belgium)Euro. (Sweden)
USA (CHOP)GTPBP3

CoQ4

ECHS1

SLC25A26

IARS

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

RCGM

ミトコンドリア病の既知遺伝子

これまでに約300の遺伝子が原因として報告されている
Prokisch H (ASMRM 2017)

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
ABCB7

C10orf2

DARS2

GFM1

MFN2

NDUFA11

NUBPL

QRSL1

SERAC1

SURF1

TTC37

ACAD9

C12orf65

DGUOK

GTPBP3MPV17NDUFA2

OPA1

RARS2

SLC22A5

TACO1

TUFM

ACADVLCOQ2DNAJC19HADHAMRPS16NDUFAF1PC

RRM2B

SLC25A12TAZ

TYMP

ADCK3COQ4EARS2HCCS

MRPS22NDUFAF2PDHA1SARS2SLC25A19TIMM8A

UQCRB

AFG3L2COQ9ECHS1HSD17B10MRPS23NDUFAF3PDSS1SCO1SLC25A20

TK2UQCRQ

AIFM1COX10ETHE1IARS

MTO1NDUFAF4PDSS2SCO2SLC25A26

TMEM70YARS2ATP5E

COX15FASTKD2IARS2MTPAPNDUFAF5( C20orf7 )

POLG

SDHA

SLC25A3TNNI3ATPAF2COX4I2FAT4KARS

MYH7NDUFAF6( C8orf38 )POLG2SDHAF1SPG7TRMU

BCS1L

COX6B1

FOXRED1

LRPPRCNDUFA1NDUFB11

PRKAG2

SDHAF2

SUCLA2

TSFM

BOLA3

CPT2

FRDA

MECP2

NDUFA10NDUFS4PUS1SDHB

SUCLG1

TTC19海外における原因遺伝子に合わせた補酵素補充療法の取り組み
疾患名
原因遺伝子
Brown-Vialetto-Van Laere 症候群/ Fazio- SLC52A2, SLC52A3,Londe症候群(SLC52A1)a
ビオチン反応性基底核症

SLC19A3

ビオチニダーゼ欠損症

BTD

治療

治療効果

リボフラビン (経口: 10–50 mg/kg/day)

良好

チアミン (経口: 10–20 mg/kg/day), ビオチン (経良好
口:10–15 mg/kg/day)
ビオチン (経口: 5–10 mg/kg/day)
良好

ホロカルボキシラーゼ合成酵素欠損症 HLCS

ビオチン (経口: 10–20 mg/kg/day)

チアミンピロホスホキナーゼ欠損症

チアミン (経口: 20 mg/kg/day)

TPK1

不安定だが良好
不安定 (これまで１０名以上に投与)
不安定

ACAD9欠損症
ACAD9
リボフラビン (経口: 10–20 mg/kg/day)
マルチプルアシルCoA脱水素酵素欠損 ETFA, ETFB, ETFDH,
リボフラビン (経口: 10 mg/kg/day)
良好
SLC25A32, FLAD1症
チアミン反応性ピルビン酸脱水素酵素欠
PDHA1
リボフラビン (経口: 30–40 mg/kg/day)
不安定損症
PDSS1, PDSS2,
とても不安定（異常がな
COQ2,COQ4, COQ6, COQ7, コエンザイムQ10 (経口: 10–30 mg/kg/day)
コエンザイムQ10欠損症にかに依る）
ADCK3, ADCK4, COQ9
ヒスチジン銅 (投与量不明; 500 mgの皮下注射 不明, SCO2異常症一名のSCO2, COA6
チトクロムc酸化酵素欠損症が提案されている)
みに投与
タイプAのモリブデン補助
環状ピラノプテリンモノホスファート (静脈注射:MOCS1, MOCS2, GPHN
モリブデン補助因子欠損症
因子欠損症に対して良80–320 mg/kg/day)
好3-ヒドロキシイソ酪酸-CoA加水分解酵素
HIBCH
バリン制限食不明, 数名にのみ投与
欠損症
ECHS1
エノイルCoAヒドラターゼ欠損症
バリン制限食不明, 数名にのみ投与
明らかに良好（患者は一TXN2
チオレドキシン2欠損症
抗酸化療法(例： イデベノン 20 mg/kg/day)
名のみ）
メトロニダゾール, N-アセチル-システイン(グルETHE1
エチルマロン酸脳症
不安定タチオン前駆体), 肝臓移植

赤字は我々の遺伝子解析でも見つかっている遺伝子異常

DistelmaierらBrain 2017の論文より引用

RCGM

遺伝子診断パネル1• ミトコンドリア病の大半は、両親の遺伝子異常によって起こる。
• ご両親と患者のトリオでのシーケンスを行うことが、確定した情報を早く主治医のもとに返却するためには重要。
• ミトコンドリア病は治療困難例が多いが、中には治療が有効な症例もある。これらの症例に対して、早期に遺伝子レベルでの診断を下すことは、治療選択の上でも重要である• これまでは、24検体が集まってから開始• 来年度より、8検体でできるようなシステムに移行• より早く診断をして主治医に情報を返却するシステムを構築中

遺伝子診断パネル2RCGM• 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– 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）
25

RCGM

Acknowledgements
Juntendo University
Masakazu Kohda
Okazaki-Atsuko Imai
Yoshihito Kishita
Sze Chern LimNurun Nahar Borna
Tomoko Hirata
Yukiko Yatsuka

Chiba Children’s Hospital
Kei Murayama
Ayako Matsunaga
Masaru Shimura
Takuya Fushimi
Makiko Tajika
Nana Akiyama

Saitama Med. Univ.
Akira Ohtake
Taro Yamazaki

Helmholtz Zentrum München

Hiroko Harashima
Megumi Saito

Murdoch Childrens Research Institute

Satomi Suzuki
Yosuke Mizuno

Holger ProkischDavid Thorburn