ミトコンドリア病遺伝子診断パネル

埼玉医科大学ゲノム医学研究センター

所長 岡崎康司

2016-01-23ミトコンドリア病研究・患者公開フォーラム

2007（Ｈ19）年 開院 総病床数 600床包括的がんセンター 心臓病センター 救命救急センター

埼玉医科大学国際医療センター

ゲノム医学研究センター

「下町ロケット」 ：北陸医科大学付属病院「チームバチスタ2」 ：東城大学医学部付属病院「救命病棟24時」 ：海南医科大学付属病院等

岡﨑部門、黒川部門

奥田部門、三谷部門

井上部門、片桐部門

事務室、SPF

TR部門、共同実験施設、RI実験施設、所長室

プロジェクト部門、TR部門

1F

2F

3F

4F

5F

6F

ゲノム医学研究センター各階の構成

コア部門戦略的研究基盤形成支援事業

（文科省）

次世代医療を指向するゲノム医学総合研究拠点

代表 岡﨑 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)

• タンパク質でいえば，プロテオーム (proteome)

Gene + “-ome” = Genome

DNA (ゲノム)

mRNA (遺伝子)

タンパク質 (酵素)

セントラルドグマ

転写

翻訳

アルデヒド脱水素酵素(ALDH2)

アルコール感受性

・－・－・－・－・－・－・－T・A・C・A・C・T・G・A・A・G・T・C・A・A・C－・－・－・－・－・－・

・－・－・－・－・－・－・－T・A・C・A・C・T・A・A・A・G・T・G・A・A・C－・－・－・－・－・－・

Glu

Lys

ALDH2*1(活性型)

ALDH2*2（不活性型）

エタノール アセトアルデヒド 酢酸

アルコール脱水素酵素ADH

アルデヒド脱水素酵素ALDH2

ＲＮＡの正確な定量 DNAの電気泳動

培養細胞での実験マイクロアレイ実験

一般的な実験操作

日常の実験操作

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 データ解析定量・QC シーケンス

DNA断片化装置

DNA泳動・分取装置

DNAサイズ測定装置

ライブラリ濃度測定装置

ライブラリ濃度測定装置

高速シーケンサー本体

データ受取用サーバー

データ解析用PCクラスタライブラリー作製装置

ライブラリー増幅装置

DNA定量装置

高速シーケンサーのシステム構成

Illumina HiSeq 2500(ゲノム医学研究センター6F)High Output SBS v4 spec.- 2 × 125 bp read length- 900-1000 Gb output- 144 hrs (6 days)

v3 試薬- 2 × 150 bp read length- 150-180 Gb output - 40 hrs

http://www.illumina.com/systems/hiseq_2500_1500/performance_specifications.ilmn

Illumina MiSeq sequencer(ゲノム医学研究センター6F)v2 試薬- 2 × 150 bp read length- 4.5-5.1 Gb output- ~24 hrs

v3 試薬- 2 × 300 bp read length- 13.2-15 Gb output - ~55 hrs

http://www.illumina.com/systems/miseq/performance_specifications.ilmn

Agilent Bravo(ゲノム医学研究センター6F)シーケンシングライブラリ調製- 自動化- ハイスループット化

Takeru for Sequencer IV(ゲノム医学研究センター5F)- 28 nodes-- 10 core x 2-- 256GB- 1 large memory node-- 6 core x 4-- 1TB- ZFS 460TB- Lustre 40TB- Backup server 76TB

ミトコンドリア病の大部分は核遺伝子の変異が原因

ミトコンドリア遺伝子37個

核遺伝子約1,500個/ 20,000個

mtDNA

・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

核遺伝子異常によるミトコンドリア呼吸鎖異常症

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遺伝性疾患を対象とした、次世代シーケンサーを組み込んだゲノム解析を日本でいち早く開始

(千葉県こども病院、埼玉医大小児科)

キャプチャーシーケンスの概要

http://www.nature.com/nrg/journal/v12/n11/box/nrg3031_BX1.html

断片化

キャプチャ

アダプタ付与

シーケンシング

BN-PAGE /WB

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

候補遺伝子によるレスキュー実験

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

X ◯

BN-PAGE /WB

日本のミトコンドリア病研究拠点として世界から認識

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GTPBP3

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

COQ4

ECHS1Ann Clin Transl Neurol.

SLC25A26

35%

40%

MRPS23, QRSL1, PNPLA4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

250症例以上

の網羅的ゲノム解析

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

候補あり

35% で臨床診断確定 （n=142）40% は、候補遺伝子はあるが未確定

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

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

SPP-004のミトコンドリア病を対象とした多施設共同試験

ミトコンドリア病の既知遺伝子

Monogenic mitochondrial disorders New England Journal of Medicine 366, 1132–1141 (2012)

(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

キャプチャーシーケンスの概要

http://www.nature.com/nrg/journal/v12/n11/box/nrg3031_BX1.html

断片化

キャプチャ（遺伝子診断パネル）

アダプタ付与

シーケンシング

遺伝子診断パネル

• 現在、135個の核遺伝子とミトコンドリアゲノムを搭載した遺伝子パネル

• 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

• 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

• 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35%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）

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