学位論文の要約 Diagnostic utility of whole exome sequencing in patients showing cerebellar and/or vermis atrophy in childhood ( 小児期に小脳萎縮を呈する疾患における全エクソーム解析を用

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こおがこうじょう
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1 学位論文の要約 Diagnostic utility of whole exome sequencing in patients showing cerebellar and/or vermis atrophy in childhood ( 小児期に小脳萎縮を呈する疾患における全エクソーム解析を用いた遺伝子診断 ) Chihiro Ohba 大場ちひろ Clinical Neurology and Stroke Medicine Yokohama City University Graduate School of Medicine 横浜市立大学大学院医学研究科医科学専攻神経内科学脳卒中医学 (Doctoral Supervisor: Naomichi Matsumoto and Fumiaki Tanaka) ( 研究指導教員 : 松本直通教授遺伝学 ) ( 指導教員 : 田中章景教授 )

2 学位論文の要約 Diagnostic utility of whole exome sequencing in patients showing cerebellar and/or vermis atrophy in childhood ( 小児期に小脳萎縮を呈する疾患における全エクソーム解析を用いた遺伝子診断 ) 背景目的 : 小脳萎縮をきたす疾患は臨床学的, 遺伝学的に多彩であり, 臨床所見や各種検査においても確定診断が得られないことがある. 小児期に遺伝学的要因で小脳萎縮をきたす疾患は 70 以上あるとされている. また 150 以上の遺伝子変異が小脳萎縮や小脳症状に関連している. 全エクソーム解析はゲノム中の全遺伝子のタンパク質コーディング領域を対象とした網羅的解析手法であり, 複数の原因遺伝子の解析が必要な場合, サンガー法と比較して, 短時間, 低コストで変異解析が可能である. 臨床学的に診断が困難であった小脳萎縮を示す家系について, 全エクソーム解析による遺伝学的要因の解明を目的とした. 対象と方法 : 臨床所見や各種検査からは確定診断が困難であった小脳萎縮を呈する 23 家系 25 人を対象とした. 患者と非罹患の両親, 検体入手が可能な場合は同胞を含むファミリーベースの全エクソーム解析 ( 家系解析 ) を 23 家系 25 名で施行した. 結果 : 全エクソーム解析により 9 家系で 7 個の疾患責任遺伝子を同定した (9/23, 39.1%). FOLR1, C5orf42, POLG, TPP1, PEX16 のそれぞれの遺伝子でを認めた. CACNA1A, ITPR1 のそれぞれで新生突然変異を認めた ( 表 1). FOLR1 のを認めた患者 1B では, 脳脊髄液中と血清中の 5-methyltetrahydrofolate の著明な低下を認めた. 患者 1A, 1B ともに葉酸の経口投与で臨床症状の著明な改善を認めた. TPP1 のを認めた患者 6 では, 白血球中と乾燥濾紙血中の tripeptidyl peptidase 1 の著明な活性低下を認めた. さらに PEX16 のを認めた患者 8 では, 血清のスフィンゴミエリン中の極長鎖脂肪酸の軽度の増加を認め, 遺伝子診断を支持する所見であった. 疾患の責任遺伝子が同定された 10 人の患者の臨床所見を表 1 にまとめる. 運動発達遅滞を 10 人 (10/10, 100%), 知的障害を 9 人 (9/10, 90%), 筋緊張低下を 9 人 (9/10, 90%), てんかんを 5 人 (5/10, 50%) で認めた. 全患者で四肢や体幹の運動失調, 眼球運動失行, 測定障害, 企図時振戦, 不明瞭言語, 眼振などの小脳障害による症状を認めた. 臨床所見は非特異的であり, 患者全体でオーバーラップしていた. 脳 MRI では小脳半球と虫部の萎縮をともに認めた患者が 8 人 (8/10, 80%), 小脳虫部の萎縮もしくは低形成を認めた患者が 2 人 (2/10, 20%), 脳幹の萎縮を認めた患者が 1 人 (1/10, 10%) であった.

3 表 1. 患者の臨床所見患者番号 1-A 1-B 年齢, 性別 17 歳, 男性 14 歳, 男性 5 歳, 女性 2 歳, 女性 8 歳, 男性 8 歳, 男性 5 歳, 女性 6 歳, 女性 9 歳, 女性 20 歳, 女性変異遺伝子 FOLR1 FOLR1 C5orf42 C5orf42 CACNA1A POLG TPP1 ITPR1 PEX16 CACNA1A 遺伝子変異により引き起こされる既知の疾患変異 ( コントロールエクソーム内に認めた変異数 / コントロールエクソームの総数 ) 遺伝形式 Neurodegeneration from cerebral folate transport deficiency c.374g>t p.r125l c.466t>g p.w156g Neurodegeneration from cerebral folate transport deficiency c.374g>t p.r125l c.466t>g p.w156g 初発症状失調性歩行失調性歩行 Joubert syndrome c.3577c>t p.r1193c c.3599c>t p.a1200v 運動発達遅滞 Joubert syndrome c.986t>c p.l329p c.2846a>g p.y949c 筋緊張低下 SCA6, Episodic ataxia type 2, FHM1, c.5396c>t p.s1799l 新生突然変異運動発達遅滞 mtdna depletion syndrome, Mitochondri al recessive ataxia syndrome, PEO c.158_166du p p.q53_q55d up c.2890c>t # p.r964c (2/406) 筋緊張低下 Neuronal ceroid lipofuscinosis type2, autosomal recessive spinocerebel lar ataxia type 7 c.731t>c p.m244t c.1015c>t p.r339w てんかん SCA15, SCA29 c.800c>t p.t267m 新生突然変異筋緊張低下 / 眼振 Zellweger syndrome c.679c>t p.r227w c.526c>t # p.r176* 失調性歩行初発年齢 1 歳 2 歳 9 か月 1 歳 9 か月 6 か月 3 歳 4 か月 1 歳 3 か月運動性失調測定障害眼球運動失行 SCA6, Episodic ataxia type 2, FHM1, c.4075c>t p.r1359w 新生突然変異てんかん

4 企図時振戦その他不明瞭言語不明瞭言語不明瞭言語眼振 / 不明瞭言語不明瞭言語不明瞭言語運動発達遅滞知的障害言語能力 3 語文 3 語文 2 語文 2 語文数単語 N.D. 3 語文 3 語文数単語数単語筋緊張軽度筋緊張低下 / 下肢の痙縮軽度筋緊張低下筋緊張低下筋緊張低下筋緊張低下筋緊張低下 - 筋緊張低下筋緊張低下筋緊張低下錐体路症状 (DTR ) 錐体外路症状末梢神経障害 - N.D. N.D N.D. - N.D. N.D. N.D. - - てんかん合併症 IgG 低下大動脈縮網膜色素変窄症性症 MRI 小脳萎縮 / 低形成 + + 虫部の萎縮虫部の低形成 ( 軽度 ) + 脳幹の萎縮 + ( 軽度 ) その他大脳白質の萎縮, 皮質下白質の石灰化基底核石灰化, 皮質下白質の石灰化 Molar tooth sign PEO: 進行性外眼筋麻痺, FHM1: 家族性片麻痺性偏頭痛タイプ 1, mtdna: ミトコンドリア DNA, DTR: 深部腱反射, N.D.: 未検出 #: 疾患の原因として報告のある変異

5 考察 : 遺伝的原因の異質性が高い小脳萎縮を呈する疾患の患者群において, 全エクソーム解析を行い, 迅速に複数の疾患責任遺伝子を同定することができた. さらに複数の症例で臨床所見や検査所見から遺伝子診断を支持する所見が得られた. また遺伝子診断が治療に直結する症例も存在した. 全エクソーム解析は短時間で正確な遺伝子診断を可能とする有効な手法であることが示された.

6 論文目録 I 主論文 Diagnostic utility of whole exome sequencing in patients showing cerebellar and/or vermis atrophy in childhood. Chihiro Ohba, Hitoshi Osaka, Mizue Iai, Sumimasa Yamashita, Yume Suzuki, Noriko Aida, Nobuyuki Shimozawa, Ayumi Takamura, Hiroshi Doi, Atsuko Tomita-Katsumoto, Kiyomi Nishiyama, Yoshinori Tsurusaki, Mitsuko Nakashima, Noriko Miyake, Yoshikatsu Eto, Fumiaki Tanaka, Naomichi Matsumoto, and Hirotomo Saitsu Neurogenetics 14 (3-4): , 2013 II 副論文 III 参考論文 PIGN mutations cause congenital anomalies, developmental delay, hypotonia, epilepsy, and progressive cerebellar atrophy. Chihiro Ohba, Nobuhiko Okamoto, Yoshiko Murakami, Yasuhiro Suzuki, Yoshinori Tsurusaki, Mitsuko Nakashima, Noriko Miyake, Fumiaki Tanaka, Taroh Kinoshita, Naomichi Matsumoto, and Hirotomo Saitsu Neurogenetics 15 (2):85-92, 2013 De novo WDR45 mutation in a patient showing clinically Rett syndrome with childhood iron deposition in brain. Chihiro Ohba, Shin Nabatame, Yoshitaka Iijima, Kiyomi Nishiyama, Yoshinori Tsurusaki, Mitsuko Nakashima, Noriko Miyake, Fumiaki Tanaka, Keiichi Ozono, Hirotomo Saitsu, and Naomichi Matsumoto J Hum Genet 59 (5): , 2014 Early onset epileptic encephalopathy caused by de novo SCN8A mutations. Chihiro Ohba, Mitsuhiro Kato, Satoru Takahashi, Tally Lerman-Sagie, Dorit Lev, Hiroshi Terashima, Masaya Kubota, Hisashi Kawawaki, Mayumi Matsufuji, Yasuko Kojima, Akihiko Tateno, Hadassa Goldberg-Stern, Rachel Straussberg, Dafna Marom, Esther Leshinsky-Silver, Mitsuko Nakashima, Kiyomi Nishiyama, Yoshinori Tsurusaki, Noriko Miyake, Fumiaki Tanaka, Naomichi Matsumoto, and Hirotomo Saitsu Epilepsia 55 (7): , 2014 次世代シークエンサーによるメンデル遺伝性疾患の責任遺伝子解明. 大場ちひろ, 才津浩智, 松本直通実験医学, 第 31 巻 (15): , 2013.

7 A novel homozygous SCARB2 mutation causes late-onset progressive myoclonus epilepsy without renal failure. Yuichi Higashiyama, Hiroshi Doi, Masatoshi Wakabayashi, Yoshinori Tsurusaki, Noriko Miyake, Hirotomo Saitsu, Chihiro Ohba, Ryoko Fukai, Satoko Miyatake, Hideto Joki, Shigeru Koyano, Yume Suzuki, Fumiaki Tanaka, Yoshiyuki Kuroiwa, and Naomichi Matsumoto Mov disord 28 (4): , Diagnostic utility of exome sequencing for autosomal recessive cerebellar ataxia and spastic paraplegia: identification of a novel homozygous SPG7 mutation. Hiroshi Doi, Chihiro Ohba, Yoshinori Tsurusaki, Satoko Miyatake, Noriko Miyake, Hirotomo Saitsu, Yuko Kawamoto, Tamaki Yoshida, Shigeru Koyano, Yume Suzuki, Yoshiyuki Kuroiwa, Fumiaki Tanaka, and Naomichi Matsumoto Intern Med 52 (14): , Sibling cases of moyamoya disease having homozygous and heterozygous c.14576g>a variant in RNF213 showed varying clinical course and severity. Satoko Miyatake, Hajime Touho, Noriko Miyake, Chihiro Ohba, Hiroshi Doi, Hirotomo Saitsu, Masataka Taguri, Satoshi Morita, and Naomichi Matsumoto J Hum Genet 57 (12): , 2012 PIGA mutations cause early-onset epileptic encephalopathies and distinctive features. Mitsuhiro Kato, Hirotomo Saitsu, Yoshiko Murakami, Kenjiro Kikuchi, Shuei Watanabe, Mizue Iai, Kazushi Miya, Ryuki Matsuura, Rumiko Takayama, Chihiro Ohba, Mitsuko Nakashima, Yoshinori Tsurusaki, Noriko Miyake, Shin-ichiro Hamano, Hitoshi Osaka, Kiyoshi Hayasaka, Taroh Kinoshita, and Naomichi Matsumoto Neurology 82 (18): , 2014 Brain magnetic resonance imaging findings and auditory brainstem response in a child with spastic paraplegia 2 due to a PLP1 splice site mutation. Kazuo Kubota, Yoshiaki Saito, Chihiro Ohba, Hirotomo Saitsu, Tetsuhiro Fukuyama, Akihiko Ishiyama, Takashi Saito, Hirofumi Komaki, Eiji Nakagawa, Kenji Sugai, Masayuki Sasaki, and Naomichi Matsumoto Brain Dev 2014 Mar 28 (Epub) doi: /j.braindev

成果本研究の解析で着目したのは 25 の遺伝性疾患とそれらの 57 の原因遺伝子でこれらは ACMG が推奨する偶発的二次的所見としての遺伝情報の結果の返却を推奨する遺伝子のセットのうち常染色体上のものに相当し大部分が遺伝性腫瘍や遺伝性循環器疾患の原因遺伝子です本研究では当機構で作成し

成果本研究の解析で着目したのは 25 の遺伝性疾患とそれらの 57 の原因遺伝子でこれらは ACMG が推奨する偶発的二次的所見としての遺伝情報の結果の返却を推奨する遺伝子のセットのうち常染色体上のものに相当し大部分が遺伝性腫瘍や遺伝性循環器疾患の原因遺伝子です本研究では当機構で作成し背景全ゲノム解析や全エクソーム解析によりヒトゲノムの多様性の大量データが得られる時代となりました当機構でも日本人の全ゲノム解読を大規模に行い検出された一塩基変異のリファレンスパネルを構築し疾患と遺伝要因との関係解明のための研究に活用できるよう国内外での利用促進を行っています一方でゲノム全体をカバーする解析は疾患の原因遺伝子の塩基配列の解読もされてしまうこともあって偶発的所見二次的所見についての扱いのポリシーが課題になっています

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学位論文の要約 Diagnostic utility of whole exome sequencing in patients showing cerebellar and/or vermis atrophy in childhood ( 小児期に小脳萎縮を呈する疾患における全エクソーム解析を用