創薬オミックス解析センター
１．研究活動の概要

創薬オミックス解析センターは平成27年4月に設立され、オミックス解析推進室、ゲノム系解析室、プロテオーム系解析室、統合オミックス情報解析室の4つの室からなる。循環器疾患により引き起こされる組織、細胞、体液中の生体分子の変化や変動を、ゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、エピゲノム解析などの方法で網羅的かつ高精度に測定し、蓄積された生体分子情報に基づき、１）疾患原因や発症に関わる分子機序を明らかにする、２）疾患や病態を正確に診断あるいは評価する方法を開発する、３）創薬標的となる分子を発見し、医薬品開発に応用する、４）これらの情報を総合して診断法、予防法、治療法の開発、個別化医療の実現に貢献することを目標としている。
設立3年目となる平成29年度には、大阪大学微生物病研究所(阪大微研)と連携協定を締結し、遺伝子解析などで相互に協力して研究を推進することになった。ゲノム、エピゲノム、トランスクリプトーム、プロテオームの解析技術基盤の整備に伴い、RNA-seq解析及びタンパク質解析の受託解析を開始した。集積した多層オミックス解析情報の解析を進め、数多くのバイオマーカー候補を見出し、その中から血液で測定可能な診断マーカー候補を見出し、特許出願した。病院におけるゲノム医療部の発足に伴い、ゲノム医療部、遺伝子検査室と協力して、次世代シーケンサを用いる遺伝子検査システムの確立に向けて、準備やデータ収集を進めた。日本医療研究開発機構（AMED）の難治疾患の研究予算を得た研究の支援を行い、全ゲノム解析、疾患原因遺伝子の解析などを進めた。各研究室における研究概要は以下の通りである。

オミックス解析推進室ではゲノム医療の推進を図り、臨床オミックス検査の実現を目指すために、当センターが対象とすべき疾患、実施内容を選定し、解析必要数を決定、外部医療及び研究機関、学会等との連携を基盤として、大型研究費の申請を行った。遺伝子検査・研究用検体の登録と管理、遺伝子検査結果の記録・報告の基盤となる遺伝子検査情報管理システム構築を情報統括部、遺伝子検査室、バイオバンクと協力して推進した。外部機関との連携においては、阪大微研と連携協定を締結し、両者間でのスムーズな解析実施体制を整備し、多数の試料のRNA-seq解析、細菌遺伝子の解析などを行った。東北メディカルメガバンク（ToMMo）とは協力体制を強化し、次年度予算の申請を共同して行った。
ゲノム系解析室では、ゲノム医療推進の基盤を構築するために、ゲノム解析、トランスクリプトーム解析、エピゲノム(DNAメチル化：メチローム)解析を中心としたオミックス研究を推進し、外部機関との連携や解析の実施、分析技術の導入・活用に努めた。また、数多くの組織試料からDNAやRNAを調製し、品質評価を行った上で、次世代シーケンサ（NGS）を用いた循環器疾患標的遺伝子に対するパネル化遺伝子解析、RNA-seq解析、全ゲノム解析、DNAメチル化アレイ解析などを実施した。また、マルファン症候群と類縁疾患については、臨床実装に向けて、パネル化した遺伝子解析システムの作成を進めた。ホルマリン固定パラフィン包埋（FFPE）試料から抽出した分解度の高いRNAからのRNA-seq解析を可能とする手法について検討を進めている。
プロテオーム系解析室では、29年4月に専任室長が着任し、革新的解析技術の導入、対象範囲拡大、オープンイノベーションの一層の加速を推進した。即ち、超微量試料のプロテオーム解析手法やデータ解析システムの新規導入・開発に努め、FFPE試料やエクソソーム試料等の様々な試料に対応可能なプロテオーム解析方法及び体制作りを進めた。さらに、新規循環調節ペプチドの同定やオーファン受容体リガンドの同定を見据え、質量分析計を用いた未知化合物同定手法の確立にも努めた。これまでに蓄積してきたオミックス解析情報を基盤に、新規バイオマーカーの探索や検証、疾患重症度の診断法や予後予測法の開発などを外部機関とも共同して実施した。測定法の構築では、複数の内在分子型を持つペプチドや新たな循環調節ペプチドについて、各内在分子型、新規ペプチドに対する高感度特異的測定法を確立し、一部では臨床検体を用いて各分子の測定意義の解明と検証を進めた。さらにプロテオームの受託解析を開始し、当解析室の持つ先進的技術の還元にも努めた。
統合オミックス情報解析室では、ゲノムやトランスクリプトーム、プロテオーム解析などの多層オミックス解析から得られた大規模データの解析研究を推進し、これらのオミックス解析情報を繋ぐ解析を推進するため、統合オミックス解析のデータ解析手法を検討した。遺伝性不整脈、家族性高コレステロール血症、重症心不全をはじめとするさまざまな循環器疾患の発症に関わる分子機序の同定、診断用バイオマーカーの探索を、臨床部門や研究所と協力して実施した。昨年度の臨床オミックス検査用のベストプラクティス案提出に続いて、SOP作成のためにオミックス解析データの品質に関わる要因と、その評価用マーカーについて検討を進めている。NGSによるパネル化遺伝子解析をスムーズに進めるために、データ処理システムの構築を進めている。

２．2017年の主な研究成果

【オミックス解析推進室】
  • ゲノム医療研究等を推進し、AMEDなどの研究予算を獲得するために、病院診療科、研究所、外部機関と連携し、難治性疾患研究班や関連学会から情報を収集し、対象疾患、研究目標、オミックス解析内容と解析数、他機関との連携、データ共有方法などについて検討し、研究計画案を作成、提案した。東京大学を代表とする30年度開始の先端ゲノム研究開発への提案が採択され、その準備を開始した。
  • 遺伝子検査室や情報統括部、バイオバンクと共同して、内外より検体を受け付け、遺伝子検査を実施し、結果の登録、報告までを記録、管理する遺伝子検査情報管理システムを構築した。
  • 阪大微研とゲノム、メタゲノム、トランスクリプトーム解析とデータ解析、循環器病に対する感染症関与の解明において協力、推進する連携協定を4月に締結した。これを活用し、細菌のゲノム解析を依頼し、病院内感染の経路の同定に貢献できた。また、RNA-seq解析を推進すると共に、30年度に腸内細菌叢を解析する共同研究計画を作成し、さらに連携協定を強化することができた。
  • オミックス解析を推進するために、バイオバンク試料の収集管理（同意取得法を含む）、試料に付加する情報の在り方などについてバイオバンクと協議を進めた。

【ゲノム系解析室】
  • 調製するDNAやRNAの品質評価と品質の向上に努め、ゲノム系解析におけるSOP作成用の基礎情報を収集した。解析技術の導入や向上に努め、多様なゲノム関連解析を実施可能とした。
  • 昨年度末にNGS解析機器としてNextSeq500（イルミナ）を導入し、センター内における中規模のRNA-seq受託解析を開始した。本年度は阪大微研と連携したRNA-seq解析と合わせて、9件（111検体）の解析を実施した。
  • 心筋症、不整脈の原因遺伝子を中心としたパネル化遺伝子解析を、遺伝子変異を有する合計104検体で実施し、遺伝子変異の検出効率やエラー率などを評価した。また、検査法として臨床応用する際の問題点を明確すると共に、解析ソフトウエアの改良を統合オミックス情報解析室、病態ゲノム医学部と共同して実施した。
  • 病院周産期科と協力し、周産期心筋症の原因探索のために全ゲノム解析を32例で実施した。特発性血栓症患者についても、対象遺伝子の包括的なゲノム情報収集法作成を進めた。
  • マルファン症候群と類縁疾患の原因遺伝子15種について、ゲノム医療部と共同してパネル化遺伝子解析システムの開発を、次年度の解析を目指して進めた。
  • FFPE試料から抽出した分解度の高いRNAからのRNA-seq解析を実現可能とする手法について検討を進めると共に、PAXgene Tissueなどを用いる組織化学とオミックス解析が両立でき手法についても、病理部と共同して検討を進めている。

【プロテオーム系解析室】
  • 国立国際医療センター、国立精神神経医療センターと共同で、尿あるいは脳脊髄液中の診断用バイオマーカーの探索研究を推進した。改良した前処理法を適用して、尿試料、脳脊髄液試料約30例ずつのプロテオーム解析情報を取得し、変動タンパク質から新規バイオマーカーの探索を開始した。
  • 重症心不全における左室補助人工心臓（LVAD）装着によるリバースリモデリングの予測法の開発研究を推進した。予測アルゴリズムの精度向上および検証のために、新たに約50例の心筋組織試料でのプロテオーム、トランスクリプトーム、メチローム解析データの取得を開始した。
  • 大動脈瘤の多層的疾患オミックス解析研究より見出したタンパク質2種について、血液濃度を測定することで大動脈瘤患者と健常人を判別可能であることを確認し、大動脈瘤の新規診断用マーカーとして、特許出願した。
  • ゲル内消化法を用いたタンパク質同定解析やリン酸化プロテオーム解析の実施体制を整備し、当センター内における受託解析を開始した。また、エクソソームのプロテオーム解析の検証を開始し、実施可能であることを確認した。
  • 開発したC型ナトリウム利尿ペプチドの高感度測定系（CLEIA）は、添加回収試験、希釈試験、ゲル濾過解析より、ヒトを含む哺乳類CNPを特異的に検出、定量できた。また、LPS投与ラットの経時的発現解析から、血漿・組織中のCNP濃度が既報よりも早く変動することを見出した。
  • プレートと抗体の選択、バッファー組成や抗体標識法の改良により、マウスOsteocrin（OSTN）の特異的、高感度のCLEIAを構築できた。ヒトOSTNの測定系も検討を進めている。

【統合オミックス情報解析室】
  • AMED予算で実施した致死性遺伝性不整脈疾患２種、家族性高コレステロール血症などの新規病因遺伝子の情報解析を継続、推進した。
  • 心筋症や不整脈関連病因遺伝子に対する包括的なパネル化遺伝子解析系を用いて、NGSを用いた解析データより遺伝子検査を実施する際の問題点を明らかにし、その対応策の検討を行った。既存あるいはメーカー作成の解析ソフトウエア問題点を明らかしに、検出効率の向上と間違いの低減を目指した改良を行い、実用に向けて大きく前進することができた。以上を踏まえて、NGSを用いたパネル化遺伝子解析におけるデータ処理システムの構築を、病態ゲノム医学部と着手した。
  • プロテオーム系解析室と共同して、リバースリモデリングを評価可能とするバイオマーカーの探索、及び変動する分子経路の同定に関する研究を推進した。プロテオーム、メチローム、トランスクリプトーム解析データと各臨床パラメータとの相関や3層オミックスでの共通した変動から、リバースリモデリングの予測法に利用可能なマーカーを探索した。
  • 3層オミックス解析データを用いた拡張型心筋症と拡張相肥大型心筋症の鑑別診断マーカーや重症心不全における心機能の重症度評価マーカーを産業技術総合研究所と共同して探索した。特に、鑑別診断マーカーについてはメチローム情報を用いることで両疾患が区分可能であることを見出し、DNAメチル化サイトの個別測定法の検証に着手した。

研究業績
  1. Akiyama M, Okada Y, Kanai M, Takahashi A, Momozawa Y, Ikeda M, Iwata N, Ikegawa S, Hirata M, Matsuda K, Iwasaki M, Yamaji T, Sawada N, Hachiya T, Tanno K, Shimizu A, Hozawa A, Minegishi N, Tsugane S, Yamamoto M, Kubo M, Kamatani Y. Genome-wide association study identifies 112 new loci for body mass index in the Japanese population. Nature Genetics. 49, 1458-1467, 2017.
  2. Bae CR, Hino J, Hosoda H, Arai Y, Son C, Makino H, Tokudome T, Tomita T, Kimura T, Nojiri T, Hosoda K, Miyazato M, Kangawa K. Overexpression of C-type Natriuretic Peptide in Endothelial Cells Protects against Insulin Resistance and Inflammation during Diet-induced Obesity. Scientific Reports. 7, 9807, 2017.
  3. Hachiya T, Kamatani Y, Takahashi A, Hata J, Furukawa R, Shiwa Y, Yamaji T, Hara M, Tanno K, Ohmomo H, Ono K, Takashima N, Matsuda K, Wakai K, Sawada N, Iwasaki M, Yamagishi K, Ago T, Ninomiya T, Fukushima A, Hozawa A, Minegishi N, Satoh M, Endo R, Sasaki M, Sakata K, Kobayashi S, Ogasawara K, Nakamura M, Hitomi J, Kita Y, Tanaka K, Iso H, Kitazono T, Kubo M, Tanaka H, Tsugane S, Kiyohara Y, Yamamoto M, Sobue K, Shimizu A. Genetic Predisposition to Ischemic Stroke: A Polygenic Risk Score. Stroke. 48, 253-258, 2017.
  4. Kim JJ, Yun SW, Yu JJ, Yoon KL, Lee KY, Kil HR, Kim GB, Han MK, Song MS, Lee HD, Ha KS, Sohn S, Johnson TA, Takahashi A, Kubo M, Tsunoda T, Ito K, Onouchi Y, Hong YM, Jang GY, Lee JK, Korean Kawasaki Dis Genetics C. A genome-wide association analysis identifies NMNAT2 and HCP5 as susceptibility loci for Kawasaki disease. Journal of Human Genetics. 62, 1023-1029, 2017.
  5. Nagai-Okatani C, Kangawa K, Minamino N. Three molecular forms of atrial natriuretic peptides: quantitative analysis and biological characterization. Journal of Peptide Science. 23, 486-495, 2017.
  6. Nakagawa Y, Nishikimi T, Kuwahara K, Fujishima A, Oka S, Tsutamoto T, Kinoshita H, Nakao K, Cho K, Inazumi H, Okamoto H, Nishida M, Kato T, Fukushima H, Yamashita JK, Wijnen WJ, Creemers EE, Kangawa K, Minamino N, Nakao K, Kimura T. MiR30-GALNT1/2 Axis-Mediated Glycosylation Contributes to the Increased Secretion of Inactive Human Prohormone for Brain Natriuretic Peptide (proBNP) From Failing Hearts. Journal of the American Heart Association. 6, e003601, 2017.
  7. Nakayama A, Nakaoka H, Yamamoto K, Sakiyama M, Shaukat A, Toyoda Y, Okada Y, Kamatani Y, Nakamura T, Takada T, Inoue K, Yasujima T, Yuasa H, Shirahama Y, Nakashima H, Shimizu S, Higashino T, Kawamura Y, Ogata H, Kawaguchi M, Ohkawa Y, Danjoh I, Tokumasu A, Ooyama K, Ito T, Kondo T, Wakai K, Stiburkova B, Pavelka K, Stamp LK, Dalbeth N, Consortium E, Sakurai Y, Suzuki H, Hosoyamada M, Fujimori S, Yokoo T, Hosoya T, Inoue I, Takahashi A, Kubo M, Ooyama H, Shimizu T, Ichida K, Shinomiya N, Merriman TR, Matsuo H. GWAS of clinically defined gout and subtypes identifies multiple susceptibility loci that include urate transporter genes. Annals of the Rheumatic Diseases. 76, 869-877, 2017.
  8. Shindo K, Asakura M, Min KD, Ito S, Fu HY, Yamazaki S, Takahashi A, Imazu M, Fukuda H, Nakajima Y, Asanuma H, Minamino T, Takashima S, Minamino N, Mochizuki N, Kitakaze M. Cartilage Intermediate Layer Protein 1 Suppresses TGF-β Signaling in Cardiac Fibroblasts. International Journal of Gerontology. 11, 67-74, 2017.
  9. Takayama K, Mori K, Tanaka A, Nomura E, Sohma Y, Mori M, Taguchi A, Taniguchi A, Sakane T, Yamamoto A, Minamino N, Miyazato M, Kangawa K, Hayashi Y. Discovery of a Human Neuromedin U Receptor 1-Selective Hexapeptide Agonist with Enhanced Serum Stability. Journal of Medicinal Chemistry. 60, 5228-5234, 2017.
  10. Takeda H, Ueda Y, Inuzuka T, Yamashita Y, Osaki Y, Nasu A, Umeda M, Takemura R, Seno H, Sekine A, Marusawa H. Evolution of multi-drug resistant HCV clones from pre-existing resistant-associated variants during direct-acting antiviral therapy determined by third-generation sequencing. Scientific Reports. 7, 45605, 2017.
  11. Xiao X, Wang L, Wang C, Yuan TF, Zhou D, Zheng F, Li L, Grigoroiu-Serbanescu M, Ikeda M, Iwata N, Takahashi A, Kamatani Y, Kubo M, Preisig M, Kutalik Z, Castelao E, Pistis G, Amin N, van Duijn CM, Forstner AJ, Strohmaier J, Hecker J, Schulze TG, Muller-Myhsok B, Reif A, Mitchell PB, Martin NG, Schofield PR, Cichon S, Nothen MM, Chang H, Luo XJ, Fang Y, Yao YG, Zhang C, Rietschel M, Li M; Advanced Collaborative Study of Mood Disorder (COSMO) Team, MooDS Bipolar Consortium. Common variants at 2q11.2, 8q21.3, and 11q13.2 are associated with major mood disorders. Translational Psychiatry. 7, 1273, 2017.
  12. 南野 直人, 寒川 賢治. 日本のパイオニア BNPの発見と臨床応用. 循環器専門医. 25, 261-267, 2017.