分子生物学部
研究活動の概要

ヒトは30億塩基対からなるゲノムによって、その遺伝的背景が決まっています。そして、そのゲノムのほんの一部の変化によって、多くの遺伝性疾患は発症します。分子生物学部では、単一遺伝子の変異によって発症すると考えられている遺伝性不整脈や心筋症などの遺伝性循環器疾患について、次世代シークエンサー等の機器を用いて、その遺伝的な原因を明らかにします。そして遺伝的背景生じる疾患発症へのメカニズムを電気生理学的、生化学的手法を用いて明らかにし、そこで得られた知見を元に、有効な治療薬の開発に結びつけていきます。
また単一遺伝子によって発症する疾患のみならず、ゲノムワイド関連解析などの手法を用い、弱い作用を持つ遺伝子多型の違いによって、どのように循環器疾患発症リスクが異なっているのか、解析を進めていきます。さらにセンター内における疾患モデル動物作成の支援を行っています。

2019年の主な研究成果
  1. 早期再分極症候群（ERS）の原因遺伝子変異を同定し、発症メカニズムおよび薬剤反応性を解明
     ERSの原因遺伝子として、これまでにも複数の遺伝子が報告されているものの、類縁疾患であるBrugada症候群等との鑑別が難しい遺伝子が大半であった。我々はERS患者に、一過性外向きカリウム電流（Ito）チャネルのαサブユニットをコードするKCND3の新規突然変異を同定し、変異チャネルでのIto増加がERSの原因であることを証明した。さらに患者の心室不整脈抑制に有効であったキニジンが、この変異チャネルでのIto増加を抑制することを示した。

  2. バイオバンク登録肥大型心筋症（HCM）患者の全エクソン解析を実施
     HCMは罹患頻度が500人に1人程度と、最も頻度の高い遺伝性循環器疾患であるが、遺伝型と表現型との関連は明らかにされていない。また拡張相へ移行する重症例との鑑別法も確立されていない。我々はバイオバンクに登録されている100名のHCM患者の全エクソン解析を実施した。64名については解析が完了し、27名に既報の遺伝子に原因となる遺伝子変異を同定した。今後、重症化症例について、詳細な解析を行う。

  3. short read 型次世代シークエンサーでは同定困難であったゲノムDNA構造異常を同定するため、1分子シークエンサーであるナノポアシークエンサーでの解析を開始
     一般的な次世代シークエンサーは300bp程度までの配列しか一度に解析することができないため、short read sequencerと呼ばれる。この場合、繰り返し配列や大規模なゲノム構造異常については、同定することができない。最近開発された1分子シークエンサーであるナノポアシークエンサーは、数万塩基を連続して解析することができる。我々はこのナノポア―シークエンサーを用いて、ゲノム構造異常が疑われていた症例について、大規模なDNA欠損とbreak pointの同定に成功した。今後、short read sequencerでは変異が同定されなかった症例について、ゲノム構造異常の解析を実施する。

  4. 洞不全症候群（SSS）の遺伝的背景の解明
     SSSは類縁疾患の心房細動と比較し、リスクとなる遺伝的背景が明らかにされていない。そこで全国の不整脈診療施設から3000人を目標にSSS患者を登録し、SNP typingを実施している。これらのデータを集積し、ゲノムワイド関連解析を行い、SSSのリスクアレルを同定する。

  5. CRISPR/Cas9システムを導入し、生殖発生工学技術を用いたゲノム編集動物作製法の開発研究を実施
     2013年に開発されたCRISPR/Cas9を取り入れ、これまでに様々な遺伝子に対して変異を導入した疾患モデル動物の開発に成功してきた。それらに資する基盤研究として、生殖細胞を用いた発生工学技術の改良を進めており、今後はラットでもマウスと同程度の遺伝子改変ができるように技術習得と作製法の確立を目指していく。

研究業績
  1. Dharmawan T, Nakajima T, Ohno S, Iizuka T, Tamura S, Kaneko Y, Horie M, Kurabayashi M. Identification of a novel exon3 deletion of RYR2 in a family with catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia. Annals of Noninvasive Electrocardiology. 24, e12623, 2019.
  2. Izuo N, Murakami K, Fujihara Y, Maeda M, Saito T, Saido TC, Irie K, Shimizu T. An App knock-in mouse inducing the formation of a toxic conformer of Aβ as a model for evaluating only oligomer-induced cognitive decline in Alzheimer's disease. Biochemical and Biophysical Research Communications. 515, 462-467, 2019.
  3. Lu YG, Oura S, Matsumura T, Oji A, Sakurai N, Fujihara Y, Shimada K, Miyata H, Tobita T, Noda T, Castaneda JM, Kiyozumi D, Zhang Q, Larasati T, Young SAM, Kodani M, Huddleston CA, Robertson MJ, Coarfa C, Isotani A, Aitken RJ, Okabe M, Matzuk MM, Garcia TX, Ikawa M. CRISPR/Cas9-mediated genome editing reveals 30 testis-enriched genes dispensable for male fertility in mice. Biology of Reproduction. 101, 501-511, 2019.
  4. Wakisaka KT, Tanaka R, Hirashima T, Muraoka Y, Azuma Y, Yoshida H, Tokuda T, Asada S, Suda K, Ichiyanagi K, Ohno S, Itoh M, Yamaguchi M. Novel roles of Drosophila FUS and Aub responsible for piRNA biogenesis in neuronal disorders. Brain Research. 1708, 207-219, 2019.
  5. Yamada N, Asano Y, Fujita M, Yamazaki S, Inanobe A, Matsuura N, Kobayashi H, Ohno S, Ebana Y, Tsukamoto O, Ishino S, Takuwa A, Kioka H, Yamashita T, Hashimoto N, Zankov DP, Shimizu A, Asakura M, Asanuma H, Kato H, Nishida Y, Miyashita Y, Shinomiya H, Naiki N, Hayashi K, Makiyama T, Ogita H, Miura K, Ueshima H, Komuro I, Yamagishi M, Hone M, Kawakami K, Furukawa T, Koizumi A, Kurachi Y, Sakata Y, Minamino T, Kitakaze M, Takashima S. Mutant KCNJ3 and KCNJ5 Potassium Channels as Novel Molecular Targets in Bradyarrhythmias and Atrial Fibrillation. Circulation. 139, 2157-2169, 2019.
  6. van der Werf C, Lieve KV, Bos JM, Lane CM, Denjoy I, Roses-Noguer F, Aiba T, Wada Y, Ingles J, Leren IS, Rudic B, Schwartz PJ, Maltret A, Sacher F, Skinner JR, Krahn AD, Roston TM, Tfelt-Hansen J, Swan H, Robyns T, Ohno S, Roberts JD, van den Berg MP, Kammeraad JA, Probst V, Kannankeril PJ, Blom NA, Behr ER, Borggrefe M, Haugaa KH, Semsarian C, Horie M, Shimizu W, Till JA, Leenhardt A, Ackerman MJ, Wilde AA. Implantable cardioverter-defibrillators in previously undiagnosed patients with catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia resuscitated from sudden cardiac arrest. European Heart Journal. 40, 2953-2961, 2019.
  7. Crotti L, Spazzolini C, Tester DJ, Ghidoni A, Baruteau AE, Beckmann BM, Behr ER, Bennett JS, Bezzina CR, Bhuiyan ZA, Celiker A, Cerrone M, Dagradi F, De Ferrari GM, Etheridge SP, Fatah M, Garcia-Pavia P, Al-Ghamdi S, Hamilton RM, Al-Hassnan ZN, Horie M, Jimenez-Jaimez J, Kanter RJ, Kaski JP, Kotta MC, Lahrouchi N, Makita N, Norrish G, Odland HH, Ohno S, Papagiannis J, Parati G, Sekarski N, Tveten K, Vatta M, Webster G, Wilde AAM, Wojciak J, George AL, Ackerman MJ, Schwartz PJ. Calmodulin mutations and life-threatening cardiac arrhythmias: insights from the International Calmodulinopathy Registry. European Heart Journal. 40, 2964-2975, 2019.
  8. Takayama K, Ohno S, Ding WG, Ashihara T, Fukumoto D, Wada Y, Makiyama T, Kise H, Hoshiai M, Matsuura H, Horie M. A de novo gain-of-function KCND3 mutation in early repolarization syndrome. Heart Rhythm. 16, 1698-1706, 2019.
  9. Shimizu W, Makimoto H, Yamagata K, Kamakura T, Wada M, Miyamoto K, Inoue-Yamada Y, Okamura H, Ishibashi K, Noda T, Nagase S, Miyazaki A, Sakaguchi H, Shiraishi I, Makiyama T, Ohno S, Itoh H, Watanabe H, Hayashi K, Yamagishi M, Morita H, Yoshinaga M, Aizawa Y, Kusano K, Miyamoto Y, Kamakura S, Yasuda S, Ogawa H, Tanaka T, Sumitomo N, Hagiwara N, Fukuda K, Ogawa S, Aizawa Y, Makita N, Ohe T, Horie M, Aiba T. Association of Genetic and Clinical Aspects of Congenital Long QT Syndrome With Life-Threatening Arrhythmias in Japanese Patients. JAMA Cardiology. 4, 246-254, 2019.
  10. Kimani C, Kadota A, Miura K, Fujiyoshi A, Zaid M, Kadowaki S, Hisamatsu T, Arima H, Horie M, Ueshima H; SESSA Research Group. Differences Between Coronary Artery Calcification and Aortic Artery Calcification in Relation to Cardiovascular Disease Risk Factors in Japanese Men. Journal of Atherosclerosis and Thrombosis. 26, 452-464, 2019.
  11. Honda M, Tsuchimochi H, Hitachi K, Ohno S. Transcriptional cofactor Vgll2 is required for functional adaptations of skeletal muscle induced by chronic overload. Journal of Cellular Physiology. 234, 15809-15824, 2019.
  12. Fujita S, Nakagawa R, Futatani T, Igarashi N, Fuchigami T, Saito S, Ohno S, Horie M, Hatasaki K. Long QT syndrome with a de novo CALM2 mutation in a 4-year-old boy. Pediatrics International. 61, 852-858, 2019.
  13. Fujihara Y, Noda T, Kobayashi K, Oji A, Kobayashi S, Matsumura T, Larasati T, Oura S, Kojima-Kita K, Yu ZF, Matzuk MM, Ikawa M. Identification of multiple male reproductive tract-specific proteins that regulate sperm migration through the oviduct in mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116, 18498-18506, 2019.
  14. Takaki T, Inagaki A, Chonabayashi K, Inoue K, Miki K, Ohno S, Makiyama T, Horie M, Yoshida Y. Optical Recording of Action Potentials in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiac Single Cells and Monolayers Generated from Long QT Syndrome Type 1 Patients. Stem Cells International. 2019, 7532657, 2019.
  15. Wu Q, Hayashi H, Hira D, Sonoda K, Ueshima S, Ohno S, Makiyama T, Terada T, Katsura T, Miura K, Horie M. Genetic variants of alcohol-metabolizing enzymes in Brugada syndrome: Insights into syncope after drinking alcohol. Journal of Arrhythmia. 35, 752-759, 2019.
  16. Sakamoto N, Natori S, Hosoguchi S, Minoshima A, Noro T, Akasaka K, Sato N, Ohno S, Ikeda Y, Ishibashi-Ueda H, Horie M, Hasebe N. Left-Dominant Arrhythmogenic Cardiomyopathy With Heterozygous Mutations in DSP and MYBPC3. Circulation: Cardiovascular imaging. 12, e008913, 2019.
  17. Horigome H, Ishikawa Y, Kokubun N, Yoshinaga M, Sumitomo N, Lin L, Kato Y, Tanabe-Kameda Y, Ohno S, Nagashima M, Horie M. Multivariate analysis of TU wave complex on electrocardiogram in Andersen-Tawil syndrome with KCNJ2 mutations. Annals of Noninvasive Electrocardiology. Epub, 2019.
  18. Kawai H, Watanabe E, Ohno S, Horie M, Ozaki Y. Cardiac Arrest Associated with Both an Anomalous Left Coronary Artery and KCNE1 Polymorphism. International Heart Journal. 60, 1003-1005, 2019.
  19. Hasegawa K, Morishita T, Miyanaga D, Hisazaki K, Kaseno K, Miyazaki S, Uzui H, Ohno S, Horie M, Tada H. Medical Castration is a Rare but Possible Trigger of Torsade de Pointes and Ventricular Fibrillation. International Heart Journal. 60, 193-198, 2019.
  20. Noda T, Fujihara Y, Matsumura T, Oura S, Kobayashi S, Ikawa M. Seminal vesicle secretory protein 7, PATE4, is not required for sperm function but for copulatory plug formation to ensure fecundity. Biology of Reproduction. 100, 1035-1045, 2019.
  21. Kanayama T, Tomita H, Binh NH, Hatano Y, Aoki H, Okada H, Hirata A, Fujihara Y, Kunisada T, Hara A. Characterization of a BAC transgenic mouse expressing Krt19-driven iCre recombinase in its digestive organs. PLoS One. 14, e0220818, 2019.
  22. Noda T, Sakurai N, Nozawa K, Kobayashi S, Devlin DJ, Matzuk MM, Ikawa M. Nine genes abundantly expressed in the epididymis are not essential for male fecundity in mice. Andrology. 7, 644-653, 2019.
  23. Zankov DP, Salloum FN, Jiang M, Tseng GN. Chronic in vivo angiotensin II administration differentially modulates the slow delayed rectifier channels in atrial and ventricular myocytes. Heart Rhythm. 16, 108-116, 2019.
  24. 大野 聖子. 不整脈原性右室心筋症を識る 不整脈原性右室心筋症の原因・診断・予後について. Heart View. 23, 1169-1175, 2019.
  25. 大野 聖子. 不整脈原性右室心筋症. 日本臨床 別冊 循環器症候群（第3版）I. 236-241, 2019.
  26. 大野 聖子. 不整脈原性右室心筋症. 医学のあゆみ. 268, 715-721, 2019.
  27. 大野 聖子. 心筋症・不整脈における遺伝子診断の進歩. 心臓. 51, 1247-1251, 2019.