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。そして個々人に応じた医療、いわゆるPrecision Medicineの実践を目指します。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。

2020年の主な研究成果
  1. 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108名のHCM患者の全エクソン解析を実施した。このうち48人が拡張相に移行していた。その結果、54人に55個のHCMの原因と考えられる変異を同定した。今後、重症化に関連した遺伝的要因について、詳細な解析を行う。

  2. 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。

  3. 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。そこで国循バイオバク及び全国の不整脈診療施設から登録された3000人のSSS患者についてSNP typingを実施し、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。

  4. 不整脈原性右室心筋症の分子メカニズムに基づくエビデンス創出研究
     不整脈原性右室心筋症（ARVC）は右室の変性と右室由来の心室不整脈を特徴とする特発性心筋症であり、主に細胞間接着として機能するデスモゾーム変異を原因とする。日本人に多い2つのDSG2変異（R297C, D499A）のモデルマウスをCRISPR/Cas9システムを用いて作成し、解析を行っている。

  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. Robertson MJ, Kent K, Tharp N, Nozawa K, Dean L, Mathew M, Grimm SL, Yu Z, Legare C, Fujihara Y, Ikawa M, Sullivan R, Coarfa C, Matzuk MM, Garcia TX. Large-scale discovery of male reproductive tract-specific genes through analysis of RNA-seq datasets. BMC Biology. 18, 103, 2020.
  2. Kato K, Ozawa T, Ohno S, Nakagawa Y, Horie M. Postoperative supraventricular tachycardia and polymorphic ventricular tachycardia due to a novel SCN5A variant: a case report of a rare comorbidity that is difficult to diagnose. BMC Cardiovascular Disorders. 20, 315, 2020.
  3. Abbasi F, Kodani M, Emori C, Kiyozumi D, Mori M, Fujihara Y, Ikawa M. CRISPR/Cas9-Mediated Genome Editing Reveals Oosp Family Genes are Dispensable for Female Fertility in Mice. Cells. 9, 821, 2020.
  4. Ogawa K, Noda A, Ueda J, Ogata T, Matsuyama R, Nishizawa Y, Qiao S, Iwata S, Ito M, Fujihara Y, Ichihara M, Adachi K, Takaoka Y, Iwamoto T. Forced expression of miR-143 and-145 in cardiomyocytes induces cardiomyopathy with a reductive redox shift. Cellular & Molecular Biology Letters. 25, 40, 2020.
  5. Lahrouchi N, Tadros R, Crotti L, Mizusawa Y, Postema PG, Beekman L, Walsh R, Hasegawa K, Barc J, Ernsting M, Turkowski KL, Mazzanti A, Beckmann BM, Shimamoto K, Diamant UB, Wijeyeratne YD, Kucho Y, Robyns T, Ishikawa T, Arbelo E, Christiansen M, Winbo A, Jabbari R, Lubitz SA, Steinfurt J, Rudic B, Loeys B, Shoemaker MB, Weeke PE, Pfeiffer R, Davies B, Andorin A, Hofman N, Dagradi F, Pedrazzini M, Tester DJ, Bos JM, Sarquella-Brugada G, Campuzano O, Platonov PG, Stallmeyer B, Zumhagen S, Nannenberg EA, Veldink JH, van den Berg LH, Al-Chalabi A, Shaw CE, Shaw PJ, Morrison KE, Andersen PM, Muller-Nurasyid M, Cusi D, Barlassina C, Galan P, Lathrop M, Munter M, Werge T, Ribases M, Aung T, Khor CC, Ozaki M, Lichtner P, Meitinger T, van Tintelen JP, Hoedemaekers Y, Denjoy I, Leenhardt A, Napolitano C, Shimizu W, Schott JJ, Gourraud JB, Makiyama T, Ohno S, Itoh H, Krahn AD, Antzelevitch C, Roden DM, Saenen J, Borggrefe M, Odening KE, Ellinor PT, Tfelt-Hansen J, Skinner JR, van den Berg MP, Olesen MS, Brugada J, Brugada R, Makita N, Breckpot J, Yoshinaga M, Behr ER, Rydberg A, Aiba T, Kaab S, Priori SG, Guicheney P, Tan HL, Newton-Cheh C, Ackerman MJ, Schwartz PJ, Schulze-Bahr E, Probst V, Horie M, Wilde AA, Tanck MWT, Bezzina CR. Transethnic Genome-Wide Association Study Provides Insights in the Genetic Architecture and Heritability of Long QT Syndrome. Circulation. 142, 324-338, 2020.
  6. Fukuyama M, Ohno S, Ozawa J, Kato K, Makiyama T, Nakagawa Y, Horie M. High Prevalence of Late-Appearing T-Wave in Patients With Long QT Syndrome Type 8. Circulation Journal. 84, 559-568, 2020.
  7. Ishikawa T, Mishima H, Barc J, Takahashi MP, Hirono K, Terada S, Kowase S, Sato T, Mukai Y, Yui Y, Ohkubo K, Kimoto H, Watanabe H, Hata Y, Aiba T, Ohno S, Chishaki A, Shimizu W, Horie M, Ichida F, Nogami A, Yoshiura KI, Schott JJ, Makita N. Cardiac Emerinopathy: A Nonsyndromic Nuclear Envelopathy With Increased Risk of Thromboembolic Stroke Due to Progressive Atrial Standstill and Left Ventricular Noncompaction. Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology. 13, 1165-1174, 2020.
  8. Tsuruta Y, Sueta D, Takashio S, Oda S, Sakamoto K, Kaikita K, Kato K, Ohno S, Horie M, Tsujita K. Left-dominant arrhythmogenic cardiomyopathy with a nonsense mutation in DSP. ESC Heart Failure. 7, 3174-3178, 2020.
  9. Shimizu A, Zankov DP, Sato A, Komeno M, Toyoda F, Yamazaki S, Makita T, Noda T, Ikawa M, Asano Y, Miyashita Y, Takashima S, Morita H, Ishikawa T, Makita N, Hitosugi M, Matsuura H, Ohno S, Horie M, Ogita H. Identification of transmembrane protein 168 mutation in familial Brugada syndrome. The FASEB Journal. 34, 6399-6417, 2020.
  10. Hirose S, Makiyama T, Melgari D, Yamamoto Y, Wuriyanghai Y, Yokoi F, Nishiuchi S, Harita T, Hayano M, Kohjitani H, Gao J, Kashiwa A, Nishikawa M, Wu J, Yoshimoto J, Chonabayashi K, Ohno S, Yoshida Y, Horie M, Kimura T. Propranolol Attenuates Late Sodium Current in a Long QT Syndrome Type 3-Human Induced Pluripotent Stem Cell Model. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 8, 761, 2020.
  11. Hirono K, Miyao N, Yoshinaga M, Nishihara E, Yasuda K, Tateno S, Ayusawa M, Sumitomo N, Horigome H, Iwamoto M, Takahashi H, Sato S, Kogaki S, Ohno S, Hata T, Hazeki D, Izumida N, Nagashima M, Ohta K, Tauchi N, Ushinohama H, Doi S, Ichida F. A significance of school screening electrocardiogram in the patients with ventricular noncompaction. Heart and Vessels. 35, 985-995, 2020.
  12. Ohno S, Ozawa J, Fukuyama M, Makiyama T, Horie M. An NGS-based genotyping in LQTS; minor genes are no longer minor. Journal of Human Genetics. 65, 1083-1091, 2020.
  13. Sonoda K, Ohno S, Shimizu Y, Kaitani K, Makiyama T, Nakagawa Y, Horie M. SCN5A mutation identified in a patient with short-coupled variant of torsades de pointes. PACE-Pacing and Clinical Electrophysiology. 43, 456-461, 2020.
  14. Fujihara Y, Lu Y, Noda T, Oji A, Larasati T, Kojima-Kita K, Yu Z, Matzuk RM, Matzuk MM, Ikawa M. Spermatozoa lacking Fertilization Influencing Membrane Protein (FIMP) fail to fuse with oocytes in mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 117, 9393-9400, 2020.
  15. Noda T, Lu Y, Fujihara Y, Oura S, Koyano T, Kobayashi S, Matzuk MM, Ikawa M. Sperm proteins SOF1, TMEM95, and SPACA6 are required for sperm-oocyte fusion in mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 117, 11493-11502, 2020.
  16. Wijeyeratne YD, Tanck MW, Mizusawa Y, Batchvarov V, Barc J, Crotti L, Bos JM, Tester DJ, Muir A, Veltmann C, Ohno S, Page SP, Galvin J, Tadros R, Muggenthaler M, Raju H, Denjoy I, Schott JJ, Gourraud JB, Skoric-Milosavljevic D, Nannenberg EA, Redon R, Papadakis M, Kyndt F, Dagradi F, Castelletti S, Torchio M, Meitinger T, Lichtner P, Ishikawa T, Wilde AAM, Takahashi K, Sharma S, Roden DM, Borggrefe MM, McKeown PP, Shimizu W, Horie M, Makita N, Aiba T, Ackerman MJ, Schwartz PJ, Probst V, Bezzina CR, Behr ER. SCN5A Mutation Type and a Genetic Risk Score Associate Variably With Brugada Syndrome Phenotype in SCN5A Families. Circulation: Genomic and Precision Medicine. 13, e002911, 2020.
  17. Segawa H, Kondo K, Kadota A, Yamauchi H, Ohno S, Tanaka-Mizuno S, Okuda N, Miyagawa N, Arima H, Okamura T, Miura K, Okayama A, Ueshima H; The Nippon Data Research Group. Association of Red Meat Intake with the Risk of Cardiovascular Mortality in General Japanese Stratified by Kidney Function: NIPPON DATA80. Nutrients. 12, 3707, 2020.
  18. Nozaki Y, Kato Y, Uike K, Yamamura K, Kikuchi M, Yasuda M, Ohno S, Horie M, Murayama T, Kurebayashi N, Horigome H. Co-Phenotype of Left Ventricular Non-Compaction Cardiomyopathy and Atypical Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia in Association With R169Q, a Ryanodine Receptor Type 2 Missense Mutation. Circulation Journal. 84, 226-234, 2020.
  19. Kato K, Ohno S, Sonoda K, Fukuyama M, Makiyama T, Ozawa T, Horie M. LMNA Missense Mutation Causes Nonsense-Mediated mRNA Decay and Severe Dilated Cardiomyopathy. Circulation: Genomic and Precision Medicine. 13, 435-443, 2020.
  20. Kiyozumi D, Noda T, Yamaguchi R, Tobita T, Matsumura T, Shimada K, Kodani M, Kohda T, Fujihara Y, Ozawa M, Yu Z, Miklossy G, Bohren KM, Horie M, Okabe M, Matzuk MM, Ikawa M. NELL2-mediated lumicrine signaling through OVCH2 is required for male fertility. Science. 368, 1132-1135, 2020.
  21. Oji A, Isotani A, Fujihara Y, Castaneda JM, Oura S, Ikawa M. TESMIN, METALLOTHIONEIN-LIKE 5, is Required for Spermatogenesis in Mice. Biology of Reproduction. 102, 975-983, 2020.
  22. Park S, Shimada K, Fujihara Y, Xu Z, Shimada K, Larasati T, Pratiwi P, Matzuk RM, Devlin DJ, Yu Z, Garcia TX, Matzuk MM, Ikawa M. CRISPR/Cas9-mediated genome-editied mice reveal 10 testis-enriched genes are dispensable for male fecundity. Biology of Reproduction. 103, 195-204, 2020.
  23. Larasati T, Noda T, Fujihara Y, Shimada K, Tobita T, Yu Z, Matzuk MM, Ikawa M. Tmprss12 is required for sperm motility and uterotubal junction migration in mice. Biology of Reproduction. 103, 254-263, 2020.
  24. Kim H, Takegahara N, Walsh MC, Middleton SA, Yu J, Shirakawa J, Ueda J, Fujihara Y, Ikawa M, Ishii M, Kim J, Choi Y. IgSF11 regulates osteoclast differentiation through association with the scaffold protein PSD-95. Bone Research. 8, 5, 2020.
  25. Kim H, Takegahara N, Walsh MC, Ueda J, Fujihara Y, Ikawa M, Choi Y. Protocadherin-7 contributes to maintenance of bone homeostasis through regulation of osteoclast multinucleation. BMB Reports. 53, 472-477, 2020.
  26. Tsumagari R, Kakizawa S, Kikunaga S, Fujihara Y, Ueda S, Yamanoue M, Saito N, Ikawa M, Shirai Y. DGKγ Knock-Out Mice Show Impairments in Cerebellar Motor Coordination, LTD, and the Dendritic Development of Purkinje Cells through the Activation of PKCγ. eNeuro. 7, ENEURO.0319-19.2020, 2020.
  27. Furukawa K, Suzuki T, Ishiguro H, Morikawa H, Sonoda K, Iijima K, Ito M, Hanyu O, Sone H. Prevention of postprandial hypotension-related syncope by caffeine in a patient with long-standing diabetes mellitus. Endocrine Journal. 67, 585-592, 2020.
  28. 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. 25, e12721, 2020.
  29. 大野 聖子. カテコラミン誘発多形性心室頻拍のPrecision medicine. 医学のあゆみ. 272, 1269-1273, 2020.