理化学研究所、骨・関節・皮膚を広範に犯す難病の原因遺伝子を発見

骨・関節、皮膚を広範に犯す難病の原因遺伝子を発見
−新たな疾患概念「GAG結合領域病」を提起し、その病態解明に向けた第一歩−



＜ポイント＞
　・骨格異常を起こす難病の原因遺伝子「B３GALT６」を次世代シーケンサーで発見
　・B３GALT６の変異は骨、軟骨、靱帯、皮膚などさまざまな組織の異常を引き起こす
　・診断困難だった重度の骨格異常を起こす難病に対し、遺伝子診断が可能に


＜要旨＞
　理化学研究所（理研、野依良治理事長）は、骨や関節、軟骨、靱帯、皮膚など広い範囲の組織で異常を引き起こす一連の遺伝性難治疾患の原因が、グリコサミノグリカン（GAG）という糖鎖の合成に重要な「B３GALT６遺伝子」であることを発見しました。これは、理研　統合生命医科学研究センター（小安重夫センター長代行）骨関節疾患研究チームの池川志郎チームリーダー、中島正宏特別研究員、北海道大学大学院先端生命科学研究院の菅原一幸教授、水本秀二博士研究員、横浜市立大学環境分子医科学の三宅紀子准教授、松本直通教授らを中心とする共同研究グループと日本全国の臨床医の協力［１］による成果です。

　細胞と細胞の間を埋める基質の主要な構成成分であるプロテオグリカン（PG）は、骨や軟骨、皮膚、血管など私たちの体のあらゆる部分に存在し、組織の形成と維持、調節に重要な役割を担っています。PGはタンパク質（コアタンパク質）と数本〜百本程度のグリコサミノグリカン（GAG）という糖鎖が結合領域を介してつながっています。この結合領域の合成に必要な酵素がB３GALT６タンパク質です。

　共同研究グループは、脊柱の変形や関節の脱臼など、重度の骨格異常を起こす原因不明の遺伝性難治疾患「関節弛緩を伴う脊椎骨端骨幹端異形成症I型（SEMD−JL１）」の患者６家系の遺伝子を次世代シーケンサー［２］で解析し、B３GALT６遺伝子の変異を発見、その酵素機能が喪失していることを見いだしました。

　共同研究グループはさらに、SEMD−JL１と似た骨格異常に加えて、皮膚の萎縮や過伸展、筋緊張低下がみられるため、従来は全く別の疾患として考えられていた先天性結合組織疾患の１つ「エーラス・ダンロス症候群早老性型」の患者にも、同様のB３GALT６遺伝子変異を発見しました。

　今回、B３GALT６遺伝子の機能障害でGAG結合領域が正常に合成できないと、骨、軟骨、靱帯、皮膚など多様な組織で異常を引き起こすことが分かりました。これは、単なる難病の原因の１つを発見しただけでなく、「GAG結合領域病」という新たな疾患概念を提起するとともに、PGの代謝や機能におけるGAG結合領域の機構とその重要性を理解する上で大きな成果となります。

　本研究は、厚生労働省難病関係研究分野のプロジェクト『遺伝性難治疾患の網羅的エクソーム解析拠点の構築（松本直通班長）』の一環として行われたもので、米国人類遺伝学会の機関誌『American　Journal　of　Human　Genetics』オンライン版（５月９日付け：日本時間５月１０日）に掲載されます。


＜背景＞
　骨・関節には数多くの遺伝性難治疾患が存在します。その中の１つ「関節弛緩を伴う脊椎骨端骨幹端異形成症I型」（SEMD−JL１：spondyloepimetaphyseal　dysplasia　with　joint　laxity，type　１）は、脊柱が後方や側方へねじれ曲がる後側彎（こうそくわん）などの脊椎の変形や、肘や膝の関節の変形や脱臼など、重度の骨格異常をきたす難病です（図１A〜C）。SEMD−JL１は常染色体劣性の遺伝形式［３］をとる単一遺伝子病［４］であることは知られていましたが、いまだ原因遺伝子は発見されていません。現在、臨床症状やX線画像に基づいて診断されているため、別の骨・関節疾患と誤診されたり、診断がつけられなかったりすることもあり、アジアでは１例も見つかっていませんでした。この疾患の重度の骨格異常は大きな手術を必要とすることが多く、治療が非常に困難なため、早期の正確な診断と治療が重要です。

　近年の次世代シーケンサー技術の進歩により、難治疾患患者の遺伝子解析を網羅的かつ極めて迅速に行うことが可能となりました。そこで共同研究グループは、次世代シーケンサーを用いた大規模ゲノム解析の手法を用いて、この疾患の原因遺伝子の解明に挑みました。


＜研究手法と成果＞
　共同研究グループは、SEMD−JL１と診断できる症例として、６家系（日本人５家系と日本人とシンガポール人の１家系）７例の検体を収集し、次世代シーケンサーでエクソーム解析［５］を行いました。その結果、全ての症例にB３GALT６遺伝子の変異を発見しました（表１の家系ID１〜６）。それらの変異は全てB３GALT６タンパク質の機能を喪失させる変異と推測され、７例中６例はB３GALT６遺伝子の複合ヘテロ接合性変異［６］でした。さらに、ベトナム人の１家系（表１の家系ID７）でもB３GALT６遺伝子の複合ヘテロ接合性変異を見つけました。その変異のうちの１つ（６９４C＞T）は、日本人患者３家系（表１の家系ID１、４、５）で見つかったものと同じだったことから、この変異は東アジアに広く分布していることが示唆されました。

　共同研究グループは次に、先天性結合組織疾患の１つであるエーラス・ダンロス（Ehlers−Danlos）症候群早老性型についてもB３GALT６遺伝子を調べました。この疾患の主な症状は、特徴的な顔貌、靭帯の弛緩性、皮膚過伸展、筋緊張の低下です（図１D〜G）。脊椎や関節の異常も引き起こしますが、従来は、SEMD−JL１とは全く別の疾患として考えられていました。今回B３GALT６遺伝子の変異を見つけたSEMD−JL１の７家系（表１の家系ID１〜７）８例の臨床像とX線像を詳細に検討したところ、エーラス・ダンロス症候群早老性型の病像とSEMD−JL１とに多くの重複があることが分かりました。そこで、エーラス・ダンロス症候群早老性型の患者３家系４例を対象にB３GALT６遺伝子を解析した結果、全ての検体からSEMD−JL１と同様にB３GALT６遺伝子の複合ヘテロ接合性変異を発見しました。SEMD−JL１と同様に、その変異はB３GALT６タンパク質の機能を喪失すると推測できました（表１の家系ID８〜１０）。

　B３GALT６タンパク質は、グリコサミノグリカン（GAG）の結合領域の糖転移酵素の１つであり、プロテオグリカン（PG）の合成に重要な役割を果たす酵素として知られています。患者由来の細胞を用いて詳しく調べたところ、今回発見した変異は、２つのタイプの異常によりB３GALT６タンパク質の機能を喪失させる可能性を示しました。１つは細胞内でのB３GALT６タンパク質の分布に異常を引き起こすタイプです。GAG結合領域の合成は細胞のゴルジ体［７］で行われるため、B３GALT６タンパク質も本来ゴルジ体に存在します。しかし、変異型の場合はゴルジ体以外の部位にB３GALT６タンパク質が分布するため、酵素機能は正常に発揮できないと考えられました（図２A）。もう１つは、糖転移酵素としての機能自体が喪失するタイプです（図２B）。患者由来の細胞を用いたGAGの生化学的解析により、GAGの１種で、生体内のさまざまな分子と相互作用するヘパラン硫酸が、健常人に比べて２６〜５６％減少していることを突き止めました。

　このように、B３GALT６タンパク質の機能障害でGAG結合領域が正常に合成されないと、皮膚過伸展、筋緊張の低下、靱帯や関節の可動性亢進、および脊椎の変形など広範な骨格、結合組織の異常を引き起こすことが分かりました。近年、GAG結合領域の合成に関わる他の酵素（B４GALT７やB３GAT３など）の機能障害でも、SEMD−JL１やエーラス・ダンロス症候群早老性型に似た一連の病像を示すことが相次いで報告されています。つまり、B３GALT６をはじめとするGAG結合領域の合成酵素は、多様なヒトの組織の形成や維持において重要な役割を担っていることが明らかになりました。これらの疾患群は、「GAG結合領域病」として統一した理解が可能だと考えられます。


＜今後の期待＞
　B３GALT６遺伝子の発見は、従来診断が困難だった一連の骨格・結合組織の異常を引き起こす難病の遺伝子診断、確定診断、保因者診断を可能にします。今回の結果は、診断されていない多数のSEMD−JL１患者が東アジアに存在することを示唆しています。今後の遺伝子診断の普及により、SEMD−JL１やエーラス・ダンロス症候群早老性型など「GAG結合領域病」患者を早期発見、治療することができます。さらに、B３GALT６遺伝子の解析は、SEMD−JL１疾患での側彎や関節脱臼の発症のメカニズム解明だけでなく、一般の側彎や関節脱臼のメカニズム解明や治療にも大きな知見をもたらすと期待できます。今後は、B３GALT６タンパク質の機能解析を通じてGAG結合領域病の病態を解明し、酵素の補充療法など画期的な治療法の開発を目指します。


＜原論文情報＞
　・Masahiro　Nakajima，Shuji　Mizumoto，Noriko　Miyake，Ryo　Kogawa，Aritoshi　Iida，Hironori　Ito，Hiroshi　Kitoh，Aya　Hirayama，Hiroshi　Mitsubuchi，Osamu　Miyazaki，Rika　Kosaki，Reiko　Horikawa，Angeline　Lai，Roberto　Mendoza−Londono，Lucie　Dupuis，David　Chitayat，Andrew　Howard，Gabriela　Ferraz−Leal，Denise　Cavalcanti，Yoshinori　Tsurusaki，Hirotomo　Saitsu，Shigehiko　Watanabe，Ekkehart　Lausch，Sheila　Unger，Luisa　Bonafe，Hirofumi　Ohashi，Andrea　Superti−Furga，Naomichi　Matsumoto，Kazuyuki　Sugahara，Gen　Nishimura，and　Shiro　Ikegawa．"Mutations　in　B３GALT６　which　encodes　a　glycosaminoglycan　linker　region　enzyme　cause　a　spectrum　of　skeletal　and　connective　tissue　disorders"American　Journal　of　Human　Genetics，２０１３


　※以下の資料は添付の関連資料を参照
　　・補足説明
　　・表１　関節弛緩を伴う脊椎骨端骨幹端異形成症I型（SEMD−JL１）とエーラス・ダンロス症候群早老性型（EDS−PF）患者で発見したB３GALT６遺伝子の変異
　　・図１　関節弛緩を伴う脊椎骨端骨幹端異形成症I型（SEMD−JL１）とEhlers−Danlos症候群早老性型（EDS−PF）の臨床像
　　・図２　SEMD−JL１で発見したB３GALT６遺伝子変異によって起こる異常