理研と国立循環器病研究センター、QT延長症候群の原因遺伝子の候補を発見

QT延長症候群の原因遺伝子の候補を発見
−カルモジュリン結合遺伝子が発症に関与している可能性−


■要旨
　理化学研究所（理研）統合生命医科学研究センター循環器疾患研究グループの田中敏博グループディレクター、医科学数理研究グループの角田達彦グループディレクター、重水大智研究員および国立循環器病研究センターの相庭武司医長、日本医科大学の清水渉教授らによる共同研究グループは、全エクソームシークエンス解析［１］によってカルモジュリン結合遺伝子がQT延長症候群［２］の発症に関与している可能性があることを発見しました。

　QT延長症候群は、突然死を引き起こす可能性がある難治性の遺伝性不整脈疾患で、約２，０００人に１人の頻度で発症することが知られています。これまでに少なくとも１５種類の原因遺伝子が報告されていますが、約２割の患者は既知の原因遺伝子に変異が認められず、新たな原因遺伝子の解明が急務となっていました。

　そこで共同研究グループは、既知の原因遺伝子に変異が認められなかった発端者［３］とその血縁者１２０例と、その血縁に属さない発症者１３８例の計２５８例に対して、次世代シークエンサー［４］とスーパーコンピュータを用いて全エクソームシークエンス解析を行い、新たな原因遺伝子の同定を試みました。解析の結果、原因遺伝子の候補となった遺伝子と、既知の原因遺伝子との関連性を調べ、発症者と非発症者との関連解析［５］を行った結果、１１種の原因遺伝子の候補を同定しました。また、同定した遺伝子について変異の有無を確認したところ、見つかった変異のほとんどはカルモジュリン結合遺伝子で確認されました。

　本研究により、カルモジュリン結合遺伝子がQT延長症候群の発症に関与している可能性があることが分かりました。原因遺伝子の候補となった１１種の遺伝子は今後、詳しい機能解析によりQT延長症候群の新規原因遺伝子として同定されることが期待できます。また、今回の発見がQT延長症候群の機序の理解に貢献し、今後の発症メカニズム解明の手がかりになることが期待できます。

　本研究は、米国のオンライン科学雑誌『PLOS　ONE』（７月１日付け：日本時間７月２日）に掲載されます。


■背景
　QT延長症候群は、突然死を引き起こす可能性がある難治性の遺伝性不整脈疾患で、約２，０００人に１人の頻度で発症することが知られています。これまでに少なくとも１５種類の原因遺伝子が報告されており、そのほとんどが、カリウム、カルシウム、ナトリウムチャネルといった膜貫通タンパク質の一種であるイオンチャネルと、それらと関連のある遺伝子群であることが分かっています。しかし、約２割のQT延長症候群患者は既知の原因遺伝子に変異が認められません。QT延長症候群の全容を解明するためには、新たな原因遺伝子の解明が急務となっています。一方、近年のDNA解読技術の目覚ましい発展に伴い、次世代シークエンサーとスーパーコンピュータを駆使することで、疾患の原因となる変異を包括的に解析することが可能になりました。特に、対象を遺伝子コード領域（エクソーム）に絞ることでより高精度なDNA解読を可能にした全エクソームシークエンス解析は、すでにさまざまな疾患の原因となる変異を解明しています。

　そこで、共同研究グループは、全エクソームシークエンス解析を用いてQT延長症候群の新規原因遺伝子の探索を進めました。


■研究手法と成果
　共同研究グループは、QT延長症候群の既知の原因遺伝子に変異が認められなかった３５例の発端者とその血縁者からなる計１２０例（５９例の発症者と６１例の非発症者）の血液からDNAを抽出し、全エクソームシークエンス解析を行いました。QT延長症候群の発症に関与していると思われる変異を選定するため、まず、疾患と関連がない一塩基多型（SNP）［６］を除外しました。次に、家系図から推定される遺伝形式［７］に従うアミノ酸置換を伴った変異［８］に着目しました。その結果、８８種の遺伝子から９２個の変異を同定しました。同定した変異について、既知の原因遺伝子との関連性から１０種（図１）、発症者と非発症者との関連解析から１種、合計１１種の遺伝子をQT延長症候群の原因遺伝子の候補として同定しました。また、この１１種のうち５種はカルモジュリンと相互作用する遺伝子でした。この割合は、全遺伝子のうちカルモジュリンと相互作用する遺伝子の割合と比べて統計学的に有意に多く、QT延長症候群とカルモジュリンに相互作用する遺伝子には、強い関連があることが分かりました。

　さらに、同定した１１種の遺伝子について既知の原因遺伝子に変異が認められなかった発端者とその血縁に属さない発症者１３８例を用いて変異を確認したところ、QT延長症候群の発症に関与していると思われる変異を新たに１６個同定しました。そのうちの１４個がカルモジュリン結合遺伝子で確認され、QT延長症候群の発症においてカルモジュリン結合遺伝子が重要な役割を担っている可能性があることが示唆されました。また、リアノジン受容体（RYR２）遺伝子では９ヵ所で変異が同定され、RYR２遺伝子に変異を持つ９症例は全て若年発症かつその家族は非発症者であるという特徴が確認されました。また、RYR２遺伝子に変異を持つ発症者の多くは運動時に失神や心室細動が出現し、その他のQT延長症候群発症者と比べて重篤な不整脈を発症する傾向があることが分かりました。


■今後の期待
　共同研究グループは、全エクソームシークエンス解析によってカルモジュリン結合遺伝子がQT延長症候群の発症に関与している可能性があることを発見しました。原因遺伝子の候補となった１１種の遺伝子は今後、詳しい機能解析によりQT延長症候群の新規原因遺伝子として同定されることが期待できます。また、今回の発見がQT延長症候群の機序の理解に貢献し、今後の発症メカニズム解明の手がかりになることが期待できます。


■原論文情報
　・Daichi　Shigemizu，Takeshi　Aiba，Hidewaki　Nakagawa，Kouichi　Ozaki，Fuyuki　Miya，Wataru　Satake，Tatsushi　Toda，Yoshihiro　Miyamoto，Akihiro　Fujimoto，Yutaka　Suzuki，Michiaki　Kubo，Tatsuhiko　Tsunoda，Wataru　Shimizu　and　Toshihiro　Tanaka，“Exome　analyses　of　long　QT　syndrome　reveal　candidate　pathogenic　mutations　in　calmodulin−interacting　genes”，PLOS　ONE，doi：１０．１３７１／journal．pone．０１３０３２９


■発表者
　理化学研究所
　統合生命医科学研究センター（http://www.riken.jp/research/labs/ims/）
　循環器疾患研究グループ（http://www.riken.jp/research/labs/ims/cardiovasc_dis/）
　グループディレクター　田中　敏博（たなか　としひろ）

　統合生命医科学研究センター（http://www.riken.jp/research/labs/ims/）
　医科学数理研究グループ（http://www.riken.jp/research/labs/ims/med_sci_math/）
　グループディレクター　角田　達彦（つのだ　たつひこ）
　研究員　重水　大智（しげみず　だいち）

　国立循環器病研究センター　心臓血管内科部門　不整脈科
　医長　相庭　武司（あいば　たけし）

　日本医科大学大学院医学研究科　循環器内科学分野
　教授　清水　渉（しみず　わたる）
　（国立循環器病研究センター　心臓血管内科　客員部長）


　※補足説明・図１は添付の関連資料を参照