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横浜市立大学大学院医学研究科の松本直通教授、北海道大学大学院医学研究院の植木将弘特任助教、同大学の有贺　正名誉教授、京都大学大学院医学研究科の武田有纪子研究员及び岩井一宏教授（プロボスト?理事?副学长）らの研究グループは、稀少遗伝性自己炎症性疾患^*1の一種である、OTULIN関連自己炎症症候群（Otulin-related autoinflammatory syndrome: ORAS）について、世界で初めて常染色体顕性遺伝形式^*2で発症することを証明しました。

OTULINは直鎖状ユビキチン鎖を脱ユビキチン化する唯一の酵素であり、炎症?细胞死など様々な生体機能に関連します。その機能低下では全身性炎症と好中球性皮膚炎を特徴とし、TNF阻害治療^*3が有効な翱搁础厂を常染色体潜性遗伝形式^*4で発症します。

研究グループは、新生児期から全身性炎症と好中球性皮膚炎を発症し、TNF阻害治療が著しく有効だった患者に対して、遗伝子全エクソン解析^*5を行い、OTULINに未報告のバリアント（遗伝子変化）を確認しました。当該患者の细胞では、ORASの特徴である直鎖状ユビキチン鎖の蓄積や细胞死が増加していたのです。一方で、既報と異なり、疾患関連性が疑われるバリアントが一つのみであったことから、さらに解析を進めたところ、異常OTULINタンパクは安定性が正常のものと同等であること、機能が著しく低下していること、正常タンパクの機能を阻害することを確認し、常染色体顕性遺伝形式で発症したことを明らかにしました。

本研究は既報の疾患に新たな視点を追加することで、未診断患者の診断に繋がる可能性があり、炎症?细胞死などの研究進展に寄与できると考えられます。

なお本研究成果は2024年4月23日（火）公開のThe Journal of Experimental Medicine誌に掲載されました。
 

ユビキチンによるタンパク修飾はタンパク分解や生体内のシグナル活性化など様々な生体機能に重要な役割を担っています。直鎖状ユビキチン鎖はLinear-ubiquitin assembly complex（LUBAC）によって生成され、免疫细胞の活性化?炎症?细胞死の調節において重要なNF-κ叠シグナルの活性化に関与します。翱罢鲍尝滨狈は直锁状ユビキチン锁を脱ユビキチン化することでシグナル活性化の调节を行い、その机能低下により全身性炎症と好中球性皮肤炎を特徴とする翱罢鲍尝滨狈関连自己炎症症候群を常染色体潜性遗伝形式で発症します。

研究グループは新生児期から全身性炎症と好中球性皮膚炎を呈した患者に対して、遗伝子全エクソン解析を行い、OTULIN遗伝子に稀少バリアントがあることを確認しました。これまでのORAS患者の解析報告では、疾患関連性が疑われるバリアントは二つの遗伝子座にそれぞれ存在することが通例でしたが、今回の解析結果では一つのみであったことから、本研究を開始しました。
 

まず、患者细胞及び患者由来细胞（EBウイルスB细胞株^*6、iPS细胞^*7）を使用し、细胞における直鎖状ユビキチン鎖の蓄積及び细胞死の評価を行いました。解析の結果、患者细胞では既報のORASの特徴である直鎖状ユビキチン鎖の蓄積と细胞死の増加を確認しました（図1）。次に、患者では二つの稀少バリアントが各遗伝子座に確認されており、それぞれの評価を各種データベースでの検討やタンパク立体構造、OTULIN欠損HeLa细胞株^*8に正常?既报及び我々の患者で确认された翱罢鲍尝滨狈を强制発现させて评価を行ったところ、疾患関连性が疑われるバリアントが一つのみであることが强く示唆されました（図2）。

そこで、患者iPS细胞をCRISPR/Cas9システム^*9を用いて遗伝子改変を行った後で、直鎖状ユビキチン鎖の蓄積と细胞死の評価を行ったところ、一つのバリアントのみで直鎖状ユビキチン鎖の蓄積と细胞死増加を認め、ORASを発症するということが示唆されました（図3）。

最後に、OTULIN欠損HeLa细胞株に正常OTULINタンパクと研究グループの患者で確認された異常OTULINの発現量を変化させて評価したところ、疾患関連性が示唆されたバリアントでは異常OTULINの発現量が増加するごとに直鎖状ユビキチン鎖の増加と细胞死の増加を認めました（図4）。これは異常OTULINが正常なOTULIN機能を阻害することを示し、疾患発症に寄与するということを表します。

 

本研究により未診断であった患者がORASと診断され、有効な治療を受けられる可能性があります。また、本研究では患者由来iPS细胞をCRISPR/Cas9システムを用いて遗伝子改変を行うことで病態解析に活用しました。今後、様々な遺伝性疾患で本技法を用いることにより患者病態解析の促進に繋がることが期待されます。さらに、正常タンパクの機能を阻害するOTULINタンパクが発見されたことで、炎症や细胞死に新たな視点を提供し、研究の進展が期待されます。 

＊1   稀少遺伝性自己炎症性疾患 … 先天的な遗伝子の異常により、過剰な免疫活性化を引き起こす疾患のこと。
＊2   常染色体顕性遺伝形式 … 2本の常染色体のうち、1本に存在する遗伝子異常によって疾患を発症する遺伝形式のこと。
＊3   TNF阻害治療 … 自己炎症性疾患や自己免疫疾患の治療として使用され、炎症性サイトカインの機能を抑制することによって病気の勢いを制御する薬剤のこと。
＊4   常染色体潜性遺伝形式 … 2本の常染色体の両方に遗伝子異常が存在することで疾患を発症する遺伝形式のこと。
＊5   遗伝子全エクソン解析 … 细胞の核に存在する遗伝子情報のうち、アミノ酸を合成するために必要な領域（エクソン）を網羅的に解析する遺伝学的検査のこと。
＊6   EBウイルスB细胞株 … 研究室で分離した患者のリンパ球にEBウイルスを感染させ増殖能を持たせた细胞株のこと。
＊7   iPS细胞 … induced pluripotent stem cellの略。患者细胞に遗伝子導入を行うことで初期化させ、様々な细胞に分化能をもつ细胞のこと。
＊8   OTULIN欠損HeLa细胞株 … ヒト子宮頸がん细胞株であるHeLa细胞にCRISPR/Cas9システムを用いてOTULINタンパクを欠損した细胞株のこと。
＊9   CRISPR/Cas9システム … 遗伝子改変技術の一つで、目的とする遗伝子の狙った部位に欠失?挿入?置換などを行うことができる技術のこと。
 

本研究は有賀名誉教授?岩井教授?松本教授?齋藤　潤教授らに対する厚生労働省科研费、科学研究费助成事業（17H06174、18H05499、22H04988、19H03621、22H03047）、日本医療研究開発機構（JP23ek0109674、JP23ek0109549、JP23ek0109617、JP23ek0109648、JP21bm0804004）、武田科学振興財団の支援の下で実施されました。

 

論文名　A de novo dominant-negative variant is associated with OTULIN RelatedAutoinflammatory Syndrome（新奇優性阻害変異がOTULIN関連自己炎症症候群の発症に寄与する）
着者名　武田有纪子¹、植木将弘²、松广淳平¹、Erik Walinda¹、田中孝之¹、山田雅文^{2（研究当时）, 3}、藤田宏明¹、竹崎俊一郎²、小林一郎²、玉置さくら⁴、永田早苗⁵、叁宅纪子^{6（研究当时）,7}、松本直通⁶、大泽光次郎⁵、八角高裕1、平家俊男¹、大竹史明⁸、斋藤　润⁵、戸口田淳也^{4, 5}、滝田顺子¹、有贺　正²、岩井一宏¹
（¹京都大学大学院医学研究科、²北海道大学大学院医学研究院、³酪农学园大学、⁴京都大学医生物学研究所、⁵京都大学iPS细胞研究所、⁶横浜市立大学大学院医学研究科遗伝学、⁷国立国际医疗研究センター研究所、⁸星薬科大学）
雑誌名　The Journal of Experimental Medicine（米国科学誌）
ＤＯＩ　
公表日　2024年4月23日（火）（オンライン公开）
 

横浜市立大学　広报担当
mail: koho@yokohama-cu.ac.jp