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 日本人における先天性難聴の原因遺伝子解析と、その臨床応用に取り組んできた信州大学医学部耳鼻咽喉科学教室。その成果は、先進医療の承認を経て、2012年度の診療報酬改定で、先天性難聴の遺伝学的検査に対する保険適応の実現に結びついた。従来、30%程度だった難聴遺伝子変異の検出率を50~60%に向上させるべく、次世代シーケンサーを用いて2600例を超える日本人難聴患者の遺伝子解析を行い、日本人難聴遺伝子変異の大規模統合型データベースをFileMakerで構築。扱いやすさというFileMakerのメリットを生かして、真の病的遺伝子変異の同定を加速し、さらなる臨床へのフィードバックに取り組んでいる。

先天性難聴の原因の半数以上が遺伝子に関係

 先天性難聴は、新出生児の1000人に1人に認められる比較的頻度の高い障害の1つである。信州大学医学部耳鼻咽喉科学教授の宇佐美真一氏によれば、その原因の半数以上(50~60%)に遺伝子が関係しているという。難聴の原因遺伝子は約100種類あると考えられており、種類によって遺伝形式や進行性などの特徴、めまいなど随伴症状の有無などが異なることが判明している。

 宇佐美氏らは、2000年頃から国内の医療機関など(当初は33施設)と共同で「難聴の遺伝子解析と臨床応用に関する研究」に取り組んできた。4000例を超える難聴患者の遺伝子解析を行って、難聴の原因遺伝子を特定するとともに、原因遺伝子ごとに症状が異なることを明らかにしてきた。2008年7月、その研究成果を基に「先天性難聴の遺伝子診断」が先進医療として認められ、有効性の高さが実証されたことから、2012年度の診療報酬改定で、先天性難聴の遺伝学的検査が保険収載された。

 遺伝子診断の主なメリットは、難聴の正確な障害部位が特定できること、難聴の進行や変動の予測ができること、めまいや糖尿病などの随伴症状が予測できること、そして難聴の程度やその進行性を把握できるので、治療法の選択に役立つことだという。

 「同定された原因遺伝子の変異があるかどうかは保険診療で実施されている遺伝学的検査で分かるので、どのタイプの難聴なのかを知ることができます。その結果、個々の患者さんに適した医療の提供が可能になります。例えば、同じ遺伝子でも変異する場所によって難聴の程度が異なります。軽度であれば補聴器、重度であれば人工内耳の適用を第1選択とするなど、治療法選択の情報として非常に有益です」(宇佐美氏)。

 難聴の治療法の1つである人工内耳は人工臓器の一種で、音の振動を聴覚神経に伝える仕組みである内耳の蝸牛に障害がある高度感音難聴の治療に用いられる。日本人の難聴患者に高頻度で見出されるGJB2遺伝子変異は高度感音難聴の原因の1つで、音を感じる内耳の働きが障害されることが知られており、人工内耳が有用とされている。日本耳鼻咽喉科学会も、2014年に改定された小児人工内耳適応基準の中で、適応の医学的条件の1つとして、難聴遺伝子変異を有することを組み込んだ。

 遺伝子診断は、治療法の選択や随伴症状を予測した治療計画の策定などのほか、難聴の予防にも役立つという。「ミトコンドリア遺伝子のタイプによっては、ストレプトマイシンやカナマイシンのような『アミノ配糖体系』と呼ばれる抗菌薬の投与によって、難聴が急激に進行することが知られています。そうした遺伝子変異が認められる患者さんは、アミノ配糖体系抗菌薬の投与を避けることで難聴を予防することができます」(宇佐美氏)とし、遺伝子を調べることにより、適切できめ細かな介入が可能になると話す。

国内初の次世代シーケンサーを用いた遺伝子検査の実用化

 難聴の遺伝子診断には、遺伝子解析技術の進歩によって様々な解析方法が用いられてきた。その中で、2012年に保険適用になった「遺伝学的検査(先天性難聴)」でのスクリーニング法として用いられているのが、「インベーダー法」と呼ばれるもの。日本人の難聴患者データベースに基づいて、13遺伝子46変異を網羅的に解析することにより、効率的にスクリーニングすることができる。「現在、保険適用されたインベーダー法による遺伝子診断の変異検出率は30~40%程度。難聴に関与するとされる遺伝子は100種類ぐらいあるわけですから、検出率を50%、60%と向上させていくためには新規変異の追加が不可欠です。これを実現するためにはさらに効率的な解析が必要であるため、次世代シーケンサーを用いた遺伝子解析の臨床的研究に取り組んできました」(宇佐美氏)という。

 宇佐美氏らは、次世代シーケンサー「Ion PGM」の開発元であるサーモフィッシャーサイエンティフィック・ライフテクノロジーズジャパンや臨床検査大手のビー・エム・エルと共同で、次世代シーケンサーを用いた難聴遺伝子診断の研究を進めてきた。その結果、解析対象を19遺伝子154変異と大幅に増やすことで、従来法よりも10%以上、検出率を向上させることができたという。

「次世代シーケンサーを用いた解析を加えることで、希な遺伝子変異を含めた網羅的な解析が可能になりました。難聴に関与する遺伝子数、変位数を増やし、臨床にフィードバックすることで、検出率を向上させていくことができます」(宇佐美氏)。

 Ion PGMは2014年11月に日本における医療機器承認を受けており、臨床検査に利用できる日本で唯一の次世代シーケンサーとなった。次世代シーケンサーを用いた遺伝学的検査を保険診療で実施する国内初のケースであり、2015年8月からビー・エム・エルが受託を開始している。

診断精度の向上に不可欠な大規模日本人難聴遺伝子変異データベース

 15年ほど前から始まった難聴患者の遺伝子解析は、共同研究先も現在80施設に増えた。約8000例の難聴患者のDNAサンプルが信州大学耳鼻咽喉科学教室に蓄積され、日本人の難聴遺伝子データベースが構築されている。そのうち約2600件は次世代シーケンサーによる解析が終了しており、日々、データ量は増え続けている。そのプラットフォームとして利用されているのが、FileMakerである。

 次世代シーケンサーによって多数の原因遺伝子を網羅的に解析することが可能になったが、実際の解析では非常に多くの遺伝子変異が検出されるため、病気の原因であるかどうかを同定することは容易ではない。このため、「膨大なデータの扱いが容易で、研究者が使いやすいツールが必要でした」(信州大学医学部耳鼻咽喉科学教室の西尾信哉氏)と、当初からFileMakerを利用してデータベースを構築した理由を話す。

 また、FileMakerを採用した背景として、日本にはバイオインフォマティクスを専門とする研究者が少ないことが課題としてあったと西尾氏は指摘する。バイオインフォマティクス研究では様々なプログラム言語を理解していることが必要だが、臨床や実験を重視する、いわゆる「ウェット」の研究者にとって、プログラミング言語を駆使する必要があるデータベースは扱いにくい。「こうした研究者が利用しやすい解析ツールを検討した結果、利用経験者が多く扱いやすいFileMakerの採用を決めました」(西尾氏)。

 構築している日本人難聴遺伝子変異データベースは、次世代シーケンサーで解析した変異情報(バリアントコールデータ)を蓄積したコアデータベースを中核として構成されている。それらの遺伝子変異が難聴の原因遺伝子変異であるかどうか照合・評価分析するためのデータとして、公開データベースから取り込んだサブ・データベースがある。具体的には、日本人のゲノム配列を解析したデータベース「HGVD」(Human Genetic Variation Database)、米国国立生物工学情報センター(NCBI)の「ClinVar」と呼ばれる遺伝子変異データベース、米国アイオワ大学医学部耳鼻咽喉科との共同研究により開発した難聴性遺伝子データベース、国際1000人ゲノム、6500エクソームなどのデータベースから取り込んでいる。

 また、患者の臨床情報(聴力検査結果など)もデータベース化されており、解析した変異情報とリンクして見ることができる。

新規の原因遺伝子変異を同定するための情報を提示

 解析した遺伝子変異データとコントロール(健常対照群)データ、既知の病的変異データなどとの照合を行って新規の難聴遺伝子変異を同定していくために、「Case Viewer」と「Variant Viewer」という2つの画面が用意されている。

 「Case Viewer」は、解析した症例ごとに候補遺伝子変異を自動的にフィルタリングして表示する画面。例えば、候補として見出された遺伝子変異に関して、過去に病的変異として報告されたデータがないものの、健常コントロールには存在せず、難聴患者の中に相当数見つかっていれば、新たな病的な遺伝子変異として同定できる。

 一方、「Variant Viewer」は、自動抽出された候補遺伝子変異について、その遺伝子変異を持っている人はどのような患者さんであるか見るための画面。アノテーション情報やin silico予測データ(構造予測プログラムを使って、その遺伝子が変異することで作られるタンパク質がどのような影響を受けるかを予測するスコア)などを表示する。

 「現在、次世代シーケンサーを用いた約2600人の遺伝子変異の解析により、データ量は100万件を超えています。その中から候補となる遺伝子変異を抽出し、病的遺伝子変異を同定するためにFileMakerを用いて構築した難聴遺伝子変異データベースは非常に有用性が高いと言えます」と西尾氏。

 今後、約8000人分の検体のうち、残りの5000を超える検体を次世代シーケンサーで解析し、データベースに追加していくことになる。「さらに膨大になる難聴遺伝子変異データから、効率的に病気の原因と考えられる遺伝子変異を同定することによって、より多くの情報を臨床にフィードバックしていくことが可能となります」(宇佐美氏)という。今後、解析遺伝子種類・変異数を増やしていくことは、診療現場での確定診断率向上に大きな役割を果たすことになる。

(この記事は日経デジタルヘルスから転載したものです)