最良の健康状態時と最悪の健康状態時の両極端で患者のDNAを比較することで、耐性および感受性遺伝子を同定することが出来る。このアプローチによって、早期の慢性気道感染症を発症しやすい嚢胞性線維症患者間のDCTN4遺伝子変異が発見された。DCTN4遺伝子はダイナクチンをコードする。このタンパク質は、問題となる微生物を死滅させる為に、分子ベルトコンベアでリソソームと呼ばれる極小の化学タンクに移動する、分子モーターの一部分である。
ワシントン大学(UW)が率いる本研究は、国立心肺血液研究所GOエクソームシーケンシングプロジェクトおよび肺GOの一貫である。これら二つはアメリカ国立衛生研究所の主要研究である。このように“両極端をテストする”方法は、心臓の健康状態など、より一般的な体質の遺伝的要因を明らかにするであろう。嚢胞性線維症患者の易感染性の研究結果は2012年7月8日付けのNature Genetics誌に掲載された。問題となった感染は緑膿菌であった。緑膿菌は一般的に嚢胞性線維症やその他の気道閉鎖障害を持つ患者の肺に感染する日和見土壌細菌である。この細菌は合体してツルツルのバイオフィルムを形成し、肺組織を傷害し、呼吸を妨害する。慢性感染症は、嚢胞性線維症患者間の肺機能および寿命の低下につながる。これらの細菌が正常な肺および免疫機能をもつ人々に、害を与えることは極稀である。
本研究では、緑膿菌感染にもっとも耐性があった嚢胞性線維症患者間にDCTN4変異は見られず、早期の慢性感染症に感染しやすい患者では、DCTN4ミスセンス変異体が少なくとも一つは存在した。ミスセンス変異体が生成するタンパク質は正常に機能しない可能性が高い。本研究レポートの責任著者はUWシアトル公共健康医学部生物統計学准教授のマリー・J・エモンド博士、首席著者はUW遺伝子医学部門小児科教授、臨床遺伝専門医のマイケル・バムシャッド博士である。研究チームによると、疾患域の両極端において、ヒトゲノムの中でタンパク質をコードする部分全てをシーケンシングし、複雑な体質の背後にある遺伝子変異体が解明されたのは、本研究が初めてである。
「この研究を行った時、我々の念頭に候補遺伝子はなかったのです。」と、エモンド博士は語る。患者91人のDNAの統計解析の結果、研究チームは本遺伝子に辿り着いたのである。初期の研究グループの内、小児43人は幼い頃に緑膿菌による慢性肺感染症を初発症しており、最年長の48人はまだ慢性感染の状態に達していなかった。シーケンシングには、シアトル小児研究所プロジェクト：早期緑膿菌コントロール(EPIC)観察研究および北米嚢胞性線維症遺伝子修飾研究から患者が選ばれた。エクソームシーケンシングはUW 遺伝子化学教授、デボラ・ネッケルソン博士の研究室で、UWの研究員達によって行われた。患者のDNAのタンパク質をコードする部分の比較によって、研究チームはDCTN4遺伝子におけるミスセンス変異体の存在に気づいたのである。
研究チームはこの知見を確認するために、他のEPIC患者1322人を選び、スクリーニングした。エクソームシーケンシングプロジェクトの研究チームは本研究と類似した方法で、肥満や心臓発作、そして高血圧など、他の慢性疾患の耐性および易感性における遺伝学を調べている。例えば心臓病とリンクしている遺伝子変異を計るため、コレステロール値が正常な人のDNAマップを、そうでない人のDNAマップと比較するのである。類似した方法でヒトの複雑な体質の根本的な遺伝的原因を追究するためには、さらに大きなサンプル数のエクソームシーケンシングが必要となるだろう、と研究チームは述べる。「エクソームシーケンシングのコストが急速に下がり、より効率的な統計解析が利用可能になりつつあるため、このアプローチ法は医療研究者の感心を引き続けることでしょう。」と、バムシャッド博士は予測する。
■原著へのリンクは英語版をご覧ください：Exome Sequencing of Health Condition Extremes Can Reveal Susceptibility Genes
