NGSは未診断の疾患を持つ乳児の希少疾患バリアントを同定

はじめに

シンガポール国立大学（NUS）で医学博士号を取得した後、心臓専門医のRoger Fooはケンブリッジ大学でより高い専門トレーニングを受け、心不全における遺伝子発現のエピジェネティック制御の研究を開始しました。Foo博士が患者の心筋サンプルでRNA-SeqおよびChIP-Seqを実施するためにNGSシステムを使い始めたとき、次世代シーケンサー（NGS）のパワーが明らかになりました。世界中の臨床研究者が、疾患関連DNAバリアントの同定に、また臨床翻訳研究の不可欠な部分として、NGSをより広く利用していることは明らかでした。Foo博士は、シンガポールに戻ったとき、診療所でのNGSのより広範な使用を提唱しました。

成人のメンデル関連単一遺伝子心疾患に対する心臓遺伝子サービスの創設は、同業他社のNGSの価値に対する認識を高める第一歩となりました。博士は、Biomedical Research Council（BMRC）が資金援助する希少な未診断疾患プログラムを通じて小児科の同僚と協働し、小児が臨床エクソームシーケンスを利用できるようにしました。シンガポールで生まれた全新生児の約1%に潜在的な遺伝性疾患があります。¹トリソミーやあまり複雑ではない症候群など、小児科医がすぐに認識できる新生児もいます。また、発達遅滞や知的障害など、出生後数週間から数か月で明らかになる可能性のある複雑な先天性疾患もあります。希少な未診断疾患は、NGSをシンガポールでの臨床翻訳のためのより日常的な使用に導くための完璧なエントリーポイントとなりました。シンガポール国立大学医学部附属病院（NUH）の小児科医とKK Women’s and Children’s Hospitalの小児科医とともに、Singapore Undiagnosed Diseases Research Program for Kids（SUREKids）を設立しました。稀な未診断疾患を持つ赤ちゃんのシーケンスにNGSを使用することにより、SUREKidsチームはこれらの小児疾患に対する遺伝子診断の可能性を見つける機会を得られます。

iCommunityは、これまでに得られた結果、シンガポール国内でのNGS解析とデータストレージインフラストラクチャの構築、NGS臨床試験に対するシンガポール政府の支援拡大について、Foo博士と話しました。

Roger Foo医学博士は、シンガポール国立大学医学部教授です。

Q：あなたの医療背景はどのようなものですか？

Roger Foo（RF）：私は心臓学者で、ケンブリッジ大学の研究フェローで、ケンブリッジ大学の大学病院であるアデンブローク病院のコンサルタント医師であった頃、基礎研究に興味を持ちました。心臓は、ストレスを受けるにつれて遺伝子の発現が変化する特殊な臓器です。Cambridgeの私の研究では、遺伝子発現制御とエピジェネティクスに焦点を当て、NGSを使用して心筋サンプルでRNA-SeqとChIP-Seqを実施しました。

Q：NGSはシンガポールで広く使用されましたか？

RF：2012年、シンガポールでのNGSの使用は研究研究に限定されました。対照的に、シンガポールでの仕事に戻る前に、ケンブリッジで患者サンプルのシーケンスにNGSが使用されているのを見ました。

シンガポールはNGSの使用をクリニックに簡単に変換できると認識し、その使用を拡大する提唱者になりました。希少な小児疾患は、臨床医がNGSの利点に慣れるための入り口となりました。私は小児科医ではありませんが、NUSの心臓遺伝学クリニックで、まれなメンデル性疾患の心臓病患者を診察しています。

"...100人の乳児とその両親で構成される300のトリオでWESを実施しました。稀な遺伝性疾患バリアントを38例で同定し、数カ月、時には1年近くにわたって医師に困惑させました。"

Q：SUREKidsはどのように形成され、その焦点は何でしたか？

RF：私の医療トレーニングはシンガポールで行われており、システム内の多くの医師を知っていました。シンガポールには、シンガポールのNUHKidsとKK Women’s and Children’s Hospitalの2つの州セクター小児センターがあります。これらの病院の小児コンサルタントは、NGSプロジェクトにこれまで協力していなかったため、これは協力するエキサイティングな機会となりました。 

シンガポール科学技術研究庁（A*STAR）からBMRC助成金を受け取りました。SUREKidsは、NGSを使用してシンガポールの集団のための臨床エクソームパネルを開発する目的で、2015年に設立されました。患者と両親を含む3人組のシーケンスを行っています。HiSeq−(* 2500システムおよびNextSeq−(* 550システムで全エクソームシーケンス（WES）を実施し、希少な未診断疾患を持つシンガポールの子供における疾患関連バリアントを同定し、2つの病院がデータを共有しています。

WESでは提供できない情報があるため、他の検査で補完しています。WESでは、長い挿入/欠失および転座は見られない場合があります。その結果、患者サンプルは染色体アレイで解析され、必要に応じて、WESを実施する前に細胞遺伝学的検査が行われます。

Q：SUREKidsの前に、希少疾患の子供はどのように診断されましたか？

RF：未診断の希少疾患を持つ子供の両親は、子供が繁栄していないことを知っていますが、その理由はわかりませんでした。両親のみが、遺伝子解析のためにオーストラリアまたは米国にサンプルを送付することができ、臨床上の決定が下されるのに十分な速さで結果が得られることを期待しています。少なくともNUHでは、コストが高いため、海外に送ったサンプルは年間10個以下でした。

Q：SUREKidsサンプルのシーケンスを実施するために特別なチームを作る必要がありましたか？

RF：シーケンスは、さまざまな研究研究のためにNGSとバイオインフォマティクスのスキルを実行するウェットラボの豊富な経験を持つゲノム研究所で行われます。しかし、私たちの目標は、米国病理学会（CAP）認定環境でNGS臨床診断レベルの検査を行うことでした。この新しいNGSラボのCAP認証を取得するために必要なプロセスを確立し、文書化されたワークフローを作成しました。

Polarisと呼ばれるラボは、ゲノミクス研究所内にあります。患者のサンプルは、病院の臨床検査室で記録、バーコード化、匿名化され、その後、WESが実施されるポラリスへのCAP認定パスウェイに従います。

"SUREKidsプロジェクトの結果、病院は共同でバイオインフォマティクスの専門知識とトレーニングを開発しました。"

Q：SUREKidsデータのバイオインフォマティクス解析を担当するのは誰ですか？

RF：プロジェクトのバイオインフォマティクス面は、この課題の楽しい部分でした。NGS研究データの解析経験のあるバイオインフォマティクス専門家は通常、臨床表現型やシナリオに慣れていません。病院が研究重視のバイオインフォマティクスから臨床重視のバイオインフォマティクスに移行するには、特別な人材のトレーニングが必要でした。NUHKidsとKK Women’s and Children’s病院は、病院で臨床バイオインフォマティクス能力を開発する価値を認識し、プロジェクトへの支援を得ることができました。SUREKidsプロジェクトの結果、病院は共同でバイオインフォマティクスの専門知識とトレーニングを開発しました。基礎的な研究スキルを持つバイオインフォマティクスの多くも、臨床的な専門知識を身につけ、病院で働くという仕事の安全を望んでいたため、結果的に全員にとって有利な状況になりました。

現在、両病院には独自の臨床バイオインフォマティクスチームがあります。バリアントキュレーターと呼ばれています。彼らは、シーケンス結果と、未診断の希少疾患を持つ乳幼児の臨床用語と表現型の説明を使用した解析の統合に重点を置いています。バリアントキュレーターは現在、両方の医療センターのClinical Genomics Multi-Disciplinary Teamsの一部となっています。臨床の世界では、これらのMDTと呼ばれています。

SUREKidsプロジェクトの重要な利点は、シーケンスと解析が現在、国外ではなくシンガポールで行われていることです。初めて、現地の臨床NGS活動を支援するために政府資金が費やされました。

Q：サンプルに対してWESとWGSのどちらを実施するかをどのように選択しますか？

RF：A*STAR助成金は、一部のWESのみを実行するのに十分な資金を当社に提供してくれました。幸いにも、Genome Instituteのディレクターは、SUREKidsをサポートする価値を目にし、特に当社の経験とコラボレーションの促進のために補助的な資金を提供しました。WGSを実施し、エクソン領域とイントロン領域をより深くシーケンスすることで得られるものがあると感じたときは、いつでも資金を使いました。全ゲノムを解析するには、より多くの経験が必要であり、プロジェクトの次の段階でその分野の熟練度を高めたいと考えています。WGSは、挿入/欠失、置換、転座、逆位、フレームシフトなど、WESでは検出できない希少疾患の原因となる他のタイプの変異を検出することができます。

また、希少疾患レジストリも作成しました。この取り組みは、小児科医であり遺伝学者である当社のコンサルタントが主導しました。2つの病院バイオインフォマティクスチームが協力してデータパイプラインに取り組み、子供が診断される際にレジストリにデータを入力する機会となりました。

"SUREKidsプロジェクトの利点の1つは、すべてのシーケンスがシンガポールの国家データベースにアップロードされることです。これにより、将来、個別化医療と個別化治療研究の基礎が得られます。"

Q：SUREKidsプロジェクトでこれまでに何を達成しましたか？

RF：過去3年間に、100人の乳児とその両親で構成される300のトリオでWESを実施しました。稀な遺伝性疾患バリアントを、医師に数か月、時には1年近くにわたって困惑した38例で同定しました。

少なくとも5例では、バリアントデータにより患者管理が変更されました。いくつかの事例では、バリアントデータにより、骨髄移植が有益であることが確認されました。これらの症例では骨髄移植が検討されていました。しかし、骨髄移植は費用がかかり、医師チームはそれが正しい次のステップであると確信していませんでした。WESが免疫不全状態に関連する遺伝子変異を同定した際、チームは骨髄移植を行い、患者は完全な回復を遂げました。

いくつかの事例では、新しい希少疾患変異を発見し、遺伝および表現型情報をMatchmaker Exchangeにアップロードしました。²

Q：希少疾患バリアントの同定は、未診断の希少疾患を持つ子供の親にとってどのような意味を持つのでしょうか？

RF：これらの変異の同定は、人生における不確実性の雲を浮き彫りにします。いくつかの事例では、両親はついに、子供が出生以来罹患していた疾患の名前を持っていました。これにより、Facebookやその他のソーシャルメディアを使用して、子供が同じ病気に苦しんでいる他の国の家族を見つけることができました。彼らにとっては、そのようなつながりを築けて、自分一人ではなかったように感じるのは安心でした。

また、この情報は、親が別の赤ちゃんをもう1人産みたいかどうかを決めるのに役立ちます。検査した乳児の3分の2以上がde novo変異を持っており、この疾患を持つ別の子供を持つリスクは、他の受胎のリスクよりも高くありません。これは親が知るのに役立ちます。この情報は、ホモ接合性または複合ヘテロ接合性の疾患を持つ乳児を持つ親にとっても重要です。

SUREKidsプロジェクトに参加した両親から、非常に感動的な感謝の手紙を数通受け取りました。私たち全員にとって、心から喜ばしい体験でした。

Q：SUREKidsプロジェクトの次のステップは何ですか？

RF：臨床エクソームパネルを作成するという最初の目的を達成しました。次の目標は、定期的に3種の試験にWGSを追加することです。

NUS、ケンブリッジ大学、カリフォルニア大学バークレー校は、Global Allianceと呼ばれる3者契約を結んでいます。2017年、これらの大学の医療センターはGlobal Alliance助成金を設立し、組織内の医学研究者に申請を依頼しました。3つの医療センターの小児科医が、WGSを含むSUREKids研究プロジェクトを拡大するために助成金を申請しました。助成金が授与された時にわくわくし、3つのサンプルでWGSの実施を開始しました。

"臨床エクソームパネルを作成するという最初の目的を達成しました。次の目標は、定期的に3種のテストにWGSを追加することです。"

Q：Global Alliance助成金の下で、一般的に新生児、または希少疾患を持つ可能性のある新生児に対してWGSを実施しますか？

RF：Global Allianceは、新生児集中治療室（NICU）で希少疾患研究を継続するためのNUHの取り組みです。その目標は、48時間のターンアラウンドタイムを提供するWGS解析ワークフローを作成することです。WGS解析の経験を積むことに加えて、新しい希少疾患バリアントを特定するためのデータを共有します。

SUREKidsプロジェクトの肯定的な結果は、シンガポールの全国的なスーパーコンピューターが臨床シーケンス解析をサポートする必要性を実現したことでした。2016年、シンガポール国立スーパーコンピューティングセンターはプレシジョンメディシンのスーパーコンピューターを追加しました。全ゲノム解析の専門知識を得るため、WGSデータを安全に保存することができます。そこに保存されているシーケンスデータのほぼ90%は、イルミナのNGSシステムから得られる可能性があります。

Q：NGSを臨床環境でより広範に使用するには、どのような変更が必要ですか？

RF：現在、シンガポールではNGSの払い戻しは行われていません。当社は、NGSの価値と、すべての患者がより容易に利用できるようにしたいという臨床医の希望について、シンガポール保健省に定期的に連絡してきました。当社の活動は、2018年9月に発表された全国的なゲノムシーケンス方針に貢献しました。SUREKidsプロジェクトと親グループによるロビー活動による実世界の経験は、このマイルストーンを達成する上で役立ちました。

現在、NGSを実施する臨床検査室で実施しなければならない要素に関する明確なガイドラインが策定されています。これには、NGS検査が要求された場合に患者や親に助言する、遺伝カウンセラーが含まれます。また、患者や親にデータを報告する方法や、偶発的な所見の処理方法に関するポリシーも記載されています。方針文書は法務省によって審査されています。シンガポール政府がNGSを助成可能または払い戻し可能にすれば、夢が実現するでしょう。

Q：あなたのチームの希少疾患研究における次のステップは何ですか？

RF：1つの目標は、より多くのWGSを実行し、全ゲノムバイオインフォマティクスの能力を向上させることです。私の研究室には博士研究員や学生が多数おり、その大半が心臓病学、心臓生物学、または心臓エピジェネティクス研究プロジェクトに取り組んでいます。最近、私は希少疾患解析にもっと注意を払い、Polarisと協力してより多くのゲノミクス検査をクリニックに進めています。³WGSにより、未解決のSUREKids症例の一部を再評価し、エクソン領域外の新しい希少疾患バリアントを発見できる可能性があります。