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先天性インプリント異常症と生殖補助医療との関連性についての検討

服部 裕充 東北大学

2020.03.25

概要

【研究の背景・目的】
近年の初婚年齢の上昇 (晩婚化) の社会情勢に伴い、生殖補助医療 (Assisted reproductive technologies:ART) の需要が国内外で益々高まってきている。ART による出生数は、年々増加傾向を示し、本邦では 2015 年の日本産科婦人科学会データでは年間出生児数の 5.07%、つまり 20 人に 1 人の割合にまで増加している。ART では、排卵誘発、体外受精 (In vitro fertilization:IVF)、顕微授精 (Intracytoplasmic sperm injection:ICSI)、体外培養、受精卵凍結などの操作が行われ、一定の効果を上げている。しかし、ART による妊娠では、本来は発症が非常に稀である先天性インプリント異常症の発症頻度が、増加しているという数多くの報告がみられる。ゲノムインプリンティングとは、父親または母親由来のどちらか一方の親由来の遺伝子のみが発現するように、あらかじめ発現の記憶が刷り込まれた現象のことである。また、ゲノムインプリンティングは、おもに、DNA のメチル化によって遺伝子発現が制御されている。DNA のメチル化は、受精から初期胚までの発生過程において変動する。この初期発生の時期は、環境変化に対して最も脆弱かつ不安定であるため、ゲノムインプリンティングの異常が起こりやすいと考えられている。本研究では、本邦における ART と先天性インプリント異常症の関連について実態調査を行うとともに、ART 由来患者の臨床像と DNA メチル化変異の特徴を明らかにすることを目的とした。

【研究方法】
全国の小児科および産婦人科施設の協力下に、先天性インプリント異常症である Beckwith-Wiedemann 症候群(BWS)、Angelman 症候群(AS)、Prader-Willi 症候群(PWS)、Silver-Russell 症候群(SRS)の 4 疾患を対象とし、患者数、臨床像、ART 治療内容お
よび遺伝子診断の有無などについて調査を実施した(期間:2015 年 8 月から 2017 年 7 月)。次に、ART 由来の SRS 患者(ART-SRS) 5 名、自然妊娠由来の SRS 患者(非ART-SRS)5 名、および自然妊娠由来の健常者 10 名の末梢血 DNA を用い、RRBS(Reduced representation bisulfite sequencing)法による網羅的 DNA メチル化(メチローム)解析を行い、ART-SRS のメチル化変異の特徴について統計学的な解析を行った。

【研究結果】
全国調査では、2777 施設の調査対象機関のうち、1957 施設から有効回答が得られた(回答率 70.5%)。先天性インプリント異常症 4 疾患の総患者数は 931 名であり、その内訳は、BWS が 117 名、AS が 227 名、PWS が 520 名、SRS が 67 名であった。このうち ART 由来患者の割合は、BWS が 6.0%(7/117)、AS が 1.8%(4/227)、PWS が 4.6%(24/520)、SRS が 11.9%(8/67)であり、AS 以外の疾患は、本邦の総出生数(1985 年から 2015 年)における ART 由来児の出生率(1.34%)よりもその頻度が高かった。ART 治療内容は、IVF または ICSI により出生した児の割合が全体のおよそ 6 割を占めていた[BWS:42.9%(3/7)、AS:25.0%(1/4)、PWS:58.3%(14/24)、SRS:75.0%(6/8)]。ART 由来患者の臨床像は、非 ART 由来患者と類似していたが、若干の相違点も見られた。たとえば、AS では、ART 群の不眠症の割合が 100%(4/4)に対し、非 ART 群では 46.2%(103/223)であった(P =0.048)。また、PWS では、ART 群では色素異常症と小肢端症の割合が、それぞれ 91.7%(22/24)、87.5%(21/24)と高く、非 ART 群は 69.0%(342/496)、58.3%(289/496)であった(P =0.020、P=0.005)。SRS では、ART 群の心奇形の割合が 25.0%(2/8)に対し、非 ART 群では 3.4%(2/59)であった(P=0.036)。また、腫瘍形成および糖尿病の発生は、ART 群のみにしか認められなかった。ART-BWS および ART-SRS では、疾患発症の原因は、全例が責任遺伝子領域の DNA メチル化の異常(4/4 および 5/5)であった。

ART-SRS、非 ART-SRS を対象としたメチローム解析の結果では、DNA メチル化変異(DNA methylation variation:DMV)を 7.5%以上のメチル化レベル変化かつ false discovery rate(FDR)< 0.05 と定義した場合、ART-SRS 群では、ほとんどの領域において非 ART-SRS 群より、DMV の割合が有意に高かった(FDR<0.001)。また、DMV が多く認められた領域は、精子由来ゲノムで高メチル化を示し、受精直後に脱メチル化を受ける領域であった。

【考察および結論】
本研究により、BWS、SRS、PWS の先天性インプリント異常症の発症頻度の増加が ART と関連していることが推測された。これらの疾患のうち、BWS と SRS の発症原因は、DNA メチル化の異常であった。メチローム解析の結果、ART-SRS 群の DMV は、ゲノム全体にランダムに広がり、脱メチル化よりもメチル化されている割合が多かった。このことは、ART 由来児の先天性インプリント異常症が、多彩な臨床像を示すことと関連するのかもしれない。また、ART-SRS 群では、精子由来ゲノムの脱メチル化を受ける領域で、DMV が起こりやすかったことから、DMV が生じた時期は、受精直後に影響を受けた可能性が高いことが推測された。すなわち、ART 操作のうち、受精直後の体外操作や体外培養が、先天性インプリント異常症の発生リスクと関連する可能性が高いことが示唆された。最近、胎児期、乳幼児期のエピゲノム変異が、成人期の生活習慣病(Developmental Origins of Health and Disease︓DOHaD 学説)と関連する数多くの報告がみられる。今後、ART 由来児を対象とした大規模かつ長期的な健康調査が重要であると思われる。

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