伴性遺伝

🧠 このセミナーは04-2-role-of-sex-in-inheritanceの理論を、血友病・DMD・脆弱X症候群fragile X syndrome脆弱X症候群（fragile X syndrome）fragile X syndrome（脆弱X症候群）という3つの実例で「分子診断molecular diagnostics分子診断（molecular diagnostics）molecular diagnostics（分子診断）技術」に落とし込む回として読む。 X不活性化（03-2-epigenetics参照）が単なる理論ではなく、実際の患者の症状の出方（ヘテロ女性がなぜ軽症か、なぜモザイクになるか）を左右する変数variables変数（variables）variables（変数）として何度も現れる点が通底テーマ。

X連鎖遺伝の総論

男女で罹患率incidence rate罹患率（incidence rate）incidence rate（罹患率）が異なり、形質の伝達は性に依存する。X不活性化はX連鎖形質の発現そのものを左右する——表現型は、正常X染色体・変異X染色体のどちらを活性化した細胞がどの比率で存在するかに依存する（03-2-epigenetics参照）。

⭐ 循環性circulating循環性（circulating）circulating（循環性）産物か局在性産物かで、ヘテロ女性保因者の症状の出方が根本的に変わる。 血液凝固因子のように血中を循環する産物の場合、全身の細胞（正常X活性化細胞・変異X活性化細胞）が産生する産物が混ざり合い平均化効果が働く——だから血友病A・B保因女性carrier female保因女性（carrier female）carrier female（保因女性）は通常臨床的に無症状。一方、筋線維のように局所的な産物の場合、細胞ごとの活性化パターンがそのまま反映されモザイク状の症状が出る——だからデュシェンヌ型筋ジストロフィーDuchenne muscular dystrophy (DMD)デュシェンヌ型筋ジストロフィー（Duchenne muscular dystrophy (DMD)）Duchenne muscular dystrophy (DMD)（デュシェンヌ型筋ジストロフィー）保因女性carrier female保因女性（carrier female）carrier female（保因女性）は、標的検査で75%に筋痛/痙攣、17%に軽度〜中等度筋力低下、53%に血清CK上昇が見られる。

症例：血友病A・B

変異の型： 重症例の多くはナンセンス変異nonsense mutationナンセンス変異（nonsense mutation）nonsense mutation（ナンセンス変異）だが、1〜2エクソンの欠失も高頻度。軽症例ではミスセンス変異missense mutationミスセンス変異（missense mutation）missense mutation（ミスセンス変異）が多い。新規変異new mutation新規変異（new mutation）new mutation（新規変異）率：血友病A 20〜35%、血友病B 50%（04-2-role-of-sex-in-inheritanceも参照）。

診断アルゴリズム

💡 既知変異のホットスポット検索から始め、見つからなければシーケンシングへ——コストと速度のトレードオフtrade-offトレードオフ（trade-off）trade-off（トレードオフ）。 PCR-RFLP法は、変異が制限酵素restriction endonuclease制限酵素（restriction endonuclease）restriction endonuclease（制限酵素）認識部位を作る・壊すことを利用する迅速なホットスポット検索法——それで見つからない場合はシーケンシングに進む。血友病Aは血友病Bの5倍多いため、原因不明の出血傾向hemorrhagic diathesis出血傾向（hemorrhagic diathesis）hemorrhagic diathesis（出血傾向）ではまず第VIII因子のコード領域から検索するのが合理的。

症例1： 3歳男児、軽微な外傷後の緩徐止血性出血。同胞（II/1）にも同様の症状歴があり、進行中の妊娠が精査の契機——第VIII因子コード領域の全シーケンシングでc.3034 G>C ミスセンス変異missense mutationミスセンス変異（missense mutation）missense mutation（ミスセンス変異）を同定。プロバンドprobandプロバンド（proband）proband（プロバンド）（先証者）を優先的に検査するのは、出生前検体は少量かつ再取得が困難なため、変異部位が判明してからターゲット検査に用いるのが合理的だからである。母親（保因者）・胎児は、プロバンドprobandプロバンド（proband）proband（プロバンド）で同定された病的バリアントpathogenic variant病的バリアント（pathogenic variant）pathogenic variant（病的バリアント）に絞った標的検査で確認する——この症例では胎児は非罹患と判定された。

ロマノフ王朝の血友病家系図Royal pedigree血友病家系図（Royal pedigree）Royal pedigree（血友病家系図）は、この伝達パターンの歴史的教材として引用される（詳細は04-2-role-of-sex-in-inheritance参照）。

症例：デュシェンヌ型筋ジストロフィー

臨床像： 運動発達遅滞、18か月まで続く歩行困難、起立困難（体幹近位の下肢筋群の筋力低下）、腓腹筋gastrocnemius腓腹筋（gastrocnemius）gastrocnemius（腓腹筋）の仮性肥大（脱落した筋線維が結合組織に置換）、血清クレアチンキナーゼcreatine kinase (CK)クレアチンキナーゼ（creatine kinase (CK)）creatine kinase (CK)（クレアチンキナーゼ）（CK）の著明高値markedly elevated著明高値（markedly elevated）markedly elevated（著明高値）。X連鎖劣性の家系図pedigree家系図（pedigree）pedigree（家系図）パターン（男児のみが重症化、女性は心疾患を呈することがある）。

ジストロフィン遺伝子dystrophin geneジストロフィン遺伝子（dystrophin gene）dystrophin gene（ジストロフィン遺伝子）（DMD遺伝子）： ヒト最大の既知遺伝子（240万塩基対base pairing塩基対（base pairing）base pairing（塩基対）、79エクソン）——転写に16時間以上を要し、転写と共役してスプライシングされる。最大の遺伝子でありながら、コードするタンパク自体は最大ではない（大半がイントロン）。

⭐ 「同じ1エクソンの欠失」でも、読み枠reading frame読み枠（reading frame）reading frame（読み枠）を壊すかどうかでデュシェンヌ型Duchenne type (DMD)デュシェンヌ型（Duchenne type (DMD)）Duchenne type (DMD)（デュシェンヌ型）かベッカー型Becker typeベッカー型（Becker type）Becker type（ベッカー型）かが決まる（04-2-role-of-sex-in-inheritance参照）。 診断例の3分の2は複数エクソンにまたがる欠失で、どのエクソンが欠失するかが決定的に重要——インフレーム欠失（読み枠reading frame読み枠（reading frame）reading frame（読み枠）のズレなし）はベッカー型Becker typeベッカー型（Becker type）Becker type（ベッカー型）、フレームシフトframeshiftフレームシフト（frameshift）frameshift（フレームシフト）欠失（コドン三つ組が完結せず、数コドン以内に終止コドンstop codon終止コドン（stop codon）stop codon（終止コドン）に衝突しやすい）はデュシェンヌ型Duchenne type (DMD)デュシェンヌ型（Duchenne type (DMD)）Duchenne type (DMD)（デュシェンヌ型）を来す。

MLPA法の詳細

MLPAmultiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA)MLPA（multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA)）multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA)（MLPA）は、通常のシーケンシングでは検出しにくいエクソン単位の大きな欠失・重複を検出する手法。

flowchart TD
  A["標的配列特異的な2つのプローブ（末端に<span class='jp-term jp-term-diagram' title='universal sequence'>共通配列</span>をもつ）を隣接する部位にハイブリダイズさせる"]
  A --> B["2つのプローブが<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ligation'>ライゲーション</span>（連結）される<br>※標的配列が欠失していればハイブリダイズできず連結もされない"]
  B --> C["連結されたプローブを単一の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='primer pair'>プライマー対</span>でPCR増幅<br>（プローブの長さはそれぞれ異なるよう設計）"]
  C --> D["キャピラリー電気泳動でフラグメント解析<br>各エクソンに対応するピークの高さ（蛍光強度）を参照と比較"]
  D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='heterozygous'>ヘテロ接合</span>欠失：ピークが参照の半分の高さ<br>ホモ接合欠失／<span class='jp-term jp-term-diagram' title='hemizygote'>半接合体</span>での欠失：ピークが消失"]

一度に最大40対のプローブを使用可能——DMD遺伝子ではエクソン18〜44の欠失が高頻度（症例ではエクソン21〜30、41〜44の欠失を確認）。保因女性carrier female保因女性（carrier female）carrier female（保因女性）ではピーク高が対照の半分（ヘテロ接合heterozygousヘテロ接合（heterozygous）heterozygous（ヘテロ接合）欠失）、罹患男児では該当エクソンのピークが完全に消失する（半接合体hemizygote半接合体（hemizygote）hemizygote（半接合体）での欠失）。

症例：無汗性外胚葉形成異常症

症状： 無汗症anhidrosis無汗症（anhidrosis）anhidrosis（無汗症）/減汗症、乏毛症sparse hair乏毛症（sparse hair）sparse hair（乏毛症）、歯牙欠損hypodontia歯牙欠損（hypodontia）hypodontia（歯牙欠損）——外胚葉由来組織（皮膚・毛髪・歯・爪・汗腺）の発生異常。EDA遺伝子EDA geneEDA遺伝子（EDA gene）EDA gene（EDA遺伝子）（エクトジスプラシンAectodysplasin AエクトジスプラシンA（ectodysplasin A）ectodysplasin A（エクトジスプラシンA））の変異（300種類超）が原因。保因女性carrier female保因女性（carrier female）carrier female（保因女性）はX不活性化の比率に応じてモザイク状の汗腺欠損パターンを示す（局在性産物の典型例）。

💡 EDA-EDAR-NF-κB経路は「外胚葉由来組織を作るスイッチ」——プラコード阻害因子を中和して発生を進める。 EDAはTNFファミリーに属する膜タンパクで、分泌型がEDA受容体に結合しNF-κBシグナルを誘導する——間葉系細胞mesenchymal cell間葉系細胞（mesenchymal cell）mesenchymal cell（間葉系細胞）が産生するプラコード阻害因子（BMP-4等）を中和し、毛髪・歯・汗腺という皮膚由来構造の発生を可能にする。

症例：単離性歯牙欠損isolated hypodontia単離性歯牙欠損（isolated hypodontia）isolated hypodontia（単離性歯牙欠損）を伴うEDA遺伝子EDA geneEDA遺伝子（EDA gene）EDA gene（EDA遺伝子）稀少変異——ミスセンス変異missense mutationミスセンス変異（missense mutation）missense mutation（ミスセンス変異）1091T>C（メチオニンmethionineメチオニン（methionine）methionine（メチオニン）→スレオニンthreonineスレオニン（threonine）threonine（スレオニン）置換）。標的治療targeted therapy標的治療（targeted therapy）targeted therapy（標的治療）の展望： Fc-EDA1融合タンパク（IgG1 Fcドメイン＋ヒトEDA-A1 TNFドメイン）が動物実験animal testing動物実験（animal testing）animal testing（動物実験）で有効性を示し、2016年に新生児X連鎖無汗性外胚葉形成異常症Hypohidrotic ectodermal dysplasia, HED無汗性外胚葉形成異常症（Hypohidrotic ectodermal dysplasia, HED）Hypohidrotic ectodermal dysplasia, HED（無汗性外胚葉形成異常症）に対する安全性評価の第II相試験phase II trial第II相試験（phase II trial）phase II trial（第II相試験）（EDI200）が実施された——臨床応用clinical applications臨床応用（clinical applications）clinical applications（臨床応用）はまだ実現していない。

X連鎖優性遺伝の総論

垂直パターンvertical pedigree垂直パターン（vertical pedigree）vertical pedigree（垂直パターン）の家系図pedigree家系図（pedigree）pedigree（家系図）。罹患女性は通常ヘテロ接合heterozygousヘテロ接合（heterozygous）heterozygous（ヘテロ接合）（XᴬXᵃ）、罹患男性は半接合（XᴬY）。罹患男性（正常配偶者との間）に罹患息子はいないが、全ての娘が罹患する。罹患女性は両性の子に伝達しうる（04-2-role-of-sex-in-inheritance参照）。

致死性の分類

症例：色素失調症

ほぼ女性のみが罹患——男性致死（重症度：XᴬXᴬ≈XᴬY>XᴬXᵃ、という順位が男性致死を反映）。IKBKG遺伝子（NF-κBキナーゼ複合体の調節サブユニット）の変異。ヘテロ女性ではX不活性化パターンにより表現度expressivity表現度（expressivity）expressivity（表現度）が大きく変動する。

⚠️ 色素失調症Incontinentia pigmenti, IP色素失調症（Incontinentia pigmenti, IP）Incontinentia pigmenti, IP（色素失調症）の皮膚病変は「見えない発生の地図」を可視化する——ブラシュコ線Blaschko lineブラシュコ線（Blaschko line）Blaschko line（ブラシュコ線）。 通常は目に見えない皮膚・付属器細胞の胚発生embryogenesis胚発生（embryogenesis）embryogenesis（胚発生）期の移動経路（ブラシュコ線Blaschko lineブラシュコ線（Blaschko line）Blaschko line（ブラシュコ線））に沿って、水疱性・疣状verrucous疣状（verrucous）verrucous（疣状）発疹（初期）→線状の萎縮性/色素沈着性帯（後期）という経過をたどる——正常個体では不可視のこの発生学的パターンが、色素失調症Incontinentia pigmenti, IP色素失調症（Incontinentia pigmenti, IP）Incontinentia pigmenti, IP（色素失調症）ではメラニン沈着として可視化される。歯・毛髪・爪・網膜の異常を伴い、約1/3に眼科的・神経学的neurological神経学的（neurological）neurological（神経学的）異常を合併する（頻度1:40,000〜50,000）。

症例：X連鎖低リン血症

PHEX遺伝子（ホスファターゼ調節エンドペプチダーゼendopeptidaseエンドペプチダーゼ（endopeptidase）endopeptidase（エンドペプチダーゼ）ホモログhomologホモログ（homolog）homolog（ホモログ）X連鎖）の変異——線維芽細胞増殖因子fibroblast growth factor, FGF線維芽細胞増殖因子（fibroblast growth factor, FGF）fibroblast growth factor, FGF（線維芽細胞増殖因子）23（FGF23）の産生増加を介して発症する（04-2-role-of-sex-in-inheritanceの家族性低リン血症familial hypophosphatemia家族性低リン血症（familial hypophosphatemia）familial hypophosphatemia（家族性低リン血症）の項も参照）。臨床像：成長遅延growth retardation成長遅延（growth retardation）growth retardation（成長遅延）、骨軟化症osteomalacia骨軟化症（osteomalacia）osteomalacia（骨軟化症）、成長板growth plate成長板（growth plate）growth plate（成長板）の軟骨細胞増殖chondrocyte proliferation軟骨細胞増殖（chondrocyte proliferation）chondrocyte proliferation（軟骨細胞増殖）・肥大の異常、石灰化障害defective mineralization石灰化障害（defective mineralization）defective mineralization（石灰化障害）、腎尿細管でのリン再吸収低下。頻度1:20,000。完全浸透だが表現度expressivity表現度（expressivity）expressivity（表現度）は変動する。

⭐ XLHX-linked hypophosphatemiaXLH（X-linked hypophosphatemia）X-linked hypophosphatemia（XLH）の治療は「原因物質causative agent原因物質（causative agent）causative agent（原因物質）そのものを中和する」抗体医薬antibody therapeutics抗体医薬（antibody therapeutics）antibody therapeutics（抗体医薬）に到達した——ブロスマブburosumabブロスマブ（burosumab）burosumab（ブロスマブ）。 従来のリン酸・カルシトリオールcalcitriolカルシトリオール（calcitriol）calcitriol（カルシトリオール）補充療法に加え、ブロスマブburosumabブロスマブ（burosumab）burosumab（ブロスマブ）——ヒト抗FGF23モノクローナル抗体——が、疾患の根本原因であるFGF23過剰産生を直接標的とする治療として利用可能になっている。

症例：エナメル質形成不全症1E型

AMELX遺伝子（X連鎖優性）——エナメル質enamelエナメル質（enamel）enamel（エナメル質）形成のみに限局した遺伝性疾患群disease group疾患群（disease group）disease group（疾患群）（4つの臨床・遺伝学的病型、16種類超の原因遺伝子causative gene原因遺伝子（causative gene）causative gene（原因遺伝子））。エナメル質enamelエナメル質（enamel）enamel（エナメル質）の硬度は正常だが厚みが不十分で歯が小さく見え、X線ではエナメル質enamelエナメル質（enamel）enamel（エナメル質）・象牙質dentin象牙質（dentin）dentin（象牙質）の境界が明瞭。AMELY（Y染色体、Yp11.2）は発現が極めて低く、変異による形成不全は未確認。

PCR診断の工夫： 欠失領域を挟むプライマー設計により、①欠失部を検出する逆プライマー（欠失があれば増幅せず野生型のみ検出）、②欠失境界に結合する逆プライマー（欠失があれば増幅、野生型では増幅しない）という2種類のPCR系を組み合わせ、変異アレル・野生型アレルを識別する。

症例：脆弱X症候群

4歳男児、原因不明の発達遅滞（運動・言語）、ADHD様・不安様・自閉スペクトラム様の行動特性（多動・不注意inattention不注意（inattention）inattention（不注意）・視線回避・常同運動stereotyped movements常同運動（stereotyped movements）stereotyped movements（常同運動））。身体所見：大きく突出した耳、大精巣症macroorchidism大精巣症（macroorchidism）macroorchidism（大精巣症）、相対的大頭症macrocephaly大頭症（macrocephaly）macrocephaly（大頭症）、斜視Strabismus斜視（Strabismus）Strabismus（斜視）、関節弛緩性（特に母指・指・手関節）。

FMR1遺伝子のCGGリピート数と病型

⭐ プレミューテーションpremutationプレミューテーション（premutation）premutation（プレミューテーション）が90回を超えると、母から子への伝達時に90%の確率でフルミューテーションfull mutationフルミューテーション（full mutation）full mutation（フルミューテーション）へ拡大する——世代を追うごとに重症化しうる。 これは表現促進anticipation表現促進（anticipation）anticipation（表現促進）の分子的裏付けそのもの（04-1-monogenic-inheritanceのハンチントン病Huntington's diseaseハンチントン病（Huntington's disease）Huntington's disease（ハンチントン病）の項も参照）。反復拡大の帰結：FMR1 mRNA・FMRPタンパクの減少→FMRPによる翻訳抑制の消失→過剰なタンパク合成protein synthesisタンパク合成（protein synthesis）protein synthesis（タンパク合成）→シナプスの特異性に依存した神経伝達異常。

診断法： PCRベースの反復数測定（正常〜フルミューテーションfull mutationフルミューテーション（full mutation）full mutation（フルミューテーション）までの範囲を判定）に加え、サザンブロット法Southern blotサザンブロット法（Southern blot）Southern blot（サザンブロット法）でメチル化感受性制限酵素restriction endonuclease制限酵素（restriction endonuclease）restriction endonuclease（制限酵素）（EagI：非メチル化配列のみ切断）を用いた解析も行う——女性では正常でも不活性化X染色体上のCpGアイランドCpG islandCpGアイランド（CpG island）CpG island（CpGアイランド）がメチル化されるが、脆弱X症候群fragile X syndrome脆弱X症候群（fragile X syndrome）fragile X syndrome（脆弱X症候群）では異常な高頻度CGGリピートによる病的メチル化が起こる、という2つの「メチル化」の区別が診断の鍵になる。

パターン認識の総仕上げ：家系図判読演習

セミナー末尾では多数の家系図pedigree家系図（pedigree）pedigree（家系図）から遺伝形式を判定する演習が行われる——色覚異常color vision disturbance色覚異常（color vision disturbance）color vision disturbance（色覚異常）（保因者・新規変異new mutation新規変異（new mutation）new mutation（新規変異）導入者の特定）、AD＋浸透率penetrance浸透率（penetrance）penetrance（浸透率）低下、XD＋男性致死、AD＋新規変異new mutation新規変異（new mutation）new mutation（新規変異）、AD＋生殖細胞系列モザイシズムgermline mosaicism生殖細胞系列モザイシズム（germline mosaicism）germline mosaicism（生殖細胞系列モザイシズム）など、04-1-monogenic-inheritance・04-3-introduction-to-pedigree-analysisで学んだ現象の複合的な組み合わせが問われる。加えて、疾患関連遺伝子多型genetic polymorphism遺伝子多型（genetic polymorphism）genetic polymorphism（遺伝子多型）（IL-8プロモーター多型・ABCB1多型等）のPCR-RFLP判読、DMD家系での遺伝子内RFLPを用いた出生前診断prenatal diagnosis出生前診断（prenatal diagnosis）prenatal diagnosis（出生前診断）という応用例で締めくくられる。

まとめ

• X不活性化は循環性circulating循環性（circulating）circulating（循環性）産物（血友病、平均化効果で保因者は無症状）と局在性産物（DMD、モザイク症状）とで、保因女性carrier female保因女性（carrier female）carrier female（保因女性）への影響の出方が根本的に異なる。
• 血友病診断はPCR-RFLP（既知ホットスポット）→シーケンシング（未知変異）という段階的アプローチをとり、プロバンドprobandプロバンド（proband）proband（プロバンド）優先検査の原則がある。DMDはフレームシフトframeshiftフレームシフト（frameshift）frameshift（フレームシフト）/インフレームという読み枠reading frame読み枠（reading frame）reading frame（読み枠）の理屈でDMD/BMDの重症度が分かれ、MLPAmultiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA)MLPA（multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA)）multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA)（MLPA）法がエクソン単位の欠失/重複を定量的に検出する標準技術。
• 無汗性外胚葉形成異常症Hypohidrotic ectodermal dysplasia, HED無汗性外胚葉形成異常症（Hypohidrotic ectodermal dysplasia, HED）Hypohidrotic ectodermal dysplasia, HED（無汗性外胚葉形成異常症）はEDA-EDAR-NF-κB経路の破綻で、Fc-EDA融合タンパクという標的治療targeted therapy標的治療（targeted therapy）targeted therapy（標的治療）が開発途上。XLHX-linked hypophosphatemiaXLH（X-linked hypophosphatemia）X-linked hypophosphatemia（XLH）はFGF23過剰産生が原因で、抗FGF23抗体（ブロスマブburosumabブロスマブ（burosumab）burosumab（ブロスマブ））という治療に到達している。
• 色素失調症Incontinentia pigmenti, IP色素失調症（Incontinentia pigmenti, IP）Incontinentia pigmenti, IP（色素失調症）はIKBKG変異による男性致死のXD疾患で、ブラシュコ線Blaschko lineブラシュコ線（Blaschko line）Blaschko line（ブラシュコ線）という発生学的地図を可視化する。
• 脆弱X症候群fragile X syndrome脆弱X症候群（fragile X syndrome）fragile X syndrome（脆弱X症候群）はCGGリピート数により正常・グレーゾーン・プレミューテーションpremutationプレミューテーション（premutation）premutation（プレミューテーション）・フルミューテーションfull mutationフルミューテーション（full mutation）full mutation（フルミューテーション）に分類され、プレミューテーションpremutationプレミューテーション（premutation）premutation（プレミューテーション）から母性maternal母性（maternal）maternal（母性）伝達時にフルミューテーションfull mutationフルミューテーション（full mutation）full mutation（フルミューテーション）へ拡大する確率が表現促進anticipation表現促進（anticipation）anticipation（表現促進）の分子的基盤になる。サザンブロットSouthern blotサザンブロット（Southern blot）Southern blot（サザンブロット）での2種類のメチル化（正常X不活性化 vs 病的CGG拡大）の区別が診断上重要。