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X-inactivation X不活性化（X-inactivation）X-inactivation（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X-inactivation X不活性化（X-inactivation）X-inactivation（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は異なるが、「保因者＝無症状」とは限らない。 血液凝固因子のように血中を循環する産物では平均化効果が働く一方、血友病A保因女性 carrier female 保因女性（carrier female） carrier female（保因女性） には第VIII因子低値や臨床的に重要な出血を示す人がおり、因子値が正常でも出血しうる。¹ 筋線維のような局在性産物では細胞ごとのX不活性化 X-inactivation X不活性化（X-inactivation） X-inactivation（X不活性化） パターンが反映されるため、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） にもモザイク状 mosaic pattern モザイク状（mosaic pattern） mosaic pattern（モザイク状） の筋症状やCKCK（creatine kinase）上昇が現れうる。

症例：血友病A・B

変異の型： 血友病Aでは点変異や欠失・重複に加え、重症例でF8イントロン22逆位 inversion逆位（inversion） inversion（逆位）が重要である。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（04-2-role-of-sex-in-inheritanceも参照）。

診断アルゴリズム

💡 凝固因子活性coagulation factor activity 凝固因子活性（coagulation factor activity）coagulation factor activity（凝固因子活性） で病型を定め、変異型mutant 変異型（mutant）mutant（変異型） に合った分子検査へ進む。 血友病Aの重症例ではまずF8イントロン22逆位 inversion逆位（inversion） inversion（逆位）（必要に応じてイントロン1逆位 inversion逆位（inversion） inversion（逆位））を調べ、陰性例や中等症・軽症例ではプロモーター、各エクソン、スプライス境界を配列解析 sequence analysis 配列解析（sequence analysis） sequence analysis（配列解析） する。² PCRPCR（polymerase chain reaction）-RFLPは特定の既知変異には使えるが、血友病A全体の標準的な初回スクリーニングを代表する方法ではない。

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 pseudohypertrophy 仮性肥大（pseudohypertrophy） pseudohypertrophy（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serum creatine kinase 血清クレアチンキナーゼ（serum creatine kinase）serum creatine kinase（血清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X-linked recessive X連鎖劣性（X-linked recessive）X-linked recessive（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）。

⭐ 「読み枠reading frame 読み枠（reading frame）reading frame（読み枠） 則」はDMD/BMDを予測する強い原則だが、例外もある（04-2-role-of-sex-in-inheritance参照）。 一般にインフレーム欠失（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）、アウトオブフレーム欠失はデュシェンヌ型 Duchenne type (DMD) デュシェンヌ型（Duchenne type (DMD)） Duchenne type (DMD)（デュシェンヌ型） に対応する。ただしスプライシングや翻訳開始 translation initiation 翻訳開始（translation initiation） translation initiation（翻訳開始） 位置などの影響でこの対応から外れる例があるため、読み枠reading frame 読み枠（reading frame）reading frame（読み枠） だけで表現型を断定しない。³

MLPA法の詳細

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<span class='jp-term jp-term-diagram' title='polymerase chain reaction'>PCR</span>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"]

一度に多数のプローブを使用でき、DMD遺伝子ではエクソン45〜55を含む遠位領域が欠失の重要な集積域である。³ 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消失する（半接合体hemizygote 半接合体（hemizygote）hemizygote（半接合体） での欠失）。ただし単一エクソン欠失と見える結果は、プローブ結合部位のSNVによる偽陽性がありうるため、別のプローブ、PCR、配列解析sequence analysis 配列解析（sequence analysis）sequence analysis（配列解析） などで確認する。⁴

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hypohidrosis 減汗（hypohidrosis）hypohidrosis（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 gene EDA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 X-inactivation X不活性化（X-inactivation） X-inactivation（X不活性化） の比率に応じてモザイク状 mosaic pattern モザイク状（mosaic pattern） mosaic pattern（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 placode プラコード（placode） placode（プラコード） 阻害因子を中和して発生を進める。 EDAはTNFTNF（tumour necrosis factor）ファミリーに属する膜タンパク membrane protein 膜タンパク（membrane protein） membrane protein（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 placode プラコード（placode） placode（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 gene EDA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（IgG1IgG1（immunoglobulin G1） 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 hemizygous 半接合（hemizygous） hemizygous（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 X-inactivation X不活性化（X-inactivation） X-inactivation（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 melanin deposition メラニン沈着（melanin deposition） melanin deposition（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23fibroblast growth factor 23 線維芽細胞増殖因子23（fibroblast growth factor 23）fibroblast growth factor 23（線維芽細胞増殖因子23） （FGF23FGF23, fibroblast growth factor 23）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complete penetrance 完全浸透（complete penetrance）complete penetrance（完全浸透） だが表現度 expressivity 表現度（expressivity） expressivity（表現度） は変動する。

⭐ XLHXLH（X-linked hypophosphatemia）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（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mutant allele変異アレル（mutant allele）mutant allele（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）、ADHDADHD（attention-deficit/hyperactivity disorder）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joint laxity 関節弛緩性（joint laxity）joint laxity（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

⭐ 母由来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） へ伸長するリスクは、CGG反復CGG repeat CGG反復（CGG repeat）CGG repeat（CGG反復） 数だけでは決まらない。 反復数が多いほどリスクは上がるが、CGG列内のAGG中断が多いほど、とくに100回未満の前変異 premutation 前変異（premutation） premutation（前変異） では伸長リスクが下がる。⁵ したがって固定した反復数だけから一律の確率を示さず、反復長・AGG構造・家族歴を合わせて遺伝カウンセリングを行う。これは04-1-monogenic-inheritanceで扱うハンチントン病Huntington diseaseハンチントン病（Huntington disease）Huntington disease（ハンチントン病）とは異なる反復不安定性の評価点である。

診断法： 現在は反復プライムPCR（triplet-primed PCR）とキャピラリー解析を用いて正常・中間・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） やモザイクを識別し、必要に応じてメチル化特異的PCRを組み合わせる。⁶ 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）は大きな伸長、複雑なサイズ／メチル化モザイクなどの確認に補助的に用いる。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 island CpG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CGG拡大に伴う病的メチル化が起こる、という2つのメチル化を区別する。

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 deficiency 色覚異常（color vision deficiency） color vision deficiency（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X-inactivation X不活性化（X-inactivation）X-inactivation（X不活性化） は循環性 circulating 循環性（circulating） circulating（循環性） 産物と局在性産物で影響の出方が異なるが、血友病保因女性 carrier female 保因女性（carrier female） carrier female（保因女性） にも臨床的な出血がありうるため、「保因者＝無症状」とは扱わない。
• 血友病Aは凝固因子活性 coagulation factor activity 凝固因子活性（coagulation factor activity） coagulation factor activity（凝固因子活性） を基礎に、重症例の逆位 inversion 逆位（inversion） inversion（逆位） 検査とF8配列解析 sequence analysis 配列解析（sequence analysis） sequence analysis（配列解析） を組み合わせる。DMD/BMDの読み枠 reading frame 読み枠（reading frame） reading frame（読み枠） 則には例外があり、MLPAMLPA（multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA)）の単一エクソン異常は別法で確認する。
• 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。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反復 CGG repeat CGG反復（CGG repeat） CGG repeat（CGG反復） 数により分類され、母性maternal 母性（maternal）maternal（母性） 伝達時の伸長リスクには反復数とAGG中断が関わる。診断は反復プライムPCR・キャピラリー解析とメチル化評価を中心に、複雑例でサザンブロット Southern blot サザンブロット（Southern blot） Southern blot（サザンブロット） を補助的に用いる。