全ゲノム解析とAIタンパク質構造予測で「診断難民」の病因を解明~未診断疾患を救う新しい診断支援アプローチ~

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2025-11-21 東京大学,順天堂大学

東京大学先端科学技術研究センターと順天堂大学の共同研究グループは、長年原因不明の症状に苦しむ「診断難民」一例を対象に、全ゲノム解析とAIによるタンパク質立体構造予測を組み合わせて病因解明を行った。まず、全ゲノム解析で原因の可能性がある遺伝子変異を特定し、その変異がコードする酵素の構造をAIで予測。さらに、分子レベルで酵素活性に与える影響を解析した結果、DNA修復に関わる酵素のアミノ酸置換が立体構造を歪ませ、活性低下を引き起こす可能性を明らかにした。本成果は「全ゲノム解析→AI構造予測→分子科学的解析」という新たな診断支援の枠組みを示しており、これまで診断のつかなかった患者の病因解明と診断支援の加速が期待される。患者自身が自身の病態を分子レベルで理解できる可能性も指摘されている。

全ゲノム解析とAIタンパク質構造予測で「診断難民」の病因を解明~未診断疾患を救う新しい診断支援アプローチ~
本研究で実践された新しい診断支援スキーム

<関連情報>

診断上解決されていない個人において特定されたATP結合モチーフのDNA2変異
A DNA2 mutation in the ATP-binding motif identified in a diagnostically unresolved individual

Keisuke Saito,Yukiko Yatsuka,Ayuno Kawakami,Shinichiro Kumagaya,Nana Akiyama,Yasushi Okazaki,Kei Murayama,Hiroshi Ishikita
Frontiers in Molecular Biosciences  Published:21 November 2025
DOI:https://doi.org/10.3389/fmolb.2025.1706392

Many individuals with chronic, medically unexplained symptoms remain without a diagnosis, despite extensive clinical evaluations. Here, we present a framework integrating genome analysis with protein structural analysis to investigate such a case. Genome sequencing of a diagnostically unresolved individual identified a previously unreported DNA2 missense variant: T652R. This mutation lies within the Walker A motif (GxxxxGKT) of the helicase 1A domain, at an “x” position in the P-loop critical for ATP recognition. Structural analysis revealed that the introduced Arg652 sidechain displaces the conserved Lys654 from its canonical ATP-binding role and forms a new salt bridge with Asp973 in the helicase domain 2A. This interaction likely locks DNA2 in a closed conformation, impairing the dynamic domain movement essential for helicase activity. The case presented here demonstrates how structure-guided analysis of even a single missense variant can provide a basis of understanding the molecular origin of symptoms and help maximize the often underutilized diagnostic potential of genome sequencing.

医療・健康
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