Liquid Biopsy using Multi-Nucleic Acid for the early diagnosis of PDAC

• Project/Area Number: 23K06759
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 50020:Tumor diagnostics and therapeutics-related
• Research Institution: Center for Clinical and Biomedical Research, Sapporo Higashi Tokushukai Hospital
• Principal Investigator: 小野 裕介 医療法人徳洲会札幌東徳洲会病院医学研究所, ゲノム診断研究部, 部門長 (40742648)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 賢治 旭川医科大学, 大学病院, 助教 (00736332) ; 水上 裕輔 旭川医科大学, 医学部, 教授 (30400089)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 早期診断 / リキッドバイオプシー / 遊離核酸 / 膵癌 / IPMN / ドライバー変異 / ゲノム編集 / バイオマーカー / 遊離RNA

Outline of Research at the Start

分子サブタイプに基づく精密医療の導入において、疾患特異的なRNA発現プロファイルは腫瘍の悪性化に向かう直接の発現経路の変化に応じたバイオマーカーになり得ると考えられる。本研究では膵癌の中でも早期に治癒切除可能な膵管内乳頭粘液性腫瘍 (IPMN) におけるドライバー遺伝子変異の蓄積パターンに伴う転写経路の変化を統合的に評価する診断系の基盤作りを目指す。高度に断片化された体液中の遊離RNAの安定的な検出系の構築とゲノム編集細胞株を用いたIPMN特異的なドライバー遺伝子KRAS、GNAS変異による遺伝子プロファイルの解析データを基盤として、患者由来の体液サンプルにおける発現経路変動の検出を行う。

Outline of Annual Research Achievements

がん診断において、低侵襲かつ高感度なリキッドバイオプシーについて、早期診断、前癌病変のリスク評価のレベルで運用するために、DNAによる変異解析を補完する高精度な次世代マルチオミクス解析系の構築が期待されることから、本研究課題では、ドライバー遺伝子変異を高精度に検出すると同時に特定の遺伝子変異が引き起こす発現経路の変化を体液より検出する「マルチ核酸リキッドバイオプシー」の系を、癌早期発見の診断系として構築することを目的としている。
2023年度は、不死化正常膵管上皮細胞株（hTERT-HPNE: CRL-4023）を用いて膵癌前駆病変の一つである膵管内乳頭粘液性腫瘍 (IPMN) のドライバー遺伝子GNAS遺伝子とKRAS遺伝子の変異導入を目的としたCRISPRシステムによるゲノム編集を行った。取得された変異株に関し、ドライバー遺伝子変異と関連する下流経路の変化についてRNA-seqによる発現解析を行った。
また一方で、本年度の目的の一つ手である体液遊離RNAの効果的な検出を目指し、膵がんに関連すると予想される遺伝子を一次解析候補とし、RNAのデジタルPCRを使用した検出解析法の構築、体液からの抽出方法の検討を行った。抽出されるRNAの収量は非常に微量であるため、Qubit等を用いた定量比較は難しい状況であったが、ターゲット領域を検出可能なコピー数に前増幅することにより発現量の比較が可能となった。また、ターゲット領域はマルチプレックス増幅により、一反応での同時増幅が可能である。現在、患者由来の血液および膵臓由来の体液を用いて比較検討している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究実績の概要で示したとおり、不死化正常膵管上皮細胞株（hTERT-HPNE: CRL-4023）を用いて膵癌前駆病変の一つである膵管内乳頭粘液性腫瘍 (IPMN) のドライバー遺伝子GNAS遺伝子とKRAS遺伝子の変異導入を行ったが、RNA-seqの結果に問題があり、細胞株の再取得を含めたバリデーションを行っている。

Strategy for Future Research Activity

細胞モデルの完成を目指し、RNA-seq解析によってKRASやGNAS変異が転写制御にどのように影響を与えるかについての解析を進める。候補遺伝子のリスト化を目指して遊離RNAにおけるデジタルPCR検出を進める。

Research Products

• [Journal Article] Liquid Biopsy for Pancreatic Cancer by Serum Extracellular Vesicle-Encapsulated Long Noncoding RNA HEVEPA. (2024)
  • Author(s): Takahashi K, Inuzuka T, Shimizu Y, Sawamoto K, Taniue K, Ono Y, Asai F, Koyama K, Sato H, Kawabata H, Iwamoto H, Yamakita K, Kitano Y, Teramoto T, Fujiya M, Fujii S, Mizukami Y, Okumura T.
  • Journal Title: Pancreas. Volume: - Issue: 5 Pages: 395-404
  • DOI: 10.1097/mpa.0000000000002315
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gene Rearrangement and Expression of PRKACA and PRKACB Govern Morphobiology of Pancreatobiliary Oncocytic Neoplasms (2024)
  • Author(s): Itoh T, Omori Y, Seino M, Hirose K, Date F, Ono Y, Mizukami Y, Aoki S, Ishida M, Mizuma M, Morikawa T, Higuchi R, Honda G, Okamura Y, Kinoshita K, Unno M, Furukawa T.
  • Journal Title: Modern Pathology Volume: 37 Issue: 1 Pages: 100358-100358
  • DOI: 10.1016/j.modpat.2023.100358
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local recurrence after successful endoscopic submucosal dissection for rectal mucinous mucosal adenocarcinoma: A case report (2023)
  • Author(s): Murakami Yuki、Tanabe Hiroki、Ono Yusuke、Sugiyama Yuya、Kobayashi Yu、Kunogi Takehito、Sasaki Takahiro、Takahashi Keitaro、Ando Katsuyoshi、Ueno Nobuhiro、Kashima Shin、Yuzawa Sayaka、Moriichi Kentaro、Mizukami Yusuke、Fujiya Mikihiro、Okumura Toshikatsu
  • Journal Title: World Journal of Gastrointestinal Oncology Volume: 15 Issue: 1 Pages: 186-194
  • DOI: 10.4251/wjgo.v15.i1.186
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Monitoring mutant KRAS in plasma cell-free DNA can predict disease progression in a patient with multiple myeloma: A case report (2023)
  • Author(s): Yamamoto Masayo、Shindo Motohiro、Funayama Takuya、Sumi Chihiro、Saito Takeshi、Toki Yasumichi、Hatayama Mayumi、Ono Yusuke、Sato Kazuya、Mizukami Yusuke、Okumura Toshikatsu
  • Journal Title: Clinica Chimica Acta Volume: 551 Pages: 117590-117590
  • DOI: 10.1016/j.cca.2023.117590
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two Cases of SMARCA4-Deficient Non-small Cell Lung Cancer (NSCLC) with Improved Performance Status (PS) after Treatment with Immune Checkpoint Inhibitors (ICIs) (2023)
  • Author(s): Koizumi Akiko、Tamura Yukiho、Yoshida Ryohei、Mori Chie、Ono Yusuke、Tanino Mishie、Mizukami Yusuke、Sasaki Takaaki
  • Journal Title: Cureus Volume: 15
  • DOI: 10.7759/cureus.37656
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low-grade papillary Schneiderian carcinoma with TP53 mutation: a case report and review of the literature (2023)
  • Author(s): Yuzawa Sayaka、Michizuka Tomohiko、Kakisaka Rika、Ono Yusuke、Hayashi Manami、Takahara Miki、Katada Akihiro、Mizukami Yusuke、Tanino Mishie
  • Journal Title: Diagnostic Pathology Volume: 18 Issue: 1 Pages: 13-13
  • DOI: 10.1186/s13000-023-01334-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular comparison of concurrent components of high-grade dysplasia, adenocarcinoma, and sarcomatoid carcinoma in a case of sarcomatoid carcinoma of the gallbladder (2023)
  • Author(s): Hirose Katsuya、Omori Yuko、Ono Yusuke、Mizukami Yusuke、Kaneko Yoshiki、Maruyama Tsunehiko、Ohtani Haruo、Furukawa Toru
  • Journal Title: Virchows Archiv Volume: 99 Issue: 2 Pages: 99-99
  • DOI: 10.1007/s00428-023-03524-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiplex Digital PCR Assay to Detect Multiple KRAS and GNAS Mutations Associated with Pancreatic Carcinogenesis from Minimal Specimen Amounts (2023)
  • Author(s): Maeda Chiho、Ono Yusuke、Hayashi Akihiro、Takahashi Kenji、Taniue Kenzui、Kakisaka Rika、Mori Miyuki、Ishii Takahiro、Sato Hiroki、Okada Tetsuhiro、Kawabata Hidemasa、Goto Takuma、Tamamura Nobue、Omori Yuko、Takahashi Kuniyuki、Katanuma Akio、Karasaki Hidenori、Liss Andrew Scott、Mizukami Yusuke
  • Journal Title: The Journal of Molecular Diagnostics Volume: 23 Issue: 6 Pages: 1525-1578
  • DOI: 10.1016/j.jmoldx.2023.02.007
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] GATA6 and CK5 Stratify the Survival of Patients With Pancreatic Cancer Undergoing Neoadjuvant Chemotherapy (2023)
  • Author(s): Kokumai Takashi、Omori Yuko、Ishida Masaharu、Ohtsuka Hideo、Mizuma Masamichi、Nakagawa Kei、Maeda Chiho、Ono Yusuke、Mizukami Yusuke、Miura Shin、Kume Kiyoshi、Masamune Atsushi、Morikawa Takanori、Unno Michiaki、Furukawa Toru
  • Journal Title: Modern Pathology Volume: 36 Issue: 5 Pages: 100102-100102
  • DOI: 10.1016/j.modpat.2023.100102
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Serine/Threonine Kinase 11 Plays a Canonical Role in Malignant Progression of KRAS-mutant and GNAS-wild-type Intraductal Papillary Mucinous Neoplasms of the Pancreas (2021)
  • Author(s): Omori Yuko、Ono Yusuke、Morikawa Takanori、Motoi Fuyuhiko、Higuchi Ryota、Yamamoto Masakazu、Hayakawa Yuko、Karasaki Hidenori、Mizukami Yusuke、Unno Michiaki、Furukawa Toru
  • Journal Title: Annals of Surgery Volume: Publish Ahead of Print Issue: 2 Pages: e384-e395
  • DOI: 10.1097/sla.0000000000004842
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] High-sensitive liquid biopsy using pancreatic juice/duodenal fluid containing tumor-derived DNA to capture genetic mutations by molecular barcode sequencing (2023)
  • Author(s): Ono Y, Takahashi K, Maeda C, Hayashi A, Kawabata H, Okada T, Sato H, Saito A, Kawamoto T, Takahashi K, Kimura K, Iwano H, Yanagawa N, Suzuki M, Mori M, Karasaki H, Mizukami Y
  • Organizer: 31st UEG week 2023; Abstract Session "New insights into pancreatic diseases: From inflammation to cancer"
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 札幌東徳洲会病院 医学研究所 研究業績 2023年度
  • URL: http://www.higashi-tokushukai.or.jp/inst_biomed_res/achievement/2023/
• [Remarks] 代表者所属 札幌東徳洲会病院 医学研究所 ゲノム診断研究部 研究内容
  • URL: http://www.higashi-tokushukai.or.jp/inst_biomed_res/details/post_7.html
• [Remarks] 分担者（水上・高橋）所属 旭川医科大学 内科学講座
  • URL: https://amu-imed.jp