2018 Fiscal Year Annual Research Report
新規技術による白血病の包括的エンハンサー解析と分子病態解明
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18H03992
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
村川 泰裕 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (50765469)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高折 晃史 京都大学, 医学研究科, 教授 (20324626)
白川 康太郎 京都大学, 医学研究科, 助教 (80728270)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | エンハンサー / ゲノム科学 / 転写ネットワーク / 腫瘍 / 次世代シークエンシング / 転写ネットワーク / バイオインフォマティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
急性骨髄性白血病（AML）は、多様性に富んだ臨床像・細胞像を示す難治性の血液腫瘍である。特に若年性発症のケースも多く、社会的にも重要な課題である。特にAMLではエピジェネティクス異常が重要である。とりわけエンハンサーによる遺伝子の転写制御は、白血病細胞のアイデンティティーの決定に中心的な役割を果たす。エンハンサーは、それ自体から合成されるRNA産物（eRNA）を次世代シークエンサーで検出することで、高い塩基解像度で同定される。しかし、eRNAは合成直後に核内で迅速に分解され、全体の極一部しか検出できない。そこで我々は、細胞内RNAの分画化法を工夫し、mRNAなどの安定性の高い分子だけてなく、eRNAを超高感度にゲノムワイドに検出する画期的な新技術NET-CAGE法の開発に成功した。この我々の独自のエンハンサー解析技術をAMLの検体に適用し、白血病エンハンサー・転写プログラムを包括的に同定している。現在、京都大学医学部附属病院血液・腫瘍内科学講座と共同研究を行い、十分な臨床検体の収集および解析を施行している。患者毎の臨床データ、ゲノム情報、そして従来法では見えなかった活性化エンハンサー領域などのエピジェネティクス情報も絡めた統合解析により、急性白血病の発生・維持の根源的な分子メカニズムの解明を目指している。さらには、白血病に生じる全ゲノムレベルでのゲノム変異と、今回我々が解明したエンハンサー領域とを照合することで、これらのゲノム変異の機能的意義づけを行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
白血病は、他の悪性疾患に比べて発症年齢が若く、社会的にも重大な疾病である。本研究課題では、白血病細胞を維持しているゲノム転写ネットワークの解明から、病態に基づいた新たな分子標的薬や予後予測バイオマーカーを目指す。今回特にエンハンサーに注目した。エンハンサーは、細胞種特異的に活性化し標的遺伝子の発現を増大させる作用を持つことから、ゲノムネットワークの中心的な役割を担う。申請者の所属機関で独自に開発されたCAGE法は、RNAの5'末端を次世代シークエンサーにより網羅的に解析する技術である。驚くことに、エンハンサーにもRNAポリメラーゼがリクルートされ、エンハンサー自体からも両方向性にRNA（エンハンサーRNA）が合成される。従って、CAGE法によりエンハンサーRNAの5'末端を検出し、高塩基解像度でエンハンサーが同定できる(Andersson et al. Nature 2014)。しかし、エンハンサーRNAは合成された直後に活発に分解され、細胞内のトータルRNA中には極僅かしか存在しない。従って、従来のCAGE法ではエンハンサーの検出感度は極めて低かった。この問題を解決するために、我々は、特殊な工夫を加えることでエンハンサーを１つのサンプルのみからでも高感度に同定できる改良版CAGE法（NET-CAGE法）の開発に成功した。今回、急性白血病の複数患者のサンプルにおいて我々の独自技術を適用して、ゲノムネットワーク解析を行った。その結果、白血病に特異的に活性化しているエンハンサーおよびに未知の遺伝子などが網羅的に検出された。
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| Strategy for Future Research Activity |
AMLは多様性に富んだ臨床像・細胞像を示す腫瘍であり、多症例の臨床データ・ゲノム情報に基づいた解析が分子病態の包括的な理解には必要不可欠である。
今後の方針として、さらに多くの臨床検体にエンハンサー解析を適用し、AMLの発症および維持に関わるメカニズムを分子レベルで包括的に解明する。そして、新規の診断マーカーや治療標的候補と思われる分子を数多く同定する。今後、これらの機能解析を行い、白血病の病因・病態の解明を目指す。
さらには、近年の全ゲノム解析により99%近いゲノム変異はタンパク質をコードしない非コード領域に生じていることが示されている。シスエレメントに一定の頻度で認める遺伝子変異が近年相次いで報告されている。本課題において、（特異的なエンハンサー活性を多く認める症例を中心に研究費も考慮して）AMLのサブセットを選択して、ゲノム変異解析を施行する。非コード領域のシスエレメントに生じたDNA変異が、エンハンサー活性・転写プログラムにどのような影響を与えるのか解明し、ゲノム変異とゲノム転写ネットワークの関係性を解明する。
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Research Products
(8 results)
