リボソーム生合成障害が造血器腫瘍の発症・進展に果たす役割の解明

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K08334
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 松井 啓隆 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 教授 (60379849)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 神力 悟 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 准教授 (00583048)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: DDX41 / リボソームプロファイリング / 急性骨髄性白血病 / 骨髄異形成症候群

Outline of Annual Research Achievements

急性骨髄性白血病(AML)や骨髄異形成症候群(MDS)などの造血器腫瘍では、ゲノム解析の進歩により、遺伝子変異のほぼ全容が明らかにされている。
一方で、最近になって変異の存在が示された遺伝子のいくつかでは、なぜその遺伝子に変異が生じることで造血器腫瘍の発症が促されるのかという点で、未だ不明な点が多い。本研究で主なテーマとするDDX41遺伝子変異も、造血器腫瘍症例の1～2%の割合で認めることが明らかにされているが、この遺伝子によりコードされる分子がRNAヘリケースのひとつであって、この変異が造血幹細胞・前駆細胞にどのような変化をもたらすのかわかっていない。
我々はこれまでに、体細胞遺伝子変異として見られるp.R525H変異をモデルにして、DDX41遺伝子変異の病的意義を探ってきた。本遺伝子変異を導入した細胞では、増殖が著しく抑制され、この際リボソームRNA(rRNA)の生合成、すなわちpre-rRNAから成熟型のrRNAへと切断される過程が障害されることを見出した。また、これに伴って遊離リボソームタンパク質が生じ、これらがMDM2タンパク質と結合することによって、RBタンパク質がMDM2から離れ活性化される結果、細胞周期の抑制が起こるというメカニズムを提唱してきた。
これはDDX41 p.R525H変異を持つ症例が概して骨髄不全傾向であることと矛盾しないが、一方で、必ずしも腫瘍化そのもののメカニズムを十分に説明できているわけではない。また、いわゆる「リボソーム病」でも、多くが骨髄不全の後に造血器腫瘍に至ることと重ね合わせ、DDX41遺伝子変異も、リボソーム合成障害を介して「翻訳」そのものを変容させているのではないかと考えるに至った。現在、この作業仮説の検証のため、DDX41遺伝子発現を抑制した造血幹細胞・前駆細胞を用いて、リボソームプロファイリング法による翻訳解析を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

リボソームプロファイリングによるデータの取得には、比較的大量の細胞を必要とし、かつ、ごく限られた断片長のRNA(リボソームに取り込まれ翻訳を受けている最中のmRNA)を正確に分離精製する必要があるため、高度な技術と経験を必要とする。研究初年度には、まず白血病細胞株を用いてリボソームプロファイリング実験の習熟につとめ、これまでに予想以上に的確に翻訳中のmRNAを捉え、次世代シーケンサーでデータ取得することに成功した (これは、得られたmRNAシーケンスデータに5’非翻訳領域から翻訳領域のみが含まれ、3’非翻訳領域が全く含まれないことにより証明された)。また、mRNAとしては比較的大量に存在していても、全く翻訳を受けていない遺伝子が同定されたり、RNAポリメラーゼⅠ阻害剤を加えrRNA転写を抑制した時に、特定遺伝子の翻訳が増減することが確認できたりしたことも、本手法の確からしさを補強するデータである。
こうしたことを受け、現在、次の実験段階に進んでいる。ここでは、臍帯血由来造血幹細胞・前駆細胞を用いてDDX41遺伝子発現を抑制し、いわゆる生殖細胞系列変異(機能欠失型変異)を模倣した状態の細胞の表現型を、リボソームプロファイリングによって得ることとした。レンチウイルスを用いたDDX41の発現抑制を行い、この細胞を赤芽球系に分化させたところ、対照細胞に比し細胞の増殖と分化が著しく障害されることが確認され、赤芽球文化にDDX41を介した翻訳調節機構が関与するものと予想される。その詳細をリボソームプロファイリングで明らかにすることが、当座の目標となる。

Strategy for Future Research Activity

上記の通り、リボソームプロファイリングによって、従来のトランスクリプトーム解析では見えなかった多くのデータが得られることが確認された。2019年度には、DDX41の有無によって翻訳が影響を受ける遺伝子の包括的および個別の解析を行う。包括的な解析としては、翻訳効率が向上もしくは低下した遺伝子群の構造的な特徴を明確にすることを計画している。予備的な解析では、DDX41の発現抑制によって翻訳効率が向上する遺伝子は、3’非翻訳領域が短い遺伝子が多く含まれることが分かっているが、さらに、翻訳とスプライシングとの関係性を調べるなど、より緻密なデータ解析を進めたい。個別な解析対象として興味深いのは、翻訳に変化が生じる遺伝子群にヒストン関連分子が複数含まれている点である。翻訳がエピゲノムの調節機構として機能するという報告はこれまでほとんど例がなく、新たな研究フィールドを確立することに繋げられるのではないかと期待している。
また、前回受給を受けた基盤研究(C)「ヒト造血細胞でのゲノム編集技術基盤の確立と血液腫瘍病態解析への応用」の技術を応用し、これまでにDDX41遺伝子改変マウスの樹立に成功した。このマウスは、片側アレルがノックアウト、反対アレルがp.R525H変異に相当するジェノタイプを持つマウスである。ヒトにおいてDDX41の生殖細胞系列変異を持つ個体が造血器腫瘍を発症するのは平均60代であるとされていることから、このマウスも単に経過を観察するだけで造血器腫瘍に至るとは考えにくく、何らかの環境要因、もしくは造血幹細胞を細胞周期に入れるような刺激を加えることが必要であると予想している。これに対し、白血病誘導ウイルスの感染や、炎症刺激等を施すことによって個体の表現型変化を捉える実験を実施するとともに、本マウス由来の造血細胞を用いたリボソームプロファイリング実験にも進める予定である。

Research Products

• [Journal Article] Bcor insufficiency promotes initiation and progression of myelodysplastic syndrome (2018)
  • Author(s): Tara S, Isshiki Y, Nakajima-Takagi Y, Oshima M, Aoyama K, Tanaka T, Shinoda D, Koide S, Saraya A, Miyagi S, Manabe I, Matsui H, Koseki H, Bardwell VJ, Iwama A
  • Journal Title: Blood Volume: 132 Pages: 2470-2483
  • DOI: 10.1182
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A novel age-related venous amyloidosis derived from EGF-containing fibulin-like extracellular matrix protein 1 (2018)
  • Author(s): Tasaki M, Ueda M, Hoshii Y, Mizukami M, Matsumoto S, Nakamura M, Yamashita T, Ueda A, Misumi Y, Masuda T, Inoue Y, Torikai T, Nomura T, Tsuda Y, Kanenawa K, Isoguchi A, Okada M, Matsui H, Obayashi K, Ando Y
  • Journal Title: J Pathol Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CSF TACI and BAFF levels in patients with primary CNS lymphoma as novel diagnostic biomarkers. (2018)
  • Author(s): Mizutani H, Nakane S, Ikeda T, Nakamura H, Takamatsu K, Makino K, Tawara N, Mukaino A, Watari M, Matsui H, Mukasa A, Ando Y
  • Journal Title: Ann Clin Transl Neurol Volume: 5(12) Pages: 1611-1616
  • DOI: 10.1002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ezh2 loss propagates hypermethylation at T cell differentiation-regulating genes to promote leukemic transformation. (2018)
  • Author(s): Wang C, Oshima M, Sato D, Matsui H, Kubota S, Aoyama K, Nakajima-Takagi Y, Koide S, Matsubayashi J, Mochizuki-Kashio M, Nakano-Yokomizo T, Bai J, Nagao T, Kanai A, Iwama A, Sashida G.
  • Journal Title: J. Clin. Invest Volume: 128(9) Pages: 3872-3886,
  • DOI: 10.1172
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The influence of pre-analytical factors on the analysis of circulating microRNA. (2018)
  • Author(s): Shiotsu H, Okada K, Shibuta T, Kobayashi Y, Shirahama S, Kuroki C, Ueda S, Ohkuma M, Ikeda K, Ando Y, Matsui H, Kayamori Y, Umemura T
  • Journal Title: Microrna Volume: 7(3) Pages: 195-203
  • DOI: 10.2174
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel ASXL1-OGT axis plays roles in H3K4 methylation and tumor suppression in myeloid malignancies (2018)
  • Author(s): Inoue D, Fujino T, Sheridan P, Zhang YZ, Nagase R, Horikawa S, Li Z, Matsui H, Kanai A, Saika M, Yamaguchi R, Kozuka-Hata H, Kawabata KC, Yokoyama A, Goyama S, Inaba T, Imoto S, Miyano S, Xu M, Yang FC, Oyama M, Kitamura T.
  • Journal Title: Leukemia Volume: 32(6) Pages: 1327-1337
  • DOI: 10.1038
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The enigma of monosomy 7. (2018)
  • Author(s): Inaba T, Honda H, Matsui H
  • Journal Title: Blood Volume: 131(26) Pages: 2891-2898
  • DOI: 10.1182
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inter-observer variance and the need for standardization in the morphological classification of myelodysplastic syndrome (2018)
  • Author(s): Sasada K, Yamamoto N, Masuda H, Tanaka Y, Ishihara A, Takamatsu Y, Yatomi Y, Katsuda W, Sato I, Matsui H
  • Journal Title: Leuk Res Volume: 69 Pages: 54-59
  • DOI: 0.1016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 被災地での臨床検査支援体制の構築 (2018)
  • Author(s): 松井啓隆、池田勝義
  • Journal Title: 臨床検査 Volume: 63巻2号 Pages: 186-190
• [Journal Article] 自動血球分析装置による末梢血幹細胞動員不良予測の試み (2018)
  • Author(s): 舛田 博貴, 笹田 景子, 福吉 葉子, 大隈 雅紀, 内場 光浩, 井上 明威, 野坂 生郷, 奥野 豊, 松岡 雅雄, 松井 啓隆, 米村 雄士
  • Journal Title: 日本輸血細胞治療学会誌 Volume: 64巻3号 Pages: 510-515
• [Presentation] Roles of Monosomy 7 and SAMD9/SAMD9L mutations in myeloid leukemogenesis (2018)
  • Author(s): Matsui H
  • Organizer: 2019 International Conference & 60th Annual Meeting of Korean Society of Hematology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Dysregulated translation control via inappropriate ribosome biogenesis is involved in myeloid leukemogenesis. (2018)
  • Author(s): Matsui H., Shinriki S., Kanai A.
  • Organizer: 47th Annual Scientific Meeting of International Society of Experimental Hematology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Perspective of integrated diagnosis of Myelodysplastic syndrome. (2018)
  • Author(s): Matsui H
  • Organizer: 10th meeting of Mongolia External Quality Assurance Surveillance (MEQAS)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] リボソーム生合成障害の白血病発症への関与 (2018)
  • Author(s): 神力 悟, 松井 啓隆
  • Organizer: 第65回臨床検査医学会学術集会
• [Presentation] 発信される臨床検査情報の活用 診療最前線と中央検査室の自動化機器の連携 (2018)
  • Author(s): 池田 勝義, 長島 美紀, 山内 露子, 山下 昭一郎, 福吉 葉子, 松井 啓隆
  • Organizer: 第65回臨床検査医学会学術集会
• [Presentation] DNA脱メチル化剤によるMDS貧血改善遺伝子の探索 (2018)
  • Author(s): 金井 昭教, 長町 安希子, 松井 啓隆, 稲葉 俊哉
  • Organizer: 第80回日本血液学会学術集会
• [Presentation] Tet2/3遺伝子の欠失数がマウス造血器腫瘍の発症を決定する (2018)
  • Author(s): 真家 紘一郎, Shrestha Raksha, 坂田 麻実子[柳元], 大島 基彦, 中島 やえ子, 松井 啓隆, 加藤 貴康, 武藤 秀治, Mouly Enguerran, Bernard Olivier A., 古関 明彦, 岩間 厚志, 千葉 滋
  • Organizer: 第80回日本血液学会学術集会
• [Presentation] リボソーム生合成異常の白血病発症への関与 (2018)
  • Author(s): 神力 悟, 金井 昭教, 長町 安希子, 一戸 辰夫, 稲葉 俊哉, 松井 啓隆
  • Organizer: 第80回日本血液学会学術集会
• [Presentation] Samd9/Samd9L変異体による造血障害メカニズムの解明 (2018)
  • Author(s): 長町 安希子, 松井 啓隆, 金井 昭教, 神力 悟, 稲葉 俊哉
  • Organizer: 第80回日本血液学会学術集会
• [Presentation] NUP98-HBO1によるヒストンアセチル化制御異常は慢性骨髄単球性白血病を引き起こす (2018)
  • Author(s): 林 嘉宏, 原田 結花, 鍵山 侑希, 丁 曄, 今川 潤, 新谷 直樹, 加藤 菜穂子, 北浦 次郎, 小松 則夫, 松井 啓隆, 北林 一生, 岩間 厚志, 北村 俊雄, 原田 浩徳
  • Organizer: 第80回日本血液学会学術集会.
• [Presentation] 放射線を用いたがん研究とがん治療: モノソミー7を伴う放射線誘発MDSにおけるエンドソームタンパク質Samd9/Lの役割 (2018)
  • Author(s): 稲葉 俊哉, 長町 安希子, 金井 昭教, 松井 啓隆
  • Organizer: 第77回日本癌学会学術総会.
• [Presentation] 自律的細胞特性が骨髄播種癌細胞の休眠に寄与する (2018)
  • Author(s): 前城 学, 神力 悟, 中村 拓哉, 城野 博史, 中山 秀樹, 安東 由喜雄, 松井 啓隆
  • Organizer: 第77回日本癌学会学術総会.
• [Presentation] ヒストンアセチル化制御破綻による慢性骨髄単球性白血病の新規発症機序 (2018)
  • Author(s): 林 嘉宏, 原田 結花, 鍵山 侑希, 新谷 直樹, 小松 則夫, 松井 啓隆, 北林 一生, 岩間 厚志, 北村 俊雄, 原田 浩徳
  • Organizer: 第77回日本癌学会学術総会.
• [Presentation] Loss of TET2 and TET3 alleles accentuate development of hematological malignancies (2018)
  • Author(s): Shrestha Raksha, 真家 紘一郎, Sakata-Yanagimoto Mamiko, Oshima Motohiko, Nakajima-Takagi Yaeko, 松井 啓隆, Kato Takayasu, 武藤 秀治, Mouly Enguerran, Bernard Olivier A, 古関 明彦, 岩間 厚志, 千葉 滋
  • Organizer: 第77回日本癌学会学術総会.
• [Presentation] リボソーム生合成障害は白血病発症に関与する (2018)
  • Author(s): 神力 悟, 金井 昭教, 長町 安希子, 一戸 辰夫, 稲葉 俊哉, 松井 啓隆
  • Organizer: 第77回日本癌学会学術総会.
• [Presentation] 休眠に寄与する骨髄播種癌細胞の自律的分子特性の解析 (2018)
  • Author(s): 前城 学, 神力 悟, 中村 拓哉, 城野 博史, 中山 秀樹, 安東 由喜雄, 松井 啓隆
  • Organizer: 第60回 歯科基礎医学会学術大会.
• [Presentation] ヘモグロビンA1cに対する赤血球の平均加齢変化の影響 グリコアルブミンとの比較. (2018)
  • Author(s): 徳弘 慎治, 奥宮 敏可, 古賀 正史, 西村 仁志, 松井 啓隆, 久原 太助, 小西 小百合, 亀山 智代, 朝霧 正, 山中 茂雄, 上岡 樹生, 松村 敬久
  • Organizer: 日本臨床化学会第58回年次学術集会.
• [Presentation] リボソーム生合成異常が招く白血病発症メカニズムの検証 (2018)
  • Author(s): 神力 悟, 前城 学, 松井 啓隆
  • Organizer: 日本臨床化学会第58回年次学術集会.
• [Presentation] 骨髄に潜伏する播種性癌細胞の特性の解析 (2018)
  • Author(s): 前城 学, 神力 悟, 城野 博史, 安東 由喜雄, 松井 啓隆
  • Organizer: 日本臨床化学会第58回年次学術集会.
• [Presentation] 全自動フローサイトメーターAQUIOSの性能評価と業務のワークフロー改善について (2018)
  • Author(s): 福吉 葉子, 米村 雄士, 吉田 朝子, 石原 綾子, 崎田 紫織, 下山 治香, 内場 光浩, 松井 啓隆
  • Organizer: 日本臨床検査自動化学会第50回大会.
• [Presentation] 検体自動廃棄システムの構築 (2018)
  • Author(s): 田中 侑紀, 古賀 尚子, 福村 由佳里, 山内 露子, 山下 昭一郎, 福吉 葉子, 松井 啓隆
  • Organizer: 日本臨床検査自動化学会第50回大会.
• [Presentation] 災害時に機能する臨床検査体制 熊本地震災害からの提案 (2018)
  • Author(s): 池田 勝義, 福吉 葉子, 松井 啓隆
  • Organizer: 日本臨床検査自動化学会第50回大会.
• [Presentation] 骨髄異形成症候群の形態学的分類におけるばらつきと標準化の必要性 (2018)
  • Author(s): 山本 紀子, 笹田 景子, 舛田 博貴, 石原 綾子, 田中 洋子, 高松 泰, 矢冨 裕, 勝田 和一郎, 佐藤 一誠, 松井 啓隆
  • Organizer: 第19回日本検査血液学会学術集会.
• [Presentation] 自動血球分析装置による末梢血幹細胞動員不良予測の試み (2018)
  • Author(s): 舛田 博貴, 笹田 景子, 福吉 葉子, 大隈 雅紀, 内場 光浩, 井上 明威, 野坂 生郷, 奥野 豊, 松岡 雅雄, 松井 啓隆, 米村 雄士
  • Organizer: 第66回日本輸血細胞治療学会総会.