Epigenomic regulation during development of testicular germ cell tumor

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K07444
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 新井 恵吏 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (40446547)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 精巣胚細胞腫瘍 / セミノーマ / DNAメチル化 / 発生分化 / 予後予測

Outline of Annual Research Achievements

精巣胚細胞腫瘍は始原生殖細胞を起源として発生する悪性腫瘍で、希少がんかつAYA (Adolescent and Young Adult)世代のがんである。正常発生・分化の諸段階を模倣する腫瘍内分化を示し、発生進展過程にはエピジェネティクスの寄与が示唆される。
ホルマリン固定パラフィン包埋(FFPE)標本からマイクロダイセクション技術を用いて精巣胚細胞腫瘍組織を組織亜型ごとに切り分け、イルミナ社Infinium BeadChipを用いてゲノム網羅的DNAメチル化解析を行ったところ、主成分分析でセミノーマは胎児性癌に近いところに分布する症例 (Sem2)とそうでない症例 (Sem1)の二群に分かれた。Sem1とSem2は形態学的な差が見られず、これらは分子生物学的に識別されるものと考えた。
Sem2はSem1に比して有意にStageが進行しており、術後LDH・hCG・AFP値が有意に高かった。Sem2は悪性度が高く予後不良な胎児性癌に類似したDNAメチル化プロファイルを有することから、Sem1に比して予後不良であると予想されたが、症例数が少ないことから再発・死亡においてSem1とSem2の有意な差を見出すことができなかったため、泌尿器科広域コンソーシアム・バンクを通じて多数のセミノーマ症例を蓄積中である。
セミノーマから胎児性癌への分化に寄与しSem1とSem2で有意に異なるDNAメチル化プロファイルは、染色体安定性保持に重要である領域で先行して生じていた。一方で発現変化に帰結し得るDNAメチル化変化を示す遺伝子も同定し得た。これらの遺伝子のDNAメチル化の変化やmRNA・蛋白発現は、Sem1とSem2を識別し、腫瘍の悪性度評価や治療選択に繋がる診断マーカーとして有用であると考えられる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

Rを用いた統計学的解析により、二種類のセミノーマを識別できる複数のゲノム部位・遺伝子を取得した。セミノーマから胎児性癌への分化に寄与しSem1とSem2で有意に異なるDNAメチル化プロファイルは、主としてSem2におけるDNAメチル化亢進であり、非CpGアイランドやgene body、非遺伝子コード領域など、染色体安定性保持に重要である領域で先行して生じていた。一方で発現変化に帰結し得るDNAメチル化変化を示す遺伝子も同定し得た。これらの遺伝子のDNAメチル化の変化やmRNA・蛋白発現は、Sem1とSem2を識別し、腫瘍の悪性度評価や治療選択に繋がる診断マーカーとして有用であると考えられる。
COVID-19流行に伴い、研究協力者との対面による打ち合わせや学生の登校が制限されたため研究実施予定の変更・遅延があったが、Web会議システムの活用や担当者の変更などにより柔軟に対応している。

Strategy for Future Research Activity

Sem1とSem2を区別する指標候補分子をコードする遺伝子のゲノム部位のDNAメチル化状態の精密定量や、リアルタイムPCR・免疫組織化学による遺伝子発現の評価方法を確立し、収集した多数のセミノーマ症例をSem1・Sem2に分類する。Sem2がSem1に比して予後不良であると確かめられれば、この指標はセミノーマの予後予測指標となり得る。
研究代表者の先行論文 (Arai et al. Pathobiology 2011)では、胚発生初期のde novo DNAメチル化に寄与するDNAメチルトランスフェラーゼ3B (DNMT3B)が少数の細胞にドット状に陽性となるStage Ⅰセミノーマは、そうでないセミノーマに比して有意に術後再発率が高かった。DNMT3B発現とSem1・Sem2分類の相関について検討し、これらが一致する場合には、Sem2で先行してDNAメチル化が亢進するゲノム領域がDNMT3Bによるものか、ヒト培養セミノーマ細胞を用いたクロマチン免疫沈降法等で解析する。Sem1からSem2、胎児性癌へのDNAメチル化の変化をもたらす分子機構を網羅的に探索し、この分子機構と正常初期胚発生における分子変化を比較検討する。

Research Products

• [Journal Article] Non-viral Induction of Transgene-free iPSCs from Somatic Fibroblasts of Multiple Mammalian Species. (2021)
  • Author(s): Yoshimatsu S, Nakajima M, Iguchi A, Sanosaka T, Sato T, Nakamura M, Nakajima R, Arai E, Ishikawa M, Imaizumi K, Watanabe H, Okahara J, Noce T, Takeda Y, Sasaki E, Behr R, Edamura K, Shiozawa S, Okano H.
  • Journal Title: Stem Cell Reports Volume: 16 Pages: 754-770
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2021.03.002.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Clinicopathological impacts of DNA methylation alterations on pancreatic ductal adenocarcinoma: prediction of early recurrence based on genome-wide DNA methylation profiling. (2021)
  • Author(s): Endo Y, Fujimoto M, Ito N, Takahashi Y, Kitago M, Gotoh M, Hiraoka N, Yoshida T, Kitagawa Y, Kanai Y, Arai E.
  • Journal Title: J Cancer Res Clin Oncol Volume: 147 Pages: 1341-1354
  • DOI: 10.1007/s00432-021-03541-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evaluation of clinical formalin-fixed paraffin-embedded tissue quality for targeted-bisulfite sequencing. (2021)
  • Author(s): Ohmomo H, Komaki S, Ono K, Sutoh Y, Hachiya T, Arai E, Fujimoto H, Yoshida T, Kanai Y, Sasaki M, Shimizu A.
  • Journal Title: Pathol Int Volume: 71 Pages: 135-140
  • DOI: 10.1111/pin.13054.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] DNA hypermethylation of the ZNF132 gene participates in the clinicopathological aggressiveness of 'pan-negative'-type lung adenocarcinomas. (2021)
  • Author(s): Hamada K, Tian Y, Fujimoto M, Takahashi Y, Kohno T, Tsuta K, Watanabe SI, Yoshida T, Asamura H, Kanai Y, Arai E.
  • Journal Title: Carcinogenesis Volume: 42 Pages: 169-179
  • DOI: 10.1093/carcin/bgaa115
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Methylation pattern of urinary DNA as a marker of kidney function decline in diabetes. (2020)
  • Author(s): Marumo T, Hoshino J, Kawarazaki W, Nishimoto M, Ayuzawa N, Hirohama D, Yamanouchi M, Ubara Y, Okaneya T, Fujii T, Yuki K, Atsumi Y, Sato A, Arai E, Kanai Y, Shimosawa T, Fujita T.
  • Journal Title: BMJ Open Diabetes Res Care Volume: 8 Pages: e001501
  • DOI: 10.1136/bmjdrc-2020-001501
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cooperative participation of epigenomic and genomic alterations in the clinicopathological diversity of gastric adenocarcinomas: significance of cell adhesion and epithelial-mesenchymal transition-related signaling pathways. (2020)
  • Author(s): Yang M, Arai E, Takahashi Y, Totsuka H, Chiku S, Taniguchi H, Katai H, Sakamoto H, Yoshida T, Kanai Y.
  • Journal Title: Carcinogenesis Volume: 41 Pages: 1473-1484
  • DOI: 10.1093/carcin/bgaa079
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Aberrant DNA methylation results in altered gene expression in non-alcoholic steatohepatitis-related hepatocellular carcinomas. (2020)
  • Author(s): Tian Y, Arai E, Makiuchi S, Tsuda N, Kuramoto J, Ohara K, Takahashi Y, Ito N, Ojima H, Hiraoka N, Gotoh M, Yoshida T, Kanai Y.
  • Journal Title: J Cancer Res Clin Oncol Volume: 146 Pages: 2461-2477
  • DOI: 10.1007/s00432-020-03298-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Establishment of diagnostic criteria for upper urinary tract urothelial carcinoma based on genome-wide DNA methylation analysis. (2020)
  • Author(s): Fujimoto M, Arai E, Tsumura K, Yotani T, Yamada Y, Takahashi Y, Maeshima AM, Fujimoto H, Yoshida T, Kanai Y.
  • Journal Title: Epigenetics Volume: 15 Pages: 1289-1301
  • DOI: 10.1080/15592294.2020.1767374
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simple prediction model for homologous recombination deficiency in breast cancers in adolescents and young adults. (2020)
  • Author(s): Watanabe T, Honda T, Totsuka H, Yoshida M, Tanioka M, Shiraishi K, Shimada Y, Arai E, Ushiama M, Tamura K, Yoshida T, Kanai Y, Kohno T.
  • Journal Title: Breast Cancer Res Treat Volume: 182 Pages: 491-502
  • DOI: 10.1007/s10549-020-05716-0
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Establishment of diagnostic criteria for upper urinary tract urothelial carcinoma based on genome-wide DNA methylation analysis. (2020)
  • Author(s): Fujimoto M, Arai E, Tsumura K, Yotani T, Yamada Y, Takahashi Y, Maeshima MA, Fujimoto H, Yoshida T, Kanai Y.
  • Organizer: American Association of Cancer Reserach Annual Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Epigenomic alterations during developmental stages of non-inflammatory hepatocellular carcinoma of unknown etiology. (2020)
  • Author(s): Makichi S, Arai E, Kuramoto J, Tian Y, Tsuda N, Ojima H, Takahashi Y, Hiraoka N, Yoshida T, Kanai Y.
  • Organizer: 第79回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Epigenetic profiling of endometrial atypical hyperplasia, a precancerous condition of endometrial cancer. (2020)
  • Author(s): Hirano T, Arai E, Makabe T, Hirasawa A, Yamagami W, Susumu N, Tanaka M, Aoki D, Kanai Y.
  • Organizer: 第72回日本産婦人科学会学術講演会
• [Presentation] 尿路上皮がんにおける糖鎖発現異常ならびに糖転移酵素のDNAメチル化異常 (2020)
  • Author(s): 藤本真央，新井恵吏，松田厚志，前島亜希子，藤元博行，久野敦，吉田輝彦，金井弥栄
  • Organizer: 第109回日本病理学会総会