2021 Fiscal Year Annual Research Report
Deciphering colorectal carcinogenesis by the genomic analysis of colorectal epithelial cells
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20H03513
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
垣内 伸之 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (90839721)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
妹尾 浩 京都大学, 医学研究科, 教授 (90335266)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 大腸がん / クローン進化 / ゲノム異常 / ドライバー遺伝子 / 慢性炎症 / 前癌病変 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではヒトの生涯の間に正常大腸上皮細胞がどのような遺伝子変異を獲得し、クローン拡大ないし自然淘汰されるのかを明らかにする。また、初期から進行期までの大腸腫瘍性病変を高精細に解析し、腫瘍進化の過程における遺伝子変異クローンの自然選択の詳細を明らかにする。この目標を達成するため、本研究は①正常大腸粘膜のゲノム解析、②初期良性腫瘍のゲノム解析、③大腸がんの解析、④機能解析から成る。研究初年度にあたる2021年度は研究項目①～③を実施した。ゲノム解析のための十分な検体収集と、微量検体からの正確なゲノム解析のための技術的基盤の確立を継続し、解析結果から機能解析のための予備実験を開始した。
研究項目① 正常大腸粘膜のゲノム解析…一定面積からより高効率に陰窩を単離する方法として、ヒストアクリルによる接着、EDTAによる上皮-規定膜間接着阻害、アセトンによるヒストアクリル分解を組み合わせた新たな陰窩単離法を開発した。これにより、従来よりもより高効率に、より広い面積の大腸上皮を安定して解析可能になった。
研究項目② 初期良性腫瘍のゲノム解析…前年度から引き続き、大腸腺腫および異型陰窩を採取し、検体を蓄積した。
研究項目③ 大腸がんの解析…既報で公開された大腸がん網羅的解析データでは、シーケンス深度が不足するため新たにデータを取得する必要が生じた。このため、大腸がん検体をより高深度で全エクソン解析を行った。これにより自然選択された遺伝子の同定に成功した。研究項目④での機能解析に向けた予備実験を開始した。
本研究の派生として、胃粘膜におけるクローン進化と発がんとの関係について論文報告を行った。
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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
本研究は①正常大腸粘膜のゲノム解析、②初期良性腫瘍のゲノム解析、③大腸がんの解析、④機能解析から成る。2021年度は研究項目①～③を実施した。ゲノム解析のための十分な検体収集と、微量検体からの正確なゲノム解析のための技術的基盤の確立を継続し、解析結果から機能解析のための予備実験を開始した。詳細は以下の通りであるが、概ね研究計画の通りに進捗している。また、大腸における発癌基盤の解明の着想は他臓器にも応用可能であり、他臓器における発癌についても解析を開始した。
研究項目① 正常大腸粘膜のゲノム解析…一定面積からより高効率に陰窩を単離する方法として、ヒストアクリルによる接着、EDTAによる上皮-規定膜間接着阻害、アセトンによるヒストアクリル分解を組み合わせた新たな陰窩単離法を開発した。これにより、従来よりもより高効率に、より広い面積の大腸上皮を安定して解析可能になった。
研究項目② 初期良性腫瘍のゲノム解析…前年度から引き続き、大腸腺腫および異型陰窩を採取し、検体を蓄積した。
研究項目③ 大腸がんの解析…大腸がんの解析…既報で公開された大腸がん網羅的解析データでは、シーケンス深度が不足するため新たにデータを取得する必要が生じた。このため、大腸がん検体をより高深度で全エクソン解析を行った。これにより自然選択された遺伝子の同定に成功した。研究項目④での機能解析に向けた予備実験を開始した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究項目① 正常大腸粘膜のゲノム解析…さらなる効率化を図るため、複数の陰窩をまとめてシーケンスした際に、微小な分画の遺伝子変異を正確に検出するために、分子バーコードシーケンスの技術を開発する。これにより、数千の陰窩におけるドライバー変異プロファイルを取得し、正常大腸陰窩における選択メカニズムを明らかにし、発がんとの関連を解析する。
研究項目② 初期良性腫瘍のゲノム解析…大腸腫瘍の最初期病変としてAberrant crypt foci(ACF)が指摘されている。ACFは異型腺管が数十～数百個集簇した病変である。大腸がん患者の切除標本からメチレンブルー生体染色を用いてACFを同定し、病変内の陰窩を単離する。これを研究①と同じく微小検体からの正確な全エクソン解析および全ゲノム解析を行うことでACFが有するドライバー変異およびその変異シグニチャを抽出する。
研究項目③ 大腸がんの解析…研究項目①②で検出した正常組織と大腸良性腫瘍における遺伝子変異について、TCGAなどの大規模がんゲノム解析プロジェクトの公開データを利用して大腸がんのドライバー遺伝子と比較することで、大腸発がん過程におけるクローン進化に関与する遺伝子を抽出する。また、マイクロサテライト不安定性大腸がん(MSIがん)やDNAポリメラーゼε異常大腸がん(POLE変異がん)のように、他のがんに比べて約100倍の変異数を呈するHypermutation型腫瘍に着目して、腫瘍内マルチサンプリングを行い網羅的ゲノム解析を実施する。昨年度に確立した解析パイプラインを用いて見出した遺伝子について、次年度は機能解析を行う。
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