マルチオミクス単一細胞解析を用いた白血病進展機構の解明

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K08451
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中川 正宏 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (10431850)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: クローン選択 / 炎症 / 白血病 / クローン性造血

Outline of Annual Research Achievements

我々の開発した、プロテアーゼ処理によりゲノムDNAを効率良く利用することで高感度にドライバー変異を遺伝子発現と同時に解析可能なマルチオミクス単一細胞解析技術を用いて、血液疾患を有さない高齢者のクローン性造血について解析を行った。クローン性造血を有さない高齢者の造血幹前駆細胞の解析では、加齢に伴い炎症性サイトカインに対する反応が亢進しており、高齢者の骨髄は、より若年者の骨髄と比較して、炎症環境下にあることが明らかとなった。同一症例内でのドライバー変異を有する細胞と有しない細胞との比較では、変異細胞は細胞増殖に関わる遺伝子発現が亢進しており、クローン拡大に合致する所見であった。重要なことに、変異細胞では炎症サイトカインに対する反応性の低下が見られ、炎症環境下により適合した特性を有すると考えられた。これらの結果は変異細胞のクローン選択には炎症が重要であることを示唆するものであり、クローン性造血を有する症例の骨髄環境は有しない症例と比較して高炎症の環境にあると考え、クローン性造血陽性症例の変異を有さない野生型細胞を、クローン性造血陰性の野生型細胞と比較した。特にTET2変異を有する高齢者の野生型細胞の造血幹細胞が濃縮された分画で、変異を有さない同年齢帯の対象症例の細胞と比較し、インターフェロン反応と細胞増殖に関する遺伝子群の発現が亢進しており、骨髄環境に異常が生じていることが明らかとなった。現在詳細の解析を継続している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

我々の開発した、プロテアーゼ処理によりゲノムDNAを効率良く利用することで高感度にドライバー変異を遺伝子発現と同時に解析可能なマルチオミクス単一細胞解析技術を用いて、血液疾患を有さない高齢者のクローン性造血について解析を行った。クローン性造血を有さない高齢者の造血幹前駆細胞の解析では、加齢に伴い炎症性サイトカインに対する反応が亢進しており、高齢者の骨髄は、より若年者の骨髄と比較して、炎症環境下にあることが明らかとなった。同一症例内でのドライバー変異を有する細胞と有しない細胞との比較では、変異細胞は細胞増殖に関わる遺伝子発現が亢進しており、クローン拡大に合致する所見であった。重要なことに、変異細胞では炎症サイトカインに対する反応性の低下が見られ、炎症環境下により適合した特性を有すると考えられた。これらの結果は変異細胞のクローン選択には炎症が重要であることを示唆するものであり、クローン性造血を有する症例の骨髄環境は有しない症例と比較して高炎症の環境にあると考え、クローン性造血陽性症例の変異を有さない野生型細胞を、クローン性造血陰性の野生型細胞と比較した。特にTET2変異を有する高齢者の野生型細胞の造血幹細胞が濃縮された分画で、変異を有さない同年齢帯の対象症例の細胞と比較し、インターフェロン反応と細胞増殖に関する遺伝子群の発現が亢進しており、骨髄環境に異常が生じていることが明らかとなった。

Strategy for Future Research Activity

白血病の起源の状態と考えられるクローン性造血において、クローン進展に炎症状態が重要である可能性を示唆する所見を得た。TET2変異以外にもIDH1やSF3B1の変異を有する症例でもTET2とは大幅に異なるものの、クローン性造血陰性の対象症例と比較し、骨髄環境の異常を示唆する所見を得ている。しかしながら単一細胞解析では症例毎の解析細胞数の違いなどが解析結果に影響を及ぼすことも多く、現在ベイズ推定などで群間の違いなどを詳細に検証している。また、変異細胞が骨髄環境を変化させるとして、変異細胞の存在自身が原因として骨髄環境を変化させるかについての動物実験や、実際にどのようなサイトカインや免疫細胞を介して変化させるのか等の検証も行っている。さらに、骨髄異形成症候群からの急性白血病への進展例についても、骨髄環境の変化が関与していることを示唆するデータが得られたが、現在解析での詳細な検証を行っている。

Research Products

• [Presentation] Distinct pathogenesis of clonal hematopoiesis revealed by single cell RNA sequencing integrated with highly sensitive genotyping method. (2022)
  • Author(s): Masahiro M Nakagawa, Ryosaku Inagaki, Yutaka Kuroda, Yasuhito Nannya, Lanying Zhao, Yotaro Ochi, June Takeda, Xingxing Qi, Akinori Yoda, Ayana Kon, Nobuyuki Kakiuchi, Hideki Makishima, Shuichi Matsuda and Seishi Ogawa
  • Organizer: 64th ASH Annual Meeting and Exposition, 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Distinct pathogenesis of clonal hematopoiesis revealed by single-cell multi-omics sequencing. (2022)
  • Author(s): Masahiro M Nakagawa, Ryosaku Inagaki, Yutaka Kuroda, Yasuhito Nannya, Ryunosuke Saiki, Yotaro Ochi, June Takeda, Zhao Lanying, Xingxing Qi, Akinori Yoda, Ayana Kon, Nobuyuki Kakiuchi, Hideki Makishima, Shuichi Matsuda and Seishi Ogawa
  • Organizer: 第84回日本血液学会学術集会
• [Presentation] Distinct pathogenesis of clonal hematopoiesis revealed by single-cell multi-omics sequencing. (2022)
  • Author(s): Masahiro M Nakagawa, Ryosaku Inagaki, Yasuhito Nannya, Ryunosuke Saiki, Yotaro Ochi, June Takeda, Zhao Lanying, Xingxing Qi, Akinori Yoda, Ayana Kon, Nobuyuki Kakiuchi, Hideki Makishima, Shuichi Matsuda and Seishi Ogawa
  • Organizer: 第81回日本癌学会学術集会