Integrated methylation analysis of pediatric acute myeloid leukemia and its clinical application

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23K07847
• Research Institution: Gunma Institute of Public Health and Environmental Sciences
• Principal Investigator: 林 泰秀 群馬県衛生環境研究所, 研究企画係, 研究員 (30238133)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渋谷 正史 上武大学, その他(学長), 学長 (10107427) ; 外松 学 群馬県衛生環境研究所, 研究企画係, 研究員 (70251113) ; 河崎 裕英 群馬県衛生環境研究所, 研究企画係, 研究員 (80278621)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: methylation / leukemia / 小児急性骨髄性白血病 / 統合的遺伝子解析

Outline of Annual Research Achievements

小児急性骨髄性白血病(AML)は再発や難治例が多く、日本小児白血病リンパ腫研究グループのAML-05研究の検体を対象に、343遺伝子パネルシーケンスやRNAシーケンスでTP53とRB1遺伝子の解析を328例で行い、それぞれが7例(2.1%)と６例(1.8%) にみられ、これらの遺伝子異常を有する症例は予後不良であった。またSLC2A5、KCNAB2、及びCD300F遺伝子が高発現しており、これらの遺伝子が高発現している症例はTP53とRB1遺伝子異常の有無に関わらず予後不良であった。
また、パネルシーケンスにて小児初発AMLの503例中6例にUBTF-Internal tandem duplication (ITD)を同定し、UBTF-ITDを有する症例は小児AMLにのみ認められ、8番染色体が1本多い8トリソミーとの合併が多く、全生存率、無イベント生存率ともに有意に不良であることがわかった。これまで、8トリソミー陽性例には予後良好例、不良例が混在していたが、今回のUBTF-ITDの同定により8トリソミー陽性例の予後を正確に予測することが可能である。
小児AMLにおけるmonosomy 7は7例、del(7q)は8例に認められた。Monosomy 7は全例が非寛解で造血幹細胞移植を実施しており、全生存率、無イベント生存率とも有意に不良であったが、del(7q)は再発や非寛解が多く無イベント再発率は不良であるが全生存率には有意差を認めなかった。Monosomy 7の7例中6例でMECOM高発現である一方、del(7q)では8例中1例のみがMECOM高発現であった。また、del(7q)には複雑核型が3例、RUNX1-RUNX1T1が4例と他の染色体異常を伴う症例が多く、分子生物学的背景が多様であり、これらがmonosomy 7との予後の差を生じる要因の可能性が考えられた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

TP53とRB1遺伝子の解析では研究をまとめて論文化し、両者の遺伝子の変異がみられる例はさらにSLC2A5、KCNAB2、及びCD300F遺伝子が高発現しており、これらの遺伝子が高発現している症例はTP53とRB1遺伝子異常の有無に関わらず予後不良であった。TP53遺伝子変異例は複雑核型を有する症例が多かった
UBTF-ITDを有する症例の詳細な解析では、AML-05研究症例でUBTF-ITDが同定されたが、AML-05研究の前研究であるAML-99研究症例や成人AML症例、造血器腫瘍や固形腫瘍の細胞株を用いサンガーシーケンス法で解析した結果では、UBTF-ITDは成人ではみられず小児AML患者のみに特徴的に見られ、予後不良因子である事が判明した。また、これまで、8トリソミー陽性例には予後良好例、不良例が混在していたが、今回のUBTF-ITDの同定により8トリソミー陽性例の予後を正確に予測することが可能になった。UBTF以外にも複数の遺伝子で小児AMLにおいてこれまで報告のないITDが検出されたが、これらの臨床的意義も今後の検討課題である。これまでAML-05登録症例を用いて同定したこれらの遺伝子異常は小児AMLにおいて重要な予後因子と考えられるが、臨床的意義の確立のためには更なる症例数の蓄積とAML12等の新たなコホートでの検証が必要である。
モノソミー７の検討では、7番染色体上の遺伝子変異としてはKMT2C、EZH2、BRAF、CUX1、SAMD9、SAMD9L変異を31例に同定し、KMT2C変異は15例(4.5%)と比較的高頻度に認められ、有する症例は有意に予後不良であった。７番染色体上の重要な遺伝子の同定等のさらに詳細な解析を進めている。小児急性前骨髄性白血病(APL)についても網羅的メチル化解析を行い予後因子を抽出している。

Strategy for Future Research Activity

これまで小児AMLにおける予後不良因子のひとつであるTP53、RB1遺伝子とMonosomy 7およびUBTF-ITDに着目して研究を行った。Monosomy 7は小児AMLの予後不良因子のひとつであり、成人AMLやMDS領域においても認められるが、その責任遺伝子はまだ明らかになっていない。7番染色体上の遺伝子の詳細な解析により小児AMLにおけるMonosomy 7の役割と新たな予後因子を見出す可能性がある。
これまでDNAメチル化解析をAML64例で行い、Unsupervisedの解析では低メチル化群ではMECOM低発現のKMT2A再構成と、中間メチル群ではCEBPA 両アリル変異などとの関連が認められ、高メチル化群は著しく予後不良であった。さらにPRDM16遺伝子の発現はメチル化パターンが変化しており、難治AMLにPRDM16遺伝子が深く関与していることが証明された。メチル化解析の症例をさらに増やして検討し、他の遺伝子との統合的解析により、t(9;11)-ＡＭＬの予後の指標を見出して治療法の決定に貢献し、分子標的療法に通じる分子遺伝学的基盤を構築する。さらに同じt(9;11)を有するAMLとALL 40例につき、同じ染色体異常でなぜ形態がAMLとALLになるのか、網羅的メチル化解析を通じて関与する遺伝子を絞り込みその機序を検証する予定である。
これらをふまえ、次年度はさらに小児APLについても網羅的メチル化解析を行い予後因子を抽出し、抽出された遺伝子について遺伝子の性状および造腫瘍性の解析を行う。さらに有用なものに関してはAML細胞株やマウスを用いて機能解析を行う。またAPLの病型別ゲノム変異およびエピゲノム変異の特性を明らかにし、これまで困難であった分子診断技術の精度を高め、新規予後予測因子の同定に基づくリスク別層別化も試みる。

Causes of Carryover

今年度はこれまでに行われていた研究結果の結果と臨床像の関係を検討し、次の研究をどう絞るかに労力をかけていたために次の研究に使われる研究費が残る結果になった。今年度の研究の概要、結果および今後の研究の進展の項にも記載したが、かなり研究が進展し、さらなる症例の蓄積と検証が必要になってきたので、次年度は研究費が沢山必要である。網羅的メチル化解析でt(9;11)-AMLにおいて予後不良群を抽出可能な遺伝子群を見出しており、メチル化解析の症例をさらに増やして検討し、他の遺伝子との統合的解析により、t(9;11)-ＡＭＬの予後の指標を見出して治療法の決定に貢献し、さらに分子標的療法を見出し、新薬の創出を目指したい。さらにt(9;11)-AMLとMLL再構成陽性AMLを40例を解析に加え関与する遺伝子を絞り込み、予後因子の抽出と細胞株を用いたin vitro の実験を行いその機序を検証する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Landscape of driver mutations and their clinical effects on Down syndrome-related myeloid neoplasms (2024)
  • Author(s): Sato T, Yoshida K, Toki T, Kanezaki R, Terui K, Saiki R, Muramatsu H, Hasegawa D, Sato A, Koh K, Kobayashi M, Hara J, Hasegawa D, Iwamoto S, Yamato G, Saida S, Kiyokawa N, Deguchi T, Ito M, Adachi S, Hayashi Y, Taga T, Moriya Saito A, Horibe K, Watanabe K, Tomizawa D, Miyano S, Takahashi S, Ogawa S, Ito E, et al.
  • Journal Title: Blood Journal Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1182/blood.2023022247
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development and validation of a promising 5-gene prognostic model for pediatric acute myeloid leukemia (2024)
  • Author(s): Tao Yu、Wei Li、Shiba Norio、Tomizawa Daisuke、Hayashi Yasuhide、Ogawa Seishi、Chen Li、You Hua
  • Journal Title: Molecular Biomedicine Volume: 5 Pages: 1
  • DOI: 10.1186/s43556-023-00162-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] KRAS G12 mutations as adverse prognostic factors in KMT2A-rearranged acute myeloid leukemia (2024)
  • Author(s): Lyoda S, Yoshida K, Shoji K, Ito N, Tanaka M, Nannya Y, Yamato G, Tsujimoto S, Shiba N, Hayashi Y, Shiozawa Y, Shiraishi Y, Chiba K, Okada A, Tanaka H, Miyano S, Koga Y, Goto H, Moritake H, Terui K, Ito E, Kiyokawa N, Tomizawa D, Taga T, Tawa A, Takita J, Nishikori M, Adachi S, Ogawa S, Matsuo H.
  • Journal Title: Leukemia Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41375-024-02244-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cytokine profiling in 128 patients with transient abnormal myelopoiesis: a report from the JPLSG TAM-10 trial (2024)
  • Author(s): Yamato Genki、Tsumura Yusuke、Muramatsu Hideki、Shimada Akira、Imaizumi Takahiro、Tsukagoshi Hiroyuki、Kaburagi Taeko、Shiba Norio、Yamada Yoshiyuki、Deguchi Takao、Kawai Tomoko、Terui Kiminori、Ito Etsuro、Watanabe Kenichiro、Hayashi Yasuhide
  • Journal Title: Blood Advances Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1182/bloodadvances.2023011628
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High <i>IL2RA</i>/CD25 expression is a prognostic stem cell biomarker for pediatric acute myeloid leukemia without a core‐binding factor (2023)
  • Author(s): Aoki Takahiro、Shiba Norio、Tsujimoto Shinichi、Yamato Genki、Hara Yusuke、Kato Shota、Yoshida Kenichi、Ogawa Seishi、Hayashi Yasuhide、Iwamoto Shotaro、Taki Tomohiko、Shimada Akira、Iijima‐Yamashita Yuka、Horibe Keizo、Tawa Akio、Taga Takashi、Adachi Souichi、Tomizawa Daisuke
  • Journal Title: Pediatric Blood &amp; Cancer Volume: 71 Pages: e30803
  • DOI: 10.1002/pbc.30803
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] <i>TP53</i> and <i>RB1</i> alterations characterize poor prognostic subgroups in pediatric acute myeloid leukemia (2023)
  • Author(s): Hara Y, Shiba N, Yoshida K, Yamato G, Kaburagi T, Shiraishi Y, Ohki K, Shiozawa Y, Kawamura M, Kawasaki H, Sotomatsu M, Takizawa T, Matsuo H, Shimada A, Kiyokawa N, Tomizawa D, Taga T, Ito E, Horibe K, Miyano S, Adachi S, Taki T, Ogawa S, Hayashi Y.
  • Journal Title: Genes, Chromosomes and Cancer Volume: 62 Pages: 412～422
  • DOI: 10.1002/gcc.23147
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] <scp><i>UBTF</i>‐internal</scp> tandem duplication as a novel poor prognostic factor in pediatric acute myeloid leukemia (2023)
  • Author(s): Kaburagi T, Shiba N, Yamato G, Yoshida K, Tabuchi K, Ohki K, Ishikita E, Hara Y, Shiraishi Y, Kawasaki H, Sotomatsu M, Takizawa T, Taki T, Kiyokawa N, Tomizawa D, Horibe K, Miyano S, Taga T, Adachi S, Ogawa S, Hayashi Y.
  • Journal Title: Genes, Chromosomes and Cancer Volume: 62 Pages: 202～209
  • DOI: 10.1002/gcc.23110
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 小児前骨髄球性白血病に対する genome-wide DNA メチル化解析 -The JCCG study, JPLSG AML-P05- The genome-wide DNA methylation of pediatric acute promyelocytic leukemia: The JCCG study, JPLSG AML-P05 (2023)
  • Author(s): Ishikita E, Kawai T, Yamato G, Shiba N, Ohki K, Takahashi H, Kaburagi T, Tomizawa D, Ogawa S, Hayashi Y
  • Organizer: 第65回日本小児血液・がん学会学術総会
• [Presentation] トランスポーター遺伝子の一塩基多型は本邦小児急性骨髄性白血病の予後を予測しうる Single nucleotide polymorphisms of transporter genes can predict the outcome of pediatric patients with acute myeloid leukemia in Japan (2023)
  • Author(s): Aoki T, Shiba N, Tsujimoto S, Hayashi Y, Tawa A, Taga T, Adachi S, Tomizawa D.
  • Organizer: 第65回日本小児血液・がん学会学術総会
• [Presentation] DOCK1 阻害剤は DOCK1 を高発現させた細胞株において、シタラビンの薬剤感受性を増強させる A DOCK1 inhibitor can increase the sensitivity of cytarabine on DOCK1 overexpressed acute myeloid leukemia cell line (2023)
  • Author(s): Yoshitomi M, Ikeda J, Tsujimoto S, Ito S, Hasegawa D, Iwamoto S, Hayashi Y, Adachi S, Tomizawa D, Shiba N
  • Organizer: 第65回日本小児血液・がん学会学術総会
• [Presentation] 一過性骨髄異常増殖症患者 128 例に対するサイトカインプロファイルリング: the JPLSG TAM-10 study Cytokine profiling in 128 patients with transient abnormal myelopoiesis: JPLSG TAM-10 study (2023)
  • Author(s): Yamato G, Muramatsu H, Shimada A, Imaizumi T, Tsukagoshi H, Shiba N, Terui K, Ito E, Watanabe K, Hayashi Y.
  • Organizer: 第65回日本小児血液・がん学会学術総会
• [Presentation] Comparison of DNA methylation and clinical significance in children and adult APL (2023)
  • Author(s): Ishikita E, Kawai T, Yamato G, Shiba N, Ohki K, Takahashi H, Kaburagi T, Hara Y, Yuza Y, Ueno H, Tomizawa D, Taga T, Adachi S, Ogawa S, Hayashi Y.
  • Organizer: 第85回日本血液学会学術総会
• [Presentation] Identification of cellular hierarchy in pediatric AML using comprehensive gene expression data (2023)
  • Author(s): Komori T, Kawai T, Tsujimoto S, Kamitori T, Ikeda J, Yoshitomi M, Takeuchi M, Okuno Y, Kato M, Tomizawa D, Taga T, Takita J, Adachi S, Hayashi Y, Shiba N.
  • Organizer: 第85回日本血液学会学術総会
• [Presentation] Differences in mutational landscape and prognosis between infant and childhood KMT2A-rearranged AML (2023)
  • Author(s): Ito N, Matsuo H, Yoshida K, Iyoda S, Nannya Y, Yamato G, Shiba N, Hayashi Y, Shiraishi Y, Miyano S, Kiyokawa N, Tomizawa D, Taga T, Tawa A, Takita J, Nishikori M, Ogawa S, Adachi S.
  • Organizer: 第85回日本血液学会学術総会
• [Presentation] KRAS codon G12 mutation as an adverse prognostic factor in pediatric KMT2A-rearranged AML (2023)
  • Author(s): Iyoda S, Matsuo H, Yoshida K, Ito N, Nannya Y, Yamato G, Shiba N, Hayashi Y, Shiraishi Y, Miyano S, Kiyokawa N, Tomizawa D, Taga T, Tawa A, Takita J, Nishikori M , Ogawa S, Adachi S.
  • Organizer: 第85回日本血液学会学術総会
• [Presentation] Elucidation of refractory mechanisms in acute myeloid leukemia with high PRDM16 expression (2023)
  • Author(s): Kurosawa T, Ikeda J, Kawai T, Yoshida K, Yoshitomi M, Tsujimoto S, Kamitori T, Takeuchi M, Okuno Y, Kato M, Tomizawa D, Taga T, Miyano S, Tawa A, Takita J, Adachi S, Ogawa S, Hayashi Y, Shiba N.
  • Organizer: 第85回日本血液学会学術総会
• [Presentation] RUNX1 aberration is associated with a poor clinical outcome in minimally differentiated acute myeloid leukemia (2023)
  • Author(s): Kamitori T, Saida S, Ueno H, Kakiuchi N, Saito A, Adachi S, Kawai T, Tomizawa D, Tsujimoto S, Shiba N, Hayashi Y, Ogawa S, Takita J.
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Metabolic Reprogramming By PRDM16 Drives Cytarabine Resistance in Acute Myeloid Leukemia (2023)
  • Author(s): Ikeda J, Kunimoto H, Saito Y, Tsujimoto S, Kurosawa T, Takeuchi M, Miura A, Murakami K, Kato I, Hishiki T, Hayakawa N, Matsuura T, Funakoshi-Tago M, Yokoyama A, Yoshida K, Tomizawa D, Miyano S, Tawa A, Adachi S, Ogawa S, Hayashi Y, Shiba N, Tamura T, Ito S, Nakajima H.
  • Organizer: 第65回ASH Annual Meeting and Exposition
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Integrated Analysis Focusing on Genome-Wide DNA Methylation in Pediatric Acute Promyelocytic Leukemia: The Jccg Study, JPLSG AML-P05 (2023)
  • Author(s): Ishikita E, Kawai T, Yamato G, Shiba N, Ohki K, Hara Y, Kaburagi T, Takizawa T, Kawasaki H, Ueno H, Tomizawa D, Taga T, Adachi S, Yuza Y, Takahashi H, Ogawa S, Hayashi Y.
  • Organizer: 第65回ASH Annual Meeting and Exposition
  • Int'l Joint Research