遺伝子発現エントロピー解析による腫瘍不均一性の検証

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25430139
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 涌井 昌俊 慶應義塾大学, 医学部, 講師 (90240465)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 癌

Outline of Annual Research Achievements

「生物学的意義を有する設定条件下でのがん細胞株培養由来の網羅的トランスクリプトーム解析」
ヒト大腸癌細胞株低酸素培養実験系に基づく解析により、脂肪酸に関連した代謝経路やシグナル経路が低酸素条件下における腫瘍不均一性の形成に関与することが示唆された。これを受けて、脂肪酸酸化阻害と低酸素環境を組み合わせた培養系を作製し、培養細胞からRNAを抽出してDNAチップによる網羅的トランスクリプトーム解析を実施した。 また、このヒト大腸癌細胞株が耐容できない重度の低酸素条件で生存できるヒト肺癌細胞株および中皮腫細胞株を見出した。
「トランスクリプトームのエントロピー解析に基づく腫瘍不均一性の定量的評価」
情報エントロピー（Shannon's entropy）および相互情報量（mutual information）の概念に基づいて、前年度に試作しヒト大腸がん細胞株低酸素培養実験系のトランスクリプトーム解析データ に実際に適用して有用性が評価できた、トランスクリプトームのエントロピーを算出するため基本式の骨子を複数のヒト肺癌細胞株および中皮腫細胞株のトランスクリプトーム解析データに適用した。その結果、異なる腫瘍細胞株間の不均一性を反映する代謝経路として、脂質代謝およびアミノ酸代謝の一部が異なる腫瘍細胞株間の不均一性を反映する代謝経路であることが情報理論的に示唆された。一方、TCA回路、酸化的リン酸化経路、解糖、ペントースリン酸経路、ヌクレオチド代謝はの不均一性に乏しいことが示唆された。ヒト大腸がん細胞株低酸素培養実験系で示された、同一腫瘍細胞株における培養条件による不均一性に関与することが示唆された代謝経路とは異なるものであり、腫瘍不均一性を解明するうえで熟慮するべき知見と考えられる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画通りに、ヒト大腸癌細胞株低酸素培養系における腫瘍不均一性をもたらす生物学的経路を情報理論的により詳細を提示するべく、新たな代謝ストレスと低酸素条件を組み合わせて発展的な解析系の構築ができた。複数のヒト腫瘍細胞株間での比較検討に前年度試作した情報理論的定量評価のための基本式を適用し、異なる腫瘍間における不均一の代謝的特性を明らかにすることができた。これらの成果は当初の本年度計画における想定と比しておおむね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

脂肪酸酸化阻害と低酸素環境を組み合わせた培養系における情報理論的解析を継続し、低酸素環境のみでの解析の結果と比較検討する。本研究で用いているヒト大腸癌細胞株が耐容できない重度の低酸素条件で生存できることが明らかになったヒト肺癌細胞株および中皮腫細胞株について、トランスクリプトームの情報理論的解析を実施し、ヒト大腸癌細胞株との比較検討を行い、低酸素抵抗性の違いを腫瘍寿均一性として情報理論的に提示するモデルとなることを検証する。

Causes of Carryover

本年度において、研究活動内容の一部が本研究計画立案当初に想定していた金額よりも高く見込まれたため、次年度の分を前倒しで600,000円繰り上げて予算を組んだが、その見込みよりも実際には211.960円安い金額で執行できた。これを次年度に使用することでより発展的な研究活動を遂行することが期待できる。

Expenditure Plan for Carryover Budget

翌年度分である700.000円と合わせて、検討するヒト腫瘍細胞株の種類を増やして異なる腫瘍細胞株の不均一性の検証を強化する解析、および低酸素環境によって惹起される不均一性について種々のヒト腫瘍細胞株の間での異同を検証する解析の実施に活用する。

Research Products

• [Journal Article] Bevacizumab terminates homeobox B9-induced tumor proliferation by silencing microenvironmental communication. (2014)
  • Author(s): Hoshino Y, Hayashida T, Hirata A, Takahashi H, Chiba N, Ohmura M, Wakui M, Jinno H, Hasegawa H, Maheswaran S, Suematsu M, Kitagawa Y
  • Journal Title: Mol. Cancer Volume: 13 Pages: 102
  • DOI: 10.1186/1476-4598-13-102
  • Peer Reviewed / Open Access