ダウン症候群に伴う急性巨核球性白血病の多段階発症の分子機構

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26253061
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 伊藤 悦朗 弘前大学, 医学研究科, 教授 (20168339)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 照井 君典 弘前大学, 医学研究科, 准教授 (00333740) ; 土岐 力 弘前大学, 医学研究科, 講師 (50195731) ; 金崎 里香 弘前大学, 医学研究科, 助教 (60722882)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ダウン症候群 / 急性巨核芽球性白血病 / TAM / GATA1 / コヒーシン / CTCF / EZH2

Outline of Annual Research Achievements

Down症新生児の約10％に前白血病TAMが発症し、その20％は急性巨核芽球性白血病（DS-AMKL）を発症する。我々は、最近、DS-AMKLではGATA1に加え、コヒーシン複合体／CTCF、EZH2などのエピゲノムの制御因子、およびシグナル伝達系分子をコードする遺伝子群に高頻度に変異が生じていることを発見した。本研究の目的は、DS-AMKL特異的遺伝子変異の機能解析を行い、白血病の多段階発症の分子機構を解明して、画期的な新規治療法を開発することである。平成２８年度は、多数例のDS-AMKLとその寛解時検体を用いてエクソーム解析を行い、数個の新規原因遺伝子を見出し、これらの遺伝子変異の機能解析を進めた。① DS-AMKLの５症例にDCAF7のミスセンス変異を見出した。共免疫沈降法で、DCAF7及びDS-AMKLでみられた変異タンパクがDS-AMKLの発症に関わる２１番染色体上の遺伝子産物のDYRK1A と複合体を形成することが明らかとなり、細胞内局在などの解析を進めた。② 赤血球造血や巨核球造血に関わるX遺伝子の変異が３症例で見出された。遺伝子変異の細胞増殖や血球分化に対する影響を見るために、レトロウイルスベクターを用いて野生型及び変異タンパクをDS-AMKL細胞株およびIL-3依存性マウス細胞株 32Dcl3に発現させた。野生型は両細胞株の増殖を抑制したが、変異タンパクは増殖抑制が軽微であった。③ TAMとDS-AMKLでは、GATA1変異によりN末端を欠失したGATA1sタンパクのみが発現している。前年度は、GATA1のN末端がKITの適正な発現制御に不可欠であり、GATA2を介さないKIT発現抑制の仕組みがあることを見出した。平成２８年度は、enChIP法を用いて、GATA1sに特異的に結合する転写因子の候補を同定した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度の目的は、画期的な新規治療法を開発するためにDS-AMKL特異的遺伝子変異の機能解析を行い、白血病の多段階発症の分子機構を解明することである。本年度は、以下の研究成果が得られ、概ね順調に研究が進展している。
我々は、以前、１４例のDS-AMKLのエクソーム解析を行い、コヒーシンなどの原因遺伝子を同定した。本年度は、さらに多数例のDS-AMKLとその寛解時検体を用いてエクソーム解析を行い、数個の新規原因遺伝子を見出した。驚いたことに、これらの多くが赤血球造血や巨核球造血に関わる遺伝子をコードしていた。これらの遺伝子の中で、これまで白血病などで変異の報告のない遺伝子に注目して機能解析を進めた。加えて、TAM発症の段階で生じるGATA1s変異についての解析も進めた。その結果、以下の成果が得られた。① DS-AMKLの５症例にDCAF7のミスセンス変異を見出した。共免疫沈降法で、DCAF7及びDS-AMKLでみられた変異タンパクがDS-AMKLの発症に関わる２１番染色体上の遺伝子産物のDYRK1A と複合体を形成することが明らかとなった。② 赤血球造血や巨核球造血に関わるX遺伝子の変異が３症例で見出された。野生型を過剰発現させるとDS-AMKL細胞株の増殖を抑制したが、変異タンパクは増殖抑制が軽微であった。③ TAMとDS-AMKLでは、GATA1変異によりN末端を欠失したGATA1sタンパクのみが発現している。前年度は、GATA1のN末端がKITの適正な発現制御に不可欠であり、GATA2を介さないKIT発現抑制の仕組みがあることを見出した。本年度は、enChIP法を用いて、GATA1sに特異的に結合する転写因子の候補を同定した。

Strategy for Future Research Activity

DS-AMKLではGATA1に加え、コヒーシン複合体やEZH2などをコードする遺伝子群に高頻度に変異が生じている。平成２９年度は、この３年間の研究成果をもとに、白血病の多段階発症の分子機構を解明し、画期的な新規治療法を開発する。以前、我々は、比較的少数のDS-AMKL検体のエクソーム解析を行い、コヒーシンなどの原因遺伝子を同定した。しかし、新規原因遺伝子の検索には症例数が不十分であるので、昨年度さらに多数例のDS-AMKLとその寛解時検体を用いてエクソーム解析を行い、数個の新規原因遺伝子を見出した。驚いたことに、これらの多くが赤血球造血や巨核球造血に関わる遺伝子をコードしていた。平成２９年度はさらに多数例でエクソーム解析とターゲットシーケンスを行い、DS-AMKLの遺伝子変異の全体像を明らかにする。コヒーシン複合体/CTCF、エピジェネテック制御因子などに加え、新規に見出された原因遺伝子の機能解析を進め、TAMからDS-AMKL進展の仕組みを明らかにする。また、GATA1s変異によるKIT遺伝子の過剰発現の仕組みを解明するために、昨年度の研究で見出したGATA1s特異的に結合する転写因子の機能解析を進める。
DS-AMKLの５症例にDCAF7のミスセンス変異を見出した。共免疫沈降法で、DS-AMKLでみられた変異タンパクがDS-AMKLの発症に関わる２１番染色体上の遺伝子産物のDYRK1Aキナーゼと複合体を形成することが明らかとなった。DCAF7の機能解析を進めるとともに、DYRK1A阻害剤を用いては、TAM細胞やDS-AMKL細胞株の増殖抑制効果について検討する。また、シグナル伝達系分子の遺伝子変異が、多くのDS-AMKLで認められた。JAK阻害剤、RAS阻害剤の効果について、DS-AMKL細胞株およびDS-AMKLヒト化マウス移植モデルを用いて解析する。

Research Products

• [Journal Article] Purification of leukemic blast cells from blood smears using laser microdissection. (2017)
  • Author(s): Matsuo H, Shiga S, Imai T, Kamikubo Y, Toki T, Terui K, Ito E, Adachi S.
  • Journal Title: Int J Hematol. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s12185-017-2227-z.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Frequent downregulation of BACH2 expression in Epstein-Barr virus-positive diffuse large B-cell lymphoma. (2017)
  • Author(s): Noujima-Harada M, Takata K, Miyata-Takata T, Sakurai H, Igarashi K, Ito E, Nagakita K, Taniguchi K, Ohnishi N, Omote S, Tabata T, Sato Y, Yoshino T.
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1111/cas.13213.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Clinical Utility of Next-generation Sequencing for Inherited Bone Marrow Failure Syndromes. (2017)
  • Author(s): Muramatsu H, Okuno Y, Yoshida K, Shiraishi Y, Doisaki S, Narita A, Sakaguchi H, Kawashima N,Wang X, Xu Y, Chiba K, Tanaka H, Hama A, Sanada M,Takahashi Y, Kanno H, Yamaguchi H, Ohga S, Manabe A, Harigae H, Kunishima S, Ishii E, Kobayashi M, Koike K, Watanabe K, Ito E, Takata M, Yabe M, Ogawa S, Miyano S, Kojima S.
  • Journal Title: Genet Med. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1038/gim.2016.197.0.1038/gim.2016.197.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exome sequencing identified RPS15A as a novel causative gene for Diamond-Blackfan anemia. (2017)
  • Author(s): Ikeda F, Yoshida K, Toki T, Uechi T, Ishida S, Nakajima Y, Sasahara Y, Okuno Y, Kanezaki R, Terui K, Kamio T, Kobayashi A, Fujita T, Sato-Otsubo A, Shiraishi Y, Tanaka H, Chiba K, Muramatsu H, Kanno H, Ohga S, Ohara A, Kojima S, Kenmochi N, Miyano S, Ogawa S, Ito E.
  • Journal Title: Haematologica Volume: 102 Pages: e93-e96
  • DOI: 10.3324/haematol.2016.153932.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Diagnostic challenge of Diamond-Blackfan anemia in mothers and children by whole-exome sequencing (2017)
  • Author(s): Ichimura T, Yoshida K, Okuno Y, Yujiri T, Nagai K, Nishi M, Shiraishi Y, Ueno H, Toki T, Chiba K, Tanaka H, Muramatsu H, Hara T, Kanno H, Kojima S, Miyano S, Ito E, Ogawa S, Ohga S.
  • Journal Title: Int J Hematol. Volume: 105 Pages: 515-520
  • DOI: 10.1007/s12185-016-2151-7.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Adipsic Hypernatremia without Hypothalamic Lesions Accompanied by Autoantibodies to Subfornical Organ. (2017)
  • Author(s): Hiyama TY, Utsunomiya AN, Matsumoto M, Fujikawa A, Lin CH, Hara K, Kagawa R, Okada S, Kobayashi M, Mayumi I, Anzo M, Cho H, Takayasu S, Nigawara T, Daimon M, Sato T, Terui K, Ito E, Noda M.
  • Journal Title: Brain Pathol. Volume: 27 Pages: 323-331
  • DOI: 10.1111/bpa.12409
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spurious Thrombocytosis Caused by Tumor Cell Lysis in a Patient with Acute Monocytic Leukemia (2016)
  • Author(s): Ogasawara S, Saito N, Itoga M, Kushibiki M, Nakata R, Ohta E, Fujita E, Kojima K, Terui K, Ito E, Kayaba H
  • Journal Title: Clin Lab. Volume: 62 Pages: 1575-1577
  • DOI: 10.7754/Clin.Lab.2016.151218.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Critical Diamond-Blackfan anemia due to ribosomal protein S19 missense mutation. (2016)
  • Author(s): Ozono S, Mitsuo M, Noguchi M, Nakagawa S, Ueda K, Inada H, Ohga S, Ito E.
  • Journal Title: Pediatr Int. Volume: 58 Pages: 930-933
  • DOI: 10.1111/ped.13018.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Whole-exome sequencing reveals the spectrum of gene mutations and the clonal evolution patterns in paediatric acute myeloid leukaemia. (2016)
  • Author(s): Shiba N, Yoshida K, Shiraishi Y, Okuno Y, Yamato G, Hara Y, Nagata Y, Chiba K, Tanaka H, Terui K, Kato M, Park MJ, Ohki K, Shimada A, Takita J, Tomizawa D, Kudo K, Arakawa H, Adachi S, Taga T, Tawa A, Ito E, Horibe K, Sanada M, Miyano S, Ogawa S, Hayashi Y.
  • Journal Title: Br J Haematol. Volume: 175 Pages: 476-489
  • DOI: 10.1111/bjh.14247.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Erythrocyte glutathione is a novel biomarker of Diamond-Blackfan anemia. (2016)
  • Author(s): Utsugisawa T, Uchiyama T, Toki T, Ogura H, Aoki T, Hamaguchi I, Ishiguro A, Ohara A, Kojima S, Ohga S, Ito E, Kanno H
  • Journal Title: Blood Cells Mol Dis. Volume: 59 Pages: 31-36
  • DOI: 10.1016/j.bcmd.2016.03.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The phenotype and clinical course of Japanese Fanconi Anaemia infants is influenced by patient, but not maternal ALDH2 genotype (2016)
  • Author(s): Yabe M, Yabe H, Morimoto T, Fukumura A, Ohtsubo K, Koike T, Yoshida K, Ogawa S, Ito E, Okuno Y, Muramatsu H, Kojima S, Matsuo K, Hira A, Takata M.
  • Journal Title: Br J Haematol. Volume: 175 Pages: 457-461
  • DOI: 10.1111/bjh.14243.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systematic Cellular Disease Models Reveal Synergistic Interaction of Trisomy 21 and GATA1 Mutations in Hematopoietic Abnormalities. (2016)
  • Author(s): Banno K, Omori S, Hirata K, Nawa N, Nakagawa N, Nishimura K, Ohtaka M, Nakanishi M, Sakuma T, Yamamoto T, Toki T, Ito E, Yamamoto T, Kokubu C, Takeda J, Taniguchi H, Arahori H, Wada K, Kitabatake Y, Ozono K.
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 15 Pages: 1228-1241
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.04.031
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Analysis of GATA1 mutations in Down syndrome infants with transient abnormal myelopoiesis and clinical impacts of GATA1 mutation types: A report from the JPLSG TAM-10 study. (2016)
  • Author(s): Kiminori Terui, Tsutomu Toki, Asahito Hama, Hideki Muramatsu, Daisuke Hasegawa, Myoung-ja Park, Shotaro Iwamoto, Takashi Taga, Ryu Yanagisawa7, Katsuyoshi Koh, Akiko M. Saito, Keizo Horibe, Yasuhide Hayashi, Souichi Adachi, Shuki Mizutani, Kenichiro Watanabe and Etsuro Ito
  • Organizer: American Society of Hematology 58th Annual Meeting
  • Place of Presentation: SanDiego, CA, USA
  • Year and Date: 2016-12-03 – 2016-12-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gene expression profiles and methylation analysis in Down syndrome related acute lymphoblastic leukemia (2016)
  • Author(s): Yasuo Kubota, Kumiko Uryu, Tomoko Kawai, Tatsuya Ito, Isamu Hanada, Tsutomu Toki, Masafumi Seki, Kenichi Yoshida, Yusuke Sato, Yuichi Shiraishi, Kenichi Chiba, Hiroko Tanaka, Satoru Miyano, Akira Oka, Yasuhide Hayashi, Seishi Ogawa, Kiminori Teru), Atsushi Sato, Kenichiro Hata, Etsuro Ito, Junko Takita
  • Organizer: American Society of Hematology 58th Annual Meeting
  • Place of Presentation: SanDiego, CA, USA
  • Year and Date: 2016-12-03 – 2016-12-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genetic and Epigenetic Alterations in Acute Megakaryoblastic Leukemia in Down Syndrome. (2016)
  • Author(s): Etsuro Ito, Kenichi Yoshida, Tsutomu Toki, Satoshi Saida, Kenichiro Watanabe, Masahiro Nakamura, Kiminori, Terui, Tatsutoshi Nakahata, Satoru Miyano, Akira Watanabe, Seishi Ogawa
  • Organizer: Fifth JCA-AACR Special Joint Conference -The Latest Advances in Hematological Cancer Research: From Basic Science to Therapeutics.
  • Place of Presentation: Tokyo Bay Maihama Hotel, Urayasu, Chiba
  • Year and Date: 2016-07-13 – 2016-07-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] 血液腫瘍アトラス（改訂第5版） 第4章 B 急性白血病，骨髄異形成症候群各論‐5．ダウン症候群における造血器腫瘍と遺伝子突然変異‐ (2016)
  • Author(s): 伊藤悦朗
  • Total Pages: 234-240
  • Publisher: 日本医事新報社