Ｃクラス・Ｍクラスシグネチャーを統合したＥＣＭ分類によるがん分子病態の解明

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Conquering cancer through neo-dimensional systems understanding
• Project/Area Number: 16H01574
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 冨田 秀太 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 准教授 (10372111)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 肺がん / 遺伝子発現プロファイル / 遺伝子変異 / コピー数変化 / 分類 / クラスタリング

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、網羅的遺伝子発現プロファイル情報（E-class）、C-class（CNV：コピー数変異）とM-class（Mutation：遺伝子変異）の情報を統合したECM分類手法を開発し、新規サブクラスに基づくがん分子病態の解明と、ドラッグリポジショニングを含む治療薬最適化アルゴリズムを患者モデルで検証することを目的としている。
本年度の成果として、非小細胞肺癌細胞株34株を用いた解析により、分子標的治療薬に対する耐性獲得メカニズムとして重要なEMT（epithelial-mesenchymal transition;. 上皮間葉転換）とmiR-200cおよびLIN28Bの発現パターンが相関することを示した。
具体的には、非小細胞肺癌細胞株のmiR-200cの発現および転写領域のメチル化を解析した結果、miR-200cの発現は転写領域のメチル化により発現制御を受けていることが確認できた。またヒト気管支上皮細胞(HBEC)をコントロールとしてmiR-200cの発現を比較したところ、EGFR（epidermal growth factor receptor; 上皮成長因子受容体）遺伝子変異を有する非小細胞肺癌細胞株では、野生型EGFRを有する細胞株よりもmiR-200cの発現が有意に高いことが明らかになった。米国のCCLE（癌細胞株百科辞典）データベースから重複する28株の発現データを抽出して解析したところ、Lin28Bの発現パターンはmiR-200cのそれと逆相関することが明らかになった。さらに、LIN28Bの発現が更新している細胞株にsi-LIN28Bを導入することによる影響を確認したところ、いずれも、細胞の増殖抑制が引き起こされた。これらを踏まえて臨床サンプルでmiR-200cとLIN28Bの発現を確認したところ、同様の傾向が確認できた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

これまでに非小細胞肺癌細胞株34株を用いた実験データの解析とCCLEデータベースから抽出した28株の細胞株の網羅的な遺伝子発現プロファイルデータにより、分子標的治療薬に対する耐性獲得メカニズムとして重要なEMTとmiR-200cおよびLIN28Bの関係を明らかにしてきた。
具体的には、RT-PCRを用いて得られたmiR-200cの遺伝子発現データとCCLEデータベースから抽出した遺伝子発現プロファイルデータの解析から、単純化シグネチャーの解析としてmiR-200cの発現とLIN28Bの発現が逆相関することを確認した。またGSEA（Gene Set Enrichment Analysis）を用いた遺伝子セット解析の結果、EMTの特徴を有する遺伝子セットが抽出されることを確認した。さらに機能的な解析を目的に、肺癌細胞株を用いて、miR-200cの強制発現系とsi-RNAを用いたLIN28Bの発現抑制系による確認実験を実施するとともに、臨床サンプルを用いてmiR-200cの発現消失とLIN28Bの発現亢進を確認することができた。
上記のごとく、肺腺癌を中心とした解析は細胞株を用いた解析と臨床サンプルを用いた解析との相関が得られており、計画以上に進展している。またPDXを用いた実験系の確立を進めており、おおむね順調に進展している一方で、扁平上皮癌を解析対象とした解析の進捗が少ないことから、全体としては「おおむね順調に進展している」との評価とした。

Strategy for Future Research Activity

肺腺癌細胞株を対象とした解析は順調に推移しており、TCGAデータおよびNCCデータセット用いた解析を実施し、ECMモデルの最適化を実施する。また29年度にはPDFから得られた肺癌組織を用いて遺伝子発現プロファイルを取得し、肺腺癌細胞株を基に抽出した「単純化シグネチャーの解析」と「遺伝子セット解析」を用いたECMモデルを評価する。
扁平上皮癌モデルの構築では23,316遺伝子のコピー数情報（log2の数値データ）を基にC-class情報の解析を進め、有意に変動する遺伝子の「シグネチャー」の抽出を実施するとともに、TCGAデータおよび（東アジアコホートデータを使用して抽出したモデルの評価を実施する。

Research Products

• [Journal Article] Optimal method for quantitative detection of plasma EGFR T790M mutation using droplet digital PCR system. (2017)
  • Author(s): Suzawa K, Yamamoto H, Ohashi K, Hashida S, Tomida S, Kubo T, Maki Y, Soh J, Tsukuda K, Kiura K, Miyoshi S, Toyooka S.
  • Journal Title: Oncol Rep. Volume: 37 Pages: 3100-3106
  • DOI: 10.3892/or.2017.5567.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The H3K27 demethylase, Utx, regulates adipogenesis in a differentiation stage-dependent manner. (2017)
  • Author(s): Ota K, Tong KI, Goto K, Tomida S, Komuro A, Wang Z, Nishio K, Okada H.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 12 Pages: e0176424
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0173713.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Yes1 signaling mediates the resistance to Trastuzumab/Lap atinib in breast cancer. (2017)
  • Author(s): Takeda T, Yamamoto H, Kanzaki H, Suzawa K, Yoshioka T, Tomida S, Cui X, Murali R, Namba K, Sato H, Torigoe H, Watanabe M, Shien K, Soh J, Asano H, Tsukuda K, Kitamura Y, Miyoshi S, Sendo T, Toyooka S.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 12 Pages: e0171356
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0171356.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Targeting the miR-200c/LIN28B axis in acquired EGFR-TKI resistance non-small cell lung cancer cells harboring EMT features. (2017)
  • Author(s): Sato H, Shien K, Tomida S, Okayasu K, Suzawa K, Hashida S, Torigoe H, Watanabe M, Yamamoto H, Soh J, Asano H, Tsukuda K, Miyoshi S, Toyooka S.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 7 Pages: 40847
  • DOI: 10.1038/srep40847.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Distant Bystander Effect of REIC/DKK3 Gene Therapy Through Immune System Stimulation in Thoracic Malignancies. (2017)
  • Author(s): Suzawa K, Shien K, Peng H, Sakaguchi M, Watanabe M, Hashida S, Maki Y, Yamamoto H, Tomida S, Soh J, Asano H, Tsukuda K, Nasu Y, Kumon H, Miyoshi S, Toyooka S.
  • Journal Title: Anticancer Res. Volume: 37 Pages: 301-307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interaction of cytokeratin 19 head domain and HER2 in the cytoplasm leads to activation of HER2-Erk pathway. (2016)
  • Author(s): Ohtsuka T, Sakaguchi M, Yamamoto H, Tomida S, Takata K, Shien K, Hashida S, Miyata-Takata T, Watanabe M, Suzawa K, Soh J, Youyi C, Sato H, Namba K, Torigoe H, Tsukuda K, Yoshino T, Miyoshi S, Toyooka S.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 6 Pages: 39557
  • DOI: 10.1038/srep39557.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Active Secretion of Dimerized S100A11 Induced by the Peroxisome in Mesothelioma Cells. (2016)
  • Author(s): Saho S, Satoh H, Kondo E, Inoue Y, Yamauchi A, Murata H, Kinoshita R, Yamamoto KI, Futami J, Putranto EW, Ruma IM, Sumardika IW, Youyi C, Suzawa K, Yamamoto H, Soh J, Tomida S, Sakaguchi Y, Saito K, Iioka H, Huh NH, Toyooka S, Sakaguchi M.
  • Journal Title: Cancer Microenviron. Volume: 9 Pages: 93-105
  • DOI: 10.1007/s12307-016-0185-2.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MEK inhibitors against MET-amplified non-small cell lung cancer. (2016)
  • Author(s): Chiba M, Togashi Y, Tomida S, Mizuuchi H, Nakamura Y, Banno E, Hayashi H, Terashima M, De Velasco MA, Sakai K, Fujita Y, Mitsudomi T, Nishio K.
  • Journal Title: Int J Oncol. Volume: 49 Pages: 2236-2244
  • DOI: 10.3892/ijo.2016.3736.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Afatinib against Esophageal or Head-and-Neck Squamous Cell Carcinoma: Significance of Activating Oncogenic HER4 Mutations in HNSCC. (2016)
  • Author(s): Nakamura Y, Togashi Y, Nakahara H, Tomida S, Banno E, Terashima M, Hayashi H, de Velasco MA, Sakai K, Fujita Y, Okegawa T, Nutahara K, Hamada S, Nishio K.
  • Journal Title: Mol Cancer Ther. Volume: 15 Pages: 1988-1997
  • DOI: 10.1158/1535-7163.MCT-15-0737.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epithelial-to-Mesenchymal Transition Defines Feedback Activation of Receptor Tyrosine Kinase Signaling Induced by MEK Inhibition in KRAS-Mutant Lung Cancer. (2016)
  • Author(s): Kitai H, Ebi H, Tomida S, Floros KV, Kotani H, Adachi Y, Oizumi S, Nishimura M, Faber AC, Yano S.
  • Journal Title: Cancer Discov. Volume: 6 Pages: 754-769
  • DOI: 10.1158/2159-8290.CD-15-1377.
  • Peer Reviewed