バイオインフォマティクスを活用したp53ネットワーク探索と癌治療への応用

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integrative Systems Understanding of Cancer for Advanced Diagnosis, Therapy and Prevention
• Project/Area Number: 25134715
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Research Institution: Sapporo Medical University
• Principal Investigator: 時野 隆至 札幌医科大学, 医学部, 教授 (40202197)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: p53 / ゲノム / バイオインフォマティクス / がん抑制遺伝子 / 転写因子

Research Abstract

次世代シーセンサーによる網羅的な解析により、ヒトがんゲノムの概観が明らかになってきた。がんドライバー遺伝子は12から20種類のシグナル経路に分類することができ、これらのシグナル経路の全貌を解明することが、がんの基礎研究において最も重要な課題の１つである。多種類の悪性腫瘍において最も高頻度に変異が検出されるのががん抑制遺伝子p53であり、約半数以上のがんでp53経路の異常が見られる。したがってp53の直接の転写標的を探索することは重要であり、これまで多くのp53転写標的遺伝子を同定してきた。
本研究では新規のp53転写標的を同定するために、ヒト全ゲノム配列およびクロマチン免疫と次世代シーケンサを組み合わせて(ChIP-seq)、ヒトゲノムからp53結合部位 (ChIP-seq peaks) を探索した。次に、バイオインフォマティクスを利用した網羅的なp53結合配列 (p53 motif) 予測とChIP-seq peaksからのデータを組み合わせて、網羅的にp53標的lincRNA（large intergenic non-coding RNA：長鎖遺伝子間非コードRNA）の同定を試みた。
今後はこのようなp53の基礎的研究から新たな診断法やがん治療開発への臨床応用につながる研究を展開したい。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は新規のp53転写標的を同定するために、ヒト全ゲノム配列およびクロマチン免疫と次世代シーケンサを組み合わせて(ChIP-seq)、ヒトゲノムからp53結合部位(ChIP-seq peaks)を探索した。同定したChIP-seq peakの約半数は遺伝子間領域に存在することがわかったので、長鎖遺伝子間非コードRNA (lincRNA: large intergenic non-coding RNA) がp53の転写標的の候補として考えられた。
次に、バイオインフォマティクスを利用した網羅的なp53結合配列(p53 motif)予測とChIP-seq peaksからのデータを組み合わせて、網羅的にp53標的lincRNAの同定を試み、23個のlincRNAがp53によって転写誘導されることを確認できた。さらに機能的解析により、このうち特定のp53標的lincRNAの発現抑制がp53関連アポトーシス誘導を調整したり、特定の遺伝子群の発現を促進したりする結果を得た。この結果は、腫瘍抑制を含めた多様な生理的機能においてp53とlincRNAが複雑な転写ネットワークを形成していることを示唆している。
現在までの進捗状況はおおむね順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

今後、次世代シーケンサーで得られる大量のデータの迅速な蓄積と解析を継続するため、大容量のサーバーの確保が課題になると考えられる。この場合には、札幌医科大学附属情報センター等への協力要請が必要である。

Research Products

• [Journal Article] Identification and analysis of large intergenic non-coding RNAs regulated by p53 family members through a genome-wide analysis of p53-binding sites. (2014)
  • Author(s): Idogawa M, Ohashi T, Sasaki Y, Maruyama R, Kashima L, Suzuki H, Tokino T
  • Journal Title: Human Molecular Genetics Volume: 23 Pages: 2847-2857
  • DOI: 10.1093/hmg/ddt673.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Forkhead transcription factor FOXF1 is a novel target of the p53 family and regulates cancer cell migration and invasiveness. (2014)
  • Author(s): amura M, Sasaki Y, Koyama R, Takeda K, Idogawa M, Tokino T
  • Journal Title: Oncogene Volume: 印刷中 Pages: -
  • DOI: 10.1038/onc.2013.427.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] AKR1B10, a transcriptional target of p53, is downregulated in colorectal cancers associated with poor prognosis. (2013)
  • Author(s): Ohashi T, Idogawa M, Sasaki Y, Suzuki H, Tokino T
  • Journal Title: Molecular Cancer Research Volume: 11 Pages: 1554-1563
  • DOI: 10.1158/1541-7786.MCR-13-0330-T.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Methylation of a panel of microRNA genes is a novel biomarker for detection of bladder cancer. (2013)
  • Author(s): Shimizu T, Suzuki H, Nojima M, Kitamura H, Yamamoto E, Maruyama R, Ashida M, Hatahira T, Kai M, Masumori N, Tokino T, Imai K, Tsukamoto T, Toyota M
  • Journal Title: European Urology Volume: 63 Pages: 1091-1100
  • DOI: 10.1016/j.eururo.2012.11.030.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNA methyltransferase 1 is essetial for initiation of the colon cancers. (2013)
  • Author(s): Morita R, Hirohashi Y, Suzuki H, Takahashi A, Tamura Y, Kamaseki T, Asanuma H, Inoda S, Kondo T, Hashino S, Hasegawa T, Tokino T, Toyota M, Asaka M, Torigoe T, Sato N
  • Journal Title: Experimental and Molecular Pathology Volume: 94 Pages: 322-329
  • DOI: 10.1016/j.yexmp.2012.10.004.
  • Peer Reviewed
• [Remarks] 札幌医大フロンティア研ゲノム医科学部門
  • URL: http://web.sapmed.ac.jp/canmol/