Search for new targets of endometriosis therapy based on gene expression profile by AI
| Project/Area Number |
19K22688
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 56:Surgery related to the biological and sensory functions and related fields
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
杉野 法広 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (10263782)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅井 義之 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (00415639)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 子宮内膜症 / 遺伝子ネットワーク / バイオインフォマティクス / ブーリアンネットワーク / 数理モデル / マスターレギュレータ遺伝子 / HOXC8 / TGF-beta / マスター遺伝子 / 人工知能 |
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| Outline of Research at the Start |
近年のシステムバイオロジーの概念から、子宮内膜症の病態をマスター遺伝子の異常による遺伝子ネットワークの異常として捉えることができる。本研究では、公表されている遺伝子相互作用ネットワークと申請者が有する正常子宮内膜と子宮内膜症の遺伝子発現データを組み込んだ遺伝子制御ネットワークの数理モデルを作成することで、正常状態から疾患（子宮内膜症）を引き起こすマスター遺伝子の組み合せを人工知能を用いたシミュレーションにより同定し、また逆に、疾患から正常状態にネットワークを遷移させる遺伝子群をシミュレーションで同定することによって治療標的となるマスター遺伝子群を同定する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
子宮内膜症におけるマスター遺伝子の同定を行なった。卵巣チョコレート嚢腫から採取した子宮内膜間質細胞（choESC）の網羅的遺伝子発現データと、REACTOMEデータベースから入手した転写制御ネットワークデータを統合し、我々が開発した解析手法(SMITE)によって、マスター遺伝子候補としてHOXC8を含む12遺伝子を同定した。マスター遺伝子としての妥当性を評価するため、ブーリアンネットワークを用いた遺伝子発現遷移シミュレーション解析プログラムを開発した。この12遺伝子について、choESCの遺伝子発現状態から想定された10000通りの発現制御ネットワークにおいて、単独もしくは組み合わせで発現状態を変化させ、合計で10000 x 4095通りの組み合わせで発現遷移シミュレーションを行った。このうち、正常のESCの発現プロファイルに近かった上位0.01%（4095通り）の組み合わせには、HOXC8を含む12遺伝子全てが高頻度に含まれていた。
同定されたマスター遺伝子HOXC8の機能を調べるため、同遺伝子を過剰発現するESCを樹立し（HOXC8-ESCs）、細胞機能とtranscriptomeの解析を行った。HOXC8-ESCsでは、細胞増殖、遊走、線維化能が有意に亢進した。transcriptomeでは、TGFβシグナル経路の遺伝子の発現が有意に変化しており、同経路の活性化マーカーであるリン酸化SMAD2/SMAD3の発現が蛋白レベルで増加した。HOXC8によって亢進した線維化能は、TGFβ受容体I型キナーゼの選択的阻害剤により阻害された。
卵巣チョコレート嚢胞のマスター遺伝子としてHOXC8を同定した。細胞増殖、遊走、および線維化を含む卵巣チョコレート嚢胞の特徴的な細胞機能は、HOXC8とそれによって活性化されたTGFβシグナル経路により誘導されることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度は、既知の遺伝子ネットワーク情報を利用し抽出した12個のマスターレギュレータ遺伝子について、ブーリアンネットワークという数理モデルのシミュレーションによってマスターレギュレータ遺伝子として機能することを確認した。本年度は、その一つの遺伝子であるHOXC8に焦点を当て、HOXC8がマスターレギュレータ遺伝子として機能するかを、HOXC8遺伝子を導入した細胞を樹立しin vitroで解析した。細胞増殖、癒着、線維化などの卵巣チョコレート嚢胞の特徴はHOXC8によって引き起こされていると考えられ、HOXC8が子宮内膜症の発症に重要な上流因子であることを初めて明らかにすることができた。すなわち、子宮内膜症におけるマスターレギュレータ遺伝子の同定に成功したといえる。したがって、研究は、おおむね計画通りに進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
I. HOXC8によるTGF-β経路活性化の検討
TGF-βシグナルにおいて子宮内膜症の線維化に関与する経路はSmad経路、Rho-Rock経路がある。HOXC8過剰発現子宮内膜間質細胞(以下HOXC8-ESC)におけるSmad経路の活性化は、リン酸化Smad 2/3の発現上昇により確認済みである。(i)Rho-Rock経路の活性化の検討：HOXC8-ESCのRock活性をイムノブロット法で測定する。(ii)HOXC8過剰発現ESCにおけるSMAD経路/Rho-ROCK経路の阻害による線維化能の変化：Collagen gel contraction assay (以下CGCA)を用いた先行研究で、HOXC8過剰発現による線維化能の亢進は証明済みである。Smad経路とRho-ROCK経路のそれぞれの阻害薬であるALK5 inhibitor、ROCK inhibitorを添加してCGCAを行い、線維化能が抑制されるかを検討する。
II. 子宮内膜症細胞におけるHOXC8のTGF-β経路活性化の検討
子宮内膜症から分離した間質細胞 (choESC) におけるHOXC8の発現抑制実験：子宮内膜症でHOXC8は高発現である。choESCへのHOXC8の関与を検討するため、choESCでHOXC8発現を抑制(HOXC8-siRNAs)し、線維化能 (CGCA)が抑制されるかを検討する。
III. HOXC8過剰発現子宮内膜症細胞の移植モデルの作成：HOXC8-ESCを免疫不全マウスの腹腔内または腎被膜下に移植し、実際に腫瘤や癒着、繊維化を引き起こすかをin vivo で確認する。
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Report
(2 results)
Research Products
(14 results)
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[Journal Article] An Integrated Genomic Approach Identifies HOXC8 as an Upstream Regulator in Ovarian Endometrioma2020
Author(s)
Yumiko Mihara, Ryo Maekawa, Shun Sato, Natsuko Shimizu, Yumiko Doi-Tanaka, Haruka Takagi, Yuichiro Shirafuta, Masahiro Shinagawa, Isao Tamura, Toshiaki Taketani, Hiroshi Tamura, Takeshi Abe, Yoshiyuki Asai, Norihiro Sugino
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Journal Title
J Clin Endocrinol Metab
Volume: 105
Pages: 1-12
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] The clinical outcome of Dienogest treatment followed by in vitro fertilization and embryo transfer in infertile women with endometriosis2019
Author(s)
Tamura H, Yoshida H, Kikuchi H, Josaki M, Mihara Y, Shirafuta Y, Shinagawa M, Tamura I, Taketani T, Takasaki A, Sugino N
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Journal Title
Journal of Ovarian Research
Volume: 12
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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