個体全身のハイスループット解析による腫瘍-宿主相互作用の網羅的解析

Research Project

Project/Area Number	22K20781
Research Category	Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	0901:Oncology and related fields
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	和田弥生北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 博士研究員 (40965521)
Project Period (FY)	2022-08-31 – 2023-03-31
Project Status	Discontinued (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	がん / ショウジョウバエ / ３D撮像 / 強化学習 / 膵がん / 網羅的解析 / 全身性疾患
Outline of Research at the Start	本研究は、がん研究の個体モデルを使用してハイスループット自動3D光学計測とAI解析の融合によるデータ駆動型の網羅的解析を行うことにより、がん形成過程の個体レべルでの包括的な理解と、抗がん作用を有する薬物の効率的な創出を目指す。本研究では、がんの中でも最も患者予後が悪い膵がんに着目し、その遺伝子型を模倣するモデルショウジョウバエを活用した網羅的な形質マーカースクリーニングを実施し、がんが宿主の臓器に与える影響や、がんの形質を規定する特徴量を個体レベルで同定する。
Outline of Annual Research Achievements	がんは周囲の組織や離れた臓器と相互作用する全身性の疾患である。そのためがんの発生機序の理解には、個体レベルの解析によってがん-宿主間相互作用を解明することが不可欠である。しかし、従来の実験系には様々な制約があり、この相互作用の全容解明は進んでいない。特に膵がんはこの課題が顕著で、そのためにがんの中で最も患者予後が悪い状況が続いている。そこで申請者は本研究で、自身らが最近作出した膵がん遺伝子型モデルハエ（4-hitハエ）を用いて、腫瘍形成に寄与する腫瘍-宿主間相互作用の網羅的な解明に取り組む。4-hitハエは膵がん患者に見られる遺伝子型を模倣しており、増殖能の亢進や個体死といった表現型を呈する。申請者は、各種細胞形質（細胞増殖、細胞死、シグナル伝達、エネルギー代謝等）を蛍光タンパク質の局在によって可視化するレポーターを4-hitハエに搭載し、この幼虫の全身を解析することで腫瘍形成を促進または抑制する細胞形質の同定を目指した。申請者はまず、GFP標識した腫瘍細胞とともに各種細胞形質をtdTomatoの存在箇所や強度を指標に解析するための蛍光レポーターハエを作出している。申請者は概念実証として、翅原基におけるSerrate（Ser)遺伝子の発現を規定するエンハンサー配列を同定し、蛍光レポーターハエ作出に用いる発現ベクターを設計した。今後はこのエンハンサー配列とtdTomatoのコード配列を発現ベクターにクローニングしてハエ胚に顕微注入し、翅原基がtdTomatoで標識されるか検討する。また申請者は、幼虫全身を解析するための新規解析基盤FINDSの構築も推進した。申請者は対照ハエと4-hitハエを作出し、各々幼虫の3D画像を収集した。今後は、得られた３D画像を人工知能に与え、GFPの発現を指標にして腫瘍形質を自動定量する深層学習モデルを構築する。