ステムセルエイジングに伴う発がんメカニズムの数理的解明

• 研究領域: ステムセルエイジングから解明する疾患原理
• 研究課題/領域番号: 26115006
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 国立研究開発法人国立がん研究センター (2018); 九州大学 (2014-2017)
• 研究代表者: 波江野 洋 国立研究開発法人国立がん研究センター, 先端医療開発センター, 特任研究員 (70706754)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 43,810千円 (直接経費: 33,700千円、間接経費: 10,110千円); 2018年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2017年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2016年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2015年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2014年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
• キーワード: 数理モデル / 確率過程 / シミュレーション解析 / がん進化 / 幹細胞老化 / ステムセルエイジング / 発がん過程 / 数理モデル研究

研究成果の概要

ヒトの体を構成する組織を数理モデリングによって仮想的に構築し、特性を表すパラメータを網羅的に変化させることで、組織破綻に対する頑強性の評価を確率シミュレーションによって実施した。さらに、造血組織や大腸組織など特定の組織構造において、実験データに基づいたパラメータを収集し、重要となる特性変化の解明を行った。結果として、幹細胞と呼ばれる組織の大元の細胞の分裂回数と数が小さいとがん発症までの待ち時間が長くなることなど、組織構造の複雑さとがん発症に関する関係性を明らかにすることが出来た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

老化関連疾患としてのがんについて、組織構造と発症のし易さの関係性を明らかにすることができた。このことによって、組織ごとに、加齢による細胞の代謝（入れ替わり）の変化と発がんリスクの関係を予測し、予防的措置を講じる必要性や最適な治療標的を示すことで、発症率の減少や治療奏功率の上昇に役立つことが期待される。また、疾患の数理モデル研究の特集雑誌が日本で出版され始め、多くの特集に執筆を行うことで、ゲノム解析・細胞培養実験と合わせた数理モデル研究が注目を浴びることに貢献した。

研究成果

• [国際共同研究] Dana-Farber Cancer Institute/Massachusetts General Hospital(米国)
• [国際共同研究] Dana-Farber Cancer Institute(米国)
• [国際共同研究] Dana-Farber Cancer Institute/Memorial Sloan Kettering Cancer Center/Johns Hopkins Hospital(米国)
• [国際共同研究] Rutgers University(米国)
• [国際共同研究] University of Southampton(United Kingdom)
• [国際共同研究] Dana-Farbar Cancer Institute(米国)
• [雑誌論文] Computational modeling of pancreatic cancer patients receiving FOLFIRINOX and gemcitabine-based therapies identifies optimum intervention strategies (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kimiyo N.、Nakamura Akira、Liu Lin L.、Stein Shayna、Tramontano Angela C.、Kartoun Uri、Shimizu Tetsunosuke、Inoue Yoshihiro、Asakuma Mitsuhiro、Haeno Hiroshi、Kong Chung Yin、Uchiyama Kazuhisa、Gonen Mithat、Hur Chin、Michor Franziska
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 号: 4 ページ: e0215409-e0215409
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0215409
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stochastic Evolution of Pancreatic Cancer Metastases During Logistic Clonal Expansion (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kimiyo N.、Liu Lin L.、Nakamura Akira、Haeno Hiroshi、Michor Franziska
  • 雑誌名: JCO Clinical Cancer Informatics 巻: 3 号: 3 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1200/cci.18.00079
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mathematical modeling identifies optimum lapatinib dosing schedules for the treatment of glioblastoma patients (2018)
  • 著者名/発表者名: Stein Shayna、Zhao Rui、Haeno Hiroshi、Vivanco Igor、Michor Franziska
  • 雑誌名: PLOS Computational Biology 巻: 14 号: 1 ページ: e1005924-e1005924
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1005924
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Personalized Management of Pancreatic Ductal Adenocarcinoma Patients through Computational Modeling. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto KN, Yachida S, Nakamura A, Niida A, Oshima M, De S, Rosati LM, Herman JM, Iacobuzio-Donahue CA, Haeno H.
  • 雑誌名: Cancer Res. 巻: 77 号: 12 ページ: 3325-3335
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-16-1208
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Personalized Management of Pancreatic Ductal Adenocarcinoma Patients Through Computational Modeling. (2017)
  • 著者名/発表者名: 1.Yamamoto KN, Yachida S, Nakamura A, Niida A, Oshima M, De S, Rosati LM, Herman JM, Iacobuzio-Donahue CA, Haeno H
  • 雑誌名: Cancer Research 巻: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Prediction of postoperative liver regeneration from clinical information using a data-led mathematical model. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto KN Ishii M, Inoue Y, Hirokawa F, MacArthur BD, Nakamura A, Haeno H, Uchiyama K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 34214-34214
  • DOI: 10.1038/srep34214
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Integrated Multiregional Analysis Proposing a New Model of Colorectal Cancer Evolution. (2016)
  • 著者名/発表者名: Uchi R, Takahashi Y, Niida A, Shimamura T, Hirata H, Sugimachi K, Sawada G, Iwaya T, Kurashige J, Shinden Y, Iguchi T, Eguchi H, Chiba K, Shiraishi Y, Nagae G, Yoshida K, Nagata Y, Haeno H et al.
  • 雑誌名: PLoS Genetics 巻: 12
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bacterial c-di-GMP affects hematopoietic stem/progenitors and their niches through STING. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi H, Kobayashi CI, Nakamura-Ishizu A, Karigane D, Haeno H, Yamamoto KN, Sato T, Ohteki T, Hayakawa Y, Barber GN, Kurokawa M, Suda T, and Takubo K.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 111 号: 1 ページ: 71-84
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2015.02.066
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The evolution of tumor metastasis during clonal expansion with alterations in metastasis driver genes (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto KN, Nakamura A, Haeno H.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 30:5 号: 1 ページ: 15886-15886
  • DOI: 10.1038/srep15886
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evolution of Pre-Existing versus Acquired Resistance to Platinum Drugs and PARP Inhibitors in BRCA Associated Cancers (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimiyo N Yamamoto, Kouji Hirota, Shunichi Takeda, Hiroshi Haeno
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] がんにおける突然変異蓄積過程の数理モデル解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 波江野洋、山本君代
  • 雑誌名: 実験医学増刊 巻: 32 ページ: 208-213
• [雑誌論文] がん進展過程における薬剤耐性獲得の数理モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 波江野洋、山本君代
  • 雑誌名: がん分子標的薬治療 巻: 12 ページ: 72-77
• [学会発表] Computational modeling identifies optimal use of EGFR tyrosine kinase inhibitors for lung cancer patients with EGFR mutations (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Haeno
  • 学会等名: 11th AACR-JCA Joint Conference
  • 国際学会
• [学会発表] データを用いたがんの数理モデル研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 波江野洋
  • 学会等名: 第１５回生物数学の理論とその応用
• [学会発表] 個別化治療に向けた膵癌進展の数理モデル研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 波江野洋
  • 学会等名: 第２９回日本消化器がん発生学会
• [学会発表] Personalized Management of Pancreatic Ductal Adenocarcinoma Patients Through Computational Modeling (2017)
  • 著者名/発表者名: 波江野洋
  • 学会等名: 日本数理生物学会
• [学会発表] Mathematical modeling of cancer and Cancer evolution (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Haeno
  • 学会等名: 2016 Japanese Society for Mathematical Biology annual meeting
  • 発表場所: 九州大学
  • 国際学会
• [学会発表] 膵がん進行の数理モデル解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 波江野洋
  • 学会等名: 生命医薬情報学連合大会
  • 発表場所: 東京国際交流館プラザ平成
• [学会発表] Mathematical analysis on the genetic evolution from primary to metastatic tumor (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Haeno, Kimiyo N. Yamamoto, Subhajyoti De
  • 学会等名: The 74th Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
  • 発表場所: 日本・名古屋
  • 年月日: 2015-10-08
  • 国際学会
• [学会発表] Mathematical modeling of telomere length attrition in hematopoietic tissue (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Haeno, Honda Haruki
  • 学会等名: 2015 Joint Meeting of The 5th China-Japan-Korea Colloquium on Mathematical Biology and The Japanese Society for Mathematical Biology
  • 発表場所: 日本・京都
  • 年月日: 2015-08-26
  • 国際学会
• [学会発表] Mathematical analysis on the genetic evolution from primary to metastatic tumor (2014)
  • 著者名/発表者名: 波江野洋、Subhojyoti De
  • 学会等名: 日本消化器癌学会
  • 発表場所: 日本・福岡
  • 年月日: 2014-11-13
• [学会発表] Genetic Evolution from primary to metastatic tumor (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Haeno, Subhojyoti De
  • 学会等名: Annual Meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology and the Society for Mathematical Biology
  • 発表場所: 日本・大阪
  • 年月日: 2014-07-28
• [図書] 実験医学増刊 (2017)
  • 著者名/発表者名: 巌佐庸 波江野洋
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 羊土社