ベイズモデルによるがんと免疫のシステム的統合理解と免疫逃避機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18H03328
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分62010:生命、健康および医療情報学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 井元 清哉 東京大学, 医科学研究所, 教授 (10345027)
• 研究分担者: 中川 英刀 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (50361621)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円); 2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2018年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
• キーワード: ベイズモデル / 免疫システム / HLA / ネオ抗原

研究成果の概要

がんの免疫監視を行う複雑なヒト免疫システムの理解のためのデータ解析技術開発に関して次の成果を得た。全ゲノムシークエンスデータからのHLA遺伝子型の決定は、精度が極めて低い状態であったが、新たなベイズ型統計モデルを構築することで98%の精度を達成した。更にデータベースに登録のない新規のHLA遺伝子型やHLA遺伝子の体細胞変異も正確に同定できる方法へ発展させた。更に、HLAに結合しT細胞に提示されるネオ抗原の同定のため、Neoantimonアプリケーションを開発して公開できた。これらの技術を元に、各患者の癌組織が免疫システムからどのように選択圧を受けてきたかを解析出来る新しい指標IEIを開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

開発したデータ解析技術群は、大型計算機環境を必要とするが、研究代表者が所属するヒトゲノム解析センターのスパコンSHIROKANE上に実装されているため、多くの研究者が免疫ゲノム解析を行うことが可能となり、研究分野の活性化に繋がる。開発した技術群は、患者の癌の免疫学的と級長を炙り出すことが出来る。免疫細胞が浸潤した体細胞変異の多い癌は免疫チェックポイントインヒビターなどの免疫療法が有効であることが知られている。一方、そのような免疫療法が有効ではない癌の特徴を開発した方法を駆使しその共通性を見出すことで、難治癌に対する新しい免疫学的な治療法を開発するシーズになることが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] ICGC/TCGA(米国)
• [国際共同研究] ICGC/TCGA(カナダ)
• [国際共同研究] ICGC/TCGA(中国)
• [国際共同研究] ICGC/TCGA(韓国)
• [国際共同研究] ICGC/TCGA(ドイツ)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Comprehensive molecular analysis of genomic profiles and PD-L1 expression in lung adenocarcinoma with a high-grade fetal adenocarcinoma component (2021)
  • 著者名/発表者名: Masaki Suzuki, Rika Kasajima, Tomoyuki Yokose, Hiroyuki Ito, Eigo Shimizu, Seira Hatakeyama, Kazuaki Yokoyama, Rui Yamaguchi, Yoichi Furukawa, Satoru Miyano, Seiya Imoto, Emi Yoshioka, Kota Washimi, Yoichiro Okubo, Kae Kawachi, Shinya Sato, Yohei Miyagi
  • 雑誌名: Translational Lung Cancer Research 巻: 10 号: 3 ページ: 1292-1304
  • DOI: 10.21037/tlcr-20-1158
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Halcyon: an accurate basecaller exploiting an encoder?decoder model with monotonic attention (2020)
  • 著者名/発表者名: Konishi Hiroki、Yamaguchi Rui、Yamaguchi Kiyoshi、Furukawa Yoichi、Imoto Seiya
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: online first 号: 9 ページ: 1211-1217
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btaa953
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Global gene network exploration based on explainable artificial intelligence approach (2020)
  • 著者名/発表者名: Park Heewon、Maruhashi Koji、Yamaguchi Rui、Imoto Seiya、Miyano Satoru
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 11 ページ: e0241508-e0241508
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0241508
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Theoretical foundation of the performance of phylogeny-based somatic variant detection (2020)
  • 著者名/発表者名: Moriyama T, Imoto S, Miyano S, Yamaguchi R.
  • 雑誌名: Proc. 2nd International Symposium on Mathematical and Computational Oncology 巻: 12508 ページ: 87-101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neoantimon: A multifunctional R package for identification of tumor-specific neoantigens. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa T, Hayashi S, Nakagawa H, Miyano S, and Imoto S.
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 36 号: 18 ページ: 4813-4816
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btaa616
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sex differences in oncogenic mutational processes (2020)
  • 著者名/発表者名: Li Constance H.、PCAWG Tumour Subtypes and Clinical Translation、Prokopec Stephenie D.、Sun Ren X.、Yousif Fouad、Schmitz Nathaniel、Boutros Paul C.、PCAWG Consortium
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 4330-4330
  • DOI: 10.1038/s41467-020-17359-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Retrospective evaluation of whole exome and genome mutation calls in 746 cancer samples (2020)
  • 著者名/発表者名: Bailey Matthew H., et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 4748-4748
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18151-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive Analysis of Indels in Whole-genome Microsatellite Regions and Microsatellite Instability across 21 Cancer Types (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto A*, Fujita M, Hasegawa T, Wong JH, Maejima K, Oku-Sasaki A, Nakano K, Shiraishi Y, Miyano S, Yamamoto G, Akagi K, Imoto S, and Nakagawa H
  • 雑誌名: Genome Research 巻: 30 号: 3 ページ: 334-34
  • DOI: 10.1101/gr.255026.119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pan-cancer analysis of whole genomes (2020)
  • 著者名/発表者名: The ICGC/TCGA Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes Consortium
  • 雑誌名: Nature 巻: 578 号: 7793 ページ: 82-93
  • DOI: 10.1038/s41586-020-1969-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Classification of primary liver cancer with immunosuppression mechanisms and correlation with genomic alterations. (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujita M, Yamaguchi R, Hasegawa T, Shimada S, Arihiro K, Hayashi S, Maejima K, Nakano K, Fujimoto A, Ono A, Aikata H, Ueno M, Hayami S, Tanaka H, Miyano S, Yamaue H, Chayama K, Kakimi K, Tanaka S, Imoto S, Nakagawa H.
  • 雑誌名: EBioMedicine 巻: 53 ページ: 102659-102659
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2020.102659
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quantifying immune-based counterselection of somatic mutations. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yang F, Kim DK, Nakagawa H, Hayashi S, Imoto S, Stein L, and Roth F
  • 雑誌名: PLoS Genet 巻: 15 号: 7 ページ: e1008227-e1008227
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1008227
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Capturing the differences between humoral immunity in the normal and tumor environments from repertoire-seq of B-cell receptors using supervised machine learning (2019)
  • 著者名/発表者名: Konishi H, Komura D, Katoh H, Atsumi S, Koda H, Yamamoto A, Seto Y, Fukayama M, Yamaguchi R, Imoto S, Ishikawa S.
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 巻: 20(1) 号: 1 ページ: 267-267
  • DOI: 10.1186/s12859-019-2853-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ALPHLARD-NT: Bayesian Method for Human Leukocyte Antigen Genotyping and Mutation Calling through Simultaneous Analysis of Normal and Tumor Whole-Genome Sequence Data (2019)
  • 著者名/発表者名: Hayashi S, Moriyama T, Yamaguchi R, Mizuno S, Komura M, Miyano S, Nakagawa H, Imoto S
  • 雑誌名: J Comput Biol. 巻: 26(9) 号: 9 ページ: 923-937
  • DOI: 10.1089/cmb.2018.0224
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Antigen delivery targeted to tumor-associated macrophages overcomes tumor immune resistance (2019)
  • 著者名/発表者名: Muraoka Daisuke、Seo Naohiro、Hayashi Tae、Tahara Yoshiro、Fujii Keisuke、Tawara Isao、Miyahara Yoshihiro、Okamori Kana、Yagita Hideo、Imoto Seiya、Yamaguchi Rui、Komura Mitsuhiro、Miyano Satoru、Goto Masahiro、Sawada Shin-ichi、Asai Akira、Ikeda Hiroaki、Akiyoshi Kazunari、Harada Naozumi、Shiku Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of Clinical Investigation 巻: 129 号: 3 ページ: 1278-1294
  • DOI: 10.1172/jci97642
  • NAID: 120006987781
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ALPHLARD: a Bayesian method for analyzing HLA genes from whole genome sequence data (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashi S, Yamaguchi R, Mizuno S, Komura M, Miyano S, Nakagawa H, Imoto S
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 19(1) 号: 1 ページ: 790-790
  • DOI: 10.1186/s12864-018-5169-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Immuno-genomics pancancer landscape reveals diverse immune escape mechanisms and immune-editing histories (2018)
  • 著者名/発表者名: Seiya Imoto
  • 学会等名: Biomedical Sciences in the Era of Big Data
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cancer Immunogenomics Analysis of ICGC/PCAWG (2018)
  • 著者名/発表者名: Seiya Imoto
  • 学会等名: The 77th Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
  • 招待講演
• [図書] 日本内科学会誌 (2021)
  • 著者名/発表者名: 井元清哉
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 日本内科学会
• [図書] Precision Medicine (2020)
  • 著者名/発表者名: 井元清哉
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: ニュー・サイエンス社
• [図書] T細胞受容体レパトア解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井元清哉, 長谷川嵩矩, 山口類
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: メディカルドゥ