遺伝子ビッグデータのマシーンラーニングによる放射線感受性予測プログラムの開発

• 研究課題/領域番号: 18K07706
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分52040:放射線科学関連
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 齋藤 淳一 富山大学, 学術研究部医学系, 教授 (70572816)
• 研究分担者: 佐藤 浩央 群馬大学, 重粒子線医学推進機構, 助教 (90750571) ; 尾池 貴洋 群馬大学, 医学部附属病院, 講師 (10643471)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: オミクス / 遺伝子変異 / 放射線感受性 / コロニー形成法 / マシーンラーニング / 癌治療

研究成果の概要

がん細胞株データベースから1039種のがん細胞株の網羅的遺伝子変異・発現情報を取得し整理した。これらのがん細胞株を用いた放射線実験に関連する9690論文を査読し、コロニー形成法で放射線感受性が評価された論文数が多い上位8細胞株566論文において、SF2（2Gy照射時の生存分画）の変動係数が全細胞株で30%を下回ることを見出した。がん細胞株の放射線感受性データ取得のためにディープラーニングアルゴリズムを開発して網羅的文献解析を行い放射線感受性データベースを作成した。放射線感受性データベースの情報をマシーンラーニングで解析する際に必要な統計学的情報である実験パラメータを原著論文から取得し整理した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

がんの放射線感受性と遺伝子変異との関連については不明な点が多く、遺伝子変異情報の放射線治療個別化への応用は進んでいない。本研究に使用されるX線感受性評価指標は高い試験間正確性をもつ必要があるため放射線感受性評価のひとつであるコロニー形成法について検討し、コロニー形成法のSF2は本研究目的に合致する試験間正確性を有することがわかった。
放射線抵抗性寄与プロファイル候補として同定されたKRAS/SMAD4同時変異が高いSF2値に有意に関係することを培養細胞実験系および既報の解析により見出した。結果、英文査読あり学術誌へ論文3報、学術集会へ20演題を発表し、専門家と知見を共有・討議することができた。

研究成果

• [雑誌論文] Robustness of clonogenic assays as a biomarker for cancer cell radiosensitivity. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsui T, Nuryadi E, Komatsu S, Hirota Y, Shibata A, Oike T, Nakano T.
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 20 号: 17 ページ: 4148-4148
  • DOI: 10.3390/ijms20174148
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deep learning-assisted literature mining for in vitro radiosensitivity data (2019)
  • 著者名/発表者名: Komatsu Shuichiro、Oike Takahiro、Komatsu Yuka、Kubota Yoshiki、Sakai Makoto、Matsui Toshiaki、Nuryadi Endang、Permata Tiara Bunga Mayang、Sato Hiro、Kawamura Hidemasa、Okamoto Masahiko、Kaminuma Takuya、Murata Kazutoshi、Okano Naoko、Hirota Yuka、Ohno Tatsuya、Saitoh Jun-ichi、Shibata Atsushi、Nakano Takashi
  • 雑誌名: Radiotherapy and Oncology 巻: 139 ページ: 87-93
  • DOI: 10.1016/j.radonc.2019.07.003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mutational analysis of uterine cervical cancer that survived multiple rounds of radiotherapy (2018)
  • 著者名/発表者名: Nuryadi E、Sasaki Y、Hagiwara Y、Permata TBM、Sato H、Komatsu S、Yoshimoto Y、Murata K、Ando K、Kubo N、Okonogi N、Takakusagi Y、Adachi A、Iwanaga M、Tsuchida K、Tamaki T、Noda S、Hirota Y、Shibata A、Ohno T、Tokino Takashi、Oike T、Nakano T
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 9 号: 66 ページ: 32642-32652
  • DOI: 10.18632/oncotarget.25982
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 炭素イオン線の殺細胞効果の体系的理解を目指して (2021)
  • 著者名/発表者名: 尾池貴洋
  • 学会等名: 日本量子医科学会第1回学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 放射線治療におけるプレシジョンメディシンの推進を目指したトランスレーショナルリサーチ (2021)
  • 著者名/発表者名: 尾池貴洋
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第34回学術大会
• [学会発表] 子宮頸癌における放射線治療による免疫応答関連遺伝子mRNA発現変化の網羅的解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今村文香, 吉本由哉, 尾池貴洋, 佐藤浩央, 安藤謙, 大野達也
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第34回学術大会
• [学会発表] 頭頸部扁平上皮癌におけるHPV感染ステータスと炭素イオン線RBEの関連解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大須直人, 小林大二郎, 武者篤, 佐藤浩央, 尾池貴洋, 大野達也
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第34回学術大会
• [学会発表] 子宮頸癌の放射線治療成績を予期する遺伝子変異の探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 尾池貴洋, 吉本由哉, 佐々木泰史, 村田和俊, 大野達也
  • 学会等名: 第63回日本婦人科腫瘍学会学術講演会
• [学会発表] Cellular redox capacity as potential predictor for effectiveness of carbon ion radiotherapy (2021)
  • 著者名/発表者名: 6.Ankita Nachankar, Takahiro Oike, Hiroshi Hanaoka, Hiro Sato, Yukari Yoshida, Akihisa Takahashi, Tatsuya Ohno
  • 学会等名: PTCOG59
• [学会発表] Precision Radiotherapy (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Oike
  • 学会等名: International Training Course on Carbon-ion Radiotherapy
• [学会発表] What Is Mutation, Precision Medicine, and Their Impact on Radiothearpy? (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Oike
  • 学会等名: Indonesian Radiation Oncology Society Webinar
• [学会発表] 放射線生物学 最近のトピックス (2020)
  • 著者名/発表者名: 尾池貴洋
  • 学会等名: 第56回日本医学放射線学会秋季臨床大会
• [学会発表] ヒトがん細胞株の放射線感受性に関する大規模公共データベースの樹立と公開 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小松秀一郎, 尾池貴洋, 小松有香, 松井利晃, Darwis NDM, Nachankar A, 中野隆史, 大野達也.
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
• [学会発表] Machine learning-aided pipeline for data mining of cancer cell radiosensitivity (2020)
  • 著者名/発表者名: 5.尾池貴洋, 小松秀一郎, 久保田佳樹, 酒井真理, 齋藤淳一, 中野隆史, 大野達也
  • 学会等名: 第79回日本医学放射線学会総会
• [学会発表] Preclinical Research to Promote Precision Radiotherapy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Oike T.
  • 学会等名: ESTRO meets ASIA 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Research Perspectives in Carbon Radiotherapy in the Precision Medicine Era. (2019)
  • 著者名/発表者名: Oike T.
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第32回学術大会
• [学会発表] Pre-clinical Validation of Clinical Sequencing Data of Radioresistant Tumors Using Clonogenic Assays. (2019)
  • 著者名/発表者名: 尾池貴洋, 村田和俊, 中野隆史.
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第32回学術大会
• [学会発表] Deep Learning-Assisted Literature Mining to Establish Cancer Cell Radiosensitivity Database. (2019)
  • 著者名/発表者名: 小松秀一郎, 尾池貴洋, 中野隆史.
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第32回学術大会
• [学会発表] Inter-Study Precision of Clonogenic Assays as Biomarker for Tumor Radiosensitivity. (2019)
  • 著者名/発表者名: 松井利晃, 尾池貴洋, 中野隆史.
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第32回学術大会
• [学会発表] Predictive Ability of Clonogenic Assay for Radiotherapy Outcome-Associated Genetic Profiles. (2019)
  • 著者名/発表者名: 穴倉麻衣, 尾池貴洋, 中野隆史.
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第32回学術大会
• [学会発表] Analysis of inter-study precision of in vitro radiosensitivity data. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsui T, Oike T, Nuryadi E, Permata TBM, Nakano T.
  • 学会等名: FARO Meeting 2019
• [学会発表] Precision Radiotherapy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Oike T.
  • 学会等名: International Training Course on Carbon-ion Radiotherapy 2019
• [学会発表] Precision medicine challenge. (2019)
  • 著者名/発表者名: Oike T.
  • 学会等名: IROS 2019 Annual Scientific Meeting
  • 招待講演
• [学会発表] Clinical sequencing analysis of the mutation profiles associated with extreme radioresistance. (2019)
  • 著者名/発表者名: Oike T, Nuryadi E, Murata K, Nakano T.
  • 学会等名: 2019 ASTRO Annual Meeting
• [学会発表] Inter-study precision of cancer cell radiosensitivity as assessed by colony formation assay. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsui T, Oike T, Nuryadi E, Nakano T.
  • 学会等名: 2019 ASTRO Annual Meeting
• [学会発表] Radiogenomics analysis reveals KRAS/SMAD4 mutations as indicator for tumor radioresistance. (2019)
  • 著者名/発表者名: Oike T, Nuryadi E, Permata TBM, Nakano T.
  • 学会等名: 第9回国際放射線神経生物学会
  • 国際学会
• [学会発表] Inter-assay precision of clonogenic assay for radiosensitivity in human cancer cell lines. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsui T, Oike T, Komatsu S, Nuryadi E, Nakano T.
  • 学会等名: 第9回国際放射線神経生物学会
  • 国際学会
• [学会発表] Mutational analysis of radiotherapy-naive versus -recurrent tumors in uterine cervical cancer. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nuryadi E, Oike T, Sasaki Y, Permata TBM, Hagiwara Y, Sato H, Shibata A, Gondhowiardjo S, Nakano T.
  • 学会等名: AACR-KCA Joint Conference on Precision Medicine in Solid Tumors
  • 国際学会
• [学会発表] Next-generation sequencing analysis of radiotherapy-naive versus -recurrent tumors. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nuryadi E, Permata TBM, Oike T, Sasaki Y, Hagiwara Y, Sato H, Komatsu S, Yoshimoto Y, Murata K, Ando K, Kubo N, Okonogi N, Takakusagi Y, Adachi A, Iwanaga M, Tsuchida K, Tamaki T, Noda SE, Shibata A, Ohno T, Tokino T, Gondhowiardjo S, Nakano T.
  • 学会等名: 3rd FARO Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Meta-analysis of the robustness of clonogenic assays for cancer cell radiosensitivity. (2018)
  • 著者名/発表者名: Permata TBM, Nuryadi E, Oike T, Komatsu S, Sato H, Shibata A, Gondhowiardjo S, Nakano T.
  • 学会等名: 3rd FARO Meeting
  • 国際学会