RNA-seq解析における深層学習方法論の開発と肉腫診療への応用

• 研究課題/領域番号: 20K09453
• 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56020:整形外科学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小林 寛 東京大学, 医学部附属病院, 講師 (20407951)
• 研究分担者: 篠田 裕介 埼玉医科大学, 医学部, 教授 (80456110) ; 谷口 優樹 東京大学, 医学部附属病院, 講師 (80722165)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 骨軟部腫瘍 / 軟部肉腫 / 深層学習 / 肉腫 / RNA-seq解析

研究開始時の研究の概要

本研究は、公開データベースおよび多施設共同研究の肉腫臨床検体を用い、深層学習を用いたRNA-seq解析によって未分化多形肉腫の病態解明と再分類を行うことを目的としている。なかでも未分化多形肉種は、病理学的に分類不可能なものとして分類されているが、本研究によりこれまで未解明であった未分化多形肉腫の発現パターンを基にした再分類を行い、新規治療法的・バイオマーカーの同定が可能である可能性がある。

研究実績の概要

多数の亜型がある軟部肉腫において最も頻度が高い組織型である未分化多形肉腫は、『明確な分化方向や特異的融合遺伝子を持つ腫瘍』を除外した結果として診断される腫瘍である。本研究は、未分化多型肉腫のRNA-seq解析を用い、発現パターンを基にした再分類を行うとともに、新規治療標的・バイオマーカー を同定することを目的としている。肉腫は軟部組織に発生する悪性腫瘍であり、その起源細胞は血管、脂肪、骨、神経など多岐にわたる。そこで、まず36種類の 正常組織を用いたRNA-seq解析のデータを入手し、起源細胞を推定する元データとした。この正常組織の解析は全てTCGA projectで用いられたものと同一の試薬 と解析パイプラインを用いて行っており、バイアスを生じることなくTCGAに登録されている33種類、11,315サンプルの悪性腫瘍に由来するRNA-seq解析データと 統合することができるようにした。昨年に引き続き、当院病理科の協力の下で、未分化多型肉腫などの肉腫症例および多種多様ながん種の組織画像とRNA発現データを収集しており、画像と発現データの両方をインプットとした深層学習モデルの開発を行っている。収集した症例のデータを用いて、未分化多型肉腫の再分類に関する深層学習モデルの作成と解析を行っており、起源細胞に基づくシグニチャーと腫瘍特異的なシグニチャーを同定しているところである。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

深層学習モデルは肉腫のデータだけでなく他の多様ながん種のデータも用いることで種々のバイアスが除外できると考え、精度向上をはかっている。これまでに収集した未分化多型肉腫の検体に加え、当院病理科から提供される種々のがん種の組織像と東大オンコパネルでの発現データを用いた解析を進めている。RNA-seqおよび東大オンコパネルから得られるFASTQファイルを用いた発現量解析は、当研究室が保有している解析サーバーを用いて行っている。最終的に収集したデータを5-fold cross validationの手法で解析し、モデルの予測性能の妥当性検証を行っている。

今後の研究の推進方策

昨年度に引き続きデータ解析を進め、RNA発現データと対応する病理組織像の画像を使用し、発現データと画像の両方を使用した解析モデルの作成を進め、診断精度の向上を図る。研究成果を学会および論文発表する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Role of adjuvant chemotherapy in patients with localized, undifferentiated pleomorphic sarcoma of soft tissue: a population-based cohort study. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi H, Zhang L, Hirai T, Tsuda Y, Ikegami M, Tanaka S.
  • 雑誌名: Int J Clin Oncol. 巻: 27(4) ページ: 802-810
• [雑誌論文] Clinical characteristics of undifferentiated pleomorphic sarcoma of bone and the impact of adjuvant chemotherapy on the affected patients: a population-based cohort study. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi H, Zhang L, Hirai T, Tsuda Y, Ikegami M, Tanaka S.
  • 雑誌名: Jpn J Clin Oncol. 巻: 52(6) ページ: 589-598
• [雑誌論文] Role of adjuvant chemotherapy in patients with localized, undifferentiated pleomorphic sarcoma of soft tissue: a population-based cohort study. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi H, Zhang L, Hirai T, Tsuda Y, Ikegami M, Tanaka S.
  • 雑誌名: Int J Clin Oncol 巻: 27 号: 4 ページ: 802-810
  • DOI: 10.1007/s10147-021-02102-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imaging characteristics of NTRK-rearranged spindle cell neoplasm of the soft tissue: A case report. (2022)
  • 著者名/発表者名: Takamiya Akihiro、Ishibashi Yuki、Makise Naohiro、Hirata Makoto、Ushiku Tetsuo、Tanaka Sakae、Kobayashi Hiroshi.
  • 雑誌名: Journal of Orthopaedic Science 巻: S0949-2658(21) 号: 6 ページ: 00367-5
  • DOI: 10.1016/j.jos.2021.11.002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of clinical features and outcomes of patients with leiomyosarcoma of bone and soft tissue: a population-based cohort study. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi H, Zhang L, Hirai T, Tsuda Y, Ikegami M, Tanaka S.
  • 雑誌名: Jpn J Clin Oncol. 巻: 52 号: 2 ページ: 143-150
  • DOI: 10.1093/jjco/hyab176
  • 査読あり
• [雑誌論文] MicroSEC; Sequence error filtering pipeline for formalin-fixed and paraffin-embedded samples. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ikegami M, Kohsaka S, Hirose T, Ueno T, Inoue S, Konomata N, Yamauchi H, Mori T, Sekine S, Inamoto Y, Yatabe Y, Kobayashi H, Tanaka S, Mano H.
  • 雑誌名: Commun Biol 巻: 4 号: 1 ページ: 1396-1396
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02930-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Scapular Angiomatoid Fibrous Histiocytoma with EWSR1-CREB1 Fusion in an Adult Patient (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi H, Makise N, Shinozaki-Ushiku A, Ishibashi Y, Ikegami M, Kohsaka S, Ushiku T, Oda K, Miyagawa K, Aburatani H, Mano H, Tanaka S.
  • 雑誌名: Case Rep Orthop 巻: 2021 ページ: 9434222-9434222
  • DOI: 10.1155/2021/9434222
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hemangioma of the Rib Mimicking Chondrosarcoma: A Report of Two Cases and Literature Review. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsuda Y, Kobayashi H, Makise N, Zhang L, Shinoda Y, Ushiku T, Tanaka S.
  • 雑誌名: Case Rep Orthop. 巻: - ページ: 1-5
  • DOI: 10.1155/2021/9996380
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prognostic factors and impact of surgery in patients with metastatic soft tissue sarcoma at diagnosis: A population-based cohort study (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang Liuzhe、Akiyama Toru、Fukushima Takashi、Iwata Shintaro、Tsuda Yusuke、Takeshita Katsushi、Kawai Akira、Tanaka Sakae、Kobayashi Hiroshi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Clinical Oncology 巻: - 号: 6 ページ: 918-926
  • DOI: 10.1093/jjco/hyab033
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Predictive factors of the 30-day mortality after surgery for spinal metastasis: Analysis of a nationwide database (2020)
  • 著者名/発表者名: Sawada Ryoko、Yamana Hayato、Shinoda Yusuke、Tsuda Yusuke、Matsui Hiroki、Fushimi Kiyohide、Kobayashi Hiroshi、Matsubayashi Yoshitaka、Yasunaga Hideo、Tanaka Sakae、Haga Nobuhiko
  • 雑誌名: Journal of Orthopaedic Science 巻: - 号: 4 ページ: 666-671
  • DOI: 10.1016/j.jos.2020.07.015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Surgical margin for phosphaturic mesenchymal tumors in soft tissues: An analysis of the radiological histopathological correlation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Hiroshi、Makise Naohiro、Ito Nobuaki、Koga Minae、Zhang Liuzhe、Ishibashi Yuki、Ikegami Masachika、Shinoda Yusuke、Akiyama Toru、Ushiku Tetsuo、Tanaka Sakae
  • 雑誌名: Journal of Orthopaedic Science 巻: - 号: 5 ページ: 870-877
  • DOI: 10.1016/j.jos.2020.07.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prediction of pathological fracture in patients with lower limb bone metastasis using computed tomography imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Shinoda Yusuke、Sawada Ryoko、Ishibashi Yuki、Akiyama Toru、Zhang Liuzhe、Hirai Toshihide、Oka Hiroyuki、Ohki Takahiro、Ikegami Masachika、Okajima Koichi、Okuma Tomotake、Kobayashi Hiroshi、Goto Takahiro、Haga Nobuhiko、Tanaka Sakae
  • 雑誌名: Clinical & Experimental Metastasis 巻: 37 号: 5 ページ: 607-616
  • DOI: 10.1007/s10585-020-10053-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Skeletal muscle measurements predict surgical wound complications but not overall survival in patients with soft tissue sarcoma (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirai Toshihide、Kobayashi Hiroshi、Okuma Tomotake、Ishibashi Yuki、Ikegami Masachika、Ohki Takahiro、Shinoda Yusuke、Okajima Koichi、Zhang Liuzhe、Akiyama Toru、Goto Takahiro、Tanaka Sakae
  • 雑誌名: Japanese Journal of Clinical Oncology 巻: 50 号: 10 ページ: 1168-1174
  • DOI: 10.1093/jjco/hyaa100
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-throughput functional evaluation of BRCA2 variants of unknown significance. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ikegami, M., Kohsaka, S., Ueno, T., Momozawa, Y., Inoue, S., Tamura, K., Shimomura, A., Hosoya, N., Kobayashi, H., Tanaka, S., Mano, H.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 2573-2573
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16141-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 四肢・体幹軟部発生の限局性未分化多形肉腫における補助化学療法の役割-全国骨・軟部腫瘍登録データを用いた研究― (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林寛、張劉喆、平井利英、津田祐輔、池上政周、田中栄
  • 学会等名: 第55回 日本整形外科学会 骨軟部腫瘍学術集会
• [学会発表] 骨軟部腫瘍におけるゲノム医療の現状と未来－がん遺伝子パネル検査のタイミングとパネルの選択 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林寛
  • 学会等名: 第55回 日本整形外科学会 骨軟部腫瘍学術集会
• [備考] 東京大学医学部附属病院 整形外科・脊椎外科
  • URL: http://www.u-tokyo-ortho.jp/
• [備考] 東京大学医学部附属病院 整形外科・脊椎外科
  • URL: http://www.u-tokyo-ortho.jp/