頭頸部発癌進化における組織再生転写リプログラミングの役割

• 研究課題/領域番号: 21K09576
• 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56050:耳鼻咽喉科学関連
• 研究機関: 独立行政法人国立病院機構(九州がんセンター臨床研究センター)
• 研究代表者: 益田 宗幸 独立行政法人国立病院機構(九州がんセンター臨床研究センター), その他部局等, 副院長 (90284504)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 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); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 頭頸部癌 / epigenetics / super enhancer / YAP1 / 共生的進化 / 転写中毒 / 頭頸部癌進化 / エピジェネティクス / 転写リプログラミング

研究開始時の研究の概要

我々はこれまでに、頭頸部癌は、少数の遺伝子異常よりも、epigeneticに遺伝子発現プロフィールをリプログラミングしながら、環境ストレスに適応し進化する複雑適応進化系であるのもとで、研究を進めてきた。これまでに、YAP1による組織再生転写プログラムプが、この進化系の重要なドライビングフォースである事を示唆するデータを得ている。本研究ではこのメカニズムを包括的な手法により詳細に解析する。

研究実績の概要

本研究は“発がん性環境因子により引き起こされる頭頸部癌は、癌抑制遺伝子変異によるブレーキの失活状況を利用し、転写リプログラミングをエンジンとしてドライブする癌である”という仮説に立脚している。頭頸部癌のアクセル候補、YAP1の活性化により４週間で100%癌化をおこす遺伝子改変マウスモデルの作成に成功し（Sci Adv 2020;6(12):eaay3324）、マウス腫瘍・細胞、人頭頸部癌細胞・標本による統合的なepigenetics解析を、多施設共同研究（東京大学定量生命科学研究所・九州大学医科学分野・ブリティシュコロンビア大学）により強力に推進してきたが、本年度からUCSD及び千葉大学分子腫瘍学教室との共同研究も開始した。YAP1誘発マウス発がんは遺伝子変異によらないepigenetic carcinogenesisであり、super enhancer hypomethylationが重要な役割を果たしていることを見出した。ヒト頭頸部癌細胞・標本の解析から、発癌フェーズにおいては、YAP1は頭頸部扁平上皮のmaster transcription factor である、FOXM1、ΔNp63を、進展フェーズではPITX2をパートナー転写因子とすることが示唆された。YAP1はsuper enhancer(SE)の形成に必須の因子であり、頭頸部発癌に関与する代表的なサイトカインであるIL6を標的としておりfeed-forward loopの存在が示唆されている。さらに同一症例の正常・癌・リンパ節転移の解析からリンパ節転移に関連すると思われるYAP1associated SEのclusterの同定に成功した。頭頸部癌のリンパ節転移に重要な役割を果たすことが報告されているpartial EMT遺伝子の発現をYAP1・PITX2が制御していることを見出した。さらにpartial EMTに深く関与する癌線維芽細胞（CAF）の誘導にもYAP1が関連していることが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

YAP1誘導性マウス腫瘍・細胞、人頭頸部癌細胞・標本による統合的なepigenetics解析を、多施設共同研究（東京大学定量生命科学研究所・九州大学医科学分野・ブリティシュコロンビア大学、UCSD、千葉大学分子腫瘍学教室）により強力に推進している。具体的にはwhole exome seq, RNA-seq, whole genome bisulfite seq, region-restricted bisulfite seq (RRBS), Chip-seq (H3K27ac, H3K9me2/3, H3K4me1,H3K27me3, YAP1), IHC (YAP, p53, BRD4, PITX2, LRRC15), bioinformatics (SE解析、EEM解析、MOTIF解析、enhancer RNA解析、enhancer hypomethylation解析、Monocle解析、頭頸部癌TCGA dataとの照合など)。これらの解析から上の実績で述べたような知見が得られている。
現在人標本でのRNA-seq, Chip-seq, RRBSの統合解析をおこないさらに、TCGA dataのenhancer RNA、enhancer hypomethylationとの統合的な解析を進行中である。またブリティシュコロンビア大学でVisium によるspatial transcriptome解析が進行中である

今後の研究の推進方策

頭頸部癌におけるYAP1 transcriptional reprogrammingの役割に関して今年度中に第2報として論文を完成させる予定である。
今年度から共同研究を開始したUCSD Moores Cancer CenterのProf. Silvia Gutkindの研究室では、実際のヒト頭頸部扁平上皮癌の分子異常を再現したTP53変異＋PIC3CA変異+YAP1活性化の組み合わせにより、発癌を起こすマウスの作成に成功している。このマウスと九州がんセンター頭頸部癌凍結標本バンクを、千葉大学腫瘍分子学教室金田篤志教授と共同で統合的なepigenetic解析を行う予定である。

研究成果

• [国際共同研究] British Columbia University/Life Science Institute/Josef Penninger(カナダ)
• [国際共同研究] UC San Diego/Moores Cancer Center/Silvio Gutkind(米国)
• [国際共同研究] The British Columbia University/Life Science Institute/J Pennender, H Omori(カナダ)
• [雑誌論文] Inflammation-based Prognostic Score as a Prognostic Biomarker in Patients With Recurrent and/or Metastatic Head and Neck Squamous Cell Carcinoma Treated With Nivolumab Therapy (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsuo M, Yasumatsu R, Masuda M, Toh S, Wakasaki T, Hashimoto K, Jiromaru R, Manako T, Nakagawa
  • 雑誌名: In Vivo 巻: 36 号: 2 ページ: 907-917
  • DOI: 10.21873/invivo.12780
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Treatment Efficacy of PD-1 Inhibitor Therapy in Patients With Recurrent and/or Metastatic Salivary Gland Carcinoma (2022)
  • 著者名/発表者名: HASHIMOTO KAZUKI、YASUMATSU RYUJI、KUGA RYOSUKE、HONGO TAKAHIRO、YAMAMOTO HIDETAKA、et al.
  • 雑誌名: Anticancer Research 巻: 42 号: 2 ページ: 981-989
  • DOI: 10.21873/anticanres.15558
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Five-year Follow-up of Patients With Head and Neck Cancer Treated With Nivolumab and Long-term Responders for Over Two Years (2022)
  • 著者名/発表者名: MATSUO MIOKO、YASUMATSU RYUJI、MASUDA MUNEYUKI、YAMAUCHI MORIYASU、WAKASAKI TAKAHIRO、HASHIMOTO KAZUKI、JIROMARU RINA、MANAKO TOMOMI、NAKAGAWA TAKASHI
  • 雑誌名: In Vivo 巻: 36 号: 4 ページ: 1881-1886
  • DOI: 10.21873/invivo.12907
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Real-world Experience With Pembrolizumab for Advanced-stage Head and Neck Cancer Patients: A Retrospective, Multicenter Study (2022)
  • 著者名/発表者名: NAKANO TAKAFUMI、YASUMATSU RYUJI、HASHIMOTO KAZUKI、KUGA RYOSUKE、HONGO TAKAHIRO、YAMAMOTO HIDETAKA、MATSUO MIOKO、WAKASAKI TAKAHIRO、JIROMARU RINA、MANAKO TOMOMI、TOH SATOSHI、MASUDA MUNEYUKI、YAMAUCHI MORIYASU、KURATOMI YUICHIRO、TAURA MASAHIKO、TAKEUCHI TORANOSHIN、NAKAGAWA TAKASHI
  • 雑誌名: Anticancer Research 巻: 42 号: 7 ページ: 3653-3664
  • DOI: 10.21873/anticanres.15854
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effectiveness and safety of weekly paclitaxel and cetuximab as a salvage chemotherapy following immune checkpoint inhibitors for recurrent or metastatic head and neck squamous cell carcinoma: A multicenter clinical study (2022)
  • 著者名/発表者名: Wakasaki Takahiro、Manako Tomomi、Yasumatsu Ryuji、Hara Hirotaka、Toh Satoshi、Masuda Muneyuki、Yamauchi Moriyasu、Kuratomi Yuichiro、Nishimura Emi、Takeuchi Toranoshin、Matsuo Mioko、Jiromaru Rina、Hashimoto Kazuki、Komune Noritaka、Nakagawa Takashi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 17 号: 7 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0271907
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genetic and transcriptomic analyses in a rare case of human papillomavirus?related oropharyngeal squamous-cell carcinoma combined with small-cell carcinoma (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Kuniaki、Nishiyama Kazuo、Taguchi Kenichi、Jiromaru Rina、Yamamoto Hidetaka、Matsunaga Akihide、Nagata Ryozaburo、Rikimaru Fumihide、Toh Satoshi、Higaki Yuichiro、Oda Shinya、Nakagawa Takashi、Masuda Muneyuki
  • 雑誌名: Molecular Case Studies 巻: 7 号: 5 ページ: a006102-a006102
  • DOI: 10.1101/mcs.a006102
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PD-L1 expression, tumor-infiltrating lymphocytes, mismatch repair deficiency, EGFR alteration and HPV infection in sinonasal squamous cell carcinoma (2021)
  • 著者名/発表者名: Hongo T, Yamamoto H, Jiromaru R, Yasumatsu R, Kuga R, Nozaki Y, Hashimoto K, Matsuo M, Wakasaki T, Tamae A, Taguchi K, Toh S, Masuda M, Nakagawa T, Oda Y.
  • 雑誌名: Mod Pathol. 巻: 34 号: 11 ページ: 1966-1978
  • DOI: 10.1038/s41379-021-00868-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] YAP1-induced transcriptional reprogramming drives symbiotic evolution of head neck cancer (2022)
  • 著者名/発表者名: Masuda M,Sato K,Omori H,Nakano T,Taguchi K,Penninger J
  • 学会等名: Cell Symposia
  • 国際学会
• [学会発表] YAP1による転写リプログラミングは頭頸部癌共生的進化の推進力である (2022)
  • 著者名/発表者名: 大森裕文、佐藤晋彰、益田宗幸
  • 学会等名: 第32回日本頭頸部外科学会総会ならびに学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 頭頸部扁平上皮癌でがんゲノム医療を機能させるためには (2021)
  • 著者名/発表者名: 益田宗幸
  • 学会等名: 第72回日本気管食道科学会総会ならびに学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] YAP1は頭頸部癌においてエピジェネティックリプログラミングを誘導する (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤晋彰、中川尚志、益田宗幸
  • 学会等名: 第80回日本癌学会学術総会
• [備考]
  • URL: https://lsi.ubc.ca/person/josef-penninger/