肺がんにおけるエピジェネティックスを介した薬剤耐性変異獲得メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 22K07199
• 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50010:腫瘍生物学関連
• 研究機関: 公益財団法人がん研究会
• 研究代表者: 瀬戸 陽介 公益財団法人がん研究会, がん化学療法センター 基礎研究部, 研究員 (50738614)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022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: DNAメチル化 / 肺がん / 薬剤耐性 / DNA修飾

研究開始時の研究の概要

EGFR活性型変異陽性肺がんやALK融合遺伝子陽性肺がんの治療において、EGFRやALKを標的とした分子標的薬は劇的な腫瘍縮小と生存期間の延長をもたらしてきた。しかしながら、治療数年ほどでT790M（EGFR）やG1202R（ALK）などの薬剤耐性変異が高頻度に出現することが大きな問題となっている。突然変異率はエピゲノムの構造や遺伝子発現量と強い関係性があることから、本研究では、肺がん患者由来細胞を用い、薬剤処理によるエピジェネティックなDNA修飾の変化が耐性変異獲得の原動力となっているかを調べ、耐性変異獲得の分子メカニズムを解明することを目指す。

研究実績の概要

肺がん患者の約30%を占めるEGFR活性型変異陽性肺がんや3~5%ほどのALK融合遺伝子陽性肺がんの治療において、EGFRやALKを標的とした分子標的薬であるチロシンキナーゼ阻害剤（TKI）は劇的な腫瘍縮小と生存期間の延長をもたらしてきた。しかしながら、治療数年ほどでT790M（EGFR）やG1202R（ALK）などの薬剤耐性変異が高頻度に出現することが臨床上大きな問題となっている。本研究では、EGFR活性型変異陽性肺がんやALK融合遺伝子陽性肺がんに対するEGFR-TKIやALK-TKI治療の過程で、高頻度に出現する薬剤耐性変異がどのように出現するか、その分子メカニズムを解明することを目的としている。これまでに、T790M耐性変異の出現にはDNAメチル化や脱アミノ化酵素の働きが関与している可能性が示唆されているが、直接の原因かどうかは明らかとなっていない。2023年度はEGFR活性型変異陽性肺がん細胞を用いてEGFR-TKI耐性変異がおこる領域のDNAメチル化パターンを調べた結果、T790M耐性変異部位は高度にDNAのメチル化が起こっていることを明らかにした。また、薬剤耐性変異陽性のがん細胞で高発現する遺伝子に着目し、その遺伝子を定常的に発現するがん細胞を作成し、EGFR-TKI処理下でT790M耐性変異が出現するかどうかを実験的に検証した結果、T790M変異を持つがん細胞が出現することを発見した。さらに、ドキシサイクリン依存的に発現が誘導される遺伝子発現系を用いて同様の実験を行ったところ、ドキシサイクリン存在下でのみT790M耐性変異が現れることも明らかとなった。このことから、T790M耐性変異の出現にはDNAのメチル化状態だけでなく、特定の遺伝子の働きが大きくかかわっていることが示唆された。

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

本年度は昨年確立したOxford nanopore sequencerを用いたロングリードデータからのDNAのメチル化検出系を用いてゲノムワイドなメチル化パターンと変異領域との関係を解析した。その結果、C-T変異がDNAメチル化サイトで多く起こっていることを明らかとした。また、T790M耐性変異陽性がん細胞で高発現している遺伝子を強制発現したがん細胞では実際にT790M変異が出現することが分かり、耐性変異の出現にはDNAメチル化だけでなく、特定の遺伝子の活性化が重要である可能性が示唆された。

今後の研究の推進方策

今後は今回見つかった目的遺伝子のタンパク質を合成し、T790M耐性変異への関与をより詳細に明らかとすることを目指す。また、樹立した遺伝子強制発現がん細胞を用いてEGFR-TKIの処理実験を実施することで、ゲノムワイドに起こるDNAメチル化領域の変動や変異部位との比較を行う。その中で、特徴的なDNAメチル化状態や変異パターンが存在するのかどうかを調べることで、薬剤耐性変異出現にかかわる分子メカニズムをより詳細に検証していく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] APC/PIK3CA mutations and β-catenin status predict tankyrase inhibitor sensitivity of patient-derived colorectal cancer cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Chen M, Mashima T, Oishi T, Muramatsu Y, Seto Y, Takamatsu M, Kawata N, Morino S, Nakamura A, Inaba S, Yuan X, Maruyama K, Suzuki M, Sato A, Yoshida H, Jang MK, Mizutani A, Takeuchi K, Yamaguchi K, Shirai F, Nagayama S, Katayama R, Seimiya H
  • 雑誌名: British Journal of Cancer 巻: 130 号: 1 ページ: 151-162
  • DOI: 10.1038/s41416-023-02484-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Elucidating molecular mechanisms of anti-cancer drug tolerance in lung cancer using single-cell technology. (2023)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Seto, Naoya Fujita, Ryohei Katayama
  • 学会等名: SMBE2023: Annual meeting of the Society for Molecular Biology and Evolution, Ferrara, Italy
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidating mechanisms of the emergence of acquired anti-cancer drug resistance in lung cancer. (2023)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸陽介、藤田直也、片山量平
  • 学会等名: 日本進化学会第25回大会
• [学会発表] シングルセル解析によるがんの薬剤抵抗性メカニズムの解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸陽介、藤田直也、片山量平
  • 学会等名: 日本進化学会第24回大会
• [学会発表] シングルセル技術を用いたがん進化メカニズムの解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸陽介、藤田直也、片山量平
  • 学会等名: 日本遺伝学会第９４回大会
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://www.jfcr.or.jp/chemotherapy/department/fundamental/index.html